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

המחברים חבים בארי ג דורמן, רוברט א Icenogle, חואן רודריגז, מוריס ג ולש של מרלין Siegford לסיוע טכני במדידות ניסיוני, ג'ים קלארק, דקסטר LaGrand לקבלת סיוע עם סימולציות מחשב. אנו מודים שיה LLC להתרת השימוש שלהם אלקטרוניקה, גלאי בפרויקט זה. עבודה זו נתמכה על-ידי NIFA עלא מחקר החוזה לא ALA061-4-15014 "גאו-מרחביים דיוק המיפוי של אדמת בפחמן עבור פרודוקטיביות החקלאי וניהול מחזור החיים".

1. בניית מערכת תוספות <ol><li>להשתמש הגיאומטריה כללי של מערכת תוספות המוצג באיור 1.</li></ol>
 <img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig1.jpg" /> איור 1. הארצי מערכת גאומטריה. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig1large.jpg" target="_blank"> אנא לחץ כאן כדי להצי...

<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>

בונים על הקרן הוקמה על ידי חוקרים קודמים, הצוות NSDL התייחס שאלות קריטיות לשימוש מעשי ומוצלח של טכנולוגיה זו בהגדרות שדה בעולם האמיתי. בתחילה, חוקרים NSDL הפגינו את הצורך להביא בחשבון האות רקע מערכת תוספות בקביעת אזורי שיא פחמן נטו. 11 מאמץ נוסף הראה כי האזור שיא פחמן נטו המאפיינת א...

הידע של אדמת בפחמן נדרש עבור אופטימיזציה של אדמה פריון ורווחיות, הבנת ההשפעה של קרקע חקלאית שימוש פרקטיקות משאבי הקרקע, והערכת אסטרטגיות עבור פחמן פחמיות1, 23,,4. פחמן בקרקע הוא מחוון אוניברסלי של איכות קרקע5. פותחו מספר שיטות למדידות פחמן בקרקע. יבש בעירה (DC) הייתה השיטה הנפוצה ביותר עבור שנים6; שיטה זו מבוססת על איסוף הדגימה השדה ואת מעבדה לעיבוד מידה היא הרסנית, עבודה אינטנסיבית ולאחר זמן רב. שתי שיטות חדשות יותר הן ספקטרוסקופית לייזר המושרה התמוטטות, ליד באמצע ספקטרוסקופית אינפרא אדום7. שיטות אלה גם הם הרסניים, רק לנתח את השכבה מאוד ליד-פני הקרקע (0.1 - 1 ס מ עומק הקרקע). בנוסף, שיטות אלה תשואות רק נקודת מדידות של פחמן תוכן עבור אמצעי אחסון מדגם קטן (~ 60 ס מ3 עבור שיטת DC ו- 0.01-10 ס מ3 עבור שיטות ספקטרוסקופית אינפרא אדום). מדידות כאלה נקודה להקשות לשחזר תוצאות שדה או נוף קשקשים. מאז שיטות אלה הם הרסניים, מדידות חוזרות הם גם בלתי אפשרי.
חוקרים קודמים כשהמטרה הציע החלת טכנולוגיה ניוטרון אדמה פחמן ניתוח (שיטת תוספות)7,8,9. המאמץ הראשוני הזה פיתח תאוריה ותרגול השימוש ניוטרון גמא ניתוח למדידה פחמן בקרקע. החל בשנת 2013, המאמץ הזה המשיך ב משרד החקלאות-ARS הלאומית אדמה Dynamics מעבדה (NSDL). הרחבת יישום טכנולוגי זה 10 השנים האחרונות היא בשל שני גורמים עיקריים: הזמינות של גנרטורים ניוטרון מסחרי זול יחסית, גלאי גמא ו אלקטרוניקה המתאימים בתוכנה; משוכללת ניוטרון-גרעינים אינטראקציה עם הפניה מסדי נתונים. בשיטה זו יש מספר יתרונות על פני אחרים. ניתן לתמרן מערכת תוספות, מניחים על משטח, מעל כל סוג שדה הדורש מידה. שיטה זו גמישה מקומיים ניתן לנתח אמצעי קרקעות גדול (~ 300 ק ג) יכול להיות אינטרפולציה על שדה חקלאי שלם באמצעות כמה מדידות. מערכת זו תוספות הוא גם מסוגל לפעול במצב סריקה הקובע פחמן ממוצע של אזור מבוסס על סריקה על רשת predetermine של השדה או נוף.

