JP2001083271A - Ｍｏｘ燃料集合体及び原子炉の炉心並びに原子炉の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高燃焼度化を図り、短尺燃料棒の使用に関係な
く制御棒価値の低下を抑制して炉停止余裕の低下を防止
し、可燃性毒物の反応度価値を向上する。 【解決手段】プルトニウム酸化物及びウラン酸化物を充
填したＭＯＸ燃料棒２（燃料棒記号１，２，Ｐ）と、ウ
ラン酸化物を充填し可燃性毒物を含有したガドリニア入
りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2）と、水ロッド
３とを正方格子状に配列したＭＯＸ燃料集合体１におい
て、ガドリニア入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1，
Ｇ2）は、正方格子状配列の最外周部分に配置されたガ
ドリニア入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）と、水
ロッド３に隣接する格子位置に配置されたガドリニア入
りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ2）とを含み、かつガ
ドリニア入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）のガド
リニア濃度ｇ1は、ガドリニア入りウラン燃料棒２（燃
料棒記号Ｇ2）のガドリニア濃度ｇ2よりも小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉に
用いる燃料集合体に係わり、特に、ウランとプルトニウ
ムの混合酸化物からなるＭＯＸ燃料を備えたＭＯＸ燃料
集合体、及びこれを装荷した原子炉の炉心並びに原子炉
の運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉の炉心には、四角筒型の
チャンネルボックスの内部に燃料バンドルを収納した燃
料集合体が多数配置されており、各燃料集合体の燃料バ
ンドルは、核分裂性物質を含む燃料ペレットを封入した
多数の燃料棒と、それらを上下で支持する上部タイプレ
ートおよび下部タイプレートと、燃料棒間の間隔を保持
するスペーサ等から構成されている。

【０００３】この炉心は、所定の期間（＝１サイクル）
運転を実施した後に停止され、装荷されている燃料集合
体の一部が取り出されて新しい燃料集合体と交換され
る。交換される燃料集合体の数で炉心に装荷されている
すべての燃料集合体の数を除した値をバッチ数とよび、
燃料の平均取出燃焼度はバッチ数、運転期間および燃料
装荷量に依存する。この交換時の新しい燃料集合体の燃
料装荷量は、原子炉を１サイクルの間臨界に保つために
必要な核分裂性物質量が装荷されるように設定される
が、運転期間の末期においてちょうど臨界になるよう
に、あらかじめ余剰に設定される。つまり、運転末期以
外では、原子炉は臨界を超過した状態となる。したがっ
て、沸騰水型原子炉の炉心では、燃料集合体間に挿入さ
れる制御棒と、燃料中に添加される可燃性吸収材とによ
って、この余分に発生した中性子を吸収し、これにより
運転期間を通じて臨界状態を維持している。

【０００４】このとき、炉内への多数の制御棒の挿入は
軸方向の出力分布に影響を与え好ましくないため、運転
中に炉内に挿入される制御棒の数は予め定められてお
り、その運転時制御棒挿入位置をコントロールセルと称
している。このコントロールセルには、比較的燃焼が進
んだ燃料集合体が配置されるようになっている。このよ
うに制御棒による反応度制御には一定の制限が存在する
ことから、可燃性毒物入り燃料棒による反応度制御が重
要となる。なお、可燃性吸収材としては、例えばガドリ
ニア等、熱中性子吸収断面積の大きな物質が用いられる
が、これらはその熱中性子の吸収によって消耗し、燃焼
に伴いその効果が小さくなっていく。そのため、可燃性
吸収材は、主として燃焼初期の超過反応度（余剰反応
度）を抑えるために用いられる。

【０００５】ところで、沸騰水型原子炉では、核分裂で
発生する熱を除熱する冷却材として軽水（冷却水）を用
いているが、この冷却水は、中性子の減速材としての役
割も果たしており、水密度の大きな方が中性子をより減
速する性質をもつ。ここで、沸騰水型原子炉ではチャン
ネルボックスにより軽水の流路が分けられており、チャ
ンネルボックスの中の燃料棒の間を流れる軽水は燃料棒
からの発熱により気泡を含んでおり、チャンネルボック
スの外を流れる軽水は気泡を含まないというような軽水
の密度差が生じる。このため、沸騰水型原子炉の燃料集
合体ではチャンネルボックスに近い外周部にくらべて中
央部で熱中性子束が低くなるといった分布ができる。そ
して一般に軽水炉の燃料は熱中性子により核分裂を起こ
し易い性質をもつ核分裂性物質であり、熱中性子束の高
い位置にある燃料棒は高い出力を出しやすいことから、
水密度が大きいチャンネルボックスに近い外周部では燃
料棒の出力が比較的高くなり、中央部では燃料棒の出力
が比較的低くなるという具合に燃料集合体内で出力分布
が生じる。そのため、通常、燃料集合体中央部には熱中
性子束の分布を少しでも改善するために、気泡を含まな
い水が貫流する水ロッドを設置していることが多い。

【０００６】一方、原子炉の炉心に関する重要な量とし
て、燃料棒の単位長さ当たりの出力を表す線出力密度が
ある。この線出力密度は、燃料集合体全体の絶対的な出
力値である「燃料集合体出力」と、燃料集合体内の各軸
方向位置における出力の相対的分布を表す「燃料集合体
の軸方向相対出力」と、各燃料棒ごとの相対的出力分布
を表す「燃料棒相対出力（＝局所出力ピーキング）」の
３つの量の積で表され、その量の原子炉内での最大値が
最大線出力密度となる。この最大線出力密度が過大とな
り所定値を超えると、当該燃料棒中心温度が上がりすぎ
て燃料棒ペレットの熱的健全性を確保するのが困難とな
る。すなわち、最大線出力密度はなるべく小さい方が上
記所定値に対し熱的に余裕のある状態となる。

【０００７】そこで、通常、燃料集合体の設計において
は、燃料棒ペレットを複数種類用意して燃料濃縮度分布
を適宜設けることにより、「燃料棒相対出力」あるいは
「燃料集合体の軸方向相対出力」の最大値を抑制してい
る。これによって、不均一な熱中性子束分布による燃料
集合体内の出力分布の歪みを改善して最大線出力密度を
低減し、炉心としての熱的な余裕を確保し、安全な運転
ができるように図られている。

【０００８】但し、燃料濃縮度や可燃性吸収材の分布を
単純に調整する方法では燃料棒の種類や濃縮度の種類が
増えて複雑になり、製造コストの増加を招く可能性があ
る。この点を解決するために、例えば特開昭６３−１３
３０８６号公報記載のように、正方格子状配列の燃料集
合体において、最もウラン濃縮度の低い燃料棒を燃料集
合体の４隅位置のみに配置し、可燃性毒物入り燃料棒
を、上記正方格子状配列の最外周における４隅隣接位置
と水ロッドに隣接する位置とに配置する構成が提唱され
ている。これにより、少数種類の濃縮度の燃料で燃料棒
相対出力を抑えるとともに、余剰反応度を抑えることが
できるようになっている。

【０００９】ところで、近年、原子力発電所の核燃料リ
サイクルを図る観点から、再処理によって使用済み燃料
から取り出されたプルトニウムをウランと混合し、ウラ
ン・プルトニウム混合酸化物燃料（以下適宜、ＭＯＸ燃
料という）として、軽水炉で利用することが提唱されて
いる。特に、その際、経済性の向上のために、ＭＯＸ燃
料の高燃焼度化（例えば、取り出し平均燃焼度４０ＧＷ
ｄ／ｔ以上）や炉心へのＭＯＸ燃料装荷率増加が考えら
れている。

【００１０】ここにおいて、ＭＯＸ燃料は、その核分裂
性物質であるプルトニウム２３９やプルトニウム２４１
の熱中性子吸収断面積がウラン２３５より大きいこと、
及びプルトニウム２４０による中性子の吸収がウラン２
３８より大きいこと等により、ウラン燃料よりも熱中性
子の割合が減少し、中性子スペクトルが硬くなるという
性質がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】一般に、可燃性毒物の
燃焼は中性子スペクトルに強く依存しており、中性子平
均エネルギーが低く（中性子スペクトルが軟らかく）な
るほど燃焼が進行して中性子吸収効果が大きくなる一方
で、中性子スペクトルが硬くなるほど燃焼が遅れ中性子
吸収効果が小さくなるという性質がある。そのため、Ｍ
ＯＸ燃料集合体ではウラン燃料集合体に比べて、可燃性
毒物の反応度価値が下がるという問題が生じる。

【００１２】前述した特開昭６３−１３３０８６号のウ
ラン燃料集合体の構成をＭＯＸ燃料集合体にそのまま適
用した場合、可燃性毒物入り燃料棒を中性子スペクトル
の柔らかい（熱中性子束の高い）正方格子状配列の最外
周に配置していることから、上記ＭＯＸ化による可燃性
毒物の反応度価値低下はある程度緩和される。

【００１３】ところで、このように最外周に可燃性毒物
入り燃料棒を配置する場合、可燃性毒物の消耗が比較的
早く進んでしまうため、運転期間を通じて余剰反応度を
抑制するためには可燃性毒物濃度を高くする必要があ
る。しかし、可燃性毒物濃度を高くすると、可燃性毒物
入り燃料棒本数を増やすのと同様に、制御棒が挿入され
る側で制御棒価値（制御棒による反応度制御価値）が低
下するという新たな課題が生じる。

