RU2850060C1 - Улучшенные материалы для нейтронной защиты на основе борида вольфрама - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к материалу нейтронной защиты и может использоваться в технологиях разработки термоядерных реакторов. Техническим результатом является одновременное повышение устойчивости материала нейтронной защиты к повреждениям каскадами частиц, термическим напряжениям, привносимым неравномерным нагревом и ВТСП-сердечником, а также абляции внешней поверхности защиты. Материал содержит соединение борида вольфрама в фазе, имеющей чередующиеся слои бора, включающие графитоподобные плоские слои и конденсированные циклогексаноподобные цепочки, с атомами вольфрама, расположенными между чередующимися слоями бора. Причем бор в слоях бора имеет большую долю содержания бора-10 по отношению к суммарному содержанию бора, чем доля содержания бора-10 по отношению к суммарному содержанию бора во встречающемся в природе боре. 7 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к материалам нейтронной защиты для термоядерных реакторов. В частности, это изобретение относится к нейтронной защите, содержащей борид вольфрама.

Предпосылки изобретения

Проблема производства термоядерной энергии чрезвычайно сложна. Нейтроны при ядерном синтезе образуются тогда, когда дейтериево-тритиевую (D-T) или дейтериево-дейтериевую (D-D) плазму нагревают так, что ядра имеют достаточную энергию для преодоления кулоновского электростатического отталкивания, чтобы слиться вместе, высвобождая энергетические нейтроны и продукты ядерного синтеза (например, ⁴He для D-T). На сегодняшний день самым многообещающим способом достижения этого является применение устройства токамака; в традиционном подходе к ядерному синтезу в токамаке (воплощаемом в ITER) плазма должна иметь большое время удержания, высокую температуру и высокую плотность для оптимизации этого процесса.

Токамак характеризуется сочетанием сильного тороидального магнитного поля B_T, высокого тока плазмы I_p и, обычно, большого объема плазмы и значительного сопутствующего нагрева, чтобы обеспечить настолько горячую стабильную плазму, что может происходить ядерный синтез. Сопутствующий нагрев (например, посредством инжекции десятков мегаватт пучка нейтральных частиц высокой энергии H, D или T) необходим для увеличения температуры до достаточно высоких значений, требуемых для возникновения ядерного синтеза и/или для поддержания тока плазмы.

Для того, чтобы гарантировать как можно большую компактность реактора (что обеспечивает более высокую эффективность, особенно для конфигурации плазмы "сферического токамака"), следует как можно больше уменьшить толщину радиационной защиты, все еще сохраняя достаточную защиту для других компонентов. Минимизация расстояния между плазмой и катушками возбуждения обеспечивает возможность более сильного магнитного поля в плазме с более низким током в катушках.

Фигура 1 показывает разрез центральной колонны и иллюстрирует те проблемы, которые защитный материал должен преодолевать. Центральная колонна содержит центральный сердечник из катушек 11 с высокотемпературным сверхпроводником (ВТСП) и внешний слой защиты 12. В зависимости от материала, используемого для защиты, на внешней поверхности может присутствовать слой окисленного защитного материала 13, если экран подвергается воздействию воздуха во время работы при высокой температуре. Существуют три главные причины повреждения, которые возникают из-за плазмы 14. Во-первых, высокоэнергетические нейтроны 15, сгенерированные реакцией ядерного синтеза, могут по существу выбивать атомы из структуры защиты, создавая каскады 16 повреждения, которые распространяются сквозь материал и ухудшают свойства материалов (такие как механические, термические или сверхпроводящие свойства). Во-вторых, тепловой поток 17 от реакции ядерного синтеза значителен и может повреждать защиту вследствие термических напряжений, привносимых неравномерным нагревом и ВТСП-сердечником, поскольку более высокие температуры уменьшают ток, который может переноситься при сохранении сверхпроводимости, и могут привести к резкому увеличению сопротивления катушки, вызывая потерю сверхпроводимости магнита. Наконец, энергетические частицы плазмы будут вызывать абляцию 18 внешней поверхности защиты. Это не только вызывает повреждение в самой защите, но и может загрязнять плазму, если защита подвергается ее непосредственному воздействию. Желательно иметь защитный материал, который может сопротивляться этим эффектам, а также предотвращать достижение нейтронами сверхпроводящих катушек.

