Trồng trọt đi! Tia vũ trụ đều tới giúp ngươi

Nhắc tới hạt vật lý, ngươi đầu tiên nghĩ đến chính là chôn sâu ngầm đủ để vờn quanh một tòa tiểu thành một vòng hạt máy gia tốc, vẫn là ám vật chất, ám năng lượng loại này vũ trụ huyền bí? Có phải hay không rất khó cùng đồng ruộng, trồng trọt liên hệ lên?

Tia vũ trụ cùng nông nghiệp có thể sinh ra như thế nào liên hệ? ( tả đồ: Kinh đô đại học; hữu đồ: veer đồ kho )

Kỳ thật, trừ bỏ thâm ảo tuyến đầu đầu đề, hạt vật lý không chỉ có ở chữa bệnh chẩn bệnh, công nghiệp dò vết chờ lĩnh vực đều phát huy thật lớn tác dụng, còn ở nông nghiệp kỹ thuật trung có ứng dụng cảnh tượng —— nghiên cứu nhân viên đang ở nếm thửMượn dùng vũ trụ năng lượng cao hạt lưu chỉ thị thổ nhưỡng hàm thủy lượng,Lấy này tới chế định khoa học thổ địa tưới phương án, bảo đảm cây nông nghiệp khỏe mạnh sinh trưởng.

Không phải quá tiểu, chính là quá quảng

Thổ địa hàm thủy lượng như thế nào sẽ cùng tia vũ trụ đáp thượng quan hệ đâu? Làm chúng ta trước từ truyền thống thổ địa độ ẩm kiểm tra đo lường phương pháp nói lên.

Một loại thường dùng kiểm tra đo lường dụng cụ làĐiện dung thức thổ nhưỡng hơi nước truyền cảm khí.Xem tên đoán nghĩa, loại này dụng cụ đem độ ẩm cùng điện dung liên hệ ở bên nhau, mà điện dung là điện tử thiết bị một cái tham số, cùng một loại kêu“Tương đối giới điện hằng số”Lượng vật lý có quan hệ.

Thổ nhưỡng chủ yếu thành phần trung, thủy tương đối giới điện hằng số ước vì80,Mà mặt khác vật chất tương đối giới điện hằng số ở3～7Tả hữu, đại đại thấp hơn thủy giá trị. Bởi vậy, thổ nhưỡng tương đối giới điện hằng số chủ yếu từ thủy chiếm so quyết định,Thủy hàm lượng rất nhỏ biến hóa là có thể khiến cho thổ nhưỡng chỉnh thể giới điện đặc tính thay đổi.Loại này thay đổi phản ánh ở điện dung giá trị dao động thượng, căn cứ trắc đến trị số sai biệt, truyền cảm khí là có thể tính toán khai quật cụ thể đựng nhiều ít thủy.

Một loại thổ nhưỡng ẩm độ kế ( hình ảnh nơi phát ra: SimpleGardenLife )

Nhưng mà, loại này truyền cảm khíCó thể dò xét phạm vi phi thường tiểu,Ở diện tích rộng lớn đồng ruộng thượng, nó có thể “Tráo” địa bàn tiểu đến giống một cái điểm. Vì đạt được toàn diện thổ địa độ ẩm số liệu, yêu cầu quảng giăng lưới thức thiết trí truyền cảm khí, phí tổn quá cao. Hơn nữa muốn đem từng cái nho nhỏ cảm ứng khí chôn dưới đất, trồng trọt khi cần phải thật cẩn thận, khó có thể thi triển khai tay chân.

Có hay không mặt khác phương pháp có thể đo lường lớn hơn nữa phạm vi thổ địa độ ẩm? Cách cục mở ra, không cần cực hạn trên mặt đất. Chúng ta biết, hết thảy có độ ấm vật thể đều ở phóng ra sóng điện từ.Hơi nước có thể ảnh hưởng thổ nhưỡng bản thân phóng ra vi ba cường độ, cũng sẽ ảnh hưởng nó phản xạ mặt khác vi ba ( như chủ động phóng ra kiểm tra đo lường chùm sóng ) hoặc ánh sáng mắt thường nhìn thấy được năng lực.Tầng khí quyển ngoại vệ tinh tiếp thu này đó sóng điện từ tín hiệu sau phân tích sóng ngắn, là có thể suy đoán ra đối ứng thổ nhưỡng độ ẩm.

