Gli autori sono indebitati per Barry G. Dorman, Robert A. Icenogle, Juan Rodriguez, Morris G. Welch e Siegford di Marlin per assistenza tecnica in misure sperimentali e per Jim Clark e Dexter LaGrand per assistenza con simulazioni al computer. Ringraziamo XIA LLC per consentire l'uso di rivelatori e loro elettronica in questo progetto. Questo lavoro è stato supportato da catino ALA ricerca contratto No ALA061-4-15014 "Mappatura di geospatial di precisione del contenuto di carbonio del suolo per la gestione della produttività e del ciclo di vita agricola".

1. costruzione del sistema INS <ol><li>utilizzare la geometria di sistema INS generale illustrata nella Figura 1.</li></ol>
 <img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig1.jpg" /> Figura 1. INS sistema geometria. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig1large.jpg" target="_blank"> Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<ol start="2"> <li>utilizzare la progettazione del sistema INS illustrata nella Figura 2. 10</li></ol> <img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig2.jpg" /> Figura 2. Panoramica del sistema INS. 
A) primo blocco contiene generatore di neutroni, rilevatore di neutroni e sistema di alimentazione; B) secondo blocco contiene tre rivelatori NaI (Tl); C) terzo blocco contiene l'apparecchiatura per il funzionamento del sistema; D) vista generale del primo blocco risultati singoli componenti; e E) primi piani vista dei rivelatori gamma. 10 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig2large.jpg" target="_blank"> fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<ol start="3"> <li>utilizzare tre blocchi nel sistema INS (Vedi appendice).
	<ol><li>Per il primo blocco (A), utilizzare un generatore di neutroni (NG) e sistema di alimentazione ( Figura 2A e 2D). Uscita di neutroni pulsati di questo generatore sarà 10 7 - 10 8 n/s con energia del neutrone di 14 MeV. Il sistema di potere sarà composto da quattro batterie (12 V, 105 Ah), un Inverter DC-AC e un caricabatterie. Questo blocco contiene anche ferro (10 x 20 cm x 30 cm) e acido borico (5 x 20 cm x 30 cm) schermatura per proteggere il rilevatore di gamma da irradiazione del neutrone. 
		Nota: Un rivelatore di neutroni è anche incluso in questo blocco per controllare che funzioni correttamente il NG.</li>
		<li>Per il secondo blocco (B), utilizzare strumenti di misura di raggi gamma ( Figura 2B e 2E). Questo blocco contiene rivelatori di tre 12,7 x 12,7 cm x 15,2 cm scintillazione Nai con elettronica corrispondente. La dimensione esterna dei rivelatori con elettronica misurerà 15,2 x 15,2 cm x 46 cm.</li>
		<li>Per il terzo blocco (C), utilizzare un computer portatile che controlla il generatore di neutroni (con software DNC), rivelatori e sistema di acquisizione dati ( Figura 2).</li>
	</ol></li></ol> 2. Attenzione ed esigenze personali <ol><li>che ogni utente della formazione radiologica INS sistema pass.</li>
	<li>Assicurarsi che ogni persona che opera il NG trasporta una distintivo di monitoraggio delle radiazioni. Durante le misurazioni, il confine di area riservata (&#62; 20 µSv/h) intorno il NG avrà il simbolo di radiazione con le parole &#34; attenzione, radiazioni zona. &#34; tutti i bordi dell'area riservata sarà non meno di 4 m dal NG.</li>
	<li>In caso di emergenza, premere immediatamente il &#34; Interrupt emergenza &#34; pulsante la ng, togliere la chiave dal NG e scollegare il NG dalla fonte di alimentazione.</li>
</ol> 3. Preparazione del sistema INS per la misura <ol><li>Controlla che il sistema di potere. L'indicatore del livello di potenza sul caricabatterie sarà verde, o più di 3 lampade rosse devono illuminare. Se non, collegare il caricabatterie a una presa di corrente e attendere che le batterie diventano completamente carica (la spia verde si illumina) o fino a quando non viene raggiunto un livello di potenza accettabile (&#8805; 3 lampade rossi si illumineranno).</li>
	<li>Accendere l'inverter (spia verde si accende) e computer portatile.</li>
	<li>Eseguire il programma di acquisizione di dati sul portatile per operare i rivelatori gamma e controllare i parametri necessari per ogni rivelatore. I valori di questi parametri saranno definiti e registrati in precedenza al test del sistema di INS.
	<ol><li>Mettere una fonte di controllo di Cs-137 (qualsiasi tipo) entro 5-15 cm dai rivelatori.</li>
		<li>Avvia acquisizione di spettri per 1-3 min; controllare i baricentri del 662 keV picco di Cs-137 per tutti i rivelatori. Esse devono corrispondere al canale stesso. Se non, utilizzare la scala di coefficiente energetico del programma di acquisizione di dati modificando il valore per regolare i centroidi di picco 662 keV.</li>
	</ol></li> <li>Accendere il NG utilizzando la chiave speciale. La spia il NG si illumina in verde e giallo.</li>
</ol> 4. Calibrazione del sistema INS <ol><li>preparare 4 pozzi di dimensioni 1,5 m x 1,5 m x 0,6 m con miscele sabbia-carbonio omogenee ( Figura 3). Contenuto di carbonio è 0, 2,5, 5 e 10% di w. 
	Nota: Una betoniera viene utilizzata per rendere terreno sintetico composto da costruzione rivestimento sabbia e cocco (100% carbonio contenuto, media diametro granulare &#60; 0,5 mm). Omogeneità di queste miscele è determinata visivamente.</li>
</ol> <img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig3.jpg" /> Figura 3. Vista del pozzo con sabbia e Pit con miscela di sabbia-carbonio % Cw 10. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig3large.jpg" target="_blank"> Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<ol start="2"> <li>prendere misure sopra i pozzi attenendosi alla seguente procedura.
	<ol><li>Posizionare il sistema INS sopra il pozzo manualmente o da traino con un veicolo adatto. Posizionare il sistema INS, in modo tale che la proiezione della sorgente di neutroni è centrata sul pit.</li>
