JP3124046B2

JP3124046B2 - 軽水炉の燃料集合体群

Info

Publication number: JP3124046B2
Application number: JP03027361A
Authority: JP
Inventors: 貞夫楠野; 靖平野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-02-21
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 2001-01-15
Anticipated expiration: 2016-01-15
Also published as: JPH04265896A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、軽水炉の炉心部に装荷
される軽水炉の燃料集合体群に係り、特に熱的健全性を
損うことなくウランとプルトニウムとを混合した混合酸
化物（ＭＯＸ）燃料集合体当たりのプルトニウム装荷量
を可及的に増やすことができる軽水炉の燃料集合体群に
関する。

【０００３】

【従来の技術】一般に、沸騰水型原子炉等の軽水炉にお
いては、主としてウラン酸化物を燃料ペレットに焼き固
めて燃料被覆管に詰めた燃料棒を、スペーサによって格
子状に束ねて組み立てた燃料集合体を装荷している。

【０００４】図１２は、従来のこの種のウラン燃料集合
体を示すもので、図中、符号ａはウラン燃料集合体のチ
ャンネルボックスであり、このチャンネルボックスａ内
には、ウラン燃料棒ｂとガドリニア入り燃料棒ｃとが、
８行８列に配置され、中央部には、ウォータロッドｄが
配置される。

【０００５】ウラン燃料棒ｂの核燃料は、天然ウランか
らウラン２３５を濃縮した濃縮ウランであるが、その濃
度度（Ｕ−２３５の重量割合）の異なるものが数種類使
用されている。図１２においては、燃料棒中に符号１，
２，３，４を付した４種類のウラン燃料棒ｂが用いられ
ている。

【０００６】また、ガドリニア入り燃料棒ｃは、ガドリ
ニウム酸化物（ガドリニア：Ｇｄ_２Ｏ_３）をウラン酸化
物と混合して形成されており、大きな中性子吸収断面積
を有することから、初期の反応度を制御するために用い
られている。図１２においては、燃料棒中に符号Ｇを付
した１０本のガドリニア入り燃料棒ｃが用いられてい
る。

【０００７】表１に、図１２に示すウラン燃料集合体
（単に、ウラン燃料とも称される）における各燃料棒
ｂ，ｃのＵ−２３５濃縮度（重量パーセント：ｗ／
ｏ）、Ｇｄ_２Ｏ_３濃度（重量パーセント：ｗ／ｏ）およ
び本数を示す。

【０００８】

【表１】

【０００９】ところで、ウラン燃料は、原子炉の炉心部
に装荷され、所定期間運転された後使用済みとなり、こ
の使用済燃料は数年間冷却された後再処理される。再処
理時に回収されるウランおよびプルトニウムは、再び軽
水炉の核燃料としてリサイクルすることによって、ウラ
ン資源の節約を図ることができる。その中のプルトニウ
ムを軽水炉にリサイクルすることは、プルサーマルと呼
ばれ、欧米では早くから実施された経験がある。プルサ
ーマルにおいては、プルトニウムは酸化物の形で、母材
となるウラン酸化物と混合され、混合酸化物（ＭＯＸ）
として、やはりペレット状に焼き固められて燃料被覆管
に詰められてＭＯＸ燃料棒を形成し、この燃料棒を束ね
てＭＯＸ燃料集合体（以後ＭＯＸ燃料と略称）を構成し
ている。この燃料集合体は再び軽水炉に装荷され核燃料
として使用される。

【００１０】燃料としてのプルトニウムは、同位元素と
しては、表２に示すものがある。

【００１１】

【表２】

【００１２】なお、表２において、σ_γは、２２００ｍ
／ｓの中性子に対する（ｎ，γ）反応断面積、Ｉ_γは、
（ｎ，γ）反応の実効共鳴積分、σ_ｆは、２２００ｍ／
ｓの中性子に対する（ｎ，ｆ）反応断面積、Ｉ_ｆは、
（ｎ，ｆ）反応の実効共鳴積分である。また表２中に＊
印を付した同位体元素は、核分裂性元素である。表２に
おいて、Ａｍ−２４１は、プルトニウム同位体元素では
ないが、Ｐｕ−２４１が半減期１４．７年でベータ崩壊
することにより生成されるので、プルトニウム同位体元
素の仲間に入れてある。ウラン燃料の場合と異なって、
プルトニウム燃料の場合には、再処理によって回収され
るという性質上、その同位体元素割合を固定することは
できないが、典型的なウラン燃料の再処理によって得ら
れるプルトニウムの同位体元素割合（％）を一例として
挙げると、Ｐｕ−２３８：Ｐｕ−２３９：Ｐｕ−２４
０：Ｐｕ−２４１：Ｐｕ−２４２：Ａｍ−２４１＝１．
５：５９．５：２６．４：７．６：３．８：１．２であ
る。したがって、プルトニウムの核分裂性物質Ｐｕｆ
（Ｐｕ−２３９およびＰｕ−２４１）の割合は６７．１
％である。

