著者はバリー G. Dorman、ロバート ・ a. Icenogle、フアン ロドリゲス、モリス g. ウェルチ、マーリン Siegford の実験的測定におけるテクニカル サポートとジム ・ クラークとデクスター LaGrand シミュレーションについてお世話になっています。私たちはこのプロジェクトで彼らの電子および検出器の使用を許可するため夏 LLC を感謝します。この作業によって NIFA ALA 研究契約 No ALA061-4-15014 を支えられた「農業の生産性とライフ サイクル管理のための土壌炭素含有量の精密空間マッピング」。

1 ですアドイン システムの構築 <ol><li> 図 1 に示すように一般的なアドイン システム ジオメトリを使用します。</li></ol>。
 <img alt="Figure 1"class="xfigimg"src="/files/ftp_upload/56270/56270fig1.jpg"/> 図 1。INS システム ジオメトリ。<a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56270/56270fig1large.jpg"target="_blank"> この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<ol start="2"> <li>を使用して、 図 2 に示す INS システム デザインします 。10</li></ol> <img alt="Figure 2"class="xfigimg"src="/files/ftp_upload/56270/56270fig2.jpg"/> 図 2。INS システムの概要 。
A) 最初のブロックは、中性子発生装置、中性子検出器と電源システムB) 2 番目のブロックを含む 3 NaI (Tl) 検出器;C) 第 3 ブロックを含むシステム操作のための機器D) 個々 のコンポーネントを示す最初のブロックの一般的なビューE) ガンマ検出器のビューを閉じる。 10 <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56270/56270fig2large.jpg"target="_blank"> この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<ol start="3"> <li>プラグイン システムの 3 つのブロックを使用して (付録を参照してください)。
	<ol><li>最初のブロック (A)、中性子発生装置 (NG) と電源システム ( 図 2 a および 2 D) を使用します。このジェネレーターの出力をパルス中性子になります 10 7 10 - 14 MeV の中性子エネルギー 8 n/s。電源システムから成っている 4 つの電池 (12 V、105 Ah)、DC-AC インバーターと充電器。このブロックは鉄も含まれます (10 cm × 20 cm × 30 cm)、ホウ酸 (5 cm × 20 cm × 30 cm) 中性子照射からガンマ線検出器を保護するシールドします 。
		注: 中性子検出器も NG が正しく機能していることをチェックするためこのブロックに含まれます</li>。
		<li>2 番目のブロック (B)、ガンマ線測定装置 ( 図 2 b と 2 e) を使用します。このブロック 3 12.7 cm x 12.7 cm x 15.2 cm NaI(Tl) シンチレーション検出器対応する電子が含まれます。電子機器と検出器の外装サイズは 15.2 x 15.2 cm 46 を測定する cm</li>。
		<li>、(C) の第 3 ブロック (DNC ソフトウェア) と中性子発生装置、探知器、およびデータ集録システム ( 図 2) を制御するラップトップ コンピューターを使用します</li>。
	</ol></li></ol> 2。注意と個人の要件 <ol><li>放射線研修 INS システム パスの各ユーザーがある</li>。
	<li>NG を操作一人一人が放射能のバッジを運ぶことを確認してください。測定では、制限された領域の境界 (&#62; 20 μ sv/h) NG の周りが言葉で放射の記号 &#34; 注意、放射線領域 &#34; 制限区域のすべてのエッジが NG から 4 m 以上になります。</li>。
	<li>緊急時に、すぐにプッシュ、&#34; 緊急割り込み &#34; NG のボタンで、NG からキーを削除、電源から NG を抜きます</li>。
</ol> 3。測定のためのプラグイン システムの作製 <ol><li>チェック電源システム。充電器の電源レベル インジケーターは緑、でしょうか以上 3 の赤いランプが点灯する必要があります。充電器を電源コンセントに接続されていない場合、バッテリは完全に充電になるまで待つ (緑色のランプが点灯) に適切な電力レベルに到達するまで、または (&#8805; 3 の赤いランプが点灯します).</li>
	<li>インバーター (緑ランプ点灯) とラップトップを有効にします</li>。
	<li>は、ガンマ検出器を動作し、各検出器に必要なパラメーターを確認するノート パソコンのデータ収集プログラムを実行します。これらのパラメーターの値を定義し、INS システム テストで以前に記録されます。
