JP2564383B2 - 原子炉の炉心及び原子炉の燃料装荷方法並びに原子炉の運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子炉の炉心及び燃料装荷方法に係り、特
に沸騰水型原子炉に適用するのに好適な原子炉の炉心及
び燃料装荷方法に関するものである。

〔従来の技術〕

軽水炉、例えば沸騰水型原子炉は、多数の燃料集合体
が炉心内に格子状に配置されている。制御棒は、燃料集
合体間を上下動する。このような原子炉は、一般に、制
御棒操作及び燃料集合体に含まれている可燃性毒物（例
えば、ガドリニア等）によって炉心の余剰反応度を制御
しながら運転が継続される。その余剰反応度がなくなつ
た時点で、使用済の燃料集合体を炉心から取出し、新し
い燃料集合体を炉心に装荷する燃料交換が行われる。炉
心内の燃料集合体の配置替えが必要に応じて行われる。

炉心反応度を高めて燃料経済性を向上させるために
は、中性子インポータンスの高い炉心中央部に反応度の
高い燃料集合体を配置することが望ましい。しかし、炉
心の半径方向において中央部の出力が非常に高くなり、
燃料健全性を保つための余裕が減少する。この相反する
現象に対処するため、反応度を損うことなく半径方向の
出力分布を調節する手法が幾つか提案されている。

炉心半径方向の出力分布を平坦にする手段としては、
特開昭48−42294号公報及び特開昭53−57388号公報に記
載されたものがある。これらは、半径方向におけるウラ
ン−235の量を調節することによつて炉心半径方向の無
限増倍率の分布を変えるものである。すなわち、炉心中
央部の無限増倍率を低くし、その周辺部の無限増倍率を
相対的に高くしている。

また、炉心の半径方向及び軸方向の出力分布を平坦化
するために、可燃性毒性を用いる手法がある。これは、
U.S.P.3,799,839号（特公昭50−27152号公報）に示され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した各従来例は、炉心の半径方向における出力分
布を原子炉の運転サイクルの期間中においてほぼ一定に
保つという考えの下に導かれたものである。運転サイク
ルとは、燃料集合体を炉心に装荷した後の原子炉起動か
ら次の燃料交換のための原子炉停止までの期間を意味す
る。

しかしながら、燃料健全性に大きく影響を与える最大
線出力密度は、炉心の半径方向出力分布に加えて炉心の
軸方向出力分布及び燃料集合体内の局所出力分布の組合
せによつて定まる。第15図は、１つの運転サイクル内で
の燃焼度に対する出力ピーキング係数の変化を示してい
る。１つの運転サイクル内での燃焼度とは、ある運転サ
イクルの運転開始後の燃焼度の増加分を意味している。
燃料集合体の局所出力ピーキング及び炉心の軸方向出力
分布は、第15図に例示するように、運転サイクル内で時
間の経過と共に変化する。このため、最大線出力密度の
制限を満足させるために必要な炉心半径方向の出力ピー
キングに関する制約も、第16図に示すように運転サイク
ル内で時間が経過すると共に変化する。発明者等は、こ
れらの特性に着目して、運転サイクルの初期では炉心半
径方向の出力ピーキングを小さな値に抑える必要がある
が、運転サイクル末期では比較的大きな炉心半径方向の
出力ピーキングを許容し得るという新たな事実を見出し
た。更に、発明者等は、この新たな事実に基づいて従来
例の特性を検討することによつて、燃料の燃焼と共に変
化する炉心半径方向の出力ピーキングの制約条件の下に
おいてはその制約条件を一定として導かれた従来例の各
炉心が好ましい燃料経済性を得ることができないという
新たな課題を見出した。換言すれば、この技術課題は、
前述した従来例よりも燃料経済性を向上させることにあ
る。

本発明の第１の目的は、最大線出力密度が許容範囲内
にありしかも燃料経済性を向上できる原子炉の炉心、原
子炉の燃料装荷方法及び原子炉の運転方法を提供するこ
とにある。

本発明の第２の目的は、運転サイクル末期における最
大線出力密度の余裕を利用して燃料経済性を著しく向上
できる原子炉の炉心を提供することにある。

本発明の第３の目的は、可燃性毒物に吸収される中性
子量を低減でき炉心半径方向の出力分布を平坦化できる
原子炉の炉心を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記本発明の第１の目的は、炉心の最外周を除く領域
を、炉心中心から炉心半径の2/5以上の位置で中央領域
と周辺領域に分けた場合、前記中央領域に配置された複
数の燃料集合体のうち可燃性毒物を含み核分裂性物質の
平均濃度が最高の燃料集合体の占める割合を、前記周辺
領域に配置された燃料集合体に占める前記割合よりも大
きいすることにより達成できる。

本発明の第２の目的は、前記可燃性毒物を含み核分裂
性物質の平均濃度が最高の燃料集合体が軸方向で上部領
域と下部領域に分割され、前記上部領域の核分裂性物質
の平均濃度を前記下部領域のその平均濃度よりも大きく
し、前記上部領域の可燃性毒物の量を前記下部領域のそ
の量よりも多くすることにより達成できる。

本発明の第３の目的は、前記可燃性毒物を含み核分裂
性物質の平均濃度が最高の燃料集合体を含む複数の第１
セル、及び平均無限増倍率が前記第１セルよりも小さく
原子炉出力制御用の制御棒が挿入される複数の第２セル
を、前記中央領域に配置することにより達成できる。

〔作用〕

本発明によれば、中央領域に配置されつ複数の燃料集
合体のうち可燃性毒物を含み核分裂性物質の平均濃度が
最高の燃料集合体の占める割合を、前記周辺領域に配置
された燃料集合体に占める前記割合よりも大きいするこ
とにより、運転サイクル初期と運転サイクル末期との間
で炉心半径方向の反応度分布を変化でき、特に運転サイ
クル末期で炉心中央領域での反応度を向上できるので、
中央領域でスペクトルシフト効果が増大し、燃料経済性
を向上することができる。この場合、最大線出力密度は
許容範囲内にある。

また、本発明によれば、前記可燃性毒物を含む核分裂
性物質の平均濃度が最高の燃料集合体が軸方向で上部領
域と下部領域に分割され、前記上部領域の核分裂性物質
の平均濃度を前記下部領域のその平均濃度よりも大きく
し、前記上部領域の可燃性毒物の量を前記下部領域のそ
の量よりも多くすることにより、前述の半径方向におけ
る反応度分布の変化に加えて軸方向の反応度分布も変化
できるので、スペクトルシフト効果がより増大する。し
かも上部領域の可燃性毒物の量が多いことにより、運転
サイクル前半よりも運転サイクル後半で最大線出力密度
の余裕を増大できるので、この余裕を最大限に利用して
反応度を増大できる。

