JP3164670B2 - 燃料集合体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は可燃性毒物入り減速材棒
を使用した燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】

（ＢＷＲ燃料集合体の基本構成の例）従来用いられてい
る沸騰水型原子炉用燃料集合体の構造の例を図14を用い
て説明する。燃料集合体200 は核分裂性物質が充填され
た８行８列配置の多数本の燃料棒205 と、図14（ｂ）に
示すようにこれらの燃料棒205 のうち４本分を取り除い
て配置した１本の円管状減速材棒（ウォータロッド）20
6 とを束ねてスペーサ204 により拘束し、上端を上部タ
イプレート202 に、下端を下部タイプレート203 に固定
し、これらの周囲をチャンネルボックス201 で包囲して
構成されている。

【０００３】図14（ｂ）に示した制御棒207 は十字状の
ブレードを有しており、燃料集合体200 を４体配列した
十字状空間内に挿入される。減速材棒206 は燃料集合体
200の中心付近に１本または複数本配置され、これら減
速材棒の外径は燃料被覆管の外径と同程度かまたはそれ
よりも大きいものが使用される。

【０００４】原子炉の運転中において減速材棒の内部は
冷却材が沸騰しないように適切な量の冷却材が流される
構造となっている。また使用される減速材棒について
は、外径の異なる複数のものが用いられる場合もあり、
この例として特開平2-12088 号公報や特開平2-147890号
公報に開示されたものが知られている。

【０００５】（Ｇｄ入り燃料の例） 従来の燃料集合体の燃料棒の一部には可燃性毒物が含ま
れており、所定の運転期間に亘って平坦な余剰反応度を
保つために可燃性毒物の濃度やその燃料棒の本数が適切
な値に調整されている。

【０００６】これは燃料棒の内部に添加された可燃性毒
物の反応度価値（負）とウランの反応度（正）がいずれ
も燃焼にともなってほぼ直線的に減少する特性があるこ
とを利用したもので、例えば特開平2-147890号公報の第
２図に開示されるようにガドリニア，ウランの反応度価
値が直線的な減少を示すことを利用して余剰反応度を平
坦化している。

【０００７】（ＰＷＲの可燃性毒物入り減速材棒の例）
また可燃性毒物については燃料棒以外に配置される例が
あり、特公昭58-16712号公報の第３図には加圧水型原子
炉に用いる燃料集合体において、２重管構造とした減速
材棒の環状部にホウ素や酸化ガドリニウムのペレットで
形成した可燃性毒物を充填する例が開示されている。

【０００８】（ＢＷＲに可燃性毒物入り減速材棒を適用
した例）この可燃性毒物入り減速材棒は沸騰水型原子炉
に用いる燃料集合体にも適用することができ、例えば特
開昭58-113785 号公報の第６図に同様な例が開示されて
いる。

【０００９】さらにこの特許公報の第９図から第12図に
は可燃性毒物入り減速材棒の毒物反応度を調整する方法
として減速材棒の断面を非円形として表面積を変える例
も開示されている。また、特開平2-147890号公報では減
速材棒に可燃性毒物であるジルコニウムボライドを塗布
した例が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】近年燃料の経済性向上
を目的として取出燃焼度を増加させる燃料が提案されて
いる。このような高燃焼度化した燃料では従来の燃料と
比較して可燃性毒物を添加した燃料ペレットを被覆管内
に充填した可燃性毒物入り燃料棒の本数や毒物濃度を増
加させる必要がある。

【００１１】しかしながら、可燃性毒物入り燃料棒は毒
物のない燃料棒より熱伝導度が悪いことや毒物濃度の増
加によってウランなどの燃料物質重量が減るなどの問題
があるため、可燃性毒物入り燃料棒をあまり増加するこ
とは望ましくない。

【００１２】このような場合に燃料棒以外の部位に毒物
を配置できればこのような問題を回避できる。

【００１３】ところが、従来の特許公報等に開示されて
いる可燃性毒物入りの減速材棒をそのまま適用した場
合、反応度特性が余剰反応度の平坦化の観点からは望ま
しくない特性となることが明らかとなった。

【００１４】検討では可燃性毒物入り減速材棒に可燃性
毒物であるガドリニアを充填した場合の毒物反応度とガ
ドリニア濃度との関係を評価した。評価例では減速材棒
はジルカロイ製の外管，内管とし、環状部厚さを 1.0mm
としてその内部にジルコニウム金属とガドリニアによる
合金（サーメット）を充填した体系を模擬した。

