1.2.3 中子仪法
中子仪主要包括探头和计数器两部分。中子仪的探头由一个压缩的放射源和检测器构成，可以在土壤中预先埋设的管中移动到不同的土壤深度，如图1-1所示。
图1-1 中子仪土壤水分测量系统示意图(https://www.daowen.com)
探头的放射源通常是Ra-Be或Am-Be的混合物，Ra和Am都可以反射出高能中子，发射出的中子与周围土壤中原子核发生碰撞。因为大多数原子核都比中子重，所以大多数的碰撞都不会减缓中子的原有能量状态。氢核质量与中子相当，所以当中子与氢核碰撞时，就会明显地减缓速度，经过几次碰撞后，中子就会达到土壤中氢原子热运动的特征速度，所以热化中子的数量基本上与放射源附近的土壤中氢原子浓度成正比。而与放射源同侧的监测器仅对氢原子热化特征速度运动的中子敏感，因此监测仪检测到热化中子数（慢中子数）可以反映探头附近土壤中氢原子的数量。此外，由于土壤中的氢原子多以液态水的形式存在，氢原子的浓度就可以代表土壤的体积含水量，所以就可以得到一条监测器中子计数与土壤体积含水量之间的标准曲线。这个标准曲线通常是线性的，可以由下式表示：
式中，N为土壤中的慢中子计数；Ns为水中或标准吸收剂中的慢中子计数；a和b为率定参数。标定可以通过采集土样用烘干法测定土壤质量含水量及土壤容重，同时测定土壤中子计数的方法进行。如果土壤本身含有一定量的氢原子（比如有机质或高岭石），氢的背景值也可以通过标准曲线与坐标轴的交点加以校正。因此，如果预先知道监测器中子计数与土壤含水量之间的标准曲线，就可以由中子计数器预测土壤体积含水量。
用中子仪测定土壤含水量，有效土样的大小（也即慢中子云的大小）不是固定不变的，而是随着反射强度和土壤湿润状况变化的。在放射强度一定的条件下，放射源周围慢中子云球形半径随土壤含水量的增加而减小。在含水量很高的土壤中，慢中子云的影响范围大约在15cm左右，而在含水量低的土壤中，慢中子云的有效范围可达70cm。整体看来，中子仪法测定的土壤体积大，比烘干法更有代表性，测定的体积含水量也可以在一定程度上消除土壤水分田间不均匀性的影响。此外，相对于取土烘干法，中子仪法可以更快地测定田间土壤水分状况，并且可以在相同地点进行反复监测，显示测定结果的重复性。因此，中子仪法测定土壤含水量在田间广泛采用，尤其是在取土工作量很大的情况下，中子仪法则有相对优势。中子仪法的主要缺点是标定过程需要其他方法（一般是烘干法）配合使用，并且仪器比较昂贵，空间分辨率低，测定表层土壤含水量时可能产生较大误差。此外由于中子仪中使用了放射性材料，如果保护措施不当可能导致污染环境、危害人体健康。
