JP2003107183A - 熱中性子原子炉用ｍｏｘ燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱中性子原子炉に使用されうるＭＯＸ燃料集
合体の改良を提供する。 【解決手段】 ＭＯＸ燃料棒の富化度を１種類に限定
し、しかも、その富化度を高くし（核分裂性Ｐｕの含有
量を５〜１５重量％好ましくは１０〜１５重量％と高く
し）、その上、核分裂性Ｐｕを高富化度に含有する燃料
棒の使用量を、燃料棒全体の２０〜４０％好ましくは２
０〜２５％と極めて少なくしたＭＯＸ燃料集合体であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ＵＯ_２を核燃料と
し水を減速材兼冷却材として設計された熱中性子原子炉
にも、ＵＯ_２を核燃料とする原子炉においてＵＯ_２を燃
焼して生成された使用済み核燃料を再処理して得られた
Ｐｕアイソトープの酸化物ＰｕＯ_２とＵＯ _２との混合物
（以下ＭＯＸ燃料と言う。）を核燃料とし水を減速材兼
冷却材として設計された熱中性子原子炉にも、使用され
ることができるＭＯＸ燃料集合体の改良に関する。特
に、このＭＯＸ燃料集合体の製造コストを低減し、ま
た、このＭＯＸ燃料集合体を燃焼した後に残される使用
済み核燃料を核燃料として使用する場合の利用価値を向
上する改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｕを核燃料とする原子炉には種々ある
が、従来実用されている原子炉は、相変位温度の低い金
属Ｕと異なり、高温において変形することが少なく、取
り扱いが容易であるセラミックスＵＯ_２を燃料とし、軽
水を減速材兼冷却材とする熱中性子原子炉（ＰＷＲとＢ
ＷＲ）が主流である。これらの原子炉にあっては、天然
Ｕを濃縮して、核分裂性を有するＵアイソトープである
^２３５Ｕの量を増加してある濃縮Ｕの酸化物ＵＯ_２を直
径約１センチメートル程度長さ約１センチメートル程度
のペレット（円筒）状に成形して焼成してペレット（円
筒）状セラミックスＵＯ_２とし、これを核燃料単位とし
ており、核燃料ペレットと称する。この核燃料ペレット
が水と直接接触すると、化学反応を発生するので、これ
を避けるために、核燃料ペレットを数百個重ねて長いジ
ルカロイ-２製被覆管に収容・封入して、その被覆管の
外側を減速材兼冷却材である水流が流されるようにされ
ている。ジルカロイ-２製被覆管の長さは約４メートル
であり、その内、核燃料ペレットの入っている部分が炉
心の有効高さとなる。例えば、１，１００ＭＷの原子炉
であると、燃料棒の総数は約５０，０００本に達し、炉
心の等価直径（炉心の形状は正確には円形ではないが、
円形と見なした場合の直径）は約５メートルになるが、
これらの燃料棒の全てが均等に高速中性子を放出し、そ
の高速中性子の全てに均等に減速材（水）が接触して熱
中性子を生成し、全ての燃料棒が均等に核分裂し、全て
の燃料棒が概ね同一の温度を保持しながら発熱・発電を
継続することが望ましい。ところで、約５０，０００本
の燃料棒を一括取り扱うことは現実的に容易でないの
で、約６０〜１００本づつの燃料棒を束ねて収束された
ものを実質的取り扱い単位とすることが便利であるか
ら、この約６０〜１００本の燃料棒を束ねて収束して、
所謂燃料チャンネルボックスに収容したものを燃料集合
体と命名して、実質的取り扱い単位としている。したが
って、１，１００ＭＷの原子炉においては、約７６４個
の燃料集合体が整然とマトリックス状に配列され、燃料
集合体相互間にボロン等を含む制御棒が挿入・引き抜き
可能な形態で配置されて、炉心を形成している。そし
て、燃料集合体相互の間にも、減速材兼冷却材である水
流が流れるようにされている。燃料集合体の下部には、
減速材兼冷却材の水流供給装置が配置され、また、燃料
集合体の上部には、気水分離装置を始め、蒸気タービン
に約２９０℃・約７ＭＰａの高温高圧水蒸気を送るため
の装置が設けられており、これらの付属設備も含めて、
炉心全体が、厳重に放射能遮蔽が施されている圧力容器
に収納されている。

【０００３】このようにして創出されたＵＯ_２燃料集合
体が充足すべき要件は、概ね下記のとおりである。 １．長期間、事実上は４〜５年間、燃料集合体の被覆管
が破損せず、原子炉が安定に臨界状態を維持できるよう
に、原子炉に対する保護機能を有するとゝもに、核分裂
生成物を被覆管中に閉じ込める保護機能を有すること。 ２．核分裂により発生した熱を、安定に、効率良く、冷
却材に伝達することができること。 ３．全ての燃料集合体が概ね均一に核分裂をなして、全
ての燃料集合体の温度が概ね均一になるようにすること
（ローカルピーキングの発生を抑制すること）。 ４．減速材兼冷却材である水は、燃料棒に沿って上昇す
るにともない、気化して一部がボイドになるが、水は気
化すると単位体積当たりの水の分子数が減少して減速機
能が減少するので、その領域における核分裂が低下する
という現象があり、この現象を表す指数にボイド係数と
いう指数があるが、このボイド係数が負の適切な値であ
ること。

【０００４】上記の学術的意味における要請に加えて、
商業炉用燃料としてのＵＯ_２燃料集合体の開発に当た
り、 １．出力密度を極力向上すること、すなわち、燃料集合
体の発生する出力を増大して、原子炉の炉心単位体積当
たりの出力を大きくすること ２．核分裂可能な物質から熱エネルギーを取り出して利
用する能力、すなわち、燃料棒の寿命に亘って取り出し
うる熱エネルギーの量であり、学術的には燃焼度と言
い、通常、ＧＷｄ／ｔ（ギガワットデイ／トンと読
む。）という単位を使用して表す量（燃焼度）をできる
だけ大きくすること ３．新しい核燃料は、装荷当初、核分裂反応度が高過ぎ
る時期があるが、その時期に出力を適切な値に抑制する
こと 等が求められる。そこで、これらの現実的要請を満足す
るために、 １．出力密度を向上し、燃焼度を向上するため、燃料棒
の径を小さくし、ＵＯ_２燃料の濃縮度を向上して、ＵＯ
_２燃料中に含まれる核分裂性の^２３５Ｕの量を増加し、
炉内の条件に対応して適切な濃縮度の燃料棒を配置する
という技術が開発された。 ２．出力密度を全炉心に亘って幾何学的に平均化するた
め、炉の直径方向にも、高さ方向にも、ＵＯ_２燃料の濃
縮度を調節する（変化させておく）という技術が開発さ
れた。 ３．ＵＯ_２燃料が新たに装荷された当初は、の核分裂反
応度が過剰になるので、新たに装荷されたＵＯ_２燃料の
出力を抑制するため、ＧｄとＵＯ_２とを含むＧｄ燃料棒
を使用する技術が開発された。なお、Ｇｄは、装荷され
て暫くすると、中性子を吸収する効果が無くなり、通常
のＵＯ_２燃料棒と同様に振舞うようになる。 ５．ボイド係数を調節する手段として、燃料集合体の周
辺部以外の領域にウオーターロッドと呼ばれる水（減速
材兼冷却材）を通過させる太い配管を設ける技術が開発
された。Ｕの分子数に対する水の分子数の比が大きくな
り、中性子減速効果が大きくなり、核分裂発生の可能性
が大きくなるからである。

