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        記錄速度快的中子斷層掃描可追蹤進(jìn)入植物的水路
        
			
        
				2019-09-25 16:47:37
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			  來源：
			
        
		
        
				
		
        
			
        研究人員第一次在大約一秒內(nèi)捕獲了中子斷層圖像，比以前報道的嘗試快了近一個數(shù)量級。直到最近，長時間的圖像采集一直是使用這種非侵入性技術(shù)研究動態(tài)3-D過程(例如根與土壤之間的水交換)的主要障礙。
        

        記錄速度快的中子斷層掃描可追蹤進(jìn)入植物的水路
        

        波茨坦大學(xué)研究團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人克里斯蒂安·特茲克說：“如此迅速地獲取圖像的能力使我們能夠以前所未有的細(xì)節(jié)捕捉根部吸收土壤中的水和其他養(yǎng)分所涉及的快速過程。” “更好地了解這些根與土壤之間的相互作用可以幫助優(yōu)化水的利用效率和作物產(chǎn)量，從而有助于滿足日益增長的世界人口和有限資源帶來的更高需求。”在光學(xué)學(xué)會(OSA)的《光學(xué)快報》中，一個由多個機(jī)構(gòu)組成的研究小組描述了他們?nèi)绾瓮瓿芍凶訑鄬映上竦目焖儆涗洉r間。該研究是一項正在進(jìn)行的研究的一部分，旨在研究根對周圍土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)的重大影響。
        

        “由于中子對氫(包括像水這樣的含氫化合物)高度敏感，因此高速中子成像可用于可視化植物根，同時繪制土壤中不斷變化的水分布圖，”Tötzke說。“它也可以用于研究其他動態(tài)傳輸過程，例如工程或天然多孔材料系統(tǒng)中的流體傳輸。”
        

        例如，高速中子斷層掃描可以揭示在水力壓裂過程中發(fā)生的動力學(xué)的新見解，并可以用于研究電池內(nèi)部鋰的行為以提高其耐用性和安全性。
        

        捕獲根-土相互作用
        

        植物如何從土壤中吸收水分和養(yǎng)分，在很大程度上取決于靠近根部的土壤的運(yùn)輸特性，該區(qū)域被稱為根際。更好地了解根與土壤之間的相互作用，要求科學(xué)家更多地了解根際的結(jié)構(gòu)和生化變化如何影響水和養(yǎng)分向根的流動。
        

        中子成像是此應(yīng)用的理想選擇，因為當(dāng)中子與氫和鋰等原子相互作用時，它們變得高度可見，而鋁和鈦等金屬大多是透明的。這種成像方法還可以區(qū)分氫同位素，從而使同位素重水分子(稱為氘化水)可以用作造影劑。這種水也被植物很好地耐受。
        

        但是，中子成像的采集速度相對較慢，使其難以用于時間分辨的3-D研究，例如吸水等快速過程。Laue-Langevin研究所最近開放的成像設(shè)施NeXT-Grenoble提供的中子源可以提供更快的中子成像所需的功率。
        

        開發(fā)快速成像設(shè)置
        

        Tötzke說：“ NeXT-格勒諾布爾擁有世界上用于成像目的的最強(qiáng)冷中子通量。” “但是，利用這種高通量要求我們優(yōu)化采集參數(shù)，這對現(xiàn)有技術(shù)的局限提出了挑戰(zhàn)。”
        

        研究人員開發(fā)了一種用于快速成像的成像裝置，其中包括一個將中子轉(zhuǎn)換為可見光的高效閃爍體屏幕和一個具有高幀頻的科學(xué)CMOS相機(jī)。他們使用此設(shè)置來研究羽扇豆植物根系的吸水率，該系統(tǒng)以恒定速度旋轉(zhuǎn)，同時連續(xù)拍攝圖像。
        

        “我們獲得的數(shù)據(jù)不僅在采集率，信噪比和整體空間分辨率方面都超出了預(yù)期，表明該方法非常適合研究土壤和水與根的相互作用”，Tötzke解釋說。
        

        現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)證明了快速中子層析成像的技術(shù)可行性，他們計劃專門為此應(yīng)用設(shè)計更快的相機(jī)和更好的旋轉(zhuǎn)臺。他們還想嘗試調(diào)整中子通量，以進(jìn)一步推動這項技術(shù)的時間分辨率。快速成像裝置也將并入格勒諾布爾的NeXT儀器中，以便其他科學(xué)家可以使用它來研究快速運(yùn)輸過程。
        
			

			
          
        
			
        
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