TECHNIEKSHEET

Onderzoekstechniek: Gamma-ray sensor

Versie: November 2016

[Naar zoekapplicatie]

Samenvattende omschrijving techniek (gebaseerd op praktijkervaring van onafhankelijk techniekexpert)

Met deze techniek wordt de van nature aanwezige radioactiviteit van de bodem gemeten. Een sensorsysteem met detector wordt achter een voertuig vlak boven de bodem getrokken. Dit sensorsysteem meet de radioactiviteit in de toplaag van de bodem. Uit de radioactieve elementen kan informatie over de bodem/sedimentsamenstelling worden afgeleid zoals fracties minerale delen, bodemtype of nutriëntparameters.

NB: Deze beschrijving van de Gamma-ray sensor gaat in op de toepassing op bodems op het vaste land. De [Medusa] betreft een variant die wordt toegepast voor onderzoek naar waterbodems.

Algemene informatie (gebaseerd op informatie van techniekaanbieder)

Naam

Gamma-ray sensor, passive Gamma, Soilscan, Mol of Gamma Spectrometer.

Meeteenheid en parameter

Gammastraling (Bq/kg).

Bodemfase

Aard techniek

Plaats van toepassing

Detectiewijze

Toepasbaar in afzonderlijke lagen

Minimale dikte laag: -

Bodemtypen waarvoor techniek geschikt is

Landbodem/waterbodem

Stap in keten van dataverzamelen

Moment van beschikbaarheid resultaten

Ontwikkelingsfase techniek

Wijze van inkopen

Algemene omschrijving uitvoeringswijze

De sensor meet de gammastraling in de nabije omgeving. Voor de toepassing bodem wordt het sensorsysteem bevestigd op een voertuig. Met een gemiddelde rijsnelheid van 5 à 7 km/uur wordt een perceel ingemeten. Elke seconde wordt een gemeten gammaspectrum gelogd samen met GPS-coördinaten. Alle verzamelde spectra worden met behulp van de Full Spectrum Analyse (FSA) methode verwerkt tot puntresultaten. Dat betreft Total Counts, K40, U238, Th232 en Cs137 waarden in Bq/kg.

Werkingsprincipe

De sensor meet natuurlijke radioactiviteit in het bereik van 0-3 MeV. Een scintallatiekristal detecteert de radioactieve deeltjes, waarna een photomultiplier deze hits digitaal verwerkt tot een spectrum. De resultaten van de photomultiplier worden opgeslagen in een logger. Sensoren hebben een standaard spectrum voor de nauwkeurige bepaling van de nuclidewaarden met de FSA methode. De methode is passief, wat wil zeggen dat het de energie afkomstig van een bepaalde bron meet. In het meetbereik zijn dat deeltjes die afkomstig zijn van bodemdelen (zand, klei, gesteente), of van materialen die deze bodemdelen als bouwsteen kennen (beton, baksteen, puin, asfalt etc).

Punt / lijnmeting / volumemeting

Technische specificaties

(w.o. nauwkeurigheid)

Resultaat in Bq/kg, met standaard deviatie. De nauwkeurigheid is beïnvloedbaar; zowel tijdens het meetproces als in de dataverwerking daarna. Deze is afhankelijk van type sensor (in dit geval 1 liter CsI), afstand tot de bron en meettijd. In beschreven omstandigheden bedraagt de meetnauwkeurigheid ong. 10%.

Voor bodems wordt normaliter een meetdiepte van 30 cm aangehouden. Sterke bronnen, zoals een zwerfkei of funderingsresten, kunnen op grotere diepte gelokaliseerd worden.

Typisch dieptebereik

0 tot 0,30 m

Tijdeigenschappen

1 meting per seconde.

Meetsnelheid

Tussen 5 en 7 km/uur. Maximaal 60 ha/dag.

Presentatie resultaten

De radionucliden zijn gecorreleerd aan fysische bodemeigenschappen als lutum, zand, korrelgrootte en organische stof. Daarnaast leent het zich voor lokale correlaties met chemische bodemeigenschappen (nutriënten) als pH, Mg, K, Pw, N en Calcium. Daartoe wordt gebruik gemaakt van meerdere bodemmonsters, die na analyse in het lab, statistisch via meervoudige regressie gecorreleerd worden aan de nuclide data. Het resultaat is een digitale kwantitatieve kaart van één of meerdere bodemeigenschappen.