【０００５】このようにして開発された、ＵＯ_２を燃料
とし水を減速材兼冷却材とする熱中性子原子炉に使用さ
れる、ＵＯ_２を燃料として設計された燃料集合体の１例
の平面配置を、図を参照して説明する。 図４参照 図４は、ＵＯ_２を燃料とし、水を減速材兼冷却材とする
燃料集合体の１例の平面図である。図４において、１・
２・３・４・５は、ＵＯ_２燃料棒の番号であり、長さは
約４メートルであるが、それぞれ、濃縮度（^２３５Ｕの
含有量）が異なる。各燃料棒の直径は約１１ミリメート
ルであり、燃料集合体の各辺の長さは約１５センチメー
トルである。Ｗは、減速材の効果が弱い領域に配置さ
れ、減速材兼冷却材たる水流を通過させる通路として機
能するウオーターロッドであり、その１辺の長さは約４
センチメートルである。燃料棒１は、^２３５Ｕの濃縮度
が最も高い高濃縮ＵＯ_２燃料棒であり、使用数は約１０
本である。^２３５Ｕの濃縮度は１から５に向かって順に
低くされている。燃料棒２・燃料棒３・燃料棒４・燃料
棒５の使用数は、それぞれ、３０本・４本・２４本・４
本である。図示するように、中央部に高濃縮度のＵＯ_２
燃料棒が配置され、これを囲んで、外周に行くにしたが
い濃縮度が低くされているＵＯ_２燃料棒が配置される。
また、燃料棒の長さ方向にも濃縮度が調節されており、
中央部での濃縮度が高くされ、先端部において濃縮度が
低くされている。要するに、この燃料集合体における設
計思想は、^２３５Ｕの含有量（濃縮度）の異なる極めて
多種類のＵＯ_２燃料棒を用意しておき、燃料集合体内の
領域の要請に応じ、適宜、当該領域に最適の濃縮度のＵ
Ｏ_２燃料棒を選択的に配置することゝされていることで
ある。

【０００６】この燃料集合体を、熱中性子原子炉で燃焼
すると、^２３５Ｕは、中性子との衝突を条件として、核
分裂して発熱・発電に寄与する（^２３５Ｕが核分裂した
後は分子量がかなり小さな核分裂生成物となり、この核
分裂生成物は、事実上利用価値がない。）が、^２３８Ｕ
は、中性子を吸収すると、^２３９Ｐｕ、^２４０Ｐｕ、
^２４１Ｐｕ、^２４２Ｐｕへと遷移する。これらのアイソ
トープの内、核分裂性を有するものは、^２３９Ｐｕと
^２４１Ｐｕとである。これらは、現に使用されている熱
中性子原子炉内でも、また、使用済み核燃料を再処理し
て得られたＭＯＸ燃料としてゞも利用しうる。

【０００７】この性質を利用して、使用済み核燃料を再
処理して求めたＭＯＸ燃料（Ｐｕ（ ^２３９ＰｕＯ_２と
^２４０ＰｕＯ_２と^２４１ＰｕＯ_２と^２４２ＰｕＯ_２とＵ
Ｏ_２とを含む混合物）を核燃料としたものが、本発明の
改良の対象である。換言すれば、熱中性子原子炉で使用
されたＵの大部分である^２３８Ｕは、原子炉中で中性子
を吸収して核分裂性を有する^２３９Ｐｕと^２４１Ｐｕと
を生成するので、燃焼した後の使用済み核燃料にも、少
なからぬ利用価値がある。そこで、Ｕを燃焼して生成さ
れた使用済み核燃料を再処理して取り出した^２３９Ｐｕ
と^２４１Ｐｕとを含むＰｕアイソトープの酸化物とＵＯ
_２との混合物を、ＭＯＸ燃料として積極的に利用するこ
とにされていることは周知であり、ＭＯＸ燃料は、燃料
経済上極めて利用価値が高く重要である。