	<ol><li>検出器から 5-15 cm 以内の Cs 137 コントロール ソース (任意の型) を配置します</li>。
		<li>1-3 分のためのスペクトルの集録を開始;、662 の重心をチェック keV すべての探知機の Cs-137 のピーク。彼らは、同じチャネルである必要があります。そうでない場合は 662 keV のピークの重心を調整する値を変更してデータ取得プログラムのエネルギー係数スケールを使用します</li>。
	</ol></li> <li>特別なキーを使用して、NG をオンします。緑と黄色、NG の上にインジケーター ランプが点灯します</li>。
</ol> 4。プラグイン システムのキャリブレーション <ol><li>準備 4 ピット サイズ 1.5 m × 1.5 m × 0.6 m 均質な砂カーボン混合物 ( 図 3)。炭素含有量は 0、2.5、5、10 w % 。
	注: コンクリート ミキサー建設砂およびヤシ殻から成る合成土壌にするため (100% 炭素含有量が平均粒径 &#60; 0.5 mm)。これらの混合物の均一性を視覚的に決定されます</li>。
</ol> <img alt="Figure 3"class="xfigimg"src="/files/ftp_upload/56270/56270fig3.jpg"/> 図 3。砂 10 Cw % 砂カーボン混合物が付いているピットとピットのビュー。<a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56270/56270fig3large.jpg"target="_blank"> この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<ol start="2"> <li>以上のピットは、次の手順を使用して計測します。
	<ol><li>ピットに INS システムの位置を手動または適切な車両をけん引しています。中性子源の投影のピットを中心とするようプラグイン システムを配置します</li>。
		<li>は、NG の発電機を動作するノート パソコンの DNC ソフトウェアを実行します。DNC プログラム画面の右側にある [エラー] 列ですべてのランプが緑に点灯します。ない場合は、「解除」ボタンをクリックして。次のパラメーターを挿入します: パルス パラメーター - 周波数 5 kHz、デューティ サイクル 25% 遅延 0 μ 秒、延長 2 μ s;ビーム - 高電圧 50 kV、ビーム電流 50 μ A (これらのパラメーターの特定のアドイン システム設定やタスクによって異なることに注意してください)。
		<ol><li>DNC プログラム画面上のスイッチをアクティブにし、NG の高電圧と電流が入力した値に対応する値を安定に来て、作業体制を入力するを待つ貯水池は現在も安定した値に来る</li>。
		</ol></li> <li>ガンマ検出器を動作するノート パソコンのデータ集録ソフトウェアを実行します。1 h のデータ集録プログラムを実行することによりスペクトルの取得を開始します。2 つのスペクトルの取得プロセス (INS &#38; TNC と TNC) 画面に表示されます</li>。
		<li>後 1 h スペクトル取得を停止し、ハード ドライブにスペクトルを保存 (ファイル |MCA のセーブデータ |フォルダーを選択し、ファイル名を入力します 。
		注: がある 2 つの保存したスペクトル (TNC と INS) ファイル名拡張子 .mca と _gated.mca、それぞれ) です</li>。
		<li>は、2 番目の検出器 (左上隅にある矢印をクリックします) を選択し、この検出器のスペクトルを保存します。3 番目の検出器で同じ操作を行います</li>。
		<li>ファイルをクリックして |終了ソフトウェアを閉じます</li>。
		<li>DNC プログラム画面上のスイッチをオフにする DNC ソフトウェアを無効にします</li>。
		<li>4.2.1 - 4.2.7 他のピットのための手順を繰り返します</li>。
		<li>NG の特別なキーを使用して、オフにします。NG の上にインジケーター ランプが薄暗い...</li>
	</ol></li> <li>任意のラージ オブジェクトから地表上 4 m を超える距離に INS システム全体を昇降、INS システム バック グラウンド スペクトルを調べ、データ取得手順 4.2.2 - 4.2.9 を繰り返します</li>。
	<li>データ処理 <ol><li>では、スプレッドシート プログラムを使用して、4.2.4 の手順で保存したデータ ファイルを開きます。出力の値を検索し、カウント料金 (OCR と ICR) と行 28、27、30、リアルタイム (RT) をそれぞれ入力します</li>。
		<li>計算寿命時間 (LT) を INS &#38; TNCTNC スペクトルとして測定はすべて LT は 私 私 OCR =/ICR 私 ·RT 私 (1) 、OCR は 私 と ICR は 私 の i 番目の測定出力と入力カウント レート、RT は 私 は本物i 番目の測定の時間</li>。
