Summary
여기, 우리 현장에서 측정 토양 탄소 단일 지점 측정 (정적 모드)에 대 한 중성자-감마 기법을 사용 하 여 프로토콜을 제시 또는 필드 평균 (스캐닝 모드). 우리는 또한 시스템 구축 기술 및 정교한 데이터 처리 절차.
Abstract
뿌리는 토양 탄소 분석 방법 (INS) 탄력 중성자의 여기 설명된 응용 프로그램 등록 및 토양 요소와 상호 작용 하는 중성자를 생성 하는 감마선의 분석을 기반으로 합니다. 기능 시스템의 주요 부품은 펄스 중성자 발전기, NaI(Tl) 감마 검출기, 전자 기능 및 열 중성자 캡처 (TNC) 프로세스 및 소프트웨어 감마 스펙트럼 수집 및 데이터 처리에 대 한 감마 스펙트럼을 분할. 이 메서드는 다른 방법에 비해 몇 가지 장점이 한다는 점에서 그것은 평균 탄소를 측정 하는 비파괴 현장에 방법 큰 토양 볼륨에 콘텐츠, 사소 하 게 로컬 날카로운 변화 토양 탄소에 의해 영향을 고정에 사용할 수 있습니다 또는 스캔 모드입니다. 기능 방법의 결과 ~2.5-고정 정권에서 3 m2 의 풋프린트를 가진 사이트에서 탄소 콘텐츠 또는 검색 정권에서 통과 지역의 평균 탄소 함량. 현재 기능 시스템의 측정 범위는 > 1.5 탄소 무게 % (표준 편차 ± 0.3 w %) 1 hmeasurement에 대 한 상위 10 ㎝ 토양 층에서.
Introduction
지식의 토양 탄소 함량은 토양 생산성과 수익성, 농업 토지 이용 관행 토양 자원에 미치는 영향을 이해 하 고 탄소 격리1, 에 대 한 전략을 평가의 최적화에 필요한 2,,34. 토양 탄소 토양 품질5의 보편적인 지시자 이다. 여러 가지 방법은 토양 탄소 측정을 위해 개발 되었습니다. 건조 연소 (DC) 되었습니다 년6;에 대 한 가장 널리 사용 되는 방법 이 방법은 필드 샘플 컬렉션 실험실 처리 및 측정은 파괴, 노동, 집중과 시간이 소요를 기반으로 합니다. 두 가지 새로운 방법 레이저 유도 내역 분광학, 고 가까운 적외선 분광학7중간. 이 메서드는 또한 파괴 및만 매우 가까운 표면 토양 층 (0.1-1 cm 토양 깊이)를 분석. 또한,이 방법만 포인트를 얻을 작은 샘플 볼륨 (DC 메서드에 대 한 ~ 60 cm3 그리고 0.01-10 cm3 적외선 분광학 방법에 대 한)에 대 한 탄소 함량의 측정. 같은 지점 측정 결과 필드 또는 프리 스케일 추정 하기 어려울. 이러한 메서드는 파괴 하 고, 이후 반복 측정은 또한 가능 합니다.
Brookhaven 국립 연구소에 이전 연구원 토양 탄소 분석 (기능 방법)7,,89중성자 기술을 적용을 제안 했다. 이 초기 노력 개발 토양 탄소 측정에 대 한 사용 하 여 중성자 감마 분석의 이론과. 2013 년에 시작,이 노력에는 미국 농 무부-ARS 국가 토양 역학 실험실 (NSDL) 계속 되었다. 지난 10 년 동안이 기술 응용 프로그램의 확장은 두 가지 주요 요소: 상대적으로 저렴 한 상업 중성자 발전기, 감마 검출기 및 소프트웨어와 함께 해당 전자의 가용성 그리고 첨단 중성자 핵 상호 작용 참조 데이터베이스. 이 방법은 다른 사람 몇 가지 장점이 있습니다. 플랫폼에 배치 하는 기능 시스템 측정을 필요로 하는 분야의 어떤 종류 이상의 기동 될 수 있습니다. 이 아닌-파괴 -해 라 방법 단지 몇 가지 측정을 사용 하 여 전체 농업 분야에 보간 될 수 있는 큰 토양 볼륨 (~ 300 ㎏)을 분석할 수 있습니다. 이 기능 시스템은 또한 필드 또는 가로의 predetermine 그리드를 통해 검색에 따라 지역의 평균 탄소 함량을 결정 하는 검색 모드에서 작동 가능.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. 기능 시스템의 구축
- 그림 1에 표시 된 일반 기능 시스템 기하학을 사용.
