JP3943624B2

JP3943624B2 - 燃料集合体

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Publication number: JP3943624B2
Application number: JP18289296A
Authority: JP
Inventors: 庄一渡辺; 靖平野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2016-07-12
Also published as: JPH1026682A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉で用いられる燃料集合体に係り、特に二酸化ウランと二酸化プルトニウムの混合酸化物からなる燃料棒を多数装荷してなる沸騰水型原子炉に利用される高燃焼度の燃料集合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉に使用する核燃料集合体は、これまでは基本的に核燃料物質としてウランを使用している。すなわち、ウランの酸化物（ＵＯ₂ ）を直径約１cmの円柱状に成型し焼結したペレットをジルコニウム合金の被覆管に封入したウラン燃料棒を製造し、この燃料棒を多数本正方格子状に束ねて燃料集合体としている。燃料集合体中では燃料棒の外側に冷却材の流路が設けられている。図７（ａ）は従来の沸騰水型原子炉の燃料集合体の縦断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ矢視方向断面図である。燃料集合体１１は燃料棒６と、内部を冷却材が流れるウォータロッド７とを、スペーサ８により例えば９行９列の正方格子状に束ねて、上部タイプレート９及び下部タイプレート１０により固定して燃料棒束とし、この燃料棒束をチャンネルボックス５で包囲して構成される。この燃料集合体１１は、７４本の燃料棒６と２本の太径ウォータロッド７を有する。
【０００３】
近年では、燃焼効率の向上を図るために燃料の高燃焼度化が進められている。図７に示した燃料集合体１１のように燃料棒を９行９列に配置して従来よりも燃料集合体１体に含まれる燃料棒の数を増やすことによって、燃料集合体の燃焼度を高めている。
【０００４】
また近年、原子炉で燃焼を終了した使用済の燃料集合体を再処理施設で再処理し余分な核分裂生成物を除去することにより、使用済燃料集合体中の残留ウランや、原子炉での燃焼過程で生成され核燃料物質として利用価値の高いプルトニウムを回収して再利用する核燃料リサイクルが行われようとしている。この核燃料リサイクルの一環として、再処理で回収された二酸化プルトニウム（ＰｕＯ₂ ）に二酸化ウラン（ＵＯ₂ ）を混合することにより、混合酸化物燃料（mixed-oxide fuel；以下、ＭＯＸ燃料という）を製造し、軽水炉で利用するプル・サーマル利用（Plutonium thermal utilization ）の計画が進められようとしている。こうした核燃料リサイクルにより燃料の経済性を向上させることができる。
【０００５】
沸騰水型軽水炉で使用されるＭＯＸ燃料は、ウラン燃料の中に含まれるウランペレットの代わりにＭＯＸペレットを封入して製造される。また沸騰水型原子炉では燃料集合体間に減速材である水が流通する水ギャップが設けられているが、炉心の径方向の減速材分布が均一でない等の理由により、炉心の径方向出力分布に歪みが生ずる。よってＭＯＸ燃料においては、燃料の径方向及び軸方向に関してウラン濃縮度（全ウラン中に含まれるウラン２３５含有量の割合）あるいはプルトニウム富化度（ＭＯＸ燃料中のプルトニウムの含有割合）が異なる燃料ペレット数種類を配置することで、出力分布の平坦化を図っている。
【０００６】
