JP3945719B2 - 初装化炉心 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲと略す）の初装荷炉心に関する。
背景技術
初装荷炉心の取出燃焼度を高めるためには、炉心の平均濃縮度を高くする必要がある。このため、平均濃縮度の異なる複数の燃料集合体を装荷した初装荷炉心では、燃料集合体間の濃縮度差が増大し、平均濃縮度の高い高濃縮度燃料集合体（以下、高濃縮度燃料という）と平均濃縮度の低い低濃縮度燃料集合体（以下、低濃縮度燃料という）の核特性の差が大きくなる。核特性の差が大きな高濃縮度燃料と低濃縮度燃料が隣接する場合、熱中性子束の高い低濃縮度燃料から熱中性子束の低い高濃縮度燃料へ熱中性子の流れ込みが起きる。従って、高濃縮度燃料の燃料棒の出力が上昇し、燃焼初期における最大線出力密度及び最小限界出力比が厳しくなり、熱的余裕の改善が課題であった。
熱的余裕を改善するために、従来はガドリニア入り燃料棒（以下、Ｇｄ燃料棒という）を、燃料集合体の横断面においてできるだけ対称に配置していた。
初装荷炉心の高燃焼度化のために炉心の平均濃縮度を高くする場合、余剰反応度を抑えるために、制御棒は長時間炉心に挿入された後、引き抜かれる。従って、この制御セルに装荷された燃料集合体は、横断面の制御棒側の出力が反制御棒側の出力よりも小さくなったまま燃焼し、制御棒側の燃料棒の燃焼が遅れる。これを制御棒履歴効果という。この制御棒履歴効果の影響により、従来の初装荷炉心では熱的余裕を十分に確保できなかった。特に、第２サイクルで制御セルに高濃縮度燃料を用いる場合、熱的余裕は厳しかった。
発明の開示
本発明の目的は、高燃焼度化のために平均濃縮度を高くし、且つ第２サイクルで制御セルに高濃縮度燃料を用いる初装荷炉心において、熱的余裕を確保できる初装荷炉心を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明では、外形が実質的に正方形状をなし平均濃縮度が異なる複数の燃料集合体と、十字形の複数の制御棒とを備えた初装荷炉心において、平均濃縮度が最も低い第１燃料集合体１体及び該第１燃料集合体より平均濃縮度が高い第２燃料集合体３体で正方形状の単位セルを構成し、該単位セルの４つの角に前記制御棒を１個ずつ配置して単位装荷パターンを構成し、複数の該単位装荷パターンを炉心の中央領域に設けると共に、各単位装荷パターン内で第１燃料集合体に斜めに接する第２燃料集合体を、その対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に領域分けした場合、制御棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数を、反制御棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数より２本以上多くする。
本発明による効果を検討するために、第２サイクルで制御セルを構成する高濃縮度燃料の局所ピーキング係数を解析的に求めた。
第５図に、本発明の比較例の単位装荷パターンを示す。本比較例は、後述する第２図のように、１体の低濃縮度燃料７，２体の高濃縮度燃料８，１体の高濃縮度燃料９ａを備える。低濃縮度燃料７が上記に第１燃料集合体に相当し、高濃縮度燃料８及び９ａが上記の第２燃料集合体に相当する。第５図で、高濃縮度燃料９ａを対角線Ｌ１で、制御棒側領域と反制御棒側領域に分けると、制御棒側領域のＧｄ燃料棒１０の数は４本、反制御棒側領域のＧｄ燃料棒１０の数は１０本である。
第５図の比較例を用い、２つの場合について、燃焼度２０ＧＷｄ／ｔにおける高濃縮度燃料９ａ内の軸方向に垂直な断面での局所ピーキング係数を解析的に求めた。第１は、燃焼度２０ＧＷｄ／ｔ（第２サイクルの末期に相当）まで制御棒３を炉心に挿入しない第１比較例である。第２は、燃焼度１０ＧＷｄ／ｔ（第１サイクルの末期に相当）まで制御棒３を炉心に挿入せず、その後２０ＧＷｄ／ｔまで制御棒３を炉心に挿入し、２０ＧＷｄ／ｔで制御棒３を炉心から引き抜く第２比較例である。
第１比較例の解析結果を第６図に、第２比較例の解析結果を第７図に示す。ここで、上記軸方向に垂直な断面とは、燃料集合体の燃料有効長を軸方向に２４分割したときの下から２／２４〜１０／２４の断面を示している。第６図及び第７図に示すように、制御棒履歴効果の影響で、第２比較例の方が第１比較例よりも制御棒側の局所ピーキング係数が上昇する。また、第７図に示すように、制御棒側のコーナーの局所ピーキング係数が最大となる。
次に、後述する第２図に示す本発明を用い、第２比較例と同じように制御棒を操作し、燃焼度２０ＧＷｄ／ｔにおける軸方向に垂直な断面の局所ピーキング係数を解析的に求めた結果を、第８図に示す。第２図の高濃縮度燃料９を対角線Ｌ１で制御棒側領域と反制御棒側領域に分けると、制御棒側領域のＧｄ燃料棒１０の数は１０本、反制御棒側領域のＧｄ燃料棒１０の数は４本で、これら２つの領域のＧｄ燃料棒の本数差（以下、Ｇｄ燃料棒差という）は６本である。これは、第５図の比較例とはＧｄ燃料棒１０の分布が逆である。
第８図から、本発明によれば、第２比較例よりも制御棒側に局所ピーキング係数の上昇を抑制できることが判る。即ち、Ｇｄ燃料棒１０を高濃縮度燃料９内の反制御棒側領域よりも制御棒側領域に多く配置することにより、第２サイクル終了後に、高濃縮度燃料９で構成される制御セルから制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制でき、熱的余裕を確保できる。特に、大きさが最大となる制御棒側のコーナーの局所ピーキング係数を抑えるためには、高濃縮度燃料９の外側から２層目の制御棒側のコーナーにＧｄ燃料棒１０を配置することが効果的である。
次に、Ｇｄ燃料棒差と上記局所ピーキング係数の抑制効果の関係を第１７図を用いて説明する。第１７図は、高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の位置を変え、制御棒側領域のＧｄ燃料棒１０の本数ｎ1と、反制御棒側領域のＧｄ燃料棒１０の本数ｎ2との差ｎ1−ｎ2で定義されるＧｄ燃料棒差を横軸に、燃料棒出力の最大値を縦軸に示す。但し、対角線Ｌ１上にＧｄ燃料棒が存在する場合には、制御棒側領域及び反制御棒側領域のＧｄ燃料棒の本数として、各々０．５本を加算する。
第１７図に示すように、燃料棒出力に最大値は、Ｇｄ燃料棒差が１本あたりから低下し始め、３本以上になるとほぼ飽和する傾向がある。この傾向から、Ｇｄ燃料棒差を２本以上とすることで燃料棒出力の最大値を効果的に低減できることが判る。従って、Ｇｄ燃料棒差を２本以上とすることにより、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を確保できる。尚、より好ましいＧｄ燃料棒差の範囲は、上記の飽和傾向が現れる３本以上である。