【００１３】ＭＯＸ燃料の設計をする場合には、既に先
行して認可されているウラン燃料と同一の集合体ハード
（チャンネルボックス）形状を採用するのが通例であ
る。ところが、燃料集合体のハード形状は、減速材であ
る水と燃料であるウランとの水対燃料体積比を、ウラン
燃料が最も高い反応度を得るように最適設計してある。
一般に、プルトニウム同位体元素の中性子吸収断面積
（中性子捕獲断面積σ_γと核分裂断面積σ_ｆとの和）
は、ウラン同位体元素のものよりも数倍大きいことは、
表２に示す通りである。このため、ウラン燃料と同一の
集合体ハード形状を採用する限りにおいては、ＭＯＸ燃
料の中性子のエネルギースペクトルは、ウラン燃料に比
べて硬くなる（高速側に少し片寄る）。このことは、Ｍ
ＯＸ燃料設計において３つの困難をもたらすことにな
る。

【００１４】第１の困難は、ウラン燃料と同一の反応度
を持つＭＯＸ燃料集合体を設計するためには、全核分裂
性物質（Ｕ−２３５およびＰｕｆ）の装荷量をウラン燃
料よりも多くする必要がある。

【００１５】第２の困難は、反応度制御に使用している
ガドリニウムの反応度制御能力（反応度価値）の大部分
は、熱中性子領域において顕著であるため、中性子のエ
ネルギスペクトルが硬くなれば、反応度価値が減少する
ことである。このため、図１２と同じ反応度を持ったＭ
ＯＸ燃料を作る場合には、それだけガドリニア入り燃料
棒の本数を、ウラン燃料に比べて増加する必要がある。
ガドリニア入り燃料棒は、燃焼初期においては出力は極
めて低いので、出力を負担する燃料棒の数が実質的に減
少する。このため、他の燃料棒１本当たりの出力が増加
し、燃料棒の熱的健全性を維持するために運転の余裕が
減少する。燃料棒の出力負担割合を示す指標として局所
出力ピーキング係数が使用される。

【００１６】仮に、全ての燃料棒が一様に出力を負担し
ていれば、どの燃料棒の局所出力ピーキング係数も１．
０である。図１２に示したウラン燃料集合体の燃焼初期
における局所出力分布を図１３に示す。下線を施した出
力係数はガドリニア入り燃料棒のものでいずれも０．４
強の値である。最大の局所出力（ピーキング係数）は＊
印を施した位置に現われ、その値は１．２３８である。
ＭＯＸ燃料では、出力負担燃料棒数が減った分だけ、一
般にはウラン燃料よりも局所出力ピーキング係数は増大
することになる。

【００１７】第３の困難は、図１４に示すように燃料集
合体の中央部は、周辺部に比べて減速材が少ないため、
中性子スペクトルがより硬くなる。その結果、全ての燃
料棒が同一のウラン濃縮度を持っている場合には、中央
部に比して周辺部の燃料棒は大きな出力ピーキングをと
ることになり、燃料の熱的健全性の観点から好ましくな
い。

【００１８】燃料の熱的健全性を改善するために、すな
わち燃料集合体の横断面において中性子スペクトルをで
きる限り一様にするために、図１２のように燃料集合体
中央部にウォータロッド４を配置し、かつ周辺部ほど中
央部よりもウラン濃縮度を下げている。図１３では、中
央部分にウォータロッド４を配置することによって、熱
中性子束が平坦化されていることが示されている。