さらに、燃焼初期において、余剰の核分裂連鎖反応を抑制し余剰反応度を適切に制御するために、一部の燃料棒には、ＭＯＸに可燃性毒物としてガドリニア（Ｇｄ₂ Ｏ₃ ）のような中性子吸収体を添加した状態でペレットを成型した可燃性毒物入り入りペレットが充填されている。このような可燃性毒物入り燃料棒における中性子吸収効果は、燃焼が進むにつれて直線的に低下する。可燃性毒物の添加量は、燃料経済性の観点から、運転サイクル末期において残留量がほとんどゼロとなるように設定される。
【０００７】
図８は可燃性毒物を含む燃料集合体及び可燃性毒物を含まない燃料集合体の無限増倍率及び可燃性毒物反応度の燃焼変化を模式的に示したグラフ、図９はこの２種の燃料集合体の余剰反応度の燃焼変化の一例を示したグラフである。なお図８においては可燃性毒物として代表的にガドリニアを用いた場合を示した。ここで燃料集合体の炉心内に滞在するサイクル数をＮとする。Ｎは取替バッチ数と呼ばれ、一般に非整数である。図８において記号ｄ₁ 、ｄ₂ 、ｄ_N は、それぞれ第１、第２、第Ｎサイクルの期間を示す。また符号５１を付した実線及び符号５２を付した破線はそれぞれ可燃性毒物を含む場合及び含まない場合の無限増倍率の燃焼推移を示す。また符号５３を付した実線は符号５１の実線の場合に対応するガドリニア反応度の燃焼推移を示す。このグラフによれば、燃料集合体中の可燃性毒物による中性子吸収効果は第１サイクルに顕著に表れることがわかる。
【０００８】
また、図９で符号５６を付した実線及び符号５７を付した破線はそれぞれ可燃性毒物を含む場合及び含まない場合の余剰反応度の燃焼推移を示したものである。可燃性毒物を含まない場合はサイクル初期の余剰反応度が高く、余剰反応度は燃焼の推移とともに一次関数的に減少する。一方可燃性毒物を含む場合には、反応初期から末期に至るまで余剰反応度をほぼ一定に低く制御することができる。
【０００９】
さらに、サイクル初期の抑制すべき反応度の大きさは可燃性毒物入り燃料棒の本数に比例し、反応度を抑制すべき期間長さは可燃性毒物の濃度（添加質量率と呼ばれる。）に比例することが知られている。すなわち、図８において符号５３を付した実線で示されるガドリニア反応度の燃焼推移は、ガドリニアの濃度を増加させると符号５４を付した破線のように初期のガドリニア反応度が大きくなり、またガドリニア入り燃料棒の本数を増加させると符号５５を付した破線のようにガドリニア反応度がゼロに達するまでに要する時間が大きくなる。
【００１０】
この関係を利用して、制御棒による反応度制御の操作を簡素化するために炉心の余剰反応度が長期にわたって平坦となるように、また燃焼末期において可燃性毒物の燃え残りがなくなるように、可燃性毒物入り燃料棒の本数及び濃度を適切に設定する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したプル・サーマル利用の観点から、最近の燃料集合体の中には、ＭＯＸ燃料集合体中の大部分の燃料棒をＭＯＸ燃料棒とすることでＭＯＸ燃料集合体におけるプルトニウムの装荷量を高めたものが開発されている。このときさらに高燃焼度化を図るためには、各燃料棒のウラン濃縮度やプルトニウム富化度を増加させて、あるいはガドリニアに代表される可燃性毒物入り燃料棒の本数を増加させて、燃焼初期の余剰反応度を低く抑制する必要がある。
【００１２】
現時点でのＭＯＸ燃料設計においてはＭＯＸ燃料の製造工程を簡素化するという観点から、ガドリニア入り燃料棒については、ガドリニア入りＭＯＸペレットを採用せずに、従来のウラン燃料設計において使用されているウランにガドリニアを混合して成型したペレットからなるガドリニア入りウラン燃料棒を採用している。
【００１３】
一般に、ＭＯＸ燃料集合体では特にプルトニウム２４０の共鳴中性子吸収断面積が大きいため、ウラン燃料集合体と比べて中性子束スペクトルが硬く、ガドリニアの熱中性子吸収割合が小さい。よってＭＯＸ燃料集合体においては、余剰反応度を抑制するために、ウラン燃料集合体の場合と比べてガドリニア入りウラン燃料棒を多く配置する必要がある。
【００１４】
