Summary
Aqui, apresentamos o protocolo para medição em situ de carbono no solo usando a técnica de nêutron-gama para medições de ponto único (modo estático) ou campo médias (modo de digitalização). Também descrevemos a construção do sistema e elaborar procedimentos de tratamento de dados.
Abstract
O aplicativo descrito neste documento do neutrão inelástico dispersando método (INS) para análise de carbono do solo baseia-se no registo e análise de raios gama criado quando nêutrons interagirem com elementos do solo. As peças principais do sistema INS são um gerador de nêutron pulsado, detectores de gama NaI(Tl), dividir eletrônica para separar espectros gama devido a INS e thermo-nêutrons captura (TNC) processos e software para aquisição de espectros de gama e processamento de dados. Este método tem várias vantagens sobre outros métodos em que é um método não-destrutivo em situ que mede o carbono médio conteúdo em volumes grandes do solo, insignificante é afetado por mudanças bruscas locais em carbono no solo e pode ser usado em estacionária ou modos de digitalização. O resultado do método INS é o teor de carbono de um site com uma pegada de ~2.5 - 3 m2 no regime estacionário, ou o teor de carbono médio da área de atravessado no regime de verificação. É a faixa de medição do sistema atual de INS > 1,5% de peso de carbono (desvio padrão ± 0.3 w %) na camada do solo superior 10 cm para um 1 hmeasurement.
Introduction
Conhecimento do teor de carbono do solo é necessário para a otimização da produtividade do solo e da rentabilidade, compreender o impacto das práticas de uso de terras agrícolas sobre os recursos do solo e avaliar estratégias para sequestro de carbono1, 2,3,4. Carbono no solo é um indicador universal de solo qualidade5. Vários métodos foram desenvolvidos para medições de carbono do solo. Combustão seca (DC) tem sido o método mais utilizado para anos6; Este método baseia-se na coleta de amostra de campo e processamento de laboratório e medição que é destrutiva, mão de obra intensiva e demorado. Dois novos métodos são espectroscopia induzida por laser de avaria e perto e meados de espectroscopia de infravermelho7. Esses métodos também são destrutivos e analisar apenas a camada de solo muito perto da superfície (0.1 - 1 cm de profundidade de solo). Além disso, esses métodos apenas produzem ponto medições do teor de carbono para os volumes de amostra pequeno (~ 60 cm3 para o método de DC e 0,01-10 cm3 para métodos de espectroscopia de infravermelho). Tais medições ponto tornam difícil extrapolar os resultados para balanças de campo ou paisagem. Desde que estes métodos são destrutivos, medições recorrentes também são impossíveis.
Pesquisadores anteriores no Brookhaven National Laboratory sugeriram aplicar a tecnologia de nêutrons para solo carbono análise (método de INS)7,8,9. Este esforço inicial desenvolveu a teoria e a prática de utilizar a análise de gama de nêutrons para medição de carbono do solo. A partir de 2013, este esforço foi continuado no USDA-ARS nacional solo Dynamics Laboratory (NSDL). A expansão desta aplicação tecnológica nos últimos 10 anos é devido a dois fatores principais: a disponibilidade de geradores do nêutron comercial relativamente barato, detectores de gama e correspondente eletrônica com software; e bancos de dados de referência da interação do nêutron-núcleos de estado da arte. Este método tem várias vantagens sobre os outros. Um sistema de INS, colocado sobre uma plataforma, poderia ser manobrado sobre qualquer tipo de campo que requer a medição. Este método não-destrutivo in situ pode analisar volumes de solos grandes (~ 300 kg) que podem ser interpolados para um campo inteiro agrícola usando apenas algumas medições. Este sistema de INS também é capaz de operar em um modo de digitalização que determina o teor de carbono médio de uma área com base na verificação sobre uma grade de predeterminados do campo ou da paisagem.
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Protocol
1. construção do sistema de INS
- usar a geometria de sistema geral INS mostrada na Figura 1.
Figura 1. Geometria sistema INS. clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
- usar o design de sistema de INS mostrado na Figura 2. 10
Figura 2. Visão geral do sistema de INS.
