JP2002196090A

JP2002196090A - 燃料集合体

Info

Publication number: JP2002196090A
Application number: JP2000397239A
Authority: JP
Inventors: Sadayuki Izutsu; 筒定幸井; Yasushi Hirano; 野靖平; Shingo Fujimaki; 巻真吾藤; Manabu Yoshida; 田学吉; Makoto Yagi; 木誠八
Original assignee: Global Nuclear Fuel Japan Co Ltd
Current assignee: Global Nuclear Fuel Japan Co Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】ＭＯＸ燃料集合体において、可燃性毒物入り
ウラン燃料棒の本数を低減し、ＭＯＸ装荷率が大きく、
且つ、熱的余裕を適正に維持すること、及び、中性子計
装への影響を軽減することを考慮したＭＯＸ燃料集合体
を得ること。【解決手段】沸騰水型原子炉に装荷する燃料集合体に
係わり、特にプルトニウムを混入した燃料棒を有する燃
料集合体に関するものである。可燃性毒物入りウラン燃
料棒を、燃料集合体最外周の燃料棒層のコーナ位置又は
中心近傍位置に配置すると共に、可燃性毒物入りウラン
燃料棒を制御棒挿入側と反対側のコーナ位置から燃料集
合体最外周の燃料棒層の１又は２燃料棒ピッチ分だけ離
した位置に配置し、コーナ位置に劣化ウラン燃料棒又は
天然ウラン燃料棒を配置すること、及び、可燃性毒物入
りウラン燃料棒の母材を劣化ウラン又は天然ウランとす
ることにより、可燃性毒物入りウラン燃料棒の本数を低
減し、ＭＯＸ装荷率が大きく、且つ、熱的余裕を適正に
維持すること、及び、中性子計装への影響を軽減するこ
とができる。

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
（以下、ＢＷＲと記す）に装荷する燃料集合体に係わ
り、特にプルトニウムを混入した燃料棒を有するＭＯＸ
燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所の核燃料リサイクルとし
て、再処理によって取り出されたプルトニウムをウラン
と混合したウラン・プルトニウム混合酸化物燃料（以
下、ＭＯＸ燃料と記す）の利用がある。本燃料の経済性
の向上を図るため、ＭＯＸ燃料の高燃焼度化やＭＯＸ燃
料の装荷率を高めるニーズがある。

【０００３】燃料集合体にＭＯＸ燃料を装荷すると、核
分裂核種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、プルト
ニウム240による中性子吸収がウラン238より大きいこと
のため、中性子のエネルギスペクトルが硬くなることに
より、ウラン燃料集合体よりもガドリニア等の可燃性毒
物の中性子吸収効果が低下する。また、燃料の高燃焼度
化を図るためには、燃料の持つ反応度を高める必要があ
ることから、ＭＯＸ燃料のプルトニウム富化度を増加さ
せることによって、中性子エネルギスペクトルの硬化や
中性子吸収効果の低下が増す。

【０００４】ＢＷＲにおける反応度制御には、制御棒に
よる反応度抑制効果に加えて、燃料棒にガドリニア等の
可燃性毒物を混入することによる反応度抑制効果が使用
されている。従って、高燃焼度化に伴い、燃料のウラン
濃縮度やプルトニウム富化度が増加すると燃料の反応度
が増大するため、反応度を抑制するために可燃性毒物を
混入する燃料棒の本数や可燃性毒物量が増加する傾向に
なるが、ＭＯＸ燃料においては、この傾向は、中性子ス
ペクトルの硬化により可燃性毒物の中性子吸収効果が低
減する効果によって助長される。

【０００５】可燃性毒物による反応度抑制の様子を図８
を用いて示す。図８は可燃性毒物の一種であるガドリニ
アを混入した燃料集合体の無限増倍率の燃焼変化例を示
している。一般に、可燃性毒物を混入する燃料棒の本数
を増加させれば、燃焼初期での無限増倍率が低下する。
また、混入する可燃性毒物の濃度を増加させれば、ガド
リニアの燃え尽きる時期を遅らせ、その結果、無限増倍
率の最大値を抑えることが可能となる。これらの効果を
用いることで、可燃性毒物を混入した燃料棒本数とその
混入濃度の組み合わせにより、炉心の余剰反応度や軸方
向出力分布を適切に制御することが可能となる。しかし
ながら、ＭＯＸ燃料集合体の場合、ＭＯＸ燃料棒におい
てガドリニア等の可燃性毒物を混入することは、燃料の
成型が複雑になるため、ウラン燃料棒にのみガドリニア
等の可燃性毒物を混入することを考えると、高燃焼度化
等に伴い可燃性毒物を混入した燃料棒本数が増加すると
ＭＯＸ燃料の装荷率が低下することになる。また、ＭＯ
Ｘ燃料棒においてプルトニウム富化度を軸方向に分布さ
せることによっても、燃料の成型が複雑になるため、Ｍ
ＯＸ燃料棒のプルトニウム富化度は軸方向一様とするこ
とが望ましい。このように、ＭＯＸ燃料集合体の反応度
や軸方向出力分布の制御のためには、ウラン燃料棒にガ
ドリニアを含有させ、必要に応じウラン燃料棒において
軸方向にウラン濃縮度を分布させたりガドリニア濃度を
分布させた設計が用いられる。このような、ＭＯＸ燃料
集合体でガドリニアを含有したウラン燃料棒において軸
方向のウラン濃縮度分布やガドリニア濃度分布を使用し
た燃料集合体の例としては、特開昭63-108294号公報に
記載されている。