그림 1. 기능 시스템 형상. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 그림 2에 표시 된 기능 시스템 디자인 사용. 10
그림 2. 기능 시스템의 개요.
A) 첫 번째 블록 포함 중성자 발전기, 중성자 검출기, 그리고 전원 시스템. B) 두 번째 블록 포함 3 NaI (Tl) 검출기; C) 시스템 동작에 대 한 장비를 포함 하는 세 번째 블록 D); 개별 구성 요소를 보여주는 첫 번째 블록의 일반 보기 그리고 E) 가까이 감마 검출기의 보기. 10 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 세 블록을 사용 하 여 기능 시스템에서 (부록 참조).
- (A) 첫 번째 블록에 대 한 사용 하 여 중성자 생성기 (NG)와 전원 시스템 ( 그림 2A 및 2D). 이 생성기의 펄스 중성자 출력 10 됩니다 7-10 8 n 14 MeV의 중성자 에너지. 4 개의 배터리 (12 V, 105 아), 전력 시스템 구성 DC-AC 인버터, 그리고 충전기. 이 블록은 또한 철 포함 (10 cm x 20 cm x 30 cm) 및 붕 소의 산 성 (5 cm x 20 cm x 30 cm) 감마 검출기 중성자 방사선에서 보호 하기 위해 차폐.
참고: 중성자 검출기는 또한 포함 되어 NG 제대로 작동 확인이 블록.- 두 번째 블록 (B)에 대 한 감마선 측정 장비 ( 그림 2B와 2E) 사용 하 여. 이 블록에는 해당 전자 3 12.7 c m x 12.7 c m x 15.2 c m 섬광 NaI(Tl) 감지기 포함 됩니다. 전자 검출기의 외부 크기 측정 15.2 c m x 15.2 cm x 46 cm.
- (C) 세 번째 블록에 대 한 제어 (DNC 소프트웨어)와 함께 중성자 발생기, 감지기, 및 데이터 수집 시스템 ( 그림 2C) 랩톱 컴퓨터를 사용 하 여.
2. 주 및 개인 요구 사항
- 기능 시스템 패스 방사능 훈련의 각 사용자.
- NG를 운영 하는 각 사람이 방사선 모니터링 수행 확인 배지. 측정, 제한 구역 경계 동안 (> 20 됩니다/h) NG 주위 방사선 기호는 단어와 함께 있을 것 이다 " 주의 방사선 지역. " 제한 지역의 모든 가장자리가 NG에서 4 m 이상 될 것입니다.
- 긴급, 즉시 밀어는 " 긴급 중단 " NG에 버튼, NG에서 키를 제거 하 고 전원에서 NG를 뽑습니다.
3. 측정을 위한 기능 시스템의 준비
- 검사 전원 시스템. 충전기에 전원 레벨 표시기 녹색, 또는 3 개 이상의 빨간색 램프 조명 해야 합니다. 만약에 아닙니다, 전원 콘센트에 충전기를 연결 하 고 배터리가 완전히 충전 될 때까지 기다립니다 (녹색 램프 켜 집니다) 또는 허용 전력 레벨에 도달할 때까지 (≥ 3 빨간색 램프 켜 집니다).
- 인버터 (녹색 램프 점등)와 노트북.