図１０は、特開平４−２４４９９４号に開示されているガドリニアをウラン燃料棒に添加する方法による、従来のＭＯＸ燃料集合体の燃料棒配置の一例を示す断面図である。ここで記号Ｇ_U はガドリニア入りウラン燃料棒を表す。また記号Ｍ₁ 、Ｍ₂ 、Ｍ₃ 、Ｍ₄ はそれぞれプルトニウム富化度が異なるＭＯＸ燃料棒を示し、添字番号が若いほどプルトニウム富化度が大きいものとする。ＭＯＸ燃料棒中のウランには核分裂への寄与が小さい劣化ウランを使用しており、燃料集合体中の全核分裂性物質のうち核分裂性プルトニウムの重量割合は７割弱である。すなわち、ウラン及びプルトニウムの全量に対する核分裂性物質の重量率は４．６wt％、核分裂性プルトニウムの重量率は３．１wt％である。また、燃料集合体の７４本の燃料棒６中、外周部を除く領域にほぼ均等に２２本のガドリニア入り燃料棒Ｇ_U が配置されている。このガドリニア入り燃料棒Ｇ_U 中の燃料におけるガドリニア濃度は１．５wt％である。
【００１５】
図１０に示したＭＯＸ燃料集合体においてガドリニア入り燃料棒Ｇ_U の本数をさらに増やすと、それに伴いＭＯＸ燃料棒の本数が減少し燃料集合体当たりのプルトニウム装荷量が減少する。またこの場合、ガドリニア入り燃料棒Ｇ_U 同士を隣接して配置することに伴って燃料棒１本あたりの中性子吸収効果が低減し、燃焼後のガドリニアの残留量が増加する。従って、プルトニウム富化度を増した高燃焼度燃料集合体の設計に関しては、現状では図１０に示した場合より多くのガドリニア入り燃料棒Ｇ_U を配置することは困難である。
【００１６】
図１１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１０に示したＭＯＸ燃料集合体の無限増倍率及び余剰反応度の燃焼変化の一例を示したグラフである。なお符号５８を付した実線は図１０に示したＭＯＸ燃料集合体の無限増倍率を、符号５２を付した破線はガドリニアを含まない燃料集合体の無限増倍率を表す。また記号ｄ_i （１≦ｉ≦４）は第ｉサイクルの燃焼を示す。また図１２は、図１０に示したＭＯＸ燃料集合体中の最大出力と平均出力の比（局所出力ピーキング係数と呼ばれる。）の燃焼推移を示したグラフである。
【００１７】
上述したガドリニア入り燃料棒の配置の困難さを解消するために、図１１（ａ）に示すように、運転サイクル初期の余剰反応度を抑制するための補助的手段として、ガドリニア入り燃料棒Ｇ_U 内のガドリニアの第１サイクル終了時での残留量を若干確保しておき、第２サイクル初期における燃料集合体の無限増倍率を小さくすることにより、炉心全体での余剰反応度を抑制する。しかしこの方法は、第１サイクルの末期における若干のガドリニアの燃え残りによって反応度損失が生じるから、燃料経済上好ましくない設計となっている。
【００１８】
またこの構造では、ガドリニア入り燃料棒Ｇ_U の本数を増加させたことに伴い、燃料集合体内の燃料棒間の出力格差が増大し、図１２に示すように局所出力ピーキング係数がやや大きい。これは設計目標の範囲内ではあるが、さらに局所出力ピーキング係数を低減させ出力分布を平坦化する改善の余地がある。
【００１９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、運転サイクル初期の余剰反応度を適切に制御し、運転サイクル末期での可燃性毒物の燃え残りをなくすとともに、出力分布の歪の平坦化された熱的余裕の大きい、かつ燃料集合体あたりのプルトニウム装荷量の十分多い燃料集合体を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、ウラン酸化物からなるペレットを封入した第１の燃料棒と、ウラン酸化物とプルトニウム酸化物の混合酸化物からなるＭＯＸペレットを封入した第２の燃料棒と、内部を冷却材が流れるウォータロッドとを格子状に束ねて構成される燃料集合体において、この燃料集合体中の全燃料棒のうちの半数以上が１wt％未満の可燃性毒物を含有する前記第２の燃料棒であることを特徴とする燃料集合体を提供する。またこの可燃性毒物のうち少くとも一部はガドリニアであるよう設定するとよい。
