Theo kết quả đánh giá của Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (UNEP), khoảng một phần mười diện tích đất liền của trái đất hiện bao phủ bởi sông băng hoặc các dạng băng vĩnh cửu khác. Lớp băng này là một trong những nguồn nước ngọt duy nhất ở các vùng có độ cao lớn và khi băng tan, con người sẽ phải đối mặt với tình trạng khan hiếm nước. Trong nhiều năm trở lại đây, Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) đã tích cực hỗ trợ nghiên cứu và triển khai các giải pháp áp dụng kỹ thuật hạt nhân để theo dõi và quản lý nguồn nước ở các khu vực miền núi và cao nguyên, đặc biệt là các khu vực nằm ở các vùng đất có độ cao lớn và quanh năm băng bao phủ.
Con người sống ở các vùng núi cao, cao nguyên có băng bao phủ như ở Nepal, phụ thuộc vào nguồn nước từ các sông băng hiện đang phải đối mặt với cuộc khủng hoảng nước và nhiều nơi nghiêm trọng tới mức phải di dời. Để giải quyết tình trạng khan hiếm nước ngày càng tăng, quốc gia này đã có kế hoạch lắp đặt các cảm biến neutron tia vũ trụ với sự hỗ trợ của IAEA ngay từ đầu năm 2023, để cung cấp các số liệu thông tin nhằm đánh giá và “tiếp cận” đến các nguồn nước. Các công cụ nghiên cứu được cải thiện có thể thông qua các kỹ thuật hạt nhân xác định những thay đổi nhỏ nhất trong môi trường. Dữ liệu dựa như dữ liệu do cảm biến neutron tia vũ trụ cung cấp cho phép các nhà hoạch định chính sách ở các khu vực miền núi thực hiện các phương pháp giúp người dân của họ thích nghi với các điều kiện môi trường mới.
Lắp đặt cảm biến neutron tia vũ trụ ở Bolivia, tháng 12/2021. (Ảnh: Edson Ramirez)
Christoph Henrich, Cán bộ quản lý chương trình tại IAEA cho biết: “Khoa học và công nghệ hạt nhân cung cấp cho các quốc gia dữ liệu chính xác và đáng tin cậy cho việc xây dựng các chính sách thích ứng với biến đổi khí hậu nhằm đảm bảo khả năng tiếp cận các nguồn tài nguyên như nước và lương thực cho các thế hệ tương lai”. Kể từ năm 2014, IAEA đã làm việc với các quốc gia khu vực miền núi để đo lường và đánh giá sự co rút của băng và tác động của điều này đối với đất và tài nguyên nước. IAEA đã sử dụng các kỹ thuật hạt nhân, như cảm biến neutron tia vũ trụ và kỹ thuật đồng vị, để có độ chính xác cao cho các phép đo. Dữ liệu được thu thập bởi các cảm biến neutron tia vũ trụ có thể hỗ trợ các hệ thống cảnh báo sớm về các dấu hiệu khan hiếm nước do biến đổi khí hậu. Ưu điểm nổi bật của cảm biến neutron tia vũ trụ là loại bỏ việc lấy mẫu trải rộng như truyền thống và có thể ước tính độ ẩm của đất lên tới 30 ha cùng một lúc.
Cảm biến neutron tia vũ trụ (CRNS)
CRNS phát hiện và đếm số lượng neutron chậm trong đất và trong không khí ngay trên mặt đất. Các nhà khoa học sử dụng thông tin này để xác định độ ẩm trong đất. Các neutron được tạo ra bởi các tia vũ trụ năng lượng cao (chủ yếu là proton) từ bên ngoài hệ mặt trời. Chúng va chạm với các nguyên tử – chủ yếu là nitơ và oxy – trong tầng thượng quyển của Trái đất. Những nguyên tử này vỡ ra thành các hạt hạ nguyên tử như proton và neutron, những hạt này bay qua bầu khí quyển và tiếp tục va chạm với các nguyên tử khác khi chúng rơi xuống. Vào thời điểm các neutron đến bề mặt Trái đất, chúng vẫn đang chuyển động nhanh. Năng lượng của chúng được hấp thụ bởi các nguyên tử trong môi trường, các nguyên tử hydro hấp thụ phần lớn năng lượng này. Sự hấp thụ này làm chậm các neutron. Vì hầu hết hydro trong môi trường trên mặt đất được tìm thấy trong độ ẩm của đất nên các nhà khoa học có thể đếm số lượng neutron chậm bên trên và xung quanh đất để xác định lượng nước có mặt.
Vị trí của Cảm biến neutron tia vũ trụ, ở sườn núi Huayna Potosi, Cordillera Real, Bolivia. (Ảnh: Edson Ramirez)
Tháng 12 năm 2021, IAEA đã lắp đặt cảm biến neutron tia vũ trụ gần El Alto, Bolivia, để đo độ ẩm của đất ở vùng đất ngập nước ở độ cao khoảng 4.500 mét so với mực nước biển. Đây cũng là cảm biến đầu tiên được lắp đặt ở độ cao như vậy. Nước từ sông băng tan chảy đóng vai trò rất quan trọng đối với El Alto, vì đây là nguồn nước ngọt duy nhất sẵn có cho sinh hoạt, nông nghiệp và thậm chí cho thủy điện. Tuy nhiên, từ dãy Andes đến dãy Himalaya, các sông băng trên khắp thế giới đang ngày càng co rút với tốc độ nhanh trong bốn thập kỷ do nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng lên. Các phương pháp và kỹ thuật thông thường được sử dụng trước đây đã đạt đến giới hạn về khả năng ứng dụng vì chúng quá tốn công sức và không chính xác. Cảm biến neutron tia vũ trụ sẽ phát triển hệ thống cảnh báo sớm, được hỗ trợ bởi vệ tinh liên lạc, giúp phát hiện và mô tả sự xuất hiện của các sự kiện hạn hán và lũ lụt cực đoan thông qua việc xác định các ngưỡng tới hạn liên quan đến độ ẩm trong đất. Các nhà khoa học có thể truy cập trực tuyến các phép đo độ ẩm của đất theo thời gian thực tại địa điểm giám sát. Hệ thống cảnh báo dự kiến sẽ hoàn thành vào năm 2023.
Cảm biến neutron tia vũ trụ được lắp đặt ở các vùng đất ngập nước cao của Andean Bolivian để nghiên cứu vai trò của chúng trong việc xác định nước dưới tác động của biến đổi khí hậu. (Ảnh: Trenton Franz)
Từ khóa: cảm biến neutron; tia vũ trụ; kỹ thuật đồng vị; hạt nhân; xác định độ ẩm
– CMD&DND –
