JP3305144B2

JP3305144B2 - 原子炉炉心

Info

Publication number: JP3305144B2
Application number: JP00188695A
Authority: JP
Inventors: 宏司平岩
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-01-10
Filing date: 1995-01-10
Publication date: 2002-07-22
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JPH08189983A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電用軽水炉において
平均濃縮度の異なる複数種類の燃料集合体を初期装荷し
てなる炉心、または前後の運転サイクルにおいて平均濃
縮度の異なる複数種類の燃料集合体を装荷してなる炉
心、あるいは前後の運転サイクルにおいて熱出力の異な
る炉心、及び前後の運転サイクルにおいて運転期間の異
なる炉心において、燃料集合体の上下端にブランケット
を設けた原子炉炉心に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉で用いられる典型的な燃
料集合体の構造を図９の斜視図に示す。燃料集合体101
は１乃至２本のウオータロッドと共に、燃料棒102 を８
行８列に配列して結束し、これらの上端を上部タイプレ
ート103 で、中間を複数のスペーサー104 にて、また下
端を下部タイプレート105 により固定して、さらに、こ
れをチャンネルボックス106 により取囲む構造となって
いる。

【０００３】燃料棒102 の内部には核燃料である核分裂
性物質が充填されており、この核分裂性物質は通常二酸
化ウランのみ、あるいはプルトニウム酸化物及び二酸化
ウランを含む焼結ペレット状にしている。この燃料棒10
2 の全長のうちで3.7m程度の部分に前記核分裂性物質が
充填され、この部分を燃料有効部と呼んでいる。燃料集
合体101 における核分裂性物質の濃縮度は、燃料棒102
の内部の核分裂性物質の濃度（濃縮度）を変えることに
より変更することができる。

【０００４】例えば、燃料集合体101 の水平断面の平均
濃縮度で見た場合に、燃料集合体101 の下部から上部の
向かって濃縮度を分布させる設計も採用されている。こ
の燃料集合体101 におけるブランケットの配設は、濃縮
度分布のためのひとつであり、燃料集合体101 の上端ま
たは下端あるいは、両端に天然ウランを配設すること
で、それに応じて上下端以外の中央部分の濃縮度を増加
させる設計である。

【０００５】ブランケットに用いられる天然ウランとし
ては、核分裂性物質ウラン235 の濃度が0.7%しか含まれ
ずに反応度が低いため、これにより濃縮度の高い燃料か
らの中性子を吸収し、燃料集合体からの中性子の洩れが
小さくなり、同じ濃縮度の燃料集合体と比較すると反応
度を大きくできるメリットがある。

【０００６】しかしながら、ブランケットに天然ウラン
を採用することにより、燃料中央部分の出力が相対的に
高まり、その結果、上下方向の出力ピーキングが大きく
なる傾向があり、線出力密度等の熱的余裕の面からはデ
メリットとなる。

【０００７】また、天然ウランブランケットの使用例と
しては、たとえば、燃料棒102 を８行８列に配列した燃
料集合体101 の場合で、燃料棒102 の上下端にそれぞれ
燃料棒有効長の１／24とすること等や、９行９列の配列
をした燃料集合体の場合で、燃料棒の下端に燃料棒有効
長の１／24、上端に燃料棒有効長の2 ／24の長さの天然
ウランブランケットが使用するなどの例がある。なお、
ブランケットとしては天然ウランの代りに劣化ウラン，
または減損ウランを使用することも提案されている。

【０００８】例えば、図10乃至図12の燃料集合体におけ
る（ａ）燃料棒配列図及び（ｂ）燃料棒のブランケット
長さの模式図に示すように、従来の初装荷炉心において
は、天然ウランをブランケットとし、すべて２本のウオ
ータロッドＷと共に、燃料棒102 を８行８列に配列とし
た燃料集合体は、３種類の濃縮度の異なる燃料集合体
Ａ，Ｂ，Ｃを使用している。

【０００９】また、上端ブランケットは107 及び下端ブ
ランケットは108 は、すべて燃料棒有効長の１／24長さ
としていて、図13の炉心における燃料配置図に示すよう
に、これら３種類の燃料集合体Ａ，Ｂ，Ｃを配置した炉
心109 では、低濃縮度の燃料集合体Ａを炉心の中央部及
びコントロールセル110 に配置している。

【００１０】図10に示す低濃縮度燃料集合体Ａは、２種
類の燃料棒１，２と２本のウオータロッドＷで形成され
て、図10（ａ）に示すように配列され、図10（ｂ）に示
すようにいずれの燃料棒１，２にも上端ブランケット10
7 と下端ブランケット108 が、それぞれ１／24長さで設
けられている。また、この燃料棒１の中央部で22／24長
さにおける濃縮度は1.6(W/O)（なお(W/O) …ウラン235
の重量％を示す）で、燃料棒２は0.71であり、この低濃
縮度燃料集合体Ａの平均濃縮度は1.18(W/O) とされてい
る。

【００１１】図11の中濃縮度燃料集合体Ｂは、４種類の
燃料棒１〜４と１種類の可燃性毒物入り燃料棒Ｇとで形
成され、その平均濃縮度は1.99(W/O) である。また、燃
料棒１，３，４は、いずれも中央部の22／24長さにおけ
る濃縮度は2.6 ，2.0 ，1.6(W/O) で、燃料棒２は、上
段の12／24長さが濃縮度2.6 、下段の10／24長さが濃縮
度2.0 となっている。

【００１２】なお、前記可燃性毒物入り燃料棒Ｇは、上
下端ブランケット107 ，108 はいずれも１／24長さで、
上段３／24長さは濃縮度1.6 (W/O) で毒物なし、中段９
／24長さは濃縮度1.6 で毒物濃度4.5 (G) 、下段10／24
長さは1.6 で毒物濃度5.5 (G) にて形成している。ま
た、可燃性毒物としては一般にガトリニア（Ｇｄ
₂Ｏ₃）が使用され、濃度(G) はＧｄ₂Ｏ₃重量％を示
す。

【００１３】図12に示す高濃縮度燃料集合体Ｃは、５種
類の燃料棒１〜５と１種類の可燃性毒物入り燃料棒Ｇと
で形成され、平均濃縮度は3.01(W/O) である。また、燃
料棒１，３，４，５は、いずれも中央部の22／24長さに
おける濃縮度はそれぞれ3.9，3.4 ，2.9 ，2.0(W/O)
で、燃料棒２は、上段３／24と下段７／24長さが濃縮度
2.9 、中段の12／24長さが濃縮度3.9 (W/O) となってい
る。

【００１４】なお、可燃性毒物入り燃料棒Ｇは、上下端
ブランケット107 ，108 はいずれも１／24長さで、上段
３／24長さは濃縮度2.9 (W/O) と毒物濃度2.5 (G）、中
段12／24長さは濃縮度2.9 と毒物濃度5.5 、下段７／24
長さは濃縮度2.9 と毒物濃度6.5 により形成している。

【００１５】従来の他の例として図14乃至図17に示す。
この燃料集合体は１本の大型ウオータロッドを採用した
もので、図14の低濃縮度燃料集合体Ｄと、図15の中濃縮
度燃料集合体Ｅ、及び図16の高濃縮度燃料集合体Ｅの３
種類で形成され、炉心における配置は図17の通りであ
る。

