JP2023072223A - 燃料集合体及び原子炉の炉心 - Google Patents

Abstract

【課題】マイナーアクチニドの燃焼効率を向上させ、ボイド反応度の増大を抑制できる燃料集合体を提供する。【解決手段】燃料集合体１は、燃料棒２及び３をラッパ管４内に配置する。燃料棒２は、内部にＵ－Ｐｕ－Ｚｒ合金の金属燃料を有する。燃料棒３は、内部にＵ－Ｐｕ－ＭＡ－Ｚｒ合金の金属燃料を有する。燃料棒３の外径は燃料棒２の外径よりも小さい。複数の燃料棒２はラッパ管４内で正三角形格子状に配置され、燃料棒３は隣接する３本の燃料棒２の相互間に配置される。燃料集合体１内の、Ｐｕ及びＭＡを含む燃料棒３の外径がＰｕを含みＭＡを含まない燃料棒２の外径よりも小さいので、燃料棒２内で発生した中性子が燃料棒３の中心まで到達するため、燃料棒３におけるＭＡの燃焼効率が向上する。また、燃料集合体１の横断面での冷却材通路の横断面積割合が小さいため、燃料集合体１における、ＭＡの含有に伴うボイド反応度の増加を抑制できる。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料集合体及び原子炉の炉心に係り、特に、マイナーアクチニド（ＭＡ）を含む燃料集合体、及びこの燃料集合体が装荷される原子炉の炉心に関する。

一般的に、高速増殖炉は、炉心が原子炉容器内に配置されており、冷却材である液体ナトリウムを原子炉容器内に充填している。その炉心に装荷される燃料集合体は、プルトニウムを富化した劣化ウラン（Ｕ－２３８）を封入した複数の燃料棒、束ねられた複数の燃料棒を取り囲むラッパ管、これらの燃料棒の下端部、及び燃料棒の下方に位置する中性子遮へい体を支持するエントランスノズル、及び燃料棒の上方に位置する冷却材流出部を有する。

高速増殖炉の炉心としては、例えば、内側炉心領域及びこの内側炉心領域を取り囲む外側炉心領域を有する炉心燃料領域、炉心燃料領域を取り囲むブランケット燃料領域及びブランケット領域を取り囲む遮へい体領域を有する炉心が存在する。標準的な均質炉心の場合、外側炉心領域に装荷される燃料集合体のＰｕ富化度は、内側炉心領域に装荷される燃料集合体のＰｕ富化度よりも高くなっている。この結果、炉心の半径方向における出力分布が平坦化される。

燃料集合体の各燃料棒に収納される核燃料物質の形態としては、金属燃料、窒化物燃料及び酸化物燃料がある。これらのうち、酸化物燃料が最も実績が豊富である。

Ｐｕ及び劣化ウランのそれぞれの酸化物を混合した混合酸化物燃料、すなわち、ＭＯＸ燃料のペレットが、燃料棒内で軸方向の中央部において８０～１００ｃｍ程度の高さに充填される。さらに、燃料棒内には、劣化ウランで作られた複数の二酸化ウランペレットを充填した軸方向ブランケット領域が、ＭＯＸ燃料の充填領域の上方及び下方にそれぞれ配置されている。内側炉心領域に装荷される内側炉心燃料集合体及び外側炉心領域に装荷される外側炉心燃料集合体は、上記のように、ＭＯＸ燃料の複数のペレットを充填した複数の燃料棒を有する。外側炉心燃料集合体のＰｕ富化度は、内側炉心燃料集合体のそれよりも高くなっている。

炉心燃料領域を取り囲むブランケット燃料領域には、劣化ウランで作られた複数の二酸化ウランペレットを充填した複数の燃料棒を有するブランケット燃料集合体が装荷される。炉心燃料領域に装荷された燃料集合体内で生じる核分裂反応で発生した中性子のうち、炉心燃料領域から漏れた中性子が、ブランケット燃料領域に装荷されたブランケット燃料集合体の各燃料棒内のＵ－２３８に吸収される。この結果、ブランケット燃料集合体の各燃料棒内で核分裂性核種であるＰｕ－２３９が新たに生成される。

また、高速増殖炉の起動時、停止時及び原子炉出力の調節時には、制御棒が用いられる。制御棒は、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）ペレットをステンレス製の被覆管に封入した複数の中性子吸収棒を有し、これらの中性子吸収棒を、内側炉心燃料集合体及び外側炉心燃料集合体と同様に、横断面が正六角形をしたラッパ管に収納されて構成される。制御棒は、主炉停止系及び後備炉停止系の独立した２系統の構成となっており、主炉停止系及び後備炉停止系のいずれか一方のみで高速増殖炉の緊急停止が可能になる。

原子炉で発生する使用済燃料集合体に含まれる使用済核燃料を再処理することにより、核燃料として再利用可能なプルトニウム（Ｐｕ）及びウラン（Ｕ）が回収される。プルトニウム及びウランの回収の際に発生する高レベル放射性廃棄物（ＨＬＲＷ）には、放射能の高い核分裂生成物（ＦＰ）及び寿命が長いマイナーアクチニド（ＭＡ）が含まれる。我が国におけるＨＬＲＷの処分方針では、ガラス固化したＨＬＲＷを深地層に処分することになっている。ＨＬＲＷのガラス固化体は３００メートル以上の深さの地下で安定に埋設されるため、長期間に渡って、一般公衆の安全性が確保される。しかしながら、主に上記したＭＡの存在によって、有害度が、低減して天然ウランレベルまで減衰するには１万年程度の期間を要する。このＭＡを先進的な再処理によって回収し、回収したＭＡを、原子炉で用いられる核燃料に含有させて燃焼することによって、ＨＬＲＷの有害度が天然ウランレベルまで減衰する期間を数百年程度に短縮することによって、使用済核燃料の有害度を低減させる分離変換研究が、世界各国で行われてきた。

特許第２６６８６４６号公報は、ＭＡを高速炉で燃焼させる方法を記載している。特許第２６６８６４６号公報に記載された高速炉の炉心に、プルトニウムを含みＭＡを含まない核燃料物質を充填した複数の第１燃料棒を配置した通常の燃料集合体、及びプルトニウム及びＭＡを含む核燃料物質を充填し、第１燃料棒よりも外径が小さい第２燃料棒を配置したターゲット燃料集合体を分散させて装荷している。ターゲット燃料集合体内の、細径の全ての第２燃料棒が、プルトニウム及びＭＡを充填している。

特開２０１６－８８９０号公報の図１に記載された燃料集合体（高速炉の炉心に装荷）では、横断面が正六角形の筒状の隔壁が燃料集合体の横断面において中央部に配置されており、その横断面が隔壁によって中心領域及び中心領域を取り囲む環状領域に分割されている。隔壁の上端及び下端は解放されている。中心領域に配置された第１燃料棒は、核燃料物質として、劣化ウラン及びＰｕのそれぞれの酸化物を含む混合酸化物燃料を密封された被覆管内に充填している。環状領域に配置された第２燃料棒は、核燃料物質として、劣化ウラン及びＭＡを密封された被覆管内に充填している。第１燃料棒及び第２燃料棒のそれぞれの外径は、同じである。図８に示された燃料集合体（高速炉の炉心に装荷）でも、図１に示されたそれと同様に、劣化ウラン及びＰｕが充填された第１燃料棒が中心領域に配置され、劣化ウラン及びＭＡが充填された第２燃料棒が環状領域に配置されている。図８に示された燃料集合体では、第２燃料棒の外径が第１燃料棒のそれよりも大きくなっている。

また、特開２０１６－８８９０号公報の図２には、高速炉の炉心に装荷される燃料集合体の構造が記載されている。この燃料集合体は、エントランスノズルをラッパ管の下端部に接続しており、上記した隔壁をラッパ管内に配置して隔壁の下端部をエントランスノズルに取り付けた支持部材に取り付けている。中心領域に配置された第１燃料棒及び環状領域に配置された第２燃料棒のそれぞれの下端部は、その支持部材によって支持される。

他方、Ｐｕを含む核燃料物質を有する複数の燃料棒が配置された炉心燃料集合体内の全ての燃料棒内の各燃料物質にＭＡを含有させることが、K. FUJIMURA, et al., “Actinide-Burning Ultralong-Life FBR Concepts,” Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles, VOLUME IV, P5.16-1～10, October 28-November 1, 1991に記載されている。

特許第２６６８６４６号公報 特開２０１６－８８９０号公報

K. FUJIMURA, et al., "Actinide-Burning Ultralong-Life FBR Concepts," Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles, VOLUME IV, P5.16-1～10, October 28-November 1, 1991.

