Skärmning spelar en viktig roll vid neutronkällor för både strålningssäkerhet och för att minimera bakgrundsljud i neutronförsök. Skärmning görs regelbundet av betong, som innehåller väteatomer som hjälper till att bromsa neutroner.

Ett team på ESS i Sverige, ledd av Phillip Bentley, ville se om de kunde förbättra neutronskärmningsegenskaperna hos en standardbetong. De tillsatte extra väte i betongen i form av polyeten (PE) pärlor och inkluderade också borkarbid, ett annat ämne som är känt för att hämma överföringen av neutroner.

Betongblandningen utfördes av Danska tekniska institutet i Danmark. De bestämde de bästa förhållandena som gav en homogen fördelning av polyeten genom betongen och ersatte en del av sanden i kompositionen med B4C eftersom de har liknande kornstorlekar och densitet.

Den nya PE-B4C-betongen jämfördes sedan med en referensbetong. Den hade en 15% lägre massdensitet och var lite svagare än standardkompositionen. Skärmningsmätningar utfördes på betongen med hjälp av en Time of Flight (TOF) teknik, känd som neutronmärkning, vid Lunds universitet i Sverige.

PE-B4C-betongen hade en förbättrad skärmprestanda i MeV-neutronenergiområdet, släpper igenom 40% mindre neutroner än standardbetong. Vid lägre neutronenergier, det förväntas att förbättringen av avskärmningen är ännu mer uttalad. Dessa experimentella fynd stämde väl överens med Geant4 -simuleringar som utfördes parallellt.

Aktiveringsstudier av de två betongerna utfördes vid MTA EK och tyder på att den nya polyetenbaserade betongen har lägre aktiveringsvärden än standardbetongen.

I en ytterligare studie, laget undersökte partikelns självskyddande effekt av olika storlek B4C-korn. Det är här, om ett B4C -spannmål är tillräckligt stort, sädets yttre område kommer att skydda det inre området och göra det ineffektivt. Fem olika partier av PE-B4C-betongen blandades med olika B4C-kornstorlekar, även om den totala viktfraktionen av B4C alltid hölls densamma. Mätningarna utfördes med en 2 Å neutronstråle vid JEEP II -reaktorn vid Institute for Energy Technology i Kjeller, Norge. Dessa mätningar jämfördes sedan med Geant4 -simuleringar, håller igen bra. Övergripande, de minsta kornstorlekarna gav betongens bästa skärmprestanda men, när du väljer avskärmningsmaterial, en balans måste hittas mellan detta och det ökade priset och potentiellt minskade stabiliteten hos betongen när kornstorleken blir mindre.

Det nya potentiella skärmningsmaterialet kan användas som både bulkskärmning vid spallationsneutronkällor eller i specifika strålningskomponenter. Det kan också vara användbart i reaktor- eller acceleratorbaserade neutronanläggningar.