また、本発明によれば、前記可燃性毒物を含み核分裂
性物質の平均濃度が最高の燃料集合体を含む複数の第１
セル、及び平均無限増倍率が前記第１セルよりも小さく
原子炉出力制御用の制御棒が挿入される複数の第２セル
を、前記中央領域に配置することにより、運転期間を通
して炉心半径方向の出力分布を平坦化できる。その分、
可燃性毒物量を減少できるので、可燃性毒物に吸収され
る中性子量を低減できる。このため、新しい核分裂性物
質の生成される割合が増大する。

本発明は、従来例よりも燃料経済性を向上できる手法
を検討することによってなされたものである。この検討
した内容を以下に説明する。

まず、前述した新たな事実、すなわち運転サイクル初
期では炉心半径方向の出力ピーキングを小さな値に抑
え、運転サイクル末期では比較的大きな炉心半径方向の
出力ピーキングを許容できるという事実を考慮すること
によつて、第12図に示すように、運転サイクル初期では
炉心半径方向の出力分布を十分に平坦化または中央領域
で低くし、中性子インポータンスの高い炉心中央領域で
の出力を運転サイクル末期で高くして炉心半径方向の出
力ピーキングを大きくすることが有効であることがわか
つた。上記のように運転サイクル末期における炉心半径
方向の出力ピーキングの増大は、炉心反応度を高めるこ
とになる。

運転サイクル内で第12図に示すような炉心半径方向の
出力分布の変化を実現するためには、第13図（Ａ）及び
（Ｂ）に示すように、運転サイクル初期で炉心の中央領
域の反応度を中央領域を取囲む周辺部のそれよりも低く
し、運転サイクル末期で炉心領域の反応度を運転サイク
ル初期でのそれよりも相対的に高くする必要がある。こ
のように、運転サイクル初期と運転サイクル末期で炉心
半径方向における反応度を変化させることによつて、炉
心の中央領域にいわばスペクトルシフト領域を形成する
ことができる。中央領域は、運転サイクル初期で出力が
低いので、中央領域の下部の出力を大きくできる。この
ため、冷却材の沸騰開始点が燃料集合体の冷却材入口側
に移行し、軸方向において高ボイド率の領域が拡大す
る。すなわち、中央領域のボイド率を運転サイクル初期
で高めることができる。逆に運転サイクル末期では、中
央領域の出力が高い関係上、その領域の下部の出力を下
げる必要がある。従つて、沸騰開始点が上方に移動し、
中央領域のボイド率が低くなる。ボイド率の変化は、中
性子スペクトルの変化をもたらす。運転サイクル初期で
は中央領域の中性子スペクトルが硬く、余剰の中性子を
利用したプルトニウムの生成割合が中央領域で大きくな
る。運転サイクル末期では、中央領域の中性子スペクト
ルがやわらかくなるので、中央領域の反応度が高くな
る。炉心半径方向の反応度分布の変化は、以上のような
スペクトルシフト運転を可能にし、炉心の燃料経済性を
向上させる。

第13図に示す炉心半径方向における反応度分布の変化
は、可燃性毒物を含む新しい燃料集合体の反応度変化を
利用することによつて得られることがわかつた。特に、
ボイド率可燃性毒物を含む燃料集合体の燃焼に伴う無限
増倍率の変化を以下に示す。第14図は、炉心内に装荷さ
れている燃料集合体を各運転サイクル毎に約1/3ずつ可
燃性毒物を含む新燃料集合体と交換する場合において、
その新燃料集合体の燃焼に伴う無限増倍率の変化を例示
したものである。可燃性毒物は、炉心の余剰反応度をほ
ぼ一定に保つために用いられる。このため、可燃性毒物
を含む燃料集合体内における可燃性毒物含有燃料棒の本
数及びその可燃性毒物の濃度は、運転サイクルの時間経
過に伴う新燃料集合体の反応度上昇が炉心内に滞在する
第２運転サイクル目以降の燃料集合体の反応度の減少を
補償するように定められる。第14図の例では、新燃料集
合体の無限増倍率は、第１運転サイクル初期で第３運転
サイクル目に入つた燃料集合体のそれよりも小さく、第
１運転サイクル末期で最も大きくなる。

発明者等は、以上の考察にて得られた結果に基づいて
炉心半径方向の反応度の変化を利用したスペクトルシフ
トを達成できる炉心構造を発明したのである。

〔実施例〕

本発明の実施例を以下に説明する。

沸騰水型原子炉に適用した本発明の好適な一実施例で
ある炉心構成を第１図に示す。第１図は、本実施例の炉
心５の横断面の1/4を示している。炉心５は、764体の燃
料集合体６を格子状に配置しており、制御棒７が燃料集
合体６間に挿入可能に配置される。炉心５は、最外周に
配置された燃料集合体の領域（最外周領域）を除いて、
中央領域と周辺領域とを有している。周辺領域は、中央
領域の周囲を取囲んでいる。中央領域、周辺領域及び最
外周領域の各境界は、第１図において破線で示す。本実
施例では、中央領域に356体の燃料集合体６が装荷され,
308体の燃料集合体６が周辺領域に装荷されている。燃
料集合体６として、燃料集合体１〜４が存在する。燃料
集合体１は、炉心５への燃料集合体の装荷作業が完了し
た時点の新燃料集合体であり、１つ目の運転サイクルに
おける運転を経験するものである。即ち、燃料集合体１
は核分裂性物質の平均濃度が最高の燃料集合体である。
燃料集合体２〜４は、少なくとも１つの運転サイクルで
の運転を経験している。即ち、燃料集合体２は２つ目の
運転サイクル、燃料集合体３は３つ目の運転サイクル、
及び燃料集合体４は４つ目の運転サイクルにおける運転
を経験するものである。

燃料集合体１は、第２図に示すような横断面形状を有
している。即ち、燃料集合体１は、９行９列に配置され
た74本の燃料棒８及び中央部に配置された２本の水ロツ
ド９を有している。燃料棒８は、内部に多数の燃料ペレ
ツトを有する水ロツド９の外径は、燃料棒８の配列ピツ
チよりも大きい。燃料集合体１では、２本の水ロツド９
は７本の燃料棒８が配置可能な領域を占有している。

