JP2020144152A - 燃料集合体 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉の炉心内で使用するための燃料集合体を提供する。【解決手段】燃料集合体１００は、原子炉の内部炉心構造内に収まるように形成および構成されたフレームを含み、複数のらせん状にねじれた燃料要素１０２は、フレームによって燃料棒バンドル状に支持される。燃料要素の各々は、核分裂性物質を含む。前記燃料集合体の軸方向に垂直な断面を見ると、燃料棒バンドルの最外部燃料要素１０２は、実質的に円形の外周を画定している。他の特徴、および、原子炉も記載されている。【選択図】図２

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１４年９月１６日に申請された、米国非仮特許出願第６２／０５０，９８５号である。本出願はまた、２０１３年５月１０日に申請された、米国仮特許出願第６１／８２１，９１８号に対する優先権を主張する、２０１３年１１月１５日に申請された、出願人の同時係属中の米国特許出願第１４／０８１，０５６号の一部継続出願である。本出願はまた、２０１１年２月２１日に申請された米国特許出願第６１／４４４，９９０号と、２０１０年１０月１５日に申請された米国特許出願第６１／３９３，４９９号と、２０１０年５月１１日に申請された米国特許出願第６１／３３３，４６７とに対する優先権を同様に主張する、２０１１年５月１１日に申請された、ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０３６０３４の米国国内段階である、２０１３年６月３日に申請された、出願人の同時係属中の米国特許出願第１３／６９５，７９２号の一部継続出願である。上述の出願すべての全内容は、参照によって、本明細書に明示的に組み込まれる。

［背景］

本発明は概して、原子炉と、原子炉の炉心内で使用される核燃料集合体とに関する。より具体的には、本発明は、Ｃａｎａｄｉａｎ Ｄｅｕｔｅｒｉｕｍ−Ｕｒａｎｉｕｍ（ＣＡＮＤＵ）重水炉と、その中で使用するための燃料集合体に関する。

［関連技術］

図１Ａおよび１Ｂは、従来の燃料集合体１０の例の単純化された断面図を描写したものである。図１Ａは、ＰＷＲ型の燃料集合体１０を描写したものであり、図１Ｂは、水冷却水減速原子炉（ＶＶＥＲ）型の燃料集合体１０を描写したものである。図１Ａにおいて、燃料棒集合体１０は、正方形グリッドへと組み立てられた複数の燃料棒を含んでいる。 図１Ａにおいて、ＰＷＲ燃料集合体１０の燃料棒バンドルの自己離間（ｓｐａｃｉｎｇ）は、正方形の断面形状を有すると言える。図１Ｂにおいて、燃料集合体１０は、三角形グリッド状に配置された燃料棒を含んでいる。 図１Ｂにおいて、ＶＶＥＲ燃料集合体１０の燃料棒バンドルの自己離間は、正六角形の断面形状を有すると言える。

これらの集合体がチューブ１２内に収められるとき、図１Ａにおけるチューブ１２と正方形１４との間、および、図１Ｂにおけるチューブ１２と六角形１６との間に位置する影付きの領域１４によって示されているように、燃料棒集合体に使用されていない空白部分が形成される。複数の実施形態によると、正方形グリッド状の集合体は、外接円（例えばチューブ１２）の面積の約６３．７％を占め、一方、三角形グリッド状の集合体は、外接円（例えばチューブ１２）の面積の約８２．７％を占める。

燃焼中の燃料棒および集合体の膨張に関する懸念に対処するべく、空白の空間を使用することが知られている。また、これらの領域を、可燃性吸収体などで充填することが知られている。

一実施形態によると、原子炉の炉心内で使用するための燃料集合体は、原子炉の内部炉心構造に収まるように形成および構成されているフレームと、フレームによって燃料棒バンドル状に支持される、複数のらせん状にねじれた燃料要素とを有し得て、当該燃料要素の各々は、核分裂性物質を含み得る。燃料集合体の軸方向に垂直である断面で見たとき、燃料棒バンドルの最外部燃料要素は、実質的に円形である外周（例えば十二角形）を画定し得る。複数の実施形態によると、フレームは、ＣＡＮＤＵ炉の圧力管内に収まるように形成および構成され得る。

