Name: measurements of soil carbon by neutron-gamma analysis in static and scanning modes
Uploaded: 2017-08-24T14:00:00
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Os autores estão endividados, Barry G. Dorman, Robert A. Icenogle, Juan Rodriguez, Morris G. Welch e Siegford de Marlin para assistência técnica em medições experimentais e Jim Clark e Dexter LaGrand para obter assistência com simulações de computador. Agradecemos XIA LLC permitindo o uso de sua eletrônica e detectores de neste projeto. Este trabalho foi apoiado por NIFA ALA pesquisa contrato n ALA061-4-15014 "Mapeamento geoespacial de precisão do teor de carbono do solo para gestão agrícola, produtividade e ciclo de vida".

1. construção do sistema de INS <ol><li>usar a geometria de sistema geral INS mostrada na Figura 1.</li></ol>
 <img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig1.jpg" /> Figura 1. Geometria sistema INS. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig1large.jpg" target="_blank"> clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<ol start="2"> <li>usar o design de...

<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>

Construindo sobre a Fundação criada por pesquisadores anteriores, o pessoal NSDL abordou questões críticas para o uso prático e bem sucedido desta tecnologia em configurações de campo do mundo real. Inicialmente, NSDL pesquisadores demonstraram a necessidade de contabilizar o sinal de fundo do sistema INS ao determinar as áreas de picos de carbono líquido. 11 outro esforço mostrou que a área do pico de carbono líquido caracteriza a porcentagem de peso médio de carbono na camada do sol...

Conhecimento do teor de carbono do solo é necessário para a otimização da produtividade do solo e da rentabilidade, compreender o impacto das práticas de uso de terras agrícolas sobre os recursos do solo e avaliar estratégias para sequestro de carbono1, 2,3,4. Carbono no solo é um indicador universal de solo qualidade5. Vários métodos foram desenvolvidos para medições de carbono do solo. Combustão seca (DC) tem sido o método mais utilizado para anos6; Este método baseia-se na coleta de amostra de campo e processamento de laboratório e medição que é destrutiva, mão de obra intensiva e demorado. Dois novos métodos são espectroscopia induzida por laser de avaria e perto e meados de espectroscopia de infravermelho7. Esses métodos também são destrutivos e analisar apenas a camada de solo muito perto da superfície (0.1 - 1 cm de profundidade de solo). Além disso, esses métodos apenas produzem ponto medições do teor de carbono para os volumes de amostra pequeno (~ 60 cm3 para o método de DC e 0,01-10 cm3 para métodos de espectroscopia de infravermelho). Tais medições ponto tornam difícil extrapolar os resultados para balanças de campo ou paisagem. Desde que estes métodos são destrutivos, medições recorrentes também são impossíveis.
Pesquisadores anteriores no Brookhaven National Laboratory sugeriram aplicar a tecnologia de nêutrons para solo carbono análise (método de INS)7,8,9. Este esforço inicial desenvolveu a teoria e a prática de utilizar a análise de gama de nêutrons para medição de carbono do solo. A partir de 2013, este esforço foi continuado no USDA-ARS nacional solo Dynamics Laboratory (NSDL). A expansão desta aplicação tecnológica nos últimos 10 anos é devido a dois fatores principais: a disponibilidade de geradores do nêutron comercial relativamente barato, detectores de gama e correspondente eletrônica com software; e bancos de dados de referência da interação do nêutron-núcleos de estado da arte. Este método tem várias vantagens sobre os outros. Um sistema de INS, colocado sobre uma plataforma, poderia ser manobrado sobre qualquer tipo de campo que requer a medição. Este método não-destrutivo in situ pode analisar volumes de solos grandes (~ 300 kg) que podem ser interpolados para um campo inteiro agrícola usando apenas algumas medições. Este sistema de INS também é capaz de operar em um modo de digitalização que determina o teor de carbono médio de uma área com base na verificação sobre uma grade de predeterminados do campo ou da paisagem.

<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

O aplicativo descrito neste documento do neutrão inelástico dispersando método (INS) para análise de carbono do solo baseia-se no registo e análise de raios gama criado quando nêutrons interagirem com elementos do solo. As peças principais do sistema INS são um gerador de nêutron pulsado, detectores de gama NaI(Tl), dividir eletrônica para separar espectros gama devido a INS e thermo-nêutrons captura (TNC) processos e software para aquisição de espectros de gama e processamento de dados. Este método tem várias vantagens sobre outros métodos em que é um método não-destrutivo em situ que mede o carbono médio conteúdo em volumes grandes do solo, insignificante é afetado por mudanças bruscas locais em carbono no solo e pode ser usado em estacionária ou modos de digitalização. O resultado do método INS é o teor de carbono de um site com uma pegada de ~2.5 - 3 m2 no regime estacionário, ou o teor de carbono médio da área de atravessado no regime de verificação. É a faixa de medição do sistema atual de INS &#62; 1,5% de peso de carbono (desvio padrão ± 0.3 w %) na camada do solo superior 10 cm para um 1 hmeasurement.

Do solo INS &#38; TNC e TNC espectros gama
Uma visão geral dos espectros de gama de solo medido é mostrada na Figura 4. Os espectros consistem de um conjunto de picos em um fundo contínuo. Os principais picos de interesse têm centroides 4,44 MeV e 1,78 MeV no INS &#38; espectros TNC. O segundo pico pode ser atribuído aos núcleos de silício contidos no solo, e o primeiro pico é um pico de sobreposição de n...

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

Medições de carbono no solo por nêutrons-Gamma análise estática e modos de digitalização

Aqui, apresentamos o protocolo para medição em situ de carbono no solo usando a técnica de nêutron-gama para medições de ponto único (modo estático) ou campo médias (modo de digitalização). Também descrevemos a construção do sistema e elaborar procedimentos de tratamento de dados.

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

Fabricação, Densificação e Replica Moldagem de Microestruturas de Nanotubos de Carbono 3D

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

Engenharia

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

Especiação e biodisponibilidade Medidas de plutônio ambiental utilizando Difusão em Filmes Finos

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

Quantificação de concentrações de hidrogénio nas camadas superficiais e interface e materiais a granel através de perfis de profundidade com Análise reação nuclear

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

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

Em análises profundidade de LEDs por uma combinação de raios-X Tomografia Computadorizada (CT) e Microscopia de Luz (LM) correlacionada com Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

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

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Caracterização abrangente de Defeitos estendidos em Materiais Semicondutores por um Microscópio Eletrônico de Varredura

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