【００２１】
この構成により、運転サイクル初期の余剰反応度を適切に制御し、かつ運転サイクル末期での可燃性毒物の燃え残りをなくすとともに、熱的余裕を増し、さらに燃料集合体あたりのプルトニウム装荷量を十分多く確保する。
【００２２】
さらに本発明では、燃料集合体中の燃料棒配列数を９行９列以上とすることで、特に高燃焼度でかつプルトニウム富化度の高い燃料集合体の設計において、上述の作用を有効に機能させる。
【００２３】
さらに本発明では、燃料集合体中の全燃料棒のうちの７割以上が第２の燃料棒となるよう設定することにより、ＭＯＸ燃料棒本数の多い燃料集合体の設計において、上述の作用を有効に機能させる。
【００２４】
さらに本発明では、第２の燃料棒中の全核分裂性物質のうち核分裂性プルトニウムの含有率がウラン２３５の含有率よりも大きくなるよう設定する。特に、燃料集合体中の全核分裂性物質のうちの７割以上が核分裂性プルトニウムであるよう設定してもよい。この構成により、第２の燃料棒中のプルトニウム装荷量をさらに増やすことで、プル・サーマル利用の促進を図る。
【００２５】
さらに本発明では、燃料集合体の隅部に配置される燃料棒は可燃性毒物を含有しないよう設定する。これにより、燃料集合体中の可燃性毒物を含有する燃料棒それぞれの中性子吸収効果をほぼ同程度とする。また特に、燃料集合体の隅部に配置される燃料棒を第１の燃料棒とすることにより、プルトニウム富化度の異なるＭＯＸ燃料棒の種類数を少なくする。
【００２６】
さらに本発明では、ウォータロッドに１方向で隣接する位置またはウォータロッドに２方向に面する燃料棒に隣接する位置に、可燃性毒物を含有しない第２の燃料棒を配置する。これにより、燃料集合体の径方向中央部（ウォータロッド周辺）の局所出力を高めることにより径方向出力分布の歪を平坦化する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る燃料集合体１の水平方向断面図である。Ｕ₁ 及びＵ₂ は濃縮度の異なるウラン燃料棒、Ｍ₁ は可燃性毒物を含まないＭＯＸ燃料棒、Ｇ_M は可燃性毒物としてガドリニアを含むＭＯＸ燃料棒である。なおウラン燃料棒のウラン濃縮度はＵ₁ がＵ₂ より大きいものとする。またここでは燃料棒Ｇ_M のガドリニア濃度を０．８wt％と設定する。
【００２８】
本実施形態に係る燃料集合体１は４種類の燃料棒からなる。符号１２を付した燃料集合体隅部に燃料棒Ｕ₂ を、またこの燃料棒Ｕ₂ に近接して燃料棒Ｕ₁ を、また符号１３を付したウォータロッド７に２方向で面する位置に燃料棒Ｇ_M を配置した。この符号１３を付した燃料棒Ｇ_M に面する位置またはウォータロッド７に面する位置に燃料棒Ｍ₁ を配置した。そして上述以外の場所にはすべて燃料棒Ｇ_M を配置した。この結果燃料集合体１は、全燃料棒７４本のうち燃料棒Ｇ_M が３８本、Ｍ₁ が１６本、Ｕ₁ が１６本、Ｕ₂ が４本で構成される。すなわち、全燃料棒のうち７３％がＭＯＸ燃料棒であり、かつ５１％がガドリニア入りＭＯＸ燃料棒である。またこの燃料集合体１のバッチ数はおよそ４である。
【００２９】
燃料集合体１のウラン及びプルトニウムの総量のうち核分裂性物質の割合を重量率で４．５wt％と設定し、かつ核分裂性プルトニウムの割合を重量率３．２wt％と設定した。すなわち燃料集合体中の全核分裂性物質のうち核分裂性プルトニウムの割合は７１％である。
【００３０】
この構成により、本実施形態は以下の作用を有する。まず第１に、周囲の減速材密度が高く熱中性子束が特に高い燃料集合体隅部１２に可燃性毒物を含まない燃料棒Ｕ₂ を配置することにより、各ガドリニア入り燃料棒のガドリニアによる中性子吸収効果をほぼ同程度とする。
【００３１】
第２に、隅部１２またはこの隅部１２に近接する場所にはＭＯＸ燃料棒ではなくウラン燃料棒を配置することにより、燃料集合体中のＭＯＸ燃料棒の種類を少なくする。