複数の実施形態によると、複数の燃料要素の各々は、実質的に同一の外接円径を有し得る。複数の燃料要素は、同心円状に配置され得る。追加的または代替的に、複数の燃料要素は、第１の長方形グリッドパターン、および、第２の三角形グリッドパターンを含む混合グリッドパターンに配置され得る。

複数の実施形態によると、第１の長方形グリッドパターン、および、第２の三角形グリッドパターンは、少なくとも部分的に、互いに交互に現れ得る。複数の燃料要素のいくつかは、隣接する燃料要素から共通の中心線間距離だけ離れ得て、複数の燃料要素のいくつかの外接円径は、中心線間距離と等しくなり得る。

複数の実施形態によると、燃料要素の各々は、リブ、例えばらせん状リブを含むマルチローブ形状を有し得る。隣接する燃料要素のリブは、燃料要素の軸方向の長さにわたって互いに周期的に接触し得て、少なくとも部分的に、互いに対して燃料要素の間隔を維持し得る。複数の実施形態によると、燃料要素は押出燃料要素を含み得る。

複数の実施形態によると、複数の燃料要素は、６１の燃料要素から成り得る。

複数の実施形態によると、フレームは、燃料棒バンドルに外接する構造を含み得て、その結果、燃料要素のすべては、構造内部に配置される。構造はシュラウドを含み得る。燃料集合体の軸方向に垂直な断面で見ると、シュラウドは、円形または十二角形を実質的に画定する断面を画定し得る。燃料集合体の軸方向に垂直な断面で見ると、燃料集合体は、燃料集合体に外接するチューブの内部断面積の約６４％より大きい、より具体的には、約８３％より大きい面積を占め得る。一実施形態によると、燃料集合体は、燃料集合体に外接するチューブの内部断面積の約８３％から約９５％を占め得る。

複数の実施形態によると、燃料集合体は、２０１４年以前に実際に使用されていた原子炉設計を有する、従来の原子力発電所の従来の陸上原子炉における運用のために熱力学的に設計され、物理的に形成されている。そのフレームは、上述の原子炉の従来の燃料集合体の代わりに陸上原子炉に収まるように形成および構成されている。例えば、従来の陸上原子炉は、ＣＡＮＤＵ炉であり得る。

本発明の他の態様によると、原子炉は、炉心、および、炉心内に配置された１つまたは複数の燃料集合体を含む。燃料集合体は、炉心内に収まるように形成および構成されたフレームと、フレームによって燃料棒バンドル状に支持されている複数のらせん状にねじれた燃料要素とを含み得て、燃料要素の各々は核分裂性物質を含む。燃料集合体の軸方向に垂直な断面を見ると、燃料棒バンドルの最外部燃料要素は、実質的に円形の外周を画定し得る。複数の実施形態によると、原子炉は、圧力管を含むＣＡＮＤＵ炉であり、フレームは、圧力管内に収まるように形成および構成されている。

複数の実施形態によると、複数の燃料要素の各々は、実質的に同一の外接円径を有し得る。複数の燃料要素は、同心円状に配置され得て、および／または、複数の燃料要素は、第１の長方形グリッドパターン、および、第２の三角形グリッドパターンを含む混合グリッドパターンに配置され得る。第１の長方形グリッドパターン、および、第２の三角形グリッドパターンは、少なくとも部分的に、互いに交互に現れ得る。

複数の実施形態によると、原子炉は２０１４年以前に実際に使用されたものである。

複数の実施形態によると、燃料要素の各々は、らせん状リブを含むマルチローブ形状である。隣接する燃料要素のリブは、燃料要素の軸方向の長さにわたって互いに周期的に接触し得て、少なくとも部分的に、互いに対して燃料要素の間隔を維持し得る。複数の実施形態によると、燃料要素は押出燃料要素を含み得る。

複数の実施形態によると、燃料要素のフレームは、燃料棒バンドルに外接する構造を含み得て、その結果、燃料要素のすべては、構造内部に配置される。構造はシュラウドを含み得る。燃料集合体の軸方向に垂直な断面で見ると、シュラウドは、円形または十二角形を実質的に画定する断面を画定し得る。

