JP3086709B2 - 原子炉炉心 - Google Patents

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など
の軽水炉の大型化に伴って改良された原子炉炉心に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉（ Boiling Water React
or：以下、ＢＷＲと称す）用制御棒を例に図12および図
14を参照しながら説明する。ＢＷＲに用いられている制
御棒は図12に示したように、横断面が深いＵ字状の制御
棒ブレード４を、横断面が十字型の中央構造材６に放射
状に張出し配列して固設してなるものである。

【０００３】すなわち、制御棒１は中性子の吸収物質
（ポイズン：通常ボロンカーバイドＢ₄ Ｃ）を充填した
ポイズンチューブ５の10数本を平板状の制御棒ブレード
４の内部に並べ、中央構造材６により十字断面に結合
し、その上部に先端構造材としてガイドローラ３付きの
ハンドル２を取付け、下部に末端構造材として制御棒駆
動機構ソケット８を取付けて形成したものである。

【０００４】この制御棒１は制御棒駆動装置ソケット８
の下部に接続する制御棒駆動装置に接続して、図14に部
分的に示したように４体１組の燃料集合体10，10の隙間
を上下動して、炉心の反応度を制御している。ガイドロ
ーラ３は制御棒１が炉心内に装荷された４体１組の燃料
集合体10の隙間に滑らかに挿入できるように設けられて
おり、燃料集合体10に接触すると回転して摩擦を低減す
る。

【０００５】また、ハンドル２は制御棒交換などの場合
に交換機で掴む部分である。切離しハンドル２ａは炉心
圧力容器の外部に設置されている制御棒駆動機構との切
離しを行うために使用される。速度リミッタ７は万一の
制御棒落下時一定以上の速度で引抜けないように制限す
る装置である。制御棒ブレード４にはポイズンチューブ
５を冷却するために通水孔４ａが設けられている。な
お、符号９は下部スカートを示している。

【０００６】図14は従来の炉心内における燃料集合体10
と制御棒１の配置関係を横断面で示したものである。燃
料集合体10は８×８本の燃料棒21を規則的に配置して、
さらに中央部の燃料棒を４本抜いて、その代りに燃料棒
21より直径の太いウォータロッド22を配置し、チャンネ
ルボックス23内に格納して形成されている。冷却材はチ
ャンネルボックス23内の燃料棒21を冷却するために流さ
れており、チャンネルボックス23の外側は沸騰しない冷
却材が流されている。なお、前述したように燃料集合体
10，10間には制御棒１が挿入される空間を有しており、
また燃料集合体10は４体１組となって炉心に配置されて
いる。

【０００７】燃料集合体の例を図13（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）により説明する。図13（ａ）は燃料集合
体10の縦断面を、（ｂ）は上部タイプレート25の平面
を、（ｃ）はスペーサ24の平面を、（ｄ）は下部タイプ
レート26の断面をそれぞれ示している。

【０００８】この燃料集合体10は60本の燃料棒21と１本
のウォータロッド22を規則的に配列し、図13（ｃ）で示
したスペーサ24により結束し、下端を図13（ｄ）で示し
た下部タイプレート26で、上端を図13（ｂ）で示した上
部タイプレート25で固定し、これらを角筒状のチャンネ
ルボックス23に収容している。燃料集合体10は図14に部
分的に拡大して示したように４体１組となって図15に示
す例のように炉心に配置される。この例では 872体の燃
料集合体が装荷されている。炉心で使用される制御棒１
は大略燃料集合体４体１組に対して１体使用され、炉心
全体では 205体使用されている。

【０００９】また、この制御棒１の反応度価値（あるい
は吸収能力）は定格出力運転時においては、必ずしも全
部を使用しなくても十分に炉心全体の反応度を制御する
ことが可能であり、燃焼の進んだ燃料集合体４体で構成
するコントロールセル27と呼ばれる特定位置にある制御
棒のみを操作する例が知られている。この方法により、
制御棒操作に伴う局所的な出力変化をできるだけ抑制す
ることができる。