第１７図にはＧｄ燃料棒差の上限を示していない。しかし、Ｇｄ燃料棒差には上限があり、燃料集合体内の全燃料棒数の約１／４である。これは、以下の理由による。Ｇｄ燃料棒は、燃料集合体の最外周を除く位置に配置される。従って、第１８図に示す燃料集合体よりも多くのＧｄ燃料棒を制御棒側領域に配置できないからである。第１８図の場合、Ｇｄ燃料棒差は１９本で、全燃料棒数７４本の約１／４である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による初装荷炉心の第１実施例の１／４横断面図である。
第２図は、本発明による単位装荷パターンの第１実施例の横断面図である。
第３図は、第２図の高濃縮度燃料の軸方向における濃縮度及びガドリニアの分布図である。
第４図は、本発明による燃料集合体の一部切欠斜視図である。
第５図は、比較例の単位装荷パターンの横断面図である。
第６図は、第１比較例の局所ピーキング係数の解析結果を示す図である。
第７図は、第２比較例の局所ピーキング係数の解析結果を示す図である。
第８図は、本発明の局所ピーキング係数に解析結果を示す図である。
第９図は、本発明による単位装荷パターンの第２実施例の横断面図である。
第１０図は、本発明による単位装荷パターンの第３実施例の横断面図である。
第１１図は、本発明による単位装荷パターンの第４実施例の横断面図である。
第１２図は、本発明による初装荷炉心の第２実施例の横断面図である。
第１３図は、本発明による単位装荷パターンの第５実施例の横断面図である。
第１４図は、本発明による単位装荷パターンの第６実施例の横断面図である。
第１５図は、本発明による単位装荷パターンの第７実施例の横断面図である。
第１６図は、本発明による単位装荷パターンに第８実施例に横断面図である。
第１７図は、Ｇｄ燃料棒差と局所ピーキング係数の関係の説明図である。
第１８図は、Ｇｄ燃料棒差の上限の説明図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
第１図は、本発明による初装荷炉心の第１実施例の１／４横断面図を示したものである。この炉心は、２０８体の低濃縮度燃料７，３０４体の高濃縮度燃料８及び３６０体の高濃縮度燃料９を合わせて８７２体の燃料集合体から構成される。低濃縮度燃料７の平均濃縮度は、高濃縮度燃料８の平均濃縮度よりも低い。高濃縮度燃料８と９は、平均濃縮度が等しい。
炉心の外側から２層目より内側の中央領域には、第２図に示すような単位装荷パターンを複数配置している。第２図は、本発明による単位装荷パターンの第１実施例の横断面図を示したものである。本単位装荷パターンは、１体の低濃縮度燃料７，２体の高濃縮度燃料８及び１体の高濃縮度燃料９で正方形状の単位セルを構成し、この単位セルの周りを４個の十字形の制御棒３で取り囲んでいる。第１図の炉心内には、１２８個の単位装荷パターンが装荷されている。
炉心の中央領域において、各単位装荷パターンの低濃縮度燃料７は、互いに隣接して正方形状の第１制御セル２ａを構成するように配置される。また、各単位装荷パターン内の低濃縮度燃料７に斜めに接する高濃縮度燃料９は、互いに隣接して正方形状の第２制御セル２ｂを構成するように配置される。即ち、第１制御セル２ａ及び第２制御セル２ｂを構成する４つの単位装荷パターンは、それぞれ第１制御セル２ａ及び第２制御セル２ｂの中心に対して回転対称に配置される。
第１図の炉心は、２９個の第１制御セル２ａと３２個の第２制御セル２ｂを備えている。第１サイクルでは第１制御セル２ａに制御棒３が挿入され、第２サイクルでは主に第２制御セル２ｂに制御棒３が挿入される。
単位装荷パターンを構成する各燃料集合体は、燃料棒６が９行９列（９×９）の正方形状に配置されており、その内部に水が流れる太径の水ロッド５が２本配置されている。２本の水ロッド５は、７本に燃料棒を配置可能な領域に配置されている。
実際の燃料集合体は、第４図の一部切欠斜視図に示すように、上部タイプレート４ａ，下部タイプレート４ｄ，チャンネルファスナ４ｂ，スペーサ４ｃ，水ロッド５（図示せず）、燃料棒６，チャンネルボックス４などから構成される。上部タイプレート４ａの１つのコーナー部に取り付けられたチャンネルファスナ４ｂは、燃料集合体を制御棒に固定するためのものである。従って、燃料集合体単体でみた場合、制御棒側領域はチャンネルファスナが存在する側の領域に相当する。
第２図の単位装荷パターンを構成する高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の本数は１４本であり、制御棒側領域に１０本、反制御棒側領域に４本配置されており、その本数の差（Ｇｄ燃料棒差）は６本である。また、高濃縮度燃料８内のＧｄ燃料棒１０の本数は１５本であり、制御棒側領域に５本、反制御棒側領域に１０本配置されている。
第２図の高濃縮度燃料９の軸方向における濃縮度及びガドリニアの分布を第３図に示す。高濃縮度燃料９は、燃料有効長の全長にウラン燃料を含みガドリニアを含まない燃料棒Ａ〜Ｄと、燃料有効長の全長にウラン燃料を含み燃料有効長の下から１／２４〜２２／２４の範囲にガドリニアを含むＧｄ燃料棒Ｇと、燃料有効長の下から１／２４〜１５／２４の範囲にウラン燃料を含みガドリニアを含まない単尺燃料棒Ｅと、燃料有効長の下から１／２４〜１５／２４の範囲にウラン燃料を含み燃料有効長の下から１／２４〜８／２４の範囲にガドリニアを含むＧｄ燃料棒Ｆとから構成され、各燃料棒の本数は第３図に示す通りである。
燃料棒Ａ〜Ｄ及びＧｄ燃料棒Ｇは、燃料有効長の下から０／２４〜１／２４の下端領域及び燃料有効長の下から２２／２４〜２４／２４の上端領域に、天然ウラン（濃縮度０．７１１ｗｔ％）を装荷している。燃料棒Ａ〜Ｄは、燃料有効長の下から１／２４〜２２／２４の範囲に、それぞれ４.９，４.４，４.０，３.１ｗｔ％のウラン燃料を装荷している。
Ｇｄ燃料棒Ｇは、燃料有効長の下から１／２４〜２２／２４の範囲に、４.４ｗｔ％のウラン燃料と７.５ｗｔ％のガドリニアを装荷している。Ｇｄ燃料棒Ｆは、燃料有効長の下から１／２４〜８／２４の範囲に4.4ｗｔ％のウラン燃料及び７．５ｗｔ％のガドリニアを装荷し、燃料有効長の下から８／２４〜１５／２４の範囲に４.４ｗｔ％のウラン燃料を装荷している。単尺燃料棒Ｅは、燃料有効長の下から１／２４〜１５／２４の範囲に４.９ｗｔ％のウラン燃料を装荷している。