- 감마 탐지기를 작동 하 고 각 검출기에 대 한 필수 매개 변수를 확인 하는 노트북에 데이터 수집 프로그램을 실행 합니다. 이러한 매개 변수 값은 정의 하 고 기능 시스템 테스트에서 이전 기록 됩니다.
- Cs-137 컨트롤 원본 (모든 종류) 감지기에서 5-15 cm 이내 배치.
- 1-3 분에 대 한 스펙트럼 수집 시작;는 662의 중심 확인 케빈 모든 감지기에 대 한 Cs-137 피크. 그들은 동일한 채널에 있어야 합니다. 그렇지 않은 경우 사용 하 여 에너지 계수 규모 데이터 수집 프로그램의 값을 변경 하 여 조정 662 keV 피크 중심.
- NG 특수 키를 사용 하 여 설정. NG에 표시기 램프 녹색과 노란색을 밝히는 것입니다.
4. 기능 시스템의 교정
- 준비 4 구 덩이 크기 1.5 m x 1.5 m x 0.6 m 균질 모래 탄소 혼합물 ( 그림 3). 탄소 내용은 0, 2.5, 5, 10 w %.
참고: 콘크리트 믹서를 사용 하 여 건설 모래와 코코넛 껍질의 구성 된 합성 토양 (100% 탄소 함량, 평균 세분화 된 직경 < 0.5 m m). 이 혼합물의 시각적으로 결정 됩니다.
그림 3. 모래와 10 Cw % 모래 탄소 혼합물으로 구 덩이와 구 덩이의 보기. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 다음 단계를 사용 하 여 구 덩이에 계측.
- 놓고 기능 시스템 구 덩이 수동으로 또는 적당 한 차량으로 견인. 중성자 샘의 투영 중심 구 덩이에 그런 기능 시스템 위치.
- NG 발전기를 작동 하는 노트북에 DNC 소프트웨어를 실행 합니다. DNC 프로그램 화면 오른쪽에 오류 열에서 모든 램프는 녹색;을 밝히는 것입니다. 그렇지 않은 경우에 지우기 버튼을 클릭 합니다. 다음 매개 변수를 삽입: 펄스 매개 변수-주파수 5 kHz, 듀티 사이클 25%, 지연 0 µs, 확장 2 µs; 빔-높은 전압 50 kV, 빔 전류 50 µ A (참고 이러한 매개 변수는 특정 기능 시스템 설정 및 작업에 따라 다를 수 있습니다).
- DNC 프로그램 화면에 스위치를 활성화 하 고 기다리는 입력 작업 정권 높은 전압 및 현재 빔 안정적인; 입력 한 값에 해당 하는 값에 올 것 이다 하 니 또한 저수지 현재 안정적인 값에 올 것 이다.
- 감마 탐지기를 작동 하는 노트북에 데이터 수집 소프트웨어를 실행. 1 시간에 대 한 데이터 수집 프로그램을 실행 하 여 스펙트럼 수집을 시작 합니다. 두 개의 스펙트럼 수집 프로세스 (기능 & TNC와 TNC)는 화면에 표시 됩니다.
- 후 1 h, 스펙트럼 수집 중지 하 고 하드 드라이브에 스펙트럼을 저장 (파일 | MCA 데이터 저장 | 폴더를 선택 하 고 파일 이름을 입력 합니다.
참고: 있을 것입니다 두 개의 저장 된 스펙트럼 (TNC와 기능) 파일 이름 확장명.mca와 _gated.mca, 각각). - 두 번째 탐지기 (왼쪽된 상단 모서리에 있는 화살표를 클릭)를 선택 하 고 저장이 탐지기에 대 한 스펙트럼. 3 검출기에 대 한 동일한 작업을 수행.
- 클릭 파일 | 소프트웨어를 닫습니다 출구.
- DNC 프로그램 화면에 스위치를 해제 하 여 DNC 소프트웨어 해제.
- 반복 단계 4.2.1-다른 구 덩이 대 한 4.2.7.
