Summary
यहां, हम एकल बिंदु मापन (स्थैतिक मोड) या फ़ील्ड औसत (स्कैनिंग मोड) के लिए न्यूट्रॉन-गामा तकनीक का उपयोग करके मिट्टी के कार्बन के सीटू माप में प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं. हम भी प्रणाली निर्माण और विस्तृत डेटा उपचार प्रक्रियाओं का वर्णन ।
Abstract
मृदा कार्बन विश्लेषण के लिए लोचदार न्यूट्रॉन कैटरिंग (INS) विधि के इस स्पेसिफिकेशंस वर्णित आवेदन पंजीकरण और गामा किरणों के विश्लेषण के आधार पर बनाया गया है जब न्यूट्रॉन मिट्टी तत्वों के साथ बातचीत । ins प्रणाली के मुख्य भागों एक स्पंदित न्यूट्रॉन जनरेटर, NaI (Tl) गामा डिटेक्टरों, विभाजित इलेक्ट्रॉनिक्स गामा स्पेक्ट्रा के कारण अलग करने के लिए और थर्मामीटरों-न्यूट्रॉन कब्जा (TNC) प्रक्रियाओं, और गामा स्पेक्ट्रा अधिग्रहण और डेटा प्रोसेसिंग के लिए सॉफ्टवेयर हैं । इस विधि में अंय तरीकों पर कई लाभ है कि यह एक गैर सीटू विधि है कि बड़ी मिट्टी की मात्रा में औसत कार्बन सामग्री के उपायों में विनाशकारी है, negligibly मिट्टी कार्बन में स्थानीय तेज परिवर्तन से प्रभावित है, और स्थिर में इस्तेमाल किया जा सकता है या स्कैनिंग मोड । INS विधि का परिणाम है एक साइट से कार्बन सामग्री के एक पदचिह्न के साथ ~ २.५-3 मीटर2 स्थिर शासन में, या औसत कार्बन सामग्री की स्कैनिंग शासन में ट्रैवर्सल क्षेत्र । वर्तमान आईएनएस प्रणाली की माप सीमा & #62; १.५ कार्बन वजन% (एक 1 hmeasurement के लिए ऊपरी 10 सेमी मिट्टी परत में मानक विचलन ± ०.३ डब्ल्यू%) ।
Introduction
मिट्टी कार्बन सामग्री का ज्ञान मिट्टी उत्पादकता और लाभप्रदता के अनुकूलन के लिए आवश्यक है, कृषि भूमि का उपयोग करें प्रथाओं के मृदा संसाधनों पर प्रभाव को समझने, और कार्बन ज़ब्ती के लिए रणनीतियों का मूल्यांकन1, 2,3,4. मृदा कार्बन मृदा की गुणवत्ता का एक सार्वभौमिक संकेतक है5। कई तरीकों मिट्टी कार्बन माप के लिए विकसित किया गया है । शुष्क दहन (DC) वर्षों के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया विधि रहा है6; इस विधि क्षेत्र नमूना संग्रह और प्रयोगशाला प्रसंस्करण और विनाशकारी, श्रम गहन है कि माप, और समय लेने पर आधारित है । दो नए तरीकों लेजर प्रेरित टूटने स्पेक्ट्रोस्कोपी हैं, और के पास और मध्य अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी7। इन तरीकों को भी विनाशकारी और केवल बहुत निकट सतह मिट्टी परत का विश्लेषण कर रहे है (०.१-1 सेमी मिट्टी गहराई) । इसके अलावा, इन तरीकों केवल छोटे नमूना मात्रा के लिए कार्बन सामग्री के बिंदु माप उपज (~ ६० cm3 डीसी विधि के लिए, और 0.01-10 सेमी3 अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी तरीकों के लिए) । इस तरह के बिंदु माप यह मुश्किल क्षेत्र या परिदृश्य तराजू को परिणाम एक्सट्रपलेशन करने के लिए बनाते हैं । चूंकि इन तरीकों विनाशकारी हैं, आवर्ती माप भी असंभव है ।
Brookhaven राष्ट्रीय प्रयोगशाला में पिछले शोधकर्ताओं मृदा कार्बन विश्लेषण (INS विधि)7,8,9के लिए न्यूट्रॉन प्रौद्योगिकी लागू करने का सुझाव दिया । इस आरंभिक प्रयास ने मृदा कार्बन मापन के लिए न्यूट्रॉन गामा विश्लेषण के प्रयोग के सिद्धांत और अभ्यास को विकसित किया । २०१३ में शुरू, यह प्रयास USDA-ARS राष्ट्रीय मृदा गतिशीलता प्रयोगशाला (एनएसडीएल) में जारी किया गया था । पिछले 10 वर्षों में इस तकनीकी आवेदन के विस्तार के दो मुख्य कारकों की वजह से है: अपेक्षाकृत सस्ती वाणिज्यिक न्यूट्रॉन जेनरेटर की उपलब्धता, गामा डिटेक्टरों, और सॉफ्टवेयर के साथ इसी इलेक्ट्रॉनिक्स; और कला न्यूट्रॉन-नाभिक इंटरेक्शन संदर्भ डेटाबेस की स्थिति । इस विधि दूसरों पर कई फायदे हैं । एक INS प्रणाली, एक मंच पर रखा, क्षेत्र के किसी भी प्रकार है कि माप की आवश्यकता पर युद्धाभ्यास किया जा सकता है । इस गैर विनाशकारी में-सीटू विधि बड़ी मिट्टी की मात्रा (~ ३०० किग्रा) है कि एक पूरे कृषि क्षेत्र के लिए दुओं जा सकता है बस कुछ माप का उपयोग कर विश्लेषण कर सकते हैं । इस INS प्रणाली भी एक स्कैनिंग मोड है कि एक क्षेत्र या परिदृश्य के एक पूर्व निर्धारित ग्रिड पर स्कैनिंग के आधार पर की औसत कार्बन सामग्री निर्धारित करता है में काम करने में सक्षम है ।
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Protocol
- का उपयोग सामान्य INS प्रणाली ज्यामिति में दर्शाए < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १ .
< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १ . INS प्रणाली ज्यामिति. < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig1large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें । < राजभाषा प्रारंभ = "2" >
< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा २ . INS प्रणाली का अवलोकन .
A) प्रथम खंड में न्यूट्रॉन जेनरेटर, न्यूट्रॉन डिटेक्टर, और विद्युत प्रणाली शामिल है; B) द्वितीय खंड में तीन NaI (Tl) डिटेक्टरों हैं; ग) तीसरे ब्लॉक प्रणाली आपरेशन के लिए उपकरण शामिल हैं; D) व्यक्तिगत घटकों को दिखाने वाले पहले ब्लॉक का सामांय दृश्य; और ई) गामा डिटेक्टरों के करीब देखें । < सुप वर्ग = "xref" > 10 < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig2large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें । < राजभाषा प्रारंभ = "3" >
- , एक न्यूट्रॉन जेनरेटर (एनजी) और विद्युत प्रणाली का उपयोग करें (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा 2a और 2d ). इस जनरेटर का स्पंदित न्यूट्रॉन उत्पादन १४ MeV के न्यूट्रॉन ऊर्जा के साथ १० ७ -१० ८ एन. एस. बिजली व्यवस्था में चार बैटरियों (12 वी, १०५ आह), एक डीसी-एसी इन्वर्टर, और एक चार्जर शामिल होगा । इस ब्लॉक में आयरन (10 सेमी x 20 सेमी x 30 सेमी) और बोरिक एसिड (5 सेमी x 20 सेमी x 30 सेमी) को न्यूट्रॉन विकिरण से बचाने के लिए ढाल भी शामिल होगा ।
नोट: एक न्यूट्रॉन डिटेक्टर भी जांच है कि एनजी ठीक से काम कर रहा है के लिए इस खंड में शामिल है ।
द्वितीय खंड (B) के लिए - , गामा-रे मापन उपकरण का उपयोग करें (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा b and 2E ). इस ब्लॉक में इसी इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ तीन १२.७ सेमी x १२.७ सेमी x १५.२ सेमी जुटाना NaI (Tl) डिटेक्टरों शामिल होंगे । इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ डिटेक्टरों के बाहरी आकार १५.२ cm x १५.२ cm x ४६ cm उपाय करेंगे
- तृतीय खंड (C) के लिए, एक लैपटॉप कंप्यूटर का उपयोग करें जो न्यूट्रॉन जनरेटर को नियंत्रित करता है (DNC सॉफ्टवेयर के साथ), डिटेक्टरों और डेटा अधिग्रहण प्रणाली (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा 2c ).
- INS प्रणाली के प्रत्येक उपयोगकर्ता पास रेडियोलॉजिकल प्रशिक्षण ।
- सुनिश्चित करें कि प्रत्येक व्यक्ति एनजी ऑपरेटिंग एक विकिरण निगरानी बिल्ला वहन करती है । माप के दौरान, प्रतिबंधित क्षेत्र सीमा (& #62; 20 & #181; एसवी/आसपास एनजी के साथ विकिरण प्रतीक होगा शब्द & #34; सावधानी, विकिरण क्षेत्र. & #34; प्रतिबंधित क्षेत्र के सभी किनारों को एनजी से 4 मीटर से कम नहीं किया जाएगा । किसी आपात स्थिति में
- , तुरंत धक्का & #34; आपातकालीन बाधा & #34; बटन एनजी पर, एनजी से कुंजी को हटा दें, और बिजली के स्रोत से एनजी हाल चलाना ।
- बिजली व्यवस्था की जांच करें । चार्जर पर पावर लेवल इंडिकेटर ग्रीन होगा, या 3 से ज्यादा रेड लैंप्स को रोशन करना होगा । यदि नहीं, तो चार्जर को एक पावर आउटलेट से कनेक्ट करें और बैटरी पूरी तरह चार्ज होने तक प्रतीक्षा करें (हरा लैंप रोशन होगा) या जब तक एक स्वीकार्य शक्ति स्तर तक पहुंच गया है (& #8805; 3 लाल लैंप रोशन करेंगे) । इन्वर्टर (ग्रीन लैंप रोशन) और लैपटॉप पर
- बारी ।
- लैपटॉप पर डेटा अधिग्रहण कार्यक्रम चलाने के लिए गामा डिटेक्टरों संचालित और प्रत्येक डिटेक्टर के लिए आवश्यक मापदंडों की जांच । इन मापदंडों के मूल्यों को परिभाषित किया जाएगा और INS प्रणाली परीक्षण में पहले दर्ज की गई ।
- जगह एक Cs-१३७ नियंत्रण स्रोत (किसी भी प्रकार) 5-15 सेमी के भीतर डिटेक्टरों से ।
- 1-3 मिनट के लिए स्पेक्ट्रा अधिग्रहण शुरू; सभी डिटेक्टरों के लिए ६६२ कीव सीएस १३७ चोटी के centroids की जांच करें । वे एक ही चैनल पर होना चाहिए । यदि नहीं, तो समायोजित करने के लिए मान बदलकर thedata प्राप्ति प्रोग्राम के ऊर्जा गुणांक स्केल का उपयोग करें ६६२ कीव पीक centroids.
- विशेष कुंजी का उपयोग करके एनजी पर बारी । एनजी पर संकेतक लैंप हरे और पीले रंग रोशन करेंगे ।
- 4 गड्ढे आकार १.५ एम एक्स १.५ एम एक्स ०.६ एम के साथ सजातीय रेत कार्बन मिश्रण (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 3 ) तैयार करते हैं । कार्बन सामग्री 0, २.५, 5 और 10 w%.