【０００６】また、プルトニウム富化度を増加させる
と、可燃性毒物を含有したウラン燃料棒の本数も増加し
なければならなくなるため、ＭＯＸ装荷率の点で損失が
生じる。このため、可燃性毒物入りウラン燃料棒を、水
ギャップ部に隣接し中性子スペクトルが比較的柔らかい
燃料集合体の外周部や水ロッドに隣接する領域に配置す
ることにより可燃性毒物入りウラン燃料棒本数の低減を
図った設計が用いられている。このような、燃料集合体
の最外周に可燃性毒物入りウラン燃料棒を使用した例と
しては、特開昭58-216989号公報、特開昭59-013981号公
報、特開昭60-127489号公報に記載されている。

【０００７】燃料集合体の最外周の内でもコーナ位置
は、より大きな水ギャップ部に隣接するため、燃料集合
体の４隅のコーナ位置に可燃性毒物入りウラン燃料棒を
使用した例としては、特開昭59-46587号公報に記載され
たものがある。また、可燃性毒物入りウラン燃料棒を、
４隅のコーナ位置から最外周燃料層の１燃料棒ピッチ分
だけ離した位置に使用した例としては、特開昭60-14618
5号公報に記載されたものがある。

【０００８】また、可燃性毒物入りウラン燃料棒の母材
であるウランの濃縮度を低減する一方、ＭＯＸ燃料棒の
プルトニウム富化度を増加するために、燃料集合体の４
隅のコーナ位置に低濃縮ウランを母材とした可燃性毒物
入りウラン燃料棒を使用した例としては、特開昭59-465
87号公報に記載されたのもがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のような燃料集合
体の最外周のコーナ位置に可燃性毒物入りウラン燃料棒
を配置した場合、次のような課題が生じる。

【００１０】（１）燃料集合体のコーナ位置に可燃性毒
物入りウラン燃料棒を、劣化ウラン等のウラン235濃縮
度の低い母材にして配置すると、燃焼の進行に伴い燃料
集合体の中央領域に配置した高い富化度のＭＯＸ燃料棒
の局所出力ピーキングが高くなる傾向を示す。これによ
り、ＭＯＸ燃料棒出力の燃焼の進行に伴う低下幅が小さ
く熱的余裕への影響がある。

【００１１】（２）制御棒挿入側と反対側のコーナ位置
近傍の水ギャップ領域に位置する中性子検出器の応答に
おいて、コーナ位置の可燃性毒物入りウラン燃料棒のガ
ドリニアの燃焼に伴い、変動が大きくなる傾向を示す。
これにより、検出器の応答関数が従来より複雑になる影
響がある。

【００１２】（３）水ギャップ部における燃料集合体間
の間隔が異なり、制御棒挿入側の水ギャップ間隔が大き
い格子（以下、Ｄ格子と記す）では、この水ギャップ間
隔の影響を考慮して可燃性毒物入りウラン燃料棒を配置
する必要がある。

【００１３】このため、複数のＭＯＸ燃料棒及び複数の
ウラン燃料棒をチャンネルボックス内に正方格子状に配
列し、水ロッド又は水チャンネルを中央領域に配置した
沸騰水型原子炉用のＭＯＸ燃料集合体の燃料棒格子配列
に対する可燃性毒物入りウラン燃料棒の配置についてＭ
ＯＸ特有の条件から最適化を図る必要がある。

