Cosmic-Ray Neutron-Sensing: Bestimmung der Bodenfeuchte mit kosmischen Neutronen

Cosmic-Ray Neutron Sensing (CRNS) ist eine mobile, berührungsfreie Technologie zur Bestimmung der mittleren Bodenfeuchte in der Umgebung von etwa 15 Hektar. Die Methode basiert auf der Detektion von im Boden "reflektierten" Neutronen. Da diese besonders sensitiv auf Wasserstoffatome reagieren, kann eine direkte Abhängigkeit der Neutronenintensität von dem vorherrschenden Wasser in der Wurzelzone um den Sensor herum abgeleitet werden. Da die Neutronen aus kosmischen Ereignissen, wie Sternenexplosionen zurückzuführen sind, bezeichnet man diese Messmethode als Cosmic-Ray Neutron Sensing. Cosmic-Ray Station
(Foto: UFZ)

Das UFZ hat an mehreren Standorten Cosmic-Ray Stationen installiert. In der unten stehenden Karte können die Messdaten der einzelnen Stationen aufgerufen werden. 

Funktionsweise und Anwendung der CRNS Sensoren:

Im Inneren des Sensors befinden sich üblicherweise Detektorgase (z.B. Helium), welche auf durchfliegende Neutronen reagieren und einen Stromimpuls erzeugen. Diese Impulse werden gezählt und zusammen mit Informationen wie GPS-Koordinaten, Temperatur, Luftdruck und -feuchte im Datenlogger gespeichert. Anhand der gesammelten Informationen lässt sich aus dem Signal die Bodenfeuchte abschätzen.

Die stationären Sensoren werden bereits erfolgreich in der Forschung und Landwirtschaft eingesetzt, um stündliche Veränderungen der Bodenfeuchte über mehrere Jahre zu messen.

Eine solide Abschätzung der Bodenfeuchte im Bereich der Landschafts-Skala ist zudem relevant für hydrologische Modellierungen. Damit lassen sich zukünftige Wetterentwicklungen vorhersagen, beispielsweise um die Gefahr durch Dürren, Hitzewellen oder Hochwasser genauer abschätzen zu können.