【００１６】図14に示す低濃縮度燃料集合体Ｄは、３種
類の燃料棒１〜３が図14（ａ）のように配列されてい
て、平均濃縮度は1.21(W/O) となっている。燃料棒のう
ちで１と２はいずれも上端ブランケット107 と下端ブラ
ンケット108 は１／24長さで、燃料棒３にはブランケッ
トが設けられていないが、全体24／24の濃縮度は上下端
ブランケット107 ，108 と同じ0.71(W/O) になってい
る。

【００１７】図15に示す中濃縮度燃料集合体Ｅは、図15
（ｂ）の４種類の燃料棒１〜４と、２種類の可燃性毒物
入り燃料棒Ｇ1 ，Ｇ2 で、図15（ａ）の配列で形成され
ていて、その平均濃縮度は2.30(W/O) である。図16に示
す高濃縮度燃料集合体Ｆは、図16（ｂ）の５種類の燃料
棒１〜５と、１種類の可燃性毒物入り燃料棒Ｇで、図16
（ａ）の配列で形成し、平均濃縮度を3.44(W/O) として
いる。

【００１８】この３種類の燃料集合体Ｄ，Ｅ，Ｆによ
り、図17の炉心における配置図に示すように炉心111 が
構成されるが、いずれの燃料集合体Ｄ，Ｅ，Ｆも、上端
ブランケット107 と下端ブランケット108 は１／24長さ
で、低濃縮度燃料集合体Ｄが炉心111 の周辺部コントロ
ールセル110 に配置されている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】近年は第一運転サイク
ルの炉心（初装荷炉心）において、複数の異なる濃縮度
の燃料集合体を同時に装荷する、いわゆる初装荷多種類
炉心が採用されている例があり、これらの炉心では第二
運転サイクル以降の燃料取替に際しては順次低い濃縮度
の燃料集合体から取り出す方法が取られる。

【００２０】これらの初装荷炉心に装荷される燃料集合
体（初装荷燃料）にもブランケットの適用は可能であ
り、例えば特開昭６２−８０５８６号公報「沸騰水型原
子炉」にも、燃料集合体の濃縮度を低中高の３種類用い
る初装荷炉心について開示されており、それぞれの燃料
には、いずれも上下端ともに燃料有効長の１／24長さの
天然ウランブランケットを設けている。

【００２１】このように初装荷多種類炉心では、次サイ
クルにおいて取替燃料が装荷されるために、炉心に第一
運転サイクル乃至第二運転２サイクルのみ滞在する低濃
縮度燃料集合体が使用されており、このために、低濃縮
度燃料の取出し燃焼度が低くなる性質がある。

【００２２】このことは、高濃縮度燃料や取替燃料と比
較すると、どうしても低濃縮度の燃料は燃料サイクルコ
ストが高くなり、経済的に劣る問題があった。また、こ
こでは初装荷多種類炉心における燃料のブランケット長
さを一定としている場合の問題について述べたが、初装
荷多種類炉心以外の炉心でも同様な支障はある。

【００２３】したがって、一般には熱的余裕が複数の燃
料集合体間で明らかに差がある場合や、熱出力や運転期
間等を変動させることに伴う、炉心の熱的性能が変化し
た時点の以前と以後に装荷する燃料では、燃料集合体間
に明らかな熱的余裕のアンバランスがあるという問題が
あった。

【００２４】本発明の目的とするところは、異なる平均
濃縮度の燃料集合体を装荷する炉心において、低濃縮度
燃料集合体に配設するブランケットの長さを高濃縮度燃
料集合体のブランケットより長く差をつけて、炉心の熱
的余裕を維持して燃料の取出し燃焼度を増加できる原子
炉炉心を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
請求項１記載の発明に係る原子炉炉心は、原子炉の炉心
を構成する複数の燃料棒を束ねて形成すると共に平均濃
縮度の異なる複数種類の燃料集合体の燃料濃縮度をｅｉ
としてｅ１＜ｅ２＜・・・＜ｅｉ＜・・・ｅｎ（ｉ＝
１，２，・・・，ｎ：ｎは２以上の整数）なる燃料集合
体ｉを同時に装荷してなる炉心において、燃料集合体ｉ
の上端及び下端に配するブランケットの長さの和Ｔｉ
が、Ｔ１≧Ｔ２≧・・・≧Ｔｉ≧・・・≧Ｔｎ（ｉ＝
１，２，・・・，ｎ：ｎは２以上の整数）、かつＴ１＞
Ｔｎを満たす燃料集合体を備えることを特徴とする。

【００２６】請求項２記載の発明に係る原子炉炉心は、
燃料集合体に配する上端ブランケットの長さが下端ブラ
ンケットの長さより長いかまたは等しく、その差が燃料
有効長の１／８以下であることを特徴とする。請求項３
記載の発明に係る原子炉炉心は、初装荷炉心において、
複数の異なる平均濃縮度の燃料集合体を用いることを特
徴とする。

【００２７】請求項４記載の発明に係る原子炉炉心は、
炉心で第二運転サイクル以降に平均濃縮度の異なる複数
種類の燃料集合体を同時に装荷することを特徴とする。
請求項５記載の発明に係る原子炉炉心は、第二運転サイ
クル以降に平均濃縮度の異なる複数種類の燃料集合体を
同時に装荷する炉心において、燃料集合体の上端及び下
端に配するブランケットの長さの和の燃料集合体間での
差が燃料有効長の１／24であることを特徴とする。

【００２８】請求項６記載の発明に係る原子炉炉心は、
第二運転サイクル以降に平均濃縮度が等しく可燃性毒物
濃度が異なる複数種類の燃料集合体を同時に装荷する炉
心において、可燃性毒物の濃度の大きい燃料集合体の上
端及び下端に配するブランケットの長さの和を可燃性毒
物濃度の小さい燃料集合体の上端及び下端に配するブラ
ンケットの長さの和より長くしたことを特徴とする。

【００２９】請求項７記載の発明に係る原子炉炉心は、
第二運転サイクル以降に可燃性毒物濃度の異なる複数種
類の燃料集合体を同時に装荷する炉心において、燃料集
合体の上端及び下端に配するブランケットの長さの和の
燃料集合体間での差が燃料有効長の１／24であることを
特徴とする。

【００３０】請求項８記載の発明に係る原子炉炉心は、
当該運転サイクルに装荷する燃料集合体の平均濃縮度と
前運転サイクルにおいて装荷した燃料集合体の平均濃縮
度が異なる炉心において、当該運転サイクルに装荷する
燃料集合体の平均濃縮度が前運転サイクルにおいて装荷
した燃料集合体の平均濃縮度より高い場合に当該運転サ
イクルに装荷する燃料集合体の上端及び下端のブランケ
ットの長さの和を前運転サイクルにおいて装荷した燃料
集合体の上端及び下端のブランケットの長さの和より短
くしたことを特徴とする。

【００３１】請求項９記載の発明に係る原子炉炉心は、
当該運転サイクルに装荷する燃料集合体の平均濃縮度と
前運転サイクルにおいて装荷した燃料集合体の平均濃縮
度が異なる炉心において、当該運転サイクルに装荷する
燃料集合体の平均濃縮度が前運転サイクルにおいて装荷
した燃料集合体の平均濃縮度より低い場合に当該運転サ
イクルに装荷する燃料集合体の上端及び下端のブランケ
ットの長さの和を前運転サイクルにおいて装荷した燃料
集合体の上端及び下端のブランケットの長さの和より長
くしたことを特徴とする。