		<li>Eseguire il software DNC sul portatile che funziona il generatore di NG. Nella colonna errori sul lato destro della schermata del programma DNC, tutte le lampade si illumineranno di verde; in caso contrario, fare clic sul pulsante Cancella. Inserire i seguenti parametri: per i parametri di impulso - frequenza 5 kHz, duty cycle 25% ritardo 0 µs, estensione 2 µs; per il fascio - alta tensione 50 kV, fascio corrente 50 µA (Nota che questi parametri possono essere diversi a seconda della particolare configurazione del sistema INS e attività).
		<ol><li>Attivare l'interruttore sulla schermata del programma DNC e attendere che il NG entrare il regime di lavoro dove l'alta tensione e fascio attuale verrà a stabile valori corrispondenti ai valori inseriti; Serbatoio corrente verrà anche a un valore stabile.</li>
		</ol></li> <li>Eseguire il software di acquisizione dati sul portatile per operare i rivelatori gamma. Avvia acquisizione di spettri eseguendo il programma di acquisizione dati per 1 h. I processi di acquisizione di due spettri (INS &#38; TNC e TNC) apparirà sullo schermo.</li>
		<li>Dopo 1 h, fermare l'acquisizione di spettri e spettri di salvare sul disco rigido (File | Salvare i dati MCA | scegliere la cartella e immettere il nome del file. 
		Nota: Ci sarà due spettri salvati (TNC e INS) con il nome del file con estensione. MCA e _gated.mca, rispettivamente).</li>
		<li>Selezionare secondo rilevatore (fare clic sulla freccia nell'angolo superiore sinistro) e salvare gli spettri per questo rivelatore. Fare lo stesso per il terzo rivelatore.</li>
		<li>Fare clic su File | Exit per chiudere il software.</li>
		<li>Disattivare il software DNC disattivando l'interruttore sulla schermata del programma DNC.</li>
		<li>Ripetere i passaggi da 4.2.1 - 4.2.7 per altri box.</li>
		<li>Disabilita i NG utilizzando la chiave speciale. La spia il NG sarà Dim.</li>
	</ol></li> <li>Determinare gli spettri di sfondo del sistema INS elevando l'intero sistema di INS a una distanza maggiore di 4 m sopra la superficie del terreno e lontano da eventuali oggetti di grandi dimensioni e ripetere i passaggi da acquisizione dati 4.2.2 - 4.2.9.</li>
	<li>Elaborazione dati <ol><li>utilizzare un foglio di calcolo per aprire i file di dati salvati nel passaggio 4.2.4. Trovare i valori per l'output e input tariffe totali (OCR e ICR) e in tempo reale (RT) nelle righe 28, 27 e 30, rispettivamente.</li>
		<li>Calcolare il tempo di vita (LT) per INS &#38; TNC e spettri TNC per tutte le misurazioni come LT ho = OCR ho / ICR ho ·RT ho (1), dove OCR io e ICR io sono i tassi di conteggio di output e l'input per la misurazione i-esimo e RT è reale tempo di misura l'i-esimo.</li>
		<li>Calcolare gli spettri di gamma nei conteggi al secondo (cps), dividendo gli spettri (righe 33-2080 nel foglio di calcolo) per il corrispondente LT.</li>
		<li>Calcolare gli spettri di INS netti dalle misure corrispondenti per ogni pozzo come 
		NET INS spettro = (INS &#38; TNC - TNC) Pit - (INS &#38; TNC - TNC) Bkg (2)</li> <li>trovare la gamma picchi 1,78 MeV (28 Si) e 4,44 MeV (12 C) nello spettro INS netto per ogni buca e calcolare le aree dei picchi (4,44 MeV C picco area, area del picco Si 1,78 MeV) utilizzando software di IGOR.
		<ol><li>Apri il software facendo doppio clic sull'icona. Inserire il primo netto INS spettro nella tabella.</li>
			<li>Fare clic su Windows | Nuovo grafico | Da Target | &#34; nome del file &#34; | Fallo. Lo spettro viene visualizzato nella finestra del grafico. Fare clic su grafico | Visualizza Info. Le finestre con A e marcatori B viene visualizzato sotto la finestra del grafico.</li>
			<li>Posiziona il mouse sul segno A, premere il pulsante sinistro del mouse e trascinare il cursore per lo spettro sul lato sinistro del picco 1,78 MeV. Posizionare il puntatore del mouse sul segno B, premere il pulsante sinistro del mouse e trascinare il cursore per lo spettro sul lato destro del picco MeV 1,78.</li>
			<li>Fare clic su analisi | Multi-picco Fit | Avviare nuova Fit multi-picco | Da Target | Continuare. Nella finestra a comparsa contrassegnato uso grafico cursore | Linea di base lineare | Auto-individuare picchi ora | Farlo | Risultati di picco. L'area del picco appare nella finestra pop-up.</li>
			<li>Ripetere le stesse operazioni per picco 4,44 MeV.</li>
			<li>Ripetere tutte le operazioni precedenti con gli spettri netto rimanente di INS.</li>
		</ol></li> <li>Trovare il carbonio netto le aree dei picchi per ogni pozzo dall'equazione Net C picco zona ho = 4,44 MeV C picco zona ho - 0,058 · 1,78 MeV Si picco zona ho (3)</li> <li>costruire la linea di calibratura per il sistema INS come un puntello diretto ortional dipendenza delle aree dei picchi di carbonio netto vs concentrazione di carbonio espresso in percentuale di peso.
		<ol><li>Aprire la nuova tabella in software di IGOR: fare clic su finestra | Nuova tabella. Immettere i valori di concentrazione di carbonio pit nella prima colonna e l'area di picco C netto corrispondente nella seconda colonna.</li>
			<li>Trama il C netto picco zona vs concentrazione di carbonio del pozzo: fare clic su Windows | Nuovo grafico. Scegliere area di picco netto C come YWave e le concentrazioni di carbonio come XWave. Scegliere di farlo. I punti vengono visualizzati nel grafico.</li>
			<li>Costruire la linea di calibrazione: fare clic su analisi | Curva di raccordo | Funzione - linea | Da Target | Fallo. La linea di calibratura e il coefficiente di taratura (k) apparirà nella finestra.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 5. Misurazioni del terreno di campo in modalità statica <ol><li>preparare il sistema INS per misurazione secondo la fase 3.</li>
	<li>Posiziona il sistema del sito che richiedono analisi di contenuto di carbonio del suolo manualmente o da traino utilizzando il veicolo adatto. Posizionare il sistema INS in modo tale che la proiezione della sorgente di neutroni è centrata sopra il sito misurato.</li>