燃料棒８は、第３図（Ａ）に示すような軸方向の濃縮
度分布を有している。すなわち、燃料有効長部（燃料棒
８の燃料ペレツトが充填された領域）の上端部及び下端
部に、天然ウランの燃料ペレツトが存在する。この天然
ウラン領域は、燃料有効長部の軸方向全長の1/24（また
は2/24）を占めている。燃料有効長部のうち天然ウラン
領域、以外の領域には、濃縮ウランの燃料ペレツトが充
填される。この濃縮ウラン領域は、軸方向で上部領域及
び下部領域に分割される。上部領域と下部領域との境界
は、燃料有効長部の下端を基準として、燃料有効長部の
軸方向全長の11/24の位置にある。上部領域の濃縮度
は、下部領域のそれよりも高くなつている。このため、
燃料集合体１の上部領域の平均濃縮度は、燃料集合体１
の下部領域のそれよりも高い。なお、燃料集合体１の平
均濃縮度は、約3.85重量％である。

74本のうち16本の燃料棒８は、可燃性毒物であるガド
リニアを含んでいる。これらの燃料棒８の軸方向におけ
るガドリニア分布を、第３図（Ｂ）に示す。２本のガド
リニア含有燃料棒８は、高濃縮度である上部領域に中濃
度のガドリニアを含んであり、その領域以外にはガドリ
ニアを含んでいない。残りの14本のガドリニア含有燃料
棒８は、濃縮ウラン領域にガドリニアを含み天然ウラン
領域にガドリニアを含んでいない。この14本のガドリニ
ア含有燃料棒８は、前述の２本のガドリニア含有燃料棒
８と同様に、上部領域に中濃度のガドリニアを含む。14
本のうち10本のガドリニア含有燃料棒８は、低濃縮度の
下部領域に高濃度のガドリニアを含んでいる。また、14
本のうちの残りの４本のガドリニア含有燃料棒８は、下
部領域に低濃度のガドリニアを含んでいる。

以上をガドリニアの濃度に着目して整理すると、16本
のガドリニア含有燃料棒のうち２本はその上部領域に中
濃度のガドリニアを含み、下部領域にはガドリニアを含
まない。また、16本のガドリニア含有燃料棒のうち10本
は上部領域に中濃度のガドリニアを含み、下部領域に高
濃度のガドリニアを含む。更に、16本のガドリニア含有
燃料棒のうち４本は上部領域に中濃度のガドリニアを含
み、下部領域に低濃度のガドリニアを含む。一方、燃料
集合体全体としてのガドリニアの量に着目すると、燃料
集合体の上部領域に存在するガドリニアの量は、燃料集
合体の下部領域に存在するガドリニアの量よりも多くな
るように構成されており、燃料集合体全体に含まれるガ
ドリニアの量は運転サイクル末期に完全に燃えつきる量
に設定される。

以上の構成を有する燃料集合体１は、新燃料、すなわ
ち燃焼度が0MWd/Tの状態であり、上部領域の平均濃縮度
が下部領域のそれよりも高く、上部領域に存在するガド
リニアの量が下部領域に存在するガドリニアの量よりも
多い。更に、ガドリニア含有燃料棒８の本数は、下部領
域よりも上部領域で多い。新しい燃料集合体１は、上部
領域の無限増倍率が下部領域のそれよりも小さくなつて
いる。このような燃料集合体１は、U.S.P.4,587,090号
のFig.3A及び3Bに示された燃料集合体に使われている濃
縮度分布及びガドリニア分布の概念を適用したものであ
る。このため、燃料集合体１は、U.S.P.4,587,090号の
コラム4,21行からコラム5,17行、及びFig,5,6,7,8及び
９に示されたスペクトルシフトの機能を有する。燃料集
合体１は、運転サイクルの初期で上部領域の無限増倍率
が下部領域のそれよりも小さく、運転サイクルの末期で
遂に上部領域の無限増倍率が下部領域のそれよりも大き
くなる。この現象は、前述の濃縮度及びガドリニア分布
を有することによつて生じる。

１つ以上の運転サイクルでの原子炉の運転を経験した
燃料集合体2,3及び４は、ガドリニアを含んでいないが
第２図の構造を有する。燃料集合体2,3及び４も、新燃
料の状態にあつたときは燃料集合体１と同様な濃縮度及
びガドリニアの分布を有していた。

制御棒７が炉心５に挿入された状態でこの制御棒７に
隣接する４体の燃料集合体６により１つのセルが構成さ
れる。炉心５は、このような多数のセルにて構成されて
いるとも言える。セルの１つに、コントロールセル10が
ある。コントロール10は、すでに２つの運転サイクルで
燃焼された無限増倍率の小さい４体の燃料集合体３を有
する。コントロールセル10内に挿入される燃料棒7Aは、
原子炉の停止時だけでなく原子炉の運転中にも炉心５内
に挿入される。制御棒7Aは、原子炉運転時に原子炉の出
力制御を行う原子炉出力制御用の制御棒である。９つの
コントロールセル10が、炉心５の中央領域に存在する。
なお、コントロールセル10以外のセル内に挿入される各
制御棒7Bは、原子炉の運転時には炉心５から完全に引抜
かれ、原子炉の停止時に炉心５に挿入される原子炉停止
用の制御棒である。

炉心５の中央領域において、コントロールセル10を除
いた他のセルは、２体の燃料集合体1,1体の燃料集合体
２及び１体の燃料集合体３の４体の燃料集合体を含む。
２体の燃料集合体１は、制御棒7Bを間に挾んでセルの１
つの対角線方向に配置される。燃料集合体２及び３は、
セルの残りの対角線方向に制御棒7Bを挟んで位置してい
る。

炉心５の周辺領域では、中央領域のセルのように３種
類の燃料集合体（燃料集合体１〜３）を含むセルは少な
く、大部分のセルが２種類の燃料集合体にて構成され
る。即ち、あるセルは２体の燃料集合体１及び２本の燃
料集合体２を含んでおり、他のセルは２体の燃料集合体
２及び２体の燃料集合体３を含んでいる。これらのセル
では、運転サイクルの経験数の同じ燃料集合体が対角線
方向に配置される。周辺領域において、燃料集合体1,2
及び３を含むセルでも燃料集合体２が２体含まれる。周
辺領域内でも、燃料集合体１は中央領域側に配置され
る。逆に、燃料集合体３は周辺領域内で最外周領域側に
配置される。最外周領域には、燃料集合体３及び４が配
置される。本実施例の炉心５は、中央領域と周辺領域と
の境界が炉心５の中心から炉心半径の約7/10の位置にあ
る。