है नोट: एक कंक्रीट मिक्सर निर्माण रेत और नारियल खोल (१००% कार्बन सामग्री, औसत दानेदार व्यास & #60; ०.५ मिमी) से बना सिंथेटिक मिट्टी बनाने के लिए प्रयोग किया जाता है । इन मिश्रण की एकरूपता नेत्रहीन निर्धारित किया जाता है ।
< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ३ . 10 Cw% रेत के साथ रेत और गड्ढे के साथ गड्ढे के दृश्य-कार्बन मिश्रण । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig3large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें । < राजभाषा प्रारंभ = "2" >
- स्थिति INS प्रणाली गड्ढे पर मैंयुअल रूप से या एक उपयुक्त वाहन के साथ रस्सा द्वारा । INS प्रणाली की स्थिति ऐसी है कि न्यूट्रॉन स्रोत के प्रक्षेपण गड्ढे पर केंद्रित है ।
- लैपटॉप कि एनजी जनरेटर संचालित पर DNC सॉफ्टवेयर चलाते हैं । DNC कार्यक्रम स्क्रीन के दाईं ओर दोष कॉलम में, सभी लैंप हरे रंग रोशन करेंगे; यदि नहीं, तो साफ़ करें बटन क्लिक करे । निंन पैरामीटर संमिलित करें: पल्स पैरामीटर्स के लिए-आवृत्ति 5 kHz, शुल्क चक्र 25%, विलंब 0 & #181; s, विस्तार 2 & #181; s; बीम के लिए-हाई वोल्टेज ५० केवी, बीम चालू ५० & #181; A (इन पैरामीटर्स विशेष इंस सिस्टम सेटअप और कार्य के आधार पर भिन्न हो सकते हैं कि ध्यान दें) ।
- DNC कार्यक्रम स्क्रीन पर स्विच को सक्रिय करने और एनजी के लिए प्रतीक्षा करने के लिए काम कर शासन जहां उच्च वोल्टेज और बीम वर्तमान स्थिर मूल्यों के लिए इसी में आ जाएगा दर्ज मूल्यों; जलाशय वर्तमान भी एक स्थिर मूल्य के लिए आ जाएगा ।
- भागो लैपटॉप पर डेटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर गामा डिटेक्टरों संचालित करने के लिए । 1 h के लिए डेटा प्राप्ति कार्यक्रम चलाकर स्पेक्ट्रा प्राप्ति प्रारंभ करें । दो स्पेक्ट्रा प्राप्ति प्रक्रिया (INS & #38; TNC और TNC) स्क्रीन पर दिखाई देगी ।
- 1 घंटे के बाद, स्पेक्ट्रा अधिग्रहण रोकें और स्पेक्ट्रा को हार्ड ड्राइव पर सेव करें (फाइल | एमसीए डेटा सहेजें । फ़ोल्डर चुनें और फ़ाइल का नाम दर्ज करें ।
नोट: फ़ाइल नाम एक्सटेंशन के साथ दो सहेजा गया स्पेक्ट्रा (TNC और INS) होगा । एमसीए और _gated. एमसीए, क्रमशः). - का चयन करें दूसरा डिटेक्टर (शीर्ष बाएँ कोने में तीर क्लिक करें) और इस डिटेक्टर के लिए स्पेक्ट्रा को बचाने के. तीसरे डिटेक्टर के लिए एक ही मत करो ।
- क्लिक करें फ़ाइल । सॉफ़्टवेयर को बंद करने के लिए बाहर निकलें ।
- DNC प्रोग्राम स्क्रीन पर स्विच बंद करके DNC सॉफ़्टवेयर बंद कर दें ।
- दोहराएँ चरण 4.2.1-4.2.7 अन्य गड्ढ़े के लिए.
- विशेष कुंजी का उपयोग करके एनजी बंद करें । एनजी पर संकेतक लैंप मंद होगा ।
- चरण 4.2.4 में सहेजी गई डेटा फ़ाइलों को खोलने के लिए स्प्रेडशीट प्रोग्राम का उपयोग करें । आउटपुट और इनपुट गणना दर (ओसीआर और ICR) और वास्तविक समय (RT) पंक्तियों में 28, 27 और 30, क्रमशः के लिए मान ढूँढें । INS & #38 के लिए लाइफ टाइम (LT) की गणना
- ; TNC और TNC स्पेक्ट्रा के लिए सभी मापन के रूप में
LT i = ओसीआर i /ICR i & #183; भ i (1),
जहां ओसीआर i और ICR i के लिए आउटपुट और इनपुट काउंट दरें हैं i-th मापन और भ i असली है i-th माप का समय. - की गणना गामा स्पेक्ट्रा में प्रति सेकंड (सीपीएस) स्पेक्ट्रा विभाजित करके (पंक्तियाँ 33-2080 स्प्रेडशीट में) द्वारा संगत LT.