A) primeiro bloco contém gerador de nêutrons, detector de nêutrons e sistema de energia; B) segundo bloco contém três detectores de NaI (Tl); C) terceiro bloco contém equipamento para operação do sistema; D) visão geral do primeiro bloco mostrando os componentes individuais; e E) close-up vista dos detectores de gama. 10 , por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
- use três blocos no sistema INS (ver apêndice).
- Para o primeiro bloco (A), use um gerador de nêutrons (NG) e o sistema de alimentação ( Figura 2A e 2D). Nêutron pulsado de saída deste gerador será 10 7 - 10 8 n/s com energia de nêutrons de 14 MeV. O sistema de energia será composto de quatro baterias (12 V, 105 Ah), um Inversor DC-AC e um carregador. Este bloco também irá conter ferro (10 x 20 cm x 30 cm) e ácido bórico (5 x 20 cm x 30 cm) blindagem para proteger o detector gama de irradiação do neutron.
Nota: Um detector de nêutrons também está incluído neste bloco para verificar que o NG está funcionando corretamente. - Para o segundo bloco (B), usar equipamento de medição de raios gama ( Figura 2B e 2E). Este bloco conterá detectores de NaI(Tl) de cintilação de três 12,7 cm x 12,7 cm x 15,2 cm com eletrônica correspondente. O tamanho exterior dos detectores com eletrônica medirá 15,2 x 15,2 cm x 46 cm.
- Para o terceiro bloco, (C), usar um computador portátil que controla o gerador de nêutrons (com software DNC), detectores e sistema de aquisição de dados ( Figura 2).
- Para o primeiro bloco (A), use um gerador de nêutrons (NG) e o sistema de alimentação ( Figura 2A e 2D). Nêutron pulsado de saída deste gerador será 10 7 - 10 8 n/s com energia de nêutrons de 14 MeV. O sistema de energia será composto de quatro baterias (12 V, 105 Ah), um Inversor DC-AC e um carregador. Este bloco também irá conter ferro (10 x 20 cm x 30 cm) e ácido bórico (5 x 20 cm x 30 cm) blindagem para proteger o detector gama de irradiação do neutron.
2. Cautela e exigências pessoais
- ter cada usuário da formação INS sistema pass radiológica.
- , Certifique-se de que cada pessoa que opera o NG carrega uma distintivo de monitoramento de radiação. Durante as medições, o limite de área restrita (> 20 µSv/h) em torno do NG terá o símbolo de radiação com as palavras " cuidado, radiação área. " todas as bordas da área restrita será nada menos do que 4 m do NG.
- Em caso de emergência, pressione imediatamente o " de emergência interromper " botão sobre o NG, remova a chave do NG e desconecte o NG da fonte de energia.
3. Preparação do sistema INS para medição
- verificar o sistema de poder. O indicador de nível de energia do carregador ficará verde, ou mais de 3 lâmpadas vermelhas devem iluminar. Se não, ligue o carregador a uma tomada elétrica e espere até que as pilhas tornam-se totalmente carregadas (lâmpada verde acende) ou até que seja atingido um nível de energia aceitável (≥ 3 lâmpadas vermelhas acende).
- Ligar o inversor (lâmpada verde acende-se) e laptop.
- Executar o programa de aquisição de dados no laptop para operar os detectores gama e verifique os parâmetros necessários para cada detector. Os valores desses parâmetros serão definidos e gravados anteriormente no INS teste do sistema.
- Colocar uma fonte de controle de Cs-137 (qualquer tipo) dentro de 5 a 15 cm de detectores de.
- Iniciar a aquisição de espectros para 1-3 min; Verifique os centroides da 662 keV pico de Cs-137 para todos os detectores. Devem estar no mesmo canal. Se não, use a escala de coeficiente de energia do programa de aquisição de aoAssistente, alterando o valor para ajustar as 662 keV centroides de pico.
- Ativar o NG usando a chave especial. A lâmpada indicadora do ng acende verde e amarelo.
