JP6577131B2 - 燃料集合体及びそれを装荷する炉心 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料集合体及びそれを装荷する炉心に係り、特に、沸騰水型原子炉に適用するのに好適な燃料集合体及びそれを装荷する炉心に関する。
沸騰水型原子炉の炉心には、複数の燃料集合体が装荷されている。燃料集合体は、核燃料物質（例えば、酸化ウラン）を含む複数の燃料ペレットを封入した複数の燃料棒、燃料棒の上端部を支持する上部タイプレート、燃料棒の下端部を支持する下部タイプレート、燃料棒間の間隔を保持する複数の燃料スペーサ、及び四角筒状のチャンネルボックスを有する。チャンネルボックスは、上端部が上部タイプレートに取り付けられて下部タイプレートへ向かい延伸し、複数の燃料スペーサによって束ねられた複数の燃料棒を取り囲んでいる。
原子炉出力を制御するために、複数の制御棒が炉心内に挿入されている。また、燃料集合体内の一部の燃料棒は、燃料ペレット内に可燃性毒物（例えば、ガドリニア：Ｇｄ）を含んでいる。制御棒及び可燃性毒物は、核燃料物質の核分裂によって余分に発生した中性子を吸収する。可燃性毒物は、中性子の吸収により中性子を吸収しにくい物質に変わっていく。このため、炉心内に装荷された新燃料集合体（燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの燃料集合体）に含まれる可燃性毒物は、新燃料集合体が炉心に装荷されてから原子炉の或る運転期間が経過すると消滅する。可燃性毒物が消滅した燃料集合体は、核燃料物質が燃焼するにつれて反応度が単調に減少していく。炉心には、炉心内に滞在した運転サイクル数が異なる複数の燃料集合体が装荷されているため、炉心全体として原子炉の運転期間を通して臨界状態が維持される。
原子炉から取り出したウラン燃料を再処理して得られるプルトニウム（Ｐｕ）などの物質を燃料とし、成型加工した燃料集合体はＭＯＸ燃料と呼ばれる。このＭＯＸ燃料においても可燃性毒物が装荷される。しかし、ＭＯＸ燃料を用いた炉心では中性子の平均エネルギーが高くなる(中性子のエネルギースペクトルが硬くなる)ため、可燃性毒物の中性子吸収効果は小さくなる。
また、プルトニウムは再処理により取り出されるため、ウラン燃料と異なり、プルトニウム富化度を高めるための濃縮過程が必要ない。すなわち、ＭＯＸ燃料の高富化度化は比較的低コストで可能となるため、高富化度ＭＯＸ燃料による高燃焼度化がコスト低減に有効である。しかし、可燃性毒物をウラン燃料棒に添加して装荷すると、プルトニウム装荷量が減少するため、高富化度化の妨げとなる。燃料集合体内の出力分布を平坦化するように核分裂性プルトニウムを装荷する場合、ウランと同様に燃料集合体の最外周の富化度を低下させる。すなわち、可燃性毒物を添加した燃料棒を最外周に装荷することで、富化度低下のデメリットを最小限にできる。ここで、高燃焼度化と共に、長期サイクル運転を考えると可燃性毒物の濃度を増大させなければならない。最外周部を除く中性子スペクトルの硬い位置に装荷することで、長期にわたり可燃性毒物が燃え尽きることなく維持できるが、上記理由により最外周に配することが望ましい。しかし、最外周は中性子の減速効果が大きく、中性子エネルギースペクトルが軟らかくなるため、可燃性毒物が早期に燃え尽きる。可燃性毒物の添加量は燃料製造性や装荷時の熱伝導率の低下などの問題により上限がある。
そこで、例えば特許文献１に記載される技術が提案されている。特許文献１では、燃料集合体の水平断面内における最外周であって、その四隅に天然ウランとガドリニア（Ｇｄ）を含有しプルトニウムを含まない燃料棒（以下、ガドリニア燃料棒と称する）を配すると共に、一隅のガドリニア燃料棒に対し、縦及び横に隣接して配される二本のガドリニア燃料棒を配する構成としている。その他は、プルトニウム高富化燃料棒、プルトニウム低富化燃料棒、及びプルトニウム最低富化燃料棒を配する構成が記載されている。可燃性毒物であるガドリニアは中性子の吸収が大きいために、その周囲の中性子束は小さくなる。そこにガドリニア燃料棒を配すると、ガドリニアと反応する中性子が見かけ上小さくなり、可燃性毒物を燃え尽きさせずに長期に維持できる。
また、特許文献２では、燃料集合体の水平断面内における最外周であって、その４つのコーナー位置にガドリニア含有ウラン燃料棒（以下、ガドリニア燃料棒と称する）を配すると共に、制御棒側のコーナー位置及び当該制御棒側コーナー位置と対角線上に位置するコーナー位置を除く、２つのコーナー位置にそれぞれ縦及び横に隣接する位置に二本のガドリニア燃料棒を配する構成が開示されている。
特公平０５−００８３９８公報 特開２０００−１８０５７４号公報
特許文献１では、燃料集合体の水平断面内において一隅のガドリニア燃料棒に対し、縦及び横に隣接するよう二本のガドリニア燃料棒を配し、他の三隅に配されるガドリニア燃料棒は相互に隣接するガドリニア燃料棒を有しない構成である。ここで、一隅のガドリニア燃料棒に対し縦及び横に隣接するよう配される二本のガドリニア燃料棒は、燃焼初期において、中性子吸収効果が抑制（中性子遮蔽）されることにより無限増倍率を減少させる効果が低減する。一方、三隅に配されるガドリニア燃料棒は中性子吸収効果が抑制されることなく、燃焼初期において無限増倍率を減少するよう作用する。しかしながら、特許文献１の構成では、相互に隣接することなく三隅に配されるガドリニア燃料棒は三本であり、また一本のみのガドリニア燃料棒（一隅のガドリニア燃料棒）に隣接するガドリニア燃料棒数は二本であり、燃焼初期において過剰に無限増倍率を低減することとなり、ひいては余剰反応度の平坦化が損なわれることになる。