高濃縮度燃料９は、第３図に示す燃料棒を組み合わせて、燃料有効長の下から１／２４〜１５／２４の領域における軸方向に垂直な断面での平均濃縮度を約４.５９ｗｔ％に、燃料有効長の下から１５／２４〜２２／２４の領域における軸方向に垂直な断面での平均濃縮度を約4.56ｗｔ％にしている。
また、第２図の低濃縮度燃料７は、ガドリニアを含まず燃料有効長の下端領域及び上端領域に天然ウランが装荷されており、その平均濃縮度は、高濃縮度燃料８及び９よりも低い。
本実施例によれば、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本より大きな６本としたことにより、第１７図で説明したように、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制できるので、熱的余裕を十分に確保することができる。特に、高濃縮度燃料９の外側から２層目の制御棒側のコーナーにＧｄ燃料棒１０を配置したことにより、制御棒側のコーナーの局所ピーキング係数を効果的に抑制できている。更に、比較的出力が高い炉心の中央領域における燃料集合体の装荷パターンがほぼ均一となるので、炉心内の径方向ピーキングを低減でき、これも熱的余裕の確保に寄与する。
尚、本実施例の高濃縮度燃料８としては、ウラン燃料のみを含むウラン燃料集合体（以下、ウラン燃料という）、又はプルトニウム燃料を含むＭＯＸ燃料集合体（以下、ＭＯＸ燃料という）を用いることができる。更に、２つの高濃縮度燃料８を、ウラン燃料とＭＯＸ燃料にしても良い。この場合、ウラン及びプルトニウムを含めた平均濃縮度が、低濃縮度燃料７よりも高ければ良い。
次に、第９図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第２実施例を説明する。第９図は、第２実施例の横断面図を示したものである。本単位装荷パターンを構成する高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の本数は１６本であり、制御棒側領域に１１本、反制御棒側領域に５本配置されており、Ｇｄ燃料棒差は６本である。また、高濃縮度燃料８内のＧｄ燃料棒１０の本数は１２本であり、制御棒側領域に６本、反制御棒側領域に６本配置されている。
本実施例でも、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本より大きな６本としたことにより、第２図の第１実施例と同様に、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
第１実施例及び第２実施例のように、単位装荷パターン内の高濃縮度燃料８のＧｄ燃料棒差の大小に係わらず、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本以上とすることによって、制御棒履歴効果による局所ピーキング係数の上昇を抑制できる。
次に、第１０図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第３実施例を説明する。第１０図は、第３実施例の横断面図を示したものである。本単位装荷パターンを構成する高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の本数は１２本であり、制御棒側領域に７本、反制御棒側領域も５本配置されており、Ｇｄ燃料棒差は２本である。また、高濃縮度燃料８内のＧｄ燃料棒１０の本数は１３本であり、制御棒側領域に３本、反制御棒側領域に１０本配置されている。
本実施例でも、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本としたことにより、第２図の第１実施例と同様に、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
次に、第１１図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第４実施例を説明する。第１１図は、第４実施例の横断面図を示したものである。本実施例では、低濃縮度燃料７，高濃縮度燃料８及び９の他に、中濃縮度燃料集合体（以下、中濃縮度燃料という）１４を用いている。中濃縮度燃料１４の平均濃縮度は高濃縮度燃料８及び９よりも低く、低濃縮度燃料７よりも高い。
高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の本数は１２本であり、制御棒側領域に１０本、反制御棒側領域に２本配置されており、Ｇｄ燃料棒差は８本である。また、高濃縮度燃料８内のＧｄ燃料棒１０の本数は１３本であり、制御棒側領域に３本、反制御棒側領域に１０本配置されている。中濃縮度燃料１４内のＧｄ燃料棒１０の本数は５本であり、制御棒側領域に２本、反制御棒側領域に３本配置されている。
本実施例のように、単位装荷パターンに中濃縮度燃料１４を設けた場合でも、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本より大きな８本としたことにより、第２図の第１実施例と同様に、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
第１１図の単位装荷パターンを炉心の中央領域に配置した本発明による初装荷炉心の第２実施例の１／４横断面図を第１２図に示す。本炉心では、第１制御セル２ａ，第２制御セル２ｂ，低濃縮度燃料７及び高濃縮度燃料９は第１図の第１実施例と同じである。第１実施例と異なる点は、高濃縮度燃料８の一部が中濃縮度燃料１４に置き換えられ、１７２体の高濃縮度燃料８と１３２体の中濃縮度燃料１４が炉心の中央領域に装荷される。
次に、第１３図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第５実施例を説明する。第１３図は、第５実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位装荷パターンを構成する４体の燃料集合体のうち、高濃縮度燃料８及び９の３体は、第９図の第２実施例と同じであり、低濃縮度燃料７が異なる。本実施例の低濃縮度燃料７は、燃料棒６が８行８列（８×８）の正方格子状に配置され、内部の燃料棒４本が配置可能な領域に１本の太径の水ロッド５が配置されている。
本実施例でも、第９図の第２実施例と同様に、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本より大きな６本としたことにより、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