4. Calibração do sistema de INS
- preparar 4 boxes tamanho 1,5 m x 1,5 m x 0,6 m com misturas homogéneas de areia-carbono ( Figura 3). Conteúdo de carbono é 0, 2,5, 5 e 10% de w.
Nota: Um misturador de concreto é usado para fazer o solo sintético composto de casca de coco e areia de construção (conteúdo, 100% de carbono médio diâmetro granular < 0,5 mm). Homogeneidade dessas misturas é determinada visualmente.
Figura 3. Vista do poço com areia e poço com 10 Cw % mistura de areia-carbono. clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
- tomar medidas sobre as covas, usando as seguintes etapas.
- Posicione o sistema INS sobre o poço, manualmente ou por reboque com um veículo adequado. Posicionar o sistema INS-como a projeção da fonte de neutrões é centralizada no poço.
- Executar o software DNC no laptop que opera o gerador de NG. Na coluna do lado direito da tela programa DNC falhas, todas as lâmpadas acende verde; Se não, clique no botão limpar. Insira os seguintes parâmetros: para parâmetros de pulso - frequência de 5 kHz, ciclo de trabalho 25%, atrasar 0 µs, extensão 2 µs; para feixe - alta tensão de 50 kV, feixe atual 50 µA (Observe que esses parâmetros podem ser diferentes dependendo da configuração específica do sistema do INS e tarefas).
- Ativar o interruptor na tela do programa DNC e esperar que o NG introduzir o regime de trabalho onde a alta tensão e corrente de feixe virá a estável de valores correspondentes a valores inseridos; Reservatório atual também virá com um valor estável.
- Executar o software de aquisição de dados no laptop para operar os detectores de gama. Inicie a aquisição de espectros executando o programa de aquisição de dados por 1h. Os processos de aquisição de dois espectros (INS & TNC e TNC) aparecerá na tela.
- Depois de 1 h, parar a aquisição de espectros e espectros de salvar no disco rígido (arquivo | Salvar dados MCA | escolha a pasta e digite o nome do arquivo.
Nota: Haverá dois espectros salvos (TNC e INS) com o nome do arquivo extensões .mca e _gated.mca, respectivamente). - Selecione o segundo detector (clique na seta no canto superior esquerdo) e salvar os espectros para este detector. Faça o mesmo para o terceiro detector.
- Clique em arquivo | Sair para fechar o software.
- Desativar o software DNC, desligando o interruptor na tela do programa DNC.
- Repita etapas 4.2.1 - 4.2.7 para outras boxes.
- Desativar o NG usando a chave especial. A lâmpada indicadora do ng será escurecerá
- Determinar o espectro de fundo do sistema INS elevando todo o sistema do INS para uma distância superior a 4 m acima da superfície do terreno e longe de quaisquer objetos grandes e repita os passos de aquisição de dados 4.2.2 - 4.2.9.
- Processamento de dados
- usa um programa de planilha eletrônica para abrir os arquivos de dados salvos no passo 4.2.4. Encontrar valores para saída e entrada taxas de contagem (OCR e ICR) e em tempo real (RT) em linhas 28, 27 e 30, respectivamente.
- Calcular o tempo de vida (LT) para INS & TNC e espectros TNC para todas as medições como
LT eu OCR eu = / ICR eu ·RT eu (1),
onde OCR eu e ICR, são as taxas de saída e entrada de contagem para a medição do i-ésimo e RT, é real hora da medição i-th. - Calcular os espectros gama em contagens por segundo (cps) dividindo os espectros (linhas na planilha de 33-2080) pela Tenente correspondente.
- Calcular os líquido espectros INS de medições correspondentes para cada poço como
NET INS espectro = (INS & TNC - TNC) Pit - (INS & TNC - TNC) Bkg (2) - encontrar os raios gama picos 1,78 MeV (28 Si) e 4,44 MeV (12 C) no espectro Net INS para cada poço e calcular as áreas de pico (pico de 4,44 MeV C área, a área do pico Si 1,78 MeV) usando software de IGOR.
- Abrir o software por duplo clique no ícone. Inserir o primeiro líquido INS espectro na tabela.