- NG 특수 키를 사용 하 여 해제. NG에 표시기 램프는 제
- 4 m 지상 표면의 위 어떤 큰 개체에서 보다 큰 거리에 전체 기능 시스템을 올리는 여 기능 시스템 배경 스펙트럼을 결정 하 고 데이터 수집 단계 4.2.2-4.2.9 반복.
- 데이터 처리
- 단계 4.2.4에서에서 저장 된 데이터 파일을 열려면 스프레드시트 프로그램을 사용 합니다. 출력에 대 한 값을 찾아서 입력 카운트 속도 (OCR, ICR) 및 실시간 (RT) 행 28, 27, 30, 각각.
- 기능에 대 한 수명 (LT) 계산 & TNC 그리고 TNC 스펙트럼으로 모든 측정
LT 나 OCR 나 = / ICR 나 ·RT 나 (1),
OCR 나와 ICR 나는 i 번째 측정에 대 한 출력 및 입력 카운트 속도 및 RT 나는 진짜 i 번째 측정 시간. - 해당 중 위 스펙트럼 (행 스프레드시트의 33-2080) 나누어 (cps) 초당 카운트에 감마 스펙트럼 계산
- 계산으로 각 구 덩이 대 한 해당 측정에서 net 기능 스펙트럼
Net 기능 스펙트럼 = (기능 & TNC-TNC) 구 덩이-(기능 & TNC-TNC) Bkg (2) - 감마 봉우리 1.78 MeV (28 시)과 각각에 대 한 Net 기능 스펙트럼에 4.44 MeV (12 C) 구 덩이, 그리고 (4.44 MeV C 피크 피크 넓이 계산 지역, 1.78 MeV 시 피크 지역) 이고르 소프트웨어를 사용 하 여.
- 오픈 두 번 아이콘을 클릭 하 여 소프트웨어
- . Net 기능 스펙트럼 첫 번째 테이블에 삽입.
- 창을 클릭 | 새로운 그래프 | 대상에서 | " 파일 이름 " | 해봐. 스펙트럼 그래프 창에 나타납니다. 그래프를 클릭 | 정보 보기. A 윈도 B 마커 그래프 창 아래에 나타납니다.
- 는 마우스 포인터 표시 A에, 왼쪽된 마우스 버튼을 눌러 놓고 스펙트럼 1.78 MeV 피크의 왼쪽에 커서를 끕니다. 마우스 포인터에 기호 B, 마우스 왼쪽된 버튼을 눌러 놓고 스펙트럼 1.78 MeV 피크의 오른쪽에 커서를 끕니다.
- 클릭 분석 | 멀티 최대 적합 | 새로운 다중 피크 맞추기 시작 | 대상에서 | 계속. 팝업 창에 표시 된 사용 그래프 커서 | 기준선 선형 | 자동 위치 봉우리 지금 | 그것을 | 최대 결과입니다. 피크의 지역 팝업 창에 나타납니다.
- 4.44 MeV 피크에 대 한 동일한 작업을 반복 합니다.
- 나머지 Net 기능 스펙트럼으로 모든 이전 작업을 반복 합니다.
- 방정식으로 각 구 덩이 순수한 탄소 피크 지역 찾을
Net C 피크 지역 난 4.44 MeV C 피크 지역 나 = 0.058-· 1.78 MeV 시 피크 지역 난 (3) - 직접 소품으로 기능과 시스템에 대 한 교정 라인 구축 탄소 농도 중량 %로 표시 대 Net 탄소 피크 지역의 ortional 의존성
- 이고르 소프트웨어에서 새 테이블을 열고: 창을 클릭 | 새 테이블입니다. 첫 번째 열과 두 번째 열에서 해당 Net C 피크 지역에서 구 덩이 탄소 농도 값을 입력 합니다.
- 플롯 Net C 피크 지역 대 탄소 농도 구 덩이: 창을 클릭 | 새로운 그래프입니다. YWave, Net C 피크 지역 및 XWave로 탄소 농도 선택 합니다. 그것을 클릭 합니다. 포인트는 그래프에 나타납니다.