炉心５の中央領域は、356体の燃料集合体６のうち新
燃料であつてガドリニアを含む燃料集合体１が160体を
占める。また、炉心５の周辺領域は、308体の燃料集合
体６のうち68体が上記の燃料集合体１となつている。燃
料集合体６のうち燃料集合体１の占める割合は、周辺領
域よりも中央領域で大きい。換言すれば、炉心５は、中
央領域に位置するセル10Aよりも燃料集合体１の数の少
ないセル10Bを周辺領域に配置しているとも言える。周
辺領域のセルは、最大２体の燃料集合体１を含むもので
ある。また、燃料集合体１を除いた他の燃料集合体に関
する炉心内に滞在した平均運転サイクル数は、中央領域
で2.50,周辺領域で2.45であり、中央領域での値が大き
い。運転サイクル初期で無限増倍率が最も高くなる燃料
集合体２に着目すれば、周辺領域において燃料集合体６
に対して燃料集合体２の占める割合は、中央領域におい
て燃料集合体６に対して燃料集合体２の占める割合より
も大きい。周辺領域のセルと中央領域のセルとを比較し
ても、前者のセル内の燃料集合体２の数が後者のセル内
のその数よりも大きい。

本実施例の炉心５の特性を第４図に示す炉心11との対
比で以下に示す。炉心11は、運転サイクルの経験後の異
なる燃料集合体1,2及び３をほぼ一様に装荷した炉心で
ある。

炉心５及び11において、同じ制御棒操作計画に基づい
て運転した場合の特性を比較する。第５図（Ａ）は、運
転サイクル初期での炉心半径方向における燃料集合体６
の無限増倍率を平滑化して示している。第５図（Ｂ）は
第５図（Ａ）に対応するものであつて運転サイクル末期
の状態を示している。炉心５は、中央領域では可燃性毒
物を含んでしかも無限増倍率の小さな燃料集合体１の占
める割合が周辺領域でのその割合よりも大きいので、運
転サイクル初期では中央領域の平均無限増率が周辺領域
のそれより小さい。特に、本実施例では、運転サイクル
初期で無限増倍率が最も大きい燃料集合体２の占める割
合いが周辺領域で大きくなつているので、運転サイクル
初期での周辺領域の平均無限増倍率が周辺領域の燃料集
合体１の占める割合を小さくした場合よりも更に大きく
なる。すなわち、周辺領域での燃料集合体２の占める割
合を大きくすることによつて、運転サイクル初期におい
て、周辺領域と中央領域との平均無限増倍率の差がより
増大する。運転サイクル初期において、炉心５の周辺領
域と中央領域とにおける平均無限増倍率の差は、炉心11
の周辺領域と中央領域とにおけるその差よりも大きい。
運転サイクル末期では、燃料集合体１内のガドリニアが
燃え尽きて燃料集合体１の無限増倍率が最大になるの
で、炉心５の中央領域の平均無限増倍率が周辺領域のそ
れよりも増大する。炉心11は、運転サイクル初期と同様
に、周辺領域の平均無限増倍率よりも中央領域のそれが
大きい。

第５図のように運転サイクル初期で周辺領域の平均無
限増倍率を高くし運転サイクル末期で中央領域の平均無
限増倍率を高くするという炉心半径方向の無限増倍率の
分布の変化を与えることによって、前述したようなスペ
クトルシフト運転を達成できる。このため、炉心の取出
し燃焼度が増大し燃料経済性が向上する。前述した周辺
領域での燃料集合体２の占める割合の増大が、取出し燃
焼度をより大きくしていることは言うまでもない。ま
た、ポイド率変化に対する反応度の変化量は、燃焼度の
小さい燃料集合体程大きい。従つて、新しい燃料集合体
１の装荷量の多い中央領域で重点的にスペクトルシフト
を行つているので、炉心５は大きな燃料経済性向上効果
が得られる。

第５図に示す半径方向の無限増倍率の分布に対応して
第６図に示す炉心半径方向の出力分布が得られる。炉心
11は、運転サイクル初期及び末期において半径方向にほ
ぼ一様な出力分布を有する。炉心５は、運転サイクル初
期で中央領域の出力が周辺領域のそれよりも低く、運転
サイクル末期では逆に中央領域の出力よりも大きくな
る。このため、炉心５は、炉心11に比べて運転サイクル
初期で中性子漏れ量が0.25％Δｋ分増加し、運転サイク
ル末期で中性子漏れ量が0.35％Δｋ分布減少する。この
ため、運転サイクルを通して見ると、炉心５の中性子漏
れ量が炉心11のそれよりも少なくなり、炉心５の中性子
利用率、すなわち中性子経済が向上する。また、本実施
例は、中央領域における燃料集合体１の占める割合を大
きくすると共に前述したように燃料集合体１を除いた他
の燃料集合体に関する炉心内に滞在した平均運転サイク
ル数が周辺領域よりも中央領域で大きいので、第６図
（Ａ）のように、運転サイクル初期における炉心半径方
向の出力分布がほぼ平坦化される。中央領域の上記滞在
平均運転サイクル数を周辺領域のそれより大きくするこ
とによつて、中央領域の出力を抑えることができる。

１つの運転サイクル内での燃焼度に対する炉心半径方
向出力ピーキングの変化を第７図に示す。運転サイクル
初期では炉心５の半径方向の出力ピーキングは炉心11の
それよりも小さく、運転サイクル末期では炉心５の半径
方向に出力ピーキングは炉心11のそれよりも大きくなつ
ている。これは、運転サイクル初期で、可燃性毒物を含
みしかも無限増倍率の小さな燃料集合体１の占める割合
が炉心中央領域で大きいためである。運転サイクル末期
での炉心半径方向の出力ピーキングの増大は後述する第
10図に示すように同時期における最大線出力密度の上昇
となって現われる。しかし、得られる最大線出力密度は
許容範囲内の値である。