本発明の様々な実施形態のこれらおよび他の態様、ならびに、構造の関連要素および部品の組み合わせの動作および機能の方法、および、製造の経済性は、そのすべてが本明細書の一部を形成する添付の図面を参照しながら、以下の記載と、添付の特許請求の範囲とを考慮することで、より明らかになるであろう。同様の参照番号は、様々な図における対応する部品を示す。本発明の一実施形態において、本明細書に図示されている構造的要素は、原寸に比例して描かれている。しかしながら、図面は単に図示および説明を目的としたものであり、本発明の範囲を定義することを意図したものではないことを、明示的に理解するべきである。更に、本明細書の実施形態のいずれか１つで示されている、または記載されている構造的特徴は、他の実施形態でも使用され得ることを理解するべきである。明細書および特許請求の範囲において使用される単数形である、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」は、別段の明確な記載が無い限り、複数形も含む。

本発明の複数の実施形態、および、それらの他の特徴をより理解しやすくするべく、以下の記載を参照されたい。これらの記載は、以下の図面と併せて使用するものである。

正方形グリッド状に組み立てられた燃料棒を含む、従来の燃料集合体の単純化された断面図である。

三角形グリッド状に組み立てられた燃料棒を含む従来の燃料集合体の単純化された断面図である。

一実施形態による、正方形−三角形グリッド状の６１の燃料棒からできている自己離間燃料集合体の配置の単純化された断面図である。

一実施形態による、正方形−三角形グリッド状の１９の燃料棒からできている自己離間燃料集合体の配置の単純化された断面図である。

本明細書で初期０°配置と呼ばれる、燃料集合体に沿った初期基準配置にある燃料集合体の実施形態の断面図を描写する。

図４の初期０°配置に対して、燃料棒が３０°回転した、または、燃料棒スワールピッチが長手方向に１／１２変位した、図４の燃料集合体の断面図を描写する。

図４の初期０°配置に対して、燃料棒が６０°回転した、または、燃料棒スワールピッチが長手方向に１／６変位した、図４の燃料集合体の断面図を描写する。

本明細書に記載されている複数の実施形態は、ＣＡＮＤＵ燃料集合体および／または原子炉の燃料燃焼力および／または水準（取り出しまでの作業時間）を全体として高め、一方で、安全水準を維持または高める。複数の実施形態によると、これを達成するべく、ねじれた、自己離間した、モノリシックの燃料棒からできた燃料集合体が使用される。例えば、参照によってその全内容が本明細書に明示的に組み込まれる、出願人の同時係属中の、米国特許出願第１４／０８１，０５６号および１３／６９５，７９２号で開示されている、押出ウラン・ジルコニウム（Ｕ−Ｚｒ）燃料棒が使用される。

ＣＡＮＤＵ燃料集合体は通常、非常に短い（例えば、約５０ｃｍ）燃料棒を利用する。本発明の複数の実施形態は、ＣＡＮＤＵ燃料棒の部分的な、または完全な自己離間集合体を提供する。例えば、本明細書で開示されているいくつかの燃料集合体は、すべての燃料棒の、それらの間での（例えばリブごとの）自己離間を提供する。しかしながら、代替的な実施形態は、非自己離間配置を含み得る。複数の実施形態は、燃料棒バンドルのすべてまたは一部を囲む、シュラウド、または、他のチャネルもしくはデバイス（本明細書では一般に「シュラウド」と呼ばれる）を有するフレームを含み得て、先行技術の場合と比較して、シュラウド内部で利用可能な空間をより良く利用する。例えば、詳細は後述するが、複数の実施形態は、アレイ状の「正方形−三角形」燃料棒グリッドを使用する。

図２は、自己離間燃料集合体１００の実施形態の単純化された断面図である。燃料集合体は、正方形−三角形グリッド状の６１の燃料棒１０２を含み得る。しかしながら、その他の構成も可能であり得る。図２で示されている燃料集合体は、Ａｄｖａｎｃｅｄ ＣＡＮＤＵ Ｒｅａｃｔｏｒ（ＡＣＲ） ＣＡＮＤＵ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ（ＣＡＮＦＬＥＸ）の４３要素の集合体と同一または同様のエンベロープを有し得る。典型的なＣＡＮＦＬＥＸ集合体は、４３の燃料要素を含み、各々の外径は、約１３．５ｍｍであり、図２で示されている燃料集合体１００が有し得る６１の燃料要素１０２各々の外径は、約１１．５ｍｍであるが、他の量またはサイズの燃料要素も考えられる。