-
के रूप में प्रत्येक गड्ढे के लिए इसी माप से नेट INS स्पेक्ट्रा की गणना नेट ins स्पेक्ट्रम = (ins & #38; TNC-TNC) खड्डा -(ins & #38; TNC-TNC) Bkg (2) - गामा चोटियों १.७८ MeV ( 28 एसआई) और ४.४४ MeV ( 12 सी) प्रत्येक गड्ढे के लिए नेट INS स्पेक्ट्रम में, और पीक क्षेत्रों की गणना (४.४४ MeV सी पीक क्षेत्र, १.७८ MeV एसआई पीक क्षेत्र) इगोर सॉफ्टवेयर का उपयोग कर ।
- डबल आइकन पर क्लिक करके सॉफ्टवेयर खोलें । तालिका में पहली नेट INS स्पेक्ट्रम संमिलित करें ।
- क्लिक करें । नई ग्राफ । लक्ष्य से | & #34; फ़ाइल नाम & #34; | कर दो. स्पेक्ट्रम ग्राफ विंडो में दिखाई देता है । ग्राफ क्लिक करें । जानकारी दिखाएं । A और B मार्कर के साथ windows ग्राफ़ विंडो के अंतर्गत प्रकट होता है ।
- पर हस्ताक्षर एक पर माउस सूचक प्लेस, बाएं माउस बटन पुश, और १.७८ MeV चोटी के बाईं ओर स्पेक्ट्रम के लिए कर्सर खींचें । माउस सूचक को साइन बी पर रखें, बाएं माउस बटन को पुश करें, और कर्सर को १.७८ MeV पीक के दाईं ओर स्पेक्ट्रम पर खींचें ।
- क्लिक विश्लेषण । बहु पीक फ़िट । शुरू नई बहु पीक फ़िट । लक्ष्य से | जारी. पॉप-अप विंडो में चिह्नित ग्राफ़ कर्सर का उपयोग करें । आधारभूत रेखीय । स्वत: खोज चोटियों अब । यह करो । पीक परिणाम. पीक का क्षेत्र पॉप-अप विंडो में दिखाई देता है ।
- ४.४४ MeV पीक के लिए एक ही कार्रवाई दोहराएं ।
- शेष नेट INS स्पेक्ट्रा के साथ सभी पिछले कार्रवाई दोहराएं ।
- समीकरण द्वारा प्रत्येक गड्ढे के लिए शुद्ध कार्बन पीक क्षेत्रों का पता लगाएं
net c पीक क्षेत्र i = ४.४४ MeV c पीक क्षेत्र i -०.०५८ & #183; १.७८ MeV Si पीक एरिया i (3) - एक सीधा सहारा के रूप में INS प्रणाली के लिए अंशांकन लाइन का निर्माण शुद्ध कार्बन पीक क्षेत्र बनाम कार्बन एकाग्रता वजन प्रतिशत में व्यक्त की ortional निर्भरता ।
- इगोर सॉफ्टवेयर में नई तालिका खोलें: क्लिक करें विंडो । नई तालिका । प्रथम स्तंभ में पिट कार्बन एकाग्रता मान दर्ज करें, और दूसरे स्तंभ में संगत नेट C पीक क्षेत्र ।
- प्लॉट नेट सी पीक क्षेत्र पिट कार्बन एकाग्रता बनाम: क्लिक करें Windows । नया ग्राफ । YWave के रूप में शुद्ध सी पीक क्षेत्र चुनें, और XWave के रूप में कार्बन सांद्रता । इसे क्लिक करें । अंक ग्राफ पर दिखाई देते हैं ।
- निर्माण अंशांकन लाइन: क्लिक करें विश्लेषण । वक्र फिटिंग । समारोह लाइन । लक्ष्य से | कर दो. अंशांकन पंक्ति और अंशांकन गुणांक (k) विंडो में दिखाई देगा ।
- के अनुसार मापन के लिए INS प्रणाली तैयार करें चरण 3.
- जगह प्रणाली मिट्टी कार्बन सामग्री विश्लेषण की आवश्यकता होती है या स्वयं रस्सा द्वारा उपयुक्त वाहन का उपयोग कर साइट पर । INS प्रणाली की स्थिति ऐसी है कि न्यूट्रॉन स्रोत के प्रक्षेपण साइट पर केंद्रित है मापा जा रहा है ।
- अध्ययन स्थलों के लिए शुद्ध सी पीक क्षेत्रों के निर्धारण के लिए 4.2.2-4.2.9 और निमा-4.4.6 के बाद की क्रियाओं को कार्यान्वित करना ।
- वजन में कार्बन एकाग्रता की गणना%
के रूप में अंशांकन गुणांक का उपयोग < img alt = "समीकरण 1" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270eq1.jpg"/>
- अनुमान है कि INS सिस्टम मैदान पर यात्रा करेगा, जबकि यात्रा की गति के लिए लेखांकन (& #8804; 5 किमी/, क्षेत्र आकार, INS सिस्टम पदचिह्न (त्रिज्या ~ 1 मीटर), और माप समय (1 ज) इस तरह कि चलती पथ अंततः पूरे क्षेत्र क्षेत्र को शामिल किया गया । सुविधा के लिए, क्षेत्र परिधि के साथ बारी बिंदुओं पर जगह झंडे ।
- चरण 3. के अनुसार मापन के लिए INS सिस्टम तैयार करें
- कार्यान्वित क्रियाएँ निम्न चरणों 4.2.2-4.2.3.