運転サイクル内での炉心軸方向の出力ピーキングの炉
心５及び11に対する変化を第８図に示す。炉心11は、運
転サイクル初期からその中期にかけて炉心下部の出力割
合が次第に減少する。しかしながら、同時期での炉心５
は、炉心下部の出力割合が高い状態に保たれる。下部の
反応度が高い燃料集合体１の出力割合は、ガドリニアの
燃焼とともに高くなつている。このため、燃料集合体１
の割合が大きい中央領域では、運転サイクルの初期から
その中期にかけて炉心下部の出力ピーキングが大きくな
る。これが同じ時期における周辺領域における炉心下部
の出力ピーキングの単調減少を相殺するため、炉心平均
で炉心下部の出力ピーキングが高い値に保持される。一
方、運転サイクル末期には、炉心５の炉心上部の出力ピ
ーキングが炉心11のそれよりも大きくなる。すなわち、
炉心５は、炉心上部のガドリニア量が炉心下部のそれよ
りも多い関係上、炉心11に比べて運転サイクル前半にお
ける炉心上部の出力が低く炉心上部の核分裂性物質の燃
え遅れが大きく、炉心上部ピーク型の出力分布になり易
い。特に、炉心５の周辺領域は、ガドリニアが燃え尽き
た燃料集合体２及び３が多いので、炉心上部にかなり大
きな出力ピークが生じる軸方向の出力分布となる。以上
のように、炉心５はU.S.P.4,587,090号よりも軸方向出
力分布変化が拡大し、スペクトルシフト効果が増大す
る。

炉心５は、半径方向及び軸方向の反応度分布の変化に
より、スペクトルシフトの効果を助長できる。第９図
は、その状態を示している。炉心５の中央及び周辺領域
とも、運転サイクル初期から運転サイクル末期に移行す
るに伴つて出力ピークが炉心下部から炉心上部に移つて
いる。しかしながら、炉心５の中央領域では、周辺領域
より大きな出力ピークが運転サイクル初期及び末期で形
成される。この現象によりスペクトルシフトの効果が大
きくなり、炉心５は炉心11に比べて運転サイクル終了時
で反応度が約0.8％Δｋ増大する。

第10図は、炉心５及び11の最大線出力密度の燃焼度の
変化を示したものである。炉心11は、燃料集合体１を装
荷しているので、U.S.P.4,587,090号に示されたスペク
トルシフト運転が可能である。燃焼集合体１の上部に多
量のガドリニアが含まれているので下部の出力ピークが
大きくなる。従つて、炉心11内の最大線出力密度は、運
転サイクル前半で大きくなる。運転サイクル後半での炉
心11内の最大線出力密度は、燃料集合体１の上部のガド
リニアが燃えて少なくなりボイドの多い燃料集合体１の
上部に出力ピークが移動する関係上、運転サイクル前半
よりも減少する。すなわち、炉心11は、最大線出力密度
の制限値に対する余裕が運転サイクル後半で増大する。
本実施例の炉心５は、運転サイクル後半で炉心11におい
て生じる最大線出力密度の余裕を利用したものである。
この余裕は、運転サイクル末期での炉心半径方向及び軸
方向の出力ピーキングの増大、すなわち運転サイクル末
期における炉心５の最大線出力密度の増大として活用さ
れ、炉心５の反応度向上に大きく貢献している。なお、
運転サイクル中期で炉心５の最大線出力密度が大きくな
つているが、制限値に対してまだ余裕がある。その時期
における炉心５の最大線出力密度は、燃料集合体１のガ
ドリニア量を調節することにより低減できる。

以上の特性は、炉心11と同一の制御棒操作で運転した
場合の炉心５の特性である。炉心５は炉心11に比べて運
転サイクル前半での余剰反応度が減少する。余剰反応度
の減少は、余剰反応度制御に要するガドリニア量の低減
または制御棒の本数を削減できる。ガドリニア量の減少
は、中性子の無駄な吸収が抑制され反応度向上につなが
る。また余剰反応度制御用の制御棒本数の削減は、原子
炉運転中に炉心内に挿入される制御棒本数の削減とな
り、制御棒寿命の増大及び制御棒交換本数の減少にな
る。なお、炉心５における余剰反応度の減少は、以下の
理由で達成できる。第１の理由は、炉心５は、運転サイ
クル初期で周辺領域から炉心外に漏洩する中性子量が多
いことである。第２の理由は、運転サイクル初期で炉心
５の下部における出力ピークが高くボイド率が高いこと
である。

炉心５は、中央領域にコントロールセル10を配置して
いる。コントロールセル10の平均無限増倍率は、他のセ
ルのそれよりも小さい。このため、コントロールセル10
は、運転サイクルの期間を通して炉心５の半径方向の出
力分布を平坦化する機能がある。特に、９個のコントロ
ールセル10のうち１個が炉心中心に、他のコントロール
セルがそれを取囲む１つの環状に配置されているので、
炉心５の半径方向の出力分布が一様に平坦化される。ま
た、炉心５の中央領域にコントロールセル10を配置する
ことによつて、燃料集合体１のガドリニア量を低減でき
る。このため、炉心５の中央領域でガドリニアに吸収さ
れる中性子量が減少し、プルトニウム生成に利用される
中性子量が増大する。これは、炉心半径方向の反応度変
化に伴うスペクトルシフト効果の増大につながる。

原子炉の起動後の原子炉出力制御は、コントロールセ
ル10内に挿入された原子炉出力制御用の制御棒7Aの操作
によつて行われる。原子炉停止用の制御棒7Bは、炉心５
から引抜かれている。制御棒7Aは、核分裂性物質の燃焼
による原子炉出力低下を補償する機能も有している。こ
のような制御棒操作により、原子炉出力制御が単純化さ
れると共に第13図の（Ａ）の状態から第13図（Ｂ）の状
態への制御作用、すなわち運転サイクル末期で中央領域
の出力ピークを大きくする制御作用が助長される。

炉心５は、第２図に示す２本の太径水ロツド９を有す
る燃料集合体を装荷しているので、特開昭62−217186号
公報３頁、下部右欄４〜14行に示した効果を得ることも
できる。

炉心５の燃料交換作業について説明する。１つの運転
サイクルにおける原子炉の運転が終了時点に達したと
き、炉心５内に全制御棒７が挿入され原子炉が停止され
る。その後、以下のような燃料交換作業が実施される。

最外周領域の燃料集合体4,中央領域の燃料集合体３及
び周辺領域の燃料集合体３のうち最外周領域に装荷され
るものを除いた残りの燃料集合体３が、使用済燃料集合
体として炉心５外に取出される。第１図において、燃料
集合体２が燃料集合体３の位置に、燃料集合体１が燃料
集合体２の位置に移動される。原則的には、中央領域に
配置されていた燃料集合体１及び２を周辺領域に、周辺
領域に配置されていた燃料集合体１及び２を中央領域に
装荷する。周辺領域に配置されていた燃料集合体２の一
部は、最外周領域に装荷される。前の運転サイクルで燃
料集合体１が装荷されていた位置に、ガドリニアを含む
新しい燃料集合体１が装荷される。この新しい燃料集合
体１は、周辺領域よりも中央領域に多く装荷される。こ
のような燃料交換によつて次の運転サイクルでの運転開
始前に第１図の炉心５を構成することができる。従つ
て、次の運転サイクルにおいても、前述した機能を発揮
できる。