本実施例のように、形状が異なる燃料集合体を用いて単位装荷パターンを構成しても、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本以上とすることにより、制御棒履歴効果による局所ピーキング係数の上昇を抑制できる。
次に、第１４図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第６実施例を説明する。第１４図は、第６実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位装荷パターンを構成する４体の燃料集合体は、第１３図に示した低濃縮度燃料７と同じ形状をしている。第１４図において、１５は炉心装荷時からプルトニウムを含むＭＯＸ燃料である。ＭＯＸ燃料１５は、ガドリニアを含まない燃料棒１６とガドリニアを含むＧｄ燃料棒１７を有する。燃料棒１６の一部及びＧｄ燃料棒１７の一部は、プルトニウムを含んでいる。もちろん、Ｇｄ燃料棒１７がプルトニウムを含まない構成にしても良い。
高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の本数は１３本であり、制御棒側領域に８本、反制御棒側領域に５本配置されており、Ｇｄ燃料棒差は３本である。また、ＭＯＸ燃料１５内のＧｄ燃料棒１７の本数は１３本であり、制御棒側領域に５本、反制御棒側領域に８本配置されている。
本実施例のように燃料集合体の形状が変わっても、少なくとも高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本以上にすることにより、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
尚、本実施例では、２体のプルトニウムを含むＭＯＸ燃料１５と、２体のプルトニウムを含まない低濃縮度燃料７及び高濃縮度燃料９とを、互いに斜めに接するように配置したが、ＭＯＸ燃料１５の一方を高濃縮度燃料８に置き換える構成にしても良い。
次に、第１５図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第７実施例を説明する。第１５図は、第７実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位装荷パターンを構成する４体の燃料集合体は、第２図の第１実施例と同じように、燃料棒を９×９の正方格子状に配置し、その内部に１つの水ボックス１３を設けている。水ボックス１３は９本の燃料棒が配置可能な領域を占めており、燃料集合体内の燃料棒の本数は７２本である。
本実施例の高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の本数は１２本であり、制御棒側領域に９本、反制御棒側領域に３本配置されており、Ｇｄ燃料棒差は６本である。また、高濃縮度燃料８内のＧｄ燃料棒１０の本数は１３本であり、制御棒側領域に１０本、反制御棒側領域に３本配置されている。
本実施例でも、第２図の第１実施例と同様に、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本より大きな６本としたことにより、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
次に、第１６図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第８実施例を説明する。第１６図は、第８実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位装荷パターンを構成する高濃縮度燃料８及び９は第２図の第１実施例と同じであり、低濃縮度燃料７が異なる。低濃縮度燃料７は、水ロッド５が燃料集合体の中央から偏った配置となっている。
本実施例のように、水ロッドが燃料集合体の中央から偏っていても、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本以上とすることにより、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、高燃焼度化のために平均濃縮度を高くし且つ第２サイクルで制御セルに高濃縮度燃料を用いる初装荷炉心でも、熱的余裕を確保できる。
本発明は、沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲと略す）の初装荷炉心に関する。
背景技術
初装荷炉心の取出燃焼度を高めるためには、炉心の平均濃縮度を高くする必要がある。このため、平均濃縮度の異なる複数の燃料集合体を装荷した初装荷炉心では、燃料集合体間の濃縮度差が増大し、平均濃縮度の高い高濃縮度燃料集合体（以下、高濃縮度燃料という）と平均濃縮度の低い低濃縮度燃料集合体（以下、低濃縮度燃料という）の核特性の差が大きくなる。核特性の差が大きな高濃縮度燃料と低濃縮度燃料が隣接する場合、熱中性子束の高い低濃縮度燃料から熱中性子束の低い高濃縮度燃料へ熱中性子の流れ込みが起きる。従って、高濃縮度燃料の燃料棒の出力が上昇し、燃焼初期における最大線出力密度及び最小限界出力比が厳しくなり、熱的余裕の改善が課題であった。
熱的余裕を改善するために、従来はガドリニア入り燃料棒（以下、Ｇｄ燃料棒という）を、燃料集合体の横断面においてできるだけ対称に配置していた。
初装荷炉心の高燃焼度化のために炉心の平均濃縮度を高くする場合、余剰反応度を抑えるために、制御棒は長時間炉心に挿入された後、引き抜かれる。従って、この制御セルに装荷された燃料集合体は、横断面の制御棒側の出力が反制御棒側の出力よりも小さくなったまま燃焼し、制御棒側の燃料棒の燃焼が遅れる。これを制御棒履歴効果という。この制御棒履歴効果の影響により、従来の初装荷炉心では熱的余裕を十分に確保できなかった。特に、第２サイクルで制御セルに高濃縮度燃料を用いる場合、熱的余裕は厳しかった。
発明の開示
本発明の目的は、高燃焼度化のために平均濃縮度を高くし、且つ第２サイクルで制御セルに高濃縮度燃料を用いる初装荷炉心において、熱的余裕を確保できる初装荷炉心を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明では、外形が実質的に正方形状をなし平均濃縮度が異なる複数の燃料集合体と、十字形の複数の制御棒とを備えた初装荷炉心において、平均濃縮度が最も低い第１燃料集合体１体及び該第１燃料集合体より平均濃縮度が高い第２燃料集合体３体で正方形状の単位セルを構成し、該単位セルの４つの角に前記制御棒を１個ずつ配置して単位装荷パターンを構成し、複数の該単位装荷パターンを炉心の中央領域に設けると共に、各単位装荷パターン内で第１燃料集合体に斜めに接する第２燃料集合体を、その対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に領域分けした場合、制御棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数を、反制御棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数より２本以上多くする。