	<li>Implementare azioni come segue 4.2.2 - 4.2.9 e 4.4.1 - 4.4.6 per determinare le aree dei picchi C netto per i siti di studio.</li>
	<li>Calcolare la concentrazione di carbonio in peso % utilizzando il coefficiente di taratura come 
	<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56270/56270eq1.jpg" /></li></ol> 6. condurre misurazioni sul campo del suolo in modalità scansione <ol><li>stimare il percorso che il sistema di INS si recherà sul campo mentre contabilità per velocità di traslazione (&#8804; 5 km/h), campo size, footprint di sistema INS (raggio ~ 1 m) e tempo di misura (1 h) tale che la traiettoria di movimento alla fine copre l'area di tutto il campo. Per comodità, posto bandiere a trasformare punti lungo il perimetro del campo.</li>
	<li>Preparare il sistema INS per misurazione secondo la fase 3.</li>
	<li>Implementare azioni come segue 4.2.2 - 4.2.3.</li>
	<li>Seguire il percorso di viaggio predeterminato per 1 h.</li>
	<li>Implementare azioni come segue 4.2.4 - 4.2.9 e 4.4.1 - 4.4.6 per determinare zone di picco netto C per il campo studiato.</li>
	<li>Calcolare la concentrazione di carbonio in peso % utilizzando il coefficiente di taratura di equazione 4.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Potter, K. N., Daniel, J. A., Altom, W., Torbert, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stocking+rate+effect+on+soil+carbon+and+nitrogen+in+degraded+soils.">Stocking rate effect on soil carbon and nitrogen in degraded soils.</a> J. Soil Water Conserv. 56, 233-236 (2001).</li><li>Torbert, H. A., Prior, S. A., Runion, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+the+return+to+cultivation+on+carbon+(C)+sequestration.">Impact of the return to cultivation on carbon (C) sequestration.</a> J. Soil Water Conserv. 59 (1), 1-8 (2004).</li><li>Stolbovoy, V., Montanarella, L., Filippi, N., Jones, A., Gallego, J., Grassi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Soil sampling protocol to certify the changes of organic carbon stock in mineral soil of the European Union. Version 2. , (2007).</li><li>Smith, K. E., Watts, D. B., Way, T. R., Torbert, H. A., Prior, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+tillage+and+fertilizer+application+method+on+gas+emissions+(CO2,+CH4,+N2O)+in+a+corn+cropping+system.">Impact of tillage and fertilizer application method on gas emissions (CO2, CH4, N2O) in a corn cropping system.</a> Pedosphere. 22 (5), 604-615 (2012).</li><li>Seybold, C. A., Mausbach, M. J., Karlen, D. L., Rogers, H. H., Lal, R., Kimble, J., Stewart, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+soil+quality.">Quantification of soil quality.</a> Soil processes and the carbon cycle. , 387-404 (1997).</li><li>Nelson, D. W., Sommers, L. E., Sparks, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Total+carbon,+organic+carbon,+and+organic+matter.">Total carbon, organic carbon, and organic matter.</a> Methods of Soil Analysis., Part 3, Chemical Methods. , 961-1010 (1996).</li><li>Wielopolski, L., Carayannis, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nuclear+methodology+for+non-destructive+multi-elemental+analysis+of+large+volumes+of+soil.">Nuclear methodology for non-destructive multi-elemental analysis of large volumes of soil.</a> Planet Earth: Global Warming Challenges and Opportunities for Policy and Practice. , (2011).</li><li>Wielopolski, L., Yanai, R. D., Levine , C. R., Mitra, S., Vadeboncoeur, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid,+non-destructive+carbon+analysis+of+forest+soils+using+neutron-induced+gamma-ray+spectroscopy.">Rapid, non-destructive carbon analysis of forest soils using neutron-induced gamma-ray spectroscopy.</a> Forest Ecol. Manag. 260, 1132-1137 (2010).</li><li>Mitra, S., Wielopolski, L., Tan, H., Fallu-Labruyere, A., Hennig, W., Warburton, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concurrent+measurement+of+individual+gamma-ray+spectra+during+and+between+fast+neutron+pulses.">Concurrent measurement of individual gamma-ray spectra during and between fast neutron pulses.</a> Nucl. Sci. 54 (1), 192-196 (2007).</li><li>Yakubova, G., Wielopolski, L., Kavetskiy, A., Torbert, H. A., Prior, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field+testing+a+mobile+inelastic+neutron+scattering+system+to+measure+soil+carbon.">Field testing a mobile inelastic neutron scattering system to measure soil carbon.</a> Soil Sci. 179, 529-535 (2014).</li><li>Yakubova, G., Kavetskiy, A., Prior, S. A., Torbert, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Benchmarking+the+inelastic+neutron+scattering+soil+carbon+method.">Benchmarking the inelastic neutron scattering soil carbon method.</a> Vadose Zone J. 15 (2), (2016).</li><li>Knoll, G. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Radiation Detection and Measurement. , (2000).</li><li>Mitra, S., Dioszegi, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unexploded+Ordnance+identification+-+A+gamma-ray+spectral+analysis+method+for+Carbon,+Nitrogen+and+Oxygen+signals+following+tagged+neutron+interrogation.">Unexploded Ordnance identification - A gamma-ray spectral analysis method for Carbon, Nitrogen and Oxygen signals following tagged neutron interrogation.</a> Nucl. Instrum. Meth. A. 693, 16-22 (2012).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Sulla base la Fondazione creata da precedenti ricercatori, il personale NSDL rivolto domande critiche per l'uso pratico e di successo di questa tecnologia in impostazioni del campo di mondo reale. Inizialmente, i ricercatori NSDL ha dimostrato la necessità di rappresentare il segnale di fondo del sistema INS quando determinare zone di picco di carbonio netto. 11 un altro sforzo ha mostrato che l'area del picco di carbonio netto caratterizza la percentuale di peso medio carbonio nello strato super...