炉心５の周辺領域のセルの大部分を、１体の燃料集合
体1,2体の燃料集合体２及び１体の燃料集合体３を有す
るセルに置替えても、炉心５で得られる効果を得ること
ができる。しかし、この炉心は、周辺領域の中央領域側
に燃料集合体１を集めた炉心５に比べて運転サイクルの
経過時間に伴う反応度分布の変化が小さくなり、スペク
トルシフト効果が若干低下する。

次に、中央領域と周辺領域との境界の位置に関する考
察について述べる。第11図は、中央領域と周辺領域との
境界の位置に対する炉心の反応度向上効果を示してい
る。第11図のＡ点は炉心中心から炉心半径の3/4の位置
を境界とした場合の、中央領域のｋ∞を周辺領域のｋ∞
より２％大きくした場合の半径方向出力ピーキング増加
量と炉心反応度増加量を示している。Ｂ点及びＣ点はそ
れぞれ炉心中心から炉心半径の1/2及び1/4の位置を中央
領域と周辺領域との境界とした場合の特性を示してい
る。

第11図に示すように、中央領域を小さくするにつれて
（Ａ点からＢ点にかけて）、出力ピーキング増大に対す
る炉心反応度増大の割合は小さくなり、境界が炉心半径
の約2/5の位置で炉心反応度の増大分は最大となり、更
に中央領域を小さくする（Ｃ点に近づく）と、出力ピー
キングが大きくなつても炉心反応度は小さくなる。従っ
て、中央領域と周辺領域との境界は炉心中心から炉心半
径の2/5以上にとることが望ましい。

以上に述べた炉心５は、幾つかの運転サイクルでの運
転を経験した平衡炉心である。炉心５の概念を、初装荷
炉心にも適用できる。初装荷炉心に装荷された全燃料集
合体は、新燃料集合体である。しかし、第１図の燃料集
合体１に相当する燃料集合体が平均濃縮度が最も高くガ
ドリニアを含んでいる。第１図の燃料集合体2,3及び４
に相当する燃料集合体は、ガドリニアを含んでいなく、
平均濃縮度は符号が大きくなる程小さくなる。このよう
な初装荷炉心は、炉心５と同じ効果が得られる。

本発明の他の実意例である原子炉の炉心を第17図に示
す。本実施例の炉心15は、炉心中心から同心円状の３つ
の領域、すなわち第１領域，第２領域及び第３領域に分
けられ、それぞれの領域の体積比は9:14:15になつてい
る。この炉心構成の特徴は、ガドリニアを含む新しい燃
料集合体１が第１及び第２領域に燃料集合体２体に１体
の割合で装荷されていることである。更に、第１領域に
は燃料集合体３と、第２領域には燃料集合体２と対で新
燃料集合体１が装荷されていることである。したがつ
て、各領域の燃料集合体の平均炉心内滞在サイクル数
は、第２領域が最も小さく、つづいて第１領域及び第３
領域の順で大きくなつている。このような炉心15は、運
転サイクル初期において、各領域の平均無限増倍率が、 ｋ∞(第１領域)＜ｋ∞(第２領域)≦ｋ∞(第３領域) となる。このため、炉心中央部の出力が低く抑えられて
運転サイクル初期の余剰反応度を抑えるのに役立つとと
もに、新燃料集合体１の燃焼を遅らせる効果も持つ。

一方、運転サイクル末期では、新燃料集合体１内のガ
ドリニアが燃え尽きて無限増倍率が高くなるため、各領
域平均の無限増倍率は、 ｋ∞(第３領域)＜ｋ∞(第１領域)＜ｋ∞(第２領域) の関係になる。この無限増倍率分布は、炉心反応度を高
めつつ、炉心径方向出力ピーキングを低く抑えるのに有
効である。本実施例の炉心15は、炉心５よりも、半径方
向出力ピーキングが５％程度小さくなる特長を有する。
炉心15は、炉心５と同様なスペクトルシフト効果を生じ
る。

第18図は、本発明の他の実施例である沸騰型原子炉の
炉心16を示す。本実施例の炉心16は、中央領域に燃料集
合体1A,2及び３を有するセルを配置し、周辺領域に燃料
集合体1B,2及び３を有するセルを配置している。中央領
域のセルは、燃料集合体1Aを２体含むセル、燃料集合体
２を２体含むセル、及び燃料集合体３を２体含むセルの
３種類を有している。燃料集合体1A及び1Bは、ガドリニ
アを含む新しい燃料集合体であり、それぞれ第19図及び
第20図の構造を有している。燃料集合体1A及び1Bは、燃
料集合体１と同様に中央部に２本の太径水ロツド９を有
し、燃料棒17が９行９列に配置される。燃料集合体1Aに
用いられる燃料棒17のうち、燃料棒17A及び17Bは、新燃
料の状態でガドリニアを含んでいる。燃料棒17Aのガド
リニア濃度は3.5重量％、燃料棒17Bのガドリニア濃度は
4.5重量％である。燃料集合体1Bは、燃料棒17のうち燃
料棒17A及び17Cがガドリニアを含んでいる。燃料棒17C
のガドリニア濃度は5.0重量％である。燃料集合体1Aは1
6本のガドリニア含有燃料棒を、燃料集合体1Bは14本の
ガドリニア含有燃料棒を含む。燃料集合体1Aに含まれる
ガドリニア量は燃料集合体1Bのそれよりも多い。しかし
ながら、燃料集合体1Aに含まれる最高ガドリニア濃度
は、燃料集合体1Bに含まれる最高ガドリニア濃度よりも
小さい。燃料棒17A,17B及び17Cのガドリニア濃度は、燃
料有効長部の軸方向に一様である。燃料棒17,17A,17B及
び17Cの濃縮度も、燃料有効長部の軸方向に一様であ
る。燃料集合体1A及び1Bの平均濃縮度は、約4.0重量％
である。なお、燃料集合体1Aのガドリニアの平均濃度は
4.0重量％、燃料集合体1Bのガドリニアの平均濃度は4.7
重量％である。