【００１５】図15に可燃性毒物入りの減速材棒の毒物濃
度を３種類順次高めた場合の反応度変化（実線ｘ，ｙ，
ｚ）を示す。図に示されたように可燃性毒物入りの減速
材棒の毒物反応度はある燃焼度点から以後は急激にその
反応度が減少し、図15の破線に示す通常のペレットに添
加した可燃性毒物の反応度のような直線的な変化と比較
して上に凸となることがわかる。

【００１６】また、減速材棒に充填した可燃性毒物の実
線ｘ，ｙ，ｚの初期反応度の大きさに差があまりないこ
とからわかるように、ガドリニア濃度を変化させても初
期反応度の変化幅は小さく、ガドリニア濃度のみでは初
期反応度の調整が十分にできないこともわかる。またこ
の結果余剰反応度への影響が生じる。

【００１７】このことを図16および図17を用いて詳しく
説明する。図16の破線は可燃性毒物を燃料ペレットのみ
に添加した場合の典型的な無限増倍率の燃焼変化を模式
的に示しており、図中の矢印で示した燃焼期間はそれぞ
れ炉心に滞在する場合の当該運転サイクルである。

【００１８】例えば燃料が燃料取替時期ごとに１／３ず
つ交換される炉心実効増倍率は図16の無限増倍率を１サ
イクルずつずらして平均化することに相当する。図16の
破線の無限増倍率はそれぞれの燃焼期間について見ると
燃焼度に対して直接的に変化しており、それを平均化し
た炉心の余剰反応度の燃焼度変化も図17の破線のように
ほぼ直線的となる。

【００１９】ところが可燃性毒物入りの減速材棒の毒物
反応度は図15の実線ｘ，ｙ，ｚのように燃焼度に対して
直線とならないため無限増倍率は図16の実線のように燃
焼度に対して１サイクル目で直線的な変化から外れるこ
とになる。

【００２０】このため可燃性毒物入りの減速材棒を用い
た炉心の余剰反応度の燃焼度変化は図17の実線のように
これに影響されてサイクル初期を大きくし、またサイク
ル中期を減少させる影響がある。

【００２１】以上の検討の結果、可燃性毒物として単一
濃度の可燃性毒物入りの減速材棒のみを使用する場合、
その燃焼特性に起因して余剰反応度を平坦化できない課
題があり、余剰反応度制御のための制御棒の操作や流量
調節の操作頻度が増加して運転操作が繁雑になる課題が
あることがわかった。

【００２２】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、可燃性毒物入りの減速材棒の毒物反応
度の減少特性を直線的な変化特性を有する、つまり平坦
な余剰反応度が実現できるようにした燃料集合体を提供
することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明はチャン
ネルボックスと、このチャンネルボックスに収容された
多数本の燃料棒と、少なくとも１本の減速材棒とを具備
した燃料集合体において、前記減速材棒は内管と外管と
からなる２重管で、かつその内管と外管の間に形成され
る環状部に可燃性毒物が充填されてなり、さらに前記環
状部の厚さ、前記可燃性毒物の濃度、前記可燃性毒物の
質量数の異なる核種中の熱中性子に対する強吸収物質の
濃縮度のうち、少なくとも１つを前記環状部の周方向に
異ならせたことを特徴とする。請求項２の発明はチャン
ネルボックスと、このチャンネルボックスに収容された
多数本の燃料棒と、少なくとも１本の減速材棒とを具備
した燃料集合体において、前記減速材棒は内管と外管と
からなる２重管構造で、かつその内管と外管の間に形成
される環状部に可燃性毒物が充填されてなり、さらに前
記環状部の厚さ、前記可燃性毒物の濃度、前記可燃性毒
物の質量数の異なる核種中の熱中性子に対する強吸収物
質の濃縮度のうち、少なくとも１つが異なる複数の領域
に周方向に区分されてなることを特徴とする。

【００２４】請求項３の発明はチャンネルボックスと、
このチャンネルボックスに収容された多数本の燃料棒
と、複数の減速材棒とを具備した燃料集合体において、
前記減速材棒は内管と外管とからなる２重管構造で、か
つその内管と外管の間に形成される環状部に可燃性毒物
が充填されてなり、さらに前記減速材棒のうち互いに隣
接して配置される少なくとも２本の減速材棒は前記環状
部の厚さが異なるよう設定されたことを特徴とする。