図２の燃料集合体は、シュラウド１０４内に収められ得る。例えば、シュラウド１０４の断面形状は、十二角形状であり得るが、他の形状も想定される。複数の実施形態によると、燃料要素１０２に外接する円の径Ｒは、５１ｍｍより小さいか、それに等しいことがあり得る。複数の実施形態によると、シュラウド１０４の内径は、約５１．７ｍｍであり得るが、他の実施形態も可能である。シュラウド１０４は、十二角形の形状を有し得て、約１００ｍｍ（≦９９．９９ｍｍ）である、対辺距離ｈを画定し得る。複数の実施形態によると、６１の燃料要素の正方形−三角形グリッドは、外接円（例えばシュラウド１０４または圧力管）の面積の約９５．５％を占める外周を画定する。図３において、１９の燃料棒１０２の中央領域は、チューブ内にほぼ完璧に収まり得る。複数の実施形態によると、中央の１９の燃料棒に外接する円の径Ｒ１９は、３．９２２ｍｍの直径を有し得るが、他の寸法も可能である。

図２および３において、燃料要素は、互いに混ざり合った第１および第２グリッドパターンに配置され得て、本明細書において「正方形−三角形グリッド」と呼ばれるものを形成する。第１グリッドパターンは、燃料要素の正方配置された行列を含み、行と列との間の中心線間距離は、燃料要素の共通の外接円径「ｄ」に等しい（第１の「正方形」グリッドの例については、図３の参照符号１０６を参照）。第２グリッドパターンは、正三角形を含み、各三角形の各辺の長さ（すなわち、各三角形の角を画定する、隣接する燃料要素の間の中心線間距離）は、燃料要素の共通の外接円径「ｄ」である（第２の「三角形」グリッドの例については、図３の参照符号１０８を参照）。したがって、第２／三角形グリッドパターン１０８は、第１／正方形グリッドパターン１０６と異なる。代替的な実施形態によると、追加的および／または代替的なグリッドパターン（例えば、長方形グリッドパターン、等尺グリッドパターン、平行四辺形パターン、他の規則的反復パターン）も、本発明の範囲を逸脱することなく使用され得る。複数の実施形態によると、特定の燃料要素１０２は、周囲の燃料要素の第１セットと共に、正方形グリッドパターン状に配置され得て、同時に、周囲の燃料要素の他のセットと共に、三角形グリッドパターン状に配置され得るが、その他の構成も可能である。

再び図２および３において、正方形１０６および三角形１０８のグリッドパターンは、１つまたは複数の視点から見たとき、互いに交互に現れ得る。例えば、任意の特定の径に沿って、燃料集合体の中央部１１０から外周（例えばシュラウド１０４）に移動するとき、正方形１０６および三角形１０８のグリッドパターンが交互に現れ得る（ただし、１対１である必要はない）。追加的または代替的に、燃料要素１０２は、同心円状に配置され得て、同心円のいずれか１つの周りを移動するとき、正方形および三角形グリッドパターンが互いに交互に現れ得る（たたし、１対１である必要はない）。

上述のように、燃料要素は自己離間し得る。複数の実施形態によると、選択された燃料棒の形状に関係なく、自己離間は、燃料棒の外接円径の倍数であり得るが、その他の構成も可能である。特定の実施形態によると、燃料棒１０２は、ねじれたリブを有する任意の形状（例えば、リブを有するチューブ、正方形など）であり得る。しかしながら、円形断面、規則的な幾何学的断面など、他の形状も可能であり得る。

図４〜図６は、参照によって全内容が本明細書に組み込まれる、出願人の同時係属中の米国特許出願第１４／０８１，０５６号および第１３／６９５，７９２号で記載されているような、４ローブ型燃料棒２０２を含む燃料集合体２００の実施形態の断面図を描写する。更なる態様において、４ローブ型設計など、特定の燃料棒形状が、異なる原子炉に対して標準化され得る。例えば、４ローブ形状で、外接円径が１２±１ｍｍで、わずかな変更がある燃料棒が、ＰＷＲおよびＣＡＮＤＵなど、異なる原子炉の標準となり得る。