本発明による効果を検討するために、第２サイクルで制御セルを構成する高濃縮度燃料の局所ピーキング係数を解析的に求めた。
第５図に、本発明の比較例の単位装荷パターンを示す。本比較例は、後述する第２図のように、１体の低濃縮度燃料７，２体の高濃縮度燃料８，１体の高濃縮度燃料９ａを備える。低濃縮度燃料７が上記に第１燃料集合体に相当し、高濃縮度燃料８及び９ａが上記の第２燃料集合体に相当する。第５図で、高濃縮度燃料９ａを対角線Ｌ１で、制御棒側領域と反制御棒側領域に分けると、制御棒側領域のＧｄ燃料棒１０の数は４本、反制御棒側領域のＧｄ燃料棒１０の数は１０本である。
第５図の比較例を用い、２つの場合について、燃焼度２０ＧＷｄ／ｔにおける高濃縮度燃料９ａ内の軸方向に垂直な断面での局所ピーキング係数を解析的に求めた。第１は、燃焼度２０ＧＷｄ／ｔ（第２サイクルの末期に相当）まで制御棒３を炉心に挿入しない第１比較例である。第２は、燃焼度１０ＧＷｄ／ｔ（第１サイクルの末期に相当）まで制御棒３を炉心に挿入せず、その後２０ＧＷｄ／ｔまで制御棒３を炉心に挿入し、２０ＧＷｄ／ｔで制御棒３を炉心から引き抜く第２比較例である。
第１比較例の解析結果を第６図に、第２比較例の解析結果を第７図に示す。ここで、上記軸方向に垂直な断面とは、燃料集合体の燃料有効長を軸方向に２４分割したときの下から２／２４〜１０／２４の断面を示している。第６図及び第７図に示すように、制御棒履歴効果の影響で、第２比較例の方が第１比較例よりも制御棒側の局所ピーキング係数が上昇する。また、第７図に示すように、制御棒側のコーナーの局所ピーキング係数が最大となる。
次に、後述する第２図に示す本発明を用い、第２比較例と同じように制御棒を操作し、燃焼度２０ＧＷｄ／ｔにおける軸方向に垂直な断面の局所ピーキング係数を解析的に求めた結果を、第８図に示す。第２図の高濃縮度燃料９を対角線Ｌ１で制御棒側領域と反制御棒側領域に分けると、制御棒側領域のＧｄ燃料棒１０の数は１０本、反制御棒側領域のＧｄ燃料棒１０の数は４本で、これら２つの領域のＧｄ燃料棒の本数差（以下、Ｇｄ燃料棒差という）は６本である。これは、第５図の比較例とはＧｄ燃料棒１０の分布が逆である。
第８図から、本発明によれば、第２比較例よりも制御棒側に局所ピーキング係数の上昇を抑制できることが判る。即ち、Ｇｄ燃料棒１０を高濃縮度燃料９内の反制御棒側領域よりも制御棒側領域に多く配置することにより、第２サイクル終了後に、高濃縮度燃料９で構成される制御セルから制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制でき、熱的余裕を確保できる。特に、大きさが最大となる制御棒側のコーナーの局所ピーキング係数を抑えるためには、高濃縮度燃料９の外側から２層目の制御棒側のコーナーにＧｄ燃料棒１０を配置することが効果的である。
次に、Ｇｄ燃料棒差と上記局所ピーキング係数の抑制効果の関係を第１７図を用いて説明する。第１７図は、高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の位置を変え、制御棒側領域のＧｄ燃料棒１０の本数ｎ1と、反制御棒側領域のＧｄ燃料棒１０の本数ｎ2との差ｎ1−ｎ2で定義されるＧｄ燃料棒差を横軸に、燃料棒出力の最大値を縦軸に示す。但し、対角線Ｌ１上にＧｄ燃料棒が存在する場合には、制御棒側領域及び反制御棒側領域のＧｄ燃料棒の本数として、各々０．５本を加算する。
第１７図に示すように、燃料棒出力に最大値は、Ｇｄ燃料棒差が１本あたりから低下し始め、３本以上になるとほぼ飽和する傾向がある。この傾向から、Ｇｄ燃料棒差を２本以上とすることで燃料棒出力の最大値を効果的に低減できることが判る。従って、Ｇｄ燃料棒差を２本以上とすることにより、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を確保できる。尚、より好ましいＧｄ燃料棒差の範囲は、上記の飽和傾向が現れる３本以上である。
第１７図にはＧｄ燃料棒差の上限を示していない。しかし、Ｇｄ燃料棒差には上限があり、燃料集合体内の全燃料棒数の約１／４である。これは、以下の理由による。Ｇｄ燃料棒は、燃料集合体の最外周を除く位置に配置される。従って、第１８図に示す燃料集合体よりも多くのＧｄ燃料棒を制御棒側領域に配置できないからである。第１８図の場合、Ｇｄ燃料棒差は１９本で、全燃料棒数７４本の約１／４である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による初装荷炉心の第１実施例の１／４横断面図である。
第２図は、本発明による単位装荷パターンの第１実施例の横断面図である。
第３図は、第２図の高濃縮度燃料の軸方向における濃縮度及びガドリニアの分布図である。
第４図は、本発明による燃料集合体の一部切欠斜視図である。
第５図は、比較例の単位装荷パターンの横断面図である。
第６図は、第１比較例の局所ピーキング係数の解析結果を示す図である。
第７図は、第２比較例の局所ピーキング係数の解析結果を示す図である。
第８図は、本発明の局所ピーキング係数に解析結果を示す図である。
第９図は、本発明による単位装荷パターンの第２実施例の横断面図である。
第１０図は、本発明による単位装荷パターンの第３実施例の横断面図である。
第１１図は、本発明による単位装荷パターンの第４実施例の横断面図である。
第１２図は、本発明による初装荷炉心の第２実施例の横断面図である。
第１３図は、本発明による単位装荷パターンの第５実施例の横断面図である。
第１４図は、本発明による単位装荷パターンの第６実施例の横断面図である。
第１５図は、本発明による単位装荷パターンの第７実施例の横断面図である。
第１６図は、本発明による単位装荷パターンに第８実施例に横断面図である。
第１７図は、Ｇｄ燃料棒差と局所ピーキング係数の関係の説明図である。
第１８図は、Ｇｄ燃料棒差の上限の説明図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