В современных защитных конструкциях также часто используются водяные каналы как для охлаждения защиты, так и для замедления нейтронов (что увеличивает эффективность защиты). Однако это создает проблемы, поскольку с водой трудно обращаться во время утилизации или технического обслуживания установки – из-за рисков работающих под давлением систем, загрязнения, активации и испарения воды, а также возможности попадания воды из реактора в окружающую среду при неправильном обращении.

Следовательно, существует потребность в эффективной нейтронной защите, которая не требует воды для замедления.

Сущность изобретения

Согласно первому аспекту изобретения предусмотрено применение пентаборида дивольфрама, W₂B₅, в нейтронной защите.

Согласно второму аспекту предусмотрена нейронная защита, содержащая пентаборид дивольфрама, W₂B₅.

Согласно третьему аспекту предусмотрен термоядерный реактор-токамак, содержащий плазменную камеру, катушку тороидального поля, множество катушек полоидального поля и нейтронную защиту, расположенную между внутренностью плазменной камеры и катушками тороидального или полоидального поля, при этом нейтронная защита является защитой согласно второму аспекту.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 – схематичная иллюстрация экранирующего слоя в центральной колонне токамака;

Фигура 2 – график, показывающий нейтронный поток для защитных материалов из борида и карбида вольфрама;

Фигура 3 – график, показывающий выделение энергии от нейтронов и от гамма-лучей для экранирующих материалов из борида и карбида вольфрама;

Фигура 4 – график, показывающий атомные плотности в материалах защиты для вольфрама, для бора или углерода и их сумму;

Фигура 5 – график, показывающий долю изотопа ¹⁰B, остающегося после 30 лет работы для материалов из борида вольфрама, как функцию содержания бора на различных уровнях в нейтронной защите;

Фигура 6 – график, показывающий пиковый нейтронный поток в ВТСП-сердечнике (как на фигуре 1) для различных изотопных концентраций изотопа ¹⁰B в материалах защиты.

Подробное описание

Предыдущие концепции нейтронной защиты были основаны на богатых вольфрамом карбидах и/или боридах вольфрама. Вольфрам является эффективным поглотителем фотонов вследствие своего высокого атомного числа Z, а также типично высокой плотности соединений вольфрама. Вольфрам также эффективен в качестве неупругого рассеивателя для снижения энергий падающих нейронов с ~14 МэВ. Карбид вольфрама обеспечивает дополнительные преимущества, состоящие в том, что углерод является довольно эффективным замедлителем нейтронов (вкратце, замедляющим нейтроны, облегчая их поглощение вольфрамом). Борид вольфрама обеспечивает дополнительные преимущества, состоящие в том, что бор является эффективным поглотителем низкоэнергетических нейтронов, которые могут быть способны проникать через выполненную в целом на основе вольфрама защиту.

В ходе изучения возможных составов карбидов и боридов вольфрама было неожиданно обнаружено, что конкретный стехиометрический состав борида вольфрама, W₂B₅ (пентаборид дивольфрама), является значительно более эффективным защитным материалом, чем другие бориды или карбиды вольфрама, как для гамма-лучей, так и для нейтронов, при диапазонах интенсивностей и энергий, ожидаемых в реакторе ядерного синтеза типа токамак.

Фигура 2 показывает результаты моделирования различных материалов на основе борида вольфрама (с вольфрамом и карбидом вольфрама в качестве сравнений) на поглощение нейтронов, либо с 201, либо без 202 слоя водного замедлителя. Результатом измерения является нейтронный поток на высокотемпературную сверхпроводящую ВТСП центральную колонну термоядерного реактора токамак, причем чем ниже значения, тем лучше. Шкала логарифмическая. Рассматриваются бориды вольфрама W₂B, WB, W₂B₅ и WB₄. Дополнительно, рассматриваются карбид вольфрама (WC, указанный горизонтальными линиями от оси Y) и более сложный композитный материал, B_0,329C_0,074Cr_0,024Fe_0,274W_0,299.