【００３２】請求項10記載の発明に係る原子炉炉心は、
当該運転サイクルに装荷する燃料集合体の平均濃縮度が
前運転サイクルにおいて装荷した燃料集合体の平均濃縮
度と異なる炉心において、当該運転サイクルに装荷する
燃料集合体の上端及び下端に配するブランケットの長さ
の和と前運転サイクルに装荷した燃料集合体の上端及び
下端に配するブランケットの長さの和の差が燃料有効長
の１／24であることを特徴とする。

【００３３】請求項11記載の発明に係る原子炉炉心は、
当該運転サイクルの炉心熱出力が前運転サイクルの炉心
熱出力と異なる炉心において、当該運転サイクルの炉心
熱出力が前運転サイクルの炉心熱出力より大きい場合に
当該運転サイクルに装荷する燃料集合体の上端及び下端
に配するブランケットの長さの和を前運転サイクルに装
荷した燃料集合体の上端及び下端に配するブランケット
の長さの和より短くしたことを特徴とする。

【００３４】請求項12記載の発明に係る原子炉炉心は、
当該運転サイクルの炉心熱出力が前運転サイクルの炉心
熱出力と異なる炉心において、当該運転サイクルの炉心
熱出力が前運転サイクルの炉心熱出力より小さい場合に
当該運転サイクルに装荷する燃料集合体の上端及び下端
に配するブランケットの長さの和を前運転サイクルに装
荷した燃料集合体の上端及び下端に配するブランケット
の長さの和より長くしたことを特徴とする。

【００３５】請求項13記載の発明に係る原子炉炉心は、
当該運転サイクルの炉心熱出力と前運転サイクルの炉心
熱出力が異なる炉心において、当該運転サイクルに装荷
する燃料集合体の上端及び下端に配するブランケットの
長さの和と前運転サイクルで装荷した燃料集合体の上端
及び下端に配するブランケットの長さの和の差が燃料有
効長の１／24であることを特徴とする。

【００３６】請求項14記載の発明に係る原子炉炉心は、
当該運転サイクルの運転期間と前運転サイクルの運転期
間が異なる炉心において、当該運転サイクルで装荷する
燃料集合体の上端及び下端に配するブランケットの長さ
の和を前運転サイクルで装荷した燃料集合体の上端及び
下端に配するブランケットの長さの和より短くしたこと
を特徴とする。

【００３７】請求項15記載の発明に係る原子炉炉心は、
当該運転サイクルの運転期間と前運転サイクルの運転期
間が異なる炉心において、当該運転サイクルに装荷する
燃料集合体の上端及び下端に配するブランケットの長さ
の和と前運転サイクルで装荷した燃料の上端及び下端に
配するブランケットの長さの和の差が燃料有効長の１／
24であることを特徴とする。

【００３８】

【作用】請求項１記載の発明は、平均濃縮度の異なる燃
料集合体が同時に装荷されている多種類炉心では、濃縮
度が高いほど燃料集合体の反応度が高く、燃料集合体出
力も高くなっている。この結果、燃料集合体の濃縮度が
高いほど熱的余裕が少なく、線出力密度が大きくなって
いる。

【００３９】また、燃料集合体にブランケットを配設す
ると、ブランケットにより中性子インポータンスの大き
い中心部の出力が大きくなり、反応度が高まることから
燃焼度を増加できる。したがって、低濃縮度燃料集合体
は高濃縮度燃料集合体に対して熱的余裕が相対的に大き
く、ブランケットの長さを熱的余裕が悪くならない範囲
で長くすれば、炉心全体の熱的余裕を悪化させることな
く低濃縮度燃料集合体の燃焼度を増加できることにな
る。

【００４０】請求項２記載の発明は、炉心を形成する燃
料集合体における上下端ブランケットの長さの差は、あ
まり大きいと軸方向の出力分布が下方あるいは上方に歪
みすぎ、中性子の漏れが増加する傾向となり、上下端ブ
ランケットの差を４／24以上とすると反応度が低下する
検討結果が得られた。これにより、上下端ブランケット
の長さは上端ブランケットを下端ブランケットより短く
なく、その差が燃料集合体の有効長のおよそ１／８以下
とするのが反応度上で最も有効である。

【００４１】請求項３記載の発明は、濃縮度の異なる燃
料集合体を同時に装荷する典型的な場合としては、初装
荷炉心と呼ばれる第一運転サイクル炉心がある。この初
装荷多種類炉心では低濃縮度燃料集合体の集合体出力が
小さいため、熱的余裕は高濃縮度燃料集合体より大き
い。ここでブランケットの長さを高濃縮度燃料集合体よ
り長くすることにより、初装荷炉心の熱的余裕を変化さ
せることなく低濃縮度燃料集合体の燃焼度を増加する。

【００４２】請求項４記載の発明は、初装荷炉心以降で
第二運転サイクル以降の取替炉心において、複数の濃縮
度の燃料集合体を同時に装荷した場合にも、前記請求項
１乃至請求項３記載の初装荷炉心の場合と同様の構成と
することにより、同様の作用が得られる。

【００４３】請求項５記載の発明は、取替炉心において
は連続する運転サイクルの前後で目標とする取出し燃焼
度が変化する場合があるが、この場合に運転サイクルの
前後で取替燃料の濃縮度を変更することになる。この際
に各燃料集合体ブランケットの長さの和の燃料集合体間
での差を燃料有効長の１／24とすることにより、反応度
増加と出力ピーキング増加のバランスが良くとれる。

【００４４】請求項６記載の発明は、第二運転サイクル
の取替炉心の場合は、濃縮度が複数の場合だけでなく、
等しい場合で可燃性毒物入り燃料棒の本数や、その濃度
を変えた燃料集合体を装荷する場合がある。この場合
は、一般に可燃性毒物濃度が大きいほど燃料集合体の平
均出力が小さくなるため、熱的余裕としては大きくな
る。したがって、可燃性毒物濃度の大きい燃料集合体に
おけるブランケットを適度に長くすることにより、炉心
の熱的余裕を悪化させることなく炉心の反応度を増加す
ることができる。

【００４５】請求項７記載の発明は、第二運転サイクル
の取替炉心で可燃性毒物濃度の異なる複数種類の燃料集
合体を同時に装荷した場合に、各燃料集合体ブランケッ
トの長さの和の燃料集合体間での差を燃料有効長の１／
24とすることにより、反応度増加と出力ピーキング増加
のバランスが良くとれる。

【００４６】請求項８記載の発明は、当該炉心の熱出力
が連続する運転サイクルの前後で変化する場合を想定す
ることができるが、当該運転サイクルに装荷する燃料集
合体の平均濃縮度が前運転サイクルにおいて装荷した燃
料集合体の平均濃縮度より高い場合の熱出力の増加時
に、燃料集合体の濃縮度を変更させずに、ブランケット
の長さの和を短くすることで熱的余裕を最適化すること
ができる。

【００４７】請求項９記載の発明は、前記請求項８記載
の発明と逆の場合で、炉心における当該運転サイクルに
装荷する燃料集合体の平均濃縮度が前運転サイクルにお
いて装荷した燃料集合体の平均濃縮度より低い場合の熱
出力の減少時には、燃料集合体の濃縮度を変更させず
に、ブランケットの長さの和を長くすることで取出し燃
焼度を増加して熱的余裕を最適化できる。

【００４８】請求項10記載の発明は、当該運転サイクル
に装荷する燃料集合体と前運転サイクル装荷した燃料集
合体の平均濃縮度がと異なる炉心で、当該運転サイクル
に装する燃料集合体と前運転サイクルに装荷した燃料集
合体のブランケットの長さの和の燃料集合体間での差を
燃料有効長の１／24とすることにより、反応度増加と出
力ピーキング増加のバランスを良くすることができる。