第21図は、燃料集合体1A及び1Bの燃焼度に対する無限
増倍率の変化を示している。第１運転サイクルの初期で
は燃料集合体1Aの無限増倍率が燃料集合体1Bのそれより
小さい。しかい、燃料集合体1Aの無限増倍率は、ガドリ
ニアが燃え尽きる運転サイクル末期で燃料集合体1Bのそ
れよりも大きくなる。

このため、運転サイクル初期では、燃料集合体1Aが装
荷されている炉心16の中央領域の無限増倍率は、燃料集
合体1Bが装荷されている炉心16の周辺領域のそれよりも
小さい。運転サイクル末期では、逆に、炉心16の中央領
域の無限増倍率が炉心16の周辺領域のそれよりも大きく
なる。

炉心16は、炉心５と同様に、最大線出力密度が許容範
囲にあつて、運転サイクル初期と運転サイクル末期との
間で炉心半径方向の反応度分布を変化させることができ
る。従つて、炉心16は、炉心５と同様に、炉心半径方向
の反応度分布の変化によるスペクトルシフト効果を得る
ことができる。

炉心16は、炉心５のように中央領域に９個のコントロ
ールセル10を設けることも可能である。これによつて、
この炉心16は、炉心５においてコントロールセル10を設
けることによつて生じる効果を得る。炉心16は、燃料集
合体1A及び1Bに第３図に示す軸方向の濃縮度分布及びガ
ドリニア濃度分布の概念を適用することにより、炉心５
と同様に軸方向の反応度分布の変化によつて生じるスペ
クトルシフトの効果が生じる。

本発明の他の実施例である沸騰水型原子炉の炉心を説
明する。本実施例の炉心は、第22図に示す燃料集合体18
を第１図の炉心５の燃料集合体１の替りに用いたもので
ある。燃料集合体18は、燃料集合体１のように軸方向出
力分布を積極的に変化させるガドリニア分布とはなつて
いない。燃料集合体18は、第22図に示すように中央部に
燃料棒19と同じ外径を有する２本の水ロツド21を有し、
燃料棒19が８行８列に配置される。燃料棒19は、第23図
（Ａ）に示すように燃料有効長部の上端部及び下端部に
天然ウランを充 し、濃縮ウラン領域の下部の濃縮度を3.1重量％，濃縮
ウラン領域の上部の濃縮度を3.3重量％となつている。
ガドリニアを含む燃料棒20は第23図（Ｂ）のように4.0
重量％のガドリニアを含んでいる。

本実施例の炉心は、運転サイクル初期と運転サイクル
末期との間での炉心半径方向の反応度分布を炉心５と同
様に変えることができる。すなわち、本実施例の炉心
は、運転サイクル末期における最大線出力密度の余裕を
利用して運転サイクル末期での反応度を高めることがで
きる。本実施例は、炉心半径方向の反応度分布の変化に
よるスペクトルシフト効果を得ることができる。しか
し、第３図の炉心のように燃料集合体2,3及び18を一様
に配置した炉心では、運転サイクル後半における最大線
出力密度の余裕が運転サイクル前半におけるその余裕よ
りも小さくなる。これは、炉心11とは逆の傾向である。
このため、運転サイクル末期で増大できる反応度の幅が
本実施例では炉心５よりも小さくなる。従つて、本実施
例におけるスペクトルシフトの効果は、炉心５よりも小
さくなる。

特に、運転サイクル末期において炉心上部の出力が相
対的に高くなる場合には、本実施例の炉心構成を適用す
ることで、効果的に反応度を高めることができる。高出
力の燃料集合体ではボイドの発生が活発なため、炉心上
部の反応度が抑制される。炉心の中央領域の出力を高め
た場合、中央領域の軸方向出力分布が平坦化されること
になり、最大線出力密度をあまり大きくさせずに中央領
域の出力を高くできる。

〔発明の効果〕

本発明の第１の特徴によれば、運転サイクル初期と運
転サイクル末期との間で炉心半径方向の反応度分布を変
化でき、特に運転サイクル末期で炉心中央領域での反応
度を向上できるので、中央領域でスペクトルシフト効果
が増大し、燃料経済性を向上することができる。しかも
最大線出力密度を許容範囲内に納めることができる。

本発明の第２の特徴によれば、半径方向における反応
度分布の変化に加えて軸方向の反応度分布も変化できる
ので、スペクトルシフト効果がより増大する。しかも上
部領域の可燃性毒物の量が多いので、運転サイクル前半
よりも運転サイクル後半で最大線出力密度の余裕を増大
できるので、この余裕を最大限に利用して反応度を増大
できる。