【００３２】
第３に、ＭＯＸ燃料棒中の全核分裂性物質中の核分裂性プルトニウムの含有率をウラン２３５の含有率より大きく設定することで、燃料集合体中のＭＯＸの装荷量を増し、プル・サーマル利用を促進する。このときＭＯＸ燃料棒中のウランとしては、濃縮ウランよりも核分裂反応に対する寄与の少ない、劣化ウランあるいは天然ウランを採用するとよい。
【００３３】
第４に、ウォータロッド及びこのウォータロッドに２方向に面する燃料棒に隣接する位置に、可燃性毒物を含有しないＭＯＸ燃料棒Ｍ₁ を配置する。これにより、燃料集合体の径方向中央部（ウォータロッド周辺）の局所出力を相対的に高めることで燃料集合体内の径方向出力分布の歪の平坦化を図る。
【００３４】
図２（ａ）及び（ｂ）における符号４１及び４２を付した実線は、それぞれ本実施形態の燃料集合体１の無限増倍率及び余剰反応度の燃焼変化を示したグラフである。また図３における符号４３を付した実線は、燃料集合体１の局所出力ピーキング係数の燃焼推移を示したグラフである。なお符号５８、５９及び６０を付した破線は、それぞれ、上記従来の技術で詳説した図１０のＭＯＸ燃料集合体の無限増倍率、余剰反応度及び局所出力ピーキング係数の燃焼変化を示したものである。
【００３５】
図１０のＭＯＸ燃料集合体では４種類のＭＯＸ燃料棒を用いているのに対し、本実施形態の燃料集合体１ではＭＯＸ燃料棒は２種類である。よってこの構成により、ＭＯＸ燃料棒製造に要する時間と費用を低減することができる。
【００３６】
また本実施形態では、ガドリニア入り燃料棒の本数を従来の２２本から３８本に増やした代わりに、ガドリニア入り燃料棒１本あたりのガドリニアの濃度を従来の１．５wt％から０．８wt％とした。この結果燃料集合体のガドリニア含有量は図１０の場合と比較して８％減少した。この構成により、図２（ａ）に示すように、従来の場合と比べて燃焼初期の余剰反応度を低減し適正化するとともに、第１サイクル燃焼末期のガドリニアの燃え残りをなくすことができる。
【００３７】
なお、上述の理由により、ガドリニアの燃え残りを極力減らすという観点から、ガドリニア入り燃料棒Ｇ_M のガドリニア濃度は１wt％未満の適切な値に設定すればよい。
【００３８】
また図２（ｂ）に示すように、図１０のＭＯＸ燃料集合体では炉心の余剰反応度が初期は高く１次関数的に減少するのに対して、本実施形態によれば、炉心の余剰反応度は運転サイクル期間において平坦化されることがわかる。よって本実施形態によれば、制御棒挿入等の制御操作の頻度が減少し、原子炉運転が容易になる。
【００３９】
さらに図３に示すように、従来の図１０の場合は局所出力ピーキング係数は１．３前後であるのに対し、本実施形態では局所出力ピーキング係数がおよそ１．２５以下であり、特に燃焼後期ではおよそ１．１となり、従来と比較して大幅に改善されている。すなわち出力分布の歪を平坦化することができる。
【００４０】
以下本発明の第２の実施形態について説明する。なお上記第１の実施形態と同一の構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。図４は本実施形態に係る燃料集合体２の水平方向断面図である。燃料集合体２は、燃料集合体１において可燃性毒物を含まないＭＯＸ燃料棒Ｍ₁ の位置にガドリニア入りＭＯＸ燃料棒Ｇ_M を配置し、ＭＯＸ燃料棒をすべてガドリニア入りの１種類に統一したものである。すなわち燃料集合体２は、ウラン燃料棒Ｕ₁ が１６本、Ｕ₂ が４本、ガドリニア入りＭＯＸ燃料棒Ｇ_M が５４本で構成される。全燃料棒中の７３％がガドリニア入りＭＯＸ燃料棒Ｇ_M である。こうして燃料棒の種類を燃料集合体１より少ない３種類とすることにより、燃料棒製造に要する時間や費用をさらに低減することができる。
【００４１】