【００２５】

【作用】複数の可燃性毒物入り減速材棒の毒物反応度を
組み合わせることにより毒物反応度は平均として直線的
な反応度減少に近付けられ、毒物反応度は通常の可燃性
毒物入り燃料棒と組み合わせて、より直線的な毒物反応
度を実現できる。

【００２６】可燃性毒物入り減速材棒の毒物反応度の燃
焼変化の特長は図15に既に説明したように上に凸の形状
であり、簡略化すれば図18（ａ）の原理説明図に示すよ
うなステップ状の変化（３本の実線）と解釈できる。

【００２７】すなわち、減速材棒に可燃性毒物を充填し
た場合、その毒物の燃焼終了時点は容易に濃度などによ
って調節可能であるが、初期反応度は可燃性毒物の自己
遮蔽効果により濃度では十分に調整できない。この場合
でも可燃性毒物入り減速材棒の毒物反応度を燃焼度に対
して直線とする一つの方法は図18（ｂ）にように異なる
ステップ状の反応度を平均化して階段状の変化とするこ
とが考えられる。

【００２８】この方法による効果を実際の毒物反応度で
実現した結果を図19に示す。図19（ａ）の実線ａ，ｂ，
ｃは毒物濃度をｂを基準に、ａはｂの 0.5倍、ｃはｂの
1.5倍とした場合の毒物反応度である。図19（ｂ）はこ
れら反応度を平均化したもので、実線ｂを比較のために
示しており、実線ｅは毒物濃度の実線ａ，実線ｃの２つ
の反応度を平均化したもの、実線ｆは実線ａ，実線ｂ，
実線ｃの３つの反応度を平均化したものを示している。

【００２９】この結果からも明らかなように、ステップ
状の反応度を平均化することによって２つの反応度を平
均した場合はやや階段状になり、３つの反応度を平均し
た場合はほぼ直線となりいずれの場合も平均効果によっ
て直線に近付くことが示されている。

【００３０】以上の効果は可燃性毒物の濃度を変化させ
た場合について説明したものであるが、環状の領域に可
燃性毒物を充填した場合、一般に可燃性毒物の熱中性子
吸収物質量を制御するのと同じ効果が得られる。

【００３１】例えば図20には図19と外管の直径および肉
厚を同じとして、環状部の厚さを２倍とした場合（曲線
ｇ）と、厚さをそのままとして濃度を２倍とした場合
（曲線ｈ）とを比較して示したが、この毒物反応度は毒
物の総量が等しければ反応度変化がほぼ等しくなること
が示されている。

【００３２】さらに天然のガドリニアは質量数の異なる
数種類の核種が数10％ずつ混ざりあった物質であるが、
このうち熱中性子に対する強吸収物質はＧｄ-155，Ｇｄ
-157のみであることから、これらの核種のみを濃縮して
これらの濃縮度を濃度の代りに調節することでも同様の
効果が得られる。

【００３３】また、可燃性毒物は周方向のみでなく軸方
向（長手方向）に分布させることでも同様の効果が得ら
れる。この場合例えば中性子の移動距離以内のきざみ幅
で分布させることによって軸方向の出力分布にあまり影
響せずに本発明の効果が得られる。

【００３４】さらに減速材棒の長手方向と周方向に同時
に可燃性毒物を分布させてもよい。また、２重管は必ず
しも円断面である必要はなく、内管や外管を例えば４角
管，６角管などの多角形としてもよい。

【００３５】

【実施例】

（第１の実施例）本発明に係る燃料集合体の第１の実施
例を図１を用いて説明する。図１は燃料集合体17の横断
面を示したものであり、チャンネルボックス18の外側に
制御棒21を配置した状態で示している。

【００３６】本第１の実施例の燃料集合体17は核分裂性
物質ペレットを充填した９行９列配置の燃料棒19と、こ
の燃料棒19の代りにＧと表示した可燃性毒物入りの燃料
棒20と、可燃性毒物入りの減速材棒10を束ねて、チャン
ネルボックス18で囲み構成される。

【００３７】減速材棒10は外径約40mmの外管11と内部を
沸騰しない減速材の流れる内管12による２重管構造とな
っている。内管12の周囲には突起16部が設けられ、内管
12と外管11で挟まれる厚さ約１mmの３種類の環状部13，
14および15はこの突起16部によって周方向に区分けされ
ている。環状部13は可燃性毒物（濃度中）、14は可燃性
毒物（濃度大）、15は可燃性毒物（濃度小）である。