Đúng là mượn dùng tiếp thu sóng điện từ phương pháp, vệ tinh dao cảm kỹ thuật có thể ở cự ly xa, vô tiếp xúc điều kiện hạ thực hiện bình nguyên vùng núi tình hình hạn hán báo động trước, sông nước lưu vực thuỷ văn phân tích, cho nên rộng khắp ứng dụng với hoàn cảnh giám sát chờ cảnh tượng trung. Nhưng mà, đối với tiểu diện tích thổ địa, vệ tinh dao cảmDò xét phạm vi quá quảng,Khó có thể thực hiện độ ẩm tinh chuẩn đo lường.

Vệ tinh dao cảm kỹ thuật vẽ thổ nhưỡng độ ẩm bản đồ ( hình ảnh nơi phát ra: NASA/JPL-Caltech )

Tia vũ trụ, đến từ phương xa khe khẽ nói nhỏ

Có hay không một loại kỹ thuật có thể bổ khuyết này hai loại thủ đoạn chi gian ở chừng mực thượng chỗ trống? Cách cục lại mở ra, làm chúng ta đem ánh mắt đầu hướng thâm thúy vũ trụ.

Trên địa cầu chúng ta mỗi thời mỗi khắc đều đắm chìm trong nhìn không thấy sờ không được hạt “Vũ” trung. Đến từ vũ trụ chỗ sâu trong năng lượng cao xạ tuyến liên tục oanh kích địa cầu, cùng tầng khí quyển trung các loại nguyên tố va chạm sau sinh ra thứ cấp hạt, như μ giới tử cùng nơ-tron.

Bắn vào địa cầu tia vũ trụ cùng đại khí phần tử va chạm, sinh ra đại lượng tự do hạt cùng điện từ phóng xạ ( hình ảnh nơi phát ra: University of Chichago )

Một ít bắn về phía địa cầu nơ-tron phi hành tốc độ phi thường mau, năng lượng có thể đạt tới1 MeV( M là triệu, một triệu tương đương 10 6 thứ phương; eV là điện tử Vôn, là tỏ vẻ hạt năng lượng đơn vị ), được xưng làMau nơ-tron.Này đó nơ-tron tiến vào thổ nhưỡng sau, cùng đại bộ phận vật chất đều không phát sinh phản ứng, cuối cùng bị bắn ngược đi ra ngoài, nhưng duy độc cùng hydro nguyên tử chi gian sẽ phát sinh va chạm, dẫn tới năng lượng giảm nhỏ, tốc độ hạ thấp, cái này quá trình gọi làNơ-tron chậm hóa.

Hạch tách ra phản ứng trung nơ-tron chậm hóa quá trình ( hình ảnh nơi phát ra: Energy Education )

Làm chúng ta đem nơ-tron cùng hydro nguyên tử tưởng tượng thành vũ trụ bida trên bàn một ít bida. Nơ-tron cầu không biết bị ai thọc một gậy tre, lấy cực cao tốc độ hướng về hydro hạt nhân nguyên tử bay tới. Vô tội hydro hạt nhân nguyên tử nhóm chính nhảy quảng trường vũ ( phần tử nhiệt vận động ), nơ-tron cầu đột nhiên xâm nhập, đấu đá lung tung, đem chính mình động năng truyền lại cấp chung quanh hydro hạt nhân nguyên tử. Trải qua thường xuyên va chạm sau, toàn bộ hệ thống đạt tới cân bằng trạng thái, nơ-tron chuyển biến vì năng lượng còn sót lại 0.025eVMưu cầu danh lợi tử( cùng chung quanh chất môi giới ở vào nhiệt cân bằng trạng thái nơ-tron, lại xưng chậm nơ-tron ), lưu tại hydro nguyên tử quảng trường vũ đội ngũ trung.

Nơ-tron ( màu đỏ ) cùng hydro nguyên tử ( màu lam ) phát sinh va chạm, động năng ở hạt chi gian truyền lại, cuối cùng xu với cân bằng. ( hình ảnh nơi phát ra: wiki)

Đựng hai cái hydro nguyên tử thủy phân tử là thiên nhiên nơ-tron chất giảm tốc,Bởi vậy thổ nhưỡng hàm thủy lượng càng cao, chậm hóa cùng hấp thu nơ-tron liền càng nhiều.Nghiên cứu nhân viên lợi dụng này một nguyên lý, phát minh một cái nghe tới có chút khoa học viễn tưởng trang bị:Tia vũ trụ thổ nhưỡng độ ẩm cảm ứng khí.Không có gặp được thủy phân tử nơ-tron bay trở về không trung, cảm ứng khí thông qua kiểm tra đo lường loại này nơ-tron số lượng tới phỏng chừng thổ nhưỡng hàm thủy lượng.