【００１９】しかしながら、ウラン燃料に対して最適設
計されている燃料集合体のハード形状において、ウラン
燃料の代りにＭＯＸ燃料を装荷すれば、前記の周辺部と
中央部との中性子スペクトルの差はより著しいので、各
ＭＯＸ燃料棒の核分裂性物質の量の分布を最適化したと
しても、出力ピーキングはウラン燃料よりも厳しくな
る。これを回避するためには、周辺部分の燃料棒だけを
ウラン棒にする「アイランド型」設計とするか、または
プルトニウムの核分裂性物質Ｐｕｆ割合の異なるＭＯＸ
燃料棒の数を多くすることが対策としてとられてきた。

【００２０】なお、燃料の成型加工上の要求として、ガ
ドリニウムとプルトニウムとは混合しないものとされて
いる。これは、過去の実績がないからであるばかりでな
く、燃料成型加工の生産ラインのコストアップを避ける
ためでもある。

【００２１】さらに、前述したようにＭＯＸ燃料に使用
する核分裂性プルトニウムＰｕｆの割合は、元のウラン
燃料の取出し燃焼度や冷却期間などによって異なる。す
なわち、ウラン濃縮度の調整に比して、Ｐｕｆの調整は
コストがかかるものである。したがって、ＭＯＸ燃料設
計においては、Ｐｕｆ割合の異なるＭＯＸ燃料棒の種類
数はできる限り少ないことが望ましい。このことは、前
記第３の困難と矛盾した要求である。

【００２２】ところで、燃料集合体はその燃料経済性を
向上させるために、段階的に高燃焼度化の方向に進んで
いる。高燃焼度化を達成するためには核分裂性物質の含
有割合を増加させることである。このことは、従来の燃
料ハード形状のままでそのまま高燃焼度化の設計をすれ
ば、中性子スペクトルが硬くなり出力ピーキングが高く
なることを意味している。したがって、プルサーマルは
欧米では早くから実施された経験があることは前述した
が、当時よりも現在の方が、ＭＯＸ燃料の設計に関して
は困難性が増していると言える。また、プルトニウムの
輸送や取扱いの安全性を考えると、プルトニウムはでき
る限り１つの燃料集合体に集中して装荷した方が経済的
である。この意味で、「アイランド型」よりも全燃料棒
にプルトニウムを装荷した「全ＭＯＸ型」が望ましい。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、ＭＯ
Ｘ燃料の反応度をウラン燃料と同じにするという条件の
下で、ＭＯＸ燃料の設計をしてきた。そのために、燃料
ハードの変更をしない場合には「アイランド型」にした
り、燃料棒の種類数を増加させることが必要であった。
また、燃料ハードを変更する場合には、水対燃料体積比
を増すために、ウォータロッドを追加する設計としてい
た。このために、燃料集合体当たりのＭＯＸ燃料棒数が
減少し、プルトニウム装荷量が減少すると同時に出力負
担燃料棒本数の減少という矛盾があった。

【００２４】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、燃料集合体当たりのＭＯＸ燃料棒を減少させ
ることなく、燃料集合体当たりのプルトニウム装荷量を
増加させることができ、かつ炉心運用上の融通性を持た
せることができる軽水炉の燃料集合体群を提供すること
を目的とする。

【００２５】〔発明の構成〕

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る軽水炉の燃
料集合体群は、上述した課題を解決するために、核分裂
物質としてウランとプルトニウムとを混合してなる混合
酸化物燃料集合体と、ウランを装荷してなるウラン燃料
集合体とからなる燃料集合体群において、前記ウラン燃
料集合体と前記混合酸化物燃料集合体とは軽水炉の炉心
に混合装荷可能に構成されてなり、前記混合酸化物燃料
集合体の無限増倍率を燃焼初期を除いた燃焼期間で前記
ウラン燃料集合体の無限増倍率よりも低くし、さらに燃
焼初期の前記混合酸化物燃料集合体の局所出力ピーキン
グ係数を前記ウラン燃料集合体の局所出力ピーキング係
数より低くしたものである。

【００２７】

【作用】本発明に係る軽水炉の燃料集合体群において
は、ＭＯＸ燃料集合体の燃料棒の大部分を、ガドリニア
等の可燃性毒物入り燃料棒を除いてＭＯＸ燃料集合体で
構成し、かつこのＭＯＸ燃料集合体の無限増倍率を、燃
焼初期を除いた燃焼期間において、ウラン燃料集合体の
無限増倍率よりも低く、また、燃焼初期においてＭＯＸ
燃料集合体の無限増倍率がウラン燃料集合体より高いた
めに、燃焼初期ではＭＯＸ燃料集合体の局所出力ピーキ
ング係数をウラン燃料集合体の局所出力ピーキング係数
より低くしている。