【０００８】そこで、ＵＯ_２を燃料とし水を減速材兼冷
却材として設計された熱中性子原子炉にも、ＭＯＸ燃料
を核燃料とし水を減速材兼冷却材として設計された熱中
性子原子炉にも、使用されることができるＭＯＸ燃料の
燃料集合体が開発された。ＵＯ_２を燃料とし水を減速材
兼冷却材として設計された熱中性子原子炉にも、ＭＯＸ
燃料を核燃料とし水を減速材兼冷却材として設計された
熱中性子原子炉にも、使用されることができるＭＯＸ燃
料（ＰｕＯ_２とＵＯ_２との混合物）の燃料集合体の１例
の平面配置を、図を参照して説明する。 図５参照 図５は、ＵＯ_２を核燃料とし水を減速材兼冷却材として
設計・製造された熱中性子原子炉にも使用されうる、Ｍ
ＯＸ燃料を燃料とする燃料集合体の１例の平面図であ
る。図５において、Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・Ｐ４・Ｇは燃料
棒の番号であり、長さは概ね４メートルであるが、それ
ぞれ、富化度（含有されるＰｕアイソトープ全量に対す
る核分裂性を有する^２３９Ｐｕと^２４１Ｐｕの割合）を
異にする４種類のＭＯＸ燃料棒と１種類のＧｄ燃料棒と
である。各燃料棒の直径は約１１ミリメートルであり、
燃料集合体の各辺の長さは約１５センチメートルであ
る。Ｗは、減速材の効果が弱い領域に配置され、減速材
兼冷却材たる水流を通過させる通路として機能するウオ
ーターロッドであり、その１辺の長さは約３センチメー
トルである。燃料棒Ｐ１は、核分裂性Ｐｕの含有量が最
も大きい高富化ＭＯＸ燃料棒であり、燃料棒Ｐ１の富化
度は約５％であり、使用数は２０本である。そして、富
化度は、Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・Ｐ４の順に低くされてお
り、燃料棒Ｐ２・Ｐ３・Ｐ４の使用数は、それぞれ、１
６本・８本・４本である。Ｇｄ燃料棒Ｇの使用数は１２
本である。したがって、ＭＯＸ燃料棒Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３
・Ｐ４の総数が燃料棒全体の数に占める割合は８０％と
なる。既に述べたように、Ｇｄ燃料棒の機能は初期の反
応度の抑制にあり、燃料装荷当初は核分裂を抑制し、数
ヶ月経過後は中性子吸収効果がなくなり、ＵＯ_２燃料棒
と同様に燃焼（核分裂）に寄与することにある。この意
味において、Ｇｄ燃料棒も燃料棒の総数に含めてある。
なお、この例においては、ＭＯＸ燃料棒のみが使用され
ており、ＵＯ_２燃料棒は使用されていないが、ＵＯ_２を
燃料とし水を減速材兼冷却材として設計された熱中性子
原子炉にも、ＭＯＸ燃料を核燃料とし水を減速材兼冷却
材として設計された熱中性子原子炉にも、使用されるこ
とができるＭＯＸ燃料の燃料集合体が、ＭＯＸ燃料棒の
みを使用していても支障ないことは明らかである。図示
するように、中央部に高富化度のＭＯＸ燃料棒が配置さ
れ、これを囲んで、外周に行くにしたがい富化度が低く
されているＭＯＸ燃料棒が配置される。しかも、重要な
ことは、富化度が段階的に低下されている４種類のＭＯ
Ｘ燃料棒が用意されているので、ＭＯＸ燃料集合体の核
分裂性Ｐｕの平均富化度は約３％である。そして、わが
国の現行法制においては、ＭＯＸ燃料装荷炉心のＭＯＸ
燃料棒の装荷割合は１／３以下と規定されているから、
燃料集合体の本数は約３００本となり、燃料集合体１本
当たりの核分裂性Ｐｕの重量は約５キログラムであるの
で、核分裂性Ｐｕの重量は、炉心全体では約１，６００
キログラムである。 要するに、この燃料集合体の設計思
想は、従来のＵＯ_２燃料集合体（図４を参照して説明し
た燃料集合体、すなわち、ＭＯＸを使用しない燃料集合
体）の設計思想をその侭受け継いだものであり、従来の
ＵＯ_２燃料集合体のＵＯ_２燃料棒を、単に、濃縮度に応
じた富化度のＭＯＸ燃料棒に取り替えただけのものであ
る。 すなわち、濃縮度が最も高いＵＯ_２燃料棒を富化度
が５％程度であるＭＯＸ燃量棒に替え、濃縮度がそれ程
高くないＵＯ_２燃料棒を富化度がそれ程高くないＭＯＸ
燃量棒に替えたと言うものであり、ＵＯ_２を燃料とする
燃料集合体の場合と同様、５％程度以下のかなり多種類
の富化度のＭＯＸ燃料棒（燃料棒の総数に占める割合は
８０％に相当する。）を用意しておき、燃料集合体内の
領域の要請に応じ、適宜、当該領域に最適の富化度のＭ
ＯＸ燃料棒を選択的に使用することゝされていることで
ある。

【０００９】この設計思想は、下記のように整理するこ
とができる。 １．相互に富化度が異なる多種類のＭＯＸ燃料棒が使用
される。 ２．各ＭＯＸ燃料棒の富化度は５％程度以下と比較的低
い。 ３．使用されるＭＯＸ燃料棒の総数は極めて多く、燃料
棒総数の約８０％である。 ４．これらの低富化度・多種類のＭＯＸ燃料棒を、燃料
集合体全体の温度が平均化するように、結果的に、炉心
全体の温度が平均化するように、適宜、選択配置する。

【００１０】この設計思想は、ＵＯ_２の特性とＭＯＸの
特性との相違にもとづき、下記の欠点を惹起する。 １．ＵＯ_２燃料の原料である天然Ｕは核分裂性Ｕである
^２３５Ｕを０．３％しか含まないので、ＵＯ_２燃料の場
合は、濃縮度を５％に上昇するには、多額のコストを必
要とする。ところが、ＭＯＸ燃料の原料である、使用済
み核燃料の再処理によって得られるＭＯＸは、核分裂性
Ｐｕ（^２３９Ｐｕと^２４１Ｐｕ）を６０〜７０％含むの
で、ＭＯＸ燃料の場合は、富化度を５％に低下するため
に多額のコストを必要とする。要するに、ＵＯ_２燃料の
場合は、濃縮度が低ければ低い程、コスト負担は少ない
が、ＭＯＸ燃料の場合は、富化度が低ければ低い程、コ
スト負担は大きくなる。つまり、濃縮度／富化度とコス
トとの関係は、ＵＯ_２の場合とＭＯＸの場合とでは全く
反対である。 ２．種類が多くなればなる程、コスト負担が大きくなる
ことは通常である。 ３．ＵＯ_２燃料の使用済み燃料は、核燃料として使用す
る意味における価値が大きいが、ＭＯＸ燃料の使用済み
燃料は、核燃料として使用する意味における価値の低下
が甚だしい。その理由は、ＵＯ_２燃料の使用済み燃料
は、^２３９Ｐｕ・^{２ ４０}Ｐｕ・^２４１Ｐｕ・^２４２Ｐｕ
を含み、核分裂性Ｐｕである^２３９Ｐｕと^{２ ４１}Ｐｕと
を多量に含むが、ＭＯＸ燃料の使用済み燃料の^２３９Ｐ
ｕと^２４１Ｐｕとの含有量は少なく、非核分裂性Ｕであ
る^２４０Ｐｕと^２４２Ｐｕとが多いからである。