また、特許文献２では、制御棒側のコーナー位置及び当該制御棒側コーナー位置と対角線上に位置するコーナー位置を除く、２つのコーナー位置に配されるガドリニア燃料棒に対し縦及び横に隣接してそれぞれ二本のガドリニア燃料棒を配し、その他の２つのコーナー位置には、それぞれ一本のガドリニア燃料棒を配する構成である。従って、相互に隣接することなくコーナー位置に配されるガドリニア燃料棒は二本、一方、一本のみのガドリニア燃料棒（制御棒側のコーナー位置及び当該制御棒側コーナー位置と対角線上に位置するコーナー位置を除く、２つのコーナー位置に配されるガドリニア燃料棒）に隣接するガドリニア燃料棒数は四本（二本のガドリニア燃料棒に隣接するガドリニア燃料棒数は二本）であり、特許文献１におけるような、燃焼初期における過剰な無限増倍率の低減を防止できる。しかしながら、特許文献２の二本のガドリニア燃料棒に隣接するガドリニア燃料棒は大きな遮蔽効果により、余剰反応度の平坦化を阻害しており、余剰反応度平坦化のためのガドリニア燃料棒と同数(二本)のため、平坦化が損なわれる。
そこで本発明は、ＭＯＸ燃料の平均核分裂性プルトニウム富化度を増大しつつ、燃料の無限増倍率の変化を線形化し余剰反応度の平坦化を可能とし得る燃料集合体及びそれを装荷する炉心を提供する。
上記課題を解決するため、本発明の燃料集合体は、少なくとも、プルトニウムを含み可燃性毒物を含まない第１燃料棒と、ウラン及び可燃性毒物を含みプルトニウムを含まない第２燃料棒と、水ロッドと、これらを束ねて収容する水平断面が四角形状のチャンネルボックスと、を備え、前記第２燃料棒は、水平断面内における燃料棒配列のうち、最外周及び/又は水ロッドに隣接して配され、最外周に配される前記第２燃料棒数をＮ１、水ロッドに隣接して配される第２燃料棒数をＮ２としたとき、Ｎ２＜Ｎ１（Ｎ２は、０を含む正の整数）であり、最外周に配される前記第２燃料棒のうち、相互に水平断面内で縦及び／又は横に隣接することなく配される第２燃料棒数をＷ０、相互に水平断面内で縦及び／又は横に１本のみの第２燃料棒と隣接し配される第２燃料棒数をＷ１、相互に水平断面内で縦及び／又は横に２本の第２燃料棒と隣接し配される第２燃料棒数をＷ２としたとき、Ｗ２＜Ｎ２＋Ｗ０＜Ｗ１（Ｗ２は、０を含む正の整数）であることを特徴とする。
また、本発明の炉心は、複数の燃料集合体を装荷する原子炉の炉心であって、前記燃料集合体は、少なくとも、プルトニウムを含み可燃性毒物を含まない第１燃料棒と、ウラン及び可燃性毒物を含みプルトニウムを含まない第２燃料棒と、水ロッドと、これらを束ねて収容する水平断面が四角形状のチャンネルボックスと、を備え、前記第２燃料棒は、水平断面内における燃料棒配列のうち、最外周及び/又は水ロッドに隣接して配され、最外周に配される前記第２燃料棒数をＮ１、水ロッドに隣接して配される第２燃料棒数をＮ２としたとき、Ｎ２＜Ｎ１（Ｎ２は、０を含む正の整数）であり、最外周に配される前記第２燃料棒のうち、相互に水平断面内で縦及び／又は横に隣接することなく配される第２燃料棒数をＷ０、相互に水平断面内で縦及び／又は横に１本のみの第２燃料棒と隣接し配される第２燃料棒数をＷ１、相互に水平断面内で縦及び／又は横に２本の第２燃料棒と隣接し配される第２燃料棒数をＷ２としたとき、Ｗ２＜Ｎ２＋Ｗ０＜Ｗ１（Ｗ２は、０を含む正の整数）であることを特徴とする。
本発明によれば、ＭＯＸ燃料の平均核分裂性プルトニウム富化度を増大しつつ、燃料の無限増倍率の変化を線形化し余剰反応度の平坦化を可能とし得る燃料集合体及びそれを装荷する炉心を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施例に係る実施例１の燃料集合体の全体概略構成図である。 図１に示す燃料集合体のＡ−Ａ断面図矢視図（水平断面図）及び各燃料棒の濃縮度並びに可燃性毒物の添加を示す図である。 図２に示す燃料集合体を装荷する炉心を備えた改良型沸騰水型原子炉の概略構成図である。 本発明の他の実施例に係る実施例２の燃料集合体の水平断面図及び各燃料棒の濃縮度並びに可燃性毒物の添加を示す図である。 本発明の他の実施例に係る実施例３の燃料集合体の水平断面図及び各燃料棒の濃縮度並びに可燃性毒物の添加を示す図である。 本発明の他の実施例に係る実施例４の燃料集合体の水平断面図及び各燃料棒の濃縮度並びに可燃性毒物の添加を示す図である。 可燃性毒物の効果の検証に用いた燃料集合体の水平断面図である。 検証体系における平均核分裂性プルトニウム富化度に対するＧｄ１５７の中性子吸収率の関係を示す図である。 検証体系における平均核分裂性プルトニウム富化度とＲｏｄ１に対するＧｄ１５７の中性子吸収率の関係を示す図である。 本発明の一実施形態における燃料集合体により得られる無限増倍率の線形化効果を示す図である。
本発明者等は、種々の検討を重ね、ＭＯＸ燃料においてプルトニウム富化度を増大し、運転サイクルを長期化する新たな構成を見出した。この検討結果及び新たに見出したＭＯＸ燃料の概要を以下に説明する。
従来技術にあるように、沸騰水型原子炉（Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＢＷＲ）のＭＯＸ燃料のプルトニウム富化度を高めるためには、できるだけ可燃性毒物添加燃料棒数を低減する必要がある。さらに、運転サイクルの長期化のためには、可燃性毒物の濃度を高める必要があるが、例えば可燃性毒物として用いられるガドリニア（Ｇｄ）については、一般的に濃度１０ｗｔ％を上限として使われる場合が多い。これは上述の燃料製造性や熱伝導率の問題により上限となっている。可燃性毒物を添加した燃料棒数を低減するには、中性子吸収効果が大きい位置に配置すれば良い。そこで本発明者等は、図７に示す検証体系を用いて、可燃性毒物の位置に対する中性子吸収特性を検討した。図７は、可燃性毒物の効果の検証に用いた燃料集合体の水平断面図である。図７に示す燃料集合体は、可燃性毒物添加燃料棒を除いて一様の核分裂性プルトニウム富化度を持つ燃料棒Ｆ、及び可燃性毒物添加燃料棒の核燃料物質を天然ウランのみで構成し、可燃性毒物としてガドリニアを１０ｗｔ％添加した可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ１〜Ｒｏｄ４を有する。