【００１４】上記従来技術は、もともとウラン燃料集合
体を対象としており、ウラン燃料はＭＯＸ燃料に比べて
制御棒価値が大きく、また可燃性毒物の反応度価値が大
きいことから、最外周に可燃性毒物入り燃料棒を配置す
ることにより制御棒価値が低下しても、可燃性毒物によ
る反応度抑制効果が大きくなるために炉停止余裕への影
響が小さかった。しかしＭＯＸ燃料では炉停止余裕への
影響が懸念される。

【００１５】さらに、上記従来技術においては、運転期
間を通じて可燃性毒物の反応度制御効果を持続させるた
めに、燃料集合体最外周の可燃性毒物濃度を、水ロッド
隣接の可燃性毒物濃度より高くしているが、ＭＯＸ燃料
集合体に適用した場合に、最外周の制御棒が挿入される
側でガドリニア濃度を高くすると制御棒価値がさらに低
下する。

【００１６】そこで、この点を解決するために、特開平
７−３０１６８８号公報記載のように、ＭＯＸ燃料集合
体において、正方格子状配列の最外周に可燃性毒物入り
燃料棒と短尺燃料棒（部分長燃料棒ともいう）を配置す
る構成が提唱されている。この場合、可燃性毒物入り燃
料棒が正方格子状配列最外周の制御棒挿入側に配置され
ることで制御棒価値が低下し炉停止余裕が低下するの
を、最外周に短尺燃料棒を設置して燃料集合体軸方向上
部に中性子の減速過剰領域を作り、低温時の無限増倍率
を低減することにより補い、これによって炉停止余裕の
低下を防止している。

【００１７】またこのとき、一般に、ＭＯＸ燃料はペレ
ット成型加工費がウラン燃料よりも高く、ＭＯＸ燃料ペ
レットの種類はなるべく少ないほうが望ましいことに対
応して、ＭＯＸ燃料棒の燃料ペレットを１種類（すなわ
ちプルトニウム富化度が同一）としている。

【００１８】しかしながら、上記特開平７−３０１６８
８号公報記載のＭＯＸ燃料集合体では、さらに以下のよ
うな別の課題が存在する。

【００１９】すなわち、前述したように、このＭＯＸ燃
料集合体では、可燃性毒物入り燃料棒が制御棒挿入側に
配置されることで制御棒価値が低下し炉停止余裕が低下
するのを、最外周に短尺燃料棒を設置することにより補
っている。この短尺燃料棒の使用は、軸方向上部の非沸
騰水領域の増大により上記中性子減速過剰領域の創出や
それ以外にもＨ／Ｕ比の改善等種々の効果を得られる
が、短尺燃料棒を配置することで燃料集合体内の熱水力
特性に影響を及ぼすため、設計自由度が低下する等の不
都合が生じる可能性もある。また、短尺燃料棒の数が増
加するとＭＯＸ燃料装荷量が低減するという不都合が生
じる可能性もある。

【００２０】このような事情に基づき、既存のあるいは
既に提唱されたウラン燃料集合体及びＭＯＸ燃料集合体
の設計では短尺燃料棒を使用しないものもある。そのた
め、設計の自由度を確保し汎用性を増すためにも、短尺
燃料棒を使用する使用しないに関係なく、他の手段で、
制御棒価値の低下による炉停止余裕の低下を防止するこ
とが望まれている。

【００２１】以上のような背景を鑑みると、上記特開平
７−３０１６８８号公報記載のＭＯＸ燃料集合体では、
炉停止余裕の改善について考慮はされているものの、制
御棒に隣接して配置される可燃性毒物の濃度や、可燃性
毒物入り燃料棒の本数が制御棒価値へ与える影響につい
て配慮されていない。すなわち、正方格子状配列最外周
に配置される可燃性毒物入り燃料棒のうち制御棒挿入側
とその反対側とで可燃性毒物に濃度差を設けたり、正方
格子状配列最外周に配置される可燃性毒物入り燃料棒の
うち制御棒挿入側に配置されるものの本数を所定値以下
に抑制したりすることにより、制御棒価値の低下そのも
のを抑制するという観点が欠けており、この意味におい
て改善の余地があった。

【００２２】本発明の目的は、高燃焼度化を図ったＭＯ
Ｘ燃料集合体において、短尺燃料棒を使用する使用しな
いに関係なく制御棒価値の低下を抑制して炉停止余裕の
低下を防止しつつ、可燃性毒物の反応度価値を向上でき
る構成を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、少なくとも、プルトニウム酸化物
及びウラン酸化物を充填した複数のＭＯＸ燃料棒と、ウ
ラン酸化物を充填し可燃性毒物を含有した複数の可燃性
毒物入りウラン燃料棒と、少なくとも１本の水ロッドと
を正方格子状に配列したＭＯＸ燃料集合体において、前
記複数の可燃性毒物入りウラン燃料棒は、前記正方格子
状配列の最外周部分に配置された複数の第１毒物燃料棒
と、前記水ロッドに隣接する格子位置に配置された少な
くとも１つの第２毒物燃料棒とを含み、かつ、前記第１
毒物燃料棒の可燃性毒物濃度は、第２毒物燃料棒可燃性
毒物濃度よりも小さくなっている。

【００２４】熱中性子束が高い領域であるギャップ水に
隣接する正方格子状配列の最外周部分及び水ロッドに隣
接する位置に、第１及び第２毒物燃料棒を配置すること
により、可燃性毒物の反応度価値を高めることができ
る。このとき、正方格子状配列の最外周部分に配置され
る第１毒物燃料棒のうち制御棒が挿入される側にあるも
のは制御棒価値を低下させるような作用を及ぼす。

【００２５】そこで本発明においては、第１毒物燃料棒
の可燃性毒物濃度を相対的に低くすることで、短尺燃料
棒の有無に関係なく制御棒価値の低下を抑制し、これに
よって炉停止余裕の低下を防止する一方、水ロッドに隣
接する第２毒物燃料棒の可燃性毒物濃度を相対的に高く
することにより、燃料集合体全体としての運転期間を通
じた余剰反応度抑制機能を確保することができる。

【００２６】（２）上記目的を達成するために、本発明
は、少なくとも、プルトニウム酸化物及びウラン酸化物
を充填した複数のＭＯＸ燃料棒と、ウラン酸化物を充填
し可燃性毒物を含有した複数の可燃性毒物入りウラン燃
料棒と、少なくとも１本の水ロッドとを正方格子状に配
列したＭＯＸ燃料集合体において、前記複数の可燃性毒
物入りウラン燃料棒は、前記正方格子状配列の最外周部
分に配置された複数の第１毒物燃料棒と、前記水ロッド
に隣接する格子位置に配置された少なくとも１つの第２
毒物燃料棒とを含み、かつ、燃料集合体内部を制御棒側
領域と反制御棒側領域とに２等分したとき、前記第１毒
物燃料棒のうち前記制御棒側領域に属する部分の合計は
２本以下であり、前記第１毒物燃料棒のうち前記制御棒
側に対向するものの可燃性毒物濃度は、それ以外の前記
可燃性毒物入りウラン燃料棒の平均可燃性毒物濃度より
も小さくなっている。

【００２７】熱中性子束が高い領域であるギャップ水に
隣接する正方格子状配列の最外周部分及び水ロッドに隣
接する位置に、第１及び第２毒物燃料棒を配置すること
により、可燃性毒物の反応度価値を高めることができ
る。このとき、正方格子状配列の最外周部分に配置され
る第１毒物燃料棒のうち制御棒が挿入される側にあるも
のは制御棒価値を低下させるような作用を及ぼす。

【００２８】そこで本発明においては、この第１毒物燃
料棒のうち制御棒側領域に属する部分の合計を２本以下
に制限しかつ制御棒に対向するものの可燃性毒物濃度を
相対的に低くすることで、短尺燃料棒の有無に関係なく
制御棒価値の低下を抑制し、これによって炉停止余裕の
低下を防止する一方、それ以外の可燃性毒物燃料棒（例
えば第１毒物燃料棒のうち制御棒に対向しないもの及び
第２毒物燃料棒）の可燃性毒物濃度を相対的に高くする
ことにより、燃料集合体全体としての運転期間を通じた
余剰反応度抑制機能を確保することができる。

【００２９】（３）上記（１）又は（２）において、好
ましくは、任意の燃料集合体横断面で前記正方格子状配
列をそれぞれ１本の燃料棒が入る正方形のセルに分割し
たとき、前記複数の可燃性毒物入りウラン燃料棒をそれ
ぞれ含む複数のセルのうち５０％以上のセルは、前記Ｍ
ＯＸ燃料棒又は前記可燃性毒物入りウラン燃料棒を含む
セルに隣接しない２辺を備えている。

【００３０】すなわち、可燃性毒物入りウラン燃料棒の
５０％以上を、セルの２辺が中性子の強吸収体であるＭ
ＯＸ燃料棒や可燃性毒物入りウラン燃料棒のセルに隣接
しないようにすることにより、それらの中性子吸収作用
による干渉を受けないようにすることができるので、さ
らに可燃性毒物の反応度価値を向上できる。