Tia vũ trụ thổ nhưỡng hơi nước máy đo lường ( hình ảnh nơi phát ra: Trung Quốc viện khoa học Ai Lao sơn sinh thái trạm )

Bắt giữ vô tung vô ảnh nơ-tron

Nơ-tron làm vi mô hạt, tiểu đến khó có thể bắt giữ, bản thân lại không mang theo điện, nên như thế nào kiểm tra đo lường? Hạch kỹ sư tỏ vẻ: Này đề ta sẽ a!

Nơ-tron dò xét là năng lượng hạt nhân lĩnh vực thường thấy kỹ thuật, thông thường sử dụng helium -3 hoặc tam Flo hóa Boron tới chặn được nơ-tron. Nông học nghiên cứu nhân viên tại đây cơ sở thượng tiến hành cải tiến, sử chi càng thích hợp nông nghiệp sinh sản thực tế, tỷ như lợi dụng đựng bộ phận Boron chất đồng vị Boron -10 chất bán dẫn tài liệuSáu phương nitro hóa Boron ( h-BN ) tinh thểTới bắt giữ nơ-tron. Boron -10 cùng gặp được nơ-tron phát sinh phản ứng, lắc mình biến hoá thành Lithium chất đồng vị Lithium -10, cũng phóng thích α hạt ( cũng chính là helium hạt nhân nguyên tử ), này phản ứng hạt nhân phương trình vì ( n vì nơ-tron ):

n + 10B → α + 7Li + 2.792MeV

Đựng chất đồng vị Lithium -6 tài liệu đồng dạng có thể cùng nơ-tron phát sinh cùng loại phản ứng, bởi vậy nghiên cứu nhân viên cũng sẽ sử dụng đựng Lithium -6 Flo hóa vật dùng cho dò xét nơ-tron:

n + 6Li → α + 3H + 5MeV

Này đó phản ứng trung sinh ra α hạt có chứa điện tích, có thể ở một loại tên là lập loè dò xét khí trang bị trung kích phát loang loáng tín hiệu, từ quang điện linh kiện chủ chốt đọc lấy cũng đếm hết.Đã biết α hạt số lượng, cũng là có thể từ phản ứng hạt nhân phương trình trung biết được nơ-tron số lượng, cuối cùng dùng cho tính ra thổ nhưỡng hàm thủy lượng.

Boron -10 bắt được nơ-tron. a.) Boron -10 hạt nhân nguyên tử bắt được nơ-tron xác suất so cao. b.) không ổn định tân hạt nhân nguyên tử tách ra vì mặt khác hạt cũng sinh ra Gamma quang tử. ( hình ảnh nơi phát ra: Baumann et al.,2000)

(a) bắt được nơ-tron ở lập loè thể trung kích phát lộ rõ mạch xung điện tín hào ( màu đỏ hình bầu dục ). Màu lam hình bầu dục vì μ tử. (b) bắt giữ nơ-tron trung tâm bộ kiện: Căn cứ vào lập loè thể truyền cảm khí. Máy đo lường 1 trung hàm Lithium 6- Flo hóa vật, máy đo lường 2 vì lập loè khí. PMTs vì quang điện tăng gấp bội quản. ( hình ảnh nơi phát ra: Gianessi et al., 2024)

Thông qua thực nghiệm, nghiên cứu nhân viên phát hiện, những cái đó bị bắn ra đi ra ngoài nơ-tron có thể bay đến bình quân 300 mễ xa địa phương. Có cái này kỹ thuật, chỉ cần đem một cái tia vũ trụ dò xét khí đặt ở đồng ruộng hai đầu bờ ruộng, đối đồng ruộng trên không nơ-tron tiến hành bắt giữ đếm hết, liền có thể phỏng chừng phạm vi mấy trăm mét nội thổ địa trung đựng nhiều ít hơi nước. Máy đo lường không cần chôn nhập thổ nhưỡng, có thể tra xét chiều sâu là có thể đạt tới 15 đến 50 centimet. Ở đồng ruộng dựng đứng số ít mấy cái như vậy cảm ứng khí, là có thể đạt được khắp trồng trọt khu vực độ ẩm bản đồ —— ai có thể nghĩ đến nhìn không thấy sờ không được tia vũ trụ, thế nhưng có hy vọng trở thành chúng ta trồng trọt hảo giúp đỡ đâu?