【００１１】 この性質を、稍詳細に説明すると、下記の
とおりである。ＵＯ_２燃料は、これを熱中性子原子炉で
燃焼すると、^２３５Ｕが、中性子との衝突を条件とし
て、核分裂して発熱・発電に寄与する一方、^２３８Ｕ
は、中性子を吸収すると、^２３９Ｐｕ、^２４０Ｐｕ、
^２４１Ｐｕ、^２４２Ｐｕへと遷移し、これらの同位体の
内、主に^２３９Ｐｕと^２４１Ｐｕとが核分裂性を有し、
将来の利用可能性がある。これに対して、ＭＯＸ燃料
は、当初からＰｕを含んでいるので、原子炉内で発生す
るＰｕの変化は、下記のとおりである。先ず、^２３８Ｕ
が、中性子を吸収すると、^２３９Ｐｕ、^２４０Ｐｕ、
^２４１Ｐｕ、^２４２Ｐｕへと、ＵＯ_２燃料と同様に、大
きな質量数を有するＰｕへと遷移し、^２３９Ｐｕは、
^２４０Ｐｕ、^２４１Ｐｕ、^２４２Ｐｕへと遷移し、
^２４０Ｐｕは、^２４１Ｐｕ、^２４２Ｐｕへと遷移し、
^２４１Ｐｕは、^２４２Ｐｕへと遷移する。一方、^２４０
ＰｕＯ_２、^２４２ＰｕＯ_２も更に高次のＰｕアイソトー
プに遷移する。つまり、ＭＯＸ燃料の場合は、質量数の
大きなＰｕの全Ｐｕ量に対する割合が必然的に大きくな
る。換言すれば、ＵＯ_２燃料は、熱中性子原子炉で燃焼
した後も、各種の核分裂性Ｐｕアイソトープが生成され
るので、かなりの利用価値があるが、ＭＯＸ燃料は、熱
中性子原子炉で燃焼した後は、核分裂反応に寄与しない
^２４０Ｐｕ・^２４２Ｐｕが、Ｐｕ全量中で大きな割合を
占めるので、核燃料としての利用価値が少ない。

【００１２】そこで、これらの経済的不利益は、除去し
うるものなら、是非、除去するべきであるという要請が
ある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
らの要請を満足させることにあり、ＵＯ_２を燃料とし水
を減速材兼冷却材として設計された熱中性子原子炉に
も、ＭＯＸ燃料を核燃料とし水を減速材兼冷却材として
設計された熱中性子原子炉にも使用することができるＭ
ＯＸ燃料集合体の製造コストを低減することを可能にす
るとゝもに、そのＭＯＸ燃料集合体を燃焼した後に残さ
れた使用済みのＭＯＸ燃料を再処理して、核燃料として
再利用するという前提の下に、そのＭＯＸ燃料集合体の
使用済みのＭＯＸ燃料の利用価値を向上することを可能
にする改良を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱中性子原
子炉用ＭＯＸ燃料集合体の技術思想は、従来の熱中性子
原子炉用ＭＯＸ燃料集合体の技術思想とは、根本的に異
なり、ＭＯＸの基本的性質にもとづき、コストの観点か
らも、その使用済みのＭＯＸ燃料の利用価値の観点から
も、最も有利になるようにすることをした追求した発想
にもとづくものであり、その技術思想は、下記のとおり
である。 １．ＭＯＸ燃料棒の種類は、唯の１種類とする。 ２．その単一種類のＭＯＸ燃料棒の富化度は、５〜１５
重量、好ましくは、１０〜１５重量％と、従来のものに
較べて顕著に高くする。 ３．ＭＯＸ燃料集合体に使用される、その単一種類のＭ
ＯＸ燃料棒の本数は、従来のものに較べて顕著に少なく
する。 その結果、上記の目的は、原子炉用核燃料が被覆管に封
入されている原子炉用核燃料棒の複数が、チャンネルボ
ックスの中にマトリックス状に配列され、原子炉用核燃
料棒相互間とチャンネルボックスの周囲とを減速・冷却
材たる水流が通過することゝされている熱中性子原子炉
用ＭＯＸ燃料集合体において、核燃料棒の本数の２０〜
４０％は、核分裂性Ｐｕ（^２３９Ｐｕと^２４１Ｐｕ）を
５〜１５重量％好ましくは５〜１５重量％に含む単一種
類のＭＯＸ燃料棒であり、前記燃料棒の本数の８０〜6
０％好ましくは２０〜４０％は、^２３５ＵＯ_２を好まし
くは１〜５重量％含むＵＯ_２燃料棒である熱中性子原子
炉用ＭＯＸ燃料集合体によって達成される。そして、高
富化の単一種類のＭＯＸ燃料棒は、減速材の効果が少な
い領域に集中的に配置すると、有効である。その理由
は、核分裂が活発過ぎることを抑制するためである。ま
た、減速材の効果が強い領域に、^２３５Ｕを好ましくは
１〜５重量％に含むＧｄ燃料棒が配置されることが望ま
しい。その理由は、燃料棒の装荷当初核分裂を適度に抑
制し、装荷後暫くした後は、Ｇｄの中性子吸収効果がな
くなるので、ＵＯ_２燃料棒と同様に燃焼に寄与すること
になるからである。なお、結果として、ＭＯＸ燃料棒と
Ｇｄ燃料棒とは、相互に隣接して配置されることにな
る。減速材の効果が弱い領域には、減速材兼冷却材たる
水流を通過させる通路として機能するウオーターロッド
が設けられることが望ましい。核分裂を促進し、燃焼度
を向上し、核分裂の発生が全ての領域で平均化するため
に有効であるためである。なお、現在稼動中の、ＵＯ_２
を主たる燃料とする原子炉には、図４等に示すように、
燃料集合体の中心領域にウオーターロッドが設けてある
が、ＭＯＸ燃料を主たる燃料とする原子炉にあっては、
ウオーターロッドの配置位置は、ＭＯＸ燃料棒近辺を含
め、任意の領域に選択することができる。

【００１５】

【作用】本発明に係るＭＯＸ燃料集合体の作用と特徴的
利益とは、下記のとおりである。第１に、上記したとお
り、ＭＯＸ燃料の原料は、ＵＯ_２燃料を燃焼した後に残
された使用済み核燃料であり、それを再処理して得られ
たＭＯＸは、核分裂性Ｐｕ（^２３９Ｐｕと^２４１Ｐｕ）
を６０〜７０％含むので、ＭＯＸ燃料の場合は、富化度
を５％程度に低下するために多額のコストを必要とす
る。一方、ＵＯ_２燃料の原料である天然Ｕは核分裂性Ｕ
である^２３５Ｕを０．３％しか含まないので、ＵＯ_２燃
料の場合は、濃縮度を５％程度に上昇するには、多額の
コストを必要とする。本願発明に係るＭＯＸ燃料集合体
には、富化度が５〜１５重量、好ましくは、１０〜１５
重量％の高富化ＭＯＸ燃料棒が使用されているので、製
造コストが廉くなる利益がある。第２に、如何なる場合
でも、単一種類の大量生産が、多種類少量生産よりコス
ト的に有利なことは明らかである。本願発明に係るＭＯ
Ｘ燃料集合体には、単一種類のＭＯＸ燃料棒しか使用さ
れていないので、この点からも、製造コストが廉くなる
利益がある。第３に、原子炉において、臨界を維持する
に必要な核分裂性物質の量は概ね予想できる。したがっ
て、使用されるＭＯＸ燃料棒の種類が１種類で、使用さ
れるＭＯＸ燃料棒の富化度が高い場合には、使用される
べき燃料棒の本数は少なくなり、濃縮度の低いＵＯ_２燃
料棒の数が増大する。この理由により、本願発明に係る
ＭＯＸ燃料集合体に使用される高富化度のＭＯＸ燃料棒
の本数は少なくて済むことになる。第４に、本願発明に
係るＭＯＸ燃料集合体の使用済み燃料の価値が従来のも
のより高い理由に就いて、図面を参照して、説明する。