【００１０】図15における例では25個のコントロールセ
ル27には４年間炉心に滞在して燃焼が進み、無限増倍率
が低下した４年目燃料が 100体使用され構成されてい
る。また図示しないが、初装荷炉心と呼ぶ第１サイクル
初めの未燃焼炉心の場合では、複数のウラン濃縮度の燃
料集合体のうち、低い濃縮度の燃料集合体を４年目燃料
集合体の代りにコントロールセル27に使用する例もあ
る。

【００１１】さらに図示しないが、炉心最外周に位置す
る燃料集合体を低反応度の燃料集合体とするいわゆる低
漏洩炉心と呼ぶ方法が知られている。低反応度の燃料集
合体としてはコントロールセル27と同様に燃焼の進んだ
無限増倍率の低いものが用いられる。また、初装荷炉心
では複数のウラン濃縮度の燃料集合体のうち、低い濃縮
度の燃料集合体を使用する場合もある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】定格運転中の制御棒操
作は軸方向の出力歪みを生じるため、燃料集合体の平均
出力の高い領域で制御棒操作を行うと出力ピークが生じ
る場合が多く、そのため、熱的な制限条件から制御棒の
操作範囲がかなり制約を受ける。このため、平均出力の
低い領域を作り、この領域で制御棒操作を行うことによ
り、制御棒操作範囲の制約を取り除こうとする概念がコ
ントロールセル27である。

【００１３】このコントロールセル27の構成のためには
無限増倍率の低い部分集合体30を操作制御棒の周囲に選
択的に配置する必要があり、炉心の燃料配置の自由度の
面からは制約となっている。制約の例として以下の場合
がある。

【００１４】４年目燃料をコントロールセル27として使
用する場合、結果として燃焼の進んだ燃料を炉心の中心
部に配置することとなり、炉心の反応度の面からは損失
となる。これは経済性の高い燃料装荷法であるいわゆる
低漏洩炉心の考え方と逆行する。

【００１５】また、燃焼が進んで反応度の低下した燃料
は炉停止時の局所的な反応度調整にも使用され、炉停止
余裕の改善が図られるが、コントロールセルのために反
応度の低い燃料集合体が不足する場合があり、この場合
炉停止余裕の改善が困難となる。

【００１６】低漏洩炉心を作成すると炉心外周部の出力
が下がるため、炉心中央部の出力が上がり、チャンネル
ピーキングが増加する。この傾向は炉心が小さくなるほ
ど、また、燃料集合体が大きくなるほど強くなる。

【００１７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、コントロールセルによる反応度の損失が少な
く、制御棒操作によっても熱的に厳しくならない炉心配
置を得ることができる原子炉炉心を提供することにあ
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は先端構造材と末
端構造材とを中央構造材によって結合し、この中央構造
材に放射状に張設された深いＵ字状断面を有する制御棒
ブレードを固設し、この制御棒ブレード内に中性子吸収
材を充填し、前記制御棒ブレードの幅は８×８本の燃料
棒が配置された燃料集合体の正方角筒状チャンネルボッ
クスの一辺の幅よりも長く形成されている制御棒と、一
辺が熱中性子の拡散距離（Ｌ）の２倍以上の部分集合体
を１単位としてＭ行Ｍ列（Ｍは２以上の整数）の正方格
子状に配列し、これら部分集合体を正方角筒状の第２の
チャンネルボックス内に収容し、前記部分集合体は第１
または複数のチャンネルボックスあるいは一対の板状構
造物によって区画された区画内に多数本の燃料棒が規則
正しく配列して収容され前記燃料棒の一部がウォータロ
ッドで置き代った燃料集合体とからなり、前記制御棒に
隣接する一辺が熱中性子の拡散距離（Ｌ）の２倍以上の
燃料集合体の無限増倍率を前記制御棒に隣接しない位置
の燃料集合体の無限増倍率より低くなるように配置した
ことを特徴とする。