可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ１は最外周に配され、可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ４は水ロッドＷＲに隣接して配される。また、可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ２は、最外周に配された可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ１よりも１層内側に配され、可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ３は可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ２よりも１層内側に配されている。
図８は、図７に示す検証体系における平均核分裂性プルトニウム富化度に対するＧｄ１５７の中性子吸収率の関係を示す図である。図８では、横軸に平均核分裂性プルトニウム富化度（ｗｔ％）をとり、縦軸にＧｄ１５７の中性子吸収率をとり、可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ１〜Ｒｏｄ４の夫々についてのＧｄ１５７の中性子吸収率の変化を示している。ここで、Ｇｄ１５７は、ガドリニア核種の中でも反応し易い核種である。図８に示すように、燃料棒水平断面において、可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ１の中性子吸収率が最も高く、核分裂性プルトニウム富化度増大と共に中性子吸収率は減少している。
図９に、図７に示す検証体系における平均核分裂性プルトニウム富化度と、可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ１に対するＧｄ１５７の中性子吸収率の関係を示す。図９では、横軸に平均核分裂性プルトニウム富化度（ｗｔ％）をとり、縦軸に可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ１に対するＧｄ１５７の中性子吸収率をとり、可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ１の中性子吸収率に対する各可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ２、Ｒｏｄ３、及びＲｏｄ４の中性子吸収率の比の変化を示している。核分裂性プルトニウム富化度増大と共に、可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ１の中性子吸収率との差が拡大するが、可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ４は、核分裂性プルトニウム富化度４ｗｔ％以上でほぼ一定となり、そのときの中性子吸収率は可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ１の半分程度となる。すなわち、可燃性毒物の中性子吸収効果を増大するためには、最外周への装荷が効果的であり、核分裂性プルトニウム富化度増大と共にそれが顕著となる。また、水ロッドＷＲ周囲は最外周に比べて半分程度の中性子吸収率であるが、核分裂性プルトニウム富化度４ｗｔ％以上で一定である。これは最外周を除く他の位置、すなわち、可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ２及び可燃性毒物添加燃料棒Ｒｏｄ３が配される位置に比べて優位である。
次に本発明者等は、ＭＯＸ燃料を装荷した炉心の制御性に着目した。ここで述べる炉心の制御性とは、運転時に所定の運転期間にエネルギー生成を継続できる設計をしたときに、その設計の誤差を考慮して、運転時に設計上の余裕を持たせた炉心を運転することである。この余裕がない場合、設計が誤差をもつと運転継続ができないことになる。また、余裕が小さすぎると、炉心の制御が難しくなる。運転期間を通して、この余裕を最大限にするためには、運転時に余剰に持つ反応度(余剰反応度)が運転初期から末期までほぼ一定であれば、すべての期間を通して最大の余裕を持つことになる。ただし、余裕が運転末期でほぼ０となるように設計すると経済性が向上する。このような設計をするため、現行の炉心では可燃性毒物を添加した燃料と添加した可燃性毒物が燃焼した燃料を炉心内で混合して用いる。燃焼により無限増倍率が減少する燃料と可燃性毒物により、無限増倍率が増大する燃料を炉心内に配することで余剰反応度が平坦化される。この余剰反応度平坦化のためには、燃焼と共に無限増倍率が減少する直線に対して、それを相殺するため、燃焼と共に無限増売率が増大する直線が必要となる。しかしながら、この増大直線が非線形となると余剰反応度は平坦ではなくなり、設計上の余裕が小さくなる。
図１０に、燃料集合体により得られる無限増倍率の線形化効果を示す。図１０に示すように可燃性毒物を添加した燃料棒を燃料集合体水平断面内で縦及び／又は横に隣接させた場合は、増大直線が非線形となる。この非線形は燃焼初期で中性子吸収が抑えられることによる。これを直線とするためには、燃焼初期で中性子吸収効果を増大し、燃焼中期で中性子吸収効果を０とするような構成を加えれば良い。燃料集合体の最外周又は水ロッドに隣接する位置で可燃性毒物を添加した燃料棒の隣接位置に可燃性毒物を配置しない場合は、中性子吸収効果が大きいことから燃焼初期に中性子吸収効果が大きい。さらに、上記隣接した可燃性毒物添加燃料棒と隣接していない可燃性毒物添加燃料棒で可燃性毒物濃度が同程度である場合は、後者は前者の半分程度の期間で可燃性毒物が燃え尽きる。すなわち、隣接した可燃性毒物添加燃料棒からみれば、隣接していない可燃性毒物添加燃料棒は燃焼中期で中性子吸収効果がほぼ０になることを意味する。しかし、隣接していない可燃性毒物添加燃料棒が多くなり過ぎると、初期の中性子吸収効果が大きくなり、無限増倍率が増大する直線とはならない。隣接していない可燃性毒物添加燃料棒を本目的で加える場合は、隣接した可燃性毒物添加燃料棒数よりも少ない数にしなければ逆効果である。