【００１６】図６参照 その理由は、^２３５Ｕと^２３９Ｐｕと^２４０Ｐｕと
^２４１Ｐｕと^２４２Ｐｕとの核反応断面積（吸収と核分
裂との双方を含む。）の相違にもとづく。そこで、これ
らの物質の核反応断面積と温度（熱エネルギー）との関
係を示す図６を参照して説明する。図６に示すように、
^２３５Ｕの核反応断面積は熱中性子に対応するエネルギ
ー領域（低エネルギー領域）において大きく高速中性子
に対応するエネルギー領域（高エネルギー領域）におい
て小さいが、^２３９Ｐｕと^２４０Ｐｕと^２４１Ｐｕと
^２４２Ｐｕとの中性子吸収断面積は熱中性子よりはエネ
ルギーの高い熱外中性子領域に大きな共鳴吸収ピークを
有する。このことは、^２３５Ｕ燃料の場合は、放出され
た中性子のかなりの量は熱中性子となり、核分裂性の
^{２３ ５}Ｕと衝突して核分裂に寄与する確率があるが、Ｍ
ＯＸ燃料の場合は、放出された中性子のかなりの量は、
Ｐｕに途中で吸収されて（Ｐｕを高次化して）、核分裂
に寄与する確率が低いことを意味する。

【００１７】この事実は、下記する表１に示す、燃焼前
のＭＯＸ燃料集合体中のＰｕ全体の組成と燃焼後のＭＯ
Ｘ燃料集合体中のＰｕ全体の組成とを比較しても、明ら
かである。 表１ 燃焼前のＭＯＸ燃料 燃焼後のＭＯＸ燃料 集合体中のＰｕ組成 集合体中のＰｕ組成 ^２３８Ｐｕ ２％ ３％ ^２３９Ｐｕ ５９％ ３１％ ^２４０Ｐｕ ２７％ ３７％ ^２４１Ｐｕ ８％ １６％ ^２４２Ｐｕ ４％ １３％ 表から明らかなように、核分裂性Ｐｕ（^２３９Ｐｕと
^２４１Ｐｕとの和）の減少率（燃焼前の６７％から燃焼
後の４７％に減少している。）が大きい。このことは、
言葉を変えれば、ＭＯＸ燃料の使用済み燃料の核分裂性
Ｐｕの含有量（^{２ ３９}Ｐｕと^２４１Ｐｕとの和）の全Ｐ
ｕ量に対する割合が少ないということである。

【００１８】ところで、燃料棒単位で考慮すると、下記
する表２に示すように、使用済みのＵＯ_２燃量棒に含ま
れる^２３９Ｐｕと^２４１Ｐｕとの和の量の使用済みのＵ
Ｏ _２燃量棒に含まれるＰｕアイソトープ全量に対する割
合は６８％であるが、使用済みのＭＯＸ燃料棒に含まれ
る^２３９Ｐｕと^２４１Ｐｕとの和の割合は、３９％であ
る。この比較から明らかなように、ＭＯＸ燃料集合体
（ＭＯＸ燃料棒とＵＯ _２燃料棒とを含む。）において
も、高次化の問題は大きな問題ではあるが、使用済み燃
料の利用価値が顕著に低下するのはＭＯＸ燃料棒におい
てのみであり、本発明に係る燃料集合体の総数中、かな
り多くを占めるＵＯ_２燃料棒においてはそれ程大きな問
題ではなく、ＵＯ_２燃料棒の使用済み燃料は已然とし
て、かなりの利用価値を保持することがわかる。このよ
うに、本発明の発明者等は、ＭＯＸ燃料棒の富化度を高
くし（核分裂性Ｐｕの含有量を５〜１５重量％好ましく
は１０〜１５重量％と高くし）、富化度の種類を１種類
に制限し、高富化ＭＯＸ燃料の使用本数を制限すれば
（燃料棒全体の２０〜４０％好ましくは２０〜２５％に
制限すれば）、上記の要請を満足しうることが明らかで
あるという自然法則を発見し、この自然法則を巧みに利
用して、本願発明を完成した。 表２ 使用済みのＵＯ_２燃料棒の 使用済みのＭＯＸ燃料棒の Ｐｕ組成 Ｐｕ組成 ^２３８Ｐｕ ２％ ２％ ^２３９Ｐｕ ５５％ ２２％ ^２４０Ｐｕ ２４％ ４３％ ^２４１Ｐｕ １３％ １７％ ^２４２Ｐｕ ６％ １６％

【００１９】上記の理由は、下記のように整理すること
ができる。 １．上記したとおり、ＭＯＸ燃料集合体のそれぞれが含
有するべき核分裂性Ｐｕアイソトープの量は、予め特定
されている。もし、そのＭＯＸ燃料集合体が含有するＰ
ｕアイソトープの全量に対する核分裂性アイソトープの
量の割合が減少すれば、そのＭＯＸ燃料集合体が含有す
るＰｕアイソトープの全量は増加する筈である。ところ
で、核分裂性Ｐｕアイソトープも、非核分裂性Ｐｕアイ
ソトープも、α線を放出するので、その使用済み核燃料
を再処理する工場での放射能遮蔽の要求は厳しくなり、
不利益を惹起する。したがって、ＭＯＸ燃料集合体が含
有するＰｕアイソトープの全量に対する核分裂性アイソ
トープの量の割合は多いことが有利である。 ２．^２４０Ｐｕの中性子吸収断面積は大きいので、
^２４０Ｐｕの含有量が多くなると、核分裂性Ｐｕアイソ
トープの所要量が増大する。したがって、^２４０Ｐｕの
含有量が４３％と大きいＭＯＸ燃料棒の使用済み核燃料
は優れた核燃料とは認められない。 ３一方、^２４０Ｐｕは、核分裂性Ｐｕアイソトープであ
る^２４１Ｐｕを生成するので、^２４０Ｐｕは、将来の核
分裂を増大する結果を惹起する。この現象は、将来に亘
っての原子炉特性の予想を複雑にし、設計上の困難を惹
起する欠点を伴う。 ４．したがって、本発明に係るＭＯＸ燃料集合体におい
て、ＭＯＸ燃料棒の富化度を高くし（核分裂性Ｐｕの含
有量を５〜１５重量％好ましくは１０〜１５重量％と高
くし）、富化度の種類を１種類に制限し、高富化ＭＯＸ
燃料の数量を制限（燃料棒全体の２０〜４０％好ましく
は２０〜２５％に制限）することは、綜合的に判断し
て、有利なことである。