【００１９】すなわち、本発明に係る原子炉炉心は制御
棒ブレードの幅が８×８本の燃料棒が配置された燃料集
合体、つまり部分集合体の角筒状チャンネルボックスの
１辺の幅より長い十字型制御棒を適用し、この制御棒に
隣接する１辺が熱中性子拡散距離Ｌの２倍以上の部分集
合体の無限増倍率を制御棒に隣接しない位置の燃料集合
体の無限増倍率より低くなるように配置して原子炉炉心
を構成する。また、１辺が熱中性子拡散距離Ｌの２倍以
上の部分集合体を１単位としてＭ行Ｍ列（Ｍは２以上の
整数）の正方格子状に配列し、これらの部分集合体を大
型角筒状のチャンネルボックスに収容して大型化した燃
料集合体を構成して原子炉炉心に適用する。

【００２０】出力運転中に使用する制御棒に隣接する燃
料集合体または部分集合体の無限増倍率を他の燃料集合
体の無限増倍率より低くする手段としては、前記制御棒
に隣接する１辺が熱中性子拡散距離Ｌの２倍以上の部分
集合体の燃焼度を制御棒に隣接しない位置の部分集合体
の燃焼度より高くなるように配置した炉心とする。

【００２１】あるいは、前記制御棒に隣接する１辺が熱
中性子拡散距離Ｌの２倍以上の部分集合体の濃縮度を制
御棒に隣接しない位置の部分集合体の濃縮度より低くな
るように配置することによって行う。

【００２２】さらに、部分集合体を大型角筒状のチャン
ネルボックスに収容し、且つ部分集合体のチャンネルボ
ックスの外部は沸騰しない単相の水とする大型化した燃
料集合体を使用する。

【００２３】また、炉心の外周境界に隣接する１辺が熱
中性子拡散距離Ｌの２倍以上の部分集合体の濃縮度を炉
心の外周境界に隣接しない位置の部分集合体の濃縮度よ
り低くなるように配置した炉心とする。

【００２４】あるいは、炉心の最外周に位置する１辺が
熱中性子拡散距離Ｌの２倍以上の部分集合体の燃焼度を
炉心の最外周に位置燃料集合体の燃焼度より高くなるよ
うに配置した炉心とする。なお、熱中性子の拡散距離Ｌ
は燃料集合体平均の熱中性子除去断面積Σおよび熱中性
子拡散係数Ｄから次式のように表され、ウラン燃料では
約 2.5cm位になる。

【００２５】

【数１】

【００２６】十字型制御棒ブレードの幅を８×８本燃料
棒を配置した燃料集合体のチャンネルボックスの１辺の
幅より長くすることにより、制御棒１体当りに制御でき
る部分集合体の数が増加するため、運転中に操作する制
御棒本数が減少し、また制御棒駆動機構の必要数が減少
する。

【００２７】一辺が熱中性子拡散距離Ｌの２倍以上の部
分集合体で構成される炉心において、制御棒に隣接する
燃料集合体の無限増倍率を制御棒に隣接しない位置の燃
料集合体の無限増倍率より低くなるように配置すると、
発明者が炉心特性の詳細な計算を行ったところ、出力運
転中の制御棒操作が熱的制限条件下ら制約を受けにくく
なる結果が得られた。

【００２８】以下、この結果について説明する。燃料集
合体の隣接位置に制御棒を挿入した場合の定格出力運転
状態での出力分布と、また一定の燃焼後、制御棒を引抜
いた場合の出力分布を評価した結果を図14の矢視Ａ−Ａ
線上の燃料棒１から８について図17に示す。出力分布と
制御棒との距離の関係は、制御棒から熱中性子拡散距離
Ｌの２倍以上の領域では出力変動が小さい。つまり、燃
料棒番号３〜４より右側の８辺りまでが制御棒からの距
離が２Ｌ以上の範囲となる。