【００３１】（４）上記（１）又は（２）において、ま
た好ましくは、前記第１毒物燃料棒は、前記正方格子状
配列の４隅又はその隣接位置に配置されている。

【００３２】熱中性子束が最も高い正方格子状配列の４
隅及びその隣接位置に第１毒物燃料棒を配置することに
より、可燃性毒物の反応度価値を最も高めることができ
る。また、通常、局所出力ピーキングを抑制するために
４隅位置近傍の核分裂物質の濃度（すなわちＭＯＸ燃料
ではプルトニウム富化度）は他の位置よりも低くする必
要があり、この位置のみのために１種類又は２種類の低
濃度（低富化度）の燃料ペレットを配置する場合が多
い。本発明においては、その４隅又はその隣接位置にＭ
ＯＸ燃料棒でなく第１毒物燃料棒を設けることにより、
その置き換えた分の燃料ペレット種類が不要となるの
で、ＭＯＸ燃料ペレット種類数を低減でき、製造コスト
を低減できる。

【００３３】（５）上記（４）において、さらに好まし
くは、前記第１毒物燃料棒のうち、前記正方格子状配列
の最外周部分の形成する４辺の制御棒側２辺中の格子位
置にあるものは、前記正方格子状配列の４隅のいずれか
に配置されている。

【００３４】（６）上記（５）において、さらに好まし
くは、前記正方格子状配列の４隅のうち反制御棒側の１
隅に配置され、ウラン酸化物を充填し可燃性毒物を含有
しないウラン燃料棒をさらに有し、かつ、このウラン燃
料棒の隣接位置に、前記第１毒物燃料棒を配置する。

【００３５】上記（４）で説明したように、通常、局所
出力ピーキングを抑制するために４隅位置近傍の核分裂
物質の濃度は他の位置よりも低くするものであり、上記
（４）においては４隅又はその隣接位置にＭＯＸ燃料棒
でなく第１毒物燃料棒を設ける。しかし、反制御棒側の
１隅位置は炉内計装管が近接配置される場合があり、こ
のような場合にはこの位置に中性子の強吸収体である可
燃性毒物入りウラン燃料棒を配置すると、炉内計装管の
計測に影響を及ぼし、その計測精度が低下する可能性が
ある。そこで、本発明においては、この１隅でなくその
隣接位置に第１毒物燃料棒を配置することにより、上記
炉内計装管の計測精度低下を防止することができる。そ
してこのとき、当該１隅位置には新たに可燃性毒物なし
のウラン燃料棒を配置することにより、局所出力ピーキ
ングを低減すると共に、隣接する第１毒物燃料棒の反応
度価値を損なわないようにすることができる。

【００３６】（７）上記（４）において、また好ましく
は、前記第２毒物燃料棒のウラン濃縮度は、前記第１毒
物燃料棒のウラン濃縮度よりも低くなっている。

【００３７】正方格子状配列の４隅又はその隣接位置
に、通常の低富化度ＭＯＸ燃料棒に代わって第１毒物燃
料棒を配置する場合、可燃性毒物入りウラン燃料棒とＭ
ＯＸ燃料棒との出力差に基づき、局所出力ピーキング低
減のために、第１毒物燃料棒のウラン濃縮度はある程度
大きめにせざるを得ない。しかしながら、本来、ＭＯＸ
燃料集合体では、燃料経済性向上のため、できるだけウ
ラン燃料を低減しＭＯＸ燃料の装荷量を増加することが
望ましい。そこで、本発明においては、第２毒物燃料棒
のウラン濃縮度を第１毒物燃料棒よりも（例えば局所出
力ピーキングが許す範囲で）低くすることにより、ウラ
ン燃料の装荷量を低減することができる。

【００３８】（８）上記（１）又は（２）において、ま
た好ましくは、前記複数のＭＯＸ燃料棒は、プルトニウ
ム富化度が２種類以下となっている。

【００３９】（９）また、上記目的を達成するために、
本発明による炉心は、上記（１）又は上記（２）のＭＯ
Ｘ燃料集合体と、ウラン酸化物を充填した複数のウラン
燃料棒を備えたウラン燃料集合体とを混在させて装荷す
る。

【００４０】（１０）上記（９）において、好ましく
は、前記ＭＯＸ燃料集合体の平均取出燃焼度が前記ウラ
ン燃料集合体の平均取出燃焼度より高い。

【００４１】（１１）さらに、上記目的を達成するため
に、本発明による原子炉の運転方法は、上記（９）の炉
心に対し、所定の運転サイクルが経過するごとに、前記
ＭＯＸ燃料集合体又は前記ウラン燃料集合体のうち少な
くとも１つを取り外し、該取り外された燃料集合体の個
数と同数の、前記ＭＯＸ燃料集合体又は前記ウラン燃料
集合体を新たに装荷することにより、燃料集合体の取り
替えを行う原子炉の運転方法において、前記ＭＯＸ燃料
集合体の炉内滞在運転サイクル数が前記ウラン燃料集合
体の炉内滞在運転サイクル数よりも長くなるように、前
記の取り替えを行う。

【００４２】一般に、ウラン燃料集合体にくらべて中性
子スペクトルの硬いＭＯＸ燃料集合体は、燃焼に対する
無限増倍率の傾きが緩やかであり、燃焼が進んでもウラ
ン燃料集合体よりも高い反応度を有する。このため、燃
焼が進み滞在運転サイクル数の多い燃料集合体どうしを
比較した場合でも、ウラン燃料集合体よりＭＯＸ燃料集
合体のほうが高い反応度を維持している。

【００４３】そこで、本発明においては、上記の性質を
利用し、滞在運転サイクル数の多い燃料集合体中でみて
ＭＯＸ燃料集合体１の占める割合を増加させることによ
り、ＭＯＸ燃料集合体とウラン燃料集合体の平均炉内滞
在運転サイクル数を同じとした従来の炉心に比べ、滞在
運転サイクル数の少ない（若い）ウラン燃料集合体数が
相対的に増加し、滞在運転サイクル数の多い燃料集合体
中でみるとウラン燃料集合体より反応度の高いＭＯＸ燃
料集合体の占める割合が増加するので、従来の炉心より
も高い反応度を得ることができる。また逆に、従来と同
程度の炉心を構成する場合には、ウラン燃料集合体の濃
縮度を低減できる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。

【００４５】本発明の第１の実施形態を図１〜図６によ
り説明する。

【００４６】本実施形態によるＭＯＸ燃料集合体の全体
構造を表す一部破断斜視図を図２に、図２中Ｉ−Ｉ断面
による横断面図を図１（ａ）に、各種燃料棒の軸方向プ
ルトニウム富化度・ウラン濃縮度分布を表す説明図を図
１（ｂ）に示す。なお、本願明細書においては、ｍ行ｍ
列の格子位置に対する「隣接」位置とは、ｍ±１行ｍ
列、ｍ行ｍ±１列の２通りを含む。

【００４７】これら図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図２
において、本実施形態による燃料集合体１は、核分裂性
物質を焼結した燃料ペレットを封入した多数の燃料棒２
と、燃料集合体中央部の中性子スペクトルを改善する中
性子減速棒として設けられ、冷却材流路を形成する中空
管である水ロッド３（図１（ａ）参照）と、燃料棒２及
び水ロッド３を軸方向複数箇所で適切な間隔に保持する
スペーサ（図示せず）と、これら燃料バンドルを上端及
び下端でそれぞれ保持する上部タイプレート５および下
部タイプレート６とを備えており、それらのまわりを四
角筒型のチャンネルボックス７で取り囲んでいる。

【００４８】水ロッド３は、燃料集合体径方向の熱中性
子束平坦化を目的に燃料集合体中央部の７本の燃料棒２
を置き換えるように配置されており、燃料物質を充填せ
ず、内部を沸騰しない冷却水が通過するようになってい
る。

【００４９】チャンネルボックス７は、上部タイプレー
ト５にチャンネルファスナー（図示せず）を介して取り
付けられており、これに隣接するように横断面十字型の
制御棒８（図１（ａ）参照）が挿入されるようになって
いる。

【００５０】燃料棒２は、全部で７４本が９行９列の正
方格子状に配列されており、後述のように例えば取り出
し平均燃焼度４０ＧＷｄ／ｔ以上といった高燃焼度化を
図る場合に対応可能な配置となっている。各燃料棒２
は、特に詳細を図示しないが、上部端栓及び下部端栓に
より両端を密封された被覆管内に多数の燃料ペレット
（プルトニウム酸化物及びウラン酸化物、もしくはウラ
ン酸化物）を充填し、被覆管内のガスプレナム領域に配
置されたスプリングでそれら燃料ペレットを上下に押圧
した構造となっている。また各燃料棒２は、ペレットの
種類や燃料有効長（燃料ペレットが充填されている長
さ）が互いに異なる６種類が配置されており、それぞれ
燃料棒記号１，２，３，Ｐ，Ｇ1，Ｇ2で表す。