Как можно видеть из диаграммы, W₂B₅ значительно превосходит другие составы по поглощению нейтронов. Фактически, он является достаточно хорошим поглотителем, эффективность которого повышается, когда водный замедлитель заменяется большим количеством W₂B₅, поскольку замедляющий эффект воды не обеспечивает достаточное усиление оставшемуся W₂B₅, учитывая материал, удаленный для освобождения места для замедлителя, - т.е. обычно наличие замедлителя позволяло бы поглощать больше нейтронов из-за большего сечения поглощения более медленных нейтронов, но этот эффект полностью компенсируется повышенной поглощающей способностью W₂B₅.

Фигура 3 показывает фактическое выделение энергии на ВТСП-материале в том же моделировании, что и на фигуре 2, как для непосредственного выделения энергии нейтронами, так и для вторичного выделения энергии гамма-лучами. Показанные графики относятся к выделению энергии гамма-лучами с 301 и без 302 водного замедлителя, а также к выделению энергии нейтронами с 303 и без 304 водного замедлителя. Как и ранее, чем ниже значения, тем лучше, и на график нанесены те же соединения. На этой диаграмме можно видеть, что W₂B₅ опять работает наилучшим образом во всех случаях. Непосредственное выделение энергии нейтронами является более высоким без водного замедлителя, несмотря на то, что нейтронный поток более низок, поскольку нейтроны, которые достигают ВТСП, имеют более высокую энергию. Однако вторичное выделение за счет гамма-лучей является более низким для W₂B₅ без замедлителя, и, учитывая логарифмическую шкалу графика, будет понятно, что суммарное выделение энергии в этом случае также будет более низким.

Теоретически предполагается, что это происходит из-за особенно плотно упакованной кристаллической структуры W₂B₅, которая имеет аномально высокую плотность среди боридов вольфрама (~13 г/см³) и, следовательно, более высокую плотность числа атомов (т.е. число атомов на единицу объема) как вольфрама, так и бора, чем та, которую можно было бы ожидать в ином случае, по сравнению с другими стехиометриями. Это показано на фигуре 4, которая показывает атомную плотность (в атомах на кубический сантиметр) вольфрама 401 и бора или углерода 402, и их суммы 403 для различных стехиометрий чистого вольфрама, карбида вольфрама и борида вольфрама. Как можно видеть, W₂B₅ имеет наивысшую атомную плотность бора из всех рассматриваемых стехиометрий и находится намного выше линии тренда для атомной плотности вольфрама. Суммарная атомная плотность, включая вольфрам и бор, также наивысшая. Это важно, поскольку и бор, и вольфрам играют важные роли в защите.

Следует отметить, что в научном сообществе ведется некоторая дискуссия относительно точной структуры W₂B₅. Известно, что существует фаза борида вольфрама, содержащая чередующиеся слои бора, состоящие из графитоподобных плоских слоев и конденсированных циклогексаноподобных цепочек с расположенными между слоями бора атомами вольфрама, в структуре с пространственной группой P6₃/mmc. Чтобы эта структура стала W₂B₅, центр каждого циклогексаноподобного кольца должен содержать дополнительный атом бора, и споры сосредоточены вокруг того, является ли эта компоновка устойчивой. В том случае, если дополнительный атом бора полностью отсутствует, структуру было бы правильно идентифицировать как W₂B₄, а в том случае, если имеет место только частичное занятие (т.е. атом бора присутствует в тех или иных ячейках структуры, но не во всех), структуру было бы правильно идентифицировать как W₂B_4+x. Однако W₂B₅ является самым общепринятым описанием этой структуры в литературе, и именно поэтому этот термин используется здесь. В случае, если правильна структура W₂B₄ или W₂B_4+x, доля бора в такой фазе будет слегка ниже, чем описанная здесь, но общие выводы о том, что это наилучшая фаза для применения в нейтронной защите, остаются теми же, и упоминания W₂B₅ в данном документе могут быть заменены упоминаниями правильной формулы. Другие фазы могут присутствовать в этом бориде в меньших долях, но желательная фаза (т.е. W₂B₄, W₂B_4+x или W₂B₅) будет преобладать.