第１図は、本発明による初装荷炉心の第１実施例の１／４横断面図を示したものである。この炉心は、２０８体の低濃縮度燃料７，３０４体の高濃縮度燃料８及び３６０体の高濃縮度燃料９を合わせて８７２体の燃料集合体から構成される。低濃縮度燃料７の平均濃縮度は、高濃縮度燃料８の平均濃縮度よりも低い。高濃縮度燃料８と９は、平均濃縮度が等しい。
炉心の外側から２層目より内側の中央領域には、第２図に示すような単位装荷パターンを複数配置している。第２図は、本発明による単位装荷パターンの第１実施例の横断面図を示したものである。本単位装荷パターンは、１体の低濃縮度燃料７，２体の高濃縮度燃料８及び１体の高濃縮度燃料９で正方形状の単位セルを構成し、この単位セルの周りを４個の十字形の制御棒３で取り囲んでいる。第１図の炉心内には、１２８個の単位装荷パターンが装荷されている。
炉心の中央領域において、各単位装荷パターンの低濃縮度燃料７は、互いに隣接して正方形状の第１制御セル２ａを構成するように配置される。また、各単位装荷パターン内の低濃縮度燃料７に斜めに接する高濃縮度燃料９は、互いに隣接して正方形状の第２制御セル２ｂを構成するように配置される。即ち、第１制御セル２ａ及び第２制御セル２ｂを構成する４つの単位装荷パターンは、それぞれ第１制御セル２ａ及び第２制御セル２ｂの中心に対して回転対称に配置される。
第１図の炉心は、２９個の第１制御セル２ａと３２個の第２制御セル２ｂを備えている。第１サイクルでは第１制御セル２ａに制御棒３が挿入され、第２サイクルでは主に第２制御セル２ｂに制御棒３が挿入される。
単位装荷パターンを構成する各燃料集合体は、燃料棒６が９行９列（９×９）の正方形状に配置されており、その内部に水が流れる太径の水ロッド５が２本配置されている。２本の水ロッド５は、７本に燃料棒を配置可能な領域に配置されている。
実際の燃料集合体は、第４図の一部切欠斜視図に示すように、上部タイプレート４ａ，下部タイプレート４ｄ，チャンネルファスナ４ｂ，スペーサ４ｃ，水ロッド５（図示せず）、燃料棒６，チャンネルボックス４などから構成される。上部タイプレート４ａの１つのコーナー部に取り付けられたチャンネルファスナ４ｂは、燃料集合体を制御棒に固定するためのものである。従って、燃料集合体単体でみた場合、制御棒側領域はチャンネルファスナが存在する側の領域に相当する。
第２図の単位装荷パターンを構成する高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の本数は１４本であり、制御棒側領域に１０本、反制御棒側領域に４本配置されており、その本数の差（Ｇｄ燃料棒差）は６本である。また、高濃縮度燃料８内のＧｄ燃料棒１０の本数は１５本であり、制御棒側領域に５本、反制御棒側領域に１０本配置されている。
第２図の高濃縮度燃料９の軸方向における濃縮度及びガドリニアの分布を第３図に示す。高濃縮度燃料９は、燃料有効長の全長にウラン燃料を含みガドリニアを含まない燃料棒Ａ〜Ｄと、燃料有効長の全長にウラン燃料を含み燃料有効長の下から１／２４〜２２／２４の範囲にガドリニアを含むＧｄ燃料棒Ｇと、燃料有効長の下から１／２４〜１５／２４の範囲にウラン燃料を含みガドリニアを含まない単尺燃料棒Ｅと、燃料有効長の下から１／２４〜１５／２４の範囲にウラン燃料を含み燃料有効長の下から１／２４〜８／２４の範囲にガドリニアを含むＧｄ燃料棒Ｆとから構成され、各燃料棒の本数は第３図に示す通りである。
燃料棒Ａ〜Ｄ及びＧｄ燃料棒Ｇは、燃料有効長の下から０／２４〜１／２４の下端領域及び燃料有効長の下から２２／２４〜２４／２４の上端領域に、天然ウラン（濃縮度０．７１１ｗｔ％）を装荷している。燃料棒Ａ〜Ｄは、燃料有効長の下から１／２４〜２２／２４の範囲に、それぞれ４.９，４.４，４.０，３.１ｗｔ％のウラン燃料を装荷している。
Ｇｄ燃料棒Ｇは、燃料有効長の下から１／２４〜２２／２４の範囲に、４.４ｗｔ％のウラン燃料と７.５ｗｔ％のガドリニアを装荷している。Ｇｄ燃料棒Ｆは、燃料有効長の下から１／２４〜８／２４の範囲に4.4ｗｔ％のウラン燃料及び７．５ｗｔ％のガドリニアを装荷し、燃料有効長の下から８／２４〜１５／２４の範囲に４.４ｗｔ％のウラン燃料を装荷している。単尺燃料棒Ｅは、燃料有効長の下から１／２４〜１５／２４の範囲に４.９ｗｔ％のウラン燃料を装荷している。
高濃縮度燃料９は、第３図に示す燃料棒を組み合わせて、燃料有効長の下から１／２４〜１５／２４の領域における軸方向に垂直な断面での平均濃縮度を約４.５９ｗｔ％に、燃料有効長の下から１５／２４〜２２／２４の領域における軸方向に垂直な断面での平均濃縮度を約4.56ｗｔ％にしている。
また、第２図の低濃縮度燃料７は、ガドリニアを含まず燃料有効長の下端領域及び上端領域に天然ウランが装荷されており、その平均濃縮度は、高濃縮度燃料８及び９よりも低い。
本実施例によれば、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本より大きな６本としたことにより、第１７図で説明したように、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制できるので、熱的余裕を十分に確保することができる。特に、高濃縮度燃料９の外側から２層目の制御棒側のコーナーにＧｄ燃料棒１０を配置したことにより、制御棒側のコーナーの局所ピーキング係数を効果的に抑制できている。更に、比較的出力が高い炉心の中央領域における燃料集合体の装荷パターンがほぼ均一となるので、炉心内の径方向ピーキングを低減でき、これも熱的余裕の確保に寄与する。
尚、本実施例の高濃縮度燃料８としては、ウラン燃料のみを含むウラン燃料集合体（以下、ウラン燃料という）、又はプルトニウム燃料を含むＭＯＸ燃料集合体（以下、ＭＯＸ燃料という）を用いることができる。更に、２つの高濃縮度燃料８を、ウラン燃料とＭＯＸ燃料にしても良い。この場合、ウラン及びプルトニウムを含めた平均濃縮度が、低濃縮度燃料７よりも高ければ良い。
次に、第９図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第２実施例を説明する。第９図は、第２実施例の横断面図を示したものである。本単位装荷パターンを構成する高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の本数は１６本であり、制御棒側領域に１１本、反制御棒側領域に５本配置されており、Ｇｄ燃料棒差は６本である。また、高濃縮度燃料８内のＧｄ燃料棒１０の本数は１２本であり、制御棒側領域に６本、反制御棒側領域に６本配置されている。
