利用宇宙射線測量土壤中的水分含量

超過25 個國家的科學家利用來自太空宇宙射線射入地球的中子測量土壤中的水分，以幫助農民節約用水和適應氣候變化。利用宇宙射線中子探測器，科學家們跟蹤大氣中快速移動的中子，確定土壤中已有多少水分，以及農民何時需要加水，幫助作物在惡劣的氣候條件下茁壯生長。

宇宙射線中子探測器是一種可以通過檢測土壤中和土壤正上方空氣中快速移動的中子來測量含水量的裝置。它比傳統方法檢測速度更快、更便于攜帶，可以更容易捕獲一個區域的信息。

自2013 年以來，FAO/ IAEA 糧農核技術聯合處的科學家們一直在進行宇宙射線中子探測器的測試和校準，包括背包式移動型傳感器。“對玉米等作物的研究表明，使用宇宙射線中子探測器規劃灌溉，通過優化農民需要用水數量和用水時間，每個季節可以節省100 mm 灌溉用水，相當于每公頃100 萬升水，這對于缺水地區來說是個不小的數字，同時提高作物產量。” FAO/ IAEA 聯合處土壤用水科學家AmmarWahbi 說。

全世界有300 多名科學家通過旨在培養技術技能和應用技能做出決策的培訓班，接受了中子傳感技術應用培訓。培訓班包括指導如何使用Aqua Crop 模擬模型。這是一款由糧農組織開發的軟件，用于準確模擬不同情景下的預期作物生長和用水。

伊拉克科學和技術部的科學家Ameerah Hanoon Atiyah 表示，在伊拉克，這些課程幫助科學家鑒定了適合該國氣候條件的作物。“考慮不同的情景有利于決策;例如，種植哪些作物可更好地管理稀缺的水資源。”

傳統方法僅能捕獲探測器周圍幾厘米的信息，這使得大規模調查既耗時又耗力。相比之下，宇宙射線中子探測器可以立即提供20 公頃區域的檢測結果，而不會干擾土壤和土壤所含相互關聯的生物和結構的巨大網絡。

截至2018 年，已有15 個國家計劃或正在進行十多個與宇宙射線中子探測器有關的國家和地區研究和技術合作項目。通過這些項目，專家已經或即將收到他們自己的設備，以應用他們通過培訓班學到的知識。

宇宙射線中子探測器如何工作？

宇宙射線中子探測器檢測并計算土壤中和土壤正上方空氣中的中子數。科學家利用這些信息確定土壤中的水分含量。

中子是由來自太陽系外部的高能宇宙射線（主要是質子） 產生的。它們與地球高層大氣中的原子（主要是氮和氧）碰撞。這些原子分裂成亞原子粒子，如質子和中子，它們通過大氣降落并在落下時繼續與其他原子碰撞。

中子到達地球表面時，非常快速地移動。它們的能量被環境中的原子吸收，氫原子吸收大部分能量。這種吸收減慢了中子的速度。

由于陸地環境中的大部分氫存在于土壤中的水中，科學家們可以計算土壤中和周圍的快中子數量，確定存在多少水分。較干燥的土壤含有更多快速移動的中子，而潮濕的土壤中則較少，因為水中更多的氫可用于吸收能量。

（來源：IAEA 網站）