В целом, W₂B₅ может быть введен в любые существующие конструкции, использующие другие составы борида вольфрама. Например, он может быть введен в виде твердого спеченного W₂B₅ или в виде вольфрамборидного компонента в цементированном бориде вольфрама, содержащем частицы W₂B₅ в металлическом связующем. Хотя вышеприведенные результаты показывают, что замедлитель не является обязательным, защита на основе W₂B₅ может все еще быть снабжена замедлителем, таким как вода или другой водородсодержащий материал, или любым другим подходящим замедлителем нейтронов, известным в данной области техники. Например, наличие замедлителя может быть полезным, когда W₂B₅ входит в состав композитного материала, такого как металлокерамика, керамика или цементированный борид вольфрама, так что сочетание композитного материала и замедлителя обеспечивает лучшее поглощение нейтронов в целевом диапазоне, чем один лишь композитный материал. Замедлитель может также быть полезен там, где ожидаемая энергия нейтронов отличается от нейтронов ядерного синтеза с энергией 14,1 МэВ, использованных для обсуждавшихся выше моделирований, и/или где вода (или другой замедляющий материал) используется и в качестве замедлителя, и для охлаждения нейтронной защиты или других близлежащих компонентов.

W₂B₅ может быть предусмотрен в качестве одного компонента композитной защиты, например, включающей другие материалы, чтобы обеспечивать дополнительное поглощение гамма-лучей, нейтронов с различными энергиями или любых других типов излучения. Защита с W₂B₅ может содержать конструктивные компоненты и охлаждающие компоненты, которые могут быть выполнены из любого подходящего материала.

Следует понимать, что преимущества W₂B₅ заключаются, главным образом, в его характеристиках в качестве защитного материала, а не в том, что он специфичен для какого-либо конкретного применения защиты (например, геометрии или структуры).

Повышенное поглощение нейтронов при данной толщине нейтронной защиты может быть использовано для обеспечения улучшенного поглощения у защиты заданной толщины по сравнению с другими решениями на основе борида вольфрама, или оно может быть использовано для обеспечения аналогичной степени нейтронной защиты с уменьшенной толщиной по сравнению с другими решениями на основе борида вольфрама. Последнее особенно полезно в таких вариантах применения, как центральная колонна термоядерного реактора - сферического токамака, где минимизация толщины защиты (как часть минимизации общего диаметра центральной колонны) является важной целью проектирования.

Потенциальная проблема существующих защит, которые извлекают выгоду из поглощения нейтронов бором, заключается в том, что поглощающий изотоп ¹⁰B преобразуется в ⁷Li и альфа-частицу ⁴He, так что доля изотопа ¹⁰B постепенно снижается со временем. Это проиллюстрировано на фигуре 5, которая показывает долю бора-10, остающегося для нескольких боридов вольфрама после 30 лет работы при 200 МВт, в зависимости от материала для нескольких положений в пределах защиты от обращенной к плазме поверхности 501 до обращенной к ВТСП-сердечнику поверхности 505, с промежуточными глубинами 502, 503, 504, как показано в схеме 500. Относительная потеря является наивысшей на внешней, обращенной к плазме поверхности, где нейтронный поток наивысший, и уменьшается по защите. W₂B₅ демонстрирует наилучшие характеристики из всех рассмотренных в этом отношении материалов, с наименьшим снижением доли содержания изотопа по всей защите.