図４は、本明細書において初期０°配置と呼ばれる、初期基準配置にある燃料集合体２００を描写する。初期０°配置は、燃料棒２０２に沿った任意の点で現れ得て、規則的間隔で現れ得る。図５は、図４に対して燃料棒のローブ２０４が３０°回転した（例えば、燃料棒スワールピッチの長手方向１／１２変位）時点の、図４の燃料集合体２００を描写する。図６は、図４に対して燃料棒のローブ２０４が６０°回転した（例えば、燃料棒スワールピッチの長手方向１／６変位）時点の、図４の燃料集合体を描写する。図４の配置からの、ローブ２０４の９０°回転、または、燃料棒スワールピッチの長手方向の１／４変位は、図４で示されている０°の仮初期配置と同じである。 図４〜図６において、８の燃料棒２０２'は、他の燃料棒２０２またはシュラウド２０６に接触しない、断面内のロッドのみを示す。 図４、５および６で示されているものの間の軸方向の場所において、燃料棒は互いに、または、シュラウド２０６に長手方向に接触していない。 したがって、燃料集合体は、自己離間しており、すべての燃料棒は集合体の長さ方向に沿って自己離間される。

上述のように、燃料棒は、出願人の同時係属中の米国特許出願第１４／０８１，０５６号および第１３／６９５，７９２号に記載されている４ローブ型燃料棒を含み得る。しかしながら、代替的な実施形態によると、上述の燃料集合体内の４ローブ型燃料棒のいずれかは、標準のペレット円筒燃料棒（ウランまたはトリウム）、または、可燃性有毒燃料棒（例えば、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、および／または、ジスプロシウム（Ｄｙ）を含む）によって置き換えられ得る。

本出願の全体を通して使用される、「シュラウド」という用語は、部分的に、または、全体的に、燃料棒バンドルを囲み得る様々な異なる設計を含み得る。例えば、複数の実施形態によると、「シュラウド」とは、穿孔された、または、スリット付きの、中実の十二角形のシュラウドであり得る。代替的に、「シュラウド」は、個々の帯もしくは覆うような細片、または、円筒殻（例えば、中実、またはスリットによる「透かし細工」）上の鋲を含み得る。更に、「シュラウド」という用語は、この記載から当業者にとって明らかである、他の同様の構造および設計を含み得る。