【００２０】些か蛇足の感はあるが、学術的表現をもっ
て、上記事項を再度述べる。実際に、使用済みのＵＯ_２
燃料を再処理して得られるＰｕには、^２３９Ｐｕ〜
^２４２Ｐｕが、ある組成比をもって分布しており、Ｐｕ
を熱中性子炉で燃焼すると、Ｐｕが大きな質量数に向か
って遷移することが確認されている。学術的には、この
現象を、Ｐｕの高次化と称する。また、ＭＯＸ燃料を使
用する場合も、Ｐｕの高次化現象は発生する。その上、
ＭＯＸ燃料には、当初からＰｕが含まれているから、熱
中性子原子炉中で燃焼された後のＰｕの高次化状態は、
ＵＯ_２燃料の場合より、遥かに進む結果となる。Ｐｕの
核分裂性アイソトープは、^２３９Ｐｕと^{２４ １}Ｐｕとで
あるから、Ｐｕの高次化現象は、Ｐｕアイソトープ総量
に対する核分裂性Ｐｕアイソトープの割合の低下を意味
し、使用済みＰｕの核燃料材料としての価値を低下する
ことを意味する。この事実は、使用済み核燃料の再処理
を前提として考慮する場合、ＵＯ_２燃料の場合と異な
り、ＭＯＸ燃料の場合は、燃焼そのものゝ最適化もさる
ことながら、高次化現象を抑制する必要があることを示
す。ＭＯＸ燃料がＰｕを当初から含んでいるために、高
次化現象が促進されるのであるから、高富化度のＭＯＸ
燃料棒を少量使用すれば、Ｐｕの高次化現象を少量のＭ
ＯＸ燃料棒のみに限定し、多くのＵＯ_２燃料棒は、使用
後再処理することができ、全体としては、高次化現象の
悪影響を避けることができ、有利であることが明らかで
ある。したがって、本発明は、この着想を具体化して、
使用済みのＭＯＸ燃料を再処理して利用可能の核分裂物
質を取り出すという前提の下に、使用済みＭＯＸ燃料の
価値を向上することを求める要請を満足したものであ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態に係るＭＯＸ燃料集合体（ＵＯ_２を燃料とし
水を減速材兼冷却材として設計された熱中性子原子炉に
も、ＭＯＸ燃料を燃料とし水を減速材兼冷却材として設
計された熱中性子原子炉にも使用されうるＭＯＸ燃料
（ＰｕＯ_２とＵＯ_２との混合物）の核燃料集合体）の３
例の平面配置（断面）を、図を参照して、説明する。

【００２２】第１実施例 現在稼動中の軽水炉では、運転サイクルの長さや燃焼度
等に法制上の制限があるため、本発明の要旨に係る、極
めて富化度の高い、少数のＭＯＸ燃料棒を使用する核燃
料集合体を使用することには、法制上の制約がある場合
がある。しかし、第１実施例にあっては、そのような現
行法制上の規制に捕らわれることなく、本ＭＯＸ燃料集
合体を燃料として、長期サイクル運転や高燃焼度使用に
対して、最大限能力を発揮しうる設計を想定してある。
その結果、単一種類のＭＯＸ燃量棒の富化度を１４％と
高くし、燃料棒の総数に占めるＭＯＸ燃量棒の割合を３
３％に下げてある。 図１参照 図１は、ＭＯＸ燃料を主たる燃料とし水を減速材兼冷却
材として設計された熱中性子原子炉にも、ＵＯ_２燃料を
主たる燃料とし水を減速材兼冷却材として設計された熱
中性子原子炉にも使用されることができ、燃焼度が７０
ＧＷｄ／・ｔｏｎであるＭＯＸ燃料を燃料とする燃料集
合体の１例の平面図である。図１において、１・２・３
・Ｇは、それぞれ、燃料棒の番号であり、長さは概ね４
メートルである。各燃料棒の直径は約１１ミリメートル
であり、燃料集合体の各辺の長さは約１５センチメート
ルである。Ｗはウオーターロッドであり、その１辺は約
４センチメートルである。燃料棒１は、^２３５Ｕを０．
２２５％含み核分裂性Ｐｕを１４重量％含む高富化ＭＯ
Ｘ燃料棒であり、使用数は２４本である。燃料棒２は、
^２３５Ｕを４．９重量％含むＵＯ_２燃料棒であり、使用
数は２４本である。燃料棒３は、^２３５Ｕを４．５重量
％含むＵＯ_２燃料棒であり、使用数は４本である。燃料
棒Ｇは、^２３５Ｕを３．５重量％とＧｄを３．５重量％
含むＧｄ燃料棒であり含み、使用数は２０本である。図
示するように、唯１種類の高富化（富化度１４重量％）
ＭＯＸ燃料棒１は、減速材の効果が少ない領域に集中的
に配置されている。２・３はＵＯ_２燃料棒であり、ＭＯ
Ｘ燃料棒は１のみであるから、ＭＯＸ燃料棒の燃料棒全
数に対する割合は３３％である。したがって、富化度は
従来技術における５重量％より、顕著に大きくされてお
り、また、ＭＯＸ燃料棒の燃料棒全数に対する割合は、
従来技術におけるＭＯＸ燃料棒の数の燃料棒総数に対す
る割合８０％（図５に示す従来技術に係るＭＯＸ燃料棒
と燃料棒総数との比）に比し、顕著に少なくされてい
る。Ｇｄ棒の機能は、上記と同様であり、装荷当初は核
分裂反応を抑制し、装荷後暫くした後は、中性子吸収効
果が無くなり、ＵＯ_２燃料と同様に振舞う。上記のＭＯ
Ｘ燃量集合体の製造方法は従来の方法と概ね同一であ
る。第１工程において、ピュウレックス法、または、そ
の他の乾式法または湿式法を使用して、使用済みＭＯＸ
燃料から核分裂性Ｐｕ（^２３９Ｐｕと^２４１Ｐｕ）を取
り出す。第２工程において、ＰｕＯ_２粉とＵＯ_２粉とを
混合して、所望の富化度のＭＯＸを得る。第３工程にお
いて、ＭＩＮＡＳ法またはＳＢＲ法を使用して、上記の
ＭＯＸをよく混合する。第４工程において、上記のＭＯ
Ｘを成形・焼成して、ＰｕＯ_２・ＵＯ_２のセラミックス
ペレットを製造する。 第５工程において、上記のＰｕＯ
_２・ＵＯ_２のセラミックスペレットをジルカロイシース
に封入して、ＭＯＸ燃量棒を製造する。第６工程におい
て、上記のＭＯＸ燃量棒とＵＯ_２燃量棒とをチャンネル
ボックスに装入して、ＭＯＸ燃量集合体を完成する。こ
のように、使用されるＭＯＸ燃料棒の種類は１種類に制
限され、使用されるＭＯＸ燃料棒の数は低減され、使用
されるＭＯＸ燃料の富化度が高くされているので、本発
明の目的であるＭＯＸ燃料集合体の製造コストの低減と
使用済みのＭＯＸ燃料集合体の利用価値の向上とが実現
する。