Природный бор имеет изотопное содержание поглощающего нейтроны ¹⁰B в 19-20% по сравнению с 80% ¹¹B (другие изотопы бора имеют период полураспада порядка от десятков до сотен миллисекунд, самое большее). И хотя применение природного бора или другого бора с 18-20% ¹⁰B будет достаточным во многих вариантах применения, характеристики боридных защит могут быть повышены путем обогащения по содержанию ¹⁰B, т.е. обеспечения большей доли ¹⁰B, чем присутствует во встречающемся в природе боре, например, по меньшей мере 25% ¹⁰B. Влияние этого на пиковый нейтронный поток в ВТСП-сердечнике для каждого из материалов на основе борида вольфрама показано на фигуре 6, для пропорций ¹⁰B/B_всего 0% 601, 20% 602, 40% 603, 60% 604, 80% 605 и 100% 606. Более высокие процентные доли ¹⁰B улучшают характеристики защиты более чем в 2 раза для каждого из боридов вольфрама, но W₂B₅ остается наилучшим боридом вольфрама при всех уровнях обогащения. Аналогичные результаты получены для выделения энергии нейтронами и гамма-лучами в сердечнике (не показано).

W₂B₅ может быть сформирован как чистый твердый материал посредством таких методов производства, как спекание, или плавление и литье. Спекание W₂B₅ может быть осуществлено искровым плазменным спеканием, горячим прессованием порошков W₂B₅, спеканием без давления или другими подходящими способами.

Альтернативно, относительно недорогой технологией изготовления будет композитный цементированный борид вольфрама.

Чистый W₂B₅ имеет отличные свойства нейтронной защиты, но обычно является хрупким. Чтобы смягчать это, W₂B₅ может быть предусмотрен в армированном металлом композите, чтобы обеспечить соответствующие физические свойства для конструкционного (например, несущего нагрузку) применения композита W₂B₅.

Добавочный легирующий металлический элемент для улучшения структурных характеристик должен быть выбран таким образом, чтобы он сильно не реагировал с боридами, поскольку часть преимуществ W₂B₅ происходит от его структуры, и эта структура будет нарушена или утрачена, если большая доля ее прореагирует с другими элементами в композите с образованием других боридов. В частности, подходящие металлы для обеспечения W₂B₅ в армированном металлом композите включают переходные металлы (например, вольфрам), предпочтительно переходные металлы из группы 11 Периодической таблицы (медь, серебро и золото), цинк или свинец, более предпочтительно – медь. Также подходят сплавы, в основном состоящие из таких металлов, например, бронзы и латуни, такие как томпак, фосфористая или алюминиевая бронза, красная латунь, бериллиево-медный сплав и мельхиор, или сплавы золота и/или серебра, такие как электрум или голоид. Хотя алюминий действительно реагирует с образованием боридов, формирование значительных количеств WAlB требует особых составов и скоростей охлаждения. По сути, регулируя составы и скорости охлаждения, чтобы ограничить формирование WAlB, алюминий можно использовать в качестве добавочного легирующего металлического элемента.

В качестве примера армированного металлом композита, W₂B₅ может быть предусмотрен в качестве компонента в наполнителе цементированного борида вольфрама, содержащего металлическую матрицу и наполнитель, как было описано для WB в WO 2016/009176 A1.

Армированный металлом композит может содержать высокую долю W₂B₅, например, по меньшей мере 70% по массе, по меньшей мере 80% по массе или по меньшей мере 90% по массе. Это приведет к значительной доле бора в материале, так как W₂B₅ имеет 12,8% бора по массе, поэтому композит, содержащий N% W₂B₅ по массе, содержит по меньшей мере 0,128N% бора по массе. По сути, армированный металлом композит может содержать по меньшей мере 9% бора по массе, по меньшей мере 10% бора по массе или по меньшей мере 11,5% бора по массе.

Характеристика армированного металлом композита по ослаблению нейтронного потока в целом улучшается с увеличением содержания бора.

