Name: measurements of soil carbon by neutron-gamma analysis in static and scanning modes
Uploaded: 2017-08-24T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes at JoVE.com

Forfatterne står i gæld til Barry G. Dorman, Robert A. Icenogle, Juan Rodriguez, Morris G. Welch og Marlin Siegford for teknisk bistand i eksperimentelle målinger, og Jim Clark og Dexter LaGrand for bistand med computer-simuleringer. Vi takker XIA LLC for at tillade brugen af deres elektronik og detektorer i dette projekt. Dette arbejde blev støttet af NIFA ALA forskning kontrakt nr ALA061-4-15014 "Præcision geospatiale kortlægning af jordens kulstofindhold til landbrugets produktivitet og lifecycle management".

1. opbygning af INS system <ol><li>bruge den generelle INS system geometri vist i figur 1.</li></ol>
 <img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig1.jpg" /> fig. 1. INS System geometri. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig1large.jpg" target="_blank"> venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<ol start="2"> <li>bruger den INS systemde...

<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>

Bygger på det fundament af tidligere forskere, behandlet NSDL personale spørgsmål kritisk til praktiske og vellykket brug af denne teknologi i virkelige verden Feltindstillinger. I første omgang, påvist NSDL forskere nødvendigheden af at tage højde for INS system baggrund signal ved fastsættelsen af nettokulstofemission toparealer. 11 et andet forsøg viste at nettokulstofemission topareal karakteriserer de gennemsnitlige CO2 vægt procent i de øverste 10 cm jordlag (uanset carbon dybde d...

Kendskab til jord kulstofindhold er nødvendige for optimering af jordens produktivitet og rentabilitet, forstå virkningen af landbrugsjord brug praksis på jordens ressourcer, og evaluering af strategier for carbon sequestration1, 2,3,4. Kulstof i jorden er en universel indikator for jordbundens kvalitet5. Flere metoder er blevet udviklet til jord carbon målinger. Tør forbrænding (DC) har været den mest udbredte metode til år6; denne metode er baseret på feltet prøvetagning og laboratorium behandling og måling, der er ødelæggende, labor intensiv, og tidskrævende. To nyere metoder er laser-induceret opdeling spektroskopi, og i nærheden af og midten af infrarød spektroskopi7. Disse metoder er også destruktiv og kun analysere meget nær overfladen jordlag (0,1 - 1 cm jord dybde). Derudover disse metoder kun give punkt målinger af kulstofindhold til lille udsnit diskenheder (~ 60 cm3 for DC metode og 0,01-10 cm3 til infrarød spektroskopi metoder). Sådanne punkt målinger gøre det vanskeligt at ekstrapolere resultaterne til felt eller landskab skalaer. Da disse metoder er destruktiv, er tilbagevendende målinger også umuligt.
Tidligere forskere ved Brookhaven National Laboratory foreslog anvendelse af neutron teknologi til jord carbon analyse (INS metode)7,8,9. Denne indledende indsats udviklet teori og praksis med at bruge neutron gamma analyse for jord CO2 måling. Starter i 2013, blev denne indsats videreført på USDA-ARS nationale jord Dynamics Laboratory (NSDL). Udvidelsen af denne teknologisk anvendelse i de sidste 10 år er som følge af to hovedfaktorer: tilgængeligheden af relativt billige kommercielle neutron generatorer, gamma detektorer og tilsvarende elektronik med software; og topmoderne neutron-kerner interaktion reference databaser. Denne metode har flere fordele frem for andre. En INS system, placeres på en platform, kunne være manøvrerede over enhver form for felt, der kræver måling. Denne ikke-destruktiv in situ -metode kan analysere store jord diskenheder (~ 300 kg), der kan indskydes til en hele landbrugsområdet ved hjælp af kun få målinger. Denne INS system er også kan fungere i en scanningstilstand, der bestemmer det gennemsnitlige kulstofindholdet i et område baseret på scanning over et predetermine gitter felt eller landskab.

<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

Heri beskrives anvendelsen af uelastisk neutron spredning (INS) metode til jorden kulstof analyse er baseret på registrering og analyse af gamma stråler oprettes, når neutroner interagere med jord elementer. De vigtigste dele af INS system er en pulserende neutron generator, NaI(Tl) gamma detektorer, opdele elektronik til at adskille gamma spectra på grund af INS og thermo-neutron capture (TNC) processer og software til gamma spectra erhvervelse og databehandling. Denne metode har flere fordele frem for andre metoder i, at det er en ikke-destruktiv i situ -metode, der måler den gennemsnitlige CO2 indhold i store jord bind, er negligibly påvirket af lokale skarpe ændringer i kulstof i jorden og kan bruges i stationære eller scanning tilstande. Resultatet af metoden INS er CO2 indhold fra et websted med et aftryk af ~2.5 - 3 m2 i den stationære regime, eller det gennemsnitlige kulstofindholdet i området føres i ordningen scanning. Måleområde i det nuværende INS er &#62; 1,5 carbon vægt % (standardafvigelsen ± 0,3 w %) i de øverste 10 cm jordlag for en 1 hmeasurement.

Jord INS &#38; TNC og TNC gamma spektre
En generel opfattelse af de målte jord gamma spektre er vist i figur 4. Spektre består af et sæt af toppe på en kontinuerlig baggrund. De vigtigste toppe af interesse har centroids på 4,44 MeV og 1,78 MeV i INS &#38; TNC spektre. Den anden top kan tilskrives silicium kerner indeholdt i jorden, og den første spidsbelastning er en overlappende peak fra carbon og silicium ...

Watch this Scientific Journal Video about Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes at JoVE.com

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

Målinger af kulstof i jorden af Neutron-Gamma analyse i statisk og Scanning tilstande

Her præsenterer vi i protokollen for i situ måling af kulstof i jorden ved hjælp af neutron-gamma teknik til enkelt punkt målinger (statisk tilstand) eller felt gennemsnit (scannetilstand). Vi også beskrive systemet konstruktion og udarbejde data behandlingsprocedurer.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Fabrication, fortætning og Replica Molding af 3D kulstof nanorør mikrostrukturer

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

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

Artsdannelse og biotilgængelighed Målinger af Environmental Plutonium Brug Diffusion i 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 ...

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

Kvantificering af Hydrogen Koncentrationer i Surface og Interface-Lag og Bulk Materials gennem Dybde Profilering med kernereaktion 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 ...

In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography (CT) and Light Microscopy (LM) Correlated with Scanning Electron Microscopy (SEM)

In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography CT and Light Microscopy LM Correlated with Scanning Electron Microscopy SEM

I Dybde Analyser af lysdioder ved en kombination af X-ray Computed Tomography (CT) og Light Microscopy (LM) korreleret med Scanning Electron Microscopy (SEM)

In failure analysis, device characterization and reverse engineering of light emitting diodes (LEDs), and similar electronic components of ...

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

Omfattende karakterisering af Extended Fejl i Semiconductor Materials af en 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 ...

Scanning SQUID Study of Vortex Manipulation by Local Contact

Scanning SQUID Undersøgelse af Vortex Manipulation af Kommunernes Kontakt

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

To-vejs valorisering af Blast Furnace Slag: Syntese af udfældet kalciumkarbonat og Zeolitiske 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 ...

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

Precision Milling af kulstof nanorør skove Brug Low Pressure 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

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

Høj temperatur Fabrikation af nanostrukturerede yttriastabiliseret-Zirconia (YSZ) Stilladser ved<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon Templatering Xerogeler

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)

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems C-MEMS

Fremstilling af 3D-carbon-mikroelektromekaniske systemer (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 ...