上記の検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に図面を用いて説明する。
なお、以下では、改良型沸騰水型原子炉（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＡＢＷＲ）を一例として説明するが、これに限られるものでは無い。例えば、再循環ポンプを備え、冷却材（中性子の減速材としても機能）を原子炉圧力容器外へ通流し再び原子炉圧力容器内のダウンカマへ流入させることで冷却材を循環させる通常の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）、或は、チムニによる冷却水の自然循環方式を用いることで、ＢＷＲにおける再循環ポンプ、ＡＢＷＲにおけるインターナルポンプを不要とする高経済性単純化沸騰水型原子炉（ＥＣＯＮＯＭＩＣ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＥＳＢＷＲ）等、その他の原子炉へも同様に適用可能である。
図１は、本発明の一実施例に係る実施例１の燃料集合体の全体概略構成図であり、図２は、図１に示す燃料集合体のＡ−Ａ断面図矢視図（水平断面図）及び各燃料棒の濃縮度並びに可燃性毒物の添加を示す図であり、図３は、図２に示す燃料集合体を装荷する炉心を備えた改良型沸騰水型原子炉の概略構成図である。
図３に示すように、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）は、原子炉圧力容器（原子炉容器）１０３内に円筒状の炉心シュラウド１０２が設けられ、炉心シュラウド１０２内に、複数体の燃料集合体（図示せず）が装荷された炉心１０５が配設されている。また、原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶと称する）１０３内には、炉心１０５の上方へと延伸する気水分離器１０６及び気水分離器１０６の上方に配される蒸気乾燥器１０７が設けられている。ＲＰＶ１０３と炉心シュラウド１０２の間には環状のダウンカマ１０４が形成されている。ダウンカマ１０４内には、インターナルポンプ１１５が配設されている。
インターナルポンプ１１５から吐出された冷却水は、下部プレナム１２２を経て炉心１０５に供給される。冷却水は、炉心１０５を通過する際に加熱されて水及び蒸気を含む気液二相流となる。気水分離器１０６は気液二相流を蒸気と水に分離する。分離された蒸気は、更に蒸気乾燥器１０７で湿分を除去されて主蒸気配管１０８に導かれる。この湿分が除去された蒸気は、蒸気タービン（図示せず）に導かれ、蒸気タービンを回転させる。蒸気タービンに連結された発電機が回転し、電力を発生する。蒸気タービンから排出された蒸気は、復水器（図示せず）で凝縮されて水となる。この凝縮水は、冷却水として給水配管１０９によりＲＰＶ１０３内に供給される。気水分離器１０６及び蒸気乾燥器１０７で分離された水は、落下して冷却水としてダウンカマ１０４内に達する。
なお、図３では図示しないが、ＲＰＶ１０３の下部プレナム１２２には、燃料集合体の核反応を制御するため炉心１０５へ複数の横断面十字状の制御棒ＣＲを挿入可能とする制御棒案内管が設けられ、ＲＰＶ１０３の底部より下方に設置された制御棒駆動機構ハウジング内に制御棒駆動機構を備え、制御棒は制御棒駆動機構に連結されている。
図１に、燃料集合体１の全体概略構成図を示す。本実施の燃料集合体１は、複数の燃料棒２、部分長燃料棒３、上部タイプレート５、下部タイプレート６、複数の燃料スペーサ８、複数の水ロッドＷＲ、及びチャンネルボックス７を備えている。燃料棒２（所謂、全長燃料棒）及び部分長燃料棒３は、複数の燃料ペレット（図示せず）を密封された被覆管（図示せず）内に充填している。下部タイプレート６は各燃料棒２及び部分長燃料棒３の下端部を支持し、上部タイプレート５は各燃料棒２の上端部を保持する。水ロッドＷＲの下端部は下部タイプレート６に支持され、水ロッドＷＲの上端部は上部タイプレート５に保持される。複数の燃料スペーサ８は、燃料集合体１の軸方向において所定の間隔に配置され、燃料棒２（含む部分長燃料棒３）の相互間、及び燃料棒２と水ロッドＷＲの間に、冷却水が流れる流路を形成するように、燃料棒２及び水ロッドＷＲを保持している。横断面が正方形状をしている角筒であるチャンネルボックス７は、上部タイプレート５に取り付けられ、下方に向かって延伸している。燃料スペーサ８によって束ねられた各燃料棒２は、チャンネルボックス７内に配置されている。上部タイプレート５には、その上端部にハンドルが締結されており、ハンドルを吊り上げると、燃料集合体１全体を引き上げることができる。
図２は、図１に示す燃料集合体１のＡ−Ａ断面図矢視図（水平断面図）及び各燃料棒の濃縮度並びに可燃性毒物の添加を示す図である。図２の上図に示すように、燃料集合体１の水平断面において、チャンネルボックス７内に形成される９行９列の正方格子に、燃料棒２１ａ〜２１ｃ、部分長燃料棒３１ａ、水ロッドＷＲ、及び可燃性毒物であるガドリニアを含有した燃料棒であるガドリニア含有燃料棒４１が配されている。燃料集合体１の水平断面（横断面）の中央部には、燃料棒２が４本配置できる領域を占有する横断面積を有する水ロッドＷＲが２本配されている。水ロッドＷＲは、少なくとも２本の燃料棒２が配置可能な領域を占有する横断面積を有する太径水ロッドである。本実施例における燃料棒２に核分裂性ウランを含む燃料ペレットが装填された領域の長さ、すなわち、本実施例の燃料有効長は３．７ｍである。