【００３８】環状部13，14，15にはいずれも可燃性毒物
であるガドリニア（Ｇｄ ₂ Ｏ ₃ ）とジルコニウム金属と
の合金（サーメット）を顆粒状としたものが充填されて
おり、サーメット中のガドリニアの重量割合は環状部13
は10％、環状部14は20％、環状部15は30％に設定されて
いる。

【００３９】また、環状部13，14，15は制御棒21側を起
点とする対角線（ＷＷとＮＮを結ぶ一点鎖線）に対して
対称位置となるように減速材棒10の位置が固定されてい
る。燃料棒20の可燃性毒物（ガドリニア）濃度はその毒
物反応度が減速材棒10に入れた可燃性毒物よりも早い時
点でなくなるように設定されている。

【００４０】次に、本実施例の作用を図２を用いて説明
する。図２は毒物反応度と燃焼度との関係を示したもの
で、燃料集合体の毒物反応度を計算により評価して、各
々の毒物からの寄与がわかるように反応度が表示されて
いる。減速材棒10の環状部13，14，15には異なる量の可
燃性毒物（ガドリニア）が充填されており、反応度がほ
ぼ消滅する燃焼度点が異なっており、それぞれ実線ｉ，
実線ｊ，実線ｋのようになる。

【００４１】減速材棒10の毒物反応度はこれら実線ｉ，
実線ｊ，実線ｋの和である実線ｍとなる。さらに燃料ペ
レットに添加した可燃性毒物の反応度は実線ｎのように
なり、燃料集合体全体の毒物反応度は実線ｐに示す値に
なり、全体としてほぼ直線的な減少率が実現できる。

【００４２】次に上記実施例の効果を説明する。濃度の
異なる可燃性毒物を組み合わせることによって毒物反応
度の減少率を直線化することができ、余剰反応度をより
平坦化することができる。また、減速材棒に可燃性毒物
を充填したことによって、可燃性毒物入り燃料棒の本数
を削減することができる。

【００４３】この例では可燃性毒物入り減速材棒による
反応度価値は可燃性毒物入り燃料棒で５〜６本分程度に
相当しており、この本数分だけ可燃性毒物入り燃料棒を
削減できたことになる。これによって燃焼初期に出力の
小さい可燃性毒物入り燃料の本数を減らすことができ、
局所出力ピーキング係数を低減することができる。

【００４４】さらに、可燃性毒物を添加する燃料棒で熱
伝導度が低下するため、出力があまり高くならないよう
に濃縮度をあまり高くできないが、可燃性毒物入り燃料
棒の減少でこのような制限が減少し、さらに局所出力ピ
ーキングを抑制できるようになる。

【００４５】また目標とする取出し燃焼度が高くなると
必要となる可燃性毒物入り燃料棒の本数、濃度が増加
し、毒物棒どうしを隣接させなければ配置できない場合
が生じることがある。このような場合、毒物どうしの吸
収効果を減殺する隣接効果により毒物棒１本当りの反応
度価値が低下し、さらに必要本数が増えてしまう問題が
ある。このような場合にも本実施例の燃料集合体ではよ
り多くの可燃性毒物を効率的に配置することが可能とな
る。

【００４６】また、燃料集合体の濃縮度分布は局所出力
ピーキングを平坦化するため制御棒側対角線に対して対
称にされることが普通であり、このような場合にあわせ
て本実施例では図１の可燃性燃焼毒物入り減速材棒を燃
料集合体の制御棒側対角線（ＷＷとＮＮを結ぶ一点鎖
線）に対して対称としている。この結果、対角対称方向
に対してより対称性があり、局所出力ピーキングの低い
燃料とすることができる。この結果、対角対称方向に対
してより対称性があり、局所出力ピーキングの低い燃料
とすることができる。

【００４７】なお、本実施例ではガドリニアの濃度を変
化させる例を示したが、例えばガドリニアの場合、実質
的に吸収物質となっているのはＧｄ-155とＧｄ-157の２
核種であり、天然のガドリニウムに含まれるＧｄ-154，
Ｇｄ-156等の核種は吸収能力が小さい。したがって、Ｇ
ｄ-155やＧｄ-157の濃縮度を変化させても濃度を変化さ
せた場合と同じ効果を得ることができる。

【００４８】また、本実施例では可燃性毒物をサーメッ
トの顆粒としたが、この顆粒の径として大きいものと小
さいものを使用することによって充填率を変化させて実
効的な毒物濃度を変化させることも可能である。さら
に、可燃性毒物の物質としてはガドリニアの他にホウ素
化ジルコニウムなどの通常可燃性毒物として使用される
物質も利用することができる。