		<li>対応する中尉でスペクトル (33-2080 スプレッドシート内の行) を割ることによって 1 秒 (cps) あたりのカウントでガンマ スペクトルを計算</li>
		<li>計算として個々 の pit コピーに対応する測定からネットをスペクトル 
		INS スペクトルを net = (INS &#38; TNC - TNC) ピット - (INS &#38; TNC - TNC) Bkg (2)</li> <li>検索ガンマ ピーク 1.78 MeV (28 Si) と 4.44 MeV (12 C) ごとにネットをスペクトルでピットしピーク面積 (4.44 MeV C ピークを計算エリア、1.78 MeV Si ピーク面積) イゴール ・ ソフトウェアを使用しています。
		<ol><li>開くアイコンをダブルクリックしてソフトウェア。初めてネットをスペクトルをテーブルに挿入します</li>。
			<li>は、ウィンドウをクリックして |新しいグラフ |ターゲットから |&#34; ファイル名 &#34; |そうしてください。スペクトルは、グラフ ウィンドウが表示されます。グラフをクリックして |情報を表示します。Windows と、グラフ ウィンドウの下 B のマーカーが表示されます</li>。
			<li>記号 A にマウス ポインターを置く、マウスの左ボタンを押して、スペクトルに 1.78 MeV ピークの左側にカーソルをドラッグします。標識 B にマウス ポインターを置き、マウスの左ボタンを押して、スペクトルに 1.78 MeV ピークの右側にカーソルをドラッグします</li>。
			<li>クリックして分析 |多峰フィット |新しい多峰フィットを開始 |ターゲットから |続行します。ポップアップ ウィンドウの使用グラフ カーソルをマーク |線形基準 |自動検出ピーク今 |それを行う |ピークの結果。ピークの領域はポップアップ ウィンドウで表示されます</li>。
			<li>4.44 MeV ピークに同じ操作を繰り返します</li>。
			<li>残りの純をスペクトルで以前の操作すべてを繰り返します</li>。
		</ol></li> <li>方程式による各ピットの純炭素ピーク面積を見つける 純 C ピーク領域 私 4.44 MeV C ピーク領域 私 を = - 0.058 · 1.78 MeV Si ピーク領域 私 (3)</li> <li>直接支柱として INS システムの検量線を作成重量パーセントで表される炭素濃度対純炭素ピーク面積の ortional 依存性。
		<ol><li>イゴール ソフトウェアで新しいテーブルを開く: [ウィンドウ] |新しいテーブル。最初の列と 2 番目の列に対応する純 C ピーク面積にピット炭素濃度値を入力します</li>。
			<li>プロット純 C ピーク領域対ピット炭素濃度: Windows をクリックして |新しいグラフ。YWave、として純 C ピーク面積と XWave として炭素濃度を選択します。これを行うをクリックします。ポイントは、グラフに表示します</li>。
			<li>検量線を作成する: をクリックして解析 |カーブ フィット |機能 - ライン |ターゲットから |そうしてください。検量線と校正係数 (k) はウィンドウに表示されます</li>。
		</ol></li></ol></li></ol> 5。静的モードでフィールド土壌の測定を行って <ol><li>ステップ 3 に従って測定用プラグイン システムを準備します</li>。
	<li>は、手動でまたは適切な車両を使用して曳航による土壌炭素の内容分析を必要とするサイトにシステムを配置します。中性子源の投影は測定対象サイトの中央にそのプラグイン システムの位置します</li>。
	<li>手順 4.2.2 - 4.2.9 と 4.4.1 - アクションを実装研究サイトの純 C ピーク面積を求める 4.4.6</li>。
	<li>計算重量 % として校正係数を用いて炭素濃度 
	<img alt="Equation 1"src="/files/ftp_upload/56270/56270eq1.jpg"/></li></ol> 6 スキャン モードでフィールド土壌の測定を行って <ol><li>INS システムが移動しながらフィールドにパスを推定。旅行速度の会計処理 (&#8804; 5 km/h)、フィールド サイズ、INS システム フット プリント (~ 1 の m の半径) と測定時間 (1 h) 移動の軌道は最終的にフィールド全体の領域をカバーするようです。場所フラグで便宜上、フィールド境界に沿ってポイントを有効にします</li>。
	<li>ステップ 3 に従って測定用プラグイン システムを準備します</li>。
	<li>手順 4.2.2 - 4.2.3 アクションを実装します</li>。
	<li>1 における所定の旅行を辿る</li>
	<li>手順 4.2.4 - 4.2.9 と 4.4.1 - アクションを実装研究フィールドの純 C ピーク面積を求める 4.4.6</li>。
	<li>校正係数を用いた方程式 4 重量 % の炭素濃度を計算します</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>