本発明の第３の特徴によれば、運転期間を通して炉心
半径方向の出力分布を平坦化できる。また、可燃性毒物
量を減少できるので、可燃性毒物に吸収される中性子量
を低減し、新しい核分裂性物質の生成される割合を増大
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である沸騰水型原子炉
の炉心の1/4横断面図、第２図は第１図の燃料集合体の
横断面図、第３図は第２図の燃料集合体の軸方向の濃縮
度及びガドリニア分布の説明図、第４図は従来の原子炉
の炉心の1/4横断面図、第５図は運転サイクル初期及び
末期の炉炉半径方向の位置と無限増倍率との関係を示す
特性図、第６図は運転サイクル初期及び末期の炉心半径
方向の位置と相対出力との関係を示す特性図、第７図は
燃焼度に対応する炉心半径方向の出力ピーキングの変化
を示す特性図、第８図は燃焼度に対応する炉心軸方向の
出力ピーキングの変化を示す特性図、第９図は第１図の
炉心におけるスペクトルシフトを示す説明図、第10図は
燃焼度に対応する最大線出力密度の変化を示す特性図、
第11図は炉心の中央領域と周辺領域との境界の位置をパ
ラメータにした炉心半径方向出力ピーキングの増大分と
炉心反応度の増大分の関係を示す特性図、第12図は運転
サイクル初期及び末期での炉心半径方向における相対出
力の分布を示す特性図、第13図は運転サイクル初期及び
末期での炉心半径方向における無限増倍率の分布を示す
特性図、第14図はガドリニア含有燃料集合体における燃
焼度と無限増倍率との関係を示す特性図、第15図は燃焼
度に対応する炉心の出力ピーキングの変化を示す特性
図、第16図は燃焼度に対応する炉心半径方向の出力ピー
キング制約の変化を示す特性図、第17図及び第18図は本
発明の他の実施例である沸騰水型原子炉の炉心の1/4横
断面図、第19図及び第20図は第18図に示された燃料集合
体1A及び1Bの横断面図、第21図は第19図及び第20図の各
燃料集合体における燃焼度に対する無限増倍率の変化を
示す特性図、第22図は本発明の他の実施例である原子炉
の炉心を構成する燃料集合体の横断面図、第23図は第22
図の燃料集合体に用いられる燃料棒の濃縮度及びガドリ
ニア分布を示す説明図である。 １〜4,1A,1B,6,18……燃料集合体、5,15,16……炉心、
７……制御棒、８……燃料棒、９……水ロッド、10……
コントロールセル、10A,10B……セル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 博見 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−293489（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−5631（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭62−44632（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】核分裂性物質の平均濃度が異なる複数の燃
   料集合体が配置された原子炉の炉心において、 炉心の最外周を除く領域を、炉心中心から炉心半径の2/
   5以上の位置で中央領域と周辺領域に分けた場合、 前記中央領域に配置された複数の燃料集合体のうち、可
   燃性毒物を含み核分裂性物質の平均濃度が最高の燃料集
   合体の占める割合が、 前記周辺領域に配置された燃料集合体に占める前記割合
   よりも大きいことを特徴とする原子炉の炉心。
2. 【請求項２】核分裂性物質の平均濃度が異なる複数の燃
   料集合体が配置された原子炉の炉心において、 炉心の最外周を除く領域を、炉心中心から炉心半径の2/
   5以上の位置で中央領域と周辺領域に分けた場合、 前記周辺領域が、前記中央領域に位置するセルよりも、
   可燃性毒物を含み核分裂性物質の平均濃度が最高の燃料
   集合体の数が少ないセルを有していることを特徴とする
   原子炉の炉心。
3. 【請求項３】前記可燃性毒物を含み核分裂性物質の平均
   濃度が最高の燃料集合体が軸方向で上部領域と下部領域
   に分割され、 前記上部領域の核分裂性物質の平均濃度が前記下部領域
   のその平均濃度よりも大きく、前記上部領域の可燃性毒
   物の量が前記下部領域のその量よりも多い請求項１又は
   請求項２の原子炉の炉心。
4. 【請求項４】前記可燃性毒物を含み核分裂性物質の平均
   濃度が最高の燃料集合体を含む複数の第１セル、及び平
   均無限増倍率が前記第１セルよりも小さく原子炉出力制
   御用の制御棒が挿入される複数の第２セルが、前記中央
   領域に配置されている請求項１又は請求項２の原子炉の
   炉心。
5. 【請求項５】前記周辺領域は半径方向の内側に位置する
   第１領域と、該第１領域の外側に位置する第２領域とに
   分けられ、 前記第１領域に配置される前記可燃性毒物を含む核分裂
   性物質の平均濃度が最高の燃料集合体の数が、前記第２
   領域に配置されるその数よりも多い請求項１の原子炉の
   炉心。
6. 【請求項６】前記周辺領域に配置された燃料集合体のう
   ち第２運転サイクル目の運転を経験する燃料集合体の占
   める第２の割合が、前記中央領域に配置された燃料集合
   体に占める前記第２の割合よりも大きい請求項１の原子
   炉の炉心。
7. 【請求項７】炉心の中央領域に配置され可燃性毒物を含
   む第１燃料集合体の可燃性毒物の平均濃度が、前記中央
   領域を取囲む周辺領域に配置され可燃性毒物を含む第２
   燃料集合体のその平均濃度以下であり、 前記第１燃料集合体１体当りの可燃性毒物の量が、前記
   第２燃料集合体１体当りのその量よりも多いことを特徴
   とする原子炉の炉心。
8. 【請求項８】前記第１及び第２燃料集合体が軸方向で上
   部領域と下部領域に分割され、前記上部領域の核分裂性
   物質の平均濃度が、前記下部領域のその平均濃度よりも
   大きく、 前記上部領域の可燃性毒物の量が、前記下部領域のその
   量よりも多い請求項７の原子炉の炉心。
9. 【請求項９】前記第１燃料集合体を含む複数の第１セ
   ル、及び平均無限増倍率が前記第１セルよりも小さく原
   子炉出力制御用の制御棒が挿入される複数の第２セル
   が、前記中央領域に配置されている請求項７の原子炉の
   炉心。
10. 【請求項１０】炉心の中央領域に配置され可燃性毒物を
    含む燃料棒を備えた第１燃料集合体の可燃性毒物の平均
    濃度が、前記中央領域を取り囲む周辺領域に配置され可
    燃性毒物を含む燃料棒を備えた第２燃料集合体のその平
    均濃度以下であり、 前記第１燃料集合体の前記可燃性毒物を含む燃料棒の本
    数が、前記第２燃料集合体のその本数よりも多いことを
    特徴とする原子炉の炉心。
11. 【請求項１１】炉心の中央領域に配置され可燃性毒物を
    含む燃料棒を備えた第１燃料集合体の可燃性毒物の最大
    濃度が、前記中央領域を取り囲む周辺領域に配置され可
    燃性毒物を含む燃料棒を備えた第２燃料集合体のその最
    大濃度よりも小さく、 前記第１燃料集合体１体当りの可燃性毒物の量が、前記
    第２燃料集合体１体当りのその量よりも多いことを特徴
    とする原子炉の炉心。
12. 【請求項１２】核分裂性物質の平均濃度が異なる複数の
    燃料集合体を炉心に装荷する原子炉の燃料装荷方法にお
    いて、 炉心の最外周を除く領域を、炉心中心から炉心半径の2/
    5以上の位置で中央領域と周辺領域に分け、 前記中央領域に配置された燃料集合体のうち可燃性毒物
    を含み核分裂性物質の平均濃度が最高の燃料集合体の占
    める割合が、前記周辺領域に配置された燃料集合体に占
    める前記割合よりも大きくなるように燃料集合体を装荷
    する原子炉の燃料装荷方法。
13. 【請求項１３】炉心の中央領域に配置された複数の燃料
    集合体のうち可燃性毒物を含み核分裂性物質の平均濃度
    が最高の燃料集合体の占める割合が、前記中央領域を取
    囲む周辺領域に配置された燃料集合体に占める前記割合
    よりも大きく、 前記可燃性毒物を含み核分裂性物質の平均濃度が最高の
    燃料集合体を含む複数の第１セル及び平均無限増倍率が
    前記第１セルよりも小さな複数の第２セルが前記中央領
    域に配置されている原子炉の運転方法であって、 前記第２セル内への制御棒の挿入度を調節することによ
    り、原子炉出力を制御する原子炉の運転方法。