【００２９】これはＢＷＲを含む軽水炉の場合、熱中性
子が反応の大部分を占めているため、熱中性子から見た
制御棒の影響が制御棒からの距離をｘとすると、ほぼｅ
ｘｐ（−ｘ／Ｌ）に比例して減衰する（図14の矢視Ａ−
Ａ線に沿って減衰する様子を図16に示す）ことによる。

【００３０】従って、制御棒からの距離が熱中性子拡散
距離Ｌの２倍以上の領域では制御棒の影響は 1/7以下に
減衰する。これは、出力変動に換算すると10％以下の変
動に相当する。この程度の変動は従来の核設計での許容
範囲内にある。

【００３１】故に、燃料集合体の大きさを熱中性子拡散
距離Ｌの２倍以上にした部分集合体をＭ行Ｍ列に配置し
て大型化した燃料集合体を構成する場合、または単独の
燃料集合体の場合、制御棒に隣接する燃料集合体に対し
てのみ制御棒の影響を考慮すればよい。

【００３２】先に述べたように、熱中性子拡散距離Ｌは
燃料集合体平均の熱中性子拡散係数Ｄと熱中性子除去断
面積Σとの比の平方根であるので、プルトニウムとウラ
ンを使用した、いわゆるＭＯＸ燃料ではウランのみの場
合より吸収断面積が大きいため、制御棒が影響する距離
はさらに小さく３cm程度になることも分かった。

【００３３】また、出力変動の大きさは燃料集合体の無
限増倍率に比例する。従って、制御棒による出力変動を
小さくするためには、制御棒に隣接する燃料集合体の無
限増倍率を小さくすればよい。燃料集合体の無限増倍率
は燃焼度が大きいほど小さく、また濃縮度が低いほど小
さいので、このような燃料集合体を十字型制御棒に面し
て配置することで達成できる。

【００３４】部分集合体を複数配列してこれらを束ねて
チャンネルボックスに収容して大型燃料集合体を構成す
ることによって、外側のチャンネルボックスが十字型制
御棒の挿入ガイドになる。このため、内部の部分集合体
の大きさを変更しても制御棒の挿入性に影響がなくな
る。

【００３５】また、部分集合体のチャンネルの外側且つ
大型燃料集合体の内側に非沸騰水の領域を設けることが
でき、熱中性子拡散距離が短くなるので、隣接する部分
集合体に対する制御棒操作の影響はさらに減少する。

【００３６】部分集合体を複数配列してこれらを束ねて
チャンネルボックスに収容した大型燃料集合体を使用し
た炉心において、炉心の外周境界に隣接する部分集合体
の無限増倍率を最外周以外に位置した部分集合体よりも
低くすることによって、低漏洩炉心を構成することがで
きる。

【００３７】この場合、図７，図９に示したように、炉
心最外周の燃料集合体を構成する部分集合体のうち、炉
心最外周に接する部分集合体のみ、その集合体の無限増
倍率の小さいものとすることにより、炉心全体の中で最
外周に配置される無限増倍率の小さい部分集合体の数が
減少し、径方向ピーキングが容易になる。また、それだ
け炉心中央で炉停止余裕の改善や、コントロールセル構
成上必要な無限増倍率の小さい部分集合体の数が増え、
炉心構成の裕度が増加する。

【００３８】

【発明の実施の形態】図１および図２を参照しながら本
発明に係る原子炉炉心の第１の実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る原子炉炉心に適用するための制御棒
１ａと燃料集合体10ａを示す横断面図である。すなわち
燃料集合体10ａは図14に示した従来例の燃料集合体10と
ほぼ同様であるが、チャンネルボックス23内に72本の燃
料棒21が９×９の正方格子状に配列され、また、燃料棒
21の９本分の面積を占めるウォータロッド22が中央に配
列されたものから構成されている。