- 보정 라인 구축: 클릭 분석 | 커브 피팅 | 기능-라인 | 대상에서 | 해봐. 교정 및 보정 계수 (k)는 창에 표시 됩니다.
5. 정적 모드에서 필드 토양 측정 실시
- 기능 시스템 3 단계에 따라 측정에 대 한 준비.
- 수동으로 또는 사용 하 여 적합 한 차량 견인에 의해 토양 탄소 콘텐츠 분석을 필요로 하는 사이트를 통해 시스템을 놓습니다. 그런 중성자 샘의 투영은 측정 되는 사이트를 통해 중심 기능 시스템 위치.
- 작업 단계-4.2.9 및 4.4.1-4.2.2 구현 연구 사이트에 대 한 Net C 피크 넓이 결정 하기 위한 4.4.6.
- 계산으로 보정 계수를 사용 하 여 무게 %의 탄소 농도
6. 스캔 모드에서 필드 토양 측정 실시
- 동안 필드 기능 시스템 여행 경로 추정 여행 속도 대 한 회계 (≤ 5 km/h), 필드 크기, 기능 시스템 풋프린트 (반경 1 ~ m), 및 측정 시간 (1 시간) 되도록 움직이는 궤적은 결국 전체 필드 영역을 다룹니다. 편의 위해, 장소 플래그에 설정 필드 경계 따라 포인트.
- 기능 시스템 3 단계에 따라 측정에 대 한 준비.
- 구현 작업 단계 4.2.2-4.2.3.
- 1 h.를 위해 정해진된 여행 경로 따라
- 구현 작업 단계-4.2.9 및 4.4.1-4.2.4 공부 분야에 대 한 Net C 피크 넓이 결정 하기 위한 4.4.6.
- 방정식 4로 보정 계수를 사용 하 여 무게 %의 탄소 농도 계산.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
토양 기능 & TNC와 TNC 감마 스펙트럼
측정된 토양 감마 스펙트럼의 일반적인 보기는 그림 4에 표시 됩니다. 된 연속 배경에 봉우리의 스펙트럼에 의하여 이루어져 있다. 관심의 주요 봉우리는 기능에 있는 중심 4.44 MeV와 1.78 MeV & TNC 스펙트럼. 두 번째 피크 실리콘 핵 토양에 포함 된 표시 될 수 있습니다 그리고 첫 번째 피크는 탄소와 실리콘 핵에서 겹치는 피크. 이 스펙트럼에서 그물 탄소 피크 영역 추출 절차는 위에 설명 되어 있습니다. Net 탄소 피크 지역 결정을 위한 모든 경우에이 절차를 사용 해야 합니다 탄소 핵에만. 11
그림 4. 토양에 대 한 일반적인 감마 스펙트럼 기능 시스템에 의해 측정. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
기능 시스템 배경 측정
지상 표면 위에 다양 한 시스템 상승 높이에서 측정 하는 net 기능 스펙트럼은 그림 5에 나와 있습니다. 11 높이 1.78 MeV, 4.44 MeV, 6.13 MeV (산소 피크)에서 중심으로 피크 넓이의 종속성은 그림 6에 나와 있는데. 이 그림 에서처럼 스펙트럼 지상 표면 위의 4 m 보다 큰 고도에서 더 이상 변경 합니다. 따라서, 높이 4 m 보다 큰 스펙트럼 시스템 건축 자재와 중성자의 상호 작용으로 인해 나타나는 감마 스펙트럼을 지정할 수 있습니다. 우리는 데이터 처리에 이러한 스펙트럼 (H = 6 m)에 한 시스템 배경 스펙트럼으로 사용.