Kosten

€ 1.000 per sportveld
€ 150 per hectare.

Een compleet systeem kost circa € 40.000.

Trends en ontwikkelingen

De vlakdekkende informatie is geschikt om via verdere bewerking ingezet te worden in Isobus terminals van tractoren, wat automatische werktuigaansturing mogelijk maakt.

Illustratie

[Figuur]

Gebruikersinformatie (gebaseerd op praktijkervaring van onafhankelijk techniekexpert)

Beschikbaarheid

Wordt techniek vaak toegepast?

Onderzoeksfase waarin techniek toepasbaar is

Verificatiemetingen / ijkmetingen

Veel gebruikte toepassing in praktijk

Karteren van:

• landbouwperelen;
• natuurgebieden;
• sportvelden;
• golfbanen.

Determineren van archeologische locaties.

Geschiktheid

De methode is in essentie zeer geschikt voor het determineren van samenstelling van bodem en biedt daarnaast mogelijkheden voor het lokaliseren van relatief grote objecten die in de bodem verborgen zijn. Denk bij dit laatste aan bijvoorbeeld kasteelmuren, hunebedden of puinophopingen.

Praktijkervaringen in Nederland

Sinds 2001 wordt de techniek veel toegepast waarbij al meer dan duizenden hectares en honderden sportvelden zijn onderzocht.

“Do's“

Voor het bepalen van bodemeigenschappen moeten de metingen gecorreleerd worden aan resultaten van bodemmonsters.

“Don'ts “

Te snel rijden.

Meten in regen of mist (verstoring a.g.v. neerslaand radon (vervalproduct U238).

Ook geschikt voor

Vaststellen morfologische veranderingen, archeologische verkenningen/karteringen, vaststellen bodemruwheid asfalt, asfaltsamenstelling (verschillen in steenslagtoevoegingen) of het vlakdekkend en plaatsspecifiek in kaart brengen van bodemeigenschappen van landbouwgronden en sport- en recreatieterreinen (landbodems) ten behoeve van gerichte bewerking of bemesting.

Achtergrondinformatie / Links

Bodemstandaard

VKB-protocol 2003

Literatuur

Hendriks, P.H.G.M., Limburg, J. and de Meijer, R.J., 2001. Full-spectrum analysis of natural γ-ray spectra. J. of Environmental Radioactivity, 53:365-380.

Van Egmond F.M., Loonstra E.H., Limburg J. Gamma Ray Sensor for Topsoil Mapping: The Mole. In: Rossel R.A.V., McBratney A.B., Minasny B., editors. Proximal Soil Sensing. 1st ed. Springer; Berlin, Germany: 2010. pp. 323–332.

Van der Klooster E., van Egmond F.M., Sonneveld M.P.W. Mapping soil clay contents in Dutch marine districts using gamma-ray spectrometry. Eur. J. Soil Sci. 2011;62:743–753.

Mahmood H.S., Hoogmoed W.B., van Henten E.J. Sensor data fusion to predict multiple soil properties.Precis. Agric. 2012;13:628–645.

Kemmers, R.H., Van Egmond, F.M., Loonstra E.H. (2008). Kartering van fosfaatbeschikbaarheid in de bodem met behulp van natuurlijke radioactivititeit, Wageningen, Alterra, Alterra-rapport 1728.

Schoenmaeckers, M., van Diggelen, R., Strijker, D., Meijles, E., Loonstra, E.H. (2011). Pilotstudy naar de beste methode om het fosfaatgehalte in de bovenste bodemlaag te bepalen, University of Antwerp Onderzoeksgroep Ecobe

Mojtaba Naderi-Boldaji, Sharifi, A., Alimardani, R., Hemmat, A., Keyhani, A., Loonstra, E.H., Weisskopf, P., Stettler, M., Keller T. (April 2013). Use of a triple-sensor fusion system for on-the-go measurement of soil compaction. Soil and Tillage Research, Volume 128, Pages 44-53

Loonstra, E.H., van Egmond, F.M., Fingerprinting: Modelling and mapping physical top soil properties with the Mole. Geophysical Research Abstracts Vol. 12, EGU2010-3958, 2010.

Hyperlinks (internet)

-