また、燃料集合体１は、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）の炉心１０５に装荷されたとき、一つのコーナーが炉心１０５に挿入された横断面が十字状の制御棒ＣＲと向かい合うように配置される。チャンネルボックス７は、チャンネルファスナ（図示せず）によって上部タイプレート５に取り付けられる。チャンネルファスナは、燃料集合体１が炉心１０５に装荷されたとき、制御棒ＣＲが燃料集合体１の相互間に挿入できるように、燃料集合体１の相互間に必要な幅の間隙を保持する機能を有する。このため、チャンネルファスナは、制御棒ＣＲと向かい合うコーナーに位置するように、上部タイプレート６に取り付けられている。燃料集合体１の制御棒ＣＲに向かい合うコーナー部は、換言すれば、チャンネルファスナが取り付けられたコーナー部である。各燃料棒２内に充填される各燃料ペレットは、核燃料物質である二酸化ウラン及び酸化プルトニウムを用いて製造され、核分裂性物質であるウラン−２３５やプルトニウム−２３９および２４１等を含んでいる。
図２の上図及び下図に示すように、燃料棒２１ａの核分裂性プルトニウム富化度は６．１ｗｔ％であり、３４本の燃料棒２１ａが燃料集合体１の水平断面内の格子位置に収容されている。また、燃料棒２１ｂの核分裂性プルトニウム富化度は４．２ｗｔ％であり、２０本の燃料棒２１ｂが燃料集合体１の水平断面内の格子位置に収容されている。燃料棒２１ｃの核分裂性プルトニウム富化度は２．５ｗｔ％であり、５本の燃料棒２１ｃが燃料集合体１の水平断面内の格子位置に収容されている。また、部分長燃料棒３１ａの核分裂性プルトニウム富化度は６．１ｗｔ％であり、８本の部分長燃料棒３１ａが燃料集合体１の水平断面内の格子位置に収容されている。ガドリニア含有燃料棒４１は、プルトニウムを含まず、ウラン燃料のみで構成され、ウラン濃縮度は０．２ｗｔ％であり、可燃性毒物であるガドリニア（Ｇｄ）の濃度は１０ｗｔ％であり、７本のガドリニア含有燃料棒４１が燃料集合体１の水平断面内の格子位置に収容されている。なお、ガドリニア（Ｇｄ）の濃度は１０ｗｔ％に限られるものではなく、例えば、数ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲内で適宜所望の値とすれば良く、ウラン濃縮度についても０．２ｗｔ％に限られるものではない。燃料集合体１の水平断面平均の核分裂性プルトニウム富化度は４．８ｗｔ％である。
燃料集合体１の水平断面において、最外周に配される可燃性毒物含有燃料棒であるガドリニア含有燃料棒４１の本数をＮ１、水ロッドＷＲに隣接して配される可燃性毒物含有燃料棒であるガドリニア含有燃料棒の本数をＮ２（Ｎ２は、０を含む正の整数）とする。この場合、図２の上図では、Ｎ１は７本、Ｎ２は０本であり、Ｎ１＞Ｎ２の関係にある
また、可燃性毒物含有燃料であって相互に縦及び／又は横に隣接することなく、最外周に配される可燃性毒物含有燃料であるガドリニア含有燃料棒の本数をＷ０、相互に縦及び／又は横に隣接し最外周に配され、１本の可燃性毒物含有燃料棒のみと隣接する可燃性毒物含有燃料であるガドリニア含有燃料棒の本数をＷ１、相互に縦及び／又は横に隣接し最外周に配され、２本の可燃性毒物含有燃料棒と隣接する可燃性毒物含有燃料棒であるガドリニア含有燃料棒の本数をＷ２（Ｗ２は、０を含む正の整数）とする。この場合、図２の上図では、Ｗ０は３本、Ｗ１は４本、Ｗ２は０本であり、Ｗ２＜Ｎ２＋Ｗ０＜Ｗ１の関係にある。図２の上図に示すように、ガドリニア含有燃料棒４１を配することで、上述の図１０に示したように、燃料の無限増倍率の変化を線形化することができると共に、燃料集合体１の水平断面平均の核分裂性プルトニウム富化度は４．８ｗｔ％であることから、ＭＯＸ燃料の平均核分裂性プルトニウム富化度を増大できる。
以上の通り、本実施例によれば、ＭＯＸ燃料の平均核分裂性プルトニウム富化度を増大しつつ、燃料の無限増倍率の変化を線形化でき余剰反応度の平坦化が可能となる。
図４は、本発明の他の実施例に係る実施例２の燃料集合体の水平断面図及び各燃料棒の濃縮度並びに可燃性毒物の添加を示す図である。本実施例では、燃料棒内の核分裂性プルトニウム富化度及び可燃性毒物含有燃料であるガドリニア含有燃料棒の配置位置が実施例１と異なる。その他の点は実施例１と同様であり、以下では実施例１と重複する説明を省略する。
図４の上図に示すように、本実施例の燃料集合体１ａでは、燃料集合体１ａの水平断面において、チャンネルボックス７内に形成される９行９列の正方格子に、燃料棒２２ａ〜２２ｄ、部分長燃料棒３２ａ、部分長燃料棒３２ｂ、水ロッドＷＲ、及び可燃性毒物であるガドリニアを含有した燃料棒であるガドリニア含有燃料棒４２が配されている。燃料集合体１ａの水平断面（横断面）の中央部には、燃料棒を４本配置可能な領域を占有する横断面積を有する水ロッドＷＲが２本配されている。水ロッドＷＲは、少なくとも２本の燃料棒が配置可能な領域を占有する横断面積を有する太径水ロッドである。本実施例における燃料棒に核分裂性ウランを含む燃料ペレットが装填された領域の長さ、すなわち、本実施例の燃料有効長は３．７ｍである。