- Clique em Windows | Novo gráfico | De alvo | " FileName " | Faça isso. O espectro aparece na janela do gráfico. Clique em gráfico | Mostre informação. O windows com o A e marcadores B aparece sob a janela do gráfico.
- Ponteiro de mouse de lugar no sinal A, aperte o botão esquerdo do mouse e arraste o cursor para o espectro do lado esquerdo do pico do MeV 1,78. Coloque o ponteiro do mouse sobre o símbolo B, pressione o botão esquerdo do mouse e arraste o cursor para o espectro no lado direito do pico do MeV 1,78.
- Clique em análise | Multi-pico Fit | Iniciar novo multi-pico Fit | De alvo | Continue. Na janela pop-up marcada Cursor gráfico de uso | Linha de base Linear | Autolocalizar picos agora | Fazê-lo | Resultados-picos. A área do pico aparece na janela pop-up.
- Repetir as mesmas operações para o pico de 4,44 MeV.
- Repetir todas as operações anteriores com os espectros restantes de INS Net.
- Encontrar o carbono líquido áreas de pico para cada poço pela equação
Net C pico área eu = 4,44 MeV C pico área eu - 0.058 · MeV 1,78 Si pico área eu (3) - construir a linha de calibração para o sistema de INS como apoio directo ortional dependência da área de pico de carbono líquido vs. concentração de carbono, expressada em percentagem de peso.
- Abrir a nova tabela no software de IGOR: clique janela | Nova tabela. Insira valores de concentração de carbono poço na primeira coluna e a área do Pico C Net correspondente na segunda coluna. Concentração de carbono do poço
- enredo da Net C pico área vs: clique em Windows | Novo gráfico. Escolha a área do Pico C Net como YWave e as concentrações de carbono como XWave. Clique em fazê-lo. Os pontos aparecem no gráfico.
- Construir a linha de calibração: análise clique | Encaixe de curva | Função - linha | De alvo | Faça isso. A linha de calibração e o coeficiente de calibração (k) aparecerá na janela.
5. Realização de medições de solo de campo no modo estático
- preparar o sistema de INS para medição de acordo com o passo 3.
- Colocar o sistema no local que exigem análise de conteúdo de carbono do solo, manualmente ou por reboque utilizando veículo adequado. Posicionar o sistema INS-como a projeção da fonte de neutrões é centralizada sobre o local que está sendo medido.
- Implementar ações seguindo passos 4.2.2 - 4.2.9 e 4.4.1 - 4.4.6 para determinar áreas de pico C líquidos para os locais de estudo.
- Calcular a concentração de carbono em peso, usando o coeficiente de calibração como %
6. realização de medições de solo de campo no modo de digitalização
- estimar o caminho que o sistema de INS vai viajar para o campo enquanto contabilização de velocidade de viagem (≤ 5 km/h), campo do tamanho, INS sistema pegada (~ 1 m de raio) e o tempo de medição (1 h) tal que a trajetória movendo eventualmente abrange a área de campo. Para sua conveniência, sinalizadores de lugar para transformar pontos ao longo do perímetro do campo.
- Preparar o sistema de INS para medição de acordo com o passo 3.
- Implementar ações seguindo passos 4.2.2 - 4.2.3.
- Siga o caminho predeterminado viagens por 1 h.
- Implementar ações seguindo passos 4.2.4 - 4.2.9 e 4.4.1 - 4.4.6 para determinar áreas de pico C líquido para o campo estudado.
- Calcular a concentração de carbono em peso % usando o coeficiente de calibração pela equação 4.