【００４９】請求項11記載の発明は、当該運転サイクル
の炉心熱出力が前運転サイクルの炉心熱出力と異なる炉
心で、当該運転サイクルの炉心熱出力が前運転サイクル
より大きい場合には、当該運転サイクルに装荷する燃料
集合体の熱的余裕は低下するので、ブランケットの長さ
の和を前運転サイクルに装荷した燃料集合体より短くす
ることで熱的余裕が確保できる。

【００５０】請求項12記載の発明は、前記請求項11記載
の発明と逆の場合で、当該運転サイクルの炉心熱出力が
前運転サイクルより小さい場合は、当該運転サイクルに
装荷する燃料集合体に熱的余裕が生ずるので、ブランケ
ットの長さの和を前運転サイクルに装荷した燃料集合体
より長くすることで、取出し燃焼度を増加して熱的余裕
を最適化できる。

【００５１】請求項13記載の発明は、当該運転サイクル
の炉心熱出力と前運転サイクルの炉心熱出力が異なる場
合に、当該運転サイクルに装荷する燃料集合体と前運転
サイクルで装荷した燃料集合体のブランケットの長さの
和の燃料集合体間での差を燃料有効長の１／24とするこ
とにより、反応度増加と出力ピーキング増加のバランス
が良くなる。

【００５２】請求項14記載の発明は、炉心における当該
運転サイクルの運転期間と前運転サイクルの運転期間が
異なる場合に、当該運転サイクルで装荷する燃料集合体
は前運転サイクルで装荷した燃料集合体より熱的余裕が
小さくなるので、ブランケットの長さの和を前運転サイ
クルで装荷した燃料集合体のブランケットの長さの和よ
り短くして熱的余裕の最適化をする。

【００５３】請求項15記載の発明は、炉心における当該
運転サイクルの運転期間と前運転サイクルの運転期間が
異なる場合に、当該運転サイクルに装荷する燃料集合体
と前運転サイクルで装荷した燃料集合体のブランケット
の長さの和の燃料集合体間での差を燃料有効長の１／24
とすることにより、反応度増加と出力ピーキング増加の
バランスが良くなる。

【００５４】さらに、運転サイクル長さが変化する場合
についても前記熱出力の変化の場合と同様の対策が採用
できる。例えば、サイクル長さを増加する場合に燃料の
濃縮度や可燃性毒物の濃度のいずれか、または両方を変
更するが、いずれにしても、新たに装荷する燃料の熱的
余裕は前サイクルに装荷された燃料の熱的余裕よりも小
さくなるため、ブランケットの長さの和を短くするのが
熱的余裕確保の観点から有利である。

【００５５】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。なお、上記した従来技術と同じ構成部分には同一符
号を付して、詳細な説明を省略する。第１実施例は、図
１（ａ）の炉心平面図に示すように初装荷炉心112 には
図１（ｂ）のブランケット長さを示す模式図で示す、平
均濃縮度の低い燃料集合体Ｈ及び平均濃縮度の高い燃料
集合体Ｉが装荷されている。

【００５６】低濃縮度燃料集合体Ｈの上端ブランケット
113 の長さは燃料有効部長さの２／24で、下端ブランケ
ット108 の長さは1 ／24としている。また、高濃縮度燃
料集合体Ｉの上端ブランケット107 の長さは燃料有効部
長さの１／24で、下端ブランケット108 の長さも１／24
である。

【００５７】この低濃縮度燃料集合体Ｈと、高濃縮度燃
料集合体Ｉの平均濃縮度ｅについては、それぞれｅＬ，
ｅＨで、これはｅＬ＜ｅＨの関係にある。なお、上端ブ
ランケット107 ，113 及び下端ブランケット108 しと
て、ここでは天然ウランを用いて構成している。

【００５８】なお、ブランケットの材料としては、一般
に天然ウラン及び減損ウラン、あるいは劣化ウランを使
用しているが、ブランケットにおける濃縮度は、ウラン
235の濃縮度が天然ウラン相当、または、その前後ある
いは、濃縮ウランの廃棄物である減損ウラン程度の濃縮
度、または再処理回収ウランとしている。

【００５９】上記２種類の低濃縮度燃料集合体Ｈ、及び
高濃縮度燃料集合体Ｉにより形成される炉心112 の炉内
配置については、図１（ａ）に示すように炉心112 の周
辺部114 には高濃縮度燃料集合体Ｉのみが配置され、中
央部115 には低濃縮度集合体Ｈと高濃縮度燃料集合体Ｉ
の両方を配置して構成している。

【００６０】次に上記構成による作用について説明す
る。初装荷炉心112 に装荷された燃料集合体のうちで、
低濃縮度燃料集合体Ｈは第一回目の燃料交換時にすべて
取り出されるが、高濃縮度燃料集合体Ｉは第二回目以降
の交換時に取り出される。平均濃縮度の異なる燃料集合
体が同時に装荷されている多種類炉心では、一般に濃縮
度が高いほど燃料集合体の反応度が高く、燃料集合体出
力も高くなっている。この結果、燃料集合体の濃縮度が
高いほど熱的余裕が少なく、例えば線出力密度が大きく
なっている。

【００６１】ブランケットを配設した燃料集合体と、配
設しない燃料集合体とを比較すると、ブランケットを配
設した燃料集合体においては、中性子インポータンスの
大きい中心部の出力が大きくなるため、反応度が高まり
燃焼度を増加できる性質がある。

【００６２】しかしながら、燃料集合体としては中心部
の出力増加に伴い、軸方向（上下方向）の出力ピーキン
グが増加することから、ブランケットの採用について
は、燃料の反応度も増加するというメリットと、軸方向
出力ピーキングを大きくするデメリットをトレードオフ
する設計概念としている。

【００６３】したがって、燃料集合体の濃縮度が複数で
ある炉心では、上記のように低濃縮度燃料集合体Ｈの熱
的余裕が相対的に大きく、例えばブランケットの長さを
熱的余裕が悪くならない範囲で長くすれば、炉心112 全
体の熱的余裕を悪化させることなく、低濃縮度燃料集合
体Ｈの燃焼度を増加できることになる。この場合はもち
ろん濃縮度が異なる燃料集合体は必ず異なるブランケッ
トとする必要はなく、熱的余裕を考慮してブランケット
長さを設定すれば良い。

【００６４】ブランケットの長さについては、上部の長
さと下部の長さが軸方向出力分布形に影響する。すなわ
ち、沸騰水型原子炉の場合に炉心におけるボイド率が上
方ほど大きく、軸方向の分布が下方ピークとなることを
考慮すると、ブランケットは上端の方を下端より長くし
た方が単位反応度増加に対する出力ピーキングの増加が
小さい点から有利となる。

【００６５】また、上端ブランケット107 ，113 と下端
ブランケット108 との長さの差は、上端ブランケット10
7 ，113 を長くし過ぎると、むしろ軸方向ピーキングが
増加し過ぎて、中性子の漏れ増加により反応度が低下す
る傾向となる。発明者が上下端のブランケット長さの差
と、反応度との関係を検討したところ、上下端のブラン
ケットの長さの差をあまり大きくすると、軸方向の出力
分布が下方あるいは上方に歪みすぎ、中性子の漏れが増
加する傾向となる。

【００６６】沸騰水型原子炉の場合の実際の適用におい
ては、上端ブランケット107 ，113と下端ブランケット1
08 の差を４／24以上とすると反応度が低下する結果が
得られた。このことから、上下端ブランケットの長さは
上端ブランケット107 ，113 を下端ブランケット108 よ
り短くしないようにして、その差が燃料集合体の有効長
のおよそ１／８以下とするのが反応度上で最も有効であ
る。