【００４９】（第２の実施例）第２の実施例を図３を用
いて説明する。図３は可燃性毒物入り減速材棒のその他
の実施例の横断面図を示している。可燃性毒物入り第２
の実施例の減速材棒30は肉厚が一定の外管31と肉厚が異
なる部分を有する内管32による２重管構造となってい
る。

【００５０】内管32の外面には６個の突起35が設けら
れ、内管32と外管31で挟まれる環状部は内管32の肉厚に
より厚い部分（厚さ大）33と薄い部分（厚さ小）34とに
周方向に区分けされている。また、環状部内の可燃性毒
物は突起35により区画される。

【００５１】可燃性毒物としては第１の実施例と同じジ
ルコニウムとガドリニアの顆粒状サーメットで同じガド
リニア濃度のものが厚い部分33と薄い部分34の両方に充
填されている。

【００５２】この例はガドリニア濃度の代りに濃度を同
様にして２種類の厚さを減速材棒の周方向に分布させて
おり、第１の実施例と同様に反応度の組み合わせ効果に
よって反応度を直線に近付けることができる。

【００５３】また、本実施例では可燃性毒物の濃度は１
種類でよいので、可燃性毒物の製造工程を簡略化でき
る。さらに本実施例ではジルコニウムとガドリニアの顆
粒状サーメットを用いたがサーメットの板材を厚さを変
えて円弧状に曲げ加工して環状部に挿入することもでき
る。

【００５４】（第３の実施例）第３の実施例を図４を用
いて説明する。可燃性毒物入り第３の実施例の減速材棒
40は外管41と楕円形状の内管42による２重管構造となっ
ており、環状部43の厚さは楕円形状の内管42により連続
的に厚い部分から薄い部分に変化している。

【００５５】可燃性毒物は１種類の濃度のものが環状部
43に充填される。本実施例は可燃性毒物部分の厚さが異
なる部分を数多く設けたことに相当し、第１の実施例と
同様の効果が得られる。本実施例では内管42の製造方法
が容易であり、製造コストを安くできる。

【００５６】（第４の実施例）第４の実施例を図５を用
いて説明する。可燃性毒物入り第４の実施例の減速材棒
50は外管51と、この外管51の中心軸からずれた位置に挿
入された内管52とからなる２重構造となっている。この
外管51と内管52との間の環状部53の厚さは連続的に厚い
部分から薄い部分に変化している。

【００５７】また、環状部53の最も間隔の大きい位置に
は内管52と外管51の位置がずれないようにスペーサ54が
設置されている。環状部53内には第１の実施例と同様に
可燃性毒物が充填されている。本実施例の効果は第３の
実施例とほぼ同じであり、内管52が円形のためにさらに
製造が容易となる。

【００５８】以上の第２の実施例から第４の実施例では
減速材棒30，40，50のみについて説明したが、これらの
減速材棒30，40，50は第１の実施例と同様にチャンネル
ボックス18内に組み込まれて燃料集合体を構成すること
はいうまでもない。

【００５９】（第５の実施例）第５の実施例を図６を用
いて説明する。本実施例の燃料集合体70は２種類の可燃
性毒物入りの減速材棒（Ａ）60と減速材棒（Ｂ）65を用
いている。一方の減速材棒（Ａ）60は外管61と内管62で
構成されているが、他方の減速材棒（Ｂ）65は前記減速
材棒（Ａ）60の外管61と外径の等しい外管66と、同じく
減速材棒（Ａ）60の内管62より外径の小さい内管67で構
成されている。したがって、減速材棒（Ｂ）65の環状部
68の厚さは減速材棒（Ａ）60の環状部63より大きい。

【００６０】環状部63，68には可燃性毒物が充填され
る。この実施例では１本ごとの減速材棒については周方
向の分布はないが、２種類の異なる厚さの毒物によって
毒物反応度の減少率を直線に近付けることができる。な
お、図中71はチャンネルボックス、72は燃料棒をそれぞ
れ示し、燃料集合体70を構成している。

【００６１】（第６の実施例）第６の実施例を図７を用
いて説明する。本実施例の燃料集合体90はチャンネルボ
ックス91内の中央部に３行３列配列した９本の３種類か
らなる可燃性毒物86入り減速材棒80，82，83を用いてい
る。これらの減速材棒80，82，83はそれぞれ３本ずつ燃
料集合体の中央部９本の燃料棒92が引き抜かれた位置
に、対角線対称で配置されている。