【００２８】ところで、炉心設計上の熱的制約条件の目
安として、グロスピーキング係数がある。ＭＯＸ燃料集
合体とウラン燃料集合体とが混合装荷された軽水炉の炉
心において、グロスピーキング係数を小さくするため
に、局所出力ピーキング係数が大き目に出るＭＯＸ燃料
集合体の無限増倍率を小さくすればよい。

【００２９】本発明では、ＭＯＸ燃料集合体の無限増倍
率をウラン燃料集合体の無限増倍率より低くしているの
で、炉心の熱的制約条件を余裕を持って満足できる設計
とすることが可能となる。

【００３０】一方、ＭＯＸ燃料集合体の無限増倍率を低
くすると、プルトニウム装荷量が減少するが、ＭＯＸ燃
料集合体の燃料棒の大部分を、ガドリニア等の可燃性毒
物入り燃料棒を除いてＭＯＸ燃料棒で構成しているの
で、燃料集合体当たりのプルトニウム装荷量は、アイラ
ンド型よりも少し多くすることが可能となる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明に係る軽水炉の燃料集合体群の
一実施例について添付図面を参照して説明する。

【００３２】図１は、本発明に係る軽水炉の燃料集合体
群に備えられるＭＯＸ燃料（ＭＯＸ燃料集合体）を示す
もので、このＭＯＸ燃料は、燃料棒を８行８列に格子状
に整列配置した例である。図中、符号１０はＭＯＸ燃料
のチャンネルボックスであり、このチャンネルボックス
１０内には、テイルウランを母材とするＭＯＸ燃料棒１
１とガドリニア等の可燃性毒物入り燃料棒１２とが配置
され、中央部にはウォータロッド１３が配置されてい
る。

【００３３】前記ＭＯＸ燃料棒１１は、図１の燃料棒中
に符号１，２，３，４を付して示すように４種類用いら
れ、また可燃性毒物としてガドリニア入り燃料棒１２
は、図１の燃料棒中に符号Ｇを付して示すように、１６
本用いられている。

【００３４】表３は、前記各燃料棒１１，１２のＵ−２
３５濃縮度、Ｐｕｆ富化度、全核分裂性物質量率、ガド
リニア（Ｇｄ_２Ｏ_３）濃度および本数をそれぞれ示した
ものである。

【００３５】

【表３】

【００３６】図１に示すＭＯＸ燃料は、サイクル末期炉
心平均燃焼度が２２ＧＷｄ／ｔに対応する設計になって
おり、１５ヶ月運転で取り出し平均燃焼度３２ＧＷｄ／
ｔを達成可能である。ＭＯＸ燃料は、図１２に示したウ
ラン燃料と混合装荷できる設計となっている。このため
に、ガドリニア入り燃料棒１２の本数は、ウラン燃料の
場合１０本であるのに対して、本実施例では１６本とな
っている。そして、１６本のうちの８本を、中央の太径
のウォータロッド１３の周りを取り囲むように配してい
る。これは、少しでも水の多い場所に可燃性毒物として
ガドリニアを配置することにより、その制御価値の向上
を図るためである。

【００３７】また、ガドリニア入り燃料棒１２のウラン
濃縮度は、ウラン燃料では３．２％であるが、本実施例
ではそれよりも高い４．５％としている。ウラン濃縮度
を高くすることによって、ガドリニア入り燃料棒１２の
出力負担割合が、僅かながらウラン燃料の場合よりも高
くなり、ガドリニア入り燃料棒１２の本数が増加するこ
とによる燃焼初期の局所出力ピーキングの悪化を、僅か
ながら改善する方向に働くからである。

【００３８】図２は、図１に示すＭＯＸ燃料の燃焼初期
における局所出力分布を示すもので、最大値は１．２３
３となっている。図１３のウラン燃料の局所出力分布と
比べると、ガドリニア入り燃料棒の出力が上がっている
ことが判る。ウラン燃料の方は、サイクル末期炉心平均
燃焼度が２５ＧＷｄ／ｔであり、取り出し平均燃焼度は
３８ＧＷｄ／ｔとＭＯＸ燃料よりも高い。しかしなが
ら、燃料の高燃焼度化が図られることになるので、この
組合せは最も実現性の高いものである。