- 1 h. के लिए पूर्व निर्धारित यात्रा पथ का पालन करें
- कार्यान्वित क्रियाएं निंन चरणों का पालन 4.2.4-4.2.9 और निमा-4.4.6 के लिए शुद्ध सी पीक क्षेत्रों का निर्धारण करने के लिए ।
- समीकरण 4. द्वारा अंशांकन गुणांक का उपयोग कर वजन% में कार्बन एकाग्रता की गणना
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Representative Results
मृदा आईएनएस & #38; TNC और TNC गामा स्पेक्ट्रा
मापा मिट्टी गामा स्पेक्ट्रा का एक सामान्य दृश्य आरेख 4में दिखाया गया है । स्पेक्ट्रा एक निरंतर पृष्ठभूमि पर चोटियों का एक सेट से मिलकर बनता है । ब् याज की मुख् य चोटियों पर centroids ४.४४ MeV और १.७८ MeV में आईएनएस & #38; TNC स्पेक्ट्रा है । दूसरी चोटी सिलिकॉन मिट्टी में निहित नाभिक के लिए जिंमेदार ठहराया जा सकता है, और पहली चोटी कार्बन और सिलिकॉन नाभिक से एक अतिव्यापी चोटी है । इन स्पेक्ट्रा से शुद्ध कार्बन पीक क्षेत्र निष्कर्षण के लिए प्रक्रिया ऊपर बताई गई है । यह प्रक्रिया केवल कार्बन नाभिक के कारण शुद्ध कार्बन पीक क्षेत्र का निर्धारण करने के लिए सभी मामलों में इस्तेमाल किया जाना चाहिए । 11
चित्र 4। INS प्रणाली द्वारा मापा मिट्टी के लिए एक ठेठ गामा स्पेक्ट्रा । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
INS सिस्टम पृष्ठभूमि मापन
नेट भारतीय नौसेना पोत स्पेक्ट्रा विभिंन प्रणाली ऊंचाई पर मापा जमीन की सतह के ऊपर ऊंचाई में दिखाया गया है चित्रा 5। १.७८ MeV, ४.४४ MeV पर centroids के साथ चोटी के क्षेत्रों की 11 निर्भरता, और ६.१३ MeV (ऊंचाई के साथ ऑक्सीजन पीक) चित्रा 6में सचित्र हैं । के रूप में इस आंकड़े में दिखाया गया है, स्पेक्ट्रा अब जमीन की सतह से ऊपर 4 मीटर से अधिक ऊंचाइयों पर बदल जाते हैं । तदनुसार, 4 मीटर से अधिक ऊंचाइयों पर स्पेक्ट्रा सिस्टम निर्माण सामग्री के साथ न्यूट्रॉन की बातचीत के कारण दिखाई देने वाले गामा स्पेक्ट्रा के लिए जिंमेदार ठहराया जा सकता है । हम अपने डेटा प्रोसेसिंग में सिस्टम पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रम के रूप में (एच = 6 मीटर) में इन स्पेक्ट्रा में से एक का इस्तेमाल किया ।
चित्र 5। a) नेट-ins स्पेक्ट्रा जमीन के ऊपर विभिन्न ins प्रणाली ऊंचाइयों पर; ख) नेट-INS स्पेक्ट्रा के आसपास १.७८ MeV का टुकड़ा; और नेट-INS स्पेक्ट्रा के चारों ओर ४.४४ MeV का टुकड़ा ग) । तीर बढ़ती ऊंचाई निर्दिष्ट । 11 कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 6। १.७८ में Centroids के साथ चोटियों क्षेत्रों की निर्भरता, और ४.४४ MeV नेट-ins स्पेक्ट्रा के लिए Groun डी के ऊपर ऊंचाई बदलने के साथ ins प्रणाली के लिए इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
अंशांकन
इन्स सिस्टम अंशांकन के दौरान जनरेट किया गया नेट ins स्पेक्ट्रा चित्रा 7aमें दिखाए जाते हैं । १.७८ MeV और ४.४४ MeV चोटियों के पास नेट आईएनएस स्पेक्ट्रा के 11 टुकड़े क्रमशः आंकड़े 7b और 7cमें बड़े पैमाने पर दिखाए जाते हैं । के रूप में देखा जा सकता है, गड्ढे में कार्बन सामग्री को बढ़ाने के साथ ४.४४ MeV के एक केन्द्रक के साथ चोटी बढ़ जाती है । एक ही समय में, १.७८ MeV पर एक केन्द्रक के साथ चोटी के गड्ढे बढ़ जाती है में कार्बन के रूप में थोड़ा कम हो जाती है । (वजन% में व्यक्त) गड्ढों में कार्बन सामग्री के साथ शुद्ध कार्बन पीक क्षेत्र की निर्भरता (इन स्पेक्ट्रा से गणना) चित्रा 8में दिखाया गया है । 11 के रूप में देखा जा सकता है, यह एक प्रत्यक्ष आनुपातिक निर्भरता द्वारा प्रतिनिधित्व किया जा सकता है मूल (0, 0 बिंदु) प्रयोगात्मक त्रुटि सीमा के भीतर से गुजर रहा है । इस निर्भरता आगे माप जांचने के लिए इस्तेमाल किया गया था ।
चित्र 7। 0, २.५, 5, और 10 कार्बन डब्ल्यू% (वर्दी मिश्रण) पर रेत-कार्बन मिश्रण के साथ गड्ढों के लिए ए) नेट INS स्पेक्ट्रा; ख) १.७८ MeV के आसपास नेट आईएनएस स्पेक्ट्रा का टुकड़ा; ग) ४.४४ MeV के आसपास नेट INS का टुकड़ा । 11 कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 8। गड्ढों में कार्बन एकाग्रता के साथ शुद्ध कार्बन पीक क्षेत्र की निर्भरता (अंक त्रुटि पट्टियों के साथ), और INS प्रणाली अंशांकन लाइन (ठोस लाइन) । 11 कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
स्थैतिक मोड में कार्बन सामग्री के क्षेत्र माप