図４の上図及び下図に示すように、燃料棒２２ａの核分裂性プルトニウム富化度は９．３ｗｔ％であり、３２本の燃料棒２２ａが燃料集合体１ａの水平断面内の格子位置に収容されている。また、燃料棒２２ｂの核分裂性プルトニウム富化度は６．５ｗｔ％であり、２１本の燃料棒２２ｂが燃料集合体１ａの水平断面内の格子位置に収容されている。燃料棒２２ｃの核分裂性プルトニウム富化度は３．０ｗｔ％であり、１本の燃料棒２２ｃが燃料集合体１ａの水平断面内の格子位置に収容されている。燃料棒２２ｄの核分裂性プルトニウム富化度は５．５ｗｔ％であり、２本の燃料棒２２ｄが燃料集合体１ａの水平断面内の格子位置に収容されている。また、部分長燃料棒３２ａの核分裂性プルトニウム富化度は８．０ｗｔ％であり、４本の部分長燃料棒３２ａが燃料集合体１ａの水平断面内の格子位置に収容されている。部分長燃料棒３２ｂの核分裂性プルトニウム富化度は９．３ｗｔ％であり、４本の部分長燃料棒３２ｂが燃料集合体１ａの水平断面内の格子位置に収容されている。ガドリニア含有燃料棒４２は、プルトニウムを含まず、ウラン燃料のみで構成され、ウラン濃縮度は０．２ｗｔ％であり、可燃性毒物であるガドリニア（Ｇｄ）の濃度は１０ｗｔ％であり、１０本のガドリニア含有燃料棒４２が燃料集合体１ａの水平断面内の格子位置に収容されている。なお、ガドリニア（Ｇｄ）の濃度は１０ｗｔ％に限られるものではなく、例えば、数ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲内で適宜所望の値とすれば良く、ウラン濃縮度についても０．２ｗｔ％に限られるものではない。燃料集合体１ａの水平断面平均の核分裂性プルトニウム富化度は６．８ｗｔ％である。
図４の上図に示すように、燃料集合体１ａの水平断面において、最外周に配される可燃性毒物含有燃料棒であるガドリニア含有燃料棒４２の本数（Ｎ１）は９本、水ロッドＷＲに隣接して配される可燃性毒物含有燃料棒であるガドリニア含有燃料棒４２の本数（Ｎ２）は１本であり、Ｎ１＞Ｎ２である。また、可燃性毒物含有燃料であって相互に縦及び／又は横に隣接することなく、最外周に配される可燃性毒物含有燃料であるガドリニア含有燃料棒の本数（Ｗ０）は２本、相互に縦及び／又は横に隣接し最外周に配され、１本の可燃性毒物含有燃料棒のみと隣接する可燃性毒物含有燃料であるガドリニア含有燃料棒の本数（Ｗ１）は６本、相互に縦及び／又は横に隣接し最外周に配され、２本の可燃性毒物含有燃料棒と隣接する可燃性毒物含有燃料棒であるガドリニア含有燃料棒の本数（Ｗ２）は１本であり、Ｗ２＜Ｎ２＋Ｗ０＜Ｗ１である。図４の上図に示すように、ガドリニア含有燃料棒４２を配することで、上述の図１０に示したように、燃料の無限増倍率の変化を線形化することができると共に、燃料集合体１ａの水平断面平均の核分裂性プルトニウム富化度は６．８ｗｔ％であることから、ＭＯＸ燃料の平均核分裂性プルトニウム富化度を増大できる。
以上の通り、本実施例によれば、実施例１の効果に加え、実施例１に比べて更に平均核分裂性プルトニウム富化度を向上できる。
図５は、本発明の他の実施例に係る実施例３の燃料集合体の水平断面図及び各燃料棒の濃縮度並びに可燃性毒物の添加を示す図である。本実施例では、燃料棒内の核分裂性プルトニウム富化度及び可燃性毒物含有燃料であるガドリニア含有燃料棒の配置位置が実施例１と異なる。その他の点は実施例１と同様であり、以下では実施例１と重複する説明を省略する。
図５の上図に示すように、本実施例の燃料集合体１ｂでは、燃料集合体１ｂの水平断面において、チャンネルボックス７内に形成される９行９列の正方格子に、燃料棒２３ａ〜２３ｃ、部分長燃料棒３３ａ〜３３ｃ、水ロッドＷＲ、及び可燃性毒物であるガドリニアを含有した燃料棒であるガドリニア含有燃料棒４３が配されている。燃料集合体１ｂの水平断面（横断面）の中央部には、燃料棒を４本配置可能な領域を占有する横断面積を有する水ロッドＷＲが２本配されている。水ロッドＷＲは、少なくとも２本の燃料棒が配置可能な領域を占有する横断面積を有する太径水ロッドである。本実施例における燃料棒に核分裂性ウランを含む燃料ペレットが装填された領域の長さ、すなわち、本実施例の燃料有効長は３．７ｍである。
図５の上図及び下図に示すように、燃料棒２３ａの核分裂性プルトニウム富化度は１０．９ｗｔ％であり、３２本の燃料棒２３ａが燃料集合体１ｂの水平断面内の格子位置に収容されている。また、燃料棒２３ｂの核分裂性プルトニウム富化度は７．５ｗｔ％であり、２０本の燃料棒２３ｂが燃料集合体１ｂの水平断面内の格子位置に収容されている。燃料棒２３ｃの核分裂性プルトニウム富化度は２．５ｗｔ％であり、１本の燃料棒２３ｃが燃料集合体１ｂの水平断面内の格子位置に収容されている。部分長燃料棒３３ａの核分裂性プルトニウム富化度は１０．０ｗｔ％であり、３本の部分長燃料棒３３ａが燃料集合体１ｂの水平断面内の格子位置に収容されている。また、部分長燃料棒３３ｂの核分裂性プルトニウム富化度は１０．９ｗｔ％であり、４本の部分長燃料棒３３ｂが燃料集合体１ｂの水平断面内の格子位置に収容されている。部分長燃料棒３３ｃはガドリニア含有燃料棒であり、ウラン濃縮度は０．２ｗｔ％、ガドリニア濃度は１０ｗｔ％であり、１本の部分長燃料棒３３ｃが燃料集合体１ｂの水平断面内の格子位置に収容されている。ガドリニア含有燃料棒４３は、プルトニウムを含まず、ウラン燃料のみで構成され、ウラン濃縮度は０．２ｗｔ％であり、可燃性毒物であるガドリニア（Ｇｄ）の濃度は１０ｗｔ％であり、１３本のガドリニア含有燃料棒４３が燃料集合体１ｂの水平断面内の格子位置に収容されている。なお、ガドリニア（Ｇｄ）の濃度は１０ｗｔ％に限られるものではなく、例えば、数ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲内で適宜所望の値とすれば良く、ウラン濃縮度についても０．２ｗｔ％に限られるものではない。燃料集合体１ｂの水平断面平均の核分裂性プルトニウム富化度は７．８ｗｔ％である。
図５の上図に示すように、燃料集合体１ｂの水平断面において、最外周に配される可燃性毒物含有燃料棒であるガドリニア含有燃料棒４３の本数（Ｎ１）は１１本、水ロッドＷＲに隣接して配される可燃性毒物含有燃料棒であるガドリニア含有燃料棒４３の本数（Ｎ２）は２本であり、Ｎ１＞Ｎ２である。また、可燃性毒物含有燃料であって相互に縦及び／又は横に隣接することなく、最外周に配される可燃性毒物含有燃料であるガドリニア含有燃料棒の本数（Ｗ０）は２本、相互に縦及び／又は横に隣接し最外周に配され、１本の可燃性毒物含有燃料棒のみと隣接する可燃性毒物含有燃料であるガドリニア含有燃料棒の本数（Ｗ１）は６本、相互に縦及び／又は横に隣接し最外周に配され、２本の可燃性毒物含有燃料棒と隣接する可燃性毒物含有燃料棒であるガドリニア含有燃料棒の本数（Ｗ２）は３本であり、Ｗ２＜Ｎ２＋Ｗ０＜Ｗ１である。図５の上図に示すように、ガドリニア含有燃料棒４２を配することで、上述の図１０に示したように、燃料の無限増倍率の変化を線形化することができると共に、燃料集合体１ｂの水平断面平均の核分裂性プルトニウム富化度は７．８ｗｔ％であることから、ＭＯＸ燃料の平均核分裂性プルトニウム富化度を増大できる。