著者が明らかに何もありません。

建物前の研究者が設立した財団は、NSDL スタッフ対応、現実世界のフィールドの設定でこの技術の実用的な使用に重要な質問です。当初、NSDL 研究者は、純炭素ピーク面積を決定するとき INS システム バック グラウンド信号を考慮する必要性を示した。11別の努力は、直接比例依存関係によって (炭素深さ分布形状) に関係なく上部 10 cm 土壌層の平均炭素重量 %、純炭素ピー?...

土壌炭素含有量の知識が必要土壌生産性と収益性、土壌資源の農業土地利用慣行の影響を理解し、炭素隔離1,のための戦略を評価の最適化2,3,4。土壌炭素は、土壌品質5の普遍的な指標です。いくつかの方法は、土壌炭素の測定のために開発されています。乾燥燃焼 (DC) は、年6の最も広く使用されている方法をされています。このメソッドは、フィールドのサンプル コレクションと研究所処理と、集中的な時間のかかる労働、破壊的測定に基づきます。2 つの新しいメソッドは、レーザー誘起ブレイク ダウン分光付近と赤外分光法7中旬。これらのメソッドは、破壊も、のみ非常に表層土層 (0.1 - 1 cm の土の深さ) を分析します。さらに、これらのメソッドだけ降伏点 (~ 60 cm3 DC 法と赤外分光法の 0.01 10 cm3 ) の小さなサンプル ボリュームの炭素含有量の測定。そのようなポイントの測定で、フィールドまたは風景のスケールの結果を外挿法で推定することが難しくなっています。これらのメソッドは破壊的なので、定期的な計測も不可能です。
ブルックヘブン国立研究所の前の研究者は、土壌炭素分析 (INS 法)7,8,9中性子技術を適用することを提案しました。この最初の取り組みは、理論と土壌炭素測定中性子ガンマ分析を使用しての練習を開発しました。この努力は、2013 年以降で、農務省国立土動力学研究室 (NSDL) を続けた。2 つの主な要因は、最後の 10 年にわたってこの技術アプリケーションの拡張: 比較的安価な商業中性子発電機、ガンマ検出器およびソフトウェアに対応するエレクトロニクスの可用性最先端の中性子核相互作用データベースを参照します。このメソッドは、他のものよりいくつかの利点です。フィールド測定が必要なあらゆる種類の INS システム、プラットフォーム上に配置を操縦することができます。この非破壊原メソッドは、いくつかの測定を使用して全体の農業分野に補間することができます大規模な土壌ボリューム (~ 300 kg) を分析できます。この INS システムもフィールドまたは風景の predetermine グリッド経由でのスキャンに基づく地域の平均炭素含有量を決定するスキャン モードで動作可能です。