그림 5. 는) ; 지상 기능 시스템 높이가 서로 다른 Net 기능 스펙트럼 b) 약 1.78 MeV; net 기능 스펙트럼의 조각 그리고 c) net 기능 스펙트럼 주위 4.44 MeV의 조각. 화살표는 증가 높이 지정합니다. 11 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6. 종속성의 봉우리 지역 중심 1.78, 그리고는 Groun 위에 높이 변경 기능 시스템에 대 한 Net 기능 스펙트럼에 4.44 MeV에서d. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
교정
Net 기능 스펙트럼 기능 시스템 교정 중에 생성 된 그림 7a에 표시 됩니다. Net 기능 스펙트럼의 11 조각 1.78 MeV 근처 고 4.44 MeV 봉우리 그림 7b 및 7 c, 더 큰 규모에 각각 표시 됩니다. 볼 수 있는 피크 4.44 MeV의 중심으로 구 덩이에서 증가 탄소 함량과 증가 합니다. 동시에 1.78 MeV에서 중심으로 피크는 약간 핏 증가에서 탄소로 감소합니다. 순 탄소 피크 (이 스펙트럼에서 계산) 탄소 함량 (무게 % 표현) 구 덩이에서 종속성 그림 8에 표시 됩니다. 11 보일 수 있다이 나타낼 수 있습니다 직접 비례 종속성 원점 (0, 0 지점)를 통과 하 여 실험 오류 한도 내에서. 이 종속성 보정 추가 측정에 사용 되었다.
그림 7. 는) 0, 2.5, 5, 모래 탄소 혼합물으로 구 덩이 대 한 Net 기능 스펙트럼 및 10 탄소 w % (균일 한 혼합물); b) net 기능 스펙트럼 약 1.78 MeV;의 조각 c) net 기능 약 4.44 MeV의 조각. 11 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 8. 구 덩이 (포인트 오차 막대), 고 기능 시스템 교정 라인 (실선)에 탄소 농도 그물 탄소 피크의 의존. 11 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
정적 모드에서 탄소 함량의 필드 측정
정적 모드에서 탄소 콘텐츠 측정 여러 필드 사이트에서 실시 했다. 알라바 마 농업 실험 역 몬 연구 단위, 캠프 힐, 알 (110 m x 30 m)에서 결과 표 1에 표시 됩니다. 필드 측정은 3에 의해 5 그리드 눈금선 (총 15 사이트) 사이 동등한 거리의 교차로에서 실시 했다. ~0.3 되 고 모든 측정의 표준 편차와 1.4 3.1 w % 사이 탄소 콘텐츠 개별 교차점에 대 한 다양 한 테이블에서 볼 수 있듯이 w %. 비교를 위해, 파괴적인 토양 샘플 또한 표준 DC 메서드를 사용 하 여 토양 탄소 함량을 결정 하기 위한 각 위치에서 촬영 했다. 이 데이터는 또한 표 1에 제시 된다. 두 데이터 집합의 비교 두 가지 방법 모두 각 위치 및 전체 필드 평균 값 사이 좋은 계약을 보여주었다.
| 위치 | 기능 측정 | 건조 연소 측정 | |||||
| # 사이트 | |||||||
| C | |||||||
표 1. 건조 연소 및 기능 방법으로 위 토양 층에 무게 %를 평균.
그것은 기능 및 DC 방법 (그림 9 , 10)에 따라 필드의 탄소 분포 지도 비교 하는 흥미로운. 두 지도 매우 유사, 하지만 ~ 2 개월 과정 샘플 DC 맵을 만드는 데 필요 동안 2 일 기능 매핑에 소요 했다에 주목 한다.
그림 9. 기능 메서드를 기반으로 하는 캠프 힐 필드의 탄소 배급 지도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 10. DC 메서드를 기반으로 하는 캠프 힐 필드의 탄소 배급 지도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
스캐닝 모드에서 탄소 함량의 필드 측정
토양 과학자 들은 넓은 영역에 대 한 탄소 함량 결정에 관심이 종종 (예:, 100 x 100 m). 위치 떨어져 10 m (측정 기능을 사용 하 여 당 필요한 1 시간)에 탄소를 결정 하는 대신 기능 스캔 모드를 사용 하 여 100 m x 100 m 필드에 대 한 평균 탄소 함량을 확인 가능 하다. 스캔 모드, 전체 필드 위에 통과 하는 동안 기능 측정 하 가능 하다. 이 스캐닝 측정 정적 모드 (1 시간)에서 단일 위치를 측정 하는 데 필요한 시간의 동일한 금액에서 수행할 수 있습니다. 증거와 원리 기능 스캔 모드는이 문서에서 설명 했다.