Conoscenza del contenuto di carbonio del suolo è necessaria per l'ottimizzazione della produttività del suolo e la redditività, comprendere l'impatto delle pratiche di utilizzo di terreni agricoli su risorse del suolo e la valutazione di strategie per il sequestro di carbonio1, 2,3,4. Carbonio nel suolo è un indicatore universale di terreno qualità5. Diversi metodi sono stati sviluppati per le misurazioni di carbonio del suolo. Combustione a secco (DC) è stato il metodo più diffuso per anni6; Questo metodo si basa sulla raccolta del campione di campo e laboratorio di lavorazione e misurazione che è distruttivo, manodopera intensiva e richiede tempo. Due nuovi metodi sono spettroscopia di ripartizione indotta da laser e vicino e metà spettroscopia infrarossa7. Questi metodi sono anche distruttivi e analizzare solo lo strato di terra molto vicino alla superficie (0,1 - 1 cm di profondità di suolo). Inoltre, questi metodi restituiscono solo punto misurazioni del contenuto di carbonio per volumi di campione piccolo (~ 60 cm3 per metodo di DC e 0.01-10 cm3 per i metodi di spettroscopia infrarossa). Tali misurazioni del punto rendono difficile estrapolare risultati alle scale di campo o paesaggio. Poiché questi metodi sono distruttivi, misure ricorrenti anche sono impossibili.
I ricercatori precedenti al Brookhaven National Laboratory ha suggerito applicando la tecnologia di neutroni per suolo carbonio analisi (metodo INS)7,8,9. Questo sforzo iniziale ha sviluppato la teoria e la pratica di usando l'analisi di gamma di neutroni per la misura di carbonio del suolo. A partire dal 2013, questo sforzo è stato continuato a USDA-ARS nazionale suolo Dynamics Laboratory (NSDL). L'espansione di questa applicazione tecnologica negli ultimi 10 anni è dovuta a due fattori principali: la disponibilità di generatori di neutroni commerciale relativamente poco costoso, rilevatori di gamma e corrispondente elettronica con software; e banche dati di riferimento all'avanguardia neutrone-nuclei interazione. Questo metodo ha diversi vantaggi rispetto ad altri. Un sistema di INS, posizionato su una piattaforma, potrebbe essere manovrato su qualsiasi tipo di campo che richiede la misura. Questo metodo non distruttivo in situ può analizzare i volumi di grandi terreni (~ 300 kg) che possono essere interpolati a un campo intero agricolo utilizzando solo alcune misurazioni. Questo sistema di INS è anche in grado di operare in una modalità di scansione che determina il contenuto di carbonio medio di un'area basata sulla scansione sopra una griglia prestabilito del campo o del paesaggio.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="717">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:195px;">Neutron Generator</td>
			<td style="width:327px;">Thermo Fisher Scientific, Colorado Springs, CO 
			DNC software</td>
			<td style="width:125px;">MP320</td>
			<td style="width:72px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gamma-detector:</td>
			<td></td>
			<td>na</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">- NaI(Tl) crystal</td>
			<td>Scionix USA, Orlando, FL</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">- Electronics</td>
			<td>XIA LLC, Hayward, CA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">- Software</td>
			<td>ProSpect</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Battery</td>
			<td>Fullriver Battery USA, Camarillo, CA</td>
			<td>DC105-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Invertor</td>
			<td>Nova Electric, Bergenfield, NJ</td>
			<td>CGL 600W-series</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Charger</td>
			<td>PRO Charging Systems, LLC, LaVergne, TN</td>
			<td>PS4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Block of Iron</td>
			<td>Any</td>
			<td>na</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Boric Acid</td>
			<td>Any</td>
			<td>na</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Laptop</td>
			<td>Any</td>
			<td>na</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">mu-metal</td>
			<td>Magnetic Shield Corp., Bensenville, IL</td>
			<td>&#160;MU010-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Construction sand</td>
			<td>Any</td>
			<td>na</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Coconut shell</td>
			<td>General Carbon Corp., Patterson, NJ</td>
			<td>GC 8 X 30S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;">Reference Cs-137 source</td>
			<td>Any</td>
			<td>na</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurements of soil carbon by neutron-gamma analysis in static and scanning modes