特許第２６６８６４６号公報において、ターゲット燃料集合体の第２燃料棒の外径を通常の燃料集合体の第１燃料棒のそれよりも小さくするのは、ＭＡの融点がＰｕのそれよりも低いため、第２燃料棒の中心の燃料温度を低くして第２燃料棒におけるＭＡを含む核燃料物質の溶融を回避するためである。

特許第２６６８６４６号公報に記載された高速炉の炉心には、劣化ウラン及びＰｕの混合酸化物燃料が充填された複数の燃料棒が配置された複数の通常の燃料集合体、及び劣化ウラン及びＰｕが充填された第１燃料棒が中心領域に配置され、劣化ウラン及びＭＡが充填された第２燃料棒が環状領域に配置された複数のターゲット燃料集合体が装荷される。このような高速炉の炉心では、通常の燃料集合体内のＰｕの核分裂で発生した中性子が、通常の燃料集合体に隣接して配置されたターゲット燃料集合体に入射され、この中性子によって、ターゲット燃料集合体内の第２燃料棒に含まれるＭＡの核分裂が生じる。このため、周囲の通常の燃料集合体内で発生した中性子がターゲット燃料集合体の中心に向かって移動するが、中性子束（個／ｃｍ^２／ｓ）は、ターゲット燃料集合体の中心に近くなる程、低下し、ターゲット燃料集合体におけるＭＡの核分裂が抑制されてそのＭＡの燃焼効率が低下する。

K. FUJIMURA, et al., “Actinide-Burning Ultralong-Life FBR Concepts,” Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles, VOLUME IV, P5.16-1～10, October 28-November 1, 1991に記載されているように、高速炉の炉心に装荷される燃料集合体内に配置される燃料棒に含まれるＭＡは、その燃料棒内の核燃料物質の主要な成分である劣化ウラン（Ｕ－２３８が主成分）と比べて、中性子吸収断面積が数倍大きく、ＭＡを含有する燃料棒の表面での中性子の吸収割合が大きくなる。このため、燃料棒の中心付近の中性子束が低下したり、ＭＡを含む燃料棒が配置された燃料集合体の中心での中性子束が低下し、所謂、自己遮蔽効果が大きくなる。また、上記のK. FUJIMURA, et al.の文献に記載されているように、高速炉の炉心に装荷される燃料集合体内の核燃料物質へのＭＡの添加は、冷却材の流量喪失とスクラム失敗の重畳を想定した過渡事象であるＵＬＯＦ（Unticipated Loss of Flow）において、反応度が増加して原子炉出力が増大する要因となるボイド反応度の増加をもたらす。

以上に述べたように、ＭＡを燃焼させるために高速炉の炉心に装荷される燃料集合体内の核燃料物質にＭＡを含有させる場合には、燃料集合体内のＭＡの燃焼効率の低下、及びボイド反応度の増加と言った課題が発生する。

本発明の目的は、マイナーアクチニドの燃焼効率を向上させ、ボイド反応度の増大を抑制することができる燃料集合体及び原子炉の炉心を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、マイナーアクチニドを含まない第１核燃料物質を有する複数の第１燃料棒を有し、そのマイナーアクチニドを含む第２核燃料物質を有する複数の第２燃料棒を有し、その第２燃料棒の外径がその第１燃料棒の外径よりも小さくなっていることにある。

その第２燃料棒の外径がその第１燃料棒の外径よりも小さくなっているため、第１燃料棒内で発生した中性子が第２燃料棒の中心まで到達するため、第２燃料棒内のマイナーアクチニドが核分裂しやすくなる。このため、第２燃料棒におけるマイナーアクチニドの燃焼効率が向上する。さらに、燃料集合体内に第１燃料棒と共に外径が第１燃料棒よりも小さい第２燃料棒を配置しているので、燃料集合体の横断面での冷却材通路の横断面積割合が小さくなっている。このため、燃料集合体における、マイナーアクチニドの存在に伴うボイド反応度の増加を抑制することができる。

好ましくは、第１核燃料物資及び第２核燃料物質は、金属燃料及び酸化物燃料のいずれかであることが望ましい。

本発明によれば、マイナーアクチニドの燃焼効率を向上させ、ボイド反応度の増大を抑制することができる。

本発明の好適な一実施例である、高速炉で用いられる実施例１の燃料集合体の横断面図である。 図１に示される実施例１の燃料集合体の縦断面図である。 実施例１の燃料集合体が装荷される、高速炉の炉心の縦断面図である。 図３に示される高速炉の炉心のIV－IV断面図である。 図４に示された炉心燃料領域に装荷された、実施例１における複数の燃料集合体の配置の拡大図である。 図３及び図４のそれぞれに示される高速炉の炉心内の内部ブランケット領域に装荷される内部ブランケット燃料集合体の横断面図である。 本発明の好適な他の実施例である、高速炉で用いられる実施例２の燃料集合体の横断面図である。 図７に示された実施例２の燃料集合体の縦断面図である。 実施例２の燃料集合体が装荷される、高速炉の炉心の縦断面図である。 図９に示される高速炉の炉心のIX－IX断面図である。 本発明の好適な他の実施例である、高速炉で用いられる実施例３の燃料集合体の横断面図である。 本発明の好適な他の実施例である、高速炉で用いられる実施例４の燃料集合体の横断面図である。 本発明の好適な他の実施例である、高速炉で用いられる実施例５の燃料集合体の横断面図である。 本発明の好適な他の実施例である、高速炉で用いられる実施例６の燃料集合体の横断面図である。 本発明の好適な他の実施例である、沸騰水型原子炉で用いられる実施例７の燃料集合体の横断面図である。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である、高速炉で用いられる実施例１の燃料集合体を、図１及び図２に基づいて説明する。さらに、実施例１の高速炉の炉心を、図３～図６に基づいて説明する。本実施例が適用される高速炉は、中性子スペクトルが硬く、マイナーアクチニド（ＭＡ）の核変換及び燃焼性能が高いナトリウム冷却高速炉（例えば、高速増殖炉）である。

高速炉の炉心には、本実施例の、図１及び図２に示される燃料集合体１が装荷される。この燃料集合体１は、横断面が正六角形の筒であるステンレス鋼製のラッパ管（筒状体）４内に、複数の燃料棒２及び複数の燃料棒３を配置している。その燃料集合体１は、特開２０１６－８８９０号公報の図２に記載されているように、複数の燃料棒、ラッパ管およびエントランスノズルを有している。本実施例の燃料集合体１は、特開２０１６－８８９０号公報のように、隔壁を有してはいない。ラッパ管４の下端部はエントランスノズル（図示せず）の上端部に取り付けられている。燃料集合体１では、複数の燃料棒２及び複数の燃料棒３がラッパ管４内に配置される。

燃料棒２は、被覆管６の上端部が上部端栓１０によって封鎖され、被覆管６の下端部が下部端栓１１によって封鎖されている。このように密封された被覆管６内には、核燃料物質である、Ｕ－Ｐｕ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在し、この金属燃料の上方にブランケット燃料である、Ｕ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在し、Ｕ－Ｐｕ－Ｚｒ合金の金属燃料の下方にブランケット燃料である、Ｕ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する。燃料棒２の被覆管６内には、下部端栓１１から上方に向かって、Ｕ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する下部ブランケット領域９、Ｕ－Ｐｕ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する炉心燃料領域７及びＵ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する上部ブランケット領域８が存在する。燃料棒２にはＭＡが含まれていない。燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの燃料集合体１の燃料棒２におけるＵ－Ｐｕ－Ｚｒ合金のＰｕ富化度は、１３．０ｗｔ％～２５．０ｗｔ％（１３．０ｗｔ％以上２５．０ｗｔ％以下）の範囲内にあり、例えば、２３．５ｗｔ％である。

燃料棒３は、被覆管６Ａの上端部が上部端栓１０Ａによって封鎖され、被覆管６Ａの下端部が下部端栓１１Ａによって封鎖されている。このように密封された被覆管６Ａ内には、核燃料物質である、Ｕ－Ｐｕ－ＭＡ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在し、この金属燃料の上方にブランケット燃料である、Ｕ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在し、Ｕ－Ｐｕ－ＭＡ－Ｚｒ合金の金属燃料の下方にブランケット燃料である、Ｕ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する。燃料棒３の被覆管６Ａ内には、下部端栓１１から上方に向かって、Ｕ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する下部ブランケット領域９Ａ、Ｕ－Ｐｕ－ＭＡ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する炉心燃料領域１４及びＵ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する上部ブランケット領域８Ａが存在する。燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの燃料集合体１の燃料棒３におけるＵ－Ｐｕ－ＭＡ－Ｚｒ合金のＰｕ富化度も、１３．０ｗｔ％～２５．０ｗｔ％（１３．０ｗｔ％以上２５．０ｗｔ％以下）の範囲内にあり、例えば、２３．５ｗｔ％である。また、Ｕ－Ｐｕ－ＭＡ－Ｚｒ合金のＭＡ富化度は、３．７ｗｔ％～１２．５ｗｔ％（３．７ｗｔ％以上１２．５ｗｔ％以下）の範囲内にあり、例えば、５．０ｗｔ％である。

ここで、ＭＡは、具体的には、Ｎｐ、Ａｍ、Ｃｍ等の同位体であり、主要な核種は、Ｎｐ－２３７、Ａｍ－２４１、Ａｍ－２４２ｍ、Ｃｍ－２４３、Ｃｍ－２４４及びＣｍ－２４５である。

Ｕ－Ｐｕ－Ｚｒ合金、Ｕ－Ｐｕ－ＭＡ－Ｚｒ合金及びＵ－Ｚｒ合金のそれぞれの金属燃料の形状は、中実の円柱状となっている。

燃料棒２の外径は７．３６ｍｍである。燃料集合体１の横断面において、燃料棒２は、ラッパ管４内で正三角形格子状に配置されている（図１参照）。燃料棒３の外径は２．２１ｍｍである。燃料集合体１の横断面において、燃料棒３は、隣接する３本の燃料棒２の相互間に１本ずつ配置され、それらの燃料棒２の全てに隣接している。このため、６本の燃料棒３が、１本の燃料棒２の周囲にこの燃料棒２を取り囲むように配置され、その１本の燃料棒２に隣接している。１体の燃料集合体１において、燃料棒２の本数は２７１本であり、燃料棒３の本数は３７８本である。燃料棒２及び３の合計の本数は６４９本である。燃料棒２及び３のそれぞれの下端部は、エントランスノズルの上端部に設けられた支持部材（図示せず）によって支持される。この支持部材には、エントランスノズル内からラッパ管４内へ冷却材である液体ナトリウムを導く多数の孔部（貫通孔）が設けられている。