【００５１】燃料棒記号１，２，Ｐの燃料棒２は、ペレ
ットとして、プルトニウム酸化物及びウラン酸化物から
なるＭＯＸ燃料ペレットを充填するＭＯＸ燃料棒であ
る。このＭＯＸ燃料ペレットは、燃料物質であるＰｕＯ
₂及び燃料母材であるＵＯ₂にて構成され、核分裂物質で
ある２３９−Ｐｕ、２４１−Ｐｕ、及び２３５−Ｕを含
んでいる。

【００５２】このとき燃料棒記号１，２の燃料棒２のプ
ルトニウム富化度は、図１（ｂ）に示すように、燃料有
効長の全域において軸方向に一様に、それぞれｐ1［ｗ
ｔ％］，ｐ2［ｗｔ％］（但しｐ2＞ｐ1）となってい
る。

【００５３】また、燃料棒記号Ｐの燃料棒２は、燃料有
効長が他のものよりも短い（例えば約半分の）短尺燃料
棒（部分長燃料棒ともいう）となっており、プルトニウ
ム富化度は、その燃料有効長の全域において軸方向に一
様に前記のｐ1［ｗｔ％］となっている。この配置によ
り、燃料集合体１の軸方向下部領域に比べて気泡が多い
上部領域の減速材（軽水）の流量増加を図っている。

【００５４】燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2の燃料棒２は、ペレッ
トとして、濃縮ウラン酸化物に可燃性毒物としてのガド
リニアを添加したガドリニア入りウラン燃料ペレットを
充填するガドリニア入りウラン燃料棒である。このガド
リニア入りウラン燃料ペレットは、燃料物質であるＵＯ
₂及びこれに含有した可燃性毒物であるガドリニアにて
構成され、核分裂物質である２３５−Ｕを含んでいる。
このときこれら燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2の燃料棒２のウラン
濃縮度は、図１（ｂ）に示すように、燃料有効長の全域
において軸方向に一様に、それぞれｅ2［ｗｔ％］，ｅ1
［ｗｔ％］（但しｅ2＞ｅ1）となっている。またガドリ
ニア濃度は、それぞれｇ1［ｗｔ％］，ｇ2ｗｔ％］（但
しｇ2＞ｇ1）となっている。

【００５５】燃料棒記号３の燃料棒２は、ペレットとし
て、濃縮ウラン酸化物からなるウラン燃料ペレットを充
填するウラン燃料棒である。このウラン燃料ペレット
は、燃料物質であるＵＯ₂にて構成され、核分裂物質で
ある２３５−Ｕを含んでいる。このときこの燃料棒記号
３の燃料棒２のウラン濃縮度は、図１（ｂ）に示すよう
に、燃料有効長の全域において軸方向に一様に上記ｅ1
［ｗｔ％］となっている。

【００５６】このような燃料棒２は、図１（ｂ）に示す
ように、燃料棒記号１が５０本、燃料棒記号２が６本、
燃料棒記号３が１本、燃料棒記号Ｐが８本、燃料棒記号
Ｇ1が５本、燃料棒記号Ｇ2が４本、それぞれ図１（ａ）
に示すように配置されている。

【００５７】すなわち、ガドリニア入りウラン燃料棒で
ある燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2の燃料棒２のうちウラン濃縮度
及びガドリニア濃度が低い燃料棒記号Ｇ1の燃料棒２
は、正方格子状配列の最外周部分の形成する４辺中に５
本が配置されている。詳細には、前記４辺のうち制御棒
８側の２辺中にある格子位置に３本が３隅位置（正方格
子状配列の４隅のうち反制御棒側の１隅を除く位置）に
それぞれ１本ずつ配置されており、残りの２本は、正方
格子状配列の４隅のうち反制御棒側の１隅に隣接する位
置に２本が配置されている。また、ウラン濃縮度及びガ
ドリニア濃度が高い燃料棒記号Ｇ2の燃料棒２は、正方
格子状配列の最外周から３層目の部分が形成する４辺の
うち、水ロッド３に隣接する各辺中点の格子位置にそれ
ぞれ１本ずつ合計４本が配置されている。

【００５８】また、短尺ＭＯＸ燃料棒である燃料棒記号
Ｐの燃料棒２は、正方格子状配列の最外周から２層目の
部分が形成する４辺の各辺中点の格子位置と４隅位置に
それぞれ１本ずつ合計８本が配置されている。

【００５９】さらに、（ガドリニアを含まない）ウラン
燃料棒である燃料棒記号３の燃料棒２は、上記した正方
格子状配列の４隅のうち反制御棒側の１隅に１本が配置
されている。

【００６０】そして、上記以外の格子位置には、燃料有
効長が通常長さのＭＯＸ燃料棒である燃料棒記号１，２
の燃料棒２が配置されている。すなわち、それら燃料棒
記号１，２の燃料棒２のうち、プルトニウム富化度が低
い燃料棒記号２の燃料棒２が、最も熱中性子束が高い４
隅のうち反制御棒側の１隅を除く３隅位置に隣接する位
置にそれぞれ合計６本が配置され、これによって燃焼初
期の局所出力ピーキングを抑えるようになっている。ま
た、以上説明した以外の格子位置は、すべてプルトニウ
ム富化度が高い燃料棒記号１の燃料棒２が配置されてい
る。

【００６１】上記のように配置した燃料棒２において、
さらに本実施形態においては、燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2の燃
料棒２のガドリニア濃度ｇ1，ｇ2について、以下のよう
な条件を満足するようにしている。

【００６２】すなわち、図３に示す（但しチャンネルボ
ックス７は図示省略）ように、燃料集合体１内部を、正
方格子状配列の４隅のうち制御棒８翼端近傍に位置する
２隅の２本の燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1、図１（ａ）参
照）を通る直線ａ-ａ′で、制御棒側の領域Ａと反制御
棒側の領域Ｂとに２等分したとき、正方格子状配列の最
外周部分に位置する燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）のう
ち、制御棒側領域Ａに属する部分の合計を２本以下（こ
の実施形態では２本）としている。さらにこのとき、前
記燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）のうち制御棒８に対向す
るもののガドリニア濃度（この実施形態ではｇ1とな
る）は、それ以外のガドリニア入り燃料棒（すなわち燃
料棒記号Ｇ1の燃料棒２のうち制御棒８に対向しない２
本と４本の燃料棒記号Ｇ2の燃料棒２）の平均可燃性毒
物濃度（この実施形態では(２ｇ1＋４ｇ2)／６となる）
よりも小さくなっている、また、図３に示すように、任
意の水平横断面で燃料集合体１をそれぞれに１本の燃料
棒２が入るような正方形のセル４で分割したとき、ガド
リニア入りウラン燃料棒をそれぞれ含む複数のセルのう
ち５０％以上のセルは、ＭＯＸ燃料棒又はガドリニア入
りウラン燃料棒を含むセルに隣接しない２辺を備えてい
るように配置されている。すなわちこの実施形態では、
セル４は、燃料棒番号１，２，３，Ｐ，Ｇ1，Ｇ2の燃料
棒２をそれぞれ含むセル４−１，４−２，４−３，４−
Ｐ，４−Ｇ1，４−Ｇ2から構成される。このよき、ガド
リニア入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2）をそ
れぞれ含む５個のセル４−Ｇ1及び４個のセル４−Ｇ2の
うち、５５．５％に相当する５個のセル４−Ｇ1は、Ｍ
ＯＸ燃料棒２（燃料棒記号１，２，Ｐ）を含むセル４−
１，４−２，４−Ｐ又はガドリニア入りウラン燃料棒２
（燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2）を含むセル４−Ｇ1，４−Ｇ2に
隣接しない２辺を備えている。具体的には、正方格子状
配列の４隅中３隅に位置する３つのセル４−Ｇ1は、２
辺がセル４−２に隣接しているが残りの２辺はギャップ
水領域に隣接しており、正方格子状配列の４隅中反制御
棒側の１隅の隣接位置にある２つのセル４−Ｇ1は、１
辺がセル４−１に隣接し他の１辺がセル４−Ｐに隣接し
ているものの、さらに他の１辺は４隅にあるウラン燃料
棒２（燃料棒記号３）を含むセル４−３に隣接するとと
もに残りの１辺はギャップ水領域に隣接している。

【００６３】なお、上記構成において、燃料棒記号Ｇ1
の燃料棒２が、正方格子状配列の最外周部分に配置され
た複数の第１毒物燃料棒を構成し、燃料棒記号Ｇ2の燃
料棒２が、水ロッドに隣接する格子位置に配置された少
なくとも１つの第２毒物燃料棒を構成する。

【００６４】次に、以上のように構成した本実施形態の
効果を順次説明する。

【００６５】（１）ガドリニア入りウラン燃料棒２（燃
料棒記号Ｇ1，Ｇ2）の配置及び濃度設定による第１の効
果（制御棒価値低下抑制、可燃性毒物反応度価値向上） 本実施形態においては、熱中性子束が高い領域であるギ
ャップ水に隣接する正方格子状配列の最外周部分及び水
ロッド３に隣接する位置に、ガドリニア入りウラン燃料
棒２（燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2）を配置することにより、ガ
ドリニアの反応度価値を高めることができる。但しこの
とき、正方格子状配列の最外周部分に配置されるガドリ
ニア入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）のうち制御
棒８が挿入される側にあるものは制御棒価値を低下させ
るような作用を及ぼす。