燃料集合体２においては燃料集合体１の場合よりもウラン燃料棒Ｕ₁ 、Ｕ₂ のウラン濃縮度及びＭＯＸ燃料棒Ｇ_M のプルトニウム富化度を増加させることにより取出燃焼度を増大させ、第１の実施形態における運転サイクルの長さを変えずに、運転バッチ数をおよそ４からおよそ５に増すことができる。
【００４２】
従ってこの構成により、第１の実施形態とほぼ同様の反応特性及び作用効果が得られると同時に、燃料交換に要する時間を低減することができる。
また本実施形態においては、第１の実施形態における運転バッチ数を変えずに運転サイクルの長さを増すことも可能である。
【００４３】
以下本発明の第３の実施形態について説明する。なお上記の実施形態と同一の構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。図５は本実施形態に係る燃料集合体３の水平方向断面図である。燃料集合体３は、燃料集合体１において燃料棒Ｕ₁ 及びＵ₂ をそれぞれ可燃性毒物を含まないＭＯＸ燃料棒Ｍ₃ 及びＭ₂ に置き換えたものである。すなわち燃料集合体隅部１３に燃料棒Ｍ₃ を配置し、またこれに隣接する位置にＭＯＸ燃料棒Ｍ₂ を配置した。
【００４４】
これにより燃料集合体３は、可燃性毒物を含まないＭＯＸ燃料棒Ｍ₁ 、Ｍ₂ が各１６本、Ｍ₃ が４本、ガドリニア入りＭＯＸ燃料棒Ｇ_M が３８本で構成される。燃料集合体３を構成するすべての燃料棒がＭＯＸ燃料棒であり、またガドリニア入りＭＯＸ燃料棒の割合は５１％である。なおＭＯＸ燃料棒Ｍ₂ 、Ｍ₃ におけるプルトニウム富化度等は、燃料集合体１と比較したときのＭＯＸ装荷量の増加の許容範囲等を考慮して適宜決定するものとする。
【００４５】
この構成により、第１の実施形態とほぼ同様の反応特性及び作用効果が得られると同時に、燃料集合体中のＭＯＸ装荷割合を適切な範囲内で増加させることができる。
【００４６】
以下本発明の第４の実施形態について説明する。なお上記の実施形態と同一の構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。図６は本実施形態に係る燃料集合体４の水平方向断面図である。第１乃至第３の実施形態はいずれも燃料集合体の中軸部に円筒型のウォータロッド７を２本配置したものであるが、本実施形態はこの形状を変形したものである。すなわち燃料集合体４は、燃料集合体３の燃料棒配置とほぼ同様の配置を有し、かつ中軸部に角型のウォータロッド１３を配置したものである。これにより燃料棒本数は７４本から７２本となるものの、燃料集合体３とほぼ同様の反応特性及び作用効果を有する。
【００４７】
同様にして、第１または第２の実施形態に係る燃料集合体において、円筒型ウォータロッド７を角型ウォータロッド１３に変形したものも考えられる。
以上述べてきた実施形態は、いずれも沸騰水型原子炉における９×９型配置の燃料集合体であるが、この種の配置は他の例えば１０×１０型の燃料集合体に対しても適用できる。さらに、例えば１７×１７型のような加圧水型原子炉用燃料集合体についても同様の配置を与えることができる。以下このような配置を与える際には、上述したように、燃料集合体隅部１２にはウラン燃料棒もしくは可燃性毒物を含まないＭＯＸ燃料棒を配置することや、ＭＯＸ燃料棒中の全核分裂性物質中の核分裂性プルトニウムの含有率をウラン２３５の含有率より大きく設定することを考慮することにより、第１の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。