【００６７】なお、濃縮度の異なる燃料集合体を同時に
装荷する典型的な例としては、初装荷炉心と呼ばれる第
一運転サイクル炉心がある。先に示した特開昭６２−８
０５８６号公報では３種類の濃縮度の燃料を用い、また
特開平２−２２２８６７号公報「原子炉の運転方法」に
開示されているものは、２種類の濃縮度の燃料を用いて
いる。

【００６８】これらの初装荷多種類炉心では、濃縮度の
低い燃料集合体の出力が小さいため、低濃縮度燃料集合
体の熱的余裕は高濃縮度の集合体より大きくなっている
が、ブランケットの長さを高濃縮度集合体より長くする
ことにより、初装荷炉心の熱的余裕を変化させることな
く、低濃縮度集合体の燃焼度を増加することができ、こ
れにより燃料サイクルコストは低減される。

【００６９】上記したように、従来の各ブランケット長
さが等しい複数の濃縮度の燃料集合体を用いた初装荷炉
心の場合には、低濃縮度燃料集合体の軸方向出力ピーキ
ング係数と、高濃縮度燃料集合体の軸方向出力ピーキン
グ係数に大きな差がなく、かつ低濃縮度燃料集合体は出
力が低いため、低濃縮度燃料集合体の線出力密度は常に
高濃縮度燃料集合体の線出力密度より小さい値となって
いた。

【００７０】これに対して、第１実施例のように、低濃
縮度燃料集合体Ｈの上端ブランケット113 の長さを長く
すると、軸方向の中性子の漏れが減少して反応度を増加
させることができる。さらに、ブランケット長さの増加
量を適切に調整することにより、低濃縮度燃料集合体Ｈ
に関する最大線出力密度を、炉心112 の最大線出力密度
（高濃縮度燃料集合体Ｉに関する最大線出力密度）より
低い値を維持することができる。

【００７１】すなわち、炉心112 における最大線出力密
度を悪化させることなく、炉心112の反応度を高めて取
出し燃焼度を増加できることになる。また、本第１実施
例では、低濃縮度燃料集合体Ｈのブランケット長さを、
高濃縮度燃料集合体Ｉに比較して、上端ブランケット11
3 の長さを１／24だけ増加するものとしたが、一般には
ブランケット長さの延長量を適切に設定することが熱的
特性と反応度増加効果とのバランスの観点から必要であ
る。

【００７２】具体的には低濃縮度燃料の最大線出力密度
が、炉心の最大線出力密度を超過しないようにブランケ
ット長さを調整することが目安となる。すなわち、低い
濃縮度の燃料集合体の最大線出力密度が、炉心の最大の
線出力密度以下となる範囲内でブランケットを延長すれ
ばよいことになる。

【００７３】さらに第１実施例では、高濃縮度燃料集合
体Ｉを炉心112 の周辺部114 に配置したことにより、高
濃縮度燃料集合体Ｉの炉心滞在期間を延ばし、低濃縮度
燃料集合体Ｈを炉心112 の中央に配置して出力を大きく
することにより、炉心平均の取出し燃焼度を増加するこ
とができる効果もある。

【００７４】勿論、炉心112 における燃料の装荷方法は
これ以外でもよく、例えば図１（ａ）に示す、中央部11
5 に低濃縮度燃料集合体Ｈ及び高濃縮度燃料集合体Ｉを
配置し、周辺部114 には低濃縮度燃料集合体Ｈのみを配
置することもできる。この方法は、第二運転サイクル以
降の、いわゆる取替炉心で採用されている低漏洩配置を
初装荷炉心にも適用するもので、取替炉心との配置の類
似性から燃料取替方式（燃料シャッフリング）が、取替
炉心とほぼ同じにできるメリットがある。

【００７５】さらに、コントロールセルを採用する場合
は、図１（ｃ）の炉心平面図に示すように、炉心116 の
中央部115 でコントロールセル110 の位置に、低い濃縮
度の燃料集合体を配置することにより、制御棒操作に伴
う出力分布の歪を回避することができる。なお、炉心11
6 の周辺部114 及び中央部115 に装荷する燃料集合体に
ついては、上記のように、それぞれ低濃縮燃料集合体Ｈ
及び高濃縮度燃焼集合体Ｉを配置すればよい。

【００７６】また、この取替炉心においては、連続する
運転サイクルの前後で目標とする取出し燃焼度が変化す
る場合があり、この場合に運転サイクルの前後で取替燃
料の濃縮度を変更することになる。この場合において
も、高濃縮度燃料集合体Ｉのブランケットを短くすると
熱的余裕が改善される。

【００７７】炉心の熱出力が連続する運転サイクルの前
後で変化する場合も想定することができるが、この場合
には、必ずしも燃料集合体の濃縮度を運転サイクルの前
後で変更する必要はないが、熱的余裕を最適化させる観
点から、熱的余裕を必要とする場合（熱出力の増加時）
は、ブランケットを短くした燃料集合体を用い、熱的余
裕が増えた場合（熱出力の減少時）は逆とすれば、与え
られた熱的余裕の範囲内で取出し燃焼度を増加すること
ができる。

【００７８】さらに、運転サイクル長さが変化する場合
についても、前記熱出力の変化の場合と同様の対策が行
える。たとえば、運転サイクル長さを増す場合に、燃料
の濃縮度か可燃性毒物の濃度のいずれか、あるいは両方
を変更するが、いずれにしても、新たに装荷する燃料の
熱的余裕は前サイクルに装荷された燃料の熱的余裕より
も小さくなるため、ブランケットを短くすることが熱的
余裕確保の観点から有効である。

【００７９】なお、炉心の熱出力の変化する場合や運転
期間が変化する場合で、濃縮度が異なる場合及び可燃性
毒物濃度が異なる場合のいずれにおいても、ブランケッ
ト長さの差を燃料有効長の１／24程度、およそ0.3m程度
とするのが反応度増加と出力ピーキング増加のバランス
上で適切である。

【００８０】第２実施例は、さらに具体的な例として13
0 万ｋＷ級の沸騰水型原子炉において、第一運転サイク
ルの運転期間を約２年とし、第二運転サイクルの運転期
間を約１年とする場合の初装荷炉心と、その燃料集合体
に適用した例を示す。図２における（ａ）の燃料棒配置
図に示すように、初装荷炉心において用いる燃料集合体
は、燃料棒配列を９行９列とした低い濃縮度の燃料集合
体Ｊで、（ｂ）のブランケット長さを示す模式図にて、
上端ブランケット113 と下端ブランケット108 及び燃料
濃縮度を模式的に示している。

【００８１】この低濃縮度燃料集合体Ｊは２本のウオー
タロッドＷと５種類の燃料棒１〜５で形成し、その平均
濃縮度は1.6(W/O)としている。各燃料棒１〜５について
は、それぞれ燃料棒１〜３には天然ウランによるブラン
ケットを設け、上端ブランケット113 は２／24長さで、
下端ブランケット108は１／24長さとして、上端ブラン
ケット113 は下端ブランケット108 に対して１／24長さ
の差だけ長くしていて、可燃性毒物は添加していない。

【００８２】また、燃料棒１の濃縮度は2.4(W/O)で、燃
料棒２は1.8 、燃料棒３は1.2 としている。さらに、燃
料棒４は15／24長さの部分長燃料棒で濃縮度0.71、燃料
棒５も濃縮度0.7 で、この燃料棒４，５にはブランケッ
トはなく、また、燃料棒１〜５の内部はすべて濃縮度を
一定としている。