【００６６】しかしながら、本実施形態においては、こ
のガドリニア入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）の
ガドリニア濃度ｇ1は水ロッド３に隣接するガドリニア
入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ2）のガドリニア濃
度ｇ2より低くなっている。これにより、ガドリニア入
りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）のガドリニア濃度
ｇ1が相対的に低いことで、短尺燃料棒２（燃料棒記号
Ｐ）の有無に関係なく（すなわちこの燃料棒が仮になか
ったとしても）制御棒価値の低下を抑制することができ
るので、炉停止余裕の低下を防止することができる。そ
してこのとき、水ロッド３に隣接するガドリニア入りウ
ラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ2）のガドリニア濃度ｇ2を
相対的に高くすることにより、燃料集合体全体としての
運転期間を通じた余剰反応度抑制機能を確保することが
できる。このことを図４を用いてさらに詳細に説明す
る。

【００６７】図４は、本実施形態による燃料集合体１の
中性子無限増倍率の燃焼変化を比較例とともに示したも
のであり、横軸には燃焼度をとって表している。図４中
曲線Ａが本実施形態による燃料集合体１、曲線Ｂが比較
例による燃料集合体を示している。この比較例は、本実
施形態による燃料集合体１において、ガドリニア入りウ
ラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2）のガドリニア濃度
ｇ1，ｇ2を等しくした場合であり、その他の点は同一構
造である。

【００６８】この比較例においては、中性子スペクトル
の柔らかい（熱中性子束の高い）正方格子状配列の最外
周（詳細には４隅）に配置したガドリニア入りウラン燃
料棒２（燃料棒記号Ｇ1）のガドリニア濃度ｇ1を、制御
棒挿入側での制御棒価値を損なわない程度に低く抑える
と、これに応じて水ロッド３に隣接するガドリニア入り
ウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ2）のガドリニア濃度ｇ2
も低く抑えられるため、図４中曲線Ｂに示すように、ガ
ドリニアによって制御される反応度が少なくなり、十分
に余剰反応度を抑制できなくなる。

【００６９】これに対して、本実施形態においては、上
記のようにガドリニア入りウラン燃料棒２（燃料棒記号
Ｇ1）のガドリニア濃度ｇ1とガドリニア入りウラン燃料
棒２（燃料棒記号Ｇ2）のガドリニア濃度ｇ2との間で差
を設け、ガドリニア入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ
1）のガドリニア濃度ｇ1を制御棒挿入側での制御棒価値
を損なわない程度に低く抑えつつ、水ロッド３に隣接す
るガドリニア入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ2）の
ガドリニア濃度ｇ2をある程度高くする。これにより、
燃焼初期の大きな余剰反応度を主として反応度価値の高
い燃料集合体１最外周のガドリニア入りウラン燃料棒２
（燃料棒記号Ｇ1）で抑えつつ、ガドリニア濃度の濃い
水ロッド３隣接のガドリニア入りウラン燃料棒２（燃料
棒記号Ｇ2）により、運転期間のほぼ末期にあたる燃焼
度（例えば１０GWd/t）まで反応度を抑制でき、すなわ
ち従来構造なみの余剰反応度抑制機能を確保することが
できる。

【００７０】なお、本願発明者等は、正方格子状配列の
うち制御棒側領域Ａにおけるガドリニア入りウラン燃料
棒の本数が制御棒価値に与える影響にも着目し、これに
ついても数値解析による検討を行った。その結果、正方
格子状配列最外周部分のうち制御棒８に対向する位置に
配置するガドリニア入りウラン燃料棒の本数を０本から
増加させるほどいわゆる冷温時の制御棒価値がそれに応
じて低下し、その本数が２本になると制御棒価値が約１
０％減少することを知見した。したがって、本願発明者
等は、この値を許容限界と判断し、制御棒８の反応度制
御価値を大きく損なわないためには、正方格子状配列の
うち制御棒側領域Ａにおけるガドリニア入りウラン燃料
棒の本数を２本以下にすればよいことがわかった。

【００７１】本実施形態では、上記検討に応じ、前述の
ように正方格子状配列の最外周部分に配置されるガドリ
ニア入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）のうち制御
棒側領域Ａに属する部分の合計を２本以下に制限し、か
つ制御棒８に対向するもののガドリニア濃度をそれ以外
のガドリニア入りウラン燃料棒２（すなわち燃料棒記号
Ｇ1のガドリニア入りウラン燃料棒２のうち制御棒８に
対向しない２本及び４本の燃料棒記号Ｇ2のガドリニア
入りウラン燃料棒２）のガドリニア濃度よりも相対的に
低くしている。したがって、これによっても上記同様、
短尺燃料棒の有無に関係なく制御棒価値の低下を抑制す
るとともに、燃料集合体全体としての運転期間を通じた
余剰反応度抑制機能を確保できるという効果を得てい
る。

【００７２】（２）ガドリニア入りウラン燃料棒２（燃
料棒記号Ｇ1，Ｇ2）の配置及び濃度設定による第２の効
果（可燃性毒物反応度価値のさらなる向上） 本実施形態においてはまた、前述のようにガドリニア入
りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2）の５０％以上
を、そのセル４の２辺が、中性子の強吸収体であるＭＯ
Ｘ燃料棒２（燃料棒記号１，２，Ｐ）のセル４−１，４
−２，４−Ｐやガドリニア入りウラン燃料棒２（燃料棒
記号Ｇ1，Ｇ2）のセル４−Ｇ1，４−Ｇ2に隣接しないよ
うにしている。これにより、それらの中性子吸収作用に
よる干渉を受けないようにすることができるので、さら
にガドリニアの反応度価値を向上できる。

【００７３】（３）燃料ペレット種類数低減 本実施形態においては、熱中性子束が最も高い正方格子
状配列の４隅及びその隣接位置にガドリニア入りウラン
燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）を配置することにより、ガ
ドリニアの反応度価値を最も高めることができる。した
がって、少ない本数のガドリニア入りウラン燃料棒でガ
ドリニアによる反応度制御効果が得られる。

【００７４】また、通常、局所出力ピーキングを抑制す
るために４隅位置近傍の核分裂物質の濃度（すなわちＭ
ＯＸ燃料ではプルトニウム富化度）は他の位置よりも低
くする必要があり、この位置のみのために１種類又は２
種類の低濃度（低富化度）の燃料ペレットを配置する場
合が多い。しかしながら、本実施形態においては、その
４隅又はその隣接位置にＭＯＸ燃料棒でなくガドリニア
入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）を設けることに
より、上記の低富化度ＭＯＸ燃料棒を配置しなくても局
所出力ピーキングを抑制できる。これを図５に示す。

【００７５】図５は、本実施形態の燃料集合体１の局所
出力ピーキング係数の燃焼変化を示したものである。一
般に、プルトニウムは中性子吸収断面積が大きいことか
ら、燃料棒の配置によっては正方格子状配列中心側のＭ
ＯＸ燃料棒が他のＭＯＸ燃料棒により熱中性子束から遮
蔽されて燃焼が遅れ、燃焼が進んだ後で局所出力ピーキ
ングを出す場合がある。このため、燃焼が進んだＭＯＸ
燃料集合体の線出力密度はウラン燃料集合体の場合より
高くなりやすく、燃料健全性の観点から高燃焼度化が難
しくなることがある。また、一般に、燃料棒において
は、燃焼に伴って核分裂生成物の蓄積による燃料のスエ
リングや核分裂生成ガスの放出が起こり、かつ燃料被覆
管の健全性保持能力も徐々に低下することから、燃焼の
進んだ燃料においては、局所出力ピーキング係数は、新
しい燃料よりも低い値でなければならない。

【００７６】本実施形態の燃料集合体１では、図５に示
すように、燃料棒出力の高い燃焼初期における局所出力
ピーキングが１.４以下に低く抑えられ、かつ、局所出
力ピーキング係数が燃焼に伴って低くなり、燃焼末期の
局所出力ピーキングも従来構造と同程度に低く抑えられ
ている。したがって、燃料を高燃焼度化した場合にも、
燃料棒の健全性を十分に保持できることがわかる。

【００７７】以上のように、本実施形態の燃料集合体１
では、前述した従来構造における低富化度ＭＯＸ燃料棒
を配置しなくても局所出力ピーキングを抑制できるの
で、その置き換えた分のＭＯＸ燃料ペレット種類が不要
となる。したがって、ＭＯＸ燃料ペレット種類数を低減
でき、富化度ｐ1，ｐ2の２種類のＭＯＸ燃料ペレットと
することができる。これにより、燃料棒の製造コストを
低減できる。

【００７８】（４）炉内計装管の計測精度確保 上述したように、通常、局所出力ピーキングを抑制する
ために正方格子状配列４隅位置近傍の核分裂物質の濃度
は他の位置よりも低くするものであるが、それら４隅の
うち反制御棒側の１隅位置は炉内計装管が近接配置され
る場合があり、このような場合にはこの位置に中性子の
強吸収体である可燃性毒物入りウラン燃料棒を配置する
と、炉内計装管の計測に影響を及ぼし、その計測精度が
低下する可能性がある。そこで、本実施形態において
は、正方格子状配列の４隅のうち制御棒８に対向する３
隅にＭＯＸ燃料棒でなくガドリニア入りウラン燃料棒２
（燃料棒記号Ｇ1）を設けるとともに、制御棒８に対向
しない残りの１隅に関しては、その１隅でなくその隣接
位置にガドリニア入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ
1）を配置する。これにより、上記炉内計装管の計測精
度低下を防止することができる。そしてこのとき、当該
１隅位置には可燃性毒物なしのウラン燃料棒２（燃料棒
記号３）を配置することにより、局所出力ピーキングを
低減すると共に、隣接するガドリニア入りウラン燃料棒
２（燃料棒記号Ｇ1）の反応度価値を損なわないように
することができる。