ワイヤースペーサ（図示せず）が燃料棒３の外面に巻き付けられている。燃料棒３の外面に巻き付けられたワイヤースペーサは、燃料棒３に隣接している燃料棒２の外面にも接触される。隣接する燃料棒３と燃料棒２との相互の間隔は、ワイヤースペーサによって保持される。冷却材通路５（図１及び図２参照）が、隣接している燃料棒３と燃料棒２との間、及び隣接している燃料棒相互間に形成される。ワイヤースペーサは、燃料棒３の外面ではなく燃料棒２の外面に巻き付けてもよい。このように、ワイヤースペーサは燃料棒２及び３のそれぞれの外面のいずれかに巻き付けられる。

表１では、本実施例の燃料集合体１及び従来の燃料集合体の仕様を比較している。燃料集合体１及び従来の燃料集合体のそれぞれが、別々の炉心に装荷されているとき、燃料集合体１の炉心内でのピッチと従来の燃料集合体の炉心内でのピッチは、同じであり、１６１．４２ｍｍである。本実施例の燃料集合体１における燃料棒２の外径及び本数、及び燃料棒３の外径及び本数は、前述した通りである。従来の燃料集合体は、燃料棒３を有していなく、燃料棒３の外径よりも大きな外径を有する燃料棒２を備えている。従来の燃料集合体の燃料棒２の外径は７．４４ｍｍであり、その燃料棒２の本数は燃料集合体１と同じ２７１本である。

被覆管内における、核燃料物質の横断面積割合は、従来の燃料集合体では３７．３％であるが、燃料集合体１では４１．５％であり従来の燃料集合体よりも大きくなっている（表１参照）。ここで、被覆管内における、核燃料物質の横断面積割合について説明する。燃料集合体１及び従来の燃料集合体が炉心に装荷されているとき、隣接している燃料集合体１の相互間及び隣接している従来の燃料集合体の相互間には、それぞれ、冷却材領域が存在する。燃料集合体１の場合を図５に基づいて、具体的に説明する。図５は、高速炉の炉心１５内の、図４に示された炉心燃料領域１６の横断面の一部を拡大している。炉心燃料領域１６では、装荷された複数の燃料集合体１が隣接して配置されており、隣接する燃料集合体１の相互間には冷却材領域３２が形成されている。冷却材領域３２には、燃料集合体１内に供給される冷却材、例えば、液体ナトリウムが存在する。燃料集合体１の相互間の冷却材領域３２の幅をＨ（図５参照）とする。冷却材領域３２の幅Ｈの１／２（Ｈ／２）を、ラッパ管４の、正六角形に配置された各外面に加えることにより、一点鎖線で示される正六角形３３が形成される。前述した被覆管内における、核燃料物質の横断面積割合は、正六角形３３が占める面積に対する、被覆管内における核燃料物質の横断面積の割合である。

従来の燃料集合体におけるその核燃料物質の横断面積割合を「１」としたとき、燃料集合体１におけるその核燃料物質の横断面積割合は「１．１」となる。すなわち、燃料集合体１における、核燃料物質の横断面積割合は、従来の燃料集合体のそれよりも１０％多くなる。これは、燃料集合体１における核燃料物質の重量が従来の燃料集合体のそれよりも１０％増えることを意味している。

また、燃料集合体のラッパ管４の内面よりも内側における、燃料集合体の横断面での冷却材通路の横断面積割合は、従来の燃料集合体では３６．６％であるが、燃料集合体１では３３．１％であり従来の燃料集合体よりも小さくなっている。前述したラッパ管４の内面よりも内側における、燃料集合体の横断面での冷却材通路の横断面積割合は、正六角形３３が占める面積に対する、ラッパ管４の内面よりも内側における、燃料集合体の横断面での冷却材通路の横断面積の割合である。従来の燃料集合体におけるその冷却材通路の横断面積割合を「１」としたとき、燃料集合体１におけるその冷却材通路の横断面積割合は「０．９０」となる。すなわち、燃料集合体１における、冷却材通路の横断面積割合は、従来の燃料集合体のそれよりも１０％小さくなり、燃料集合体１における冷却材の量が従来の燃料集合体のそれよりも減少するのである。

中性子の照射に伴う金属燃料のスエリングを吸収するため、燃料棒２において、Ｕ－Ｐｕ－Ｚｒ合金である金属燃料の横断面積は、被覆管６内側の横断面積の７５％である。金属燃料の理論密度は１００％ＴＤであるので、スミヤ密度は７５％となる。燃料集合体１内の燃料棒２では、ボンドナトリウム１２が、被覆管６の内面と被覆管６内に存在する金属燃料（Ｕ－Ｐｕ－Ｚｒ合金及びＵ－Ｚｒ合金）の外面との間に形成される間隙に充填される。このボンドナトリウム１２の液面は、上部ブランケット領域８の上端よりも上方の位置に存在する。ボンドナトリウム１２の充填によって、金属燃料であるＵ－Ｐｕ－Ｚｒ合金及びＵ－Ｚｒ合金のそれぞれと被覆管６との間のギャップコンダクタンスが小さく保持される。すなわち、Ｕ－Ｐｕ－Ｚｒ合金及びＵ－Ｚｒ合金のそれぞれと被覆管６との間の熱伝導が大きくなり、Ｕ－Ｐｕ－Ｚｒ合金及びＵ－Ｚｒ合金のそれぞれの冷却が促進される。被覆管６内において、ボンドナトリウム１２の液面の上方には、核分裂生成ガスを溜めるガスプレナム１３が形成される。

燃料棒３でも、ボンドナトリウム１２Ａが、被覆管６Ａ内において、被覆管６Ａの内面と被覆管６Ａ内に存在する金属燃料（Ｕ－Ｐｕ－Ｚｒ合金及びＵ－Ｚｒ合金）の外面との間に形成される間隙に充填される。このボンドナトリウム１２Ａの液面は、被覆管６Ａ内において、上部ブランケット領域８Ａの上端よりも上方の位置に形成される。ボンドナトリウム１２Ａの液面よりも上方において、被覆管６Ａ内にガスプレナム１３が形成される。燃料要素がＵ－Ｐｕ－ＭＡ－Ｚｒ合金である点が異なる。燃料のスミヤ密度は７５％である。

図４に示された炉心１５は、燃料集合体１が装荷された炉心燃料領域１６、炉心燃料領域１６を取り囲み、ブランケット燃料集合体２５が装荷された径方向ブランケット領域１８、及び複数の遮へい体集合体２６が配置された遮へい体領域１９を有する。径方向ブランケット領域１８に配置されたブランケット燃料集合体２５に含まれるブランケット燃料棒（図示せず）は、金属燃料であるＵ－Ｚｒ合金を有している。

炉心燃料領域１６には、複数の内部ブランケット燃料集合体２２が装荷された環状の内部ブランケット領域２１が形成される。炉心１５は、内部ブランケット燃料集合体２２を環状に配置した内部ブランケット領域２１を有する径方向非均質炉心である。

内部ブランケット燃料集合体２２の詳細構造を、図６を用いて説明する。内部ブランケット燃料集合体２２は、被覆管内にＵ－Ｚｒ合金の金属燃料２４を配置した複数のブランケット燃料棒２３を有する。Ｕ－Ｚｒ合金のＵは劣化ウランである。複数のブランケット燃料棒２３は、内部ブランケット燃料集合体２２のラッパ管４内に配置される。複数のブランケット燃料棒２３の各下端部は、燃料集合体１内の燃料棒２及び３のそれぞれの下端部と同様に、ラッパ管４の下端部に接続されるエントランスノズル（図示せず）の上端部に設けられた支持部材（図示せず）によって支持される。ブランケット燃料棒２３の相互間には、冷却材通路５が形成される。

本実施例における燃料集合体１内の燃料棒２及び３それぞれは、核燃料物質として金属燃料を用いているが、金属燃料の替りに、実施例２における内側炉心燃料集合体１Ａ及び外側炉心燃料集合体１Ｂのそれぞれにおいて用いられる酸化物燃料、例えば、混合酸化物燃料を用いてもよい。

炉心１５は、図３に示すように、径方向ブランケット領域１８の内側に配置された、炉心燃料領域１６の上方に形成された上部ブランケット領域２７及び炉心燃料領域１６の下方に形成された下部ブランケット領域２８のそれぞれを有する。燃料集合体１内の各燃料棒２における上部ブランケット領域８及び各燃料棒３における上部ブランケット領域８Ａが、上部ブランケット領域２７を形成する。燃料集合体１内の各燃料棒２における下部ブランケット領域９及び各燃料棒３における下部ブランケット領域９Ａが、下部ブランケット領域２８を形成する。炉心燃料領域１６には、原子炉出力を制御する複数の制御棒集合体３４が配置される。