本実施例でも、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本より大きな６本としたことにより、第２図の第１実施例と同様に、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
第１実施例及び第２実施例のように、単位装荷パターン内の高濃縮度燃料８のＧｄ燃料棒差の大小に係わらず、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本以上とすることによって、制御棒履歴効果による局所ピーキング係数の上昇を抑制できる。
次に、第１０図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第３実施例を説明する。第１０図は、第３実施例の横断面図を示したものである。本単位装荷パターンを構成する高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の本数は１２本であり、制御棒側領域に７本、反制御棒側領域も５本配置されており、Ｇｄ燃料棒差は２本である。また、高濃縮度燃料８内のＧｄ燃料棒１０の本数は１３本であり、制御棒側領域に３本、反制御棒側領域に１０本配置されている。
本実施例でも、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本としたことにより、第２図の第１実施例と同様に、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
次に、第１１図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第４実施例を説明する。第１１図は、第４実施例の横断面図を示したものである。本実施例では、低濃縮度燃料７，高濃縮度燃料８及び９の他に、中濃縮度燃料集合体（以下、中濃縮度燃料という）１４を用いている。中濃縮度燃料１４の平均濃縮度は高濃縮度燃料８及び９よりも低く、低濃縮度燃料７よりも高い。
高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の本数は１２本であり、制御棒側領域に１０本、反制御棒側領域に２本配置されており、Ｇｄ燃料棒差は８本である。また、高濃縮度燃料８内のＧｄ燃料棒１０の本数は１３本であり、制御棒側領域に３本、反制御棒側領域に１０本配置されている。中濃縮度燃料１４内のＧｄ燃料棒１０の本数は５本であり、制御棒側領域に２本、反制御棒側領域に３本配置されている。
本実施例のように、単位装荷パターンに中濃縮度燃料１４を設けた場合でも、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本より大きな８本としたことにより、第２図の第１実施例と同様に、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
第１１図の単位装荷パターンを炉心の中央領域に配置した本発明による初装荷炉心の第２実施例の１／４横断面図を第１２図に示す。本炉心では、第１制御セル２ａ，第２制御セル２ｂ，低濃縮度燃料７及び高濃縮度燃料９は第１図の第１実施例と同じである。第１実施例と異なる点は、高濃縮度燃料８の一部が中濃縮度燃料１４に置き換えられ、１７２体の高濃縮度燃料８と１３２体の中濃縮度燃料１４が炉心の中央領域に装荷される。
次に、第１３図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第５実施例を説明する。第１３図は、第５実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位装荷パターンを構成する４体の燃料集合体のうち、高濃縮度燃料８及び９の３体は、第９図の第２実施例と同じであり、低濃縮度燃料７が異なる。本実施例の低濃縮度燃料７は、燃料棒６が８行８列（８×８）の正方格子状に配置され、内部の燃料棒４本が配置可能な領域に１本の太径の水ロッド５が配置されている。
本実施例でも、第９図の第２実施例と同様に、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本より大きな６本としたことにより、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
本実施例のように、形状が異なる燃料集合体を用いて単位装荷パターンを構成しても、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本以上とすることにより、制御棒履歴効果による局所ピーキング係数の上昇を抑制できる。
次に、第１４図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第６実施例を説明する。第１４図は、第６実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位装荷パターンを構成する４体の燃料集合体は、第１３図に示した低濃縮度燃料７と同じ形状をしている。第１４図において、１５は炉心装荷時からプルトニウムを含むＭＯＸ燃料である。ＭＯＸ燃料１５は、ガドリニアを含まない燃料棒１６とガドリニアを含むＧｄ燃料棒１７を有する。燃料棒１６の一部及びＧｄ燃料棒１７の一部は、プルトニウムを含んでいる。もちろん、Ｇｄ燃料棒１７がプルトニウムを含まない構成にしても良い。
高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の本数は１３本であり、制御棒側領域に８本、反制御棒側領域に５本配置されており、Ｇｄ燃料棒差は３本である。また、ＭＯＸ燃料１５内のＧｄ燃料棒１７の本数は１３本であり、制御棒側領域に５本、反制御棒側領域に８本配置されている。
本実施例のように燃料集合体の形状が変わっても、少なくとも高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本以上にすることにより、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
尚、本実施例では、２体のプルトニウムを含むＭＯＸ燃料１５と、２体のプルトニウムを含まない低濃縮度燃料７及び高濃縮度燃料９とを、互いに斜めに接するように配置したが、ＭＯＸ燃料１５の一方を高濃縮度燃料８に置き換える構成にしても良い。