【００７９】（５）その他の効果 本実施形態の燃料集合体１においては、前述のように、
正方格子状配列の４隅又はその隣接位置に、通常の低富
化度ＭＯＸ燃料棒に代わってガドリニア入りウラン燃料
棒２（燃料棒記号Ｇ1）を配置するが、この場合、ＭＯ
Ｘ燃料棒との出力差を低減し局所出力ピーキングを低減
するために、そのガドリニア入りウラン燃料棒２（燃料
棒記号Ｇ1）のウラン濃縮度ｅ2はある程度大きめにせざ
るを得ない。

【００８０】しかしながら、本来、ＭＯＸ燃料集合体で
は、燃料経済性向上のため、できるだけウラン燃料を低
減しＭＯＸ燃料の装荷量を増加することが望ましい。そ
こで、本実施形態の燃料集合体１においては、水ロッド
３に隣接するガドリニア入りウラン燃料棒２（燃料棒記
号Ｇ2）のウラン濃縮度ｅ1をガドリニア入りウラン燃料
棒２（燃料棒記号Ｇ1）のウラン濃縮度ｅ2よりも例えば
局所出力ピーキングが許す範囲で低くする。これによ
り、ウラン燃料の装荷量を低減することができる。

【００８１】なお、上記実施形態においては、各種燃料
棒の軸方向プルトニウム富化度・ウラン濃縮度分布を図
１（ｂ）に示したように設定したが、これに限られるも
のではない。すなわち例えば、図６に示すように、ウラ
ン燃料棒２（燃料棒記号３）及びガドリニア入りウラン
燃料棒２（Ｇ1，Ｇ2）の燃料有効長の軸方向上下端部に
天然ウランブランケット領域２ａを設けてもよい。この
場合、この天然ウランブランケットの設置により、燃料
集合体当たりの所要天然ウラン量を低減できるので、よ
り経済性を向上できるという効果がある。

【００８２】本発明の第２の実施形態を図７により説明
する。

【００８３】図７は、本実施形態による燃料集合体の横
断面図であり、上記第１の実施形態の図１（ａ）に相当
する図である。上記第１の実施形態と同等の部分には同
一の符号を付し、説明を省略する。

【００８４】本実施形態による燃料集合体は、基本的な
構造は図３に示した上記第１の実施形態の燃料集合体１
と同様であり、燃料棒の配置が若干異なっているのみで
ある。

【００８５】すなわち、図７において、本実施形態が図
１（ａ）に示した第１の実施形態と異なる点は、最外周
部分から２層目の４隅及び各辺中点に合計８本配置され
ていた短尺燃料棒２（燃料棒記号Ｐ）を、最外周部分の
各辺中点に４本、最外周部分から４層目の水ロッド最近
接位置に２本配置したとである。

【００８６】そして、これらにより、短尺燃料棒２（燃
料棒記号Ｐ）の本数が第１の実施形態よりも２本減少し
て６本となり、ＭＯＸ燃料棒２（燃料棒記号１）の本数
が第１の実施形態より２本増加して５２本となってい
る。

【００８７】なお、本実施形態においても、上記のよう
に配置した燃料棒２において、図７より明らかなよう
に、燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2の燃料棒２のガドリニア濃度ｇ
1，ｇ2について、上記第１の実施形態と同様の条件を満
足しており、正方格子状配列の最外周部分に位置する燃
料棒２（燃料棒記号Ｇ1）のうち、制御棒側領域Ａに属
する部分の合計が２本以下（この実施形態でも２本）で
あり、前記燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）のうち制御棒８
に対向するもののガドリニア濃度ｇ1は、それ以外のガ
ドリニア入り燃料棒（すなわち燃料棒記号Ｇ1の燃料棒
２のうち反制御棒側領域Ｂに属する２本と４本の燃料棒
記号Ｇ2の燃料棒２）の平均可燃性毒物濃度２ｇ1＋４ｇ
2／６よりも小さくなっている。

【００８８】また、特に詳細な説明を省略するが、第１
の実施形態と同様、ガドリニア入りウラン燃料棒２（燃
料棒記号Ｇ1，Ｇ2）をそれぞれ含む９個のセルのうち、
５０％以上である５個のセルがＭＯＸ燃料棒２（燃料棒
記号１，２，Ｐ）を含むセル又はガドリニア入りウラン
燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2）を含むセルに隣接しな
い２辺を備えている。

【００８９】本実施形態によっても、第１の実施形態と
同様の効果を得る。

【００９０】また、短尺燃料棒２（燃料棒記号Ｐ）の本
数が第１の実施形態よりも２本減少していることによ
り、燃料装荷量を増やすことができる。

【００９１】さらに、短尺燃料棒２（燃料棒記号Ｐ）
は、ギャップ水および水ロッド３に隣接した位置に配置
されることにより、燃料集合体上部断面における運転時
と冷温時の反応度差が低減されるので、上記第１の実施
形態に比べて炉停止余裕がさらに改善され、より高燃焼
度化に対応しやすい構成となる。

【００９２】本発明の第３の実施形態を図８により説明
する。

【００９３】図８は、本実施形態による燃料集合体の横
断面図であり、上記第１の実施形態の図１（ａ）に相当
する図である。上記第１及び第２の実施形態と同等の部
分には同一の符号を付し、説明を省略する。

【００９４】本実施形態による燃料集合体は、基本的な
構造は図３に示した上記第１の実施形態の燃料集合体１
と同様であり、水ロッドの形状及びこれに伴う燃料棒の
配置が若干異なっているのみである。

【００９５】すなわち、図８において、本実施形態が図
１（ａ）に示した第１の実施形態と異なる点は、横断面
円形の水ロッド３に代わり、燃料集合体中央部の９本の
燃料棒２を置き換えるように配置された横断面正方形の
太径の角形水ロッド（ウォータチャンネルともいう）を
設けたこと、これに伴って正方格子状配列の最外周部分
から４層目に配置されていた２本のＭＯＸ燃料棒２（燃
料棒記号１）が省略されたこと、さらに短尺燃料棒２
（燃料棒記号Ｐ）がすべて通常長さのＭＯＸ燃料棒２
（燃料棒記号１）に置き換えられた（短尺燃料棒の廃
止）ことである。

【００９６】そして、これらにより、ＭＯＸ燃料棒２
（燃料棒記号１）の本数が第１の実施形態より６本増加
して５６本となっている。

【００９７】なお、本実施形態においても、上記のよう
に配置した燃料棒２において、図８より明らかなよう
に、燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2の燃料棒２のガドリニア濃度ｇ
1，ｇ２について、上記第１の実施形態と同様の条件を
満足しており、正方格子状配列の最外周部分に位置する
燃料棒２（燃料棒記号Ｇ１）のうち、制御棒側領域Ａに
属する部分の合計が２本以下（この実施形態でも２本）
であり、前記燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）のうち制御棒
８に対向するもののガドリニア濃度ｇ1は、それ以外の
ガドリニア入り燃料棒（すなわち燃料棒記号Ｇ1の燃料
棒２のうち反制御棒側領域Ｂに属する２本と４本の燃料
棒記号Ｇ2の燃料棒２）の平均可燃性毒物濃度２ｇ1＋４
ｇ2／６よりも小さくなっている。

【００９８】また、特に詳細な説明を省略するが、第１
の実施形態と同様、ガドリニア入りウラン燃料棒２（燃
料棒記号Ｇ1，Ｇ2）をそれぞれ含む９個のセルのうち、
５０％以上である５個のセルがＭＯＸ燃料棒２（燃料棒
記号１，２，Ｐ）を含むセル又はガドリニア入りウラン
燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2）を含むセルに隣接しな
い２辺を備えている。

【００９９】本実施形態によっても、第１の実施形態と
同様の効果を得る。

【０１００】また、水ロッド３Ａ周辺の熱中性子スペク
トルが第１の実施形態よりさらに大きくなることによ
り、水ロッド３Ａに隣接して配置されたガドリニア入り
燃料棒２（燃料棒記号Ｇ2）の反応度価値が大きくな
る。これにより、正方格子状配列の最外周部分に配置さ
れたガドリニア入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）
のガドリニア濃度ｇ1を低くすることができるので、制
御棒価値の低下を第１の実施形態よりもさらに小さくす
ることができる。

【０１０１】本発明の第４の実施形態を図９により説明
する。

【０１０２】図９は、本実施形態による燃料集合体の横
断面図であり、上記第１の実施形態の図１（ａ）に相当
する図である。上記第１〜第３の実施形態と同等の部分
には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【０１０３】本実施形態による燃料集合体は、上記第１
の実施形態の図１（ｂ）に示された軸方向プルトニウム
富化度・ウラン濃縮度分布の各燃料棒構造を用いて、８
行８列正方格子状配列の燃料集合体に適用した場合の実
施形態である。