【００８３】図３における（ａ）の燃料棒配置図に示す
ように初装荷炉心において用いる燃料集合体は、燃料棒
配列を９行９列とした高い濃縮度の燃料集合体Ｋで、
（ｂ）の模式図により燃料棒のブランケット、濃縮度、
可燃性毒物棒本数及び濃度を模式的に示している。

【００８４】この高濃縮度燃料集合体Ｋは、８種類の燃
料棒１〜８と３種類の毒物入り燃料棒Ｇ1 〜Ｇ3 、及び
２本のウオータロッドＷで形成して、平均濃縮度は3.9
(W/O)としており、この燃料棒１〜８と毒物入り燃料棒
Ｇ1 〜Ｇ3 の内部では、軸方向に濃縮度、可燃性毒物濃
度ともに一定に分布している。

【００８５】各燃料棒１〜８，Ｇ1 〜Ｇ3 については、
燃料棒１〜６とＧ1 〜Ｇ3 において、上端ブランケット
107 と下端ブランケット108 が設けられていて、すべて
１／24長さとしている。なお、部分長燃料棒７，８はい
ずれも15／24長さで、ブランケットは設けられていな
い。

【００８６】燃料棒１，３，５，６はいずれも22／24長
さで、それぞれの濃縮度は4.9 ，1.2 ，1.8 ，1.2(W/O)
である。また、部分長燃料棒７，８は4.9 と4.1 で、燃
料棒１，７の濃縮度4.9(W/O)は使用最高濃縮度であり、
いずれも濃縮度が一定となっている。

【００８７】また、燃料棒２は上段３／24長さの濃縮度
が3.6(W/O)、中段12／24長さは1.8、下段７／24長さは
4.1 としている。燃料棒４も上段３／24長さが3.0 、中
段12／24長さが2.4 、下段７／24長さが3.6 としてい
る。さらに、可燃性毒物入り燃料棒Ｇ1 は上段の８／24
長さは濃縮度4.1 で毒物はない、中段７／24長さは濃縮
度4.1 で毒物の濃度が9.5 (G) （ここで(G) は可燃性毒
物として添加したガトリニアＧｄ₂Ｏ₃の重量％を示
す）、下段の７／24長さに4.1 と10.0(G) としている。

【００８８】また可燃性毒物入り燃料棒Ｇ2 は、上段の
15／24長さが濃縮度4.1 で毒物なし、下段７／24長さは
4.1 と毒物濃度10.0(G) である。さらに可燃性毒物入り
燃料棒Ｇ3 は、上段３／24長さが濃縮度3.6 と毒物濃度
7.0 (G) 、中段12／24長さが3.6 と9.0 (G) 、下段の７
／24長さを3.6 と10.0(G) で形成している。なお、可燃
性毒物については前記の低濃縮度燃料集合体Ｊよりも濃
度、本数とも高められている。また、ブランケットには
可燃性毒物が添加されていない。

【００８９】以上、低濃縮度燃料集合体Ｊの上端ブラン
ケット113 及び下端ブランケット108 は、それぞれ燃料
有効長の２／24、１／24で、高濃縮度燃料集合体Ｋの上
端ブランケット107 及び下端ブランケット108 は、いず
れも燃料有効長の１／24である。このように、低濃縮度
燃料集合体Ｊの上端ブランケット113 は、高濃縮度燃料
集合体Ｋの上端ブランケット107 より１／24だけ長くし
てある。

【００９０】また、図４の１／４炉心における燃料配置
図に示すように、初装荷炉心117 の第一運転サイクルに
おける低濃縮度燃料集合体Ｊと、高濃縮度燃料集合体Ｋ
の配置は、低濃縮度燃料集合体Ｊは炉心周辺以外の位
置、及び運転中に操作する制御棒の周囲を構成するコン
トロールセル110 に配置され、高濃縮度燃料集合体Ｋは
これ以外の位置に配置されている。

【００９１】図５の特性図は本第２実施例による各燃料
集合体の最大線出力密度の３次元拡散・熱水力計算コー
ドによる計算結果を示したもので、実線118 は高濃縮度
集合体Ｋのうち最大値の変化を、実線119 は低濃縮度集
合体Ｊのうちの最大値の変化を示している。また、破線
120 は従来の低濃縮度集合体と同仕様の低濃縮度燃料集
合体Ｊの平均濃縮度でブランケット長さを高濃縮度燃料
集合体Ｋと同じとした燃料集合体を、低濃縮度燃料集合
体Ｊと置き換えた場合の結果（比較例）を示している。

【００９２】図６の特性図は炉心の余剰反応度変化を実
線121 で示し、低濃縮度燃料集合体を低濃縮度燃料集合
体Ｊと平均濃縮度が等しく、ブランケット長さを高濃縮
度燃料集合体Ｋと等しい燃料集合体と置き換えた場合の
余剰反応度を示す。このように、２種類の異なる濃縮度
の燃料集合体が同時に装荷された炉心では、ブランケッ
ト長さをすべて同じとした燃料集合体を用いると、低濃
縮度燃料の熱的余裕が大きくなり、比較例の図５におけ
る破線120 に示されるように、高濃縮度燃料（実線118
）に対して、およそ２割程度余裕が大きくなってい
る。

【００９３】これに対して図６に示すように本発明で
は、低濃縮度集合体Ｊの平均濃縮度を保ちつつ、ブラン
ケット長さを延ばすことによって、炉心全体の最大線出
力密度を悪化させることなく、炉心の反応度を高めるこ
とができ、その結果として、第一サイクルの運転期間を
サイクル長さ増加分 121ａだけ延ばすことができる。

【００９４】また、ブランケット長さについては、この
例以外の適用も勿論考えられる。説明を容易にするため
に、ブランケット長さについて（ｒ／ｓ，ｔ／ｕ）と
し、ｒ，ｓがそれぞれ低濃縮度燃料集合体の上端と下端
のブランケット長さ、ｔ，ｕがそれぞれ高濃縮度燃料集
合体の上端と下端のブランケット長さとする。

【００９５】ブランケット長さを燃料有効長の１／24単
位で表示することとすると、本第２実施例については
（２／１，１／１）である。炉心の熱的制限値や燃料集
合体の燃料棒配列が増加した場合には、ブランケット長
さを全体的に延長することが考えられる。

【００９６】例えば低濃縮燃料集合体と高濃縮燃料集合
体を共にブランケット長さを延ばして、（３／１，２／
１）、（３／２，２／１）などとする場合も考えられ
る。逆に８行８列配列の燃料の場合で、（１／１，０／
１）、（１／１，０／０）も考えられる。勿論10行10列
燃料やそれ以上の配列の燃料でも同様である。

【００９７】また、低濃縮度と高濃縮度の濃縮度差がさ
らに大きい場合は、低濃縮度燃料の最大線出力密度と炉
心の最大線出力密度との差が拡大するために、ブランケ
ット長さの差も大きくすることができる。例えば（３／
１，１／１）や（３／２，１／１）等としてブランケッ
ト長さの差を大きくすることも考えられる。

【００９８】第３実施例は、燃料集合体の濃縮度の種類
を３種類とした場合のもので、図７の燃料集合体のブラ
ンケット長さを示す模式図に示すように、低濃縮度燃料
集合体Ｈの上端ブランケット113 は２／24長さで、中濃
縮度燃料集合体Ｌと高濃縮度燃料集合体Ｉの上端ブラン
ケット107 は１／24長さ、また下端ブランケット108は
すべて１／24長さに設けている。