Армированные металлом композиты могут быть сформированы целым рядом способов, например, спеканием в жидкой фазе (ЖФС), как проиллюстрировано на фигуре 7. Для формирования композита посредством ЖФС порошок W₂B₅ смешивают с порошком выбранного металла 701 и, необязательно, добавками, такими как стеариновая кислота (приблизительно 1% от массы W₂B₅), чтобы снизить частоту холодной сварки во время предварительной обработки. Порошки могут быть перемолоты вместе в инертной атмосфере, чтобы уменьшить их средний размер частиц. Смешанные порошки прессуют 702, формируя "неспеченную прессовку", которую затем нагревают до температуры выше температуры плавления выбранного металла, так что он становится жидким. Капиллярные силы из-за смачивания твердого W₂B₅ жидким металлом будут затягивать жидкость в пустоты между частицами и вынуждать частицы перекомпоновываться 703. По мере того, как пористость устраняется и фаза перекомпоновки начинает замедляться, механизмы диффузии становятся доминирующими, так как W₂B₅ диффундирует через жидкость и переосаждается на другие частицы 704. Это вызывает рост более крупных зерен за счет более мелких зерен и имеет тенденцию к выравниванию искривленных поверхностей частиц, которые соприкасаются. Эти изменения формы вынуждают частицы W₂B₅ упаковываться более плотно. На конечной стадии 705 композит достигает своей наивысшей плотности, поскольку структура W₂B₅ упрочняется с образованием твердой микроструктуры, аналогично спеканию в твердой фазе. Композиту затем дают возможность остыть, так что жидкий металл затвердевает в сплошную матрицу вокруг структуры W₂B₅.

Спекание может быть выполнено под давлением, например, в горячем прессе, или же могут быть использованы методы спекания "без давления", когда подлежащий спеканию материал помещается в форму, которую подвергают вибрации при нагреве до температуры, достаточной для того, чтобы произошло спекание. Преимуществом спекания без давления является более тонкое регулирование содержания металла в конечном материале, поскольку спекание под давлением может вызвать выдавливание жидкого металла из материала.

В зависимости от потока нейтронов и гамма-лучей, падающего на защиту, а также от продолжительности любых импульсов (если термоядерная установка не работает в установившемся режиме), может быть желательно интегрировать систему охлаждения с защитой, чтобы поддерживать защиту в температурных пределах эксплуатации. Такая система охлаждения может принимать форму каналов в защите, по которым прокачивается теплоноситель, такой как газообразный гелий. Для отведения тепла из системы может также использоваться водяное охлаждение, необязательно – через подходящий металлический интерфейс для минимизации коррозии. Альтернативно, поддерживая теплоотвод в одной или более областях защиты, тепло можно отводить от защиты теплопроводностью.

W₂B₅ дает то дополнительное преимущество перед использованием защиты из WC или чистого W, что он имеет намного лучшую стойкость к окислению. Это является важным соображением безопасности для наихудшего сценария аварии, сочетающего потерю теплоносителя (LOCA) с потерей вакуума (LOVA).

W₂B₅-защита особенно полезна в тех ситуациях, где пространство для нейтронной защиты очень ограничено. Одним из таких примеров является нейтронная защита в термоядерном реакторе-токамаке, в частности, сферическом токамаке. В таком реакторе защита защищает катушки полоидального или тороидального поля от нейтронов, испускаемых осуществляющей ядерный синтез плазмой в плазменной камере. Катушки могут быть выполнены из относительно нестойкого высокотемпературного сверхпроводящего материала, поэтому необходима эффективная защита, но эффективность реактора может быть улучшена, если эта защита будет как можно тоньше, поскольку это делает возможной более благоприятную сферическую геометрию, а позволяет катушкам возбуждения быть ближе к тому месту, где необходимо магнитное поле.

Claims (22)

1. Материал нейтронной защиты, содержащий соединение борида вольфрама в фазе, имеющей чередующиеся слои бора, включающие графитоподобные плоские слои и конденсированные циклогексаноподобные цепочки, с атомами вольфрама, расположенными между чередующимися слоями бора, причем бор в слоях бора имеет большую долю содержания бора-10 по отношению к суммарному содержанию бора, чем доля содержания бора-10 по отношению к суммарному содержанию бора во встречающемся в природе боре.