【００６２】本実施例では内管85の外径がそれぞれ異な
って環状部の厚さを異ならしめており、環状部内には可
燃性毒物86が充填されている。つまり、それぞれの内管
85は減速材棒80，82，83の順に径が小さくなっている。

【００６３】本実施例では第５の実施例よりさらに毒物
反応度を直線に近付けることができる。図中84は減速材
棒80，82，83の外管を示しており外管84の外径は燃料棒
92の外径と同様である。なお、本実施例では内管85の外
径を異ならしめて環状部厚さを変化させる例を示した
が、可燃性毒物の濃度を変化させても同様な効果が得ら
れるのは明らかである。

【００６４】（第７の実施例）図８により第７の実施例
の燃料集合体110 を説明する。本実施例はチャンネルボ
ックス111 内に燃料棒112 が10行10列に配列された燃料
集合体110 の中心部に毒物層の厚さが同じで外径の異な
る一本の減速材棒100 と、その周辺部に４本の減速材棒
101 を使用した場合の例を示している。

【００６５】中心部の減速材棒100 は大径外管102 と大
径内管103 との間に形成される環状部内に可燃性毒物10
4 が充填されたもので、周辺部の減速材棒101 は小径外
管105 と小径内管106 との間に形成される環状部内に可
燃性毒物107 が充填されたものからなっている。

【００６６】中心部の減速材棒100 は径が大きいほど内
部の減速材よる中性子減速が多くなり内部での中性子吸
収が増加し、径が小さいと逆に外側表面の吸収割合が多
くなる。

【００６７】したがって同じ毒物層の厚さとしても外径
の違いによっても毒物反応度の消滅時期をずらすことが
でき、その他の実施例にように毒物反応度減少を直線に
近付ける効果がある。本実施例では環状部厚さを変化さ
せる例を示したが、濃度を変化させても同様な効果が得
られるのは明らかである。

【００６８】（第８の実施例）第８の実施例を図９を用
いて説明する。図９（ａ）は第８の実施例の減速材棒12
2 の縦断面図を示し、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ
矢視方向断面を示し、図９（ｃ）は図９（ａ）における
中空ペレット120 の斜視図を示している。

【００６９】外管123 と内管124 にはさまれた環状部に
はガドリニアとジルコニウムを混合し焼結して高さ１〜
２cmの中空状に成形したガドリニアの濃度の低いペレッ
ト120 と、中空状ガドリニアの濃度の高いペレット121
とが交互に積み重ねられている。

【００７０】減速材棒122 の下部の流入口140 は減速材
を内管124 の内部に導入するためのもので、この冷却材
は上部の流出口130 から流出していく。この例は複数の
濃度の可燃性毒物を上下方向に分布させる場合を示して
おり、この場合単純な２重管構造でも異なる濃度の可燃
性毒物を容易に組み合わせて使用することが可能であ
る。なお、中空ペレット120 ，121 の高さはここでは熱
中性子拡散距離を考慮して１〜２cmとした。

【００７１】（第９の実施例）第９の実施例を図10を用
いて説明する。図10は減速材棒150 の縦断面を示してお
り、外管151 と、表面にランダムに凹凸状ディンプル15
3 を設けた内管152 で構成され、環状部154 には可燃性
毒物の例えばガドリニア粉末とジルコニアの粉末を充填
する。

【００７２】この実施例では表面のディンプル153 によ
って可燃性毒物の厚い部分と薄い部分とが周方向および
長手方向に亘って細かく分布しており出力分布に影響す
ることなく可燃性毒物反応度変化を適切に調整可能であ
る。

【００７３】（第10の実施例）第10の実施例を図11ない
し図13を用いて説明する。本実施例では外管161 ，171
，181 を四角形とした場合の例を示している。図11は
減速材棒（Ａ）160 の内管162 を円形とした場合、図12
は減速材棒（Ｂ）170 の内管172 も四角形とした例、図
13は減速材棒（Ｃ）180 の内管182 の中心を外管181 の
中心と異なる位置とした例である。

【００７４】このように減速材棒160 ，170 ，180 は必
ずしも円形だけでなく本実施例のような四角形の場合や
多角形としても実施可能である。また、外管を円，円管
を四角形や多角形とすることも可能である。なお、図中
符号163 ，173 ，183 はそれぞれ外管161 ，171 ，181
と内管162 ，172 ，182 との間に充填した環状部の可燃
性毒物を示している。