그것은 스캔 모드에서 탄소를 측정 하기 위한 첫 번째 시도 보다는 더 적은 만족 했다 주목 해야한다. 인수 검사 스펙트럼 기능에서 눈에 띄게 달랐다 & TNC와 TNC 정적 모드 스펙트럼; 관심의 봉우리 보다는 많이 되 고 피크 넓이와 광범위 한 되었고 짧은 정적 모드에서 관찰. 조사 결정이 왜곡 감마 검출기의 광 전 증폭 관12에 지구 자기장의 영향 때문 이었다. 이 문제를 해결 하려면 자기 화면 (mu-금속) 방패 감마 검출기로 사용 되었다. Co 60 컨트롤 원본의 감마 스펙트럼은 거의 상영된 감마 검출기의 방향에 관계 없이 동일 보여주 테스트 (수직, 수평, 경사), 동안 피크 중심 및 봉우리 폭의 방향에 따라 변경 된 겹쳐서 탐지기입니다. 이러한 결과 광 전 증폭 관에 지구 자기장의 영향 자기 화면을 사용 하 여 억제 될 수 있다 설명 했다. 마그네틱 심사 피크 확대 제거 하 고 정적 모드 스펙트럼을 매우 비슷하게 스캔 감마 스펙트럼을 생산.
비교 하려면 정적 스캔 모드, 탄소 함량의 정적 측정 했다 15 m x 45m 필드 내에서 5 개의 임의의 위치에서 (각 1 시간)를 수행 하 고 측정 스캐닝 모드 (총 1 시간)에 상당히 균일 한 탄소 함량을 동일한 필드에 수행. 개별 측정 위치와 검색 경로 표시 하는 필드의 지도 그림 11에 나와 있습니다. 5 고정 모드 위치의 net 기능 스펙트럼과 스캐닝 모드의 그림 12에 표시 됩니다. 그림 12에서 같이, 스캔 모드 스펙트럼 정적 모드 스펙트럼에 비슷한 외모와 모든 정적 스펙트럼의 중간에.
그림 11 . 필드 표시 정적 측정 위치 (별)와 검색 경로 (선)의 지도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 12 . Net 기능 스펙트럼 정적 스캔 모드; 인세트는 net 기능 스펙트럼 주위 4.44 MeV의 조각 및. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
Net 탄소 피크 지역 계산의 결과 표 2에 표시 됩니다. 표시 데이터에서 볼 수 있듯이 스캐닝 모드에서 측정 그물 탄소 피크 영역의 값 실험 오차의 한계 내에서 평균 정적 모드 값 함께 동의 합니다. 이 결과 증명 스캔 모드 측정 기능 필드에서 평균 탄소 함량을 정의 하기 위해 사용할 수 있습니다. 그것은 그 5 h 1 h 스캐닝 모드에서 필요로 했다 반면 정적 모드에서 평균 탄소 함량을 결정 소비 되었다 주의 하는 것이 중요.
