A blindagem desempenha um papel importante nas fontes de nêutrons para a segurança da radiação e para minimizar o ruído de fundo em experimentos de nêutrons. A blindagem é regularmente feita de concreto, que contém átomos de hidrogênio que ajudam a desacelerar os nêutrons.

Uma equipe da ESS na Suécia, liderado por Phillip Bentley, queria ver se eles poderiam melhorar as propriedades de blindagem de nêutrons de um concreto padrão. Eles adicionaram hidrogênio extra ao concreto na forma de grânulos de polietileno (PE) e também incluíram carboneto de boro, outra substância conhecida por inibir a transmissão de nêutrons.

A mistura de concreto foi realizada pelo Instituto Tecnológico Dinamarquês na Dinamarca. Eles determinaram as melhores relações que produziram uma distribuição homogênea de polietileno em todo o concreto e substituíram parte da areia na composição por B4C, pois eles têm tamanhos de grãos e densidade semelhantes.

O novo concreto PE-B4C foi então comparado a um concreto de referência. Ele tinha uma densidade de massa 15% menor e era um pouco mais fraco do que a composição padrão. As medições de blindagem foram realizadas no concreto usando uma técnica de tempo de voo (TOF), conhecido como marcação de nêutrons, na Lund University na Suécia.

O concreto PE-B4C teve um desempenho de blindagem melhorado na faixa de energia de nêutrons MeV, deixando passar 40% menos nêutrons do que o concreto padrão. Com energias de nêutrons mais baixas, espera-se que a melhora na blindagem seja ainda mais pronunciada. Essas descobertas experimentais concordam bem com as simulações do Geant4 realizadas em paralelo.

Os estudos de ativação dos dois concretos foram realizados na MTA EK e sugerem que o novo concreto à base de polietileno tem valores de ativação menores que o concreto padrão.

Em um estudo adicional, a equipe investigou o efeito de autoproteção de partículas de grãos B4C de diferentes tamanhos. Aqui é onde, se um grão B4C for grande o suficiente, a região externa do grão protegerá a região interna e a tornará ineficaz. Cinco lotes diferentes de concreto PE-B4C foram misturados usando diferentes tamanhos de grãos B4C, embora a fração de peso total de B4C fosse sempre mantida a mesma. As medições foram realizadas usando um feixe de nêutrons de 2 Å no reator JEEP II no Instituto de Tecnologia de Energia em Kjeller, Noruega. Essas medições foram então comparadas às simulações Geant4, novamente concordando bem. Geral, os menores tamanhos de grão produziram o melhor desempenho de blindagem do concreto, mas, ao escolher o material de proteção, um equilíbrio deve ser encontrado entre isso e o aumento do preço e, potencialmente, diminuição da estabilidade do concreto à medida que o tamanho do grão fica menor.

Este novo material de proteção potencial pode ser usado como proteção em massa em fontes de nêutrons de fragmentação ou em componentes de linha de luz específicos. Também pode ser útil em instalações de nêutrons baseados em reatores ou aceleradores.