以上の本実施例によれば、実施例１の効果に加え、実施例１及び実施例２に比べて更に平均核分裂性プルトニウム富化度を向上できる。
図６は、本発明の他の実施例に係る実施例４の燃料集合体の水平断面図及び各燃料棒の濃縮度並びに可燃性毒物の添加を示す図である。本実施例では、正方格子状に配列される燃料棒を１０×１０配列とした点が実施例２と異なる。
図６の上図に示すように、本実施例の燃料集合体１ｄでは、燃料集合体１ｄの水平断面において、チャンネルボックス７内に形成される１０行１０列の正方格子に、燃料棒２４ａ〜２４ｄ、部分長燃料棒３４ａ、部分長燃料棒３４ｂ、水ロッドＷＲ、及び可燃性毒物であるガドリニアを含有した燃料棒であるガドリニア含有燃料棒４４が配されている。燃料集合体１ｄの水平断面（横断面）の中央部には、燃料棒を４本配置可能な領域を占有する横断面積を有する水ロッドＷＲが２本配されている。水ロッドＷＲは、少なくとも２本の燃料棒が配置可能な領域を占有する横断面積を有する太径水ロッドである。本実施例における燃料棒に核分裂性ウランを含む燃料ペレットが装填された領域の長さ、すなわち、本実施例の燃料有効長は３．７ｍである。
図６の上図及び下図に示すように、燃料棒２４ａの核分裂性プルトニウム富化度は９．３ｗｔ％であり、４０本の燃料棒２４ａが燃料集合体１ｄの水平断面内の格子位置に収容されている。また、燃料棒２４ｂの核分裂性プルトニウム富化度は６．５ｗｔ％であり、２４本の燃料棒２４ｂが燃料集合体１ｄの水平断面内の格子位置に収容されている。燃料棒２４ｃの核分裂性プルトニウム富化度は３．０ｗｔ％であり、１本の燃料棒２４ｃが燃料集合体１ｄの水平断面内の格子位置に収容されている。燃料棒２４ｄの核分裂性プルトニウム富化度は５．５ｗｔ％であり、２本の燃料棒２４ｄが燃料集合体１ｄの水平断面内の格子位置に収容されている。また、部分長燃料棒３４ａの核分裂性プルトニウム富化度は８．０ｗｔ％であり、８本の部分長燃料棒３４ａが燃料集合体１ｄの水平断面内の格子位置に収容されている。部分長燃料棒３４ｂの核分裂性プルトニウム富化度は９．３ｗｔ％であり、６本の部分長燃料棒３４ｂが燃料集合体１ｄの水平断面内の格子位置に収容されている。ガドリニア含有燃料棒４４は、プルトニウムを含まず、ウラン燃料のみで構成され、ウラン濃縮度は０．２ｗｔ％であり、可燃性毒物であるガドリニア（Ｇｄ）の濃度は１０ｗｔ％であり、１１本のガドリニア含有燃料棒４４が燃料集合体１ｄの水平断面内の格子位置に収容されている。なお、ガドリニア（Ｇｄ）の濃度は１０ｗｔ％に限られるものではなく、例えば、数ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲内で適宜所望の値とすれば良く、ウラン濃縮度についても０．２ｗｔ％に限られるものではない。燃料集合体１ｄの水平断面平均の核分裂性プルトニウム富化度は７．２ｗｔ％である。
図６の上図に示すように、燃料集合体１ｄの水平断面において、最外周に配される可燃性毒物含有燃料棒であるガドリニア含有燃料棒４４の本数（Ｎ１）は９本、水ロッドＷＲに隣接して配される可燃性毒物含有燃料棒であるガドリニア含有燃料棒４４の本数（Ｎ２）は２本であり、Ｎ１＞Ｎ２である。また、可燃性毒物含有燃料であって相互に縦及び／又は横に隣接することなく、最外周に配される可燃性毒物含有燃料であるガドリニア含有燃料棒の本数（Ｗ０）は２本、相互に縦及び／又は横に隣接し最外周に配され、１本の可燃性毒物含有燃料棒のみと隣接する可燃性毒物含有燃料であるガドリニア含有燃料棒の本数（Ｗ１）は６本、相互に縦及び／又は横に隣接し最外周に配され、２本の可燃性毒物含有燃料棒と隣接する可燃性毒物含有燃料棒であるガドリニア含有燃料棒の本数（Ｗ２）は１本であり、Ｗ２＜Ｎ２＋Ｗ０＜Ｗ１である。図６の上図に示すように、ガドリニア含有燃料棒４２を配することで、上述の図１０に示したように、燃料の無限増倍率の変化を線形化することができると共に、燃料集合体１ｄの水平断面平均の核分裂性プルトニウム富化度は７．２ｗｔ％であることから、ＭＯＸ燃料の平均核分裂性プルトニウム富化度を増大できる。
以上の通り、本実施例によれば、実施例２の効果に加え、実施例２に比べて更に平均核分裂性プルトニウム富化度を向上できる。また、燃料集合体１ｄ内の燃料棒数が増えることで、燃料棒１本あたりの平均出力が下がるため、除熱が容易となり、実施例２に比べて熱的余裕を向上できる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１，１ａ，１ｂ，１ｄ・・・燃料集合体
２，２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｄ，２３ａ〜２３ｃ，２４ａ〜２４ｄ・・・燃料棒，３，３１ａ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ・・・部分長燃料棒，４，４１，４２，４３，４４・・・ガドリニア含有燃料棒，５・・・上部タイプレート，６・・・下部タイプレート，７・・・チャンネルボックス，８・・・スペーサ，ＷＲ・・・水ロッド，１０２…炉心シュラウド，１０３…原子炉圧力容器，１０４…ダウンカマ，１０５…炉心，１０６…気水分離器，１０７…蒸気乾燥器，１０８…主蒸気管，１０９…給水配管，１１５…インターナルポンプ，１２２…下部プレナム

Claims (14)