| 모드 | # 사이트 | Net 탄소 | 성병, | 필드 평균 |
| 피크 면적, cps | cps | ±STD, cps | ||
| 정적 | 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 | ||
| 검색 | 필드 | 64.4 |
표 2. 정적 스캔 모드 및 net 탄소 피크 지역.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
이전 연구에 의해 설립 재단 건물, NSDL 직원 실제 필드 설정에서이 기술의 실용적이 고 성공적인 사용에 중요 한 질문을 해결. 처음, NSDL 연구원 그물 탄소 피크 넓이 결정할 때 기능 시스템 배경 신호를 담당 하는 필요성을 설명 했다. 11 또 다른 노력을 보여주었다 그물 탄소 피크 지역 (탄소 깊이 분포 모양)에 상단 10 ㎝ 토양 층의 평균 탄소 무게 % 특징 직접 비례 종속성에 의해. 또한, 기능 시스템 보정 (즉, 1.5 m x 1.5 m x 0.6 m 구 덩이 다른 모래 탄소 혼합물)에 필요한 장비 건설 되었다 고 실제 응용 프로그램에 필요한 교정 절차 개발 하 고 수행 했다. 결과 교정 라인 측정된 그물 탄소 피크 지역에서 토양 탄소 함량을 확인할 수 렌더링 합니다. NSDL 연구원 통합 많은 기능 시스템 디자인 개선, 감마 검출기의 자기장 차폐의 최근 추가 토양 탄소의 대규모 조사에 대 한 모드를 검색 하는 기능 시스템의 실제 사용에 대 한 있습니다.
토양 탄소 분석 공개 몇 가지 중요 한 프로토콜 단계 기능 방법 신청에 있는 경험. 정확한 측정 결과 얻으려면, 그것은 신중 하 게 확인 하 고 검출기 매개 변수 참조 소스;를 사용 하 여 조정에 중요 한 이것은 매우 중요 한 시스템 안정성 및 측정 결과 재현입니다. 시스템 배경 및 교정 측정 토양 탄소 함량의 정확한 결정에 대 한 중요 한 단계가 있습니다. 참고 감지기 매개 변수 모두 시스템 배경 및 교정 측정 동일 하 한다. 그것은 편법의 보정 계수의 정확도를 높이 몇 시간 동안 교정 측정 (구 덩이 및 시스템 배경)를 실시 하입니다. 이후 겹쳐서 검출기 생산 지구 자기장의 영향으로 매우 큰 오류 감지기에 자석 스크린을 설치 하는 것은 스캔 모드에서 정확 하 게 측정 중요 합니다. 또한, 자기 검열 정적 모드에서 결과 향상 시킵니다.
"금 표준" DC 방법 대 기능 메서드를 사용 하 여의 의미는 필드 매핑 중 시연 했다. 탄소 함량이 기능 메서드에서 정의의 속도 ~ 30 번 DC 메서드를 사용 하면 보다 큰 했다. 기능 방법의 다른 이점은 소개 섹션에서 논의 했다.
기능 및 DC ("금 표준") 방법 사이 입증 된 계약에도 불구 하 고 기능 기술의 현재 수정 최소한의 detectible 수준 (1.5 w %) 한 가지 주요 한계는 있습니다. 토양 탄소 함량이이 보다 작을 수 있습니다, 이후 향후 감마 검출기의 수를 증가 하 고 전체 시스템 설계를 최적화 하거나 대상 중성자 메서드를 적용 하 여 기능 시스템의 감도 향상에 집중할 것 이다. 13
이 제한에도 불구 하 고 개별 위치 측정 하는 토양 탄소 및 탄소 배포 매핑 필드 지형 기능 시스템의 현재 수정 추천 수 있다. 미래의 작업 기능 메서드를 사용 하 여 다른 토양 요소 질소, 철, 수소 등을 측정 찾아보기 수 있습니다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
저자는 배리 G. Dorman, 로버트 A. Icenogle, 후안 로드 리 게 스, 모리스 G. 웰 치, 그리고 실험 측정, 기술 지원에 대 한 청 새치 Siegford 및 짐 클라크과 컴퓨터 시뮬레이션에 대해 덱스터 LaGrand 빚을. 우리는이 프로젝트에 그들의 전자공학 및 감지기의 사용을 수 있도록 쌰 LLC를 감사 합니다. 이 작품에 의해 NIFA ALA 연구 계약 없음 ALA061-4-15014 지원 되었다 "농업 생산성 및 수명 주기 관리를 위한 토양 탄소 함량의 정밀 지리 공간 매핑".
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).