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Representative Results
Do solo INS & TNC e TNC espectros gama
Uma visão geral dos espectros de gama de solo medido é mostrada na Figura 4. Os espectros consistem de um conjunto de picos em um fundo contínuo. Os principais picos de interesse têm centroides 4,44 MeV e 1,78 MeV no INS & espectros TNC. O segundo pico pode ser atribuído aos núcleos de silício contidos no solo, e o primeiro pico é um pico de sobreposição de núcleos de carbono e silício. O procedimento de extração de área líquida de carbono pico de tais espectros é descrito acima. Este procedimento deve ser usado em todos os casos, para determinar a área do pico de carbono líquido devido exclusivamente aos núcleos de carbono. 11
Figura 4. Um espectros típicos de Gamma para solo medido pelo sistema INS. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Medidas de fundo de sistema de INS
Espectros de INS líquidos medidos em várias alturas de elevação do sistema acima da superfície do solo são mostrados na Figura 5. 11 dependências das áreas com centroides no MeV 1,78 e 4,44 MeV MeV 6,13 (pico de oxigênio) com altura máxima são ilustradas na Figura 6. Conforme mostrado nesta figura, os espectros não mais alterar em alturas superiores a 4 m acima da superfície do solo. Conformemente, os espectros em alturas superiores a 4 m podem ser atribuídos a espectros gama que aparecem devido a interação de nêutrons com materiais de construção do sistema. Usamos um destes espectros (em H = 6M) como o espectro de fundo do sistema em nosso processamento de dados.
Figura 5. um) espectros Net-INS em alturas diferentes do sistema INS acima do solo; b) fragmento dos espectros de rede-INS cerca de 1,78 MeV; e c) fragmento dos espectros de rede-INS em torno de 4,44 MeV. Seta designa altura crescente. 11 por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6. Dependências de áreas de picos com centroides em 1,78 e 4,44 MeV em espectros de Net-INS para o sistema de INS com alterando alturas acima do Distriod. , por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Calibração
Os espectros de INS líquidos gerados durante a calibração do sistema de INS são mostrados na Figura 7a. 11 fragmentos dos espectros de INS líquidos perto do MeV 1,78 e picos de 4,44 MeV são mostrados em uma escala maior em figuras 7b e 7C, respectivamente. Como pode ser visto, o pico com um centroide da MeV 4,44 aumenta com cada vez maior teor de carbono no poço. Ao mesmo tempo, o pico com um centroide no MeV 1,78 diminui ligeiramente como carbono no poço aumenta. A dependência entre a área do pico carbono líquido (calculada a partir desses espectros) com teor de carbono em poços (expressado em % de peso) é mostrada na Figura 8. 11 como pode ser visto, isto pode ser representado por uma dependência direta proporcional passa a origem (0, 0 ponto) dentro dos limites de erro experimental. Essa dependência foi usada para calibrar mais medições.
Figura 7. um) Net INS espectros para poços com misturas de areia-carbono a 0, 2,5, 5 e 10 carbono w % (mistura uniforme); b) fragmento dos espectros INS de líquido em torno de 1,78 MeV; c) fragmento do INS líquido em torno de 4,44 MeV. 11 por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8. Dependência da área do pico de carbono Net com concentração de carbono em boxes (pontos com barras de erros) e o INS sistema calibração (linha sólida). 11 por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Medições de campo de conteúdo de carbono em modo estático
As medições de conteúdo de carbono no modo estático foram realizadas em vários locais do campo. Resultados do Alabama agrícola Experiment Station Piemonte Research Unit, Camp Hill, AL (110 m x 30 m) são apresentados na tabela 1. Medições de campo foram realizadas nas intersecções de uma grade de 3 por 5, com distâncias iguais entre as linhas de grade (totais 15 sites). Como pode ser visto na tabela, o teor de carbono para os pontos de interseção individuais variou entre 1,4 a 3,1 w % com o desvio-padrão de todas as medições, sendo ~0.3 w %. Para comparação, também foram coletadas amostras de solo destrutivas em cada local para a determinação do teor de carbono do solo usando o método padrão de DC. Estes dados também são apresentados na tabela 1. Comparação entre os dois conjuntos de dados mostrou boa concordância entre os dois métodos para cada local e para o valor médio ao longo de todo o campo.
| Localização | Medições de INS | Medições de combustão secas | |||||
| Site # | |||||||
| C | |||||||
Tabela 1. Média por cento de peso na camada superior do solo por combustão seca e métodos INS.