【００３９】次に、本実施例の作用について説明する。

【００４０】図３は、サイクル末期におけるＭＯＸ燃料
集合体（ＭＯＸ燃料）の炉心平均無限増倍率と核分裂性
物質の割合との関係を、サイクル末期炉心平均燃焼度を
パラメ―タとして示したものである。破線はウラン燃料
に対するもの、実線は本発明が対象とする全ＭＯＸ燃料
に対するものである。ＭＯＸ燃料は、ウラン燃料と同一
のハード形状で設計したものである。炉心は実行増倍率
が１．０で臨界であり、それよりも小さくなると、その
サイクルは運転を継続できない。炉心の中性子の漏れ
は、ほぼ５％Δｋであるため、サイクル末期の炉心平均
の無限増倍率は１．０５である。このサイクル末期の炉
心平均無限増倍率を一点鎖線で表している。

【００４１】サイクル末期炉心平均燃焼度が２５ＧＷｄ
／ｔの燃料をウラン燃料で設計する場合には、Ｕ−２３
５濃縮度がほぼ３．８ｗｔ％必要である（点Ｒ）のに対
して、ＭＯＸ燃料においては、必要核分裂性物質割合は
ほぼ４．６ｗｔ％必要（点Ｂ）であることを、この図は
表わしている。すなわち、前述したように、ＭＯＸ燃料
では中性子スペクトルが硬くなるために、ウラン燃料よ
りも多くの核分裂性物質を装荷して初めて、反応度が同
じ燃料とすることができる。しかも、ＭＯＸ燃料の勾配
は、ウラン燃料よりも緩かであるため、核分裂性物質の
装荷量の変化に関して、ウラン燃料よりも感度が鈍いこ
とを意味している。

【００４２】ところで、図１２で示したウラン燃料で
は、サイクル末期の炉心平均燃焼度が２５ＧＷｄ／ｔに
なるように設計されたものであり、その局所出力ピーキ
ング係数は燃焼初期で１．２３８であることは、図１３
で示した通りである。これに対して、同じ反応度を持つ
ＭＯＸ燃料の局所出力ピーキング係数は１．２４６であ
りウラン燃料よりも高い。

【００４３】図４は、ウラン燃料およびこれと同じ反応
度を持つＭＯＸ燃料の、局所出力ピーキング係数の燃焼
依存性を、それぞれ比較したものである。

【００４４】図４からも明らかなように、ウラン燃料と
ＭＯＸ燃料の局所出力ピーキングの特徴的な差が示され
ている。すなわち、ウラン燃料では、ほぼ単調減少なの
に対して、ＭＯＸ燃料の場合には、燃焼の後半でも単調
減少とはならない。その理由は、中性子スペクトルが硬
いために、Ｕ−２３８からＰｕ−２３９への転換が燃料
集合体の中央部分のＭＯＸ燃料棒でよく進み、それが後
半に出力を出すようになるからである。しかしながら、
局所出力ピーキング係数が大きくとも炉心全体でその燃
料集合体の出力が小さければ熱的制約とはならない。

【００４５】図５は、ウラン燃料およびＭＯＸ燃料の無
限増倍率の燃焼変化を、それぞれ比較して示したもので
ある。

【００４６】図５からも明らかなように、ＭＯＸ燃料の
無限増倍率は、燃焼初期（装荷第１サイクル目）のかな
りの期間と燃焼後期の期間において、ウラン燃料よりも
高い無限増倍率を持っている。特に、ＭＯＸ燃料をウラ
ン燃料と混合して炉心に装荷する場合、図５から判るよ
うに、燃焼初期において、ＭＯＸ燃料の無限増倍率がウ
ラン燃料よりも高いために、ＭＯＸ燃料の局所出力ピー
キング係数を、ウラン燃料よりも下げておく必要があ
る。