【０１０４】水ロッド３は、燃料集合体中央部の４本の
燃料棒２を置き換えるように配置されている。燃料棒２
は、全部で６０本が８行８列の正方格子状に配列されて
おり、燃料棒記号１が４６本、燃料棒記号２が６本、燃
料棒記号３が１本、燃料棒記号Ｇ1が５本、燃料棒記号
Ｇ2が２本、それぞれ図９に示すように配置されてい
る。

【０１０５】すなわち、ガドリニア入りウラン燃料棒で
ある燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2の燃料棒２のうちガドリニア濃
度が低い燃料棒記号Ｇ1の燃料棒２は、図１（ａ）同
様、正方格子状配列の最外周部分の形成する４辺中に５
本が配置されている。詳細には、前記４辺のうち制御棒
８側の２辺中にある格子位置にある３本が３隅位置（正
方格子状配列の４隅のうち反制御棒側の１隅を除く位
置）にそれぞれ１本ずつ配置されており、残りの２本
は、正方格子状配列の４隅のうち反制御棒側の１隅に隣
接する位置に２本が配置されている。また、ガドリニア
濃度が高い燃料棒記号Ｇ2の燃料棒２は、正方格子状配
列の最外周から３層目の形成する４辺のうち反制御棒側
の２辺上でかつ水ロッド３に隣接する格子位置に合計２
本が配置されている。

【０１０６】また、（ガドリニアを含まない）ウラン燃
料棒である燃料棒記号３の燃料棒２は、図１（ａ）同
様、上記した正方格子状配列の４隅のうち反制御棒側の
１隅に１本が配置されている。

【０１０７】そして、上記以外の格子位置には、燃料有
効長が通常長さのＭＯＸ燃料棒である燃料棒記号１，２
の燃料棒２が配置されている。すなわち、それら燃料棒
記号１，２の燃料棒２のうち、プルトニウム富化度が低
い燃料棒記号２の燃料棒２が、図１（ａ）同様、最も熱
中性子束が高い４隅のうち反制御棒側の１隅を除く３隅
位置に隣接する位置にそれぞれ合計６本が配置されてい
る。

【０１０８】また、以上説明した以外の格子位置は、す
べてプルトニウム富化度が高い燃料棒記号１の燃料棒２
が配置されている。

【０１０９】上記のように配置した燃料棒２において、
本実施形態においても、第１の実施形態と同様、燃料棒
記号Ｇ1，Ｇ2の燃料棒２のガドリニア濃度ｇ1，ｇ2につ
いて、以下のような条件を満足するようにしている。

【０１１０】すなわち、燃料集合体内部を、正方格子状
配列の４隅のうち制御棒８翼端近傍に位置する２隅の２
本の燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）を通る直線（図示せ
ず）で制御棒側の領域Ａ（図示せず）と反制御棒側の領
域Ｂ（同）とに２等分したとき、正方格子状配列の最外
周部分に位置する燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1）のうち、
制御棒側領域Ａに属する部分の合計を２本以下（この実
施形態では２本）としている。さらにこのとき、前記燃
料棒２（燃料棒記号Ｇ1）のうち制御棒８に対向するも
ののガドリニア濃度（この実施形態ではｇ1となる）
は、それ以外のガドリニア入り燃料棒（すなわち燃料棒
記号Ｇ1の燃料棒２のうち制御棒に対向しないもの２本
と２本の燃料棒記号Ｇ2の燃料棒２）の平均可燃性毒物
濃度（この実施形態では(２ｇ1＋２ｇ2)／４となる）よ
りも小さくなっている、また、任意の水平横断面で燃料
集合体を正方形のセルで分割したとき、ガドリニア入り
ウラン燃料棒をそれぞれ含む複数のセルのうち５０％以
上のセルは、ＭＯＸ燃料棒又はガドリニア入りウラン燃
料棒を含むセルに隣接しない２辺を備えているように配
置されている。すなわちこの実施形態では、ガドリニア
入りウラン燃料棒２（燃料棒記号Ｇ1，Ｇ2）をそれぞれ
含む５個のセル及び２個のセルのうち、５０％以上であ
る５個のセルが、ＭＯＸ燃料棒２（燃料棒記号１，２）
を含むセル又はガドリニア入りウラン燃料棒２（燃料棒
記号Ｇ1，Ｇ2）を含むセルに隣接しない２辺を備えてい
る。

【０１１１】本実施形態においても、上記第１の実施形
態と同様の原理で、前述した（１）、（２）、（３）、
（４）、（５）の効果を得ることができる。

【０１１２】なお、前述した線出力密度は、燃料棒単位
長さ当たりの出力をあらわしたものであり、同じ出力の
燃料集合体でも燃料棒の発熱長が短いとその値は高くな
る。このため、８×８格子配列の燃料集合体は９×９格
子配列の燃料集合体よりも線出力密度を抑えるのが難し
く、一般的に９×９格子配列の燃料集合体よりも低い取
出燃焼度に設定される場合が多い。本発明は本実施形態
のように８×８格子配列の燃料集合体にも適用すること
ができ、この場合、８×８格子配列のＭＯＸ燃料集合体
において、局所出力ピーキング係数を抑えて燃料集合体
平均の核分裂性物質量を増大でき、高燃焼度化に対応で
きる。

【０１１３】なお、以上説明した第１〜第４の実施形態
では、現在炉心で主に使用されている８×８正方格子状
配列の燃料集合体と、９×９正方格子状配列の燃料集合
体についての実施形態を挙げたが、本発明はこれに限ら
れるものではなく、例えば１０×１０以上の正方格子状
配列のＭＯＸ燃料集合体についても適用でき、同様の効
果を得ることができる。

【０１１４】本発明の第５の実施形態を図１０及び図１
１により説明する。本実施形態は、前述した第１の実施
形態による燃料集合体１を装荷した炉心及びその原子炉
の運転方法の実施形態である。上記第１〜第４の実施形
態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略
する。

【０１１５】図１０は、本実施形態による炉心が、運転
開始後の所定の運転サイクルが終了して所定個数（この
例では１６８体）の燃料集合体の取り替えが行われ、次
の運転サイクルが開始されるときの状態を表す１／４横
断面図である。この図１０に示されるように、本実施形
態の炉心は、７６４体の燃料集合体から構成されており
（図１０にはその１／４の１９１体を図示）、ウラン燃
料集合体とＭＯＸ燃料集合体をほぼ３対２の燃料体数割
合で装荷した炉心となっている。すなわち、プルトニウ
ム燃料棒及びウラン燃料棒が配列された３０４体（図１
０にはその１／４の７６体を図示）の上記第１実施形態
によるＭＯＸ燃料集合体１と、ウラン燃料棒が配列され
た４６０体（図１０にはその１／４の１１５体を図示）
の公知の構成のウラン燃料集合体１Ａとから構成されて
いる。

【０１１６】また、図１０中において、各燃料集合体
１，１Ａに付された数字は、炉内滞在運転サイクル数
（バッチ数）の一例を表しており、またＭＯＸ燃料集合
体１Ａについてはそのバッチ数を○で囲んで表示してい
る。すなわち、図１０において、本実施形態の炉心は、
１つの運転サイクルが終了する毎に、燃焼が比較的進行
した１６８体の燃料集合体１，１Ａが取り外され、この
取り外された燃料集合体と同数の燃料集合体１，１Ａ
が、代わりに新たに装荷されるようになっている。この
とき、取出燃料体のうち炉内に４サイクル滞在して取り
出されるものが７６体、５サイクル滞在して取り出され
るものが９２体となっており、全燃料集合体１，１Ａの
平均炉内滞在運転サイクル数（バッチ数）は約４.５バ
ッチとなっている。

【０１１７】但しこのとき、本実施形態の炉心では、Ｍ
ＯＸ燃料集合体１の平均取出燃焼度がウラン燃料集合体
１Ａの平均取出燃焼度より高くなるように（言い換えれ
ば、ＭＯＸ燃料集合体１の炉内滞在運転サイクル数がウ
ラン燃料集合体１Ａの炉内滞在運転サイクル数よりも長
くなるように）、上記の燃料集合体の取り替えを行うよ
うになっている。すなわち、前述のようにこの炉心には
ＭＯＸ燃料集合体１が全体の２／５の割合で装荷してい
るが、４サイクル滞在して取り出される７６体中に含ま
れるＭＯＸ燃料集合体１の割合を上記２／５よりも小さ
くすると共に、５サイクル滞在して取り出される９２体
中に含まれるＭＯＸ燃料集合体１の割合を上記２／５よ
りも大きくしている。

【０１１８】図１０のバッチ数は上記のような取り替え
方法の一例を示しており、炉内滞在年数１〜４サイクル
目の燃料集合体どうしを比較すると、ウラン燃料集合体
１ＡとＭＯＸ燃料集合体１の数の比が約３．２対２とウ
ラン燃料集合体１Ａが相対的に多くなっている。これに
対し、炉内滞在年数５サイクル目の燃料集合体どうしを
比較すると、ウラン燃料集合体１ＡとＭＯＸ燃料集合体
１の数の比が約１１対１２とＭＯＸ燃料集合体１が相対
的に多くなっている。そしてこの場合、ＭＯＸ燃料集合
体１の平均炉内滞在サイクル数は４．８バッチ、ウラン
燃料集合体１Ａの平均炉内滞在サイクル数は４．４バッ
チとなっている。