或る運転サイクルでの高速炉の運転開始前において、燃焼度が０ＧＷｄ／ｔである複数の燃料集合体１、既に１つの運転サイクルでの運転を経験した複数の燃料集合体、及び既に２つの運転サイクルでの運転を経験した複数の燃料集合体等が、高速炉の原子炉容器（図示せず）内の炉心１５内に装荷されている。高速炉では、前の運転サイクルにおける高速炉の運転が終了した後で且つ上記の運転開始前の、高速炉の運転が停止している期間において、燃料交換作業が行われる。この燃料交換作業では、高速炉の炉心から複数の使用済燃料集合体が取り出され、新しい燃料集合体１、すなわち、燃焼度が０ＧＷｄ／ｔである複数の燃料集合体１が炉心１５に装荷される。燃料交換作業等の必要な作業が終了した後、前述した、高速炉の運転が開始される。

その高速炉の電気出力は７５万ｋＷｅで、連続運転期間は１９ヶ月、燃料取替バッチ数は３で、炉心燃料領域１６に装荷された燃料集合体１の取出し平均燃焼度は約１００ＧＷｄ／ｔである。図３に示された炉心１５が、高速炉の原子炉容器内に配置される。冷却材である液体ナトリウムが、その原子炉容器内に存在する。液体ナトリウムは、エントランスノズルの下端部に設けられた複数の孔部からエントランスノズル内に流入し、ラッパ管４内を上昇する。液体ナトリウムは、ラッパ管内では、冷却材通路５内を上昇し、燃料棒２及び３のそれぞれの被覆管の外面と接触し、燃料棒２及び３内で発生する熱を除去する。この熱の除去により加熱された液体ナトリウムは、ラッパ管４の上端から燃料集合体１の外部に流出する。

本実施例によれば、燃料集合体１内に配置された、Ｐｕ及びＭＡを含む燃料棒３の外径がＰｕを含みＭＡを含まない燃料棒２の外径よりも小さいので、燃料棒２内で発生した中性子が燃料棒３の中心まで到達するため、燃料棒３内のＭＡは核分裂しやすくなる。このため、燃料棒３におけるＭＡの燃焼効率が向上する。

本実施例では、燃料集合体１の横断面において、隣接する燃料棒２の相互間に、具体的には、隣接する３本の燃料棒２毎に、その３本の燃料棒２の相互間に、ＭＡを含み外径が小さい１本の燃料棒３を配置しているため、燃料集合体１の横断面での冷却材通路の横断面積割合が、従来の燃料集合体におけるそれよりも１０％小さくなっている。このため、燃料集合体１における、ＭＡの存在に伴うボイド反応度の増加を抑制することができる。

さらに、ＭＡを含まない燃料棒２以外に燃料棒２よりも直径が小さくてＭＡを含む燃料棒３を配置している燃料集合体１の被覆管内における、核燃料物質の横断面積割合が、従来の燃料集合体のそれよりも１０％多くなっている。このため、燃料集合体１の核燃料物質の重量が、従来の燃料集合体のそれよりも１０％増加しているため、同じ取出平均燃焼度に対して、燃料集合体１を炉心に装荷した高速炉の連続運転期間を１０％伸ばすことができ、高速炉の稼働率が向上する。

本発明の好適な他の実施例である、高速炉で用いられる実施例２の燃料集合体を、図７及び図８に基づいて説明する。さらに、実施例２の高速炉の炉心を、図９及び図１０に基づいて説明する。燃料集合体は、各燃料棒の被覆管内に、金属燃料棒ではなく、混合酸化物燃料を充填している。

高速炉の炉心１５Ａの内側炉心燃料領域１６Ａに装荷される内側炉心燃料集合体（第１燃料集合体）１Ａ、及び外側炉心燃料領域１６Ｂに装荷される外側炉心燃料集合体（第２燃料集合体）１Ｂを、図７及び図８を用いて説明する。内側炉心燃料集合体１Ａは、横断面が正六角形の筒であるステンレス鋼製のラッパ管４内に、複数の燃料棒２Ａ及び複数の燃料棒３Ａを配置している。燃料棒２Ａの外径は７．３６ｍｍであり、燃料棒３Ａの外径は、燃料棒２Ａの外径よりも小さく、２．２１ｍｍである。

燃料棒２Ａは、被覆管６の上端部が上部端栓１０Ｂによって封鎖され、被覆管６の下端部が下部端栓１１Ｂによって封鎖されている。このように密封された被覆管６内には、核燃料物質である、Ｕ及びＰｕの混合酸化物燃料（ＵＯ_２及びＰｕＯ_２を含む）の複数のペレットが存在し、これらのペレットの上方にブランケット燃料である劣化ウランの酸化物（ＵＯ_２）の複数のペレットが存在し、前述の混合酸化物燃料の複数のペレットの下方にもブランケット燃料である劣化ウランの酸化物（ＵＯ_２）の複数のペレットが存在する。燃料棒２Ａの被覆管６内には、下部端栓１１Ｂから上方に向かって、ＵＯ_２の複数のペレットが存在する下部ブランケット領域９Ｂ、Ｕ及びＰｕの混合酸化物燃料の複数のペレットが存在する炉心燃料領域７Ａ及びＵＯ_２の複数のペレットが存在する上部ブランケット領域８Ｂが存在する。燃料棒２ＡにはＭＡが含まれていない。燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの内側炉心燃料集合体１Ａの燃料棒２Ａにおける混合酸化物燃料のペレットのＰｕ富化度は、１３．０ｗｔ％～２６．７ｗｔ％（１３．０ｗｔ％以上２６．７ｗｔ％以下）の範囲内にあり、例えば、２３．５ｗｔ％である。

燃料棒３Ａは、被覆管６Ａの上端部が上部端栓１０Ｃによって封鎖され、被覆管６Ａの下端部が下部端栓１１Ａによって封鎖されている。このように密封された被覆管６Ａ内には、核燃料物質である、Ｕ，Ｐｕ及びＭＡの混合酸化物燃料（ＵＯ_Ｘ，ＰｕＯ_Ｘ及びＭＡＯ_Ｘを含む）の複数のペレットが存在し、この混合酸化物燃料の上方にブランケット燃料である、劣化ウランの酸化物（ＵＯ_２）の複数のペレットが存在し、この混合酸化物燃料の下方にもブランケット燃料である、劣化ウランの酸化物（ＵＯ_２）の複数のペレットが存在する。燃料棒３Ａの被覆管６Ａ内には、下部端栓１１Ｃから上方に向かって、劣化ウランの酸化物（ＵＯ_２）の複数のペレットが存在する下部ブランケット領域９Ｃ、Ｕ，Ｐｕ及びＭＡの混合酸化物燃料の複数のペレットが存在する炉心燃料領域１４Ａ及び劣化ウランの酸化物（ＵＯ_２）の複数のペレットが存在する上部ブランケット領域８Ａが存在する。燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの内側炉心燃料集合体１Ａの燃料棒３ＡにおけるＵ，Ｐｕ及びＭＡの混合酸化物燃料のＰｕ富化度も、１３．０ｗｔ％～２６．７ｗｔ％（１３．０ｗｔ％以上２６．７ｗｔ％以下）の範囲内にあり、例えば、２３．５ｗｔ％である。また、Ｕ，Ｐｕ及びＭＡの混合酸化物燃料のＭＡ富化度は、３．７ｗｔ％～１２．５ｗｔ％（３．７ｗｔ％以上１２．５ｗｔ％以下）の範囲内にあり、例えば、５．０ｗｔ％である。

保持部材３２Ａが、燃料棒２Ａの被覆管６内で、下部ブランケット領域９Ｂの下方に配置されて被覆管６に取り付けられている。保持部材３２Ａは、下部ブランケット領域９Ｂ内で最下位の位置に配置されているペレットの下端を保持している。被覆管６内では、保持部材３２Ａの下方にガスプレナム１３Ａが形成される。保持部材３２Ａには貫通した孔部が形成されており、この孔部によって、保持部材３２Ａの上方における複数のペレットの外面と被覆管６の内面に形成されるギャップとガスプレナム１３Ａが連通される。保持部材３２Ｂが、燃料棒３Ａの被覆管６Ａ内で、下部ブランケット領域９Ｃの下方に配置されて被覆管６Ａに取り付けられている。保持部材３２Ｂは、下部ブランケット領域９Ｃ内で最下位の位置に配置されているペレットの下端を保持している。被覆管６Ａ内では、保持部材３２Ｂの下方にガスプレナム１３Ｂが形成される。保持部材３２Ｂにも貫通した孔部が形成されており、この孔部によって、保持部材３２Ｂの上方における複数のペレットの外面と被覆管６Ａの内面に形成されるギャップとガスプレナム１３Ｂが連通される。

内側炉心燃料集合体１Ａの横断面において、燃料棒３Ａは、隣接する３本の燃料棒２Ａの相互間に１本ずつ配置され、それらの燃料棒２Ａの全てに隣接している。このため、６本の燃料棒３Ａが、１本の燃料棒２Ａの周囲にこの燃料棒２Ａを取り囲むように配置され、その１本の燃料棒２Ａに隣接している。１体の内側炉心燃料集合体１Ａにおいて、燃料棒２Ａの本数は２７１本であり、燃料棒３Ａの本数は３７８本である。燃料棒２Ａ及び３Ａの合計本数は６４９本である。燃料棒２Ａ及び３Ａのそれぞれの下端部は、エントランスノズルの上端部に設けられた支持部材（図示せず）によって支持される。この支持部材には、エントランスノズル内からラッパ管４内へ冷却材である液体ナトリウムを導く多数の孔部（貫通孔）が設けられている。