【００７５】なお、第８から第10までの実施例では減速
材棒122 ，150 ，160 ，170 ，180のみについて説明し
たが、これらの減速材棒は第１の実施例と同様にチャン
ネルボックス内に組み込まれて燃料集合体を構成するこ
とはいうまでもない。

【００７６】本実施例の実施態様を要約すれば次のとお
りである。 (1) チャンネルボックスと、このチャンネルボックスに
収容された燃料棒と、複数または１本の内管と外管とか
らなる２重管構造で、その内管と外管との間に形成され
る環状部に可燃性毒物が充填された減速材棒とを具備し
た燃料集合体において、前記環状部の可燃性毒物は前記
２重管の周方向に分布していること。

【００７７】(2) チャンネルボックスと、このチャンネ
ルボックスに収容された燃料棒と、複数または１本の内
管と外管とからなる２重管構造で、その内管と外管との
間に形成される環状部に可燃性毒物が充填された減速材
棒とを具備した燃料集合体において、前記環状部の可燃
性毒物は前記２重管の長手方向に燃料の出力分布に影響
しない周期で分布していること。

【００７８】(3) (1) または(2) において、可燃性毒物
入り減速材棒の環状部の可燃性毒物層の厚さを分布させ
たこと。 (4) 同様に２重管の内管と外管の中心軸をずらし、環状
部の可燃性毒物層の厚さを周方向に連続に分布させたこ
と。

【００７９】(5) 同様に２重管の内管を楕円形として環
状部の可燃性毒物層の厚さを周方向に連続に分布させた
こと。 (6) 同様に２重管の外管を四角形管とし内管を円形とし
て環状部の可燃性毒物層の厚さを周方向に連続に分布さ
せたこと。

【００８０】(7) 同様に可燃性毒物入り減速材棒の環状
部の可燃性毒物の濃度を分布させたこと。 (8) 同様に可燃性毒物入り減速材棒の環状部の可燃性毒
物分布が燃料集合体の制御棒の挿入される頂点位置を始
点とする対角線に対して対称としたこと。

【００８１】(9) 同様に複数の外径が異なる２重管構造
の減速材棒を有すること。 (10)同様に可燃性毒物入り減速材棒よりも毒物反応度持
続期間を短くした可燃性毒物入り燃料棒を具備したこ
と。

【００８２】

【発明の効果】本発明によれば、可燃性毒物入り減速材
棒を使用した場合、毒物反応度を適切に制御でき、炉心
の余剰反応度をより平坦化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料集合体の第１の実施例を示す
横断面図。

【図２】図１における効果を説明するための特性図。

【図３】本発明の第２の実施例における減速材棒を示す
横断面図。

【図４】本発明の第３の実施例における減速材棒を示す
横断面図。

【図５】本発明の第４の実施例における減速材棒を示す
横断面図。

【図６】本発明に係る燃料集合体の第５の実施例を示す
横断面図。

【図７】本発明に係る燃料集合体の第６の実施例を示す
横断面図。

【図８】本発明に係る燃料集合体の第７の実施例を示す
横断面図。

【図９】（ａ）は本発明の第８の実施例における減速材
棒を一部切欠しかつ縦断面で示す斜視図、（ｂ）は
（ａ）におけるＡ−Ａ線を切断して示す横断面図、
（ｃ）は（ａ）における中空可燃性毒物ペレットを示す
斜視図。

【図１０】（ａ）は本発明の第９の実施例における減速
材棒を一部切欠しかつ縦断面で示す斜視図、（ｂ）は
（ａ）におけるＢ−Ｂ線を切断して示す横断面図。

【図１１】本発明の第10の実施例における減速材棒を示
す横断面図。

【図１２】本発明の第10の実施例における減速材棒を示
す横断面図。

【図１３】本発明の第10の実施例における減速材棒を示
す横断面図。

【図１４】（ａ）は従来の燃料集合体を示す縦断面図、
（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図。

