The favourable properties of tungsten borides for shielding the central high temperature superconductor (HTS) core of a spherical tokamak fusion power plant are modelled using the MCNP code. The objectives are to minimize the power deposition into the cooled HTS core, and to keep HTS radiation damage to acceptable levels by limiting the neutron and gamma fluxes. The shield materials compared are W2B, WB, W2B5 and WB4 along with a reactively sintered boride B0.329C0.074Cr0.024Fe0.274W0.299, monolithic W and WC. Five shield thicknesses between 253 and 670 mm were considered, corresponding to plasma major radii between 1400 and 2200 mm. W2B5 gave the most favourable results with a factor of ∼10 or greater reduction in neutron flux and gamma energy deposition as compared to monolithic W. These results are compared with layered water-cooled shields, giving the result that the monolithic shields, with moderating boron, gave comparable neutron flux and power deposition, and (in the case of W2B5) even better performance. Good performance without water-coolant has advantages from a reactor safety perspective due to the risks associated with radio-activation of oxygen. 10B isotope concentrations between 0% and 100% are considered for the boride shields. The naturally occurring 20% fraction gave much lower energy depositions than the 0% fraction, but the improvement largely saturated beyond 40%. Thermophysical properties of the candidate materials are discussed, in particular the thermal strain. To our knowledge, the performance of W2B5 is unrivalled by other monolithic shielding materials. This is partly as its trigonal crystal structure gives it higher atomic density compared with other borides. It is also suggested that its high performance depends on it having just high enough 10B content to maintain a constant neutron energy spectrum across the shield.
タングステン硼化物の球状トカマク核融合発電所の中心高温超伝導（HTS）コアを遮蔽するための好ましい特性は、MCNPコードを用いてモデル化される。目的は、冷却されたHTSコアへの電力沈着を最小化し、中性子フラックスとガンマ線エネルギー沈着を制限することにより、HTS放射線損傷を許容レベルに保つことである。比較される遮蔽材料は、W2B、WB、W2B5、WB4、ならびに反応焼結硼化物B0.329C0.074Cr0.024Fe0.274W0.299、モノリシックW、およびWCである。プラズマ主半径1400〜2200mmに対応する253〜670mmの5つの遮蔽厚が検討された。W2B5は、モノリシックWと比較して中性子フラックスとガンマ線エネルギー沈着において約10倍以上の低減という最も好ましい結果を示した。これらの結果は、層状水冷遮蔽体と比較され、モノリシック遮蔽体が、減速材としてのホウ素を有し、同等の中性子フラックスと電力沈着を与え、（W2B5の場合には）さらに優れた性能を示すという結果が得られた。水冷剤なしでの優れた性能は、酸素の放射化に関連するリスクのため、原子炉の安全性の観点から利点を有する。10B同位体濃度0%〜100%が硼化物遮蔽体について検討された。天然存在比20%の割合は、0%の割合よりもはるかに低いエネルギー沈着を与えたが、その改善は40%を超えるとほぼ飽和した。候補材料の熱物性が考察され、特に熱ひずみに焦点が当てられた。我々の知る限り、W2B5の性能は他のモノリシック遮蔽材料によっては達成されていない。これは部分的には、その三方晶結晶構造が他の硼化物と比較してより高い原子密度を与えるためである。また、その高い性能は、遮蔽体全体にわたって一定の中性子エネルギースペクトルを維持するのにちょうど十分な10B含有量を有することに依存していることも示唆される。