【００２３】第２実施例 上記したとおり、現在稼動中の軽水炉では、運転サイク
ルの長さや燃焼度等に法制上の制限があるため、本発明
の要旨に係る、極めて富化度の高い、少数のＭＯＸ燃料
棒を使用することには、法制上の制約がある場合があ
る。そこで、第２実施例にあっては、現法制の下におけ
る規制に違反しない範囲において、本ＭＯＸ燃料を燃料
として、長期サイクル運転や高燃焼度使用に対して、最
大限能力を発揮しうる設計を想定してある。すなわち、
単一種類のＭＯＸ燃量棒の富化度を６％と高くし、燃料
棒の総数に占めるＭＯＸ燃量棒の割合を２５％に下げて
ある。 図２参照 図２は、ＭＯＸ燃料を主たる燃料とし水を減速材兼冷却
材として設計された熱中性子原子炉にも、ＵＯ_２燃料を
主たる燃料とし水を減速材兼冷却材として設計された熱
中性子原子炉にも使用されることができ、燃焼度が４５
ＧＷｄ／・ｔｏｎである、ＭＯＸ燃料を燃料とする燃料
集合体の１例の平面配置図（断面図）でる。図２におい
て、１・２・３・４・Ｇは、それぞれ、各燃料棒に付さ
れている番号であり、長さは概ね４メートルであり、長
さは概ね４メートルである。各燃料棒の直径は約１１ミ
リメートルであり、燃料集合体の各辺の長さは約１５セ
ンチメートルである。Ｗはウオーターロッドであり、そ
の１辺は約４センチメートルである。燃料棒１は、
^２３５Ｕを０．２２５％含み核分裂性Ｐｕを約６重量％
含む高富化ＭＯＸ燃料棒であり、使用数は１６本であ
る。燃料棒２は、^２３５Ｕを約４重量％含むＵＯ_２燃料
棒であり、使用数は２８本である。燃料棒３は、^{２ ３５}
Ｕを約３．５重量％含むＵＯ_２燃料棒であり、使用数は
８本である。燃料棒４は、^２３５Ｕを約３重量％含むＵ
Ｏ_２燃料棒であり、使用数は４本である。燃料棒Ｇは、
^２３５Ｕを約２重量％とＧｄを２．２重量％含むＧｄ燃
料棒であり、使用数は１６本である。図示するように、
唯１種類の高富化（富化度６重量％）ＭＯＸ燃料棒１
は、減速材の効果が少ない領域に集中的に配置されてい
る。２・３・４はＵＯ_２燃料棒であり、ＭＯＸ燃料棒は
１のみであるから、ＭＯＸ燃料棒の燃料棒全数に対する
割合は２５％である。したがって、富化度は従来技術に
おける５重量％より、顕著に大きくされており、また、
ＭＯＸ燃料棒の燃料棒全数に対する割合は、従来技術に
おけるＭＯＸ燃料棒の数の燃料棒総数に対する割合８０
％（図５に示す従来技術に係るＭＯＸ燃料棒と燃料棒総
数との比）に比し、顕著に少なくされている。Ｇｄ燃料
棒の機能は、上記と同様であり、装荷当初は核分裂反応
を抑制し、装荷後暫くした後は、中性子吸収効果が無く
なり、ＵＯ_２燃料と同様に振舞う。上記のＭＯＸ燃量集
合体の製造方法は第１実施例の方法と全く同一である。
このように、使用されるＭＯＸ燃料棒の種類が単一種類
に制限され、使用されるＭＯＸ燃料棒の数が低減され、
使用されるＭＯＸ燃料棒の富化度が高くされているの
で、本発明の目的であるＭＯＸ燃料集合体の製造コスト
の低減と使用済みのＭＯＸ燃料集合体の利用価値の向上
とが実現する。 第３実施例 上記したとおり、現在稼動中の軽水炉は、本来ＵＯ_２を
燃料とすることゝされているため、構造的制約があり、
本発明の要旨に係る、極めて富化度の高い、少数のＭＯ
Ｘ燃料棒を使用することには、種々制約がある場合があ
る。そこで、第３実施例にあっては、この制約を想定
し、現在稼動中の軽水炉にも使用することを想定した上
で、可能なかぎり、本発明の特質を実現してある。すな
わち、単一種類のＭＯＸ燃量棒の富化度を６％と高く
し、燃料棒の総数に占めるＭＯＸ燃量棒の割合を３３％
に下げてある。 図３参照 図３は、ＵＯ_２を燃料とし水を減速材兼冷却材として設
計・製造した熱中性子原子炉に使用されることができ、
燃焼度が４５ＧＷｄ／・ｔｏｎであり、ＭＯＸ燃料を燃
料とする燃料集合体の１例の平面配置図（断面図）で
る。図３において、１・２・３・４・Ｇは、それぞれ、
燃料棒の番号であり、長さは概ね４メートルである。各
燃料棒の直径は約１１ミリメートルであり、燃料集合体
の各辺の長さは約１５センチメートルである。Ｗはウオ
ーターロッドであり、その１辺は約３センチメートルで
ある。燃料棒１は、^２３５Ｕを約０．２２５％含み核分
裂性Ｐｕを約８重量％含む高富化ＭＯＸ燃料棒であり、
使用数は２４本である。燃料棒２は、^２３５Ｕを約４重
量％含むＵＯ_２燃料棒であり、使用数は２０本である。
燃料棒３は、^２３５Ｕを約３．５重量％含むＵＯ_２燃料
棒であり、使用数は８本である。燃料棒４は、^２３５Ｕ
を約３重量％含むＵＯ_２燃料棒であり、使用数は４本で
ある。燃料棒Ｇは、^２３５Ｕを約２重量％とＧｄを２重
量％含むＧｄ燃料棒であり、使用数は１６本である。図
１・図２に図示する場合と同様に、唯１種類の高富化
（富化度６重量％）ＭＯＸ燃料棒１は、減速材の効果が
少ない領域に集中的に配置されている。２・３・４はＵ
Ｏ_２燃料棒であり、図１・図２に図示する場合と同様
に、ＭＯＸ燃料棒は１のみであり、ＭＯＸ燃料棒の燃料
棒全数に対する割合は３３％である。したがって、富化
度は従来技術における５重量％より、顕著に大きくされ
ており、また、ＭＯＸ燃料棒の燃料棒全数に対する割合
は、従来技術におけるＭＯＸ燃料棒の数の燃料棒総数に
対する割合８０％（図４に示す従来技術に係るＭＯＸ燃
料棒と燃料棒総数との比）に比し、顕著に少なくなくさ
れている。Ｇｄ棒の機能は、上記と同様であり、装荷当
初は核分裂反応を抑制し、装荷後暫くした後は、中性子
吸収効果が無くなり、ＵＯ_２燃料と同様に振舞う上記の
ＭＯＸ燃量集合体の製造方法は第１実施例の方法と全く
同一である。このように、使用されるＭＯＸ燃料棒の種
類は単一種類に制限され、使用されるＭＯＸ燃料棒の数
は低減され、使用されるＭＯＸ燃料棒の富化度は高くさ
れているので、本発明の目的であるＭＯＸ燃料集合体の
製造コストの低減と使用済みのＭＯＸ燃料集合体の利用
価値の向上とが実現する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る原子
炉用ＭＯＸ燃料集合体においては、ＭＯＸ燃料棒の富化
度を単一種類に限定し、しかも、その富化度を高くし
（核分裂性Ｐｕアイソトープの含有量を５〜１５重量％
好ましくは１０〜１５重量％と高くし）、その上、核分
裂性Ｐｕアイソトープを高富化度に含有する燃料棒の使
用量を、燃料棒全体の２０〜４０％好ましくは２０〜２
５％と極めて少なくしてあるので、低富化度にするため
の高いコストを必用とせず、ＭＯＸ燃料棒の種類は単一
種類であるから、この点からも、コストが廉く、しか
も、このＭＯＸ燃料集合体を燃焼した後に残った使用済
み燃料棒の一部（ＵＯ_２燃料棒の使用済み燃料棒）に
は、核分裂性Ｐｕアイソトープを多量に含むことになる
ので、使用済みのＭＯＸ燃料集合体を再処理して利用可
能の核分性物質を取り出すという前提の下において、こ
の使用済みＭＯＸ燃料集合体の価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るＭＯＸ燃料集合体の
平面配置図（断面図）である。