【００１４】本発明はこのような点に鑑み、ＭＯＸ燃料
集合体において、可燃性毒物入りウラン燃料棒の本数を
低減し、ＭＯＸ装荷率が大きく、且つ、熱的余裕を適正
に維持すること、及び、中性子計装への影響を軽減する
ことを考慮したＭＯＸ燃料集合体を得ることを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
複数のＭＯＸ燃料棒及び複数のウラン燃料棒をチャンネ
ルボックス内に正方格子状に配列し、水ロッド又は水チ
ャンネルを中央領域に配置した沸騰水型原子炉用の燃料
集合体において、可燃性毒物を一部又は全てに含むウラ
ン燃料棒を、制御棒挿入側のコーナ位置、及び、制御棒
挿入側のコーナ位置から最外周燃料層の１辺の距離のコ
ーナ位置に配置すると共に、制御棒挿入側の反対側のコ
ーナ位置から最外周燃料層の１又は２燃料棒ピッチ分だ
け離した位置に配置したことを特徴とする。

【００１６】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明において、制御棒挿入側の反対側のコーナ位置に、劣
化ウラン燃料棒又は天然ウラン燃料棒を配置することを
特徴とする。

【００１７】請求項３に係る発明は、請求項１に係る発
明において、可燃性毒物を一部又は全てに含むウラン燃
料棒が、劣化ウラン又は天然ウランを母材としたガドリ
ニア入りウラン燃料棒であることを特徴とする。

【００１８】請求項４に係る発明は、複数のＭＯＸ燃料
棒及び複数のウラン燃料棒をチャンネルボックス内に正
方格子状に配列し、水ロッド又は水チャンネルを中央領
域に配置した沸騰水型原子炉用の燃料集合体において、
可燃性毒物を一部又は全てに含むウラン燃料棒を、最外
周燃料層の辺の中央部に２乃至４燃料棒ピッチの距離分
だけ離した位置に配置したことを特徴とする。

【００１９】請求項５に係る発明は、ウラン燃料棒を制
御棒挿入側のコーナ位置、及び、制御棒挿入側のコーナ
位置から最外周燃料層の側面に沿って１燃料棒ピッチ分
だけ離した直角方向の２カ所の位置に配置することを特
徴とする。

【００２０】請求項６に係る発明は、請求項１に係る発
明において、制御棒挿入側のコーナ位置に可燃性毒物を
含む劣化ウラン又は天然ウラン燃料棒を配置し、制御棒
挿入側のコーナ位置から最外周燃料層の１燃料棒ピッチ
分だけ離した位置に濃縮ウラン燃料棒を配置することを
特徴とする。

【００２１】請求項７に係る発明は、複数のＭＯＸ燃料
棒及び複数のウラン燃料棒をチャンネルボックス内に正
方格子状に配列し、水ロッド又は水チャンネルを中央領
域に配置した沸騰水型原子炉用の燃料集合体において、
制御棒挿入側のコーナ位置、又は、さらに制御棒挿入側
のコーナ位置から最外周燃料層の１燃料棒ピッチ分だけ
離した位置にウラン燃料棒を配置すると共に、可燃性毒
物を一部又は全てに含むウラン燃料棒を、制御棒に対面
することのない側面では最外周に、制御棒に対面するこ
とのある側面では最外周から２層目に配置するか、又
は、制御棒に対面することのある側面では最外周に、制
御棒に対面することのない側面では最外周から２層目に
配置することを特徴とする。

【００２２】請求項８に係る発明は、請求項７に係る発
明において、可燃性毒物を一部又は全てに含む複数のウ
ラン燃料棒が、水ロッド又は水チャンネルに隣接するこ
とを特徴とする。

【００２３】請求項９に係る発明は、請求項７に係る発
明において、制御棒挿入側の反対側のコーナ位置に劣化
ウラン燃料棒又は天然ウラン燃料棒を配置すると共に、
可燃性毒物を一部又は全てに含むウラン燃料棒が、濃縮
ウランを母材としたガドリニア入りウラン燃料棒である
ことを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る
燃料集合体の垂直方向の外観図を示す図であって、燃料
集合体11は、燃料棒12、チャンネルボックス13、水ロッ
ド14、上部タイプレート15、下部タイプレート16及び燃
料スペーサ17等からなっている。燃料棒12及び水ロッド
14の上下端部は、上部タイプレート15及び下部タイプレ
ート16で保持される。スペーサ17は、燃料棒12の軸方向
に幾つか配置され、燃料棒12及び水ロッド14の相互間の
間隙を適切に保持している。チャンネルボックス13は、
上部タイプレート15に取り付けられ、スペーサ17で保持
された燃料棒12の束の外周を取り囲んでいる。

【００２５】図２は本発明の第１の実施の形態を示す断
面図であって、十字型の制御棒19は、チャンネルボック
ス13に隣接するようにしてある。燃料棒12は、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
燃料ペレットを充填したものである。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ＵＯ
_２にて構成され、核分裂物質である²³⁹Ｐｕ、²⁴¹Ｐｕ及
び²³⁵Ｕを含んでいる。また、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（Ｇｄ_２Ｏ_３）にて構成
され、核分裂物質である²³⁵Ｕを含んでいる。スプリン
グが被覆管内のガスプレナム領域に配置され、燃料ペレ
ットを上下に押圧している。水ロッド１４は、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。