次に、第１５図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第７実施例を説明する。第１５図は、第７実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位装荷パターンを構成する４体の燃料集合体は、第２図の第１実施例と同じように、燃料棒を９×９の正方格子状に配置し、その内部に１つの水ボックス１３を設けている。水ボックス１３は９本の燃料棒が配置可能な領域を占めており、燃料集合体内の燃料棒の本数は７２本である。
本実施例の高濃縮度燃料９内のＧｄ燃料棒１０の本数は１２本であり、制御棒側領域に９本、反制御棒側領域に３本配置されており、Ｇｄ燃料棒差は６本である。また、高濃縮度燃料８内のＧｄ燃料棒１０の本数は１３本であり、制御棒側領域に１０本、反制御棒側領域に３本配置されている。
本実施例でも、第２図の第１実施例と同様に、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本より大きな６本としたことにより、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
次に、第１６図を用いて、本発明による単位装荷パターンの第８実施例を説明する。第１６図は、第８実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位装荷パターンを構成する高濃縮度燃料８及び９は第２図の第１実施例と同じであり、低濃縮度燃料７が異なる。低濃縮度燃料７は、水ロッド５が燃料集合体の中央から偏った配置となっている。
本実施例のように、水ロッドが燃料集合体の中央から偏っていても、高濃縮度燃料９のＧｄ燃料棒差を２本以上とすることにより、第２サイクル終了後に第２制御セル２ｂの制御棒３を引き抜いても、制御棒側の局所ピーキング係数の上昇を抑制し、熱的余裕を十分に確保することができる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、高燃焼度化のために平均濃縮度を高くし且つ第２サイクルで制御セルに高濃縮度燃料を用いる初装荷炉心でも、熱的余裕を確保できる。
Claims (9)
- 外形が実質的に正方形状をなし平均濃縮度が異なる複数の燃料集合体と、十字形の複数の制御棒とを備えた初装荷炉心において、
平均濃縮度が最も低い第１燃料集合体１体及び該第１燃料集合体より平均濃縮度が高い第２燃料集合体３体で正方形状の単位セルを構成し、
該単位セルの４つの角に前記制御棒を１個ずつ配置して単位装荷パターンを構成し、複数の該単位装荷パターンを炉心の中央領域に設け、
前記単位装荷パターンの１つの対角線方向に位置する２個の前記制御棒である第１の前記制御棒及び第２の前記制御棒のうち前記第１の制御棒の周囲に４つの前記単位セルを隣接させ、前記４つの単位セルを、それぞれに含まれる前記第１燃料集合体が前記第１の制御棒に隣接するように配置し、
前記第２の制御棒の周囲に４つの前記単位セルを隣接させ、この４つの単位セルを、これらのそれぞれの単位セル内で前記第１燃料集合体に斜めに接する前記第２燃料集合体が前記第２の制御棒に隣接するように配置し、
前記第１の制御棒及びこの第１の制御棒に隣接する４体の前記第１燃料集合体で第１制御セルを構成し、前記第２の制御棒及びこの第２の制御棒に隣接する４体の前記第２燃料集合体で第２制御セルを構成すると共に、
各単位装荷パターン内で第１燃料集合体に斜めに接する第２燃料集合体を、その対角線で第２制御棒側領域と反第２制御棒側領域に領域分けした場合、第２制御棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数が、反第２制御棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数より２本以上多いことを特徴とする初装荷炉心。 - 請求の範囲第１項において、それぞれの前記単位セルは前記第１制御セルを構成する前記第１燃料集合体及び前記第２制御セルを構成する前記第２燃料集合体を含んでいることを特徴とする初装荷炉心。
- 請求の範囲第１項又は第２項において、前記第２制御棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数が、反第２制御棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数より３〜１９本多いことを特徴とする初装荷炉心。
- 請求の範囲第１項乃至第３項の何れかにおいて、前記第１燃料集合体に斜めに接する第２燃料集合体は、前記第２制御棒側領域内の外側から２層目のコーナーにガドリニア入り燃料棒を有することを特徴とする初装荷炉心。
- 請求の範囲第１項乃至第３項の何れかにおいて、前記第１燃料集合体に斜めに接する第２燃料集合体以外の２体の第２燃料集合体のうち少なくとも１体は、プルトニウムを含むことを特徴とする初装荷炉心。
- 請求の範囲第１乃至第３項の何れかにおいて、前記燃料集合体は９行９列の格子状に燃料棒が配置され、該燃料集合体の内部の燃料棒７本が配置可能な領域に、２本の太径水ロッドが配置されていることを特徴とする初装荷炉心。
- 請求の範囲第１項乃至第３項の何れかにおいて、前記燃料集合体は９行９列の格子状に燃料棒が配置され、該燃料集合体の内部の燃料棒９本が配置可能な領域に、１本の水ボックスが配置されていることを特徴とする初装荷炉心。
- 外形が実質的に正方形状をなしプルトニウムを含む複数の第１燃料集合体と、外形が実質的に正方形状をなしプルトニウムを含まない複数の第２燃料集合体と、十字形の複数の制御棒とを備えた初装荷炉心において、
前記第１燃料集合体２体と前記第２燃料集合体２体とが互いに斜めに接するように正方形状の単位セルを構成し、
該単位セルの４つの角に前記制御棒を１個ずつ配置して単位装荷パターンを構成し、複数の該単位装荷パターンを炉心の中央領域に設けると共に、
前記第２燃料集合体のうち平均濃縮度が高い方を、その対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に領域分けした場合、制御棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数が、反制御棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数より２本以上多いことを特徴とする初装荷炉心。 - 請求の範囲第８項において、前記複数の単位装荷パターンは、各単位装荷パターン内の前記平均濃縮度が高い第２燃料集合体が互いに隣接して正方形状の制御セルを構成するように配置されることを特徴とする初装荷炉心。
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