【００３９】チャンネルボックス23の一辺の幅Ｂは熱中
性子の拡散距離Ｌの約４倍である。制御棒１ａの十字型
ブレード４ａの幅Ａは燃料集合体10ａのチャンネルボッ
クス23の幅Ｂの約２倍である。この制御棒１ａは４枚の
長尺ブレード４ａが中央構造材６ａに十字状に取着され
たものからなっている。

【００４０】上記構成の制御棒１ａによれば１本の制御
棒１ａで制御できる燃料集合体10ａの体数が２倍になる
ので、従来例の制御棒に比して同一の炉心を半分の制御
棒で制御できる。これにより制御棒駆動機構の数を半分
に減らすことができ、コストダウンが図れる。また、原
子炉圧力容器の下部の貫通口を減らすことができるので
原子炉圧力容器の健全性が高まる。

【００４１】図２は図１により説明した燃料集合体10ａ
と制御棒１ａを適用した原子炉炉心の第１の実施の形態
で、原子炉炉心を中心から４分割した 1/4炉心部分を示
す水平断面である。本実施の形態に係る炉心は、一辺が
熱中性子拡散距離Ｌの２倍以上である燃料集合体10ａで
構成されている。原子炉運転時の反応度制御および出力
分布制御のために使用する13本の制御棒１ａに隣接する
燃料集合体10ａを、制御棒１ａに隣接しない位置の燃料
集合体10ａより無限増倍率の低い部分集合体30に置き換
えている。

【００４２】本実施の形態によれば、出力運転中に反応
度制御および出力分布制御のために制御棒を操作して
も、制御棒１ａに隣接する燃料集合体の線出力密度を大
きく変動させることなく実施でき、燃料被覆管の破損率
が低減し、原子炉の安全性を高めることができる。

【００４３】つぎに図３および図４により本発明に係る
原子炉炉心の第２の実施の形態を説明する。図３は本実
施の形態に適用する制御棒１ａと大型化した燃料集合体
を示している。すなわち、一辺の長さが熱中性子の拡散
距離Ｌの２倍以上の長さをもつ部分集合体20を４（２×
２）体組合わせ、大型角筒状のチャンネルボックス23ａ
に収納して大型化した燃料集合体を構成している。上記
大型化した燃料集合体は制御棒１ａに対して平坦なガイ
ド面を提供でき、制御棒の挿入を高めることができる。
部分集合体20は燃料棒21を３×３の小集団に分け、小集
団内の燃料棒21の格子ピッチｐ１と小集団間の格子ピッ
チｐ２との間でｐ２がｐ１よりも大きくなるようにして
ある。

【００４４】このようにすると、運転時の無限増倍率を
大きくし、逆に低温時の無限増倍率を小さくする効果が
ある。これは燃料の経済性を向上させ、炉停止余裕の改
善となる。この結果、大型化した燃料集合体28を一体と
して取扱うことができ、燃料交換作業が効率化するとと
もに、制御棒ガイドとしても好適となる。

【００４５】図４は本実施の形態に係り、第１の実施の
形態に記載の制御棒１ａのうち、原子炉運転時に反応度
制御および出力分布制御のために主に用いる13本の制御
棒１ａに面する位置に高燃焼度燃料34を装荷した炉心で
ある。図４において、大型チャンネルボックス23ａ内の
部分集合体の番号１は低燃焼度燃料31であり、２は中燃
焼度燃料32であり、３は中燃焼度燃料33であり、４は高
燃焼度燃料34をそれぞれ示している。

【００４６】本実施の形態によれば、大型化した燃料集
合体を構成する部分集合体を全て同一程度の燃焼度に揃
えることによって生じる径方向出力ピーキングの増大を
緩和できる。また、出力運転中に使用する制御棒１ａに
隣接する部分集合体の制御棒操作による線出力密度の変
化を第１の実施の形態と同様に緩和できる。さらに、大
型化した燃料集合体を部分集合体から構成し、その冷却
材流路を分離していることによって大型燃料集合体の取
扱い効率の向上のメリットを得ながらピーキング悪化の
問題を解決できる。