<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

非弾性中性子散乱 (INS) 土壌炭素分析法のここに記述されたアプリケーションは、登録と中性子が土壌要素と対話するときに作成されたガンマ線の分析に基づいています。INS システムのメイン部分は、パルス中性子ジェネレーター、NaI(Tl) ガンマ検出器、INS と熱中性子捕獲 (TNC) 過程とガンマ スペクトル取得とデータ処理のためのソフトウェアのためのガンマ スペクトルを分離するエレクトロニクスを分割します。このメソッドは、他の方法に比べていくつかの利点が僅か土壌炭素にローカルの急激な変化によって影響を受ける平均炭素を測定する非破壊の in situ手法を大規模な土壌の容積のコンテンツは、固定で使用することができますかスキャン モード。アドイン メソッドの結果は、~2.5 - 静止政権で 3 m2の面積を持つサイトから炭素含有量またはスキャンの体制で通過した領域の平均炭素含有量です。現在のプラグイン システムの測定範囲は、&#62; 炭素重量の 1.5% (標準偏差 ± 0.3 w %) 1 hmeasurement の上部 10 cm 土壌層で。

土壌の INS &#38; TNC と TNC ガンマ スペクトル
図 4に測定土壌ガンマ スペクトルの一般的なビューが表示されます。スペクトルは連続したバック グラウンド上のピークのセットから成っています。興味の主なピークはある INS 4.44 MeV と 1.78 MeV で重心 &#38; TNC スペクトル。2 番目のピークは、土に含まれているシリコ?...

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

静的スキャン モードで中性子ガンマ解析による土壌炭素の測定

ここでは、シングル ポイント測定 (静的モード) のため中性子ガンマを用いた土壌炭素の場測定のためのプロトコルを提案するまたはフィールドの平均 (スキャン モード)。システムの構築について述べるとデータ処理手順を詳しく説明します。

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 ビュー.  Agricultural Research Service, United States Department of Agriculture. ここでは、シングル ポイント測定 (静的モード) のため中性子ガンマを用いた土壌炭素の場測定のためのプロトコルを提案するまたはフィールドの平均 (スキャン モード)。システムの構築について述べるとデータ処理手順を詳しく説明します。

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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.

製造、ち密化、および3Dカーボンナノチューブの微細構造のレプリカ成形

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

工学

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.

薄膜における拡散を用いた環境プルトニウムのスペシエーションと生物学的利用能の測定

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.

核反応分析と深さ方向分析を通じて表面・界面層とバルク材料中の水素濃度の定量

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.

走査型電子顕微鏡による半導体材料における拡張欠陥の総合的な特性評価

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.

現地連絡先によって渦操作のSQUID研究をスキャンします

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.

高炉スラグの双方向の物価安定政策：沈殿した炭酸カルシウムおよびゼオライト重金属吸着剤の合成

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.

低圧走査型電子顕微鏡を用いたカーボンナノチューブの森の精密フライス

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.

によってナノ構造イットリア安定化ジルコニア（YSZ）足場の高温製作<em&gt;その場での</em&gt;カーボンテンプレート化キセロゲル

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.

3Dカーボンマイクロエレクトロメカニカルシステム（C-MEMS）の製作

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.

真空の作製と解析堆積有機発光ダイオード

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

静的スキャン モードで中性子ガンマ解析による土壌炭素の測定

静的スキャンモードで中性子ガンマ解析による土壌炭素の測定