【図２】本発明の第２実施例に係るＭＯＸ燃料集合体の
平面配置図（断面図）である。

【図３】本発明の第３実施例に係るＭＯＸ燃料集合体の
平面配置図（断面図）である。

【図４】従来技術に係るＵＯ_２燃料集合体の平面配置図
（断面図）である。

【図５】従来技術に係るＭＯＸ燃料集合体の平面配置図
（断面図）である。

【図６】^２３５Ｕと^２３９Ｐｕと^２４０Ｐｕと^２４１Ｐ
ｕと^２４２Ｐｕとの核反応断面積（吸収と核分裂との双
方を含む。）と温度（熱エネルギー）との関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１・２・３・４・Ｇ 図１・図２に示す本発明の第１
・第２実施例に係るＭＯＸ燃料棒の番号 Ｗ ウオーターロッド １・２・３・４・５ 図３に示す従来技術に係るＵＯ
_２燃料棒の番号 Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・Ｐ４・Ｇ１・Ｇ２ 図４に示す従
来技術に係るＭＯＸ燃料棒の番号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝上 伸也 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉用核燃料が被覆管に封入されて
   なる原子炉用核燃料棒の複数が、チャンネルボックスの
   中にマトリックス状に配列され、前記原子炉用核燃料棒
   相互間と前記チャンネルボックスの周囲とを減速・冷却
   材たる水流が通過することゝされてなる熱中性子原子炉
   用ＭＯＸ燃料集合体において、 前記核燃料棒の本数の２０〜４０％は、核分裂性Ｐｕを
   ５〜１５重量％に含む単一種類のＭＯＸ燃料棒であり、
   前記燃料棒の本数の８０〜6０％は、少なくとも^２３５
   Ｕを含むＵアイソトープを含むＵＯ_２燃料棒であること
   を特徴とする熱中性子原子炉用ＭＯＸ燃料集合体。
2. 【請求項２】 前記燃料棒の本数の２０〜２５％は、
   核分裂性Ｐｕを５〜１５重量％に含む単一種類のＭＯＸ
   燃料棒であり、前記燃料棒の本数の８０〜７５％は、少
   なくとも^２３５Ｕを含むＵアイソトープを含むＵＯ_２燃
   料棒であることを特徴とする請求項１記載の熱中性子原
   子炉用ＭＯＸ燃料集合体。
3. 【請求項３】 前記核燃料棒の本数の２０〜４０％
   は、核分裂性Ｐｕを１０〜１５重量％に含む単一種類の
   ＭＯＸ燃料棒であり、前記燃料棒の本数の８０〜6０％
   は、少なくとも^２３５Ｕを含むＵアイソトープを含むＵ
   Ｏ_２燃料棒であることを特徴とする請求項１記載の熱中
   性子原子炉用ＭＯＸ燃料集合体。
4. 【請求項４】 前記ＵＯ_２燃料棒が含む^２３５Ｕの量
   は、１〜５重量％であることを特徴とする請求項１、
   ２、または、３記載の熱中性子原子炉用ＭＯＸ燃料集合
   体。
5. 【請求項５】 前記単一種類のＭＯＸ燃料棒は前記減
   速材の効果が弱い領域に配置されることを特徴とする請
   求項１、２、３、または、４記載の熱中性子原子炉用Ｍ
   ＯＸ燃料集合体。
6. 【請求項６】 前記減速材の効果が強い領域にＧｄ棒
   が配置されてなることを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、または、５記載の熱中性子原子炉用ＭＯＸ燃料集合
   体。
7. 【請求項７】 前記減速材の効果が弱い領域に、前記
   減速材兼冷却材たる水流を通過させる通路として機能す
   るウオーターロッドが設けられてなることを特徴とする
   請求項１、２、３、４、５、または、６記載の熱中性子
   原子炉用ＭＯＸ燃料集合体。