ワイヤースペーサ（図示せず）が燃料棒２Ａ及び３Ａのいずれかの外面に巻き付けられている。巻き付けられたそのワイヤースペーサによって、隣接する燃料棒３Ａと燃料棒２Ａとの相互の間隔が保持され、隣接する燃料棒３Ａと燃料棒２Ａとの相互に冷却材通路５が形成される。

外側炉心燃料集合体１Ｂは、図７及び図８に示すように、横断面が正六角形の筒であるステンレス鋼製のラッパ管４内に、複数の燃料棒２Ｂ及び複数の燃料棒３Ｂを配置している。燃料棒２Ｂの外径は７．３６ｍｍであり、燃料棒３Ｂの外径は、燃料棒２Ｂの外径よりも小さく、２．２１ｍｍである。

燃料棒２Ｂの、上端部が上部端栓１０Ｂで封鎖され、下端部が下部端栓１１Ｂで封鎖された被覆管６内には、前述の燃料棒２Ａと同様に、核燃料物質である、Ｕ及びＰｕの混合酸化物燃料（ＵＯ_２及びＰｕＯ_２を含む）の複数のペレットが存在し、その混合酸化物燃料の上方及び下方のそれぞれにブランケット燃料である劣化ウランの酸化物（ＵＯ_２）の複数のペレットが存在する。燃料棒２Ｂの被覆管６内には、下部端栓１１Ｂから上方に向かって、劣化ウランの酸化物（ＵＯ_２）の複数のペレットが存在する下部ブランケット領域９Ｂ、Ｕ及びＰｕの混合酸化物燃料の複数のペレットが存在する炉心燃料領域７Ｂ及び劣化ウランの酸化物（ＵＯ_２）の複数のペレットが存在する上部ブランケット領域８Ｂが存在する。燃料棒２ＢにはＭＡが含まれていない。燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの外側炉心燃料集合体１Ｂの燃料棒２Ｂにおける混合酸化物燃料のペレットのＰｕ富化度は、１５．６ｗｔ％～３２．０ｗｔ％（１５．６ｗｔ％以上３２．０ｗｔ％以下）の範囲内にあり、例えば、２８．２ｗｔ％である。

燃料棒３Ｂの、上端部が上部端栓１０Ｂで封鎖され、下端部が下部端栓１１Ｂで封鎖された被覆管６内には、前述の燃料棒３Ａと同様に、核燃料物質である、Ｕ，Ｐｕ及びＭＡの混合酸化物燃料（ＵＯ_Ｘ，ＰｕＯ_Ｘ及びＭＡＯ_Ｘを含む）の複数のペレットが存在し、その混合酸化物燃料の上方及び下方のそれぞれにブランケット燃料である劣化ウランの酸化物（ＵＯ_２）の複数のペレットが存在する。燃料棒３Ｂの被覆管６Ａ内には、下部端栓１１Ｃから上方に向かって、劣化ウランの酸化物（ＵＯ_２）の複数のペレットが存在する下部ブランケット領域９Ｃ、Ｕ，Ｐｕ及びＭＡの混合酸化物燃料の複数のペレットが存在する炉心燃料領域１４Ｂ及び劣化ウランの酸化物（ＵＯ_２）の複数のペレットが存在する上部ブランケット領域８Ｃが存在する。燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの外側炉心燃料集合体１Ｂの燃料棒３ＢにおけるＵ，Ｐｕ及びＭＡの混合酸化物燃料のＰｕ富化度も、１５．６ｗｔ％～３２．０ｗｔ％（１５．６ｗｔ％以上３２．０ｗｔ％以下）の範囲内にあり、例えば、２８．２ｗｔ％である。また、Ｕ，Ｐｕ及びＭＡの混合酸化物燃料のＭＡ富化度は、３．７ｗｔ％～１２．５ｗｔ％（３．７ｗｔ％以上１２．５ｗｔ％以下）の範囲内にあり、例えば、５．０ｗｔ％である。

外側炉心燃料集合体１Ｂにおいても、燃料ペレットを保持する保持部材３２Ａが、燃料棒２Ａと同様に、燃料棒２Ｂの被覆管６内で、下部ブランケット領域９Ｂの下方に配置されて被覆管６に取り付けられている。保持部材３２Ａに形成された貫通孔である孔部によって、保持部材３２Ａの上方における複数のペレットの外面と被覆管６の内面に形成されるギャップとガスプレナム１３Ａが連通される。燃料ペレットを保持する保持部材３２Ｂが、燃料棒３Ａと同様に、燃料棒３Ｂの被覆管６Ａ内で、下部ブランケット領域９Ｃの下方に配置されて被覆管６Ａに取り付けられている。保持部材３２Ｂに形成された貫通孔である孔部によって、保持部材３２Ｂの上方における複数のペレットの外面と被覆管６Ａの内面に形成されるギャップとガスプレナム１３Ｂが連通される。

燃料棒２Ａ及び３Ａのそれぞれの被覆管、及び燃料棒２Ｂ及び３Ｂのそれぞれの被覆管内には、ボンドナトリウムが充填されていない。

本実施例における内側炉心燃料集合体１Ａ及び外側炉心燃料集合体１Ｂのそれぞれは、核燃料物質として酸化物燃料、例えば、混合酸化物燃料を用いているが、この混合酸化物燃料の替りに、実施例１における燃料集合体１において用いられる金属燃料を用いてもよい。

炉心１５Ａは、図９及び図１０に示すように、径方向ブランケット領域１８の内側に、内側炉心燃料領域１６Ａ及びこの内側炉心燃料領域１６Ａを取り囲む外側炉心燃料領域１６Ｂを有する炉心燃料領域を配置する。径方向ブランケット領域１８の内側に存在する上部ブランケット領域２７が、内側炉心燃料領域１６Ａ及び外側炉心燃料領域１６Ｂのそれぞれの上方に形成される。また、径方向ブランケット領域１８の内側に存在する下部ブランケット領域２８が、内側炉心燃料領域１６Ａ及び外側炉心燃料領域１６Ｂのそれぞれの下方に形成される。炉心１５Ａの内側炉心燃料領域１６Ａには、複数の内側炉心燃料集合体１Ａが配置され、炉心１５Ａの外側炉心燃料領域１６Ｂには、複数の外側炉心燃料集合体１Ｂが配置される。複数の外側炉心燃料集合体１Ｂが配置された外側炉心燃料領域１６Ｂのプルトニウムの平均富化度は、複数の内側炉心燃料集合体１Ａが配置された内側炉心燃料領域１６Ａのそれよりも高くなっている。複数の制御棒集合体３４が、内側炉心燃料領域１６Ａ及び外側炉心燃料領域１６Ｂのそれぞれに配置される。

内側炉心燃料集合体１Ａ内の複数の燃料棒２Ａのそれぞれの炉心燃料領域７Ａ、及び複数の燃料棒３Ａのそれぞれの炉心燃料領域１４Ａによって、内側炉心燃料領域１６Ａが形成される。複数の燃料棒２Ａのそれぞれの上部ブランケット領域８Ｂ、及び複数の燃料棒３Ａのそれぞれの上部ブランケット領域８Ｂによって、上部ブランケット領域２７の一部が形成される。複数の燃料棒２Ａのそれぞれの下部ブランケット領域９Ｂ、及び複数の燃料棒３Ａのそれぞれの下部ブランケット領域９Ｂによって、下部ブランケット領域２８の一部が形成される。

外側炉心燃料集合体１Ｂ内の複数の燃料棒２Ｂのそれぞれの炉心燃料領域７Ｂ、及び複数の燃料棒３Ｂのそれぞれの炉心燃料領域１４Ｂによって、外側炉心燃料領域１６Ｂが形成される。複数の燃料棒２Ｂのそれぞれの上部ブランケット領域８Ｃ、及び複数の燃料棒３Ｂのそれぞれの上部ブランケット領域８Ｃによって、上部ブランケット領域２７の残りの部分が形成される。複数の燃料棒２Ｂのそれぞれの下部ブランケット領域９Ｂ、及び複数の燃料棒３Ｂのそれぞれの下部ブランケット領域９Ｃによって、下部ブランケット領域２８の残りの部分が形成される。

図１０に示された炉心１５Ａは、内側炉心燃料領域１６Ａ及び外側炉心燃料領域１６Ｂを有しており、外側炉心燃料領域１６Ｂに装荷された各外側炉心燃料集合体１Ｂにおけるプルトニウム富化度が、内側炉心燃料領域１６Ａに装荷された各内側炉心燃料集合体１Ａにおけるプルトニウム富化度よりも高くなっているため、炉心１５Ａの半径方向の出力分布を平たん化することができる。炉心１５Ａは、均質二領域炉心である。

本実施例における燃料集合体、すなわち、内側炉心燃料集合体１Ａ及び外側炉心燃料集合体１Ｂが装荷される炉心１５Ａが原子炉容器内に配置される高速炉の電気出力は７５万ｋＷｅであり、連続運転期間は１８ヶ月で、燃料取替バッチ数は３である。炉心１５Ａに装荷された内側炉心燃料集合体１Ａ及び外側炉心燃料集合体１Ｂのそれぞれの取出し平均燃焼度は約１００ＧＷｄ／ｔである。原子炉容器内の冷却材である液体ナトリウムは、内側炉心燃料集合体１Ａ及び外側炉心燃料集合体１Ｂのそれぞれのラッパ管４内に形成される冷却材通路５内を上昇する。