【００２６】短尺燃料棒（部分長燃料棒）18は、水平方
向位置が、燃料棒配列における外層から２層目にコーナ
部を含む８本が設けられている。

【００２７】燃料集合体11を構成する燃料棒12は、図２
に示すように、燃料棒番号P1〜P4、G1、1の６種類のも
のがある。これらの燃料棒番号が図２に示されるよう
に、チャンネルボックス13内で、燃料集合体横断面に配
置されている。正方格子状の燃料棒配列は、９行×９列
である。燃料棒P1〜P4がガドリニアを含有しないＭＯＸ
燃料棒であり、この内、燃料棒番号P1〜P3が長尺燃料
棒、燃料棒番号P4が短尺燃料棒である。燃料棒番号G1が
ガドリニアを含有したウラン燃料棒、燃料番号1が劣化
ウラン燃料棒である。ここで、ＭＯＸ燃料の富化度の大
小関係は、Ｐｕ富化度の大きい方から、P1、P2、P3であ
り、P4は、これらの範囲にある。Ｐｕ富化度は軸方向に
一様となっている。

【００２８】ガドリニア入りウラン燃料棒G1は、劣化ウ
ランを母材としてガドリニアを含有しており、最外周の
燃料棒層における３隅のコーナ位置及び１隅のコーナ位
置から１燃料棒ピッチ離れた位置に配置されており、全
部で５本である。

【００２９】また、劣化ウラン燃料棒1は、制御棒挿入
側と反対側のコーナ位置におけるガドリニア入りウラン
燃料棒G1に挟まれた位置に１本配置されている。

【００３０】このように、第１の実施の形態において
は、可燃性毒物入りウラン燃料棒を中性子スペクトルが
柔らかい燃料集合体のコーナ位置に配置することによ
り、可燃性毒物の中性子吸収効果の低下を緩和すること
ができ、可燃性毒物入りウラン燃料棒本数を低減し、Ｍ
ＯＸ装荷率増大を図るとともに、可燃性毒物入りウラン
燃料棒を制御棒挿入側の反対側のコーナ位置から最外周
燃料層の側面に沿って１燃料棒ピッチ分だけ離した直角
方向の２カ所の位置に配置することにより、可燃性毒物
入り燃料棒を中性子検出器から離すことができ、中性子
検出器への影響低減を図ることができる。

【００３１】また、制御棒挿入側の反対側のコーナ一
に、劣化ウラン燃料棒を配置することにより、ＭＯＸ燃
料棒に代わりウラン燃料棒を配置することでＭＯＸ燃料
棒の富化度種類数の増加抑制とともに、制御棒挿入側の
反対側のコーナ位置近傍領域の中性子スペクトル軟化を
図ることができる。また、可燃性毒物入りウラン燃料棒
が、劣化ウランを母材としたガドリニア入りウラン燃料
棒とすることにより、ＭＯＸ燃料棒の富化度を高め、Ｍ
ＯＸ燃料棒装荷率増大を図ることができる。

【００３２】図３は本発明の第２の実施の形態を示す図
であって、短尺燃料棒（部分長燃料棒）18は、水平方向
位置が、燃料棒配列における外層から２層目にコーナ部
を含む８本が設けられている。

【００３３】燃料集合体11を構成する燃料棒12は、図３
に示すように、燃料棒番号P1〜P5、G1の６種類のものが
ある。これらの燃料棒番号が図３に示されるように、チ
ャンネルボックス13内で、燃料集合体横断面に配置され
ている。正方格子状の燃料棒配列は、９行×９列であ
る。燃料棒P1〜P5がガドリニアを含有しないＭＯＸ燃料
棒であり、この内、燃料棒番号P1〜P4が長尺燃料棒、燃
料棒番号P5が短尺燃料棒である。燃料棒番号G1がガドリ
ニアを含有したウラン燃料棒である。ここで、ＭＯＸ燃
料の富化度の大小関係は、Ｐｕ富化度の大きい方から、
P1、P2、P3、P4であり、P5は、これらの範囲にある。Ｐ
ｕ富化度は軸方向に一様となっている。

【００３４】ガドリニア入りウラン燃料棒G1は、濃縮ウ
ランを母材としてガドリニアを含有させており、最外周
燃料層の辺の中央に２燃料棒ピッチの距離分だけ離した
位置に配置されており、全部で８本である。