上述の実施形態は、本発明の構造および機能の原理を説明するべく提供されており、限定を意図するものでない。むしろ、本発明の原理は、以下の特許請求の範囲の思想にある、ありとあらゆる変更、修正、および／または、置き換えを含むことを意図している。
本明細書によれば、以下の各項目に記載の構成もまた開示される。
［項目１］
原子炉の炉心内で使用するための燃料集合体であって、
前記原子炉の内部炉心構造内に収まるように形成されたフレームと、
前記フレームによって燃料棒バンドルの状態で支持される、らせん状にねじれた複数の燃料要素であって、各々が核分裂性物質を含む、燃料要素と、
を有し、
前記燃料集合体の軸方向に垂直な断面で見たときに、前記燃料棒バンドルの複数の最外部燃料要素は、実質的に円形の外周を画定している、
燃料集合体。
［項目２］
前記フレームは、ＣＡＮＤＵ炉の圧力管内に収まるように形成されている、項目１に記載の燃料集合体。
［項目３］
前記複数の燃料要素の各々は、実質的に同一の外接円径を有する、項目１または２に記載の燃料集合体。
［項目４］
前記複数の燃料要素は、同心円状に配置されている、項目１から３のいずれか一項に記載の燃料集合体。
［項目５］
前記複数の燃料要素は、第１の長方形グリッドパターンおよび第２の三角形グリッドパターンを含む混合グリッドパターンに配置されている、項目４に記載の燃料集合体。
［項目６］
前記第１の長方形グリッドパターンおよび前記第２の三角形グリッドパターンは、少なくとも部分的に、交互に現れる、項目５に記載の燃料集合体。
［項目７］
前記複数の燃料要素のいくつかは、複数の隣接する燃料要素から、共通の中心線間距離だけ離れており、前記複数の燃料要素のいくつかの外接円径は、前記中心線間距離に等しい、項目１に記載の燃料集合体。
［項目８］
前記複数の燃料要素の各々は、複数のリブを含むマルチローブ形状である、項目１から４のいずれか一項に記載の燃料集合体。
［項目９］
前記複数のリブは、複数のらせん状リブを含む、項目８に記載の燃料集合体。
［項目１０］
複数の隣接する燃料要素の前記複数のリブは、前記複数の燃料要素の軸方向の長さにわたって互いに周期的に接触し、少なくとも部分的に、前記複数の燃料要素の間隔を互いに対して維持する、項目９に記載の燃料集合体。
［項目１１］
前記複数の燃料要素は、６１の燃料要素を含む、項目１から４のいずれか一項に記載の燃料集合体。
［項目１２］
前記複数の燃料要素は、複数の押出燃料要素を含む、項目１から４のいずれか一項に記載の燃料集合体。
［項目１３］
前記フレームは、前記燃料棒バンドルに外接する構造を含み、前記複数の燃料要素のすべては、前記構造内に配置される、項目１から４のいずれか一項に記載の燃料集合体。
［項目１４］
前記構造はシュラウドを含む、項目１３に記載の燃料集合体。
［項目１５］
前記燃料集合体の軸方向に垂直な断面で見たとき、前記シュラウドは、実質的に円形または十二角形を画定する断面を画定している、項目１４に記載の燃料集合体。
［項目１６］
前記燃料集合体の軸方向に垂直な断面で見たとき、前記燃料集合体は、前記燃料集合体に外接するチューブの内部断面積の約６４%より大きい面積を占める、項目１から４のいずれか一項に記載の燃料集合体。
［項目１７］
前記燃料集合体は、前記燃料集合体に外接する前記チューブの内部断面積の約８３％より大きい面積を占める、項目１６に記載の燃料集合体。
［項目１８］
前記燃料集合体は、前記燃料集合体に外接する前記チューブの内部断面積の約８３％から約９５％を占める、項目１６または１７に記載の燃料集合体。
［項目１９］
前記燃料集合体は、２０１４年以前に実際に使用されていた原子炉設計を有する従来の原子力発電所の従来の陸上原子炉において運転するべく熱力学的に設計され、物理的に形成されており、前記フレームは、前記原子炉のための従来の燃料集合体の代わりに前記陸上原子炉に収められるように形成されている、項目１から４のいずれか一項に記載の燃料集合体。
［項目２０］
前記従来の陸上原子炉は、ＣＡＮＤＵ炉である、項目１９に記載の燃料集合体。
［項目２１］
原子炉であって、
炉心と、
前記炉心内に配置された１つの燃料集合体または複数の燃料集合体と、
を備え、
前記燃料集合体は、
前記炉心内に収まるように形成されているフレームと、
前記フレームによって燃料棒バンドルの状態で支持され、各々が核分裂性物質を含む、らせん状にねじれた複数の燃料要素と、
を有し、
前記燃料集合体の軸方向に垂直な断面で見たときに、前記燃料棒バンドルの複数の最外部燃料要素は、実質的に円形の外周を画定している、原子炉。
［項目２２］
前記原子炉は、複数の圧力管を含むＣＡＮＤＵ炉であり、前記フレームは、前記複数の圧力管内に収まるように形成されている、項目２１に記載の原子炉。
［項目２３］
前記複数の燃料要素の各々は、実質的に同一の外接円径を有する、項目２１または２２に記載の原子炉。
［項目２４］
前記複数の燃料要素は、同心円状に配置されている、項目２１から２３のいずれか一項に記載の原子炉。
［項目２５］
前記複数の燃料要素は、第１の長方形グリッドパターンおよび第２の三角形グリッドパターンを含む混合グリッドパターンに配置されている、項目２４に記載の原子炉。
［項目２６］
前記原子炉は、２０１４年以前に実際に使用された、項目２１から２４のいずれか一項に記載の原子炉。
［項目２７］
前記第１の長方形グリッドパターンおよび前記第２の三角形グリッドパターンは少なくとも部分的に交互に現れる、項目２５に記載の原子炉。
［項目２８］
前記複数の燃料要素の各々は、複数のらせん状リブを含むマルチローブ形状を有する、項目２１から２３のいずれか一項に記載の原子炉。
［項目２９］
複数の隣接する燃料要素の前記複数のらせん状リブは、前記複数の燃料要素の軸方向の長さにわたって互いに周期的に接触し、少なくとも部分的に、互いに対して前記複数の燃料要素の間隔を維持する、項目２８に記載の原子炉。
［項目３０］
前記複数の燃料要素は、複数の押出燃料要素を含む、項目２１から２３のいずれか一項に記載の原子炉。
［項目３１］
前記フレームは、前記燃料棒バンドルに外接する構造を含み、前記複数の燃料要素のすべては、前記構造内に配置されている、項目２１から２３のいずれか一項に記載の原子炉。
［項目３２］
前記構造はシュラウドを含む、項目３１に記載の原子炉。
［項目３３］
前記燃料集合体の軸方向に垂直な断面から見たときに、前記シュラウドは、円形または十二角形を実質的に画定する断面を画定している、項目３２に記載の原子炉。