【００４７】つぎに図５により本発明に係る原子炉炉心
の第３の実施の形態を説明する。すなわち、本実施の形
態は図５に示したように、第１の実施の形態に記載の制
御棒１ａのうち、原子炉運転時に反応度制御および出力
分布制御のために主に用いる13本の制御棒１ａに面する
燃料集合体に高濃縮度燃料を装荷して構成した原子炉炉
心である。図５においては図４と対応しているが、部分
集合体中の番号１は高濃縮度燃料35であり、２は中濃縮
度燃料36であり、３は中濃縮度燃料37であり、４は低濃
縮度燃料38である。本実施の形態によれば、初装荷炉心
において前記と同じく制御棒操作による線出力密度を大
きく変動させることなく実施でき、原子炉の安全性を高
めることができる。

【００４８】つぎに図６および図７により本発明に係る
原子炉炉心の第４の実施の形態を説明する。図６は本実
施の形態に適用する燃料集合体の横断面図で、この燃料
集合体29は燃料棒21を６×６に束ね、中央部にウォータ
ロッド22を配置した部分集合体20ａを取り囲む筒型の構
造物（以下、小型チャンネルボックス23ｃと呼ぶ）をも
ち、この部分集合体20ａを３×３個配置し、これらの部
分集合体20ａを大型チャンネルボックス23ｂによって囲
んで大型化した燃料集合体29を構成している。チャンネ
ルボックス23ｂで包囲された領域を非沸騰水領域41とす
る。このように非沸騰水領域41を設けることにより、部
分集合体20ａ間での熱中性子拡散距離が短くなり、制御
棒１ａに対して２列目以上の部分集合体20ａへの制御棒
の影響を小さくすることができる。

【００４９】図７は本実施の形態の原子炉炉心の1/4平
面で、炉心内には図６に示した大型燃料集合体28を装荷
して炉心を構成している。すなわち、図２に示したよう
に炉心の最外周に位置する燃料集合体15を図７に示した
ように無限増倍率の低い部分集合体30に置換して構成し
た炉心である。低漏洩炉心形成のために炉心の最外周に
位置する大型燃料集合体28内の部分集合体20ａを全て無
限増倍率の低い部分集合体30にすると、炉心のチャンネ
ルピーキングを悪化させるが、本実施の形態によれば、
最外周の大型燃料集合体の部分集合体30で無限増倍率の
低い部分集合体の数が少ないので、炉心チャンネルピー
キングを悪化させずに低漏洩炉心が形成できる。

【００５０】なお、炉心最外周に位置する部分集合体30
の無限増倍率を小さくする方法としては、高燃焼度燃料
34を装荷するか、または低濃縮度燃料38を装荷すること
によって実現できる。また、他の方法として炉心最外周
に位置する部分集合体15のみのオリフィス（図示せず）
を絞り、炉心最外周に位置する燃料集合体28に流れる水
の量を減らすことによって、炉心最外周の炉心平均の50
％程度の出力しか出ない部分集合体の出口蒸気クォリテ
ィを他の炉心内側の部分集合体の出口蒸気クォリティと
同程度にでき、炉心流量の適切な配分ができる。これが
できるのも大型の燃料集合体を部分集合体で構成し、冷
却材流路を分離していることによる。

【００５１】つぎに図８により本発明に係る原子炉炉心
の第５の実施の形態を説明する。図８は本実施の形態に
係る原子炉炉心の配置を1/4平面図で示している。図中
符号１ａは制御棒、29は図６で示した大型燃料集合体を
示し、30は大型燃料集合体29内の無限増倍率の低い部分
集合体を示している。図８から明らかなように、本実施
の形態によれば制御棒１ａに近い部分にのみ部分集合体
30を配置している。作用効果は前述した実施の形態とほ
ぼ同様であるのでその説明は省略する。

