Проекты XXI века

Карбоновый след и меченые нейтроны

В климатической повестке одну из ключевых позиций занимает контроль за выбросами парниковых газов. Создание сети карбоновых полигонов и ферм должно сыграть большую роль для выстраивания современной системы отслеживания карбонового следа - совокупности всех выбросов парниковых газов, - и развития подходов, обеспечивающих его сокращение.

Участники коллаборации TANGRA на базе Лаборатории нейтронной физики разрабатывают мобильную установку на основе метода меченых нейтронов для определения содержания органического углерода в почвах. Метод дает возможность осуществлять быстрый неразрушающий элементный анализ различных веществ и материалов, в ряде случаев - без извлечения образца из характерных для него условий. Метод меченых нейтронов применяется как в системах безопасности, так и в горнорудной промышленности и других областях.

Начало реализации проекта по карбоновым полигонам привносит в нашу жизнь новые термины. Например, карбоновое земледелие - способ ведения агробизнеса, в ходе которого происходит улавливание и захват углерода из атмосферы растениями с последующим удержанием его в земле. Это перспективное с экологической и экономической точки зрения направление требует разработки эффективной методики мониторинга содержания органического углерода в почвах.

Разработка новых технологий агроиндустрии, адаптированных к условиям конкретного региона и обеспечивающих одновременно увеличение секвестрационного (поглощающего) потенциала почв и их продуктивности, а также решение других задач в рамках климатической повестки, предполагают новый уровень детализации и обновления данных о содержании органического углерода в почвах (SOC).

Для мониторинга SOC в почвах ученые ОИЯИ в рамках проекта Лаборатории нейтронной физики TANGRA разрабатывают мобильную установку, работающую на базе метода меченых нейтронов (ММН). В настоящее время ведутся работы по определению параметров метода в задаче определения SOC и их зависимости от состава почвы, условий конкретной локации, а также по выбору оптимальной конфигурации детектирующей системы (детекторы на основе BGO, NaI, LaBr₃, HPGe и другие), геометрии мобильной установки.

Метод меченых нейтронов имеет ряд преимуществ и дает возможность осуществлять быстрый неразрушающий элементный анализ различных веществ и материалов, в ряде случаев - без извлечения образца из характерных для него условий, в то время как существующие методы анализа предполагают в основном отбор объемных проб и работу в условиях лаборатории. ММН успешно применяется как в системах безопасности, так и в горнорудной промышленности и т.п.

В методе применяются нейтроны с энергией 14 МэВ, обладающие большой проникающей способностью. Использование портативных генераторов меченых нейтронов позволяет проводить полевые измерения без предварительной подготовки исследуемых образцов. Применительно к анализу почвы это может означать анализ "в поле", без извлечения объемной пробы и ее транспортировки в лабораторию, возможно, даже в движении.

Актуальность разработки обусловлена тем, что в рамках сельского хозяйства отдельно взятой страны объем наблюдаемого карбонового следа и способность подтвердить в рамках международных регламентов соблюдение принятых на себя ограничений по нему будут напрямую влиять не только на конкурентоспособность, например зерна, но и на саму возможность сохранения его позиций на мировых рынках.

По материалам сайта ОИЯИ