Claims (17)

1. 原子炉の内部炉心構造で使用するための燃料集合体であって、
   複数の燃料要素を備え、
   前記複数の燃料要素は、第１グリッドパターン及び前記第１グリッドパターンと異なる第２グリッドパターンを含む混合グリッドパターン内に配置され、
   前記複数の燃料要素のそれぞれは、縦中心線を含み、
   前記複数の燃料要素のサブセットの前記縦中心線は、隣接する複数の燃料要素の複数の前記縦中心線から共通の中心線間距離だけ離間し、前記サブセットの燃料要素のそれぞれの外接円径は、前記中心線間距離に等しい、
   燃料集合体。
2. 前記第１グリッドパターンの前記複数の燃料要素のそれぞれの前記縦中心線は、隣接する複数の燃料要素の前記縦中心線から前記共通の中心線間距離だけ離間し、前記第１グリッドパターンの前記複数の燃料要素のそれぞれの外接円径は、前記中心線間距離に等しい、請求項１に記載の燃料集合体。
3. 前記第２グリッドパターンの前記複数の燃料要素のそれぞれの前記縦中心線は、隣接する複数の燃料要素の前記縦中心線から前記共通の中心線間距離だけ離間し、前記第１グリッドパターンの前記複数の燃料要素のそれぞれの外接円径は、前記中心線間距離に等しい、請求項２に記載の燃料集合体。
4. 第１セットの複数の燃料要素とともに前記第１グリッドパターン内に位置する燃料要素は、第２セットの複数の燃料要素とともに前記第２グリッドパターン内に同時に位置する、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料集合体。
5. 前記第１グリッドパターン及び前記第２グリッドパターンは、互い違いになっている、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料集合体。
6. 前記第１グリッドパターン及び前記第２グリッドパターンは、前記燃料集合体の中心から外周までの任意の半径に沿って１対１ベースで互い違いになっている、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料集合体。
7. 前記複数の燃料要素は、同心円上に配置され、前記第１グリッドパターン及び前記第２グリッドパターンは、１又は複数の前記同心円に沿って互い違いになっている、請求項１に記載の燃料集合体。
8. 前記第１グリッドパターン及び前記第２グリッドパターンは、３対１ベースで１又は複数の前記同心円に沿って互い違いになっている、請求項７に記載の燃料集合体。
9. 前記第１グリッドパターンは、長方形グリッドパターン、等角グリッドパターン、平行四辺形グリッドパターン、三角形グリッドパターン、及び正三角形グリッドパターンのうちの１つである、請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料集合体。
10. 前記第１グリッドパターンは、長方形グリッドパターンであり、前記第２グリッドパターンは、三角形グリッドパターンである、請求項１から９のいずれか一項に記載の燃料集合体。
11. 前記混合グリッドパターンは、さらに、第３グリッドパターンを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の燃料集合体。
12. 前記複数の燃料要素は、４ローブ型燃料棒、ペレット円筒燃料棒、又は可燃性耐毒燃料棒である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の燃料集合体。
13. 前記複数の燃料要素は、螺旋状リブを含むマルチローブ形状を有する螺旋状にねじられた燃料要素である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の燃料集合体。
14. 前記複数の燃料要素は、さらに、前記複数の燃料要素に外接する外周を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の燃料集合体。
15. 前記外周は、シュラウドである、請求項１４に記載の燃料集合体。
16. 前記複数の燃料要素は、６１の燃料要素から構成され、前記外周は、前記６１の燃料要素に外接するシュラウドであり、前記シュラウドは、円又は十二角形の断面形状を有する、請求項１４に記載の燃料集合体。
17. 前記複数の燃料要素は、１９の燃料要素から構成され、前記外周は、前記１９の燃料要素に外接する円形状を有する、請求項１４に記載の燃料集合体。

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