本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。また、本実施例では、燃料棒２Ａ，３Ａ，２Ｂ及び３Ｂのそれぞれに形成されるガスプレナムは、核燃料物質が充填された領域よりも下方に位置している（保持部材３５Ａまたは３５Ｂよりも下方に位置する）ため、実施例１の燃料集合体１に比べて、ガスプレナムの軸方向の長さを短くすることができる。このため、炉心１５Ａの軸方向における長さを、炉心１５（実施例１）の軸方向における長さよりも短くすることができる。

さらに、本実施例の燃料集合体で用いられる核燃料物質が、酸化物燃料であるため、湿式の再処理を適用することができる。このため、本実施例は、各燃料物質が金属燃料であって乾式の再処理を適用する実施例１の場合と比べると、使用済燃料を再処理してＭＡを回収する場合に、ＭＡに随伴する希土類元素（ＲＥ：レア・アース）などの不純物ＦＰの随伴割合を低減できる。したがって、炉心の経済性が向上し、新燃料集合体による被ばく量を低減できる。

本発明の好適な他の実施例である、高速炉で用いられる実施例３の燃料集合体を、図１１に基づいて説明する。

本実施例の燃料集合体１Ｃは、横断面において６つの角を有する。燃料集合体１Ｃでは、燃料集合体１Ｃの横断面の中心（燃料集合体１Ｃの中心軸）の周りに６つの領域（図１１に示されるように、その横断面の中心と６つのそれぞれの角を結ぶ一点鎖線で区切られた６つの領域）が形成される（図１１参照）。これら６つの領域は、その横断面の中心の周りに交互に配置された第１燃料棒領域２９及び第２燃料棒領域３０である。３つの第１燃料棒領域２９には、実施例１の燃料集合体１で用いられる燃料棒２に相当する複数の第１燃料棒が、正三角形格子状に配置される。その第１燃料棒の構造は、実施例１における燃料棒２の構造と同じである。第１燃料棒内には、燃料棒２と同様に、下端から上方に向かって、Ｕ（劣化ウラン）－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する下部ブランケット領域９、Ｕ（劣化ウラン）－Ｐｕ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する炉心燃料領域７及びＵ（劣化ウラン）－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する上部ブランケット領域８がそれぞれ形成される。

３つの第２燃料棒領域３０には、実施例１の燃料集合体１で用いられる燃料棒３に相当する複数の第２燃料棒が、正三角形格子状に配置される。その第２燃料棒の構造は、実施例１における燃料棒３の構造と同じである。第２燃料棒内には、燃料棒３と同様に、下端から上方に向かって、Ｕ（劣化ウラン）－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する下部ブランケット領域９Ａ、Ｕ（劣化ウラン）－Ｐｕ－ＭＡ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する炉心燃料領域１４及びＵ（劣化ウラン）－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する上部ブランケット領域８Ａがそれぞれ形成される。

第１燃料棒の外径は、燃料棒２と同じ、７．３６ｍｍである。第２燃料棒の外径は、第１燃料棒の外径よりも小さくて燃料棒３の外径よりも大きい、例えば、３．５ｍｍである。第２燃料棒領域３０内に配置された第２燃料棒のピッチは、第１燃料棒領域２９内に配置された第１燃料棒のピッチよりも狭くなっている。

第１燃料棒の外面に巻き付けられたワイヤースペーサによって、冷却材通路が第１燃料棒領域２９内に配置された第１燃料棒相互間に形成される。第２燃料棒の外面に巻き付けられたワイヤースペーサによって、冷却材通路が第２燃料棒領域３０内に配置された第２燃料棒相互間に形成される。第１燃料棒領域２９と第２燃料棒領域３０の境界付近で隣接して存在する第１燃料棒及び第２燃料棒については、隣接する第１燃料棒及び第２燃料棒のいずれかの外面にワイヤースペーサを巻き付けることによって、隣接する第１燃料棒と第２燃料棒との間に冷却材通路を形成することができる。

本実施例によれば、燃料集合体１Ｃ内に配置された、Ｐｕ及びＭＡを含む第２燃料棒の外径がＰｕを含みＭＡを含まない第１燃料棒の外径よりも小さいので、第１燃料棒内で発生した中性子が第２燃料棒の中心まで到達するため、第２燃料棒内のＭＡは核分裂しやすくなる。このため、第２燃料棒におけるＭＡの燃焼効率が向上する。

特に、本実施例では、複数の第２燃料棒が配置された第２燃料棒領域３０が、複数の第１燃料棒が配置されて燃料集合体１Ｃの横断面の中心の周りで隣り合って配置された第１燃料棒領域２９の相互間に配置されているため、それぞれの第１燃料棒領域２９内の各第１燃料棒において発生した中性子がそれらの第１燃料棒領域２９の間に存在する第２燃料棒領域３０内の各第２燃料棒に照射される。第２燃料棒領域３０に存在する各第２燃料棒内のＭＡは核分裂しやすくなり、燃料集合体１ＣにおけるＭＡの燃焼効率が向上する。

実施例１の燃料集合体１では、外径が小さい燃料棒３が隣接する３本の燃料棒２の相互間に配置されるため、燃料棒３の外径は、燃料棒２によって制約を受け、あまり大きくすることができない。これに対して、本実施例の燃料集合体１Ｃでは、第２燃料棒領域３０を２つの第１燃料棒領域２９の相互間に配置しているため、第２燃料棒領域３０に配置される第２燃料棒の外径を、第１燃料棒領域２９に配置される第１燃料棒による制約を受けずに、上記の第２燃料棒の外径よりも小さい範囲内で、実施例１の燃料集合体１内に配置された燃料棒３の外径よりも大きくすることができる。

第２燃料棒領域３０における複数の第２燃料棒の配置は第１燃料棒領域２９における複数の第１燃料棒の配置よりも密になり、燃料集合体１Ｃの横断面において、第２燃料棒領域３０内の第２燃料棒相互間に形成される冷却材通路の面積が、第１燃料棒領域２９内の第１燃料棒相互間に形成される冷却材通路の面積よりも小さくなる。このため、燃料集合体１Ｃの横断面での冷却材通路の横断面積割合が、従来の燃料集合体におけるそれよりも１０％小さくなり、燃料集合体１Ｃにおける、ＭＡの含有に伴うボイド反応度の増加を抑制することができる。

さらに、ＭＡを含まない第１燃料棒以外に第１燃料棒よりも直径が小さくてＭＡを含む第２燃料棒を配置している燃料集合体１Ｃの被覆管内における、核燃料物質の横断面積割合が、従来の燃料集合体のそれよりも多くなっている。このため、燃料集合体１Ｃにおける核燃料物質の重量が、従来の燃料集合体のそれよりも増加しているため、同じ取出平均燃焼度に対して、燃料集合体１Ｃを炉心に装荷した高速炉の連続運転期間を伸ばすことができ、高速炉の稼働率が向上する。

本発明の好適な他の実施例である、高速炉で用いられる実施例４の燃料集合体を、図１２に基づいて説明する。

本実施例の燃料集合体１Ｄでは、燃料集合体１Ｄの横断面の中心（燃料集合体１Ｄの中心軸）の周りに、前述の燃料集合体１Ｃよりも多い１２の領域が形成される。これらの領域は、実施例３の燃料集合体１Ｃと同様に、その横断面の中心とその横断面の角を結ぶ一点鎖線、及び隣り合う角を結ぶ辺（燃料集合体１Ｄのラッパ管４の一つの側面）の中点とその横断面の中心とを結ぶ一点鎖線で区切られた領域である（図１２）。これら１２の領域は、その横断面の中心の周りに交互に配置された第１燃料棒領域２９Ａ及び第２燃料棒領域３０Ａである。その１２の領域のうち半分の領域は第１燃料棒領域２９Ａであり、残りの半分の領域は第２燃料棒領域３０Ａである。

６つの第１燃料棒領域２９Ａには、実施例１の燃料集合体１で用いられる燃料棒２に相当する複数の第１燃料棒が、正三角形格子状に配置される。第１燃料棒の構造は、実施例１における燃料棒２の構造と同じであり、第１燃料棒内には、燃料棒２と同様に、Ｕ（劣化ウラン）－Ｚｒ合金の金属燃料、及びＵ（劣化ウラン）－Ｐｕ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する。６つの第２燃料棒領域３０Ａには、実施例１の燃料集合体１で用いられる燃料棒３に相当する複数の第２燃料棒が、正三角形格子状に配置される。その第２燃料棒の構造は、実施例３における燃料棒３の構造と同じであり、第２燃料棒内には、燃料棒３と同様に、Ｕ（劣化ウラン）－Ｚｒ合金の金属燃料、及びＵ（劣化ウラン）－Ｐｕ－ＭＡ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する。

第１燃料棒の外径は、燃料棒２と同じ、７．３６ｍｍである。第２燃料棒の外径は、第１燃料棒の外径よりも小さくて燃料棒３の外径よりも大きい、例えば、３．５ｍｍである。第２燃料棒領域３０Ａ内に配置された第２燃料棒のピッチは、第１燃料棒領域２９Ａ内に配置された第１燃料棒のピッチよりも狭くなっている。

第１燃料棒領域２９Ａ及び第２燃料棒領域３０Ａのそれぞれに配置された燃料棒相互間の間隔は、燃料棒の外面に巻き付けられたワイヤースペーサによって、実施例３と同様に形成される。