Trang bị ở ruộng thí nghiệm trung hình trụ tia vũ trụ dò xét khí ( tả, hữu ); trung ương điểm tựa tưới hệ thống ( trung ) ( hình ảnh nơi phát ra: Sheffield đại học )

Tia vũ trụ ở đồng ruộng phản xạ, cuối cùng bị máy đo lường bắt giữ. Tả đồ vì nơ-tron năng lượng tần phổ ( hình ảnh nơi phát ra: Sheffield đại học )

Từ cao nguyên hoàng thổ khô hạn khu vực, cao nguyên Thanh Tạng cao hàn sinh thái vòng, đến đồng bằng Hoa Bắc diện tích rộng lớn đồng ruộng, mượn dùng tia vũ trụ dò xét thổ nhưỡng thành phần kỹ thuật ở một loạt quan trắc nghiên cứu trung đều được đến nghiệm chứng. Dự tính tương lai tia vũ trụ thổ nhưỡng độ ẩm cảm ứng khí còn có thể càng rộng khắp mà ứng dụng ở càng phong phú hệ thống sinh thái nghiên cứu trung, cũng dần dần ở tình hình hạn hán dự báo, tuyết thâm đo lường, vùng đất lạnh hàm băng lượng phỏng chừng, vệ tinh quan trắc kết quả nghiệm chứng cùng hiệu chỉnh, thổ nhưỡng hơi nước kiến mô chờ lĩnh vực phát huy tác dụng.

Tham khảo văn hiến:

[1] trần thư lâm, Lưu nguyên sóng, ôn làm dân. “Vệ tinh dao cảm đảo ngược thổ nhưỡng hơi nước nghiên cứu nói khái quát.” Địa cầu khoa học tiến triển, 27(11), 2012, p.1192.

[2] Desilets, D., and Zreda, M. “Footprint diameter for a cosmic-ray soil moisture probe: Theory and Monte Carlo simulations.” Water Resources Research.. 49: 3566–3575. 2013. Available at: https://doi.org/10.1002/wrcr.20187

[3] Gianessi, S.et al. “Testing a novel sensor design to jointly measure cosmic-ray neutrons, muons and gamma rays for non-invasive soil moisture estimation”, Geosci. Instrum. Method. Data Syst., 13, 9–25, 2024. Available at: https://doi.org/10.5194/gi-13-9-2024.

[4] tiêu này thuận, chu trung lễ, Lưu Thiệu dân, tấn duệ, đỗ phàm. “Tia vũ trụ mau nơ-tron pháp ở đồng ruộng thổ nhưỡng hơi nước đo lường trung nghiên cứu cùng ứng dụng.” Địa cầu khoa học tiến triển, 28(10), 2013. p.1136.

[5] Li, P. et al. ‘Large Scale BN‐perovskite Nanocomposite Aerogel Scintillator for Thermal Neutron Detection’, Advanced materials (Weinheim), 10.1002/adma.202309588, 36, 26, (2024).

[6] Maity, A. et al. ‘High efficiency hexagonal boron nitride neutron detectors with 1 cm2 detection areas’, Applied physics letters, 116(14).2020. doi: 10.1063/1.5143808.

[7] Stowell, P. et al.‘Scintillating thermal neutron detectors for cosmic ray soil moisture monitoring’, Journal of instrumentation, 16(11), (2021) p. P11039. doi: 10.1088/1748-0221/16/11/P11039.

[8] điền tử hàm, trương dũng dũng, Triệu văn trí, vương Lisa, vương xuyên, khang văn dung, Ngô Thiệu hùng. Tia vũ trụ nơ-tron kỹ thuật trung chừng mực thổ nhưỡng thủy nghiên cứu tiến triển cập ở hoang mạc ốc đảo khu ứng dụng. Địa cầu khoa học tiến triển [J], 2022, 37(9): 979-990 DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2022.045

[9] trương đan vương nghệ tĩnh Lưu nại hà hoàng an kỳ. ‘ phòng lụt giải nguy cứu tế, chúng ta tại hành động.’ Trung Quốc điện khoa WeChat công chúng hào. Available at: https://mp.weixin.qq /s/0o3zErfWl-iEK0neun2DAQ. Accessed 8th July 2024.

[10] Triệu Nguyên, Lý hiểu bằng, kỷ cảnh thuần, chờ. Tia vũ trụ nơ-tron pháp ở thổ nhưỡng hơi nước giám sát nghiên cứu trung ứng dụng tiến triển [ J ]. Sinh thái cùng nông thôn hoàn cảnh học báo, 2019, 35 ( 5: 545-553

Tác giả: Nghiêm ích chương

Nơi phát ra: Khoa học đại viện

Biên tập: A đậu

Đăng lại nội dung chỉ tác phẩm tiêu biểu giả quan điểm

Không đại biểu trung khoa viện vật lý sở lập trường

Như cần đăng lại thỉnh liên hệ nguyên công chúng hào

1.2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.