【００３５】この第２の実施の形態は、可燃性毒物入り
ウラン燃料棒を、最外周燃料層の辺の中央部に２燃料棒
ピッチの距離分だけ離した位置に配置することにより、
可燃性毒物の中性子吸収効果の低下を緩和することがで
き、可燃性毒物入りウラン燃料棒の本数を低減し、ＭＯ
Ｘ燃料棒の装荷率増大を図ることができるとともに、可
燃性毒物入りウラン燃料棒を中性子検出器から離すこと
により、中性子検出器への影響低減を図ることができ
る。

【００３６】上記第２の実施の形態は、第１の実施の形
態の発明において燃焼の進行に伴い燃料集合体の中央領
域に配置した高い富化度のＭＯＸ燃料棒の局所出力ピー
キングが高くなる傾向による熱的余裕への影響を緩和す
ることを意図したものであり、局所出力ピーキングの燃
焼変化の様子を図７に示す。図７により、第２の実施の
形態では点線で示すように、実線で示す第１の実施の形
態に比較して燃焼の進行に伴い局所出力ピーキングが緩
和されていることが分かる。

【００３７】図４は、本発明の第３の実施の形態を示す
図であって、本燃料集合体は、制御棒挿入側の水ギャッ
プ間隔が大きいＤ格子に装荷されるものであり、短尺燃
料棒（部分長燃料棒）18は、水平方向位置が、燃料棒配
列における外層の各辺の中央及び水ロッドに接して計６
本が設けられている。

【００３８】燃料集合体11を構成する燃料棒12は、図４
に示すように、燃料棒番号P1〜P5、G1、1、2の８種類の
ものがある。これらの燃料棒番号が図４に示されるよう
に、チャンネルボックス13の内で、燃料集合体横断面に
配置されている。正方格子状の燃料棒配列は、９行×９
列である。燃料棒P1〜P5がガドリニアを含有しないＭＯ
Ｘ燃料棒であり、この内、燃料棒番号P1〜P4が長尺燃料
棒、燃料棒番号P5が短尺燃料棒である。燃料棒番号G1が
ガドリニアを含有したウラン燃料棒であり、燃料番号1
が濃縮ウラン燃料棒、燃料番号2が劣化ウラン燃料棒で
ある。ここで、ＭＯＸ燃料の富化度の大小関係は、Ｐｕ
富化度の大きい方から、P1、P2、P3、P4であり、P5は、
これらの範囲にある。Ｐｕ富化度は軸方向に一様となっ
ている。

【００３９】ガドリニア入りウラン燃料棒G1は、劣化ウ
ランを母材としてガドリニアを含有させており、最外周
の燃料棒層における３隅のコーナ位置及び１隅のコーナ
位置から１燃料棒ピッチ離れた位置に配置しており、全
部で５本である。

【００４０】また、濃縮ウラン燃料棒1は、最外周の燃
料棒層における制御棒挿入側のコーナ位置から１燃料棒
ピッチ離れたガドリニア入りウラン燃料棒G1を挟んだ位
置に配置されている。劣化ウラン燃料棒2は、制御棒挿
入側と反対側のコーナ位置におけるガドリニア入りウラ
ン燃料棒G1に挟まれた位置に１本配置されている。

【００４１】この第３の実施の形態は、第１の実施の形
態における効果に加えて、Ｄ格子において、制御棒挿入
側のコーナ位置に可燃性毒物を含む劣化ウラン燃料棒を
配置し、制御棒挿入側のコーナ位置から最外周燃料層の
側面に沿って１燃料棒ピッチ分だけ離した直角方向の２
カ所の位置に濃縮ウラン燃料棒を配置することにより、
ＭＯＸ燃料棒の負荷度種類数の増加抑制とともに、制御
棒挿入側のコーナ位置近傍領域の中性子スペクトルの軟
化を図ることができる。

【００４２】図５は、本発明の第４の実施の形態示す図
であって、この燃料集合体は、制御棒挿入側の水ギャッ
プ間隔が大きいＤ格子に装荷される。

【００４３】短尺燃料棒（部分長燃料棒）18は、水平方
向位置が、燃料棒配列における外層から２層目にコーナ
部を含む８本が設けられている。

【００４４】燃料集合体11を構成する燃料棒12は、図５
に示すように、燃料棒番号P1〜P5、G1、1、2の８種類の
ものがある。これらの燃料棒番号が図５に示されるよう
に、チャンネルボックス13内で、燃料集合体横断面に配
置されている。正方格子状の燃料棒配列は、９行×９列
である。燃料棒P1〜P5がガドリニアを含有しないＭＯＸ
燃料棒であり、この内、燃料棒番号P1〜P4が長尺燃料
棒、燃料棒番号P5が短尺燃料棒である。燃料棒番号G1が
ガドリニアを含有したウラン燃料棒であり、燃料番号1
が濃縮ウラン燃料棒、燃料番号2が劣化ウラン燃料棒で
ある。ここで、ＭＯＸ燃料の富化度の大小関係は、Ｐｕ
富化度の大きい方から、P1、P2、P3、P4であり、P5は、
これらの範囲にある。Ｐｕ富化度は軸方向に一様となっ
ている。