本実施例は、実施例３で生じる各効果を得ることができる。燃料集合体１Ｄの横断面における、本実施例の第２燃料棒領域３０Ａの面積は、実施例３の燃料集合体１Ｃの横断面における第２燃料棒領域３０の面積の半分である。このため、本実施例では、複数の第２燃料棒が配置された第２燃料棒領域３０Ａが、複数の第１燃料棒が配置されて燃料集合体１Ｄの横断面の中心の周りで隣り合って配置された２つの第１燃料棒領域２９Ａの相互間に配置されているため、それぞれの第１燃料棒領域２９Ａ内の各第１燃料棒において発生した中性子がそれらの第１燃料棒領域２９Ａの間に存在する第２燃料棒領域３０Ａ内の各第２燃料棒に照射される。第２燃料棒領域３０Ａに存在する各第２燃料棒内のＭＡは核分裂しやすくなり、燃料集合体１ＤにおけるＭＡの燃焼効率がさらに向上する。

本発明の好適な他の実施例である、高速炉で用いられる実施例５の燃料集合体を、図１３に基づいて説明する。

本実施例の燃料集合体１Ｅでは、燃料集合体１Ｅの横断面の中心（燃料集合体１Ｅの中心軸）の周りに、前述の燃料集合体１Ｃよりも多い８つの領域が形成される。これらの領域は、実施例３の燃料集合体１Ｄと同様に、その横断面の中心とその横断面の角または隣り合う角を結ぶ辺の中点とを結ぶ一点鎖線で区切られた領域である。これら８つの領域は、その横断面の中心の周りに交互に配置された第１燃料棒領域２９Ｂ及び第２燃料棒領域３０Ｂである。その８つの領域のうち半分の領域は第１燃料棒領域２９Ｂであり、残りの半分の領域は第２燃料棒領域３０Ｂである。

燃料集合体１Ｅの横断面における第２燃料棒領域３０Ｂの面積は、燃料集合体１Ｄの横断面における第２燃料棒領域３０Ａの面積と同じである。燃料集合体１Ｅの横断面における第１燃料棒領域２９Ｂの面積は、燃料集合体１Ｄの横断面における第１燃料棒領域２９Ａの面積よりも大きく、第２燃料棒領域３０Ｂの面積の２倍となっている。

４つの第１燃料棒領域２９Ｂには、実施例１の燃料集合体１で用いられる燃料棒２に相当する複数の第１燃料棒が、正三角形格子状に配置される。第１燃料棒の構造は、実施例１における燃料棒２の構造と同じであり、第１燃料棒内には、燃料棒２と同様に、Ｕ（劣化ウラン）－Ｚｒ合金の金属燃料、及びＵ（劣化ウラン）－Ｐｕ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する。４つの第２燃料棒領域３０Ｂには、実施例１の燃料集合体１で用いられる燃料棒３に相当する複数の第２燃料棒が、正三角形格子状に配置される。その第２燃料棒の構造は、実施例３における燃料棒３の構造と同じであり、第２燃料棒内には、燃料棒３と同様に、Ｕ（劣化ウラン）－Ｚｒ合金の金属燃料、及びＵ（劣化ウラン）－Ｐｕ－ＭＡ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する。

第１燃料棒の外径は、燃料棒２と同じ、７．３６ｍｍである。第２燃料棒の外径は、第１燃料棒の外径よりも小さくて燃料棒３の外径よりも大きい、例えば、３．５ｍｍである。第２燃料棒領域３０Ｂ内に配置された第２燃料棒のピッチは、第１燃料棒領域２９Ｂ内に配置された第１燃料棒のピッチよりも狭くなっている。

第１燃料棒領域２９Ｂ及び第２燃料棒領域３０Ｂのそれぞれに配置された燃料棒相互間の冷却材通路は、燃料棒の外面に巻き付けられたワイヤースペーサによって、実施例３と同様に形成される。

本実施例は、実施例３で生じる各効果を得ることができる。燃料集合体１Ｅの横断面における、本実施例の第２燃料棒領域３０Ｂの面積は、第１燃料棒領域２９Ｂの面積の半分である。本実施例は、面積が小さい、複数の第２燃料棒が配置された第２燃料棒領域３０Ｂが、複数の第１燃料棒が配置されて燃料集合体１Ｅの横断面の中心の周りで隣り合って配置された、面積が大きい第１燃料棒領域２９Ｂの相互間に配置されているため、各第１燃料棒領域２９Ｂ内で発生する中性子の量は、実施例４の燃料集合体１Ｄの各第１燃料棒領域２９Ａ内で発生する中性子の量よりも極めて多くなる。このため、第１燃料棒領域２９Ｂから第２燃料棒領域３０Ｂに入り込む中性子の量が増大し、第２燃料棒領域３０Ｂ内の全ての第２燃料棒の横断面中心まで中性子が到達するので、第２燃料棒においてＭＡは核分裂しやすくなり、燃料集合体１ＥにおけるＭＡの燃焼効率がさらに向上する。

本発明の好適な他の実施例である、高速炉で用いられる実施例６の燃料集合体を、図１４に基づいて説明する。

実施例３～５の各燃料集合体では、複数の第１燃料棒が配置された第１燃料棒領域及び複数の第２燃料棒が配置された第２燃料棒領域を、燃料集合体の横断面の中心の周りに交互に配置している。しかしながら、本実施例では、第１燃料棒領域及び第２燃料棒領域を、燃料集合体の横断面の中心の周りに交互に配置していなく、環状の第１燃料棒領域及び第２燃料棒領域を、燃料集合体の横断面の中心からラッパ管４の外面に向かって交互に配置している。

本実施例の燃料集合体１Ｆは、横断面において、複数の第１燃料棒が配置された、環状の第１燃料棒領域２９Ｃ、及び複数の第２燃料棒が配置された、環状の第２燃料棒領域３０Ｃを、横断面の中心を取り囲むように配置している。環状の第１燃料棒領域２９Ｃ及び環状の第２燃料棒領域３０Ｃのそれぞれは、ラッパ管４の横断面と同じように、正六角形の形状となっている。第１燃料棒領域２９Ｃ及び第２燃料棒領域３０Ｃは、燃料集合体１Ｆの横断面において、この横断面の中心からラッパ管４の外面に向かって交互に配置されている。

３つの第１燃料棒領域２９Ｃには、実施例１の燃料集合体１で用いられる燃料棒２に相当する複数の第１燃料棒が、正三角形格子状に配置される。第１燃料棒の構造は、実施例１における燃料棒２の構造と同じであり、第１燃料棒内には、燃料棒２と同様に、Ｕ（劣化ウラン）－Ｚｒ合金の金属燃料、及びＵ（劣化ウラン）－Ｐｕ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する。２つの第２燃料棒領域３０Ｃには、実施例１の燃料集合体１で用いられる燃料棒３に相当する複数の第２燃料棒が、正三角形格子状に配置される。その第２燃料棒の構造は、実施例３における燃料棒３の構造と同じであり、第２燃料棒内には、燃料棒３と同様に、Ｕ（劣化ウラン）－Ｚｒ合金の金属燃料、及びＵ（劣化ウラン）－Ｐｕ－ＭＡ－Ｚｒ合金の金属燃料が存在する。

第１燃料棒の外径は、燃料棒２と同じ、７．３６ｍｍである。第２燃料棒の外径は、第１燃料棒の外径よりも小さくて燃料棒３の外径よりも大きい、例えば、３．５ｍｍである。第２燃料棒領域３０Ｂ内に配置された第２燃料棒のピッチは、第１燃料棒領域２９Ｂ内に配置された第１燃料棒のピッチよりも狭くなっている。

第１燃料棒領域２９Ｃ及び第２燃料棒領域３０Ｃのそれぞれに配置された燃料棒相互間の冷却材通路は、燃料棒の外面に巻き付けられたワイヤースペーサによって、実施例３と同様に形成される。

本実施例は、実施例３で生じる各効果を得ることができる。本実施例では、環状の第１燃料棒領域２９Ｃ及び環状の第２燃料棒領域３０Ｃのそれぞれの、燃料集合体１Ｆの横断面の中心からラッパ管４の外面に向かう方向における幅が、燃料集合体１Ｆの横断面の中心の周りにおいて一様になっている。特に、環状の第２燃料棒領域３０Ｃが２つの第１燃料棒領域２９Ｃの間に配置されて、その第２燃料棒領域３０Ｃの、燃料集合体１Ｆの横断面の中心からラッパ管４の外面に向かう方向における幅が、燃料集合体１Ｆの横断面の中心の周りにおいて一様になっているため、第１燃料棒領域２９Ｃ内で発生した中性子が、第２燃料棒領域３０Ｃ内に配置された全ての第２燃料棒の中心まで到達する。このため、第２燃料棒領域３０に存在する全ての第２燃料棒内のＭＡが核分裂しやすくなり、燃料集合体１ＦにおけるＭＡの燃焼効率がさらに向上する。

前述の燃料集合体１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ及び１Ｆのそれぞれにおいて、第１燃料棒及び第２燃料棒は、核燃料物質として金属燃料を用いているが、金属燃料の替りに、酸化物燃料、例えば、混合酸化物燃料を用いてもよい。

