Поглощение воды и питательных веществ растениями включает динамическое и сложное взаимодействие корней с окружающей почвой. «Томографический метод позволяет отслеживать трехмерные водные пути от почвы к корням с течением времени», - говорит доктор Кристиан Тойцке, возглавляющий исследовательскую группу в Потсдамском университете. «Эти идеи могут помочь в разработке стратегий более эффективного и устойчивого использования воды и удобрений при выращивании сельскохозяйственных культур».
Нейтроны чувствительны в основном к легким элементам, таким как водород, литий и их соединения. Таким образом, нейтронную томографию можно использовать для точного неинвазивного картирования содержания воды как в корнях, так и в окружающей почве образца. То, как растения могут поглощать воду и питательные вещества, во многом зависит от свойств ризосферы, слоя почвы толщиной в несколько миллиметров, окружающего корни. Этот регион не только доставляет минеральные и органические компоненты из почвы к корням, но также находится под влиянием корневых экссудатов и микробной активности.
До сих пор получение трехмерных нейтронных изображений занимало не менее десяти секунд на томограмму. Это по-прежнему приводило к ограничению возможности изучения быстрых процессов, таких как инфильтрация корневой системы водой. Чтобы получить больше изображений за более короткое время, группа под руководством эксперта HZB доктора Николая Карджилова оптимизировала метод в NeXT-Grenoble, недавно открытом томографическом приборе Института Лауэ-Ланжевена (ILL), который снабжается холодными нейтронами с помощью Исследовательский реактор мощностью 60 МВт. Используя гораздо более интенсивный нейтронный пучок, время записи одной томограммы удалось сократить почти до одной секунды.«Результат даже превзошел наши ожидания, - объясняет Тётцке. - Достигнутая скорость сбора данных оказалась выше, чем предполагалось заранее. Тем не менее, отношение сигнал/шум и пространственное разрешение изображения также можно улучшить».
Теперь, когда технические возможности томографии на сверхбыстрых нейтронах продемонстрированы, Карджилов и его команда работают над дальнейшим усовершенствованием метода и налаживанием его применения в других областях исследований. Поскольку берлинский источник нейтронов HZB прекратит работу в декабре, установка быстрой визуализации будет интегрирована в прибор NeXT в Гренобле, чтобы в будущем можно было исследовать процессы быстрого переноса в других материалах. Например, высокоскоростная нейтронная томография может дать новое представление о гидроразрыве пористых горных пород или может быть использована для исследования переноса ионов во время быстрой зарядки и разрядки литиевых батарей с целью повышения безопасности, емкости и долговечности таких накопителей энергии. системы.