また、ウォータロッドに隣接する位置に可燃性毒物を含有しないＭＯＸ燃料棒を配置することも考慮するとよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、運転サイクル初期の余剰反応度を適切に制御し、運転サイクル末期での可燃性毒物の燃え残りをなくすとともに、運転サイクル全般にわたって燃料集合体中の出力分布の歪を平坦化し熱的余裕を向上することにより、より燃料経済性の高い原子炉運転を安定的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料集合体の燃料棒配置を示す断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る燃料集合体の無限増倍率の燃焼推移を示すグラフ、（ｂ）は第１の実施形態に係る燃料集合体の余剰反応度の燃料推移を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る燃料集合体の局所出力ピーキング係数の燃焼推移を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る燃料集合体の燃料棒配置を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る燃料集合体の燃料棒配置を示す断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る燃料集合体の燃料棒配置を示す断面図である。
【図７】（ａ）は従来の沸騰水型原子炉の燃料集合体の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視方向断面図である。
【図８】従来の可燃性毒物を含む燃料集合体及び可燃性毒物を含まない燃料集合体の無限増倍率及び可燃性毒物反応度の燃焼変化を模式的に示したグラフである。
【図９】従来の可燃性毒物を含む燃料集合体及び可燃性毒物を含まない燃料集合体の余剰反応度を燃焼変化を模式的に示したグラフである。
【図１０】従来のＭＯＸ燃料集合体の燃料棒配置の一例を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は、図１０に示したＭＯＸ燃料集合体の無限増倍率の燃焼変化を示したグラフ、（ｂ）は、図１０に示したＭＯＸ燃料集合体の余剰反応度の燃焼変化を示したグラフである。
【図１２】図１０に示したＭＯＸ燃料集合体の局所出力ピーキング係数の燃焼推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１、２、３、４、１１燃料集合体
５チャンネルボックス
６燃料棒
７ウォータロッド
８スペーサ
９上部タイプレート
１０下部タイプレート

Claims

ウラン酸化物からなるペレットを封入した第１の燃料棒と、ウラン酸化物とプルトニウム酸化物の混合酸化物からなるＭＯＸペレットを封入した第２の燃料棒と、内部を冷却材が流れるウォータロッドとを格子状に束ねて構成される燃料集合体において、この燃料集合体中の全燃料棒のうちの半数以上が１wt％未満の可燃性毒物を含有する前記第２の燃料棒であることを特徴とする燃料集合体。
可燃性毒物はガドリニアを含むことを特徴とする請求項１記載の燃料集合体。
燃料集合体中の燃料棒配列数は９行９列以上であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料集合体。
燃料集合体中の全燃料棒のうちの７割以上が第２の燃料棒であることを特徴とする請求項１乃至３記載の燃料集合体。
第２の燃料棒中の全核分裂性物質のうち核分裂性プルトニウムの含有率がウラン２３５の含有率よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至４記載の燃料集合体。
燃料集合体中の全核分裂性物質のうちの７割以上が核分裂性プルトニウムであることを特徴とする請求項５記載の燃料集合体。
燃料集合体の隅部に配置する燃料棒は可燃性毒物を含有しないことを特徴とする請求項１乃至６記載の燃料集合体。
燃料集合体の隅部に配置する燃料棒は第１の燃料棒であることを特徴とする請求項７記載の燃料集合体。
ウォータロッドに１方向で隣接する位置またはこのウォータロッドに２方向に面する燃料棒に隣接する位置に、可燃性毒物を含有しない第２の燃料棒を配置することを特徴とする請求項１乃至８記載の燃料集合体。