MoreSpin

Ziel des Projektes MoreSpin (Mobiler Magnet-Resonanz Sensor mit supraleitender Spule zur Präpolarisation im oberflächennahen Untergrund) ist die Entwicklung eines mobilen NMR Sensors der es erlaubt im oberflächennahen Bereich (bis 2 m) bodenphysikalische Parameter zu detektieren bzw. zu kartieren. Die Signalqualität soll mit Hilfe einer supraleitenden Präpolarisationsspule und adiabatischen Anregepulsen signifikant verbessert werden.

Die in Böden gespeicherte Feuchtigkeit ist für eine Vielzahl von ökologischen Prozessen entscheidend. Durch seine Funktion als Schnittstelle zwischen Atmosphäre und Lithosphäre spielt der Boden eine wesentliche Rolle beim Transfer von Wasser, den darin gelösten Stoffen und der damit verbundenen Energie. Derzeit existieren keine adäquaten direkten Methoden zur Bestimmung der Bodenfeuchte für alle notwendigen zeitlichen und räumlichen Größenordnungen, d.h. direkte Methoden sind auf der km-Skala mit unverhältnismäßigem Aufwand verbunden und gewöhnliche geophysikalische Methoden, die auf der km-Skala verfügbar sind, arbeiten indirekt und leiden damit unter Mehrdeutigkeiten. Als zerstörungsfreie von der Oberfläche aus einsetzbare direkte Methode hat Nuklear-Magnetische Resonanz (NMR) als Oberflächen-NMR (SNMR) Einzug in den geophysikalischen Methodenkanon gefunden. Das SNMR-Verfahren eignet sich allerdings nicht, die oberflächennahen bodenphysikalischen Parameter zu messen, da einerseits keine ausreichende Sensitivität innerhalb der ersten 2 m besteht, andererseits die Messungen zu zeitaufwendig sind um die Untersuchung großer Gebiete (km) zu erlauben. In letzter Zeit wurden vielversprechende theoretische Konzepte veröffentlicht, woraus sich die Entwicklung eines NMR-basierten Sensors ableiten lässt, welche die gestellten Anforderungen an Messfortschritt und Sensitivität erfüllt. Das Konzept eines geeigneten mobilen SNMR-Sensors basiert auf einer supraleitenden Spule zur Präpolarisation im oberflächennahen Untergrund in Verbindung mit adiabatischen Pulsen und einer kleinen punktförmigen Empfängersensorik.

Die Präpolarisation verspricht eine Erhöhung der makroskopischen Magnetisierung, während adiabatische Pulse eine gleichmäßige Anregung des NMR-Signals gewährleisten. Beides zusammen verspricht eine Erhöhung des gemessenen NMR-Signals um mehr als eine Größenordnung. Der Einsatz von punktförmigen Empfängern ermöglicht zudem eine detaillierte räumliche Auflösung der Bodenparameter. Der neue, mobile SNMR-Sensor würde die Möglichkeit eröffnen, zerstörungsfrei Bodenfeuchtekarten für verschiedene charakteristische Tiefen (z.B. Oberboden, Wurzelzone, Unterboden) auf der km-Skala zu erstellen. Der zu entwickelnde Sensor hat das Potenzial, für viele existierende geowissenschaftliche Forschungsfelder - von Stofftransportprozessen im Zusammenhang mit Permafrostfragestellungen und Klimamodellierungen über Forschungsthemen der Grundwasserneubildung und des Bodenschutzes bis zur Nahrungsmittelsicherheit - neue wissenschaftliche Analysemöglichkeiten zu eröffnen. 

Publikationen aus dem Projekt

  • Enabling surface nuclear magnetic resonance at high noise environments using a pre-polarization pulse. - Geophysical Journal International, 212 (2), 1463–1467.
    2018, LIN, T., YANG, Y.,TENG,F., MÜLLER-PETKE, M.

Team

Projektleitung

Dr. Mike Müller-Petke
+49 511 643-3253

Dr. Raphael Dlugosch
+49 511 643-3485

Projektbearbeitung

Dr. Thomas Hiller
+49 511 643-2593

Förderung

Förderkennzeichen MU 3318/4-1

Laufzeit

01.01.2018-31.12.2020