【図１５】可燃性毒物反応度の燃焼変化を示す特性図。

【図１６】可燃性毒物のある燃料の無限増倍率を示す特
性図。

【図１７】余剰反応度の燃焼変化を示す特性図。

【図１８】（ａ）は減速材棒の毒物反応度を仮想的に示
す特性図、（ｂ）は平均化した毒物反応度を仮想的に示
す特性図。

【図１９】（ａ）は実際の減速材棒の毒物反応度を示す
特性図、（ｂ）は実際の減速材棒の毒物反応度を平均化
した場合の結果を示す特性図。

【図２０】毒物濃度または毒物層厚さを変えた場合の毒
物反応度を示す特性図。

【符号の説明】

10…第１の実施例の減速材棒、11…外管、12…内管、1
3，14，15…環状部、16…突起、17…燃料集合体、18…
チャンネルボックス、19…燃料棒、20…可燃性毒物入り
燃料棒、21…制御棒、30…第２の実施例の減速材棒、31
…外管、32…内管、33…厚い部分（厚さ大）、34…薄い
部分（厚さ小）、35…突起、40…第３の実施例の減速材
棒、41…外管、42…内管、43…環状部、50…第４の実施
例の減速材棒、51…外管、52…内管、53…環状部、54…
スペーサ、60…第５の実施例の減速材棒（Ａ）、61…外
管、62…内管、63…環状部、65…第５の実施例の減速材
棒（Ｂ）、66…外管、67…内管、68…環状部、70…第５
の実施例の燃料集合体、71…チャンネルボックス、72…
燃料棒、80，82，83…第６の実施例の減速材棒、84…外
管、85…内管、86…可燃性毒物、90…第６の実施例の燃
料集合体、91…チャンネルボックス、92…燃料棒、 100
…第７の実施例の中心部の減速材棒、 101…周辺部の減
速材棒、 102…大径外管、 103…大径内管、 104…可燃
性毒物、 105…小径外管、 106…小径内管、 107…可燃
性毒物、 110…第７の実施例の燃料集合体、 111…チャ
ンネルボックス、 112…燃料棒、 120…濃度の低いペレ
ット、 121…濃度の高いペレット、 122…第８の実施例
の減速材棒、 123…外管、 124…内管、 130，132 …流
出口、140 ，142 …流入口、 150…第９の実施例の減速
材棒、 151…外管、 152…内管、 153…ディンプル、 1
54…環状部、 160…第10の実施例の減速材棒（Ａ）、 1
61…外管、 162…内管、 163…環状部の可燃性毒物、 1
70…第10の実施例の減速材棒（Ｂ）、 171…外管、 172
…内管、 173…環状部の可燃性毒物、 180…第10の実施
例の減速材棒（Ｃ）、 181…外管、 182…内管、 183…
環状部の可燃性毒物、 200…燃料集合体、 201…チャン
ネルボックス、 202…上部タイプレート、 203…下部タ
イプレート、 204…スペーサ、 205…燃料棒、 206…減
速材棒、 207…制御棒。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−205280（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 3/30 G21C 3/32

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンネルボックスと、このチャンネル
   ボックスに収容された多数本の燃料棒と、少なくとも１
   本の減速材棒とを具備した燃料集合体において、前記減
   速材棒は内管と外管とからなる２重管で、かつその内管
   と外管の間に形成される環状部に可燃性毒物が充填され
   てなり、さらに前記環状部の厚さ、前記可燃性毒物の濃
   度、前記可燃性毒物の質量数の異なる核種中の熱中性子
   に対する強吸収物質の濃縮度のうち、少なくとも１つを
   前記環状部の周方向に異ならせたことを特徴とする燃料
   集合体。
2. 【請求項２】 チャンネルボックスと、このチャンネル
   ボックスに収容された多数本の燃料棒と、少なくとも１
   本の減速材棒とを具備した燃料集合体において、前記減
   速材棒は内管と外管とからなる２重管構造で、かつその
   内管と外管の間に形成される環状部に可燃性毒物が充填
   されてなり、さらに前記環状部の厚さ、前記可燃性毒物
   の濃度、前記可燃性毒物の質量数の異なる核種中の熱中
   性子に対する強吸収物質の濃縮度のうち、少なくとも１
   つが異なる複数の領域に周方向に区分されてなることを
   特徴とする燃料集合体。
3. 【請求項３】 チャンネルボックスと、このチャンネル
   ボックスに収容された多数本の燃料棒と、複数の減速材
   棒とを具備した燃料集合体において、前記減速材棒は内
   管と外管とからなる２重管構造で、かつその内管と外管
   の間に形成される環状部に可燃性毒物が充填されてな
   り、さらに前記減速材棒のうち互いに隣接して配置され
   る少なくとも２本の減速材棒は前記環状部の厚さが異な
   るよう設定されたことを特徴とする燃料集合体。