本発明の好適な他の実施例である、沸騰水型原子炉で用いられる実施例７の燃料集合体を、図１５に基づいて説明する。

図１５に示される本実施例の燃料集合体１Ｇは、燃料集合体１Ｇの横断面において、チャンネルボックス（筒状体）４Ａ内で複数の燃料棒（例えば、６０本）を８行８列に配置している。複数の燃料棒は、劣化ウラン及びＰｕの、ペレット状の混合酸化物燃料（（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ_２）を核燃料物質として含む複数の燃料棒２Ｃ、及び劣化ウラン、Ｐｕ及びＭＡの、ペレット状の混合酸化物燃料（（Ｕ，Ｐｕ，ＭＡ）Ｏ_Ｘ）を核燃料物質として含む複数の燃料棒３Ｃを含んでいる。燃料集合体１Ｇの横断面で、チャンネルボックス４Ａ内の中央部に、水ロッド３１が配置される。この水ロッド３１は、４本の燃料棒２Ｃが配置可能な領域を占有する。燃料棒３Ｃの外径は、燃料棒２Ｃの外径よりも小さくなっている。

燃料棒２Ｃ及び３Ｃ、及び水ロッド３１のそれぞれの下端部は下部タイプレート（図示せず）に支持される。燃料棒２Ｃ及び３Ｃ、及び水ロッド３１のそれぞれの上端部は上部タイプレート（図示せず）に支持される。横断面が正方形の角筒であるチャンネルボックス４Ａは、上端部が上部タイプレートに取り付けられ、下部タイプレートに向かって伸びている。燃料棒２Ｃ及び３Ｃのそれぞれは、軸方向に配置された複数の燃料スペーサによって束ねられ、チャンネルボックス４Ａ内に配置される。チャンネルボックス４Ａ内では、冷却材通路５が各燃料棒相互間に形成される。

なお、沸騰水型原子炉では、冷却材である軽水が炉心に装荷された燃料集合体内に供給される。金属燃料と軽水の共存性の観点から、本実施例の燃料集合体１Ｇでは、核燃料物質として、金属燃料を使用しない。

沸騰水型原子炉では、中性子スペクトルが実施例１及び２のそれぞれの高速炉と比べて柔らかいため、燃料棒３Ｃに含まれるＭＡの中性子吸収断面積はより大きくなり、ＭＡの自己遮蔽効果がより高くなる。そこで、ＭＡを含む燃料棒３Ｃは、炉心に装荷された燃料集合体相互間に形成される水ギャップに隣接する、燃料集合体１Ｇ内の燃料棒配列の最外周領域内に配置していなく、さらに、水ロッド３１に隣接する位置にも配置していない。このため、複数の燃料棒３Ｃは、燃料棒配列における、チャンネルボックス４Ａの内面から２列目の位置に配置される。

燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの燃料集合体１Ｇの燃料棒２ＣにおけるＵ及びＰｕの混合酸化物燃料のＰｕ富化度は、５．０ｗｔ％～１８．０ｗｔ％（５．０ｗｔ％以上１８．０ｗｔ％以下）の範囲内にあり、例えば、１０．０ｗｔ％である。

燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの燃料集合体１Ｇの燃料棒３ＣにおけるＵ，Ｐｕ及びＭＡの混合酸化物燃料のＰｕ富化度も、５．０ｗｔ％～１８．０ｗｔ％（５．０ｗｔ％以上１８．０ｗｔ％以下）の範囲内にあり、例えば、１０．０ｗｔ％である。また、Ｕ，Ｐｕ及びＭＡの混合酸化物燃料のＭＡ富化度は、３．７ｗｔ％～１２．５ｗｔ％（３．７ｗｔ％以上１２．５ｗｔ％以下）の範囲内にあり、例えば、５．０ｗｔ％である。

本実施例の複数の燃料集合体１Ｇは、図示されていないが、沸騰水型原子炉の炉心に装荷される。

本実施例によれば、燃料集合体１Ｇ内に配置された、Ｐｕ及びＭＡを含む燃料棒３Ｃの外径がＰｕを含みＭＡを含まない燃料棒２Ｃの外径よりも小さいので、燃料棒２Ｃ内で発生した中性子が燃料棒３Ｃの中心まで到達するため、燃料棒３Ｃ内のＭＡは核分裂しやすくなる。このため、燃料棒３ＣにおけるＭＡの燃焼効率が向上し、燃料集合体１ＧにおけるＭＡの燃焼効率が向上する。

本実施例では、燃料集合体１Ｇの横断面においてＭＡを含む燃料棒３Ｃの外径が、ＭＡを含まない燃料棒２Ｃよりも小さく、周囲の冷却材の割合が多いため、燃料棒セルの水対燃料体積比が大きいので、ＭＡの存在に起因する中性子スペクトルの硬化が抑制される。このため、燃料集合体１Ｇにおける、ＭＡの含有に伴うボイド反応度の増加を抑制することができる。

本実施例によれば、燃料集合体１Ｇ内に配置された、Ｐｕ及びＭＡを含む燃料棒３Ｃの外径がＰｕを含みＭＡを含まない燃料棒２Ｃの外径よりも小さいので、燃料棒２Ｃ内で発生した中性子が燃料棒３Ｃの中心まで到達するため、燃料棒３Ｃ内のＭＡは核分裂しやすくなる。このため、燃料棒３ＣにおけるＭＡの燃焼効率が向上し、燃料集合体１ＧにおけるＭＡの燃焼効率が向上する。

冷却材として液体ナトリウムを用いる実施例１及び２のそれぞれの高速炉ではなく、液体ナトリウムの替りに、鉛（Ｐｂ）及び鉛－ビスマス（Ｐｂ－Ｂｉ）、ヘリウム（Ｈｅ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）などのガス、及び溶融塩のいずれかを冷却材として用いる高速炉においても、炉心に、燃料集合体１または内側炉心燃料集合体１Ａ及び外側炉心燃料集合体１Ｂを装荷してもよい。燃料集合体１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ及び１Ｆのいずれかを、実施例１及び２のそれぞれの高速炉の炉心に、さらには、鉛（Ｐｂ）及び鉛－ビスマス（Ｐｂ－Ｂｉ）、ヘリウム（Ｈｅ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）などのガス、及び溶融塩のいずれかを冷却材として用いる高速炉の炉心に装荷してもよい。

実施例７の、沸騰水型原子炉の炉心に装荷される燃料集合体１Ｇは、加圧水型軽水炉の炉心、または重水を冷却材及び減速材として用いる重水炉の炉心に装荷してもよい。

１，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ…燃料集合体、１Ａ…内側炉心燃料集合体、１Ｂ…外側炉心燃料集合体、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…燃料棒（太径）、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…燃料棒（細径）、４…ラッパ管、４Ａ…チャンネルボックス、７，７Ａ，１４，１４Ａ…炉心燃料領域、８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ…上部ブランケット領域、９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ…下部ブランケット領域、１５，１５Ａ…炉心、１６…炉心燃料領域、１６Ａ…内側炉心燃料領域、１６Ｂ…外側炉心燃料領域、１８…径方向ブランケット領域、２１…内部ブランケット領域、２２…内部ブランケット燃料集合体、２７…上部ブランケット領域、２８…下部ブランケット領域、２９，２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ…第１燃料棒領域、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…第２燃料棒領域。

Claims (13)

1. マイナーアクチニドを含まない第１核燃料物質を有する複数の第１燃料棒が筒状体内に配置され、
   前記マイナーアクチニドを含む第２核燃料物質を有する複数の第２燃料棒が前記筒状体内に配置され、
   前記第２燃料棒の外径が、前記第１燃料棒の外径よりも小さくなっていることを特徴とする燃料集合体。
2. 前記第２燃料棒が、前記筒状体内で、前記第１燃料棒の相互間に配置されている請求項１に記載の燃料集合体。
3. 第２燃料棒が、正三角形格子状に配置された、隣接する３本の第１燃料棒の相互間に配置される請求項２に記載の燃料集合体。
4. 複数の前記第２燃料棒が配置された第２燃料棒領域が、前記筒状体内で、複数の前記第１燃料棒が配置された第１燃料棒領域の相互間に配置された請求項１に記載の燃料集合体。
5. 複数の前記第１燃料棒が前記第１燃料棒領域内で正三角形格子状に配置され、複数の前記第２燃料棒が前記第２燃料棒領域内で正三角形格子状に配置される請求項４に記載の燃料集合体。
6. 前記燃料集合体の横断面における中心から前記筒状体の内面に向かって伸びる前記第１燃料棒領域及び前記第２燃料棒領域のそれぞれが、前記横断面の中心の周りに交互に配置される請求項４または５に記載の燃料集合体。
7. 環状の前記第１燃料棒領域及び環状の前記第２燃料棒領域のそれぞれが、前記燃料集合体の横断面における中心を取り囲み、前記横断面における中心から前記筒状体の内面に向かって交互に配置される請求項４または５に記載の燃料集合体。
8. 横断面が正方形状の前記筒状体内で、前記第１燃料棒及び前記第２燃料棒を含む燃料棒が、正方格子状に配置されている請求項１に記載の燃料集合体。
9. 前記複数の第２燃料棒が、燃料棒配列の最外周領域に配置されていなく、前記燃料棒配列の、前記筒状体の内面から２列目に配置されている請求項８に記載の燃料集合体。
10. 前記第１核燃料物質及び前記第２核燃料物質のそれぞれが、金属燃料及び酸化物燃料のいずれかである請求項１ないし７のいずれか１項に記載の燃料集合体。
11. 前記第１核燃料物質及び前記第２核燃料物質のそれぞれが、酸化物燃料である請求項８または９に記載の燃料集合体。
12. 請求項１ないし請求項７及び請求項１０のいずれか１項に記載の燃料集合体が装荷されていることを特徴とする原子炉の炉心。
13. 請求項８、請求項９及び請求項１１のいずれか１項に記載の燃料集合体が装荷されており、内部に、冷却材として、冷却水が存在することを特徴とする原子炉の炉心。

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