  1. 少なくとも、プルトニウムを含み可燃性毒物を含まない第１燃料棒と、ウラン及び可燃性毒物を含みプルトニウムを含まない第２燃料棒と、水ロッドと、これらを束ねて収容する水平断面が四角形状のチャンネルボックスと、を備え、
    前記第２燃料棒は、水平断面内における燃料棒配列のうち、最外周及び/又は水ロッドに隣接して配され、
    最外周に配される前記第２燃料棒数をＮ１、水ロッドに隣接して配される第２燃料棒数をＮ２としたとき、Ｎ２＜Ｎ１（Ｎ２は、０を含む正の整数）であり、
    最外周に配される前記第２燃料棒のうち、相互に水平断面内で縦及び／又は横に隣接することなく配される第２燃料棒数をＷ０、相互に水平断面内で縦及び／又は横に１本のみの第２燃料棒と隣接し配される第２燃料棒数をＷ１、相互に水平断面内で縦及び／又は横に２本の第２燃料棒と隣接し配される第２燃料棒数をＷ２としたとき、Ｗ２＜Ｎ２＋Ｗ０＜Ｗ１（Ｗ２は、０を含む正の整数）であることを特徴とする燃料集合体。
  2. 請求項１に記載の燃料集合体において、
    前記水平断面における平均の核分裂性プルトニウム富化度が４．０ｗｔ％以上７．８ｗｔ％以下であることを特徴とする燃料集合体。
  3. 請求項２に記載の燃料集合体において、
    前記相互に水平断面内で縦及び／又は横に２本の第２燃料棒と隣接し配される第２燃料棒は、前記チャンネルボックスの角部に配されることを特徴とする燃料集合体。
  4. 請求項２に記載の燃料集合体において、
    前記第２燃料棒に含まれる可燃性毒物はガドリニアであることを特徴とする燃料集合体。
  5. 請求項３に記載の燃料集合体において、
    前記第２燃料棒に含まれる可燃性毒物はガドリニアであることを特徴とする燃料集合体。
  6. 請求項４に記載の燃料集合体において、
    前記燃料集合体は、９行９列の燃料格子配列を備え、
    前記第１燃料棒は、核分裂性プルトニウム富化度が６．１ｗｔ％の３４本の燃料棒、核分裂性プルトニウム富化度が４．２ｗｔ％の２０本の燃料棒、核分裂性プルトニウム富化度が２．５ｗｔ％の５本の燃料棒、及び核分裂性プルトニウム富化度が６．１ｗｔ％の８本の部分長燃料棒を有することを特徴とする燃料集合体。
  7. 請求項４に記載の燃料集合体において、
    前記燃料集合体は、９行９列の燃料格子配列を備え、
    前記第１燃料棒は、核分裂性プルトニウム富化度が９．３ｗｔ％の３２本の燃料棒、核分裂性プルトニウム富化度が６．５ｗｔ％の２１本の燃料棒、核分裂性プルトニウム富化度が３．０ｗｔ％の１本の燃料棒、核分裂性プルトニウム富化度が５．５ｗｔ％の２本の燃料棒、核分裂性プルトニウム富化度が８．０ｗｔ％の４本の部分長燃料棒、及び核分裂性プルトニウム富化度が９．３ｗｔ％の４本の部分長燃料棒を有することを特徴とする燃料集合体。
  8. 請求項４に記載の燃料集合体において、
    前記燃料集合体は、９行９列の燃料格子配列を備え、
    前記第１燃料棒は、核分裂性プルトニウム富化度が１０．９ｗｔ％の３２本の燃料棒、核分裂性プルトニウム富化度が７．５ｗｔ％の２０本の燃料棒、核分裂性プルトニウム富化度が２．５ｗｔ％の１本の燃料棒、核分裂性プルトニウム富化度が１０．０ｗｔ％の３本の部分長燃料棒、及び核分裂性プルトニウム富化度が１０．９ｗｔ％の４本の部分長燃料棒を有することを特徴とする燃料集合体。
  9. 請求項４に記載の燃料集合体において、
    前記燃料集合体は、１０行１０列の燃料格子配列を備え、
    前記第１燃料棒は、核分裂性プルトニウム富化度が９．３ｗｔ％の４０本の燃料棒、核分裂性プルトニウム富化度が６．５ｗｔ％の２４本の燃料棒、核分裂性プルトニウム富化度が３．０ｗｔ％の１本の燃料棒、核分裂性プルトニウム富化度が５．５ｗｔ％の２本の燃料棒、核分裂性プルトニウム富化度が８．０ｗｔ％の８本の部分長燃料棒、及び核分裂性プルトニウム富化度が９．３ｗｔ％の６本の部分長燃料棒を有することを特徴とする燃料集合体。
  10. 複数の燃料集合体を装荷する原子炉の炉心であって、
    前記燃料集合体は、少なくとも、プルトニウムを含み可燃性毒物を含まない第１燃料棒と、ウラン及び可燃性毒物を含みプルトニウムを含まない第２燃料棒と、水ロッドと、これらを束ねて収容する水平断面が四角形状のチャンネルボックスと、を備え、
    前記第２燃料棒は、水平断面内における燃料棒配列のうち、最外周及び/又は水ロッドに隣接して配され、
    最外周に配される前記第２燃料棒数をＮ１、水ロッドに隣接して配される第２燃料棒数をＮ２としたとき、Ｎ２＜Ｎ１（Ｎ２は、０を含む正の整数）であり、
    最外周に配される前記第２燃料棒のうち、相互に水平断面内で縦及び／又は横に隣接することなく配される第２燃料棒数をＷ０、相互に水平断面内で縦及び／又は横に１本のみの第２燃料棒と隣接し配される第２燃料棒数をＷ１、相互に水平断面内で縦及び／又は横に２本の第２燃料棒と隣接し配される第２燃料棒数をＷ２としたとき、Ｗ２＜Ｎ２＋Ｗ０＜Ｗ１（Ｗ２は、０を含む正の整数）であることを特徴とする炉心。
  11. 請求項１０に記載の炉心において、
    前記水平断面における平均の核分裂性プルトニウム富化度が４．０ｗｔ％以上７．８ｗｔ％以下であることを特徴とする炉心。
  12. 請求項１１に記載の炉心において、
    前記相互に水平断面内で縦及び／又は横に２本の第２燃料棒と隣接し配される第２燃料棒は、前記チャンネルボックスの角部に配されることを特徴とする炉心。
  13. 請求項１１に記載の炉心において、
    前記第２燃料棒に含まれる可燃性毒物はガドリニアであることを特徴とする炉心。
  14. 請求項１２に記載の炉心において、
    前記第２燃料棒に含まれる可燃性毒物はガドリニアであることを特徴とする炉心。
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