La schermatura svolge un ruolo importante nelle sorgenti di neutroni sia per la sicurezza dalle radiazioni sia per ridurre al minimo il rumore di fondo negli esperimenti sui neutroni. La schermatura è regolarmente realizzata in calcestruzzo, che contiene atomi di idrogeno che aiutano a rallentare i neutroni.

Un team all'ESS in Svezia, guidato da Phillip Bentley, voleva vedere se potevano migliorare le proprietà di schermatura neutronica di un calcestruzzo standard. Hanno aggiunto idrogeno extra nel calcestruzzo sotto forma di perline di polietilene (PE) e hanno incluso anche carburo di boro, un'altra sostanza nota per inibire la trasmissione dei neutroni.

La miscelazione del calcestruzzo è stata eseguita dall'Istituto tecnologico danese in Danimarca. Hanno determinato i migliori rapporti che hanno prodotto una distribuzione omogenea del polietilene in tutto il calcestruzzo e hanno sostituito parte della sabbia nella composizione con B4C poiché hanno granulometrie e densità simili.

Il nuovo calcestruzzo PE-B4C è stato quindi confrontato con un calcestruzzo di riferimento. Aveva una densità di massa inferiore del 15% ed era un po' più debole della composizione standard. Le misurazioni della schermatura sono state eseguite sul calcestruzzo utilizzando una tecnica Time of Flight (TOF), nota come marcatura di neutroni, all'Università di Lund in Svezia.

Il calcestruzzo PE-B4C aveva prestazioni di schermatura migliorate nell'intervallo di energia dei neutroni MeV, lasciando passare il 40% in meno di neutroni rispetto al calcestruzzo standard. A energie di neutroni inferiori, ci si aspetta che il miglioramento della schermatura sia ancora più pronunciato. Questi risultati sperimentali concordavano bene con le simulazioni Geant4 eseguite in parallelo.

Gli studi di attivazione dei due calcestruzzi sono stati eseguiti presso MTA EK e suggeriscono che il nuovo calcestruzzo a base di polietilene ha valori di attivazione inferiori rispetto al calcestruzzo standard.

In uno studio aggiuntivo, il team ha studiato l'effetto di autoprotezione delle particelle di grani B4C di diverse dimensioni. Qui è dove, se un grano B4C è abbastanza grande, la regione esterna del grano proteggerà la regione interna e la renderà inefficace. Cinque diversi lotti del calcestruzzo PE-B4C sono stati miscelati utilizzando diverse granulometrie B4C, anche se la frazione in peso totale di B4C è stata sempre mantenuta invariata. Le misurazioni sono state effettuate utilizzando un fascio di neutroni da 2 presso il reattore JEEP II presso l'Institute for Energy Technology di Kjeller, Norvegia. Queste misurazioni sono state poi confrontate con le simulazioni Geant4, di nuovo d'accordo. Globale, le granulometrie più piccole hanno dato le migliori prestazioni di schermatura del calcestruzzo ma, quando si sceglie il materiale di schermatura, deve essere trovato un equilibrio tra questo e l'aumento del prezzo e la stabilità potenzialmente ridotta del calcestruzzo man mano che la granulometria si riduce.

Questo nuovo potenziale materiale di schermatura potrebbe essere utilizzato sia come schermatura di massa a sorgenti di neutroni di spallazione o in componenti specifici della linea di luce. Potrebbe anche essere utile negli impianti di neutroni basati su reattori o acceleratori.