L'applicazione qui descritto del neutrone anelastico Dispersione metodo (INS) per analisi di carbonio del suolo è basato sulla registrazione e l'analisi di raggi gamma creata quando neutroni interagiscono con gli elementi del terreno. Le parti principali del sistema INS sono un generatore di neutroni pulsati, rilevatori di gamma Nai, dividere elettronica per separare spettri gamma dovuto INS e termo-neutrone cattura (TNC) processi e software per l'acquisizione di spettri di gamma ed elaborazione dei dati. Questo metodo ha diversi vantaggi rispetto ad altri metodi, in quanto esso è un metodo non distruttivo in situ che misura il carbonio medio contenuto in volumi di grande terreno, risente in modo trascurabile locali forti cambiamenti in carbonio nel suolo e può essere utilizzato in stazionario o modalità di scansione. Il risultato del metodo INS è il contenuto di carbonio da un sito con un ingombro di ~2.5 - 3 m2 in regime stazionario, o il contenuto di carbonio medio dell'area attraversata in regime di scansione. Campo di misura del sistema INS attuale è &#62; 1,5% di peso di carbonio (deviazione standard ± 0.3% w) nello strato superiore 10 cm del suolo per un 1 hmeasurement.

Del suolo INS &#38; TNC e TNC spettri gamma
Una visione generale degli spettri gamma suolo misurata è illustrata nella Figura 4. Lo spettro consiste di una serie di picchi su uno sfondo continuo. Le vette principali di interesse sono centroidi 4,44 MeV e 1,78 MeV all'INS &#38; spettri TNC. Il secondo picco può essere attribuito ai nuclei di silicio contenuti nel suolo, e il primo picco è un picco sovrapposto dai...

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Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

Misure del carbonio nel suolo di neutroni-Gamma analisi statica e modalità di scansione

Qui, presentiamo il protocollo per la misura in situ di carbonio nel suolo usando la tecnica di neutroni-gamma per singolo punto misure (modalità statica) o campo medie (modalità di scansione). Inoltre descriviamo la costruzione del sistema ed elaborare procedure di trattamento dei dati.