【０１１９】以上のように構成した本実施形態において
は、以下のような効果がある。

【０１２０】一般に、図１１に示すように、ウラン燃料
集合体にくらべて中性子スペクトルの硬いＭＯＸ燃料集
合体は、燃焼に対する無限増倍率の傾きが緩やかであ
り、燃焼が進んでもウラン燃料集合体よりも高い反応度
を有する。このため、燃焼が進み滞在運転サイクル数の
多い（上記実施形態の例では例えば５サイクル目の）燃
料集合体どうしを比較した場合でも、ウラン燃料集合体
１ＡよりＭＯＸ燃料集合体１のほうが高い反応度を維持
している。

【０１２１】そこで、本実施形態においては、上記の性
質を利用し、滞在運転サイクル数の多い（すなわち５サ
イクル目の）燃料集合体中でみてＭＯＸ燃料集合体１の
占める割合を増加させる。これにより、ＭＯＸ燃料集合
体１とウラン燃料集合体１Ａの平均炉内滞在運転サイク
ル数を同じとした従来の炉心よりも高い反応度を得るこ
とができる。また、逆に、従来と同程度の炉心を構成す
る場合には、ウラン燃料集合体１の濃縮度を低減できる
という効果もある。

【０１２２】なおこのとき、上記第１の実施形態の燃料
集合体１は、前述したように、従来構造と同様、燃焼末
期の局所出力ピーキングが十分に低く抑えられているこ
とから、本実施形態のようなＭＯＸ燃料集合体１の平均
取出燃焼度が高い炉心においても十分に燃料健全性を確
保できる。

【０１２３】

【発明の効果】本発明によれば、高燃焼度化を図ったＭ
ＯＸ燃料集合体において、短尺燃料棒を使用する使用し
ないに関係なく制御棒価値の低下を抑制して炉停止余裕
の低下を防止しつつ、可燃性毒物の反応度価値を向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態によるＭＯＸ燃料集合
体の構造を表す横断面図である。

【図２】図１に示したＭＯＸ燃料集合体の全体構造を表
す一部破断斜視図である。

【図３】図１に示した構造を制御棒側・反制御棒側に分
割するとともにセルで区分して示した説明図である。

【図４】図１に示したＭＯＸ燃料集合体の中性子無限増
倍率の燃焼変化を比較例とともに示した図である。

【図５】図１に示したＭＯＸ燃料集合体の局所出力ピー
キング係数の燃焼変化を示した図である。

【図６】ウラン燃料棒及びガドリニア入りウラン燃料棒
の燃料有効長の軸方向上下端部に天然ウランブランケッ
ト領域を設けた変形例を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施形態によるＭＯＸ燃料集合
体の横断面図である。

【図８】本発明の第３の実施形態によるＭＯＸ燃料集合
体の横断面図である。

【図９】本発明の第４の実施形態によるＭＯＸ燃料集合
体の横断面図である。

【図１０】本発明の第５の実施形態による原子炉の炉心
を表す１／４横断面図である。

【図１１】ウラン燃料集合体とＭＯＸ燃料集合体との無
限増倍率の変化を示す図である。

【符号の説明】

１ ＭＯＸ燃料集合体 １Ａ ウラン燃料集合体 ２ 燃料棒 ３ 水ロッド ３Ａ 水ロッド ４ セル ４−１ セル（ＭＯＸ燃料棒を含むセル） ４−２ セル（ＭＯＸ燃料棒を含むセル） ４−Ｇ1 セル（可燃性毒物入りウラン燃料棒を含
むセル） ４−Ｇ2 セル（可燃性毒物入りウラン燃料棒を含
むセル） ８ 制御棒

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、プルトニウム酸化物及びウラ
   ン酸化物を充填した複数のＭＯＸ燃料棒と、ウラン酸化
   物を充填し可燃性毒物を含有した複数の可燃性毒物入り
   ウラン燃料棒と、少なくとも１本の水ロッドとを正方格
   子状に配列したＭＯＸ燃料集合体において、 前記複数の可燃性毒物入りウラン燃料棒は、前記正方格
   子状配列の最外周部分に配置された複数の第１毒物燃料
   棒と、前記水ロッドに隣接する格子位置に配置された少
   なくとも１つの第２毒物燃料棒とを含み、かつ、 前記第１毒物燃料棒の可燃性毒物濃度は、第２毒物燃料
   棒可燃性毒物濃度よりも小さくなっていることを特徴と
   するＭＯＸ燃料集合体。
2. 【請求項２】少なくとも、プルトニウム酸化物及びウラ
   ン酸化物を充填した複数のＭＯＸ燃料棒と、ウラン酸化
   物を充填し可燃性毒物を含有した複数の可燃性毒物入り
   ウラン燃料棒と、少なくとも１本の水ロッドとを正方格
   子状に配列したＭＯＸ燃料集合体において、 前記複数の可燃性毒物入りウラン燃料棒は、前記正方格
   子状配列の最外周部分に配置された複数の第１毒物燃料
   棒と、前記水ロッドに隣接する格子位置に配置された少
   なくとも１つの第２毒物燃料棒とを含み、かつ、 燃料集合体内部を制御棒側領域と反制御棒側領域とに２
   等分したとき、前記第１毒物燃料棒のうち前記制御棒側
   領域に属する部分の合計は２本以下であり、 前記第１毒物燃料棒のうち前記制御棒側に対向するもの
   の可燃性毒物濃度は、それ以外の前記可燃性毒物入りウ
   ラン燃料棒の平均可燃性毒物濃度よりも小さくなってい
   ることを特徴とするＭＯＸ燃料集合体。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載のＭＯＸ燃料集合体に
   おいて、任意の燃料集合体横断面で前記正方格子状配列
   をそれぞれ１本の燃料棒が入る正方形のセルに分割した
   とき、前記複数の可燃性毒物入りウラン燃料棒をそれぞ
   れ含む複数のセルのうち５０％以上のセルは、前記ＭＯ
   Ｘ燃料棒又は前記可燃性毒物入りウラン燃料棒を含むセ
   ルに隣接しない２辺を備えていることを特徴とするＭＯ
   Ｘ燃料集合体。
4. 【請求項４】請求項１又は２記載のＭＯＸ燃料集合体に
   おいて、前記第１毒物燃料棒は、前記正方格子状配列の
   ４隅又はその隣接位置に配置されていることを特徴とす
   るＭＯＸ燃料集合体。
5. 【請求項５】請求項４記載のＭＯＸ燃料集合体におい
   て、前記第１毒物燃料棒のうち、前記正方格子状配列の
   最外周部分の形成する４辺の制御棒側２辺中の格子位置
   にあるものは、前記正方格子状配列の４隅のいずれかに
   配置されていることを特徴とするＭＯＸ燃料集合体。
6. 【請求項６】請求項５記載のＭＯＸ燃料集合体におい
   て、前記正方格子状配列の４隅のうち反制御棒側の１隅
   に配置され、ウラン酸化物を充填し可燃性毒物を含有し
   ないウラン燃料棒をさらに有し、かつ、このウラン燃料
   棒の隣接位置に、前記第１毒物燃料棒を配置したことを
   特徴とするＭＯＸ燃料集合体。
7. 【請求項７】請求項４記載のＭＯＸ燃料集合体におい
   て、前記第２毒物燃料棒のウラン濃縮度は、前記第１毒
   物燃料棒のウラン濃縮度よりも低くなっていることを特
   徴とするＭＯＸ燃料集合体。
8. 【請求項８】請求項１又は２記載のＭＯＸ燃料集合体に
   おいて、前記複数のＭＯＸ燃料棒は、プルトニウム富化
   度が２種類以下となっていることを特徴とするＭＯＸ燃
   料集合体。
9. 【請求項９】請求項１又は請求項２記載のＭＯＸ燃料集
   合体と、ウラン酸化物を充填した複数のウラン燃料棒を
   備えたウラン燃料集合体とを混在させて装荷したことを
   特徴とする原子炉の炉心。
10. 【請求項１０】請求項９記載の原子炉の炉心において、
    前記ＭＯＸ燃料集合体の平均取出燃焼度が前記ウラン燃
    料集合体の平均取出燃焼度より高いことを特徴とする原
    子炉の炉心。
11. 【請求項１１】請求項９記載の原子炉の炉心に対し、所
    定の運転サイクルが経過するごとに、前記ＭＯＸ燃料集
    合体又は前記ウラン燃料集合体のうち少なくとも１つを
    取り外し、該取り外された燃料集合体の個数と同数の、
    前記ＭＯＸ燃料集合体又は前記ウラン燃料集合体を新た
    に装荷することにより、燃料集合体の取り替えを行う原
    子炉の運転方法において、 前記ＭＯＸ燃料集合体の炉内滞在運転サイクル数が前記
    ウラン燃料集合体の炉内滞在運転サイクル数よりも長く
    なるように、前記の取り替えを行うことを特徴とする原
    子炉の運転方法。