स्थैतिक मोड में कार्बन सामग्री माप कई क्षेत्र साइटों पर आयोजित किया गया । अलबामा कृषि प्रयोग स्टेशन Piedmont अनुसंधान इकाई, शिविर हिल, अल (११० एम एक्स 30 एम) से परिणाम तालिका 1में प्रस्तुत कर रहे हैं । ग्रिडलाइनों (कुल 15 साइटें) के बीच समान दूरियों के साथ 3 द्वारा 5 ग्रिड के चौराहों पर फ़ील्ड मापन किए गए । के रूप में तालिका से देखा जा सकता है, व्यक्तिगत चौराहे अंक के लिए कार्बन सामग्री सभी माप के मानक विचलन के साथ १.४ से ३.१ w% के बीच विविध ~ ०.३ w% जा रहा है । तुलना के लिए, विनाशकारी मिट्टी के नमूने भी मानक डीसी विधि का उपयोग कर मिट्टी कार्बन सामग्री का निर्धारण करने के लिए प्रत्येक स्थान पर ले जाया गया । ये डेटा तालिका 1में भी प्रस्तुत किया गया है । दोनों डेटा सेट की तुलना प्रत्येक स्थान के लिए और पूरे फ़ील्ड पर औसत मान के लिए दोनों विधियों के बीच अच्छा अनुबंध दिखाया गया है ।
| स्थान | INS माप | सूखी दहन माप | |||||
| साइट# | |||||||
| सी | |||||||
तालिका 1. शुष्क दहन और INS विधियों द्वारा ऊपरी मिट्टी की परत में औसत वजन प्रतिशत ।
यह INS और डीसी तरीकों पर आधारित क्षेत्र के कार्बन वितरण नक्शे की तुलना दिलचस्प है (चित्रा 9 और 10) । दोनों नक्शे बहुत समान लग रही है, लेकिन यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि 2 दिन भारतीय नौसेना पोत मानचित्रण पर खर्च किए गए, जबकि ~ 2 महीने के नमूनों की प्रक्रिया के लिए डीसी नक्शा बनाने की आवश्यकता थी ।
चित्र 9। INS विधि पर आधारित कैंप हिल फील्ड का कार्बन वितरण नक्शा. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 10. डीसी पद्धति पर आधारित कैंप हिल फील्ड का कार्बन वितरण नक्शा. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
स्कैनिंग मोड में कार्बन सामग्री के क्षेत्र माप
मृदा वैज्ञानिक अक्सर बड़े क्षेत्रों के लिए कार्बन सामग्री का निर्धारण करने में रुचि रखते हैं (जैसे, १०० एम एक्स १०० एम) । इसके बजाय स्थानों में कार्बन का निर्धारण 10 मीटर के अलावा (भारतीय नौसेना पोत का उपयोग कर माप प्रति 1 एच की आवश्यकता), यह एक १०० एम एक्स १०० एम क्षेत्र के लिए औसत कार्बन सामग्री का निर्धारण करने के लिए संभव है ins स्कैनिंग मोड का उपयोग कर । स्कैनिंग मोड में, यह संभव है INS माप लेने के समय पूरे क्षेत्र से गुजर रहा है । इस स्कैनिंग माप स्थिर मोड (1 एच) में एक ही स्थान को मापने के लिए आवश्यक समय की एक ही राशि में आयोजित किया जा सकता है । सबूत और INS स्कैनिंग मोड के सिद्धांत इस लेख में प्रदर्शन कर रहे हैं ।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि स्कैनिंग मोड में कार्बन को मापने के लिए पहला प्रयास संतोषजनक से कम था । प्राप्त स्कैनिंग स्पेक्ट्रा INS & #38; TNC और TNC स्थिर मोड स्पेक्ट्रा से अलग दिख रहे थे; ब्याज की चोटियों व्यापक और पीक बहुत कम स्थिर मोड में मनाया जा रहा क्षेत्रों के साथ छोटे थे । जांच में पता लगा कि यह विकृति गामा डिटेक्टर के photomultiplier12पर पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव के कारण हुई थी । इस समस्या को हल करने के लिए, गामा-डिटेक्टर को ढाल करने के लिए एक चुंबकीय स्क्रीन (म्यू-मेटल) का इस्तेमाल किया गया था । परीक्षण से पता चला है कि एक Co-६० नियंत्रण स्रोत के गामा स्पेक्ट्रा लगभग समान था की परवाह किए बिना जांच गामा डिटेक्टर (ऊर्ध्वाधर, क्षैतिज, झुका) के उंमुखीकरण के, जबकि पीक centroids और चोटियों चौड़ाई के उंमुखीकरण के आधार पर बदल विक्री डिटेक्टर । इन नतीजों से यह प्रदर्शित हुआ कि photomultiplier पर पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र का प्रभाव एक चुंबकीय स्क्रीन का उपयोग करके दबाया जा सकता है । चुंबकीय स्क्रीनिंग पीक को विस्तृत और एक स्कैनिंग गामा स्पेक्ट्रा कि बहुत स्थिर मोड स्पेक्ट्रा के समान देखा का उत्पादन किया ।
स्थैतिक और स्कैनिंग मोड की तुलना करने के लिए, कार्बन सामग्री की स्थैतिक माप प्रदर्शन किया गया (1 एच प्रत्येक) 5 यादृच्छिक स्थानों पर एक 15 एम x ४५ मीटर क्षेत्र और स्कैनिंग मोड में माप (1 एच कुल) एक ही क्षेत्र है जो एक काफी समान कार्बन सामग्री था पर प्रदर्शन किया गया । व्यक्तिगत माप स्थान दिखाने वाले फ़ील्ड का मानचित्र और स्कैनिंग पथ चित्र 11में सचित्र है । 5 स्थैतिक मोड स्थानों का शुद्ध INS स्पेक्ट्रा और स्कैनिंग मोड का जो चित्र 12में दिखाया गया है । के रूप में चित्र 12में दिखाया गया है, स्कैनिंग मोड स्पेक्ट्रम स्थिर मोड स्पेक्ट्रा के समान दिखता है और सभी स्थैतिक स्पेक्ट्रा के मध्य दूरी में गिर जाता है.