【００５２】つぎに図９により本発明に係る原子炉炉心
の第６の実施の形態を説明する。図９は本実施の形態に
おける原子炉炉心の配置を1/4平面図で示している。本
実施の形態は大型燃料集合体29内の無限増倍率の低い部
分集合体30を炉心の最外周に配列した例である。本実施
の形態によれば、熱的に厳しくならない炉心配置を得る
ことができる。

【００５３】本発明に係る原子炉炉心の実施の形態にお
いて、大型燃料集合体の適用例として二重にチャンネル
ボックスを有するものを示したが、本発明の実施の形態
においては、二重にチャンネルボックスを有する必要は
なく、４体の部分集合体で構成することもできる。すな
わち、図10に他の例として示すように大型チャンネルボ
ックス23ｂの対面する２面を結ぶ２枚１組の板状構造物
19の２組によって、燃料棒21を４体の部分集合体に区分
し、２枚の板状構造物19ａに挟まれる断面を非沸騰水領
域とした大型燃料集合体でもよい。

【００５４】また、図11にさらに他の例として示すよう
に大型チャンネルボックス23ｂの対面する２面を結ぶ板
状構造物19，19の２組によって、燃料棒21を４体の部分
集合体に区分した大型燃料集合体でもよい。２枚の板状
構造物19，19間は非沸騰水領域41を形成することにな
る。

【００５５】本発明の実施態様を要約すると次のとおり
である。 (1)制御棒ブレードの幅Ａは８×８本の燃料棒を配列し
た燃料集合体のチャンネルボックスの１辺の幅Ｂより長
い十字型制御棒を適用する。 (2)制御棒に隣接する部分集合体の無限増倍率を、制御
棒に隣接しない位置の部分集合体の無限増倍率より低く
なるように配置する。 (3)１辺が熱中性子の拡散距離Ｌの２倍以上の部分集合
体を１単位としてＭ行Ｍ列（Ｍは２以上の整数）の正方
格子状に配列し、これらを大型角筒状のチャンネルボッ
クスに収容して構成する。 (4)制御棒に隣接する１辺がＬの２倍以上の部分集合体
の燃焼度を、制御棒に隣接しない位置の部分集合体の燃
焼度より高くなるように配置する。 (5)制御棒に隣接する１辺がＬの２倍以上の部分集合体
の濃縮度を、制御棒に隣接しない位置の部分集合体の濃
縮度より低くなるように配置する。 (6)部分集合体を大型角筒状のチャンネルボックスに収
容し、部分集合体のチャンネルボックスの外部は沸騰し
ない単相の水となっている。 (7)１辺がＬの２倍以上の部分集合体を１単位としてＭ
行Ｍ列（Ｍは２以上の整数）の正方格子状に配列し、こ
れらを大型角筒状のチャンネルボックスに収容して構成
した大型燃料集合体において、部分集合体のうち制御棒
に隣接した位置の部分集合体の無限増倍率を、制御棒に
隣接しない位置の部分集合体の無限増倍率より低くなる
ように配置する。 (8)１辺がＬの２倍以上の部分集合体を１単位としてＭ
行Ｍ列（Ｍは２以上の整数）の正方格子状に配列し、こ
れらを大型角筒状のチャンネルボックスに収容して構成
した燃料集合体において、部分集合体のうち炉心の最外
周に位置する部分集合体の無限増倍率を、炉心の最外周
以外に位置する部分集合体の無限増倍率より低くなるよ
うに配置する。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、制御棒の本数を減ら
し、コントロールセルによる反応度の損失が少なく、ま
た制御棒操作によっても熱的に厳しくならない大型燃料
集合体の構造およびその炉心配置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子炉炉心の第１の実施の形態に
適用する制御棒と燃料集合体の配列状態を示す横断面
図。