【００４５】ガドリニア入りウラン燃料棒G1は、濃縮ウ
ランを母材としてガドリニアを含有させており、制御棒
に対面することのない側面ではガドリニア入りウラン燃
料棒を最外周に、制御棒に対面することのある側面では
ガドリニア入りウラン燃料棒を最外周から２層目に配置
すると共に、水ロッドにも近接して配置してあり、全部
で８本である。

【００４６】また、濃縮ウラン燃料棒1は、最外周の燃
料棒層における制御棒挿入側のコーナ位置から１燃料棒
ピッチ離れた劣化ウラン燃料棒2を挟んだ位置に２本配
置している。劣化ウラン燃料棒2は、制御棒挿入側及び
これと反対側のコーナ位置に２本配置されている。

【００４７】しかして、この場合にはＤ格子において、
制御棒挿入側のコーナ位置および制御棒挿入側のコーナ
位置から最外周燃料層の側面に沿って１燃料棒ピッチ分
だけ離した直角方向の２カ所の位置に濃縮ウラン燃料棒
を配置することにより、燃料集合体内の燃料棒出力の均
一化によりＭＯＸ燃料棒の富化度種類数の増加抑制とと
もに、制御棒挿入側のコーナ位置近傍領域の中性子スペ
クトルの軟化を図ることができる。さらに、可燃性毒物
を一部または全てに含むウラン燃料棒を、制御棒と干渉
することのない制御棒に対面することのない側面では最
外周に、制御棒に対面することのある側面では最外周か
ら２層目に配置することにより、制御棒価値低減の抑制
を図ることができる。

【００４８】また、可燃性毒物入りウラン燃料棒を中性
子スペクトルが柔らかい燃料集合体の水ロッドに隣接さ
せることにより、ＭＯＸ燃料棒の富化度種類数の増加抑
制とともに、可燃性毒物の中性子吸収効果の低下を緩和
し、可燃性毒物入りウラン燃料棒の本数を低減し、ＭＯ
Ｘ燃料棒の装荷率の増大を図ることができる。

【００４９】さらに、制御棒挿入側の反対側のコーナ位
置に劣化ウラン燃料棒を配置するともに、可燃性毒物入
りウラン燃料棒が、濃縮ウランを母材としたガドリニア
入り燃料棒とすることにより、ＭＯＸ燃料棒の富化度種
類数の増加抑制を図り、制御棒挿入側の反対側のコーナ
位置近傍領域の中性子スペクトルの軟化を図ることがで
き、燃料集合体の燃料棒出力の均一化を図ることができ
る。

【００５０】図６は本発明の第５の実施の形態を示す図
であり、本燃料集合体は、制御棒挿入側の水ギャップ間
隔が大きいＤ格子に装荷される。

【００５１】短尺燃料棒（部分長燃料棒）18は、水平方
向位置が、燃料棒配列における外層から２層目にコーナ
部を含む８本が設けられている。

【００５２】燃料集合体11を構成する燃料棒12は、図６
に示すように、燃料棒番号P1〜P5、G1、G2、1の８種類
のものがある。これらの燃料棒番号が図６に示されるよ
うに、チャンネルボックス13内で、燃料集合体横断面に
配置されている。正方格子状の燃料棒配列は、９行×９
列である。燃料棒P1〜P5がガドリニアを含有しないＭＯ
Ｘ燃料棒であり、この内、燃料棒番号P1〜P4が長尺燃料
棒、燃料棒番号P5が短尺燃料棒である。燃料棒番号G1、
G2がガドリニアを含有したウラン燃料棒であり、燃料番
号1が劣化ウラン燃料棒である。ここで、ＭＯＸ燃料の
富化度の大小関係は、Ｐｕ富化度の大きい方から、P1、
P2、P3、P4であり、P5は、これらの範囲にある。Ｐｕ富
化度は軸方向に一様となっている。また、ガドリニアを
含有したウラン燃料棒の母材のウラン濃縮度の大小関係
は、ウラン濃縮度の大きい方から、G1、G2である。

【００５３】ガドリニア入りウラン燃料棒G1、G2は、濃
縮ウランを母材としてガドリニアを含有させており、制
御棒に対面することのある側面ではガドリニア入りウラ
ン燃料棒を最外周に、制御棒に対面することのない側面
ではガドリニア入りウラン燃料棒を最外周から２層目に
配置すると共に、水ロッドにも近接して配置しており、
全部で８本である。