चित्र 11 . स्थिर माप स्थान (तारे) और स्कैनिंग पथ (लाइनें) दिखा रहा है फ़ील्ड का मानचित्र । इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।
चित्र 12 . स्थैतिक और स्कैनिंग मोड के लिए नेट ins स्पेक्ट्रा; इनसेट ४.४४ MeV के आसपास नेट आईएनएस स्पेक्ट्रा का एक टुकड़ा है। कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
शुद्ध कार्बन पीक क्षेत्र परिकलनों के परिणाम तालिका 2में दिखाए जाते हैं । के रूप में प्रस्तुत आंकड़ों से देखा जा सकता है, शुद्ध कार्बन पीक स्कैनिंग मोड में मापा क्षेत्र के मूल्य प्रयोगात्मक त्रुटि की सीमा के भीतर औसत स्थैतिक मोड मूल्य के साथ सहमत हैं । इन परिणामों से साबित होता है कि भारतीय नौसेना पोत स्कैनिंग मोड माप एक क्षेत्र में औसत कार्बन सामग्री को परिभाषित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । यह ध्यान रखें कि 5 एच स्थैतिक मोड में औसत कार्बन सामग्री का निर्धारण खर्च किया गया है, जबकि केवल 1 h स्कैनिंग मोड में आवश्यक था महत्वपूर्ण है ।
| मोड | साइट# | शुद्ध कार्बन | एसटीडी, | फ़ील्ड औसत |
| पीक एरिया, सीपीएस | सीपीएस | ± एसटीडी, सीपीएस | ||
| स्थिर | 1 | ६४.८ | ३.९ | 63.3 ± 3.8 |
| 2 | ५८.१ | ३.५ | ||
| 3 | ६५.४ | ३.४ | ||
| 4 | ६८.९ | ४.१ | ||
| 5 | ५९.४ | ४.१ | ||
| स्कैनिंग | ओवर फील्ड | ६४.४ |
तालिका 2. स्थिर और स्कैनिंग मोड के लिए शुद्ध कार्बन पीक क्षेत्र.
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Discussion
पिछले शोधकर्ताओं द्वारा स्थापित नींव पर बिल्डिंग, एनएसडीएल स्टाफ वास्तविक दुनिया क्षेत्र सेटिंग्स में इस तकनीक के व्यावहारिक और सफल उपयोग करने के लिए महत्वपूर्ण सवाल संबोधित किया । शुरू में, एनएसडीएल शोधकर्ताओं ने INS प्रणाली पृष्ठभूमि संकेत के लिए खाते में आवश्यकता का प्रदर्शन किया जब शुद्ध कार्बन पीक क्षेत्रों का निर्धारण । 11 एक अंय प्रयास से पता चला कि शुद्ध कार्बन पीक क्षेत्र के ऊपरी 10 सेमी मिट्टी की परत में औसत कार्बन वजन प्रतिशत की विशेषता (कार्बन गहराई वितरण आकार की परवाह किए बिना) प्रत्यक्ष आनुपातिक निर्भरता से । इसके अलावा, भारतीय नौसेना पोत प्रणाली अंशांकन के लिए आवश्यक (यानी, १.५ एम एक्स १.५ एम एक्स ०.६ मीटर विभिन्न रेत-कार्बन मिश्रण के साथ गड्ढ़े) का निर्माण किया गया था और वास्तविक दुनिया अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक अंशांकन प्रक्रियाओं का विकास और प्रदर्शन किया गया था । परिणामी अंशांकन रेखा यह मापा शुद्ध कार्बन पीक क्षेत्र से मिट्टी कार्बन सामग्री का निर्धारण करने के लिए संभव renders । जबकि एनएसडीएल शोधकर्ताओं कई ins प्रणाली डिजाइन सुधार शामिल किया है, चुंबकीय क्षेत्र गामा डिटेक्टरों की परिरक्षण के हाल ही में इसके अलावा मिट्टी कार्बन के बड़े पैमाने पर जांच के लिए INS प्रणाली स्कैनिंग मोड के व्यावहारिक उपयोग के लिए अनुमति देता है ।
मिट्टी कार्बन विश्लेषण के लिए INS विधि लागू करने में अनुभव कई महत्वपूर्ण प्रोटोकॉल चरणों का पता चला । सही माप परिणाम प्राप्त करने के लिए, यह ध्यान से जाँच करें और संदर्भ स्रोतों का उपयोग डिटेक्टर मापदंडों को समायोजित करने के लिए महत्वपूर्ण है; यह प्रणाली स्थिरता और reproducing माप परिणामों के लिए बहुत महत्वपूर्ण है । प्रणाली पृष्ठभूमि और अंशांकन माप भी मिट्टी कार्बन सामग्री का सही निर्धारण के लिए महत्वपूर्ण कदम हैं । ध्यान दें कि डिटेक्टर पैरामीटर दोनों प्रणाली पृष्ठभूमि और अंशांकन माप के लिए ही होना चाहिए । यह अंशांकन गुणांक की सटीकता को बढ़ाने के लिए कई घंटे के लिए अंशांकन माप (गड्ढ़े और सिस्टम पृष्ठभूमि) का संचालन करने के लिए समीचीन है । डिटेक्टरों पर चुंबकीय स्क्रीन अधिष्ठापन स्कैनिंग मोड में सटीक माप के लिए महत्वपूर्ण है के बाद से unscreened डिटेक्टरों पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव के कारण बहुत बड़ी त्रुटियों का उत्पादन । इसके अलावा, चुंबकीय स्क्रीनिंग स्थैतिक मोड में परिणाम में सुधार ।
"गोल्ड मानक" DC विधि बनाम INS विधि का उपयोग करने का महत्व फ़ील्ड मैपिंग के दौरान प्रदर्शन किया गया था । INS विधि द्वारा कार्बन सामग्री को परिभाषित करने की गति ~ 30 बार डीसी विधि से अधिक था । INS विधि के अंय लाभ परिचय अनुभाग में चर्चा की गई ।
भारतीय नौसेना पोत और डीसी के बीच प्रदर्शन समझौते के बावजूद ("स्वर्ण मानक") तरीकों, ins तकनीक के वर्तमान संशोधन एक मुख्य सीमा है जो ंयूनतम detectible स्तर (१.५ w%) । चूंकि मिट्टी कार्बन सामग्री इस से कम हो सकता है, भविष्य के प्रयासों गामा डिटेक्टरों की संख्या में वृद्धि और समग्र प्रणाली डिजाइन के अनुकूलन द्वारा या लक्ष्य न्यूट्रॉन तरीकों को लागू करने से INS प्रणाली की संवेदनशीलता में सुधार पर ध्यान देना होगा । 13
