p Detectores e fontes de nêutrons desempenham papéis essenciais na defesa nacional, segurança Interna, controle da usina nuclear, medicamento de radiação, exploração de petróleo, Ciência de materiais, imagem industrial, e uma série de outros aplicativos. É essencial que esses tipos de dispositivos sejam testados periodicamente quanto à precisão em relação a um padrão de radiação que emite nêutrons a uma taxa precisamente conhecida e constante. p Nos Estados Unidos, todas as calibrações de fontes e detectores são, em última análise, vinculadas à fonte de nêutrons padrão nacional do NIST chamada NBS-1, uma esfera do tamanho de uma bola de golfe que contém um grama de rádio cercado por berílio. Como o rádio-226 tem meia-vida de 1.600 anos, o número de nêutrons emitidos por segundo pelo NBS-1 - colocado em serviço pela primeira vez na década de 1950 - é considerado extremamente estável.

p Mas a fonte não é calibrada há mais de 40 anos devido à dificuldade inerente das muitas medições envolvidas. Agora, os cientistas da Divisão de Física da Radiação do Laboratório de Medição Física do NIST lançaram um novo experimento projetado para calibrar o NBS-1 por um método totalmente novo e, ao fazer isso, reduzir as incertezas em sua taxa de emissão conhecida por um fator de três.

p A saída de nêutrons do NBS-1 é observada colocando-o no centro de uma esfera de fibra de vidro, 1,3 metros de diâmetro. É preenchido com mais de 1400 kg (3200 libras) de uma solução rosada de água e sulfato de manganês (MnSO4), uma espécie de "banho de manganês, "que absorve nêutrons. A taxa de emissão de nêutrons pode ser medida com bastante precisão usando um processo bem conhecido que não conta nêutrons diretamente, mas, em vez disso, detecta os fótons de raios gama emitidos pela complexa sequência de decaimento resultante, ao longo de muitas horas, quando os nêutrons da fonte sendo medida interagem com os núcleos dos átomos de manganês de MnSO4.

p Durante a medição, a solução de MnSO4 é continuamente bombeada através de um tubo que vai do banho a um detector de raios gama blindado, onde os fótons são contados. "Funciona lindamente, "diz o cientista do projeto Scott Dewey." O sinal de raios gama é verdadeiramente proporcional ao fluxo de nêutrons. "

p Mas essa medição por si só não fornece uma calibração da taxa de emissão, porque o número de fótons de raios gama por unidade de tempo depende criticamente tanto da força da fonte de nêutrons quanto da propensão do hidrogênio para absorver um nêutron em relação ao do manganês na solução. Cerca de metade dos nêutrons emitidos pela fonte radioativa são absorvidos pelos átomos de hidrogênio no banho, e não contribuem para a contagem final de raios gama; a porcentagem exata depende da proporção de água para MnSO4 no banho, e na razão das seções transversais de absorção de nêutrons de manganês e hidrogênio.

p Então, em calibrações convencionais, a fonte é colocada em um banho de manganês, e os pesquisadores variam a concentração de MnSO4 em incrementos específicos e medem as mudanças nas emissões de raios gama. "À medida que você altera a proporção de manganês para água [H2O] na solução, você mede a produção em diferentes níveis, "Dewey diz." Então você pode plotar os resultados e extrapolar para o hidrogênio zero, e isso dá a proporção que você precisa saber. "Usando este método, a taxa de emissão de NBS-1 foi determinada para uma incerteza de cerca de 0,85%.

p O novo esquema de calibração é completamente diferente. Seu objetivo é fornecer uma fonte de nêutrons de referência, separado do NBS-1, cuja taxa de emissão será determinada com uma precisão muito alta, comparando-a com um feixe de nêutrons frio do reator no NIST Center for Neutron Research (NCNR).

p A grande esfera em torno do NBS-1 não é portátil, e não pode ser movido para o corredor NCNR. Então, a calibração ocorrerá no segundo do NIST, menor, esfera, que tem cerca de metade do tamanho da banheira maior, mas, de outra forma, opera de forma idêntica. O NIST construiu uma esfera menor após os ataques de 11 de setembro de 2001, quando o Departamento de Segurança Interna precisou calibrar uma fonte de nêutrons que se aproximava do nível mais baixo de emissões de materiais que poderiam ser usados ​​por terroristas.

p A calibração ocorrerá em duas etapas. Primeiro, um emissor de nêutrons idêntico ao NBS-1, mas com metade de sua atividade, será colocado no centro da pequena esfera e sua taxa de emissão será medida pela saída de raios gama da solução. A fonte será então removida e um feixe de nêutrons contendo um número conhecido de nêutrons por segundo (ou fluxo de nêutrons) será direcionado para o centro da esfera e o sinal de raios gama será medido novamente.

p "Na pequena esfera, "Dewey diz, "vamos alternar as leituras do feixe de nêutrons, em seguida, desligue-o e insira a fonte radioativa, e vá para frente e para trás nas leituras do detector. Isso irá calibrar a fonte de referência radioativa. Essa fonte será então colocada na grande esfera e usada como um padrão contra o qual o NBS-1 pode ser calibrado. “Espera-se que a incerteza mais baixa de cada estágio do processo reduza a incerteza geral da medição em três vezes.

p O número de nêutrons por segundo no feixe é conhecido com uma precisão muito alta, graças a uma longa série de avanços tecnológicos feitos pelo Neutron Physics Group da PML no NCNR. "O que você obtém do reator são nêutrons com muitas energias diferentes, "Dewey diz." Para medições precisas do fluxo de nêutrons, nós não queremos isso. O que queremos é apenas uma energia, então colocamos um pequeno pedaço de grafite na viga principal. O feixe passa por ele e reflete apenas um comprimento de onda específico. Esse fluxo então vai para um detector especial que fizemos para nosso experimento de vida de nêutrons.

p "O detector contém um pequeno pedaço de folha sensível a nêutrons feita de lítio-6 enriquecido. Noventa e nove por cento do feixe passa por ele. O outro 1 por cento constitui nosso sinal. Passamos anos, mas agora temos certeza de que pode nos dizer quantos nêutrons por segundo passam por ele. "com uma incerteza relativa de cerca de 0,06%.

p "É realmente uma abordagem nova. Ninguém mais no mundo tem um reator e um feixe para fazer isso. Ninguém mais tem uma esfera de tamanho menor. A incerteza de 0,85% que temos agora é praticamente um padrão entre os talvez 10 laboratórios no mundo que fazem isso. Se pudéssemos melhorá-lo por um fator de três, isso nos tornaria os mais precisos do mundo. "