【００５４】また、劣化ウラン燃料棒1は、最外周の燃
料棒層における制御棒挿入側のコーナ位置、及び、制御
棒挿入側と反対側のコーナ位置に２本配置している。

【００５５】この第５の実施の形態は、Ｄ格子におい
て、制御棒挿入側のコーナ位置にウラン燃料棒を配置す
ることにより、燃料集合体内の燃料棒出力の均一化によ
りＭＯＸ燃料棒の富化度種類数の増加抑制とともに、制
御棒挿入側のコーナ位置近傍領域の中性子スペクトル軟
化を図ることができる。また、可燃性毒物を一部または
全てに含むウラン燃料棒を水ギャップ幅が大きい制御棒
に対面することのある側面では最外周に、制御棒に対面
することのない側面では最外周から２層目に配置するこ
とにより、ガドリニア価値の増加を図ることができる。
また、可燃性毒物入りウラン燃料棒を中性子スペクトル
が柔らかい燃料集合体の水ロッドに隣接することによ
り、ＭＯＸ燃料棒の富化度種類数の増加抑制とともに、
可燃性毒物の中性子吸収効果の低下を緩和し、可燃性毒
物入りウラン燃料棒の本数を低減し、ＭＯＸ燃料棒の装
荷率の増大を図ることができる。さらに、制御棒挿入側
の反対側のコーナ位置に劣化ウラン燃料棒を配置すると
ともに、可燃性毒物入りウラン燃料棒が、濃縮ウランを
母材としたガドリニア入りウラン燃料棒とすることによ
り、ＭＯＸ燃料棒の富化度種類数の増加抑制とともに、
制御棒挿入側の反対側のコーナ位置近傍領域の中性子ス
ペクトル軟化を図ることができ、燃料集合体内の燃料棒
出力の均一化を図ることができる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数のＭＯＸ燃料棒及び複数のウラン燃料棒をチャンネ
ルボックス内に正方格子状に配列し、水ロッド又は水チ
ャンネルを中央領域に配置した沸騰水型原子炉用の燃料
集合体において、可燃性毒物入りウラン燃料棒を、燃料
集合体最外周の燃料棒層のコーナ位置に配置すると共
に、コーナ位置に劣化ウラン燃料棒又は天然ウラン燃料
棒を配置すること、及び、可燃性毒物入りウラン燃料棒
の母材を劣化ウラン又は天然ウランとすることにより、
可燃性毒物入りウラン燃料棒の本数を低減し、ＭＯＸ燃
料装荷率を増大することができる。

【００５７】この時、可燃性毒物入りウラン燃料棒を制
御棒挿入側と反対側のコーナ位置から燃料集合体最外周
の燃料棒層の１又は２燃料棒ピッチ分だけ離した位置に
配置することにより、中性子検出器への影響を低減をす
ることができる。ここで、ガドリニア入りウラン燃料棒
を、最外周燃料層の辺の中央部に２乃至４燃料棒ピッチ
の距離分だけ離した位置に配置することにより、燃焼の
進行に伴い燃料集合体の中央領域に配置した高い富化度
のＭＯＸ燃料棒の局所出力ピーキングが高くなることを
避けることができる。また、制御棒挿入側の水ギャップ
間隔が大きい格子Ｄ格子に対しては、可燃性毒物入りウ
ラン燃料棒を、制御棒挿入側のコーナ位置、及び、最外
周の燃料棒層の１燃料棒ピッチ分だけ離した位置に配置
することや、制御棒に対面することのない側面では最外
周に、制御棒に対面することのある側面では最外周から
２層目に配置するか、又は、制御棒に対面することのあ
る側面では最外周に、制御棒に対面することのない側面
では最外周から２層目に配置すること、水ロッド又は水
チャンネルに隣接させること、ガドリニア入りウラン燃
料棒の母材を濃縮ウランとすることにより、ＭＯＸ燃料
装荷率が大きく、且つ、熱的余裕を適正に維持すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】沸騰水型原子炉の燃料集合体を示す構成図。