इस सीमा के बावजूद, भारतीय नौसेना पोत प्रणाली के वर्तमान संशोधन के लिए व्यक्तिगत स्थानों की मिट्टी कार्बन निर्धारण और क्षेत्र क्षेत्रों की कार्बन वितरण मानचित्रण के लिए सिफारिश की जा सकती है । संभव भविष्य के काम आईएनएस विधि का उपयोग कर इस तरह के नाइट्रोजन, लोहा, और हाइड्रोजन के रूप में अंय मिट्टी के तत्वों को मापने का पता लगाएं ।
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Disclosures
लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
लेखक बैरी जी Dorman, रॉबर्ट ए Icenogle, जुआन Rodriguez, मॉरिस जी वेल्च, और मार्लिन Siegford प्रयोगात्मक माप में तकनीकी सहायता के लिए, और जिम क्लार्क और निपुण LaGrand कंप्यूटर सिमुलेशन के साथ सहायता के लिए के लिए ऋणी हैं । हम अपने इलेक्ट्रॉनिक्स और इस परियोजना में डिटेक्टरों के उपयोग की अनुमति देने के लिए ज़िया LLC धंयवाद । यह काम कृषि उत्पादकता और जीवन चक्र प्रबंधन के लिए मिट्टी कार्बन सामग्री के "प्रेसिजन geospatial मानचित्रण" निफा ाला अनुसंधान अनुबंध सं ALA061-4-15014 द्वारा समर्थित किया गया था ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Neutron Generator | Thermo Fisher Scientific, Colorado Springs, CO DNC software |
MP320 | |
| Gamma-detector: | na | ||
| - NaI(Tl) crystal | Scionix USA, Orlando, FL | ||
| - Electronics | XIA LLC, Hayward, CA | ||
| - Software | ProSpect | ||
| Battery | Fullriver Battery USA, Camarillo, CA | DC105-12 | |
| Invertor | Nova Electric, Bergenfield, NJ | CGL 600W-series | |
| Charger | PRO Charging Systems, LLC, LaVergne, TN | PS4 | |
| Block of Iron | Any | na | |
| Boric Acid | Any | na | |
| Laptop | Any | na | |
| mu-metal | Magnetic Shield Corp., Bensenville, IL | MU010-12 | |
| Construction sand | Any | na | |
| Coconut shell | General Carbon Corp., Patterson, NJ | GC 8 X 30S | |
| Reference Cs-137 source | Any | na |
References
- Potter, K. N., Daniel, J. A., Altom, W., Torbert, H. A. Stocking rate effect on soil carbon and nitrogen in degraded soils. J. Soil Water Conserv. 56, 233-236 (2001).
- Torbert, H. A., Prior, S. A., Runion, G. B. Impact of the return to cultivation on carbon (C) sequestration. J. Soil Water Conserv. 59 (1), 1-8 (2004).
- Stolbovoy, V., Montanarella, L., Filippi, N., Jones, A., Gallego, J., Grassi, G. Soil sampling protocol to certify the changes of organic carbon stock in mineral soil of the European Union. Version 2. , Office for Official Publications of the European Communities. Luxembourg. ISBN: 978-92-79-05379-5 (2007).
- Smith, K. E., Watts, D. B., Way, T. R., Torbert, H. A., Prior, S. A. Impact of tillage and fertilizer application method on gas emissions (CO2, CH4, N2O) in a corn cropping system. Pedosphere. 22 (5), 604-615 (2012).
- Seybold, C. A., Mausbach, M. J., Karlen, D. L., Rogers, H. H. Quantification of soil quality. Soil processes and the carbon cycle. Lal, R., Kimble, J., Stewart, B. A. , CRC Press. Boca Raton, FL. 387-404 (1997).
- Nelson, D. W., Sommers, L. E. Total carbon, organic carbon, and organic matter. Methods of Soil Analysis., Part 3, Chemical Methods. Sparks, D. L. , SSSA and ASA. Madison, WI. 961-1010 (1996).
- Wielopolski, L. Nuclear methodology for non-destructive multi-elemental analysis of large volumes of soil. Planet Earth: Global Warming Challenges and Opportunities for Policy and Practice. Carayannis, E. , ISBN: 978-953-307-733-8 (2011).
- Wielopolski, L., Yanai, R. D., Levine , C. R., Mitra, S., Vadeboncoeur, M. A. Rapid, non-destructive carbon analysis of forest soils using neutron-induced gamma-ray spectroscopy. Forest Ecol. Manag. 260, 1132-1137 (2010).
- Mitra, S., Wielopolski, L., Tan, H., Fallu-Labruyere, A., Hennig, W., Warburton, W. K. Concurrent measurement of individual gamma-ray spectra during and between fast neutron pulses. Nucl. Sci. 54 (1), 192-196 (2007).
- Yakubova, G., Wielopolski, L., Kavetskiy, A., Torbert, H. A., Prior, S. A. Field testing a mobile inelastic neutron scattering system to measure soil carbon. Soil Sci. 179, 529-535 (2014).
- Yakubova, G., Kavetskiy, A., Prior, S. A., Torbert, H. A. Benchmarking the inelastic neutron scattering soil carbon method. Vadose Zone J. 15 (2), (2016).
- Knoll, G. F. Radiation Detection and Measurement. , 3rd, Inc. John Willey & Sons. New York. (2000).
- Mitra, S., Dioszegi, I. Unexploded Ordnance identification - A gamma-ray spectral analysis method for Carbon, Nitrogen and Oxygen signals following tagged neutron interrogation. Nucl. Instrum. Meth. A. 693, 16-22 (2012).