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

measurements-soil-carbon-neutron-gamma-analysis-static-scanning

Research

JoVE Journal

Engineering

7.2K Views.  Agricultural Research Service, United States Department of Agriculture. Qui, presentiamo il protocollo per la misura in situ di carbonio nel suolo usando la tecnica di neutroni-gamma per singolo punto misure (modalità statica) o campo medie (modalità di scansione). Inoltre descriviamo la costruzione del sistema ed elaborare procedure di trattamento dei dati.

Video: Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip devices, and their applications. In particular, capabilities for cost-effective fabrication of polymer microstructures were transformed by the advent of soft lithography and other micromolding techniques 1, 2, and this led a revolution in applications of microfabrication to biomedical engineering and biology. Nevertheless, it remains challenging to fabricate microstructures with well-defined nanoscale surface textures, and to fabricate arbitrary 3D shapes at the micro-scale. Robustness of master molds and maintenance of shape integrity is especially important to achieve high fidelity replication of complex structures and preserving their nanoscale surface texture. The combination of hierarchical textures, and heterogeneous shapes, is a profound challenge to existing microfabrication methods that largely rely upon top-down etching using fixed mask templates. On the other hand, the bottom-up synthesis of nanostructures such as nanotubes and nanowires can offer new capabilities to microfabrication, in particular by taking advantage of the collective self-organization of nanostructures, and local control of their growth behavior with respect to microfabricated patterns. 
Our goal is to introduce vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), which we refer to as CNT "forests", as a new microfabrication material. We present details of a suite of related methods recently developed by our group: fabrication of CNT forest microstructures by thermal CVD from lithographically patterned catalyst thin films; self-directed elastocapillary densification of CNT microstructures; and replica molding of polymer microstructures using CNT composite master molds. In particular, our work shows that self-directed capillary densification ("capillary forming"), which is performed by condensation of a solvent onto the substrate with CNT microstructures, significantly increases the packing density of CNTs. This process enables directed transformation of vertical CNT microstructures into straight, inclined, and twisted shapes, which have robust mechanical properties exceeding those of typical microfabrication polymers. This in turn enables formation of nanocomposite CNT master molds by capillary-driven infiltration of polymers. The replica structures exhibit the anisotropic nanoscale texture of the aligned CNTs, and can have walls with sub-micron thickness and aspect ratios exceeding 50:1. Integration of CNT microstructures in fabrication offers further opportunity to exploit the electrical and thermal properties of CNTs, and diverse capabilities for chemical and biochemical functionalization 3.

We present methods for fabrication of patterned microstructures of vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), and their use as master molds for production of polymer microstructures with organized nanoscale surface texture. The CNT forests are densified by condensation of solvent onto the substrate, which significantly increases their packing density and enables self-directed formation of 3D shapes.

Molding Fabrication, densificazione e Replica di microstrutture 3D Nanotubi di carbonio

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip ...

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Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can potentially contribute to the exposure of biota and humans. The diffusive gradients in thin films technique is introduced here for in-situ measurements of Pu bioavailability and speciation. A diffusion cell constructed for laboratory experiments with Pu and the newly developed protocol make it possible to simulate the environmental behavior of Pu in model solutions of various chemical compositions. Adjustment of the oxidation states to Pu(IV) and Pu(V) described in this protocol is essential in order to investigate the complex redox chemistry of plutonium in the environment. The calibration of this technique and the results obtained in the laboratory experiments enable to develop a specific DGT device for in-situ Pu measurements in freshwaters. Accelerator-based mass-spectrometry measurements of Pu accumulated by DGTs in a karst spring allowed determining the bioavailability of Pu in a mineral freshwater environment. Application of this protocol for Pu measurements using DGT devices has a large potential to improve our understanding of the speciation and the biological transfer of Pu in aquatic ecosystems.

The technique of diffusive gradients in thin films (DGT) is proposed for speciation studies of plutonium. This protocol describes diffusion experiments probing the behavior of Pu(IV) and Pu(V) in presence of organic matter. DGTs deployed in a karstic spring allow assessment of the bioavailability of Pu.

Speciazione e di biodisponibilità Misure di plutonio ambientale Uso Diffusione in film sottili