【図２】本発明の燃料集合体の第１の実施の形態を示す
構成図。

【図３】本発明の燃料集合体の第２の実施の形態を示す
構成図。

【図４】本発明の燃料集合体の第３の実施の形態を示す
構成図。

【図５】本発明の燃料集合体の第４の実施の形態を示す
構成図。

【図６】本発明の燃料集合体の第５の実施の形態を示す
構成図。

【図７】本発明の燃料集合体の第１の実施の形態と第２
の実施の形態の局所出力ピーキングの燃焼変化の比較
図。

【図８】燃料集合体の無限増倍率に対する可燃性毒物の
効果を示す図。

【符号の説明】

１１燃料集合体１２燃料棒１３チャンネルボックス１４水ロッド１５上部タイプレート１６下部タイプレート１７スペーサ１８短尺燃料棒１９十字型の制御棒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤巻真吾神奈川県横須賀市内川二丁目３番１号日本ニユクリア・フユエル株式会社内 (72)発明者吉田学神奈川県横須賀市内川二丁目３番１号日本ニユクリア・フユエル株式会社内 (72)発明者八木誠神奈川県横須賀市内川二丁目３番１号日本ニユクリア・フユエル株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のＭＯＸ燃料棒及び複数のウラン燃料
棒をチャンネルボックス内に正方格子状に配列し、水ロ
ッド又は水チャンネルを中央領域に配置した沸騰水型原
子炉用の燃料集合体において、可燃性毒物を一部又は全
てに含むウラン燃料棒を、制御棒挿入側のコーナ位置、
及び、制御棒挿入側のコーナ位置から最外周燃料層の１
辺の距離のコーナ位置に配置すると共に、制御棒挿入側
の反対側のコーナ位置から最外周燃料層の１又は２燃料
棒ピッチ分だけ離した位置に配置したことを特徴とする
ＭＯＸ燃料集合体。
【請求項２】制御棒挿入側の反対側のコーナ位置に、劣
化ウラン燃料棒又は天然ウラン燃料棒を配置することを
特徴とする、請求項１記載のＭＯＸ燃料集合体。
【請求項３】可燃性毒物を一部又は全てに含むウラン燃
料棒が、劣化ウラン又は天然ウランを母材としたガドリ
ニア入りウラン燃料棒であることを特徴とする、請求項
１記載のＭＯＸ燃料集合体。
【請求項４】複数のＭＯＸ燃料棒及び複数のウラン燃料
棒をチャンネルボックス内に正方格子状に配列し、水ロ
ッド又は水チャンネルを中央領域に配置した沸騰水型原
子炉用の燃料集合体において、可燃性毒物を一部又は全
てに含むウラン燃料棒を、最外周燃料層の辺の中央部に
２乃至４燃料棒ピッチの距離分だけ離した位置に配置し
たことを特徴とするＭＯＸ燃料集合体。
【請求項５】複数のＭＯＸ燃料棒及び複数のウラン燃料
棒をチャンネルボックス内に正方格子状に配列し、水ロ
ッド又は水チャンネルを中央領域に配置した沸騰水型原
子炉用の燃料集合体において、ウラン燃料棒を制御棒挿
入側のコーナ位置、及び、制御棒挿入側のコーナ位置か
ら最外周燃料層の側面に沿って１燃料棒ピッチ分だけ離
した直角方向の２カ所の位置に配置することを特徴とす
るＭＯＸ燃料集合体。
【請求項６】制御棒挿入側のコーナ位置に可燃性毒物を
含む劣化ウラン又は天然ウラン燃料棒を配置し、制御棒
挿入側のコーナ位置から最外周燃料層の１燃料棒ピッチ
分だけ離した位置に濃縮ウラン燃料棒を配置することを
特徴とする、請求項１記載のＭＯＸ燃料集合体。
【請求項７】複数のＭＯＸ燃料棒及び複数のウラン燃料
棒をチャンネルボックス内に正方格子状に配列し、水ロ
ッド又は水チャンネルを中央領域に配置した沸騰水型原
子炉用の燃料集合体において、制御棒挿入側のコーナ位
置、又は、さらに制御棒挿入側のコーナ位置から最外周
燃料層の１燃料棒ピッチ分だけ離した位置にウラン燃料
棒を配置すると共に、可燃性毒物を一部又は全てに含む
ウラン燃料棒を、制御棒に対面することのない側面では
最外周に、制御棒に対面することのある側面では最外周
から２層目に配置するか、又は、制御棒に対面すること
のある側面では最外周に、制御棒に対面することのない
側面では最外周から２層目に配置することを特徴とする
ＭＯＸ燃料集合体。
【請求項８】可燃性毒物を一部又は全てに含む複数のウ
ラン燃料棒が、水ロッド又は水チャンネルに隣接するこ
とを特徴とする、請求項７記載のＭＯＸ燃料集合体。
【請求項９】制御棒挿入側の反対側のコーナ位置に劣化
ウラン燃料棒又は天然ウラン燃料棒を配置すると共に、
可燃性毒物を一部又は全てに含むウラン燃料棒が、濃縮
ウランを母材としたガドリニア入りウラン燃料棒である
ことを特徴とする、請求項７記載のＭＯＸ燃料集合体。