【図２】本発明に係る原子炉炉心の第１の実施の形態を
説明するための1/4炉心を示す平面図。

【図３】本発明に係る原子炉炉心の第２の実施の形態に
適用する制御棒と燃料集合体の横断面図。

【図４】本発明に係る原子炉炉心の第２の実施の形態を
説明するための1/4炉心を示す 平面図。

【図５】本発明に係る原子炉炉心の第３の実施の形態を
説明するための1/4炉心を示す平面図。

【図６】本発明に係る原子炉炉心の第４の実施の形態に
適用する燃料集合体を示す横断面図。

【図７】本発明に係る原子炉炉心の第４の実施の形態を
説明するための1/4炉心を示す平面図。

【図８】本発明に係る原子炉炉心の第５の実施の形態を
説明するための1/4炉心を示す平面図。

【図９】本発明に係る原子炉炉心の第６の実施の形態を
説明するための1/4炉心を示す平面図。

【図１０】本発明に係る原子炉炉心に適用する制御棒と
燃料集合体の他の例を示す横断面図。

【図１１】本発明に係る原子炉炉心に適用する制御棒と
燃料集合体のさらに他の例を示す横断面図。

【図１２】従来例の制御棒を一部切欠して示す斜視図。

【図１３】（ａ）は従来の燃料集合体を示す立面図、
（ｂ）は（ａ）の上部タイプレートを示す平面図、
（ｃ）は（ａ）のスペーサを示す平面図、（ｄ）は
（ａ）の下部タイプレートを示す横断面図。

【図１４】従来の燃料集合体と制御棒との配置例を示す
炉心の平面図。

【図１５】従来の炉心におけるコントロールセルの配置
図。

【図１６】図14の矢視Ａ−Ａ線に沿って減衰する制御棒
の熱中性子束分布曲線図。

【図１７】制御棒の熱中性子束分布への影響を図14の矢
視Ａ−Ａ線に沿って見た特性図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ…制御棒、２…ハンドル、３…ガイドロ
ーラ、４…制御棒ブレード、５…ポイズンチューブ、６
…中央構造材、７…速度リミッタ、８…制御棒駆動装置
ソケット、９…下部スカート、10，10ａ…燃料集合体、
14…小型チャンネルボックス、15…最外周に位置する燃
料集合体、20，20ａ…部分集合体、21…燃料棒、22…ウ
ォータロッド、23…チャンネルボックス、24…スペー
サ、25…上部タイプレート、26…下部タイプレート、27
…コントロールセル、28，29…大型化した燃料集合体、
30…無限増倍率の低い部分集合体、31…低燃焼度燃料、
32…中燃焼度燃料、33…中燃焼度燃料、34…高燃焼度燃
料、35…高濃縮度燃料、36…中濃縮度燃料、37…中濃縮
度燃料、38…低濃縮度燃料、41…非沸騰水領域。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 7/113 G21C 3/30 G21C 3/334

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端構造材と末端構造材とを中央構造材
   によって結合し、この中央構造材に放射状に張設された
   深いＵ字状断面を有する制御棒ブレードを固設し、この
   制御棒ブレード内に中性子吸収材を充填し、前記制御棒
   ブレードの幅は８×８本の燃料棒が配置された燃料集合
   体の正方角筒状チャンネルボックスの一辺の幅よりも長
   く形成されている制御棒と、一辺が熱中性子の拡散距離
   （Ｌ）の２倍以上の部分集合体を１単位としてＭ行Ｍ列
   （Ｍは２以上の整数）の正方格子状に配列し、これら部
   分集合体を正方角筒状の第２のチャンネルボックス内に
   収容し、前記部分集合体は第１または複数のチャンネル
   ボックスあるいは一対の板状構造物によって区画された
   区画内に多数本の燃料棒が規則正しく配列して収容され
   前記燃料棒の一部がウォータロッドで置き代った燃料集
   合体とからなり、前記制御棒に隣接する一辺が熱中性子
   の拡散距離（Ｌ）の２倍以上の燃料集合体の無限増倍率
   を前記制御棒に隣接しない位置の燃料集合体の無限増倍
   率より低くなるように配置したことを特徴とする原子炉
   炉心。