【００９９】この３種類の場合のブランケットの長さの
組合わせは、上記の表現に従うとすると（ｒ／ｓ，ｖ／
ｗ，ｔ／ｕ）とし、これが（２／１，１／１，１／１）
になる。

【０１００】また他に図８の模式図に示される例では、
低濃縮度燃料集合体Ｍの上端ブランケット123 は３／24
長さで、中濃縮度燃料集合体Ｎの上端ブランケット113
は２／24長さ、高濃縮度燃料集合体Ｉの上端ブランケッ
ト107 は１／24長さとしている。なお、下端ブランケッ
ト108 はすべて１／24長さに設けて、（３／１，２／
１，１／１）としている。

【０１０１】これ以外に（２／１，２／１，１／１）と
することも考えられる。なお、本発明は上記の他に濃縮
度の異なる燃料集合体を４種類以上組み合わせる場合に
も適用が可能である。以上の実施例はいずれも低濃縮度
と高濃縮度の燃料集合体におけるブランケット長さの差
を燃料有効長の１／８以内としており、これにより、反
応度の改善と軸方向ピーキング改善の両立が効率的に可
能である。

【０１０２】第４実施例は、取替炉心に装荷する場合の
もので、第二運転サイクル以降の炉心を形成する取替燃
料として装荷する燃料では、可燃性毒物の濃度や本数が
異なる複数種類の燃料集合体を装荷する場合がある。

【０１０３】この場合に、可燃性毒物の濃度の高い燃料
集合体の方が、無限増倍率の最大値が小さくなり、燃料
集合体出力が低くなるために、熱的余裕が可燃性毒物濃
度の低い燃料集合体よりも大きくなっている。したがっ
て、熱的余裕が悪化しない範囲で可燃性毒物量の多い燃
料集合体のブランケット長さを増加し、かつ取出し燃焼
度を増加することができる。

【０１０４】この際に、１本ごとの可燃性毒物入り燃料
棒の毒物濃度が必ず高い必要はなく、燃料集合体の平均
としての濃縮度に差が設けられていることが重要であ
る。なお、この場合は濃縮度を同一としたが、可燃性毒
物濃度の高い燃料集合体の濃縮度を高める場合にも本発
明は適用が可能である。

【０１０５】また濃縮度が高く、可燃性毒物の濃度が低
い燃料集合体の場合には、その濃縮度の差が0.1(W/O)以
内であれば、可燃性毒物の濃度が高いほどブランケット
を長くし、それ以上の濃縮度の差であれば、濃縮度の高
い燃料集合体のブランケット長さを短くすることが効果
的である。

【０１０６】第５実施例は、取替炉心のその他の例で、
ある取替炉心の次の運転サイクルでの取出し燃焼度が、
前運転サイクルよりも大きくなる場合の適用である。取
替燃料を装荷する炉心の目標平均取出し燃焼度が、前運
転サイクルまでの炉心平均取出し燃焼度より大きくなる
場合は（出力密度が増加して運転期間が変化しなかった
場合や、出力密度が同じで運転サイクル期間が増加した
場合もこれに含まれる）、それに応じて取替燃料の平均
濃縮度と可燃性毒物の濃度を増加することが考えられ
る。

【０１０７】この際に、前運転サイクルまでに装荷した
取替燃料のブランケットより、ブランケット長さを短く
して当該運転サイクルに装荷する燃料の熱的余裕を、前
運転サイクルの燃料並に維持することが考えられる。

【０１０８】これには、ブランケットの長さは平均濃縮
度の増加に応じて短くするが、例えば前運転サイクルの
燃料のブランケット長さが上端で燃料有効長の２／24、
下端で１／24の場合に、上端ブランケットの長さを１／
24、下端ブランケットの長さを１／24とする等が考えら
れる。勿論ブランケットの長さは集合体の濃縮度変化に
応じて変更する。

【０１０９】このように、運転サイクルの前後で濃縮度
が変化するような炉心では、濃縮度の違いによる燃料集
合体出力の違いが大きくなるため、濃縮度が高くなる場
合にはブランケット長さを短縮し、濃縮度が低くなる場
合にはブランケットの長さを延長することが、熱的余裕
の確保と取出し燃焼度の変化とを両立させる面から効果
がある。

【０１１０】さらに、この他の例の他に、運転サイクル
の前後で熱的な条件が変化する場合として、炉心の熱出
力が変化する場合が考えられる。この炉心の熱出力が前
運転サイクルよりも増加する場合は、最大線出力密度の
制約となる可能性のある新燃料の集合体出力ピーキング
を抑制するために、新たに装荷する燃料集合体のブラン
ケット長さを短縮すると、熱的余裕確保の観点で有効で
ある。

【０１１１】また、逆に熱出力が減少する場合は、熱的
余裕が増加することを利用してブランケット長さを増加
し、燃料集合体の取出し燃焼度を増加することができ
る。さらに、同様に運転サイクルの前後で熱的な条件が
変化する場合として、運転期間が変化する場合がある。

【０１１２】例えば運転期間が長くなる場合に、一般に
は可燃性毒物の濃度を増加するか、濃縮度を増加する
か、または燃料の取替割合を増加するかのいずれか、あ
るいは、これらを組み合わせた方法を採ることになる。
いずれの場合においても新燃料の出力が変化することか
ら、一般には新燃料のブランケットを短くすることによ
り炉心の熱的余裕を改善することができる。

【０１１３】

【発明の効果】以上本発明によれば、軽水炉における炉
心を構成する燃料集合体にブランケットの配設と、その
長さの設定により、炉心の熱的余裕を悪化させることな
く、容易に燃料の取出し燃焼度を増加させることから、
炉心の健全性維持と共に、燃料交換の作業性と経済性を
向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の（ａ），（ｃ）は炉
心平面図、（ｂ）は燃料集合体の模式図。