2. Материал нейтронной защиты по п. 1, при этом доля содержания бора-10 по отношению к суммарному содержанию бора больше или равна 25%.

3. Материал нейтронной защиты по п. 1, при этом соединение борида вольфрама имеет структуру с пространственной группой Р6₃/mmc.

4. Материал нейтронной защиты по п. 1, при этом соединение борида вольфрама представляет собой твердое спеченное соединение борида вольфрама.

5. Композитный материал нейтронной защиты, содержащий материал нейтронной защиты по п. 1 и металл.

6. Композитный материал нейтронной защиты по п. 5, при этом соединение борида вольфрама составляет процент по массе композитного материала, выбранный из группы, состоящей из по меньшей мере 70%, по меньшей мере 80% или по меньшей мере 90%.

7. Композитный материал нейтронной защиты по п. 5, при этом металл выбран из группы, состоящей из переходного металла, меди, серебра, золота, цинка, свинца, алюминия.

8. Композитный материал нейтронной защиты по п. 5, при этом композитный материал содержит матрицу и наполнитель, причем матрица содержит упомянутый металл, а наполнитель содержит материал нейтронной защиты по п. 1 в металлокерамике, керамике или цементированном виде.

9. Нейтронная защита, содержащая материал нейтронной защиты по п. 1.

10. Термоядерный реактор, содержащий плазменную камеру и нейтронную защиту по п. 9, расположенную между плазменной камерой и катушками тороидального или полоидального поля.

11. Термоядерный реактор по п. 10, при этом нейтронная защита не имеет каналов для теплоносителя.

12. Термоядерный реактор по п. 10, при этом реактор является реактором с магнитным удержанием и дополнительно содержит множество катушек возбуждения магнитного поля, расположенных на наружном борту плазменной камеры, причем нейтронная защита расположена между плазменной камерой и по меньшей мере одной из катушек возбуждения магнитного поля.

13. Термоядерный реактор по п. 12, при этом реактор представляет собой сферический токамак.

14. Композитный материал нейтронной защиты, содержащий металл и соединение борида вольфрама в фазе, имеющей чередующиеся слои бора, включающие графитоподобные плоские слои и конденсированные циклогексаноподобные цепочки, с атомами вольфрама, расположенными между чередующимися слоями бора, причем соединение борида вольфрама составляет по меньшей мере 70% по массе композитного материала.

15. Композитный материал по п. 14, при этом бор в слоях бора имеет большую долю содержания бора-10 по отношению к суммарному содержанию бора, чем доля содержания бора-10 по отношению к суммарному содержанию бора во встречающемся в природе боре.

16. Композитный материал по п. 15, при этом доля содержания бора-10 по отношению к суммарному содержанию бора больше или равна 25%.

17. Композитный материал по п. 14, при этом металл выбран из группы, состоящей из переходного металла, меди, серебра, золота, цинка, свинца, алюминия, и сплава, включающего переходный металл, медь, серебро, золото, цинк, свинец или алюминий.

18. Материал нейтронной защиты, содержащий пентаборид дивольфрама, W₂B₅, имеющий большую долю содержания бора-10 по отношению к суммарному содержанию бора, чем доля содержания бора-10 по отношению к суммарному содержанию бора во встречающемся в природе боре.

19. Материал нейтронной защиты по п. 18, при этом доля содержания бора-10 по отношению к суммарному содержанию бора больше или равна 25%.

20. Композитный материал нейтронной защиты, содержащий пентаборид дивольфрама, W₂B₅, и металл, причем пентаборид дивольфрама составляет по меньшей мере 70% по массе композитного материала.

21. Композитный материал по п. 20, при этом пентаборид дивольфрама имеет большую долю содержания бора-10 по отношению к суммарному содержанию бора, чем доля содержания бора-10 по отношению к суммарному содержанию бора во встречающемся в природе боре.

22. Композитный материал по п. 20, при этом металл выбран из группы, состоящей из переходного металла, меди, серебра, золота, цинка, свинца, алюминия, и сплава, включающего переходный металл, медь, серебро, золото, цинк, свинец или алюминий.