É interessante comparar os mapas de distribuição do carbono do campo com base nos métodos INS e DC (Figura 9 e 10). Ambos os mapas muito parecem, mas deve-se notar que 2 dias foram gastos no mapeamento do INS, enquanto ~ 2 meses foram necessários para amostras de processo para criar o mapa de DC.
Figura 9. Mapa de distribuição do carbono do campo Camp Hill baseado no método de INS. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 10. Mapa de distribuição do carbono do campo Camp Hill baseado no método de DC. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Medições de campo de conteúdo de carbono no modo de verificação
Os cientistas estão, frequentemente, interessados na determinação do teor de carbono para grandes áreas (por exemplo,, 100 m x 100 m). Em vez de determinação de carbono em locais distante de 10 m (exigindo 1h por medição usando INS), é possível determinar o teor de carbono médio para um campo de 100 m x 100 m, usando o modo de digitalização do INS. No modo de verificação, é possível tomar medidas INS enquanto passando por cima de todo o campo. Esta varredura de medição pode ser conduzida na mesma quantidade de tempo necessário para medir um único local em modo estático (1h). A prova e o princípio do modo de digitalização INS são demonstrados neste artigo.
Deve notar-se que a primeira tentativa para medir o carbono no modo de digitalização foi menos satisfatória. Os espectros de varredura adquiridos foram visivelmente diferentes do INS & TNC e TNC espectros de modo estático; os picos de interesse foram mais ampla e mais curtos, com áreas de pico, sendo muito inferior a observaram no modo estático. Investigações determinaram que essa distorção era devido à influência do campo magnético da terra sobre o gama detector fotomultiplicador12. Para resolver este problema, uma tela magnética (mu-metal) foi usada para proteger o gama-detector. Testes mostraram que os espectros de gama de uma fonte de controle de Co-60 foi quase idênticas, independentemente da orientação do detector gama filtrada (vertical, horizontal, inclinado), tempo de pico de centroides e picos larguras alteradas dependendo da orientação da detector de dupla. Estes resultados demonstraram que o efeito do campo magnético da terra sobre o fotomultiplicador pode ser suprimido por meio de uma tela magnética. Triagem magnética eliminou pico ampliando e produzido uma varredura espectros de gama que parecem muito semelhante para os espectros de modo estático.
Para comparar modos de digitalização e estáticos, estáticas medições do teor de carbono foram realizadas (1h cada) em 5 locais aleatórios dentro de um campo de 15 m x 45 m e medição no modo (1h total) de verificação foram realizados no mesmo campo que tinha um teor de carbono razoavelmente uniforme. Mapa do campo mostrando locais de medição individual e o caminho de varredura é ilustrado na Figura 11. Os espectros de INS líquidos dos 5 locais de modo estático e que o modo de digitalização são mostrados na Figura 12. Como mostrado na Figura 12, o espectro de modo a digitalização parece semelhante para os espectros de modo estático e cai no mid-range de todos os espectros de estáticos.
Figura 11 . Mapa de campo mostrando estático medição locais (estrelas) e o caminho de varredura (linhas). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 12 . Espectros net INS para estática e digitalização modos; baixo-relevo é um fragmento dos espectros INS de líquido em torno de 4,44 MeV. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Resultados dos cálculos de área do pico de carbono líquido são mostrados na tabela 2. Como pode ser visto a partir dos dados apresentados, o valor da área do pico de carbono líquido medido no modo de verificação de acordo com o valor médio de modo estático dentro dos limites de erro experimental. Estes resultados comprovam que INS digitalização medições de modo pode ser usado para definir o teor médio de carbono em um campo. É importante notar que h 5 foram passados a determinação do teor de carbono médio no modo estático, Considerando que apenas 1 h foi necessária no modo de verificação.
| Modo de | Site # | Carbono líquido | STD, | Média de campo |
| A área do pico, cps | CPS | ±STD, cps | ||
| Estática | 1 | 64,8 | 3.9 | 63.3±3.8 |
| 2 | 58,1 | 3.5 | ||
| 3 | 65,4 | 3.4 | ||
| 4 | 68,9 | 4.1 | ||
| 5 | 59,4 | 4.1 | ||
| Digitalização | sobre o campo | 64,4 |
Tabela 2. a área do pico de carbono net para Static e modos de digitalização.