【００４７】以下、その理由を説明する。炉心設計上の
熱的制限条件の目安としてグロスピーキング係数があ
る。グロスピーキング係数は炉心の径方向ピーキング係
数、軸方向ピーキング係数および局所出力ピーキング係
数の積の最大値である。径方向ピーキング係数は、主と
して燃料集合体の平均の無限増倍率によって決まる。し
たがって、ＭＯＸ燃料とウラン燃料とが混合装荷された
炉心において、グロスピーキング係数を小さくするため
には、局所出力ピーキング係数が大き目に出るＭＯＸ燃
料の無限増倍率を小さくすればよい。図６ではその目安
として、無限増倍率と局所出力ピーキング係数との積の
燃焼変化を示している。これから、核燃料の燃焼の全て
の期間においてＭＯＸ燃料の値はウラン燃料よりも大き
くなっているため、炉心の熱的設計上厳しい。

【００４８】そこで、核分裂性物質の割合を燃料集合体
平均で０．５％下げたＭＯＸ燃料を設計した。その結
果、局所出力ピーキング係数の燃焼初期における値は図
７に示したように１．２３３に下がり、ウラン燃料より
も下になっていることが判かる。無限増倍率および局所
出力ピーキング係数の値も、図４および図５に示すよう
に、それぞれ全体的に下がっている。その代りに、炉心
平均での燃焼度は、２２ＧＷｄ／ｔと小さくなっている
が、可燃性毒物としてのガドリニア入り燃料棒以外は全
てＭＯＸ燃料棒であるため、プルトニウムの装荷割合
は、アイランド型よりも依然として大きい。無限増倍率
が燃焼初期を除いて、燃焼の大部分の期間においてウラ
ン燃料よりも小さいために、無限増倍率と局所出力ピー
キング係数との積は、図６に示したように、装荷第１サ
イクル目においてウラン燃料と同程度の値をとる燃焼期
間が増加し、炉心の熱的制約条件を余裕を持って満足で
きる設計となっている。

【００４９】なお、図７において、ＭＯＸ燃料の核分裂
性物質重量割合の量をどの程度まで下げればよいかにつ
いては、少なくともＣ点以下になることが必要であり、
それよりも小さい程炉心特性は楽になる方向である。た
だし、余り下げ過ぎると今度は燃料集合体当たりの装荷
プルトニウム量がアイランド型並になってしまうので、
下げる限界はこれによって抑えられる。Ａ点は１つの実
施例に過ぎず、Ｃ点により近いＭＯＸ燃料が問題なく設
計できれば最もプルトニウムの装荷割合が多くできる。

【００５０】以上のように、ＭＯＸ燃料集合体当たりの
プルトニウム装荷量をできる限り大きくして、ウラン燃
料と混合装荷しても、熱的性能を損うことなく運転余裕
の十分に高い炉心を構成することが可能である。プルト
ニウム富化度を下げることによる炉心特性上の利点は、
運転時ばかりでなく、炉停止時の炉停止余裕の改善にも
有効である。一般に、運転時から冷温停止時に変えたと
きの集合体の無限増倍率の変化量（コールドホットスイ
ング）が正で大きい炉心では炉停止余裕が厳しい。本実
施例の場合、コールドホットスイングの燃焼初期の値−
０．２％Δｋであって、プルトニウム富化度を下げる前
のＭＯＸ燃料の値＋０．１％Δｋよりも改善されてい
る。

【００５１】図８は、本発明に係るＭＯＸ燃料におい
て、９行９列に燃料棒を整列配置した燃料集合体に適用
した例を示すもので、図中、符号１０はチャンネルボッ
クスであり、このチャンネルボックス１０内には、ＭＯ
Ｘ燃料１１と可燃性毒物としてガドリニア入り燃料棒１
２とが配置され、中央部には、太径のウォータロッド１
３が２本配置されている。

【００５２】前記ＭＯＸ燃料棒１１は、図８の燃料棒中
に符号１，２，３，４を付して示すように４種類用いら
れ、また前記ガドリニア入り燃料棒１２は、図８の燃料
棒中に符号Ｇ１，Ｇ２を付して示すように２種類用いら
れている。

【００５３】表４は、前記各燃料棒１１，１２のＵ−２
３５濃縮度、Ｐｕｆ富化度、全核分裂性物質重量率、ガ
ドリニア（Ｇｄ_２Ｏ_３）濃度および本数をそれぞれ示し
たものである。