<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

יישום המתוארים בזאת וספקטרוסקופית פיזור שיטת (INS) עבור פחמן עכירות מבוססת על רישום וניתוח של קרני גמא נוצר בעת נייטרונים אינטראקציה עם אלמנטים בקרקע. החלקים העיקריים של המערכת הארצי הן גנרטור ניוטרון פעמו, גלאי גמא NaI(Tl), לפצל אלקטרוניקה כדי להפריד גמא ספקטרה בשל תוספות תהליכים תרמו-נייטרון הלכידה (TNC), ואת תוכנה עבור רכישת ספקטרה גמא ועיבוד נתונים. בשיטה זו יש כמה יתרונות על פני שיטות אחרות בכך שזה בשיטה גמישה בחיי עיר המודד את הפחמן הממוצע תוכן אדמה גדולים כרכים, מושפע החזרה המקומית שינויים חדים פחמן בקרקע, יכולים לשמש נייחים או מצבי סריקה. התוצאה של שיטת תוספות הוא פחמן מאתר עם טביעת של ~2.5 - 3 מ'2 במשטר נייח, או פחמן ממוצע של האזור שהועברה המשטר סריקה. טווח מדידה שיטת תוספות הנוכחית הוא &#62; 1.5% משקל פחמן (± סטיית תקן 0.3 w %) לשכבת הקרקע העליון 10 ס מ עבור hmeasurement 1.

אדמה תוספות &#38; TNC, TNC גמא ספקטרה
מראה כללי של ספקטרום גמא האדמה שנמדד מוצג באיור4. הספקטרום מורכבות של קבוצת פסגות על רקע רציפה. הפסגות הראשי של עניין יש centroids 4.44 תהליך, תהליך 1.78 ה IN &#38; TNC ספקטרה. הפסגה השנייה ניתן לייחס גרעינים סיליקו...

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

מדידות של פחמן בקרקע על ידי ניתוח ניוטרון-גמא חשמל סטטי וסריקה מצבי

כאן, אנו מציגים את פרוטוקול בחיי עיר מדידה של פחמן בקרקע בטכניקה ניוטרון-גמא למדידות בנקודה אחת (מצב סטטי) או השדה הממוצע (מצב סריקה). אנחנו גם לתאר מערכת הבנייה ועיבוד נתונים הליכי הטיפול.

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

ייצור, Densification, העתק דפוס של Microstructures Nanotube 3D פחמן

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

מדידות התפצלות וזמינות ביולוגיות של הסביבה פלוטוניום שימוש דיפוזיה בThin 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

כימות של ריכוזי מימן שכבות חיצוניות ואת ממשק חומרים בתפזורת באמצעות פרופיל עומק עם ניתוח תגובה גרעיני

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

ב ניתוח עומק של נוריות ידי שילוב של טומוגרפיה ממוחשבת X-ray (CT) ואור מיקרוסקופית (LM) בקורלציה עם מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (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

אפיון מקיף של פגמים מורחבים סמיקונדקטור חומרים על ידי מיקרוסקופ סורק האלקטרוני

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

סריקת לימוד SQUID של מניפולציה וורטקס ידי לתקשר מקומי

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

דו כיווני יִצוּב מְחִיר של סיגי פיצוץ תנור: סינתזה של סידן זרז קרבונט ו התקנת זאוליט Heavy Metal סופח

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

כרסום Precision של יערות Nanotube הפחמן באמצעות סריקה בלחץ נמוך למיקרוסקופיה אלקטרונית

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

ייצור טמפרטורה גבוהה של Nanostructured yttria התייצב-Zirconia (YSZ) פיגומים על ידי<em&gt; באתרו</em&gt; Xerogels בניית תבנית פחמן

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

ייצור של 3D מערכות מיקרואלקטרו-מכניות פחמן (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 ...