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Discussion
Construindo sobre a Fundação criada por pesquisadores anteriores, o pessoal NSDL abordou questões críticas para o uso prático e bem sucedido desta tecnologia em configurações de campo do mundo real. Inicialmente, NSDL pesquisadores demonstraram a necessidade de contabilizar o sinal de fundo do sistema INS ao determinar as áreas de picos de carbono líquido. 11 outro esforço mostrou que a área do pico de carbono líquido caracteriza a porcentagem de peso médio de carbono na camada do solo superior 10cm (independentemente da forma de distribuição do carbono profundidade) por dependência proporcional direta. Além disso, equipamento necessário para a calibração do sistema de INS (ou seja, 1,5 m x 1,5 m x 0,6 m poços com diferentes misturas de areia-carbono) foi construído e procedimentos de calibração necessários para aplicações do mundo real foram desenvolvidos e realizados. A linha de calibração resultante torna possível determinar o teor de carbono do solo da área do pico de carbono líquido medido. Enquanto pesquisadores NSDL incorporaram muitas melhorias no design sistema INS, a recente adição de blindagem de campo magnético de detectores de gama permite o uso prático do sistema INS digitalização modo para investigações de grande escala de carbono no solo.
Experiência na aplicação do método de INS para análise de carbono do solo revelou várias etapas críticas do protocolo. Para obter resultados de medição corretos, é crítico para cuidadosamente verificar e ajustar os parâmetros de detector usando fontes de referência; Isto é muito importante para a estabilidade do sistema e reprodução de resultados de medição. As medidas de fundo e calibração do sistema também são passos críticos para a determinação exata do teor de carbono do solo. Observe que os parâmetros do detector devem ser a mesma para ambas as medidas de fundo e calibração do sistema. Que é conveniente realizar medidas de calibração (fossas e plano de fundo do sistema) por várias horas aumentar a precisão dos coeficientes de calibração. Instalar telas magnéticas dos detectores de é fundamental para a medição no modo de digitalização desde detectores de dupla produzem erros muito grandes, devido à influência do campo magnético da terra. Além disso, o rastreio magnético melhora os resultados no modo estático.
A importância de usar o método INS contra o "padrão ouro" método de DC foi demonstrada durante o mapeamento de campo. A velocidade de definir o conteúdo de carbono pelo método INS foi ~ 30 vezes maior do que o método de DC. Outras vantagens do método INS foram discutidas na seção Introdução.
Apesar do acordo demonstrado entre os métodos de INS e DC ("padrão ouro"), a atual modificação da técnica INS tem uma limitação principal que é o nível mínimo detectável (1,5% de w). Desde que o teor de carbono do solo pode ser menor que isso, os futuros esforços irão se concentrar em melhorar a sensibilidade do sistema de INS, aumentando o número de detectores de gama e otimizando o design geral do sistema ou através da aplicação de métodos de nêutrons de destino. 13
Apesar desta limitação, a atual modificação do sistema de INS pode ser recomendada para determinação de carbono do solo dos locais individuais e para o mapeamento de distribuição do carbono dos terrenos do campo. Possível trabalho futuro usando o método de INS pode explorar outros elementos de solo, como nitrogênio, ferro, hidrogênio e de medição.
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Disclosures
Os autores não têm nada para divulgar.
Acknowledgments
Os autores estão endividados, Barry G. Dorman, Robert A. Icenogle, Juan Rodriguez, Morris G. Welch e Siegford de Marlin para assistência técnica em medições experimentais e Jim Clark e Dexter LaGrand para obter assistência com simulações de computador. Agradecemos XIA LLC permitindo o uso de sua eletrônica e detectores de neste projeto. Este trabalho foi apoiado por NIFA ALA pesquisa contrato n ALA061-4-15014 "Mapeamento geoespacial de precisão do teor de carbono do solo para gestão agrícola, produtividade e ciclo de vida".
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
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