校准校准器 - 国家标准中子源

中子探测器和中子源在国防、国土安全、核电站控制、辐射医学、石油勘探、材料科学、工业成像等众多应用领域发挥着关键作用。必须定期对这类装置进行测试，以确定其是否符合以精确已知的恒定速率放射中子的辐射标准。

在美国，各种校准的来源和探测器最终与名为NIST的国家标准中子源相关联NBS-1它是一种高尔夫球大小的球体，含有一克由铍包围的镭。因为镭-226的半衰期为1600年，所以20世纪50年代首次投入使用的原子力放射物-1 -每秒释放的中子数量被认为是非常稳定的。

但由于涉及许多测量的固有困难，该源在40多年来一直没有被校准。现在，NIST物理测量实验室辐射物理部门的科学家们启动了一项新实验，旨在用一种全新的方法校准NBS-1，并在此过程中，将其已知辐射速率的不确定性降低了三倍。

通过将其放置在玻璃纤维球体的中心，直径为1.3米的中心，观察到NBS-1的中子输出。它充满了超过1400公斤（3200磅）的水和硫酸锰（MnSO4），一种“锰浴”，吸收中子。The neutron emission rate can be measured quite accurately using a well-understood process that doesn’t count neutrons directly, but rather detects the gamma-ray photons emitted by the complex decay sequence that results, over many hours, when neutrons from the source being measured interact with the nuclei of manganese atoms of MnSO4.

在测量期间，MNSO4溶液通过从浴槽的管连续泵送到屏蔽伽马射线探测器，计数光子。“它效果很好，”科学家科学家斯科特·德威说。“伽马射线信号与中子通量真正成比例。”

但是，这种测量本身并不提供发射率的校准，因为数量伽马射线光子在单位时间内，中子源的强度和溶液中相对于锰的氢吸收中子的倾向都是关键因素。放射源释放的中子约有一半被浴中的氢原子吸收，并不影响最终的伽马射线计数;准确的百分比取决于液中水与MnSO4的比例，以及锰与氢中子吸收截面的比例。

因此，在常规校准中，源将源位于锰浴中，研究人员通过具体增量改变MnSO4的浓度，并测量伽马射线排放的变化。“当你在解决方案中改变锰的比例[H2O]时，你测量不同级别的输出，”杜威说。“然后，您可以将结果绘制并推断为零氢，这为您提供了您需要知道的比率。”使用该方法，NBS-1的发射率已经确定为约0.85％的不确定性。

新的校准方案完全不同。它的目标是提供一个独立于NBS-1的参考中子源，通过将其与NIST中子研究中心(NCNR)反应堆的冷中子束进行比较，可以非常准确地确定其发射率。

周围的NBS-1周围的大球是不便携的，不能移动到NCNR大厅。因此，校准将在NIST的第二个，较小的球体上进行，这是较大浴缸尺寸的一半，而且，否则，相同操作。在2001年的9/11袭击之后建立了较小的球体，当国土安全部需要校准时中子源近似于可能被恐怖分子使用的材料的较低水平。

校正工作将分两个阶段进行。首先，一个与NBS-1相同但其一半活动的中子发射器将被放置在小球体的中心，它的发射率将由溶液的伽马射线输出来测量。然后，源将被移除，含有已知数量的每秒中子(或中子通量)的中子束将被定向到球体的中心，伽马射线信号将再次被测量。

“在小球体中，”杜威说，“我们将交替读取中子束的读数，然后关闭它，插入放射源，在探测器读数中来回切换。这将校准放射性参考源。然后，该源将被放置到大球体中，作为NBS-1校准的标准。”过程每一阶段的不确定度越低，总的测量不确定度就会降低三倍。

由于NCNR的PML中子物理小组所取得的一系列技术进步，每秒中子数的准确性非常高。“你从反应堆中得到的是具有许多不同能量的中子，”杜威说。为了精确的测量中子通量，我们不想要那个。我们想要的只是一个能量，所以我们在主梁上放一点石墨。光束通过它并仅反射一个特定波长。然后，该流进入了我们为我们的中子寿命实验做出的特殊探测器。