【図２】本発明に係る第２実施例の低濃縮度燃料集合体
で（ａ）は燃料棒配列図、（ｂ）は燃料棒の模式図。

【図３】本発明に係る第２実施例の高濃縮度燃料集合体
で（ａ）は燃料棒配列図、（ｂ）は燃料棒の模式図。

【図４】本発明に係る第２実施例の１／４炉心の燃料配
置図。

【図５】本発明に係る第２実施例の燃料集合体の最大線
出力密度の燃焼度変化を示す特性図。

【図６】本発明に係る第２実施例の炉心余剰反応度の燃
焼度変化を示す特性図。

【図７】本発明に係る第３実施例の燃料集合体の模式
図。

【図８】本発明に係る第３実施例の他の燃料集合体の模
式図。

【図９】燃料集合体の一部切断斜視図。

【図１０】従来の低濃縮度燃料集合体の（ａ）は燃料棒
配列図、（ｂ）は燃料棒の模式図。

【図１１】従来の中濃縮度燃料集合体の（ａ）は燃料棒
配列図、（ｂ）は燃料棒の模式図。

【図１２】従来の高濃縮度燃料集合体の（ａ）は燃料棒
配列図、（ｂ）は燃料棒の模式図。

【図１３】従来の炉心における燃料配置図。

【図１４】従来の他の例の低濃縮度燃料集合体の（ａ）
は燃料棒配置図、（ｂ）は燃料棒の模式図。

【図１５】従来の他の例の中濃縮度燃料集合体の（ａ）
は燃料棒配置図、（ｂ）は燃料棒の模式図。

【図１６】従来の他の例の高濃縮度燃料集合体の（ａ）
は燃料棒配置図、（ｂ）は燃料棒の模式図。

【図１７】従来の他の例の炉心における燃料配置図。

【符号の説明】

１〜８，102 …燃料棒、101 …燃料集合体、103 …上部
タイプレート、104 …スペーサ、105 …下部タイプレー
ト、106 …チャンネルボックス、107 ，113 ，123 …上
端ブランケット、108 …下端ブランケット、109 ，111
，112 ，116 ，117 …炉心、110 …コントロールセ
ル、114 …炉心周辺部、115 …炉心周辺部、118 …高濃
縮度燃料集合体特性曲線、119 …低濃縮度燃料集合体特
性曲線、120…従来の比較例特性曲線、121 …本発明の
特性曲線、 121ａ…サイクル長さ増加分、122 …従来の
特性曲線、Ａ，Ｄ，Ｈ，Ｊ，Ｍ…低濃縮度燃料集合体、
Ｂ，Ｅ，Ｌ，Ｎ…中濃縮度燃料集合体、Ｃ，Ｆ，Ｉ，Ｋ
…高濃縮度燃料集合体、Ｇ，Ｇ1 〜Ｇ3 …可燃性毒物入
り燃料棒、Ｗ…ウオータロッド。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉の炉心を構成する複数の燃料棒を
束ねて形成すると共に平均濃縮度の異なる複数種類の燃
料集合体の燃料濃縮度をｅｉとしてｅ１＜ｅ２＜・・・
＜ｅｉ＜・・・ｅｎ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ：ｎは２
以上の整数）なる燃料集合体ｉを同時に装荷してなる炉
心において、燃料集合体ｉの上下端に配するブランケッ
トの長さの和Ｔｉが、Ｔ１≧Ｔ２≧・・・≧Ｔｉ≧・・
・≧Ｔｎ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ：ｎは２以上の整
数）、かつＴ１＞Ｔｎを満たす燃料集合体を備えること
を特徴とする原子炉炉心。
【請求項２】燃料集合体に配する上端ブランケットの
長さが下端ブランケットの長さより長いかまたは等し
く、その差が燃料有効長の１／８以下であることを特徴
とする請求項１記載の原子炉炉心。
【請求項３】初装荷炉心において、複数の異なる平均
濃縮度の燃料集合体を用いることを特徴とする請求項１
乃至請求項２記載の原子炉炉心。
【請求項４】炉心で第二運転サイクル以降に平均濃縮
度の異なる複数種類の燃料集合体を同時に装荷すること
を特徴とする請求項１乃至請求項３記載の原子炉炉心。
【請求項５】第二運転サイクル以降に平均濃縮度の異
なる複数種類の燃料集合体を同時に装荷する炉心におい
て、燃料集合体の上端及び下端に配するブランケットの
長さの和の燃料集合体間での差が燃料有効長の１／24で
あることを特徴とする請求項４記載の原子炉炉心。
【請求項６】第二運転サイクル以降に平均濃縮度が等
しく可燃性毒物濃度が異なる複数種類の燃料集合体を同
時に装荷する炉心において、可燃性毒物の濃度の大きい
燃料集合体の上端及び下端に配するブランケットの長さ
の和を可燃性毒物濃度の小さい燃料集合体の上端及び下
端に配するブランケットの長さの和より長くしたことを
特徴とする原子炉炉心。
【請求項７】第二運転サイクル以降に可燃性毒物濃度
の異なる複数種類の燃料集合体を同時に装荷する炉心に
おいて、燃料集合体の上端及び下端に配するブランケッ
トの長さの和の燃料集合体間での差が燃料有効長の１／
24であることを特徴とする請求項６記載の原子炉炉心。
【請求項８】当該運転サイクルに装荷する燃料集合体
の平均濃縮度と前運転サイクルにおいて装荷した燃料集
合体の平均濃縮度が異なる炉心において、当該運転サイ
クルに装荷する燃料集合体の平均濃縮度が前運転サイク
ルにおいて装荷した燃料集合体の平均濃縮度より高い場
合に当該運転サイクルに装荷する燃料集合体の上端及び
下端のブランケットの長さの和を前運転サイクルにおい
て装荷した燃料集合体の上端及び下端のブランケットの
長さの和より短くしたことを特徴とする原子炉炉心。
【請求項９】当該運転サイクルに装荷する燃料集合体
の平均濃縮度と前運転サイクルにおいて装荷した燃料集
合体の平均濃縮度が異なる炉心において、当該運転サイ
クルに装荷する燃料集合体の平均濃縮度が前運転サイク
ルにおいて装荷した燃料集合体の平均濃縮度より低い場
合に当該運転サイクルに装荷する燃料集合体の上端及び
下端のブランケットの長さの和を前運転サイクルにおい
て装荷した燃料集合体の上端及び下端のブランケットの
長さの和より長くしたことを特徴とする原子炉炉心。
【請求項１０】当該運転サイクルに装荷する燃料集合
体の平均濃縮度が前運転サイクルにおいて装荷した燃料
集合体の平均濃縮度と異なる炉心において、当該運転サ
イクルに装荷する燃料集合体の上端及び下端に配するブ
ランケットの長さの和と前運転サイクルに装荷した燃料
集合体の上端及び下端に配するブランケットの長さの和
の差が燃料有効長の１／24であることを特徴とする請求
項８または請求項９記載の原子炉炉心。
【請求項１１】当該運転サイクルの炉心熱出力が前運
転サイクルの炉心熱出力と異なる炉心において、当該運
転サイクルの炉心熱出力が前運転サイクルの炉心熱出力
より大きい場合に当該運転サイクルに装荷する燃料集合
体の上端及び下端に配するブランケットの長さの和を前
運転サイクルに装荷した燃料集合体の上端及び下端に配
するブランケットの長さの和より短くしたことを特徴と
する原子炉炉心。
【請求項１２】当該運転サイクルの炉心熱出力が前運
転サイクルの炉心熱出力と異なる炉心において、当該運
転サイクルの炉心熱出力が前運転サイクルの炉心熱出力
より小さい場合に当該運転サイクルに装荷する燃料集合
体の上端及び下端に配するブランケットの長さの和を前
運転サイクルに装荷した燃料集合体の上端及び下端に配
するブランケットの長さの和より長くしたことを特徴と
する原子炉炉心。
【請求項１３】当該運転サイクルの炉心熱出力と前運
転サイクルの炉心熱出力が異なる炉心において、当該運
転サイクルに装荷する燃料集合体の上端及び下端に配す
るブランケットの長さの和と前運転サイクルで装荷した
燃料集合体の上端及び下端に配するブランケットの長さ
の和の差が燃料有効長の１／24であることを特徴とする
請求項１１または請求項１２記載の原子炉炉心。
【請求項１４】当該運転サイクルの運転期間と前運転
サイクルの運転期間が異なる炉心において、当該運転サ
イクルで装荷する燃料集合体の上端及び下端に配するブ
ランケットの長さの和を前運転サイクルで装荷した燃料
集合体の上端及び下端に配するブランケットの長さの和
より短くしたことを特徴とする原子炉炉心。
【請求項１５】当該運転サイクルの運転期間と前運転
サイクルの運転期間が異なる炉心において、当該運転サ
イクルに装荷する燃料集合体の上端及び下端に配するブ
ランケットの長さの和と前運転サイクルで装荷した燃料
の上端及び下端に配するブランケットの長さの和の差が
燃料有効長の１／24であることを特徴とする請求項１４
記載の原子炉炉心。