【００５４】

【表４】

【００５５】図８に示すＭＯＸ燃料は、取出し平均燃焼
度が４５ＧＷｄ／ｔのウラン燃料と混合装荷されるとき
に、良好な炉心特性を示すものである。

【００５６】図９は、図８に示すＭＯＸ燃料とウラン燃
料との無限増倍率の燃焼変化をそれぞれ示すものであ
り、ＭＯＸ燃料の無限増倍率は、燃焼初期を除いた燃焼
期間の大部分において、ウラン燃料の無限増倍率よりも
低くなっている。

【００５７】図１０は、図８に示すＭＯＸ燃料とウラン
燃料との局所出力ピーキング係数の燃焼変化をそれぞれ
示すものであり、装荷の第１サイクルの期間において、
ＭＯＸ燃料の方が、ウラン燃料よりも低く抑えられてい
る。この結果、局所出力ピーキング係数と無限増倍率と
の積もまた、図１１に示すようにＭＯＸ燃料の方が、ウ
ラン燃料よりも低くなっている。

【００５８】なお、図８において、２本のウォータロッ
ド１３に面する符号Ｇ１を付した２本のガドリニア入り
燃料棒１２を取り去り、さらに太径のウォータロッドを
１本配置するようにしても、同様の効果が期待できる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る軽水炉
の燃料集合体群によれば、熱的余裕を増大させ、熱的健
全性を損うことなく、ＭＯＸ燃料集合体当たりのプルト
ニウム装荷量を可及的に増やすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＭＯＸ燃料集合体の一実施例を示
す横断面図。

【図２】図１のＭＯＸ燃料集合体の燃焼初期における局
所出力分布を示す説明図。

【図３】図１のＭＯＸ燃料における核分裂性物質割合と
炉心平均無限増倍率との関係を、ウラン燃料およびこれ
と同一反応度のＭＯＸ燃料と比較して示すグラフ。

【図４】図１のＭＯＸ燃料における局所出力ピーキング
係数の燃焼変化を、ウラン燃料およびこれと同一反応度
のＭＯＸ燃料と比較して示すグラフ。

【図５】図１のＭＯＸ燃料における無限増倍率の燃焼変
化を、ウラン燃料およびこれと同一反応度のＭＯＸ燃料
と比較して示すグラフ。

【図６】図１のＭＯＸ燃料における局所出力ピーキング
係数と無限増倍率との積と燃焼度との関係を、ウラン燃
料およびこれと同一反応度のＭＯＸ燃料と比較して示す
グラフ。

【図７】図１のＭＯＸ燃料における核分裂性物質割合と
局所出力ピーキング係数との関係を、ウラン燃料および
これと同一反応度のＭＯＸ燃料と比較して示すグラフ。

【図８】本発明に係るＭＯＸ燃料集合体の他の実施例を
示す横断面図。

【図９】図８のＭＯＸ燃料における無限増倍率の燃焼変
化を、ウラン燃料と比較して示すグラフ。

【図１０】図８のＭＯＸ燃料における局所出力ピーキン
グ係数の燃焼変化を、ウラン燃料と比較して示すグラ
フ。

【図１１】図８のＭＯＸ燃料における局所出力ピーキン
グ係数と無限増倍率との積の燃焼変化を、ウラン燃料と
比較して示すグラフ。

【図１２】従来のウラン燃料集合体を示す横断面図。

【図１３】ウラン燃料集合体の燃焼初期における局所出
力分布を示す説明図。

【図１４】典型的な燃料の中性子束の径方向分布を示す
グラフ。

【符号の説明】

１０チャンネルボックス１１ＭＯＸ燃料棒１２ガリドニア入り燃料棒（可燃性毒物入り燃料棒）１３ウォータロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 3/328 G21C 3/62 G21C 5/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】核分裂物質としてウランとプルトニウム
とを混合してなる混合酸化物燃料集合体と、ウランを装
荷してなるウラン燃料集合体とからなる燃料集合体群に
おいて、前記ウラン燃料集合体と前記混合酸化物燃料集
合体とは軽水炉の炉心に混合装荷可能に構成されてな
り、前記混合酸化物燃料集合体の無限増倍率を燃焼初期
を除いた燃焼期間で前記ウラン燃料集合体の無限増倍率
よりも低くし、さらに燃焼初期の前記混合酸化物燃料集
合体の局所出力ピーキング係数を前記ウラン燃料集合体
の局所出力ピーキング係数より低くしたことを特徴とす
る軽水炉の燃料集合体群。