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and non-destructively reveals the hydrogen density distribution at surfaces, at interfaces, and in the volume of solid materials with high depth resolution. The technique applies a 15N ion beam of 6.385 MeV provided by an electrostatic accelerator and specifically detects the 1H isotope in depths up to about 2 &#956;m from the target surface. Surface H coverages are measured with a sensitivity in the order of ~1013 cm-2 (~1% of a typical atomic monolayer density) and H volume concentrations with a detection limit of ~1018 cm-3 (~100 at. ppm). The near-surface depth resolution is 2-5 nm for surface-normal 15N ion incidence onto the target and can be enhanced to values below 1 nm for very flat targets by adopting a surface-grazing incidence geometry. The method is versatile and readily applied to any high vacuum compatible homogeneous material with a smooth surface (no pores). Electrically conductive targets usually tolerate the ion beam irradiation with negligible degradation. Hydrogen quantitation and correct depth analysis require knowledge of the elementary composition (besides hydrogen) and mass density of the target material. Especially in combination with ultra-high vacuum methods for in-situ target preparation and characterization, 1H(15N,&#945;&#947;)12C NRA is ideally suited for hydrogen analysis at atomically controlled surfaces and nanostructured interfaces. We exemplarily demonstrate here the application of 15N NRA at the MALT Tandem accelerator facility of the University of Tokyo to (1) quantitatively measure the surface coverage and the bulk concentration of hydrogen in the near-surface region of a H2 exposed Pd(110) single crystal, and (2) to determine the depth location and layer density of hydrogen near the interfaces of thin SiO2 films on Si(100).

We illustrate the application of 1H(15N,&#945;&#947;)12C resonant nuclear reaction analysis (NRA) to quantitatively evaluate the density of hydrogen atoms on the surface, in the volume, and at an interfacial layer of solid materials. The near-surface hydrogen depth profiling of a Pd(110) single crystal and of SiO2/Si(100) stacks is described.

La quantificazione delle concentrazioni di idrogeno in superficie e di interfaccia Livelli e materiale sfuso attraverso profili di profondità con l&#39;analisi reazione nucleare

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications of semiconductor materials. However, it is still under debate how the defect structure determines the band structure, and therefore, the recombination behavior of electron-hole pairs responsible for the optical and electrical properties of the extended defects. The present paper is a survey of procedures for the spatially resolved investigation of structural and of physical properties of extended defects in semiconductor materials with a scanning electron microscope (SEM). Representative examples are given for crystalline silicon. The luminescence behavior of extended defects can be investigated by cathodoluminescence (CL) measurements. They are particularly valuable because spectrally and spatially resolved information can be obtained simultaneously. For silicon, with an indirect electronic band structure, CL measurements should be carried out at low temperatures down to 5 K due to the low fraction of radiative recombination processes in comparison to non-radiative transitions at room temperature. For the study of the electrical properties of extended defects, the electron beam induced current (EBIC) technique can be applied. The EBIC image reflects the local distribution of defects due to the increased charge-carrier recombination in their vicinity. The procedure for EBIC investigations is described for measurements at room temperature and at low temperatures. Internal strain fields arising from extended defects can be determined quantitatively by cross-correlation electron backscatter diffraction (ccEBSD). This method is challenging because of the necessary preparation of the sample surface and because of the quality of the diffraction patterns which are recorded during the mapping of the sample. The spatial resolution of the three experimental techniques is compared.

The optical, electrical, and structural properties of dislocations and of grain boundaries in semiconductor materials can be determined by experiments performed in a scanning electron microscope. Electron microscopy has been used to investigate cathodoluminescence, electron beam induced current, and diffraction of backscattered electrons.

Caratterizzazione completa dei difetti estesi in materiali semiconduttori da un microscopio elettronico a scansione

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Scanning SQUID Study of Vortex Manipulation by Local Contact

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual vortices is necessary in order to study how vortices interact with each other, with the lattice, and with other magnetic objects. Here, we present a protocol for vortex manipulation in thin superconducting films by local contact, without applying current or magnetic field. Vortices are imaged using a scanning superconducting quantum interference device (SQUID), and vertical stress is applied to the sample by pushing the tip of a silicon chip into the sample, using a piezoelectric element. Vortices are moved by tapping the sample or sweeping it with the silicon tip. Our method allows for effective manipulation of individual vortices, without damaging the film or affecting its topography. We demonstrate how vortices were relocated to distances of up to 0.8 mm. The vortices remained stable at their new location up to five days. With this method, we can control vortices and move them to form complex configurations. This technique for vortex manipulation could also be implemented in applications such as vortex based logic devices.

We present a protocol for manipulation of individual vortices in thin superconducting films, using local mechanical contact. The method does not include applying current, magnetic field or additional fabrication steps.

La scansione SQUID Studio di Vortex manipolazione da locale Contatto

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual ...

Two-way Valorization of Blast Furnace Slag: Synthesis of Precipitated Calcium Carbonate and Zeolitic Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with sufficient heavy metal adsorption capacity. To this end, blast furnace slag, a residue from iron-making, is utilized as the starting material. Calcium is selectively extracted from the slag by leaching with acetic acid (2 M CH3COOH) as the extraction agent. The filtered leachate is subsequently physico-chemically purified and then carbonated to form precipitated calcium carbonate (PCC) of high purity (&lt;2 wt% non-calcium impurities, according to ICP-MS analysis). Sodium hydroxide is added to neutralize the regenerated acetate. The morphological properties of the resulting calcitic PCC are tuned for its potential application as a filler in papermaking. In parallel, the residual solids from the extraction stage are subjected to hydrothermal conversion in a caustic solution (2 M NaOH) that leads to the predominant formation of a particular zeolitic mineral phase (detected by XRD), namely analcime (NaAlSi2O6&#8729;H2O). Based on its ability to adsorb Ni2+, as reported from batch adsorption experiments and ICP-OES analysis, this product can potentially be used in wastewater treatment or for environmental remediation applications.

A protocol for the parallel production of precipitated calcium carbonate and zeolitic material from blast furnace slag via mineral carbonation and alkaline hydrothermal conversion, respectively, is presented. The performance of the zeolitic material towards nickel adsorption is tested.

Bidirezionale Valorizzazione di scorie d&#39;altoforno: Sintesi di carbonato di calcio precipitato e zeolitici Heavy Metal Adsorbente

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with ...

Precision Milling of Carbon Nanotube Forests Using Low Pressure Scanning Electron Microscopy

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning electron microscope (ESEM) operating with a low pressure water vapor ambient. In this technique, a portion of the electron beam interacts with the water vapor in the vicinity of the CNT sample, dissociating the water molecules into hydroxyl radicals and other species by radiolysis. The remainder of the electron beam interacts with the CNT forest sample, making it susceptible to oxidation from the chemical products of radiolysis. This technique may be used to trim a selected region of an individual CNT, or it may be used to remove hundreds of cubic microns of material by adjusting ESEM parameters. The machining resolution is similar to the imaging resolution of the ESEM itself. The technique produces only small quantities of carbon residue along the boundaries of the cutting zone, with minimal effect on the native structural morphology of the CNT forest.

Low pressure scanning electron microscopy in a water vapor ambient is used to machine nanoscale to microscale features in carbon nanotube forests.

Precisione fresatura di Nanotubi di carbonio delle foreste Utilizzando bassa pressione Scanning Electron Microscopy

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

Fabbricazione ad alta temperatura di Nanostrutturati di ossido di ittrio stabilizzato-Zirconia (YSZ) Ponteggi da<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon Templating xerogel

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems (C-MEMS)

A wide range of carbon sources are available in nature, with a variety of micro-/nanostructure configurations. Here, a novel technique to fabricate long and hollow glassy carbon microfibers derived from human hairs is introduced. The long and hollow carbon structures were made by the pyrolysis of human hair at 900 &#176;C in a N2 atmosphere. The morphology and chemical composition of natural and pyrolyzed human hairs were investigated using scanning electron microscopy (SEM) and electron-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), respectively, to estimate the physical and chemical changes due to pyrolysis. Raman spectroscopy was used to confirm the glassy nature of the carbon microstructures. Pyrolyzed hair carbon was introduced to modify screen-printed carbon electrodes ; the modified electrodes were then applied to the electrochemical sensing of dopamine and ascorbic acid. Sensing performance of the modified sensors was improved as compared to the unmodified sensors. To obtain the desired carbon structure design, carbon micro-/nanoelectromechanical system (C-MEMS/C-NEMS) technology was developed. The most common C-MEMS/C-NEMS fabrication process consists of two steps: (i) the patterning of a carbon-rich base material, such as a photosensitive polymer, using photolithography; and (ii) carbonization through the pyrolysis of the patterned polymer in an oxygen-free environment. The C-MEMS/NEMS process has been widely used to develop microelectronic devices for various applications, including in micro-batteries, supercapacitors, glucose sensors, gas sensors, fuel cells, and triboelectric nanogenerators. Here, recent developments of a high-aspect ratio solid and hollow carbon microstructures with SU8 photoresists are discussed. The structural shrinkage during pyrolysis was investigated using confocal microscopy and SEM. Raman spectroscopy was used to confirm the crystallinity of the structure, and the atomic percentage of the elements present in the material before and after pyrolysis was measured using EDX.

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems C-MEMS

Long and hollow glassy carbon microfibers were fabricated based on the pyrolysis of a natural product, human hair. The two fabrication steps of carbon microelectromechanical and carbon nanoelectromechanical systems, or C-MEMS and C-NEMS, are: (i) photolithography of a carbon-rich polymer precursor and (ii) pyrolysis of the patterned polymer precursor.

Fabbricazione di sistemi microelettromeccanici a carbonio 3D (C-MEMS)

A wide range of carbon sources are available in nature, with a variety of micro-/nanostructure configurations. Here, a novel technique to fabricate long ...

Production and Characterization of Vacuum Deposited Organic Light Emitting Diodes

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex donor-acceptor emitters is presented. With a step-by-step procedure, readers will be able to repeat and produce OLED devices based on simple organic emitters. A patterning procedure allowing the creation of personalized indium tin oxide (ITO) shape is shown. This is followed by the evaporation of all layers, encapsulation and characterization of each individual device. The end goal is to present a procedure that will give the opportunity to repeat the information presented in cited publication but also using different compounds and structures in order to prepare efficient OLEDs.

A protocol for the production of simple structured organic light-emitting diodes (OLEDs) is presented.

Produzione e caratterizzazione di vuoto depositato Organic Light Emitting Diodes

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex ...