JP7437258B2 - 燃料集合体 - Google Patents

Description

本発明は、燃料集合体に係り、特に、プルトニウムを含んで、沸騰水型原子炉に適用するのに好適な燃料集合体に関する。

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（上部燃料支持部材）、燃料棒の下端部を支持する下部タイプレート（下部燃料支持部材）、燃料棒間の間隔を保持する複数の燃料スペーサ、水ロッド、及び横断面が正方形状である角筒状のチャンネルボックスを有する。核燃料物質、例えば、酸化ウランは核分裂性物質である、例えば、Ｕ－２３５を含んでいる。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に向かって伸びており、軸方向に配置された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。水ロッドは燃料集合体の横断面の中央部に配置され、水ロッドの周囲には複数の燃料棒が配置される。水ロッドの下端部が下部タイプレートに支持され、水ロッドの上端部が上部タイプレートに支持される。

各燃料棒は、被覆管を有し、この被覆管の下端部を下部端栓で封鎖して被覆管の上端部を上部端栓で封鎖して構成される。さらに、各燃料棒は、核燃料物質を含む複数の燃料ペレットを被覆管内に充填している。ガスプレナムが、被覆管内において、それらの燃料ペレットが充填された領域（核燃料充填領域）の上方に配置される。

原子炉出力を制御するために、複数の制御棒が炉心内に、具体的には、炉心に装荷された燃料集合体の相互間に挿入される。また、燃料集合体内の一部の燃料棒は、可燃性毒物、例えば、ガドリニウム（Ｇｄ）を含むガドリニア（Ｇｄ_２Ｏ_３）が存在する燃料ペレットを内部に充填している。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。

原子炉から取り出された使用済燃料集合体に含まれる使用済核燃料は再処理される。この再処理により得られたプルトニウム（Ｐｕ）とウランを含む混合酸化物燃料（ＭＯＸ燃料）は、核燃料物質として使用される。成型加工されたそのＭＯＸ燃料を含む燃料集合体は、ＭＯＸ燃料集合体と呼ばれる。このＭＯＸ燃料集合体でも可燃性毒物が使用される。しかし、ＭＯＸ燃料集合体を装荷した炉心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。このため、一般に、ＭＯＸ燃料集合体では、可燃性毒物が、Ｐｕが含まれていなくウランの含有量が少ないウラン燃料が充填された燃料棒内のそのウラン燃料に添加されることにより、その可燃性毒物の中性子吸収効果が高められる。この現象は、ウラン燃料のみを用いた燃料集合体においても、濃縮度の高い核燃料物質を用いた場合にも起こる。

また、プルトニウムは再処理により使用済核燃料から回収されるため、ウラン燃料と異なり、プルトニウム富化度を高める濃縮過程を必要としない。すなわち、ＭＯＸ燃料集合体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燃料集合体による高燃焼度化がコスト低減に有効である。高富化度ＭＯＸ燃料集合体では中性子のエネルギースペクトルが硬くなるので、燃料集合体の横断面において外周部に配置されて、燃料集合体相互間に存在する水ギャップに面する燃料棒と、その横断面の中央に位置する燃料棒とでは、そのエネルギースペクトルの差が大きくなる。

なお、本明細書内で記述した「プトニウム富化度」は、核分裂性プルトニウムの富化度を意味している。

エネルギースペクトルの差が大きくなる場合に燃料集合体内の燃料棒毎の出力分布を平坦にするためには、プルトニウム富化度の異なる複数の燃料棒を、エネルギースペクトルに合わせた富化度分布が形成されるように、燃料集合体の横断面に配置すればよい。しかしながら、ＭＯＸ燃料集合体において、プルトニウム富化度の異なる燃料棒の種類数が増加することは、ＭＯＸ燃料集合体の製造工程で準備する燃料ペレットの種類数の増大によりＭＯＸ燃料集合体の製造コストが増大する。このため、高富化度ＭＯＸ燃料集合体では、ペレット種類数の増大を抑えながら高富化度化する必要がある。

燃焼度を向上させつつ、プルトニウムの富化度種類数を低減する方法として、特許第６０１６２０９号公報に記載された技術が提案されている。

特許第６０１６２０９号公報は、複数のＭＯＸ燃料棒を有するＭＯＸ燃料集合体を記載している。特に、図９には、燃料棒を１０行１０列に配置したＭＯＸ燃料集合体を記載する。ＭＯＸ燃料集合体の横断面において、チャンネルボックスの内面から一列目の燃料棒配列が存在する、正方形状で環状の領域を、最外周領域という。上記の図９に示されたＭＯＸ燃料集合体の横断面では、チャンネルボックスの内面に離接する最外周領域に、複数のＭＯＸ燃料棒Ｐ２，Ｐ３及びＰ４を配置し、その最外周領域よりも内側の領域に、複数のＭＯＸ燃料棒Ｐ１を配置している。これらの燃料棒において、ＭＯＸ燃料棒のＰｕ富化度が最も大きくて１０ｗｔ％であり、ＭＯＸ燃料棒Ｐ２，Ｐ３及びＰ４のそれぞれのＰｕ富化度はＭＯＸ燃料棒Ｐ１のそれよりも小さくなっている。ＭＯＸ燃料棒Ｐ２，Ｐ３及びＰ４の各Ｐｕ富化度は、Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４の関係にある（段落００３２参照）。Ｐｕ富化度が最も小さいＭＯＸ燃料棒Ｐ４は、最外周領域において各コーナーに配置される。ＭＯＸ燃料棒Ｐ１は濃縮ウランを含んでおり、この燃料棒Ｐ１のウラン濃縮度はＭＯＸ燃料棒Ｐ１～Ｐ４中で最も大きくなっている。ＭＯＸ燃料棒Ｐ２，Ｐ３及びＰ４は、例えば、劣化ウランを含んでおり、ＭＯＸ燃料棒Ｐ２，Ｐ３及びＰ４の各濃縮度はＭＯＸ燃料棒Ｐ１のそれよりも小さい。

このようなＭＯＸ燃料集合体は、熱的余裕を悪化させることなく、ＭＯＸ燃料集合体の高燃焼度化を図ることができ、Ｐｕの積載量を増加させ消費を促進させることができる。

特開２００１－５６３８８号公報の図１には、燃料棒を９行９列に配置したＭＯＸ燃料集合体が記載されている。このＭＯＸ燃料集合体の横断面では、チャンネルボックスの内面に離接する最外周領域に、燃料棒２，３，４及び６をそれぞれ複数本配置しており、その最外周領域よりも内側の領域に、チャンネルボックスの内面から二列目のコーナー以外で複数の燃料棒１を配置している。その二列目の各コーナーには、燃料棒２を配置している。最外周領域の各コーナーには燃料棒３が配置され、最外周領域において燃料棒３に隣接して２本の燃料棒２がそれぞれ配置される。燃料棒１，２及び３の各Ｐｕ富化度は、燃料棒１＞燃料棒２＞燃料棒３の関係にある（段落００４７参照）。Ｐｕ富化度の最も小さい燃料棒３が、最外周領域のコーナーに配置される。

特許第６０１６２０９号公報 特開２００１－５６３８８号公報 ＷＯ２００６／０６８１４４ 特開２０１１－１１７７７１号公報

特許第６０１６２０９号公報及び特開２００１－５６３８８号公報に記載されたＭＯＸ燃料集合体では、燃料集合体の横断面において各コーナー部に配置された複数の燃料棒のプルトニウム富化度を、これらのコーナー部よりも中心側に位置する中心領域に配置された複数の燃料棒のプルトニウム富化度よりも低くすることにより、ＭＯＸ燃料集合体の横断面における出力分布を平坦化していた。しかしながら、ＭＯＸ燃料集合体も、高燃焼度化が求められつつある。

高燃焼度化するために、燃料集合体内の各燃料棒のプルトニウム富化度を単に増加させることが考えられる。各燃料棒のプルトニウム富化度を増加させることにより、プルトニウムを含む燃料集合体の高燃焼度化が達成できる。発明者らは、プルトニウムを含む、高燃焼度化された燃料集合体でも、更なる、横断面における出力分布の平坦化が望まれると考えた。

本発明の目的は、プルトニウムを含み、高燃焼度化によっても横断面における出力分布を更に平坦化できる燃料集合体を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、下部燃料支持部材と、上部燃料支持部材と、下端部が前記下部燃料支持部材に支持されて上端部が前記上部燃料支持部材に支持され、内部に核燃料物質が充填された複数の燃料棒と、上端部が前記上部燃料支持部材に取り付けられて前記下部燃料支持部材に向かって伸びており、束ねられた前記複数の燃料棒を取り囲む筒状のチャンネルボックスとを備えた燃料集合体であって、
前記燃料棒の一部である、ウランを含みプルトニウムを含まない少なくとも１本の第１燃料棒、及び前記燃料集合体内で最低のプルトニウム富化度である複数の第２燃料棒のそれぞれが存在するコーナー領域が、前記燃料集合体の横断面における少なくとも１つのコーナーに形成され、
前記燃料集合体の横断面において、前記コーナー領域以外に、中心領域が形成されており、前記燃料棒の残りである、前記第２燃料棒のプルトニウム富化度よりもプルトニウム富化度が高い複数の第３燃料棒が、前記中心領域に配置され、
前記コーナー領域において、前記第１燃料棒が、前記チャンネルボックスの内面に隣接する、正方形状で且つ環状の最外周領域のコーナーに配置され、複数の前記第２燃料棒が、前記第１燃料棒の周囲に配置され、
前記コーナー領域において、前記最外周領域のコーナーに配置された前記第１燃料棒から伸びる、前記最外周領域内で前記チャンネルボックスの内面に沿った直交する二方向のそれぞれに、複数の前記第２燃料棒を配置し、前記直交する二方向のそれぞれにおいて、前記複数の第２燃料棒のうちの１本の前記第２燃料棒を前記第１燃料棒に隣接して配置し、前記最外周領域において、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６燃料棒を、前記複数の第２燃料棒の列に隣接して配置したことにある。

本発明によれば、燃料集合体の横断面におけるコーナー領域に、プルトニウムを含む１種類の燃料棒である、最低プルトニウム富化度の第２燃料棒が配置されているため、その横断面における中心領域に配置された第３燃料棒のプルトニウム富化度を増大させることができる。この結果、プルトニウムを含む燃料集合体を高燃焼度化することができ、高燃焼度化された燃料集合体の中心領域の中心部における出力が増加することにより、燃料集合体の横断面において最外周領域とその中心部のとの出力の差が減少する。このため、本発明では、プルトニウムを含む、高燃焼度化された燃料集合体においても、その横断面における出力分布を更に平坦化することができる。

本発明によれば、高燃焼度化によっても、プルトニウムを含む燃料集合体の横断面における出力分布を更に平坦化することができる。

本発明の好適な一実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例１のＭＯＸ燃料集合体の横断面図である。 図１に示されたＭＯＸ燃料集合体に含まれる各燃料棒の核分裂性ウラン及び核分裂性プルトニウムの含有量を示す説明図である。 図１に示すＭＯＸ燃料集合体の縦断面図である。 図１に示すＭＯＸ燃料集合体が炉心に装荷された、改良型沸騰水型原子力プラントの原子炉の縦断面図である。 ＭＯＸ燃料集合体のコーナー部を含む１／４横断面における、燃料棒毎の熱中性子束を示す説明図である。 ＭＯＸ燃料集合体のコーナー部を含む１／４横断面における、実施例１での出力分布、及び富化度分布がない状態での出力分布を示す説明図である。 本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例２のＭＯＸ燃料集合体の横断面図である。 図７に示された燃料集合体に含まれる各燃料棒の核分裂性ウラン及び核分裂性プルトニウムの含有量を示す説明図である。 本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例３のＭＯＸ燃料集合体の横断面図である。 本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例４のＭＯＸ燃料集合体の横断面図である。 図１０に示された燃料集合体に含まれる各燃料棒の核分裂性ウラン及び核分裂性プルトニウムの含有量を示す説明図である。 本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例５のＭＯＸ燃料集合体の横断面図である。 図１２に示された燃料集合体に含まれる各燃料棒の核分裂性ウラン及び核分裂性プルトニウムの含有量を示す説明図である。 本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例６のＭＯＸ燃料集合体の横断面図である。 図１４に示された燃料集合体に含まれる各燃料棒の核分裂性ウラン及び核分裂性プルトニウムの含有量を示す説明図である。 本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例７のＭＯＸ燃料集合体の横断面図である。 図１６に示された燃料集合体に含まれる各燃料棒の核分裂性ウラン及び核分裂性プルトニウムの含有量を示す説明図である。

発明者らは、特許第６０１６２０９号公報及び特開２００１－５６３８８号公報に記載された各ＭＯＸ燃料集合体よりも高燃焼度化することができ、この高燃焼度化によっても横断面における出力分布が更に平坦化できるＭＯＸ燃料集合体の実現に向けて種々の検討を行った。この検討結果及び新たに見出したＭＯＸ燃料集合体の概要を以下に説明する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のＭＯＸ燃料集合体のプルトニウム富化度を高める場合には、前述したように、ＭＯＸ燃料集合体内において中性子のエネルギースペクトル差が大きくなる。このようなＭＯＸ燃料集合体において出力分布を平坦化しようとした場合、中性子のエネルギースペクトルに合わせてプルトニウム富化度を決定する必要がある。ＢＷＲでは、ＭＯＸ燃料集合体のチャンネルボックスの外側は水ギャップが形成されており、この水ギャップには飽和水が存在するため、ＭＯＸ燃料集合体における中性子のエネルギースペクトルは軟らかくなる。ＭＯＸ燃料集合体のコーナーに配置された燃料棒における中性子のエネルギースペクトルが最も軟らかく、そのコーナーに存在する燃料棒に隣接する他の燃料棒、さらに、この燃料棒に隣接する他の燃料棒のように、ＭＯＸ燃料集合体のコーナー部において、中心領域の近くに配置された燃料棒ほど、中性子のエネルギースペクトルが硬くなる。

このように、コーナー部における中性子のエネルギースペクトルの変化が大きいため、従来は、プルトニウム富化度が異なる複数種類の燃料棒をコーナー部に配置して、ＭＯＸ燃料集合体の横断面での出力分布を平坦化していた。この結果、ＭＯＸ燃料集合体の横断面内部、すなわち、中心領域に配置される、ＭＯＸ燃料を含む燃料棒の種類数は少なかった。しかし、この状態から、ＭＯＸ燃料集合体の平均プルトニウム富化度を高める場合には、中性子のエネルギースペクトルの軟らかいコーナー部に配置された燃料棒のプルトニウム富化度を高めると出力ピーキングが増大するため、ＭＯＸ燃料集合体内部のプルトニウム富化度を高める必要がある。ＭＯＸ燃料集合体内部においても、位置によって中性子のエネルギースペクトルが変化する。しかしながら、ＭＯＸ燃料集合体内部では、水ギャップに隣接する、ＭＯＸ燃料集合体の周辺部に比べて、周囲の燃料棒が多く、水の量が限定的であるため、エネルギースペクトルの変化が小さい。

発明者はこの特性に着目した。ＭＯＸ燃料集合体における燃料棒毎の相対的な熱中性子束を図５に示す。図５は、右側にＭＯＸ燃料集合体の横断面を示しており、左側の上部に、その横断面における、制御棒側のコーナー部に位置する１／４の領域における燃料棒識別子を、左側の下部に、左側の上部に示された燃料棒毎の相対的熱中性子束を示している。前述のように、コーナー（Ｒ１）における熱中性子束が最も高い。高速中性子の平均自由行程は熱中性子よりも大きいため、ＭＯＸ燃料集合体の横断面内での高速中性子束の変化が小さいと仮定すると、Ｒ１の燃料棒のエネルギースペクトルが最も軟らかくなる。次に、コーナーに隣接し、ＭＯＸ燃料集合体の横断面における最外周領域に位置するＲ２の燃料棒のエネルギースペクトルが軟らかい。その次は、Ｒ２に隣接し、その最外周領域に位置するＲ３である。Ｒ４は、Ｒ３に隣接し、その最外周領域に位置する燃料棒である。それ故に、使用する燃料棒の種類数が４種類である、例えば、特許第６０１６２０９号公報の図１０に記載されたＭＯＸ燃料集合体では、最外周領域に配置された、（ａ）Ｒ１，（ｂ）２及びＲ３、及び（ｃ）Ｒ４及びＲ５の各燃料棒を異なるプルトニウム富化度とし、最外周領域よりも内側に配置された、（ｄ）Ｒ６以降の各燃料棒を均一のプルトニウム富化度としている。このように、特許第６０１６２０９号公報の上記のＭＯＸ燃料集合体では、（ａ）～（ｄ）の４つの燃料グループを作成し、燃料グループ毎に燃料棒のプルトニウム富化度を決めている。

特許第６０１６２０９号公報の図１０に記載されたＭＯＸ燃料集合体では、プルトニウム富化度が異なるＭＯＸ燃料を含む、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３及びＰ４の４種類の燃料棒を有する。段落００３２の説明において、燃料棒Ｐ１のプルトニウム富化度は１０％であり、燃料棒Ｐ２～Ｐ４のプルトニウム富化度は、燃料棒Ｐ１のプルトニウム富化度との関係で、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４であると記載されている。特許第６０１６２０９号公報の図１０に記載の、燃料棒を１０行１０列に配置したＭＯＸ燃料集合体において、最外周領域のコーナーに位置する燃料棒Ｐ４は図５に示されたＲ１の燃料棒に相当し、最外周領域においてコーナーから２番目に配置された燃料棒Ｐ３は図５におけるＲ２の燃料棒に相当し、最外周領域においてコーナーから３番目に配置された燃料棒Ｐ２は図５におけるＲ３の燃料棒に相当し、最外周領域においてコーナーから４番目に配置された燃料棒Ｐ２は図５におけるＲ４の燃料棒に相当し、最外周領域においてコーナーから５番目に配置された燃料棒Ｐ２は図５におけるＲ５の燃料棒に相当し、最外周領域よりも内側の中心領域に配置された燃料棒Ｐ１は図５におけるＲ６以降の燃料棒に相当する。

特許第６０１６２０９号公報の図１０に記載のＭＯＸ燃料集合体において、図５の左側の上部に示された燃料棒識別子Ｒ１～Ｒ１４のそれぞれに対応する各燃料棒（Ｐ１～Ｐ４）の相対的熱中性子束は、図５の左側の下部に示された相対的熱中性子束の値となる。

特開２００１－５６３８８号公報の図１に示された、燃料棒を９行９列に配置したＭＯＸ燃料集合体では、最外周領域のコーナーに位置する燃料棒３は図５に示されたＲ１の燃料棒に相当し、最外周領域においてコーナーから２番目に配置された燃料棒２は図５におけるＲ２の燃料棒に相当し、最外周領域においてコーナーから３番目に配置された燃料棒２は図５におけるＲ４の燃料棒に相当し、最外周領域に隣接した、チャンネルボックスの内面から二列目の燃料棒配列のコーナーに位置する燃料棒２は図５におけるＲ６の燃料棒に相当し、最外周領域よりも内側の中心領域に配置された燃料棒１は図５におけるＲ７以降の燃料棒に相当する。

燃料集合体における各燃料棒の出力は、熱中性子束×巨視的核分裂断面積に比例する。巨視的核分裂断面積はプルトニウムの個数密度に比例するため、プルトニウムを高富化度化すると、この巨視的核分裂断面積が大きくなる。特許第６０１６２０９号公報の図１０に記載されたＭＯＸ燃料集合体の横断面におけるプルトニウム富化度分布は、最外周領域よりも内側で均一としているが、巨視的核分裂断面積が大きくなった場合には、最外周領域よりも内側の領域における熱中性子束差に起因する出力差が大きくなる。ただし、この領域における熱中性子束の大きさは小さいので、プルトニウム富化度を高めることができる。一方、最外周領域の熱中性子束は大きいので、最外周領域のプルトニウム富化度を高めることができない。この結果、ＭＯＸ燃料集合体のプルトニウム富化度を高めるためには、ＭＯＸ燃料集合体の最外周領域よりも内側の領域でプルトニウム富化度を高める必要がある。

特許第６０１６２０９号公報のように、（ｄ）の燃料グループをＲ６以降の燃料棒とした場合、（ｄ）の燃料グループのプルトニウム富化度は、熱中性子束が最も高いＲ６の燃料棒の出力ピーキングが制限値以下となるプルトニウム富化度に制限される。このように、燃料グループ内の熱中性子束の最大値でプルトニウム富化度が制限されるため、プルトニウム富化度を高めるためには、ＭＯＸ燃料集合体の最外周領域よりも内側の領域でプルトニウム富化度分布をつけることが望ましい。

燃料棒のプルトニウム富化度の種類数が増えると、燃料棒の製造に必要な燃料ペレットの種類数が増えるため、燃料製造コストが増大する。この増大を抑えるためには、燃料ペレットの種類数を抑える必要がある。ＭＯＸ燃料集合体の高富化度化のために、ＭＯＸ燃料集合体の最外周領域よりも内側の領域においてプルトニウム富化度分布をつけるならば、燃料集合体の最外周領域に配置された各燃料棒及びこの最外周領域よりも内側におけるＲ６～Ｒ１４の燃料棒に使用する燃料ペレットの種類数は１～２種類にすることが望ましい。なお、劣化ウラン、天然ウラン、可燃性毒物であるガドリニアを含むウラン燃料棒（プルトニウムを含まず）は、プルトニウムペレットとは別工程で製造され、かつ従来のウラン製造工程を使用することができる。このため、ウラン燃料のペレットの種類数増加による燃料製造コスト増大への影響は限定的である。

以上の検討から、発明者は、ＭＯＸ燃料集合体の最外周領域に位置する燃料棒、及びＲ６に位置する燃料棒のプルトニウム富化度の種類数を低減すれば、ＭＯＸ燃料集合体のプルトニウム富化度を増大できると考えた。特に、コーナー付近に位置する、Ｒ１～４及びＲ６の燃料棒において、プルトニウム富化度の種類数を１種類にできれば、当初の目的が達成できる。Ｒ１～４及びＲ６の燃料棒が配置される領域は熱中性子束が高い領域であるため、それらの燃料棒のプルトニウム富化度は、燃料集合体の横断面において、最低プルトニウム富化度となる。なお、Ｒ１～４及びＲ６の各燃料棒のプルトニウム富化度を１種類としても、燃料棒内の母材となる核燃料物質のウラン濃縮度が異なる場合、ＭＯＸ燃料ペレットの製造工程ではその核燃料物質は別の種類の核燃料物質として取り扱われるため、母材となる核燃料物質のウラン濃縮度は同じにしなければならない。

ＭＯＸ燃料集合体の横断面における出力ピーキングをできるだけ抑える観点から、各燃料グループに含まれる燃料棒の熱中性子束の偏差は小さいほうがよいため、上記の知見を考慮し、特許第６０１６２０９号公報の図１０に記載された従来の燃料グループ（ａ）～（ｄ）を、発明者らは、以下に述べる新たな燃料グループ（Ａ）～（Ｄ）に創生した。（Ｃ）の燃料グループはＭＯＸ燃料集合体の横断面における最外周領域に配置されたＲ３及びＲ４の各燃料棒、及び最外周領域に隣接した、チャンネルボックスの内面から二列目の燃料棒配列のコーナーに位置するＲ６の燃料棒により形成し、（Ｄ）の燃料グループを、その横断面の最外周領域に配置されたＲ５の燃料棒、及びその最外周領域よりも内側に配置されたＲ７以降の各燃料棒により形成する。なお、この場合には、（Ａ）の燃料グループは最外周領域のコーナーに配置されたＲ１の燃料棒を含み、（Ｂ）の燃料グループは最外周領域においてＲ１の燃料棒に隣接したＲ２の燃料棒を含んでいる。

例えば、（Ａ）の燃料グループにおけるＲ１は、核燃料物質としてプルトニウムを含んでいない劣化ウランを用いた燃料棒であり、（Ｂ）の燃料グループにおけるＲ２は、Ｒ１と同様に、核燃料物質としてプルトニウムを含んでいない劣化ウランを用いた燃料棒である。また、（Ｃ）の燃料グループにおけるＲ３、Ｒ４及びＲ６の各燃料棒は、プルトニウムを含む燃料棒であり、これらの燃料棒のプルトニウム富化度は、例えば、ＭＯＸ燃料集合体内における最低プルトニウム富化度である。（Ｄ）の燃料グループにおけるＲ５の燃料棒及びＲ７以降の各燃料棒は、プルトニウムを含む燃料棒であり、これらの燃料棒のプルトニウム富化度は、例えば、Ｒ３、Ｒ４及びＲ６の各燃料棒のプルトニウム富化度よりも大きい。

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。

本発明の好適な一実施例である、改良型沸騰水型原子力プラント（ＡＢＷＲプラント）に適用される実施例１のＭＯＸ燃料集合体を、図１、図２及び図３を用いて説明する。

本実施例のＭＯＸ燃料集合体を説明する前に、このＭＯＸ燃料集合体が適用される改良型沸騰水型原子力プラント（ＡＢＷＲプラント）の原子炉の概略構造を、図４に基づいて説明する。ＡＢＷＲプラントにおける原子炉２０は、原子炉圧力容器２１を有し、複数の燃料集合体１０（図１及び図３参照）が装荷された炉心２２を原子炉圧力容器２１内に配置している。原子炉圧力容器２１内において、円筒状の炉心シュラウド２３が炉心２２を取り囲み、炉心２２の上方に配置された気水分離器２４が炉心シュラウド２３の上端部に設置される。さらに、蒸気乾燥器２５が、気水分離器２４の上方で原子炉圧力容器２１内に設置される。環状のダウンカマ２７が、炉心シュラウド２３の外面と原子炉圧力容器２１の内面の間に形成される。ダウンカマ２７内に配置されたインターナルポンプ２６が、原子炉圧力容器２１の底部を貫通して下方に向かって伸びており、原子炉圧力容器２１の底部に取り付けられる。給水配管２８及び主蒸気配管２９が、原子炉圧力容器２１に接続される。

なお、下部プレナム３１が、原子炉圧力容器２１内で炉心２２の下方に形成される。下部プレナム３１には、複数の制御棒案内管（図示せず）が配置される。燃料集合体１０の核反応を制御する横断面が十字形をしている複数の制御棒３０（図１参照）が、各制御棒案内管内に別々に配置される。複数の制御棒駆動機構ハウジング（図示せず）が、原子炉圧力容器２１の底部に取り付けられ、その底部から下方に向かって伸びている。制御棒駆動機構（図示せず）が、それぞれの制御棒駆動機構ハウジング内に配置され、制御棒３０に連結される。

炉心２２に装荷された複数の燃料集合体１０は、図３に示すように、複数の燃料棒１１、下部タイプレート１７（下部燃料支持部材）、上部タイプレート（上部燃料支持部材）１８、軸方向に配置される複数の燃料スペーサ２０及びチャンネルボックス１６を有する。燃料集合体１０は、ＭＯＸ燃料を含むＭＯＸ燃料集合体である。

各燃料棒１１は、被覆管（図示せず）を有し、この被覆管の下端部を下部端栓（図示せず）で封鎖して被覆管の上端部を上部端栓（図示せず）で封鎖しており、核燃料物質を含む複数の燃料ペレット（図示せず）を被覆管内に充填して構成される。ガスプレナム（図示せず）が、被覆管内で、それらの燃料ペレットが充填された核燃料物質充填領域の上方に形成される。

水ロッドＷＲが、燃料集合体１０の横断面の中央部に配置され、周囲を複数の燃料棒１１によって取り囲まれる（図１参照）。水ロッドＷＲの下端部が下部タイプレート１７に支持され、それらの上端部が上部タイプレーと１８に支持される。全ての燃料棒１１及び水ロッドＷＲは、燃料棒１１の相互間、及び水ロッドＷＲとこれに隣接する燃料棒１１の間に所定幅のスペースを形成するように、燃料棒１１の軸方向において所定の間隔に配置された複数の燃料スペーサ２０によって束ねられる。複数の燃料スペーサ２０によって束ねられた燃料棒１１及び水ロッドＷＲの束は、４つの側壁部を有して横断面が正方形状の角筒であるチャンネルボックス１６内に配置される。なお、燃料棒１１の相互間、及び水ロッドＷＲとこれに隣接する燃料棒１１の間にそれぞれ形成された所定幅のスペースは、冷却水が流れる冷却水通路となる。

チャンネルボックス１６は、上部タイプレート１８の４つのコーナー部のうちで２つのコーナー部に設けられ、上部タイプレート１８の上面から上方に向かって伸びる２つのポスト（図示せず）の上に置かれる。チャンネルボックス１６の上端部が、チャンネルファスナ（図示せず）によって制御棒３０に面する１本のポストに取り付けられる。このように、チャンネルボックス１６が、上部タイプレート１８に取り付けられる。チャンネルボックス１６は、上部タイプレーと１８から下部タイプレート１７に向かって伸びている。チャンネルボックス１６は、上部タイプレート１８及び下部タイプレート１７の各側面を取り囲んでいる。

複数の燃料集合体１０が装荷された炉心２２では、実質的に、互いに隣り合う４体の燃料集合体１０に対して１体の制御棒３０が配置される。炉心２２に装荷された、互いに隣り合う４体の燃料集合体１０上端部が、炉心２２の上端部に配置されて炉心シュラウド２３に取り外し可能に取り付けられた上部格子板（図示せず）に形成された升目内に挿入され、上部格子板によって支持される。それらの燃料集合体１０の下端部は、炉心２２の下端部に配置されて炉心シュラウドに取り付けられた炉心支持板（図示せず）に取り付けられた燃料支持金具によって支持される。たがいに隣り合う４体の燃料集合体１０のそれぞれにおいて、それぞれの燃料集合体１０の横断面に存在する４つのコーナー部のうちの一つ、すなわち、チャンネルファスナが配置されているコーナー部が、制御棒３０と向き合っている。

チャンネルファスナは、炉心２２に装荷された各燃料集合体１０の前述した４つのコーナー部のうち、制御棒３０と向き合う１つのコーナー部に配置される。互いに隣り合う４体の燃料集合体１０のそれぞれのコーナー部に配置された各チャンネルファスナは、互いに接触して、４体の燃料集合体１０相互間に制御棒３０が挿入できるように、隣り合う燃料集合体１０の相互間の間隔を所定幅に維持する（ＷＯ２００６／０６８１４４の段落０００３及び０００５及び図２、及び特開２０１１－１１７７７１号公報の段落００１３及び図９及び図１０参照）。４体の燃料集合体１０のそれぞれは、チャンネルファスナによって上部格子板に押圧される。１体の制御棒３０は互いに隣り合う４体の燃料集合体１０の相互間に挿入される。その相互間への制御棒３０の挿入、及びその相互間からの制御棒３０の引抜きを行うことにより、原子炉出力が制御される。

制御棒３０が４の燃料集合体１０の相互間に挿入されているとき、制御棒３０の２枚のブレードは、図１に示すように、チャンネルボックス１６の、制御棒３０に面する１つのコーナー、すなわち、チャンネルファスナが配置された、チャンネルボックス１６の１つのコーナー（チャンネルファスナ側のコーナー）から、直交する二方向に伸びる２つの側壁部の外面に対向している。

ハンドル１９が、上部タイプレート１８の上面に設けられる。ハンドル１９は、燃料集合体１０を炉心２２と燃料貯蔵プール（図示せず）との間で移送させる際、燃料交換機（図示せず）によって把持される。

ダウンカマ２７内の冷却水は、駆動されているインターナルポンプ２６から吐出され、下部プレナム３１を経て炉心２２に供給される。炉心２２内において、冷却水は燃料集合体１０内に導かれる。すなわち、この冷却水は、下部タイプレート１７を通してチャンネルボックス１６の内側に流入し、燃料棒１１相互間、及び燃料棒１１と水ロッドＷＲの間にそれぞれ形成された冷却水通路を上昇する。この冷却水通路を上昇する間に、冷却水は、燃料棒１１内に存在する核燃料物質に含まれる核分裂性物質（核分裂性プルトニウムまたは核分裂性ウラン）の核分裂で生じる熱によって加熱される。冷却水の一部が蒸気になるため、冷却水は水及び蒸気を含む気液二相流となる。

この気液二相流が、燃料集合体１０の上端から、すなわち、炉心２２から排出され、気水分離器２４に流入する。気液二相流は、気水分離器２４で水と蒸気に分離される。分離された水は、気水分離器２４からダウンカマ２７に排出され、冷却水としてダウンカマ２７を下降し、インターナルポンプ２６で昇圧される。分離された蒸気は、気水分離器２４から蒸気乾燥器２５に導かれ、蒸気乾燥器２５内で湿分が除去される。湿分が除去されて蒸気乾燥器２５から排出された蒸気は、主蒸気配管２９を通して蒸気タービン（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、給水として、給水配管２８により原子炉圧力容器２１内に供給される。

炉心２２に装荷される燃料集合体１０は、図１に示すように、複数の燃料棒１１を、燃料集合体１０の横断面において、１０行１０列の正方格子でチャンネルボックス１６内に配置している。燃料集合体１０の横断面においては、９６本の燃料棒１１が存在する。複数の燃料棒１１は、燃料棒１～７を含む。燃料棒１～７は、核燃料物質を含み可燃性毒物を含んでいない燃料棒である。

図２に示すように、８本の燃料棒１及び８本の燃料棒２は、核分裂性ウラン（例えば、Ｕ－２３５）を含んでおりプルトニウムを含んでいない。燃料棒１及び２のそれぞれは、核燃料物質である劣化ウランで製造された複数の燃料ペレットを、両端が密封された被覆管内に充填している。劣化ウランの替りに、天然ウラン、回収ウラン及び濃縮ウランを用いてもよい。燃料棒１及び２内の核燃料物質に含まれる核分裂性ウランの濃度は、０．２ｗｔ％である。燃料棒３～７のそれぞれは、核分裂性ウランの濃度が０．２ｗｔ％である上記の劣化ウランを核燃料物質の母材とし、核分裂性プルトニウム（Ｐｕｆ）（例えば、Ｐｕ－２３９及びＰｕ－２４１等）を含んでいる。燃料棒３，４及び５のそれぞれのプルトニウム冨化度は１．８ｗｔ％であり、燃料棒６のプルトニウム冨化度は７．０ｗｔ％、及び燃料棒７のプルトニウム冨化度は１１．０ｗｔ％である。このため、燃料棒３，４及び５のそれぞれのプルトニウム富化度は、燃料集合体１０において、最低プルトニウム富化度となる。

燃料集合体１０内で最低のプルトニウム富化度を有する燃料棒３，４及び５のそれぞれのプルトニウム冨化度を２．２ｗｔ％にしてもよい。この場合には、燃料棒６のプルトニウム富化度を８．６ｗｔ％にし、燃料集合体１０内で最低のプルトニウム富化度を有する燃料棒７のプルトニウム富化度を９．０ｗｔ％にする。また、燃料棒３，４及び５のそれぞれのプルトニウム冨化度を２．７ｗｔ％にしてもよい。この場合には、燃料棒６のプルトニウム富化度を１０．５ｗｔ％にし、燃料棒７のプルトニウム富化度を１６．５ｗｔ％にする。

燃料棒３，４及び５のそれぞれのプルトニウム冨化度は０．１ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下の範囲の値に設定され、燃料棒７のプルトニウム富化度は９．０ｗｔ％以上１７．０ｗｔ％以下の範囲の値に設定される。燃料棒６のプルトニウム富化度は、燃料棒３，４及び５のそれぞれのプルトニウム冨化度よりも大きくて燃料棒７のプルトニウム富化度よりも小さい範囲内で設定される。

燃料集合体１０の横断面において、チャンネルボックス１６の内面に隣接する、正方形状であって環状の最外周領域内には、チャンネルボックス１６の内面から一列目に配置された３６本の燃料棒１１が配置される。換言すれば、チャンネルボックス１６の内面から一列目の全ての燃料棒１１が配置された領域が、燃料集合体１０の横断面における最外周領域である。最外周領域において隣り合うコーナーを結ぶ直線、具体的には、その隣り合うコーナーに配置されたそれぞれの燃料棒１の横断面の中心を結ぶ直線を、最外周領域の辺という。正方形状の最外周領域には、４つの辺が存在する。

燃料集合体１０の横断面には、その横断面の各コーナーに形成されたコーナー領域１５、及びこれら４つのコーナー領域１５に取り囲まれる中心領域１４が存在する。コーナー領域１５は、燃料集合体１０の横断面における、最外周領域のコーナーに配置される１本の燃料棒１１、最外周領域内で、コーナーに配置されたその１本の燃料棒１１から直交する二つの方向のそれぞれにおいてその１本の燃料棒１１に連なって配置された複数の燃料棒１１、及びチャンネルボックス１６の内面から二列目の燃料棒配列のコーナーに配置される１本の燃料棒１１が存在する領域である。換言すれば、コーナー領域１５は、ウランを含みプルトニウムを含まない燃料棒１１及び燃料集合体内で最低プルトニウム富化度の燃料棒１１が配置された領域である。中心領域１４は、燃料集合体１０の横断面において、コーナー領域１５以外の、プルトニウム富化度がその最低プルトニウム富化度よりも大きい複数の燃料棒１１が配置された領域である。

本実施例では、コーナー領域１５は、燃料集合体１０の横断面において、４つのコーナーのそれぞれに配置されている。各コーナー領域１５には、８本の燃料棒１３が配置され、燃料棒１３は燃料棒１ないし５の各燃料棒１１を含んである。

燃料棒１は、燃料集合体１０の横断面における最外周領域のコーナーに配置された、図５に示された燃料棒識別子Ｒ１の燃料棒であり、前述の（Ａ）の燃料グループに含まれる燃料棒である。その最外周領域で燃料棒１に隣接して配置された２本の燃料棒２は、燃料棒識別子Ｒ２の燃料棒であり、前述の（Ｂ）の燃料グループに含まれる燃料棒である。最外周領域で２本の燃料棒２に別々に隣接して配置された２本の燃料棒３は、燃料棒識別子Ｒ３の燃料棒であり、前述の（Ｃ）の燃料グループに含まれる燃料棒である。最外周領域で２本の燃料棒３に別々に隣接して配置された２本の燃料棒４は、燃料棒識別子Ｒ４の燃料棒であり、前述の（Ｃ）の燃料グループに含まれる燃料棒である。チャンネルボックス１６の内面から二列目のコーナーに配置されて２本の燃料棒２に隣接している１本の燃料棒５は、燃料棒識別子Ｒ６の燃料棒であり、前述の（Ｃ）の燃料グループに含まれる燃料棒である。

燃料集合体１０の横断面において、４つのコーナー領域１５以外の中心領域１４には、（Ｃ）の燃料グループ及び（Ｄ）の燃料グループに含まれる複数の燃料棒１２が存在する。中心領域１４において、チャンネルボックス１６の内面から二列目の燃料棒配列に含まれて一つのコーナー領域１５に隣接する４本の燃料棒６は、燃料棒識別子Ｒ７及びＲ８の燃料棒であり、前述の（Ｄ）の燃料グループに含まれる燃料棒である。中心領域１４に配置された、燃料棒６以外の４８本の燃料棒７は、燃料棒識別子Ｒ５及びＲ９以降の燃料棒であり、前述の（Ｄ）の燃料グループに含まれる燃料棒である。中心領域１４には、６４本の燃料棒１２が配置され、これらの燃料棒１２は１６本の燃料棒６及び４８本の燃料棒７を含んでいる。

１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域（４本の燃料棒１１が配置可能な領域）を除いた、燃料棒６及び７が配置された中心領域１４は、１０行１０列の燃料棒が配置された燃料集合体１０の、チャンネルボックス１６の内面よりも内側の横断面に対し、６４％を占めている。４つのコーナー領域１５は、燃料集合体１０のその横断面に対し、３２％を占めている。１つのコーナー領域１５では、８％となる。ちなみに、ウォーターロッドＷＲは、燃料集合体１０のその横断面に対して４％を占めている。

前述の特許第６０１６２０９号公報の図９に示されたＭＯＸ燃料集合体では、図５の左側上部に示された燃料棒識別子Ｒ１～Ｒ４及びＲ６の各位置に配置された８本の燃料棒Ｐ１～Ｐ４が、燃料集合体１０のコーナー領域１５に対応した位置に配置されている。このコーナー領域１５には、プルトニウム富化度が異なる４種類の燃料棒１１（燃料棒Ｐ１～Ｐ４）が配置されている。コーナー領域１５からＲ６の位置における燃料棒１１を除外したとしても、プルトニウム富化度が異なる３種類の燃料棒１１（燃料棒Ｐ２～Ｐ４）が配置される。特許第６０１６２０９号公報の図９に示されたＭＯＸ燃料集合体では、中心領域１４には、プルトニウム富化度が１種類の燃料棒１１（燃料棒Ｐ１）が配置される。

特許第６０１６２０９号公報の図９に示されたＭＯＸ燃料集合体は、コーナーにＭＯＸ燃料を含む燃料棒Ｐ４が配置され、プルトニウム富化度が異なる４種類の燃料棒１１をコーナー領域１５に配置しているため、そのＭＯＸ燃料集合体の横断面において、中心領域１４、すなわち、最外周領域、及びＲ６の位置を除いた部分での出力分布は、図６左側の下部の「Ｐｕの富化度分布なし」のようになる。そのＭＯＸ燃料集合体の横断面における、最外周領域、及びＲ６の位置を除いた部分には、プルトニウム富化度が１０％である燃料棒Ｐ１が配置されており、その部分のプルトニウム富化度は均一であり、プルトニウム富化度に分布がついていない。図５左側の下部に示された相対的熱中性子束から、プルトニウム富化度１０％を用いて予測した出力分布は、図６左側の下部の「Ｐｕの富化度分布なし」のようになり、出力の最大値はＲ７の位置で０．２９となる。

本実施例の燃料集合体１０は、コーナー領域１５内のＲ１の位置及びＲ２の位置のそれぞれに、劣化ウランを有してプルトニウムを含んでいない燃料棒１及び２を配置しており、コーナー領域１５内のＲ３，Ｒ４及びＲ６の位置のそれぞれに、プルトニウム富化度が１．８ｗｔ％である燃料棒３，４及び５を配置している。すなわち、コーナー領域１５には、プルトニウム富化度が１種類の燃料棒１１が配置される。燃料集合体１０は、燃料棒３，４及び５よりもプルトニウム富化度が大きい燃料棒６及び７を中心領域１４に配置しているが、コーナー領域１５にプルトニウム富化度が１種類で均一な燃料棒３，４及び５を配置しているため、燃料集合体１０の横断面における、最外周領域、及びＲ６の位置を除いた部分での出力分布は、図６左側の上部の「実施例１の燃料集合体１０の出力分布」のようになり、出力の最大値はＲ７の位置で０．２１となる。

このように、燃料集合体１０の横断面におけるＲ７の位置での出力が、特許第６０１６２０９号公報の図９に示されたＭＯＸ燃料集合体の横断面におけるＲ７の位置での出力よりも低下する。すなわち、後者での「０．２９」が前者で「０．２１」となる。本実施例では、燃料集合体１０の横断面における最大出力が「０．２１」となり、燃料集合体１０の横断面における出力分布が、特許第６０１６２０９号公報の図９に示されたＭＯＸ燃料集合体のその出力分布よりも平坦化される。

本実施例では、コーナー領域１５に配置された燃料棒１１のプルトニウム富化度が１．８ｗｔ％と１種類であるため、燃料集合体１０の横断面における中心領域１４に配置された燃料棒１１のプルトニウム富化度を１１．０ｗｔ％に増大させることができる。この結果、燃料集合体１０が高燃焼度化され、燃料集合体１０の横断面における中心領域１４の中心部（図５の左側上部に示された識別子Ｒ１０～Ｒ１４の各燃料棒が配置される領域）における出力（図６の左側上部の図を参照）が、特許第６０１６２０９号公報の図９に記載されたＭＯＸ燃料集合体の横断面における、同じ中心部（識別子Ｒ１０～Ｒ１４の各燃料棒が配置される領域）での出力よりも増加している。このため、燃料集合体１０の横断面における中心領域１４において、中心部の出力とこの周囲の領域の出力の差が減少し、燃料集合体１０の横断面での出力分布がより平坦化された。

本実施例は、中心領域１４にプルトニウム富化度が７．０ｗｔ％の複数の燃料棒６及び１１．０ｗｔ％の複数の燃料棒７を配置し、それらの燃料棒６を中心領域１４内でコーナー領域１５に隣接させて配置しているため、燃料集合体１０の横断面での出力分布がさらに平坦化される。

燃料集合体１０の、中心領域１４の中心部に配置された燃料棒７のプルトニウム富化度が１１．０ｗｔ％に増大されたが、このプルトニウム富化度の高い燃料棒７の周囲では、水の量が少ない。このため、その中心部におけるＲ１０の位置に配置されてプルトニウム富化度が増大された燃料棒７の出力は、特許第６０１６２０９号公報の図９に示されたＭＯＸ燃料集合体の横断面における同じ位置に配置された、核分裂性プルトニウムを含む燃料棒の出力よりも「０．０２」だけしか増加していない。また、図６の左側上部の図及び図６の左側下部の図から明らかなように、中心領域１４内のＲ１１～Ｒ１４の各位置に配置された各燃料棒７の出力も、「０．０１」～「０．０２」の範囲で増加している。このように、水の量が少ない中央部に配置された燃料棒７のプルトニウム富化度を増大しても、上昇する出力の増加割合は小さい。

特に、各コーナー領域１５においては、核分裂性ウランの濃度が０．２ｗｔ％である劣化ウランを有してプルトニウムを含んでいない燃料棒１及び２が、最外周領域でコーナーとこのコーナーに隣接する位置にそれぞれ配置され、プルトニウム富化度が燃料集合体１０内で最低である燃料棒３ないし５が、燃料棒１及び２が配置された領域の周りに配置される。このため、燃料集合体１０の各コーナー領域１５における出力は、特許第６０１６２０９号公報の図９に記載されたＭＯＸ燃料集合体の横断面におけるコーナー領域の出力よりも著しく低下する。このようなコーナー領域１５における出力の低下も、また、燃料集合体１０の横断面における出力分布の平坦化に大きく貢献している。

本実施例は、コーナー領域１５において、劣化ウランを含みプルトニウムを含まない燃料棒１を最外周領域のコーナーに配置し、この最外周領域で劣化ウランを含みプルトニウムを含まない燃料棒２を燃料棒１に隣接して配置しているので、燃料集合体１０内における燃料棒の種類数を低減することができ、燃料集合体１０の横断面における出力分布をさらに平坦化することができる。

本実施例によれば、コーナー領域１５における核分裂性プルトニウムを含む燃料棒１１（燃料棒３ないし５）のプルトニウム富化度が１種類であるため、燃料集合体１０の中心領域１４に配置された燃料棒１１のプルトニウム富化度を１１．０ｗｔ％まで高めることができる。このため、燃料集合体１０を、特許第６０１６２０９号公報の図９に記載されたＭＯＸ燃料集合体よりも高燃焼度化することができる。高燃焼度化した燃料集合体１０においても、横断面における出力分布をより平坦化することができる。

本実施例では、核分裂性プルトニウムを含む燃料棒の種類数が、「３」と、特許第６０１６２０９号公報の図９に記載されたＭＯＸ燃料集合体における、核分裂性プルトニウムを含む燃料棒の種類数（「４」）よりも少なくなるため、燃料集合体１０の製造に必要な燃料ペレットの製造が著しく容易になり、燃料集合体１０の製造が容易になる。

本実施例では、中心領域１４に、プルトニウム富化度７．０ｗｔ％の燃料棒６及びプルトニウム富化度１１．０ｗｔ％の燃料棒７を配置している。しかしながら、中心領域１４に、プルトニウム富化度７．０ｗｔ％の燃料棒６を配置しないでプルトニウム富化度１１．０ｗｔ％の燃料棒７を配置した場合でも、コーナー領域１５において、核分裂性プルトニウムを含まず、劣化ウランを含む燃料棒１及び２を最外周領域のコーナー付近に配置しているため、プルトニウムを含む燃料集合体の高燃焼度化によっても、その燃料集合体の横断面における出力分布を更に平坦化することができる。

本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例２のＭＯＸ燃料集合体を、図３、図７及び図８を用いて説明する。

本実施例の燃料集合体１０Ａは、ＭＯＸ燃料集合体であり、燃料集合体１０と同様に、複数の燃料棒１１を、燃料集合体１０Ａの横断面において、１０行１０列の正方格子でチャンネルボックス１６内に配置している。燃料集合体１０Ａは、実施例１の燃料集合体１０で用いられた燃料棒２を燃料棒２Ａに替え、燃料集合体１０の横断面における第１対角線上で、制御棒３０側のコーナーに位置しているコーナー領域１５、すなわち、チャンネルファスナ側のコーナーに位置しているコーナー領域１５に対して反対側の他のコーナーに位置する他のコーナー領域１５において、チャンネルボックス１６の内面から二列目のコーナー（Ｒ６の位置）に、燃料棒Ｇを配置している。燃料棒２Ａは、図８に示すように、核分裂性プルトニウムを含み、プルトニウム富化度は、燃料棒３ないし５と同様に１．８ｗｔ％である。燃料棒２Ａは、核分裂性ウランの濃度が０．２ｗｔ％である劣化ウランを核燃料物質として用いており、核分裂性プルトニウムがその劣化ウランに混ざっている。燃料棒Ｇは、ガドリニアを含んでおり、図８に示すように、１０．０ｗｔ％の、可燃性毒物であるガドリニウム（Ｇｄ）が、核分裂性ウランの濃度が０．２ｗｔ％である劣化ウランに含まれている。

燃料集合体１０Ａの横断面において、制御棒３０側の１つのコーナーを含むコーナー領域１５、及びこのコーナー領域１５に隣り合っている２つのコーナー領域１５のそれぞれでは、図５の左側の上部に示されたＲ１の位置に燃料棒１を、２箇所のＲ２の位置のそれぞれに燃料棒２Ａを、２箇所のＲ３の位置のそれぞれに燃料棒３を、２箇所のＲ４の位置のそれぞれに燃料棒４を、及びＲ６の位置に燃料棒５を配置している。さらに、燃料集合体１０Ａの制御棒３０側の上記の１つのコーナーを通る対角線（以下、第１対角線という）上で、制御棒３０側のコーナー領域１５に対して反対側のコーナーに位置する他のコーナー領域１５では、図５の左側の上部に示されたＲ１の位置に燃料棒１を、２箇所のＲ２の位置のそれぞれに燃料棒２Ａを、２箇所のＲ３の位置のそれぞれに燃料棒３を、２箇所のＲ４の位置のそれぞれに燃料棒４を、及びＲ６の位置に燃料棒Ｇを配置している。

本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例は、可燃性毒物であるガドリニアを含む燃料棒Ｇを１つのコーナー領域１５（前述の第１対角線上で、制御棒３０側のコーナー領域１５に対して反対側のコーナーに位置する他のコーナー領域１５）に配置することにより、この他のコーナー領域１５における反応度制御が可能となると共に、４つのコーナー領域１５のそれぞれに２本の燃料棒２Ａを配置することにより、燃料集合体１０よりも燃料集合体の平均プルトニウム富化度を高めることができる。このため、燃料集合体１０Ａの更なる高燃焼度化を図ることができる。

燃料集合体１０Ａの横断面において制御棒３０側のコーナーに配置されたコーナー領域１５内で、例えば、チャンネルボックス１６の内面から二列目の燃料棒配列のコーナー（Ｒ６の位置）に燃料棒Ｇを配置した場合には、制御棒３０を炉心２２に装荷された４体の燃料集合体１０Ａの相互間に挿入したときに、制御棒３０が吸収するはずの中性子が、燃料棒Ｇに含まれる可燃性毒物であるガドリニアによって吸収され、制御棒３０の価値が小さくなって制御棒３０による反応度調整量が小さくなる。燃料集合体１０Ａでは、燃料棒Ｇが、第１対角線上で、制御棒３０側のコーナーとは反対側のコーナーに配置されたコーナー領域１５内で、チャンネルボックス１６の内面から二列目の燃料棒配列のコーナーに配置しているため、その問題点が解消され、制御棒３０の価値が大きくなって制御棒３０による反応度調整量が大きくなる。

本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例３のＭＯＸ燃料集合体を、図３、図８及び図９を用いて説明する。

本実施例の燃料集合体１０Ｂは、ＭＯＸ燃料集合体であり、燃料集合体１０と同様に、複数の燃料棒１１を、燃料集合体１０Ｂの横断面において、１０行１０列の正方格子でチャンネルボックス１６内に配置している。燃料集合体１０Ｂは、実施例２の燃料集合体１０Ａの横断面におけるＲ４に配置された燃料棒４を、ガドリニアを含む燃料棒Ｇに替えた構成を有する。燃料集合体１０Ｂの他の構成は、燃料集合体１０Ａと同じである。本実施例では、中性子のエネルギースペクトルが変化しやすい、燃料集合体１０Ｂの最外周領域に、ガドリニアを含みプルトニウムを含まない燃料棒Ｇを配置している。

本実施例は、実施例２で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例では、コーナー領域１５内の最外周領域（例えば、Ｒ４の位置）に燃料棒Ｇを配置し、実施例２の燃料集合体１０Ａよりも、炉心の制御に必要な可燃性毒物を含む燃料棒Ｇの本数が多くすることにより、制御棒の制御方法に対する自由度が向上し、炉心の反応度制御が容易となる。特許第６０１６２０９号公報の図９に示されたＭＯＸ燃料集合体ではこの燃料集合体の横断面の中央部に可燃性毒物を含む複数の燃料棒（燃料棒Ｇ１）を配置している。これに対し、本実施例では、燃料集合体１０Ｂの相互間に形成される水ギャップ領域（図示せず）に近い、コーナー領域１５内の最外周領域、すなわち、熱中性子の多い領域に複数の燃料棒Ｇを配置することにより、それらの燃料棒Ｇでより多くの熱中性子を吸収することができ、燃料集合体１０Ｂ内に配置する燃料棒Ｇの本数を低減することができる。

本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例４のＭＯＸ燃料集合体を、図３、図１０及び図１１を用いて説明する。

本実施例の燃料集合体１０Ｃは、ＭＯＸ燃料集合体であり、燃料集合体１０と同様に、複数の燃料棒１１を、燃料集合体１０Ｃの横断面において、１０行１０列の正方格子でチャンネルボックス１６内に配置している。複数体の燃料集合体１０Ｃが、改良型沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器２１内の炉心２２に装荷される。

燃料集合体１０Ｃは、燃料集合体１０のコーナー領域１５をコーナー領域１５Ａに替えた構成を有する。コーナー領域１５Ａは、燃料集合体１０Ｃの横断面における４つのコーナーのそれぞれに配置される。燃料集合体１０Ｃにおける中心領域１４Ａは、４つのコーナー領域１５Ａの内側に形成される。

各コーナー領域１５Ａに配置された燃料棒１３の本数は、燃料集合体１０のコーナー領域１５を形成する燃料棒１３の本数よりも多くなっている。それぞれのコーナー領域１５Ａに配置された燃料棒１３は、燃料集合体１０のコーナー領域１５に配置された燃料棒１ないし５の８本と共に、２本の燃料棒４Ａ及び２本の燃料棒５Ａを含む。燃料棒４Ａは、コーナー領域１５Ａ内の最外周領域（チャンネルボックス１６の内面に隣接した、燃料棒１３の配置領域）において、各燃料棒４に隣接して配置される。２本の燃料棒５Ａは、コーナー領域１５Ａ内で、チャンネルボックス１６の内面から二列目の燃料棒配列において、この二列目の燃料棒配列のコーナーに配置された燃料棒５に隣接して配置される。なお、燃料棒４Ａ及び５Ａのそれぞれのプルトニウム富化度は、燃料棒３ないし５のプルトニウム富化度と同じ１．８ｗｔ％である。

燃料棒４Ａ及び５Ａのそれぞれのプルトニウム富化度を、燃料棒３，４及び５のそれぞれのプルトニウム冨化度と同様に、２．２ｗｔ％または２．７ｗｔ％にしてもよい。燃料棒４Ａ及び５Ａのそれぞれのプルトニウム富化度は、燃料棒３，４及び５のそれぞれと同様に、０．１ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下の範囲の値に設定される。

燃料集合体１０Ｃの中心領域１４Ａは、８本の燃料棒６及び４０本の燃料棒７が配置される。

本実施例では、燃料集合体１０Ｃの各コーナー領域１５Ａでは、１２本の燃料棒１３が配置され、実施例１における燃料集合体１０の各コーナー領域１５よりも燃料棒１３が４本多くなっている。このため、燃料集合体１０Ｃでは、４つのコーナー領域１５Ａは、燃料集合体１０Ｃの横断面に対し、４８％を占めている。１つのコーナー領域１５では、１２％となる。４本の燃料棒１１が配置可能な領域に配置された１本のウォーターロッドＷＲは、燃料集合体１０Ｃの横断面に対して４％を占めている。なお、燃料集合体１０Ｃの中心領域１４Ａは、燃料集合体１０Ｃの横断面に対し、４８％を占めている。

このような燃料集合体１０Ｃでは、増加した燃料棒４Ａ及び５Ａのプルトニウム富化度が、前述したように、燃料棒３ないし５のそれと同じであるため、燃料集合体１０Ｃの各コーナー領域１５Ａ内に配置された、核分裂性プルトニウムを含む燃料棒１３のプルトニウム富化度は１種類である。このため、燃料集合体１０Ｃの中心領域１４Ａ内の燃料棒７のプルトニウム富化度を１１．０ｗｔ％に高めることができ、燃料集合体１０Ｃの横断面での出力分布を、特許第６０１６２０９号公報の図９に記載されたＭＯＸ燃料集合体よりも平坦化することができる。

本実施例では、実施例１で生じる各効果を得ることができる。

１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体において、燃料集合体の横断面における各コーナーに形成したコーナー領域の燃料棒１３の配置を、実施例１及び本実施例のそれぞれの燃料集合体の横断面で各コーナーに配置したコーナー領域とは異なる燃料棒１３の配置にしてもよい。例えば、１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体における各コーナー領域の燃料棒１３の配置を、燃料集合体１０Ｃの横断面に形成されたコーナー領域１５Ａの燃料棒１３の配置から、チャンネルボックス１６の内面から二列目の燃料棒配列のコーナーに配置された燃料棒５に隣接した２本の燃料棒５Ａを削除した燃料棒１３の配置にする。このコーナー領域では、１０本の燃料棒１３が配置される。また、１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体における各コーナー領域の燃料棒１３の他の配置の例としては、燃料集合体１０Ｃの横断面に形成されたコーナー領域１５Ａの燃料棒１３の配置から、チャンネルボックス１６の内面から一列目の最外周領域に配置された２本の燃料棒４Ａを削除した燃料棒１３の配置が挙げられる。このコーナー領域でも、１０本の燃料棒１３が配置される。１０本の燃料棒１３が配置されるコーナー領域が横断面の各コーナーに形成される燃料集合体では、４つのコーナー領域はその燃料集合体の横断面に対して４０％を占めており、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域（４本の燃料棒１１が配置可能な領域）を除いた、その燃料集合体の中心領域はその燃料集合体の横断面に対して５６％を占めている。

このため、横断面において１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体では、その横断面の各コーナーに形成された、４つのコーナー領域は、燃料集合体の横断面に対して３２％以上４８％以下の範囲内の割合である。１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、中心領域１４は、１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体の横断面に対して６４％以下４８％以上の範囲内の割合である。

さらに、横断面において１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体１０におけるコーナー領域１５は、燃料集合体１０の横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、またはこのコーナーを通る第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナーにのみ配置してもよい。このようなそれぞれのケースでは、燃料集合体１０において、１つのコーナー領域１５はその燃料集合体１０の横断面に対して８％を占めており、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域（４本の燃料棒１１が配置可能な領域）を除いた、その燃料集合体１０の中心領域１４はその燃料集合体１０の横断面に対して８８％を占めている。

横断面において１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体１０におけるコーナー領域１５は、燃料集合体１０の横断面において第１対角線上の２つのコーナーのそれぞれに、または、燃料集合体１０の横断面において第１対角線と直交する他の１本の対角線（以下、第２対角線という）上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーのそれぞれに配置してもよい。このようなケースでは、燃料集合体１０において、それらの二つのコーナー領域１５は、その燃料集合体１０の横断面に対して１６％を占めており、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域（４本の燃料棒１１が配置可能な領域）を除いた、その燃料集合体１０の中心領域１４はその燃料集合体１０の横断面に対して８０％を占めている。

横断面において１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体１０におけるコーナー領域１５は、燃料集合体１０の横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、及び燃料集合体１０の横断面において第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれ、または、第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナー、及び第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれに配置してもよい。このようなそれぞれのケースでは、燃料集合体１０において、三つのコーナー領域１５はその燃料集合体１０の横断面に対して２４％を占めており、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体１０の中心領域１４はその燃料集合体１０の横断面に対して７２％を占めている。

コーナー領域１５Ａを有する燃料集合体１０Ｃでは、コーナー領域１５Ａを、燃料集合体１０Ｃの横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、または第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナーにのみ配置してもよい。このような各ケースでは、燃料集合体１０Ｃにおいて、１つのコーナー領域１５Ａはその燃料集合体１０Ｃの横断面に対して１２％を占めており、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体１０Ｃの中心領域１４Ａはその燃料集合体１０Ｃの横断面に対して８４％を占めている。

横断面において１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体１０Ｃにおけるコーナー領域１５Ａは、燃料集合体１０の横断面において第１対角線上の２つのコーナーのそれぞれに、または、燃料集合体１０Ｃの横断面において第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーのそれぞれに配置してもよい。このようなケースでは、燃料集合体１０Ｃにおいて、それらの二つのコーナー領域１５Ａは、その燃料集合体１０Ｃの横断面に対して２４％を占めており、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体１０Ｃの中心領域１４Ａはその燃料集合体１０Ｃの横断面に対して７２％を占めている。

コーナー領域１５Ａを有する燃料集合体１０Ｃでは、コーナー領域１５Ａは、燃料集合体１０Ｃの横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、及び燃料集合体１０Ｃの横断面において第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれ、または、第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナー、及び第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれに配置してもよい。このようなそれぞれのケースでは、燃料集合体１０Ｃにおいて、三つのコーナー領域１５Ｃはその燃料集合体１０Ｃの横断面に対して３６％を占めており、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域（を除いた、その燃料集合体１０Ｃの中心領域１４Ａはその燃料集合体１０Ｃの横断面に対して６０％を占めている。

１０本の燃料棒１３が配置されるコーナー領域を有する、横断面において１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体では、その燃料集合体の横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、または第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナーにのみ、そのコーナー領域を配置してもよい。このようなそれぞれのケースでは、１０本の燃料棒１３が配置される、１つのコーナー領域はその燃料集合体の横断面に対して１０％を占めており、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域（４本の燃料棒１１が配置可能な領域）を除いた、その燃料集合体の中心領域はその燃料集合体の横断面に対して８６％を占めている。

１０本の燃料棒１３が配置されるコーナー領域を有する、横断面において１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体では、その燃料集合体の横断面において第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーのそれぞれ配置に、そのコーナー領域を配置してもよい。このようなケースでは、１０本の燃料棒１３が配置される、それらの二つのコーナー領域は、その燃料集合体の横断面に対して２０％を占めており、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体の中心領域１４はその燃料集合体の横断面に対して７６％を占めている。

１０本の燃料棒１３が配置されるコーナー領域を有する、横断面において１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体では、その燃料集合体の横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、及びその燃料集合体の横断面において第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれ、または、第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナー、及び第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれに配置してもよい。このようなそれぞれのケースでは、その燃料集合体１０において、１０本の燃料棒１３が配置される、三つのコーナー領域はその燃料集合体の横断面に対して３０％を占めており、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体の中心領域はその燃料集合体の横断面に対して６６％を占めている。

以上に述べた、８本の燃料棒１３を有するコーナー領域１５が形成された燃料集合体１０、１０本の燃料棒１３を有するコーナー領域が形成された燃料集合体、及び１２本の燃料棒１３を有するコーナー領域１５Ａが形成された燃料集合体１０Ｃにおけるコーナー領域及び中心領域のそれぞれの、燃料集合体の横断面に対する割合を考慮すれば、横断面において１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体では、その横断面のコーナーに形成されたコーナー領域の、その燃料集合体の横断面に対する割合を８％以上４８％以下の範囲に存在する割合とし、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、１０行１０列で燃料棒１１を配置したその燃料集合体の中心領域の、その燃料集合体の横断面に対する割合を８８％以下４８％以上の範囲に存在する割合とする。

好ましくは、横断面において１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体では、前述したように、４つのコーナー領域の、燃料集合体の横断面に対する割合を３２％以上４８％以下の範囲に存在する割合とし、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、中心領域１４の、１０行１０列で燃料棒１１を配置した燃料集合体の横断面に対する割合を６４％以下４８％以上の範囲に存在する割合とすることが望ましい。

以上述べましたように、燃料集合体の横断面におけるコーナー領域は、その横断面の少なくとも１つのコーナーに形成される。コーナー領域をその横断面の少なくとも１つのコーナーに形成することは、後述する実施例５の燃料集合体１０Ｄ、実施例６の燃料集合体１０Ｅ及び実施例７の燃料集合体１０Ｆにも適用される。

特に、燃料集合体１０におけるコーナー領域１５の配置としては、（１）コーナー領域１５は、燃料集合体１０の横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、またはこのコーナーを通る第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナーにのみ、コーナー領域１５を配置、（２）燃料集合体１０の横断面において第１対角線上の２つのコーナーのそれぞれに、または、燃料集合体１０の横断面において第１対角線と直交する他の１本の対角線（以下、第２対角線という）上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーのそれぞれに、コーナー領域１５を配置、（３）燃料集合体１０の横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、及び燃料集合体１０の横断面において第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれ、または、第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナー、及び第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれに、コーナー領域１５を配置、及び（４）燃料集合体１０の横断面における４つのコーナーのそれぞれに、コーナー領域１５を配置（実施例１）の４つのケースがある。これらのケースでは、それぞれ、燃料集合体１０の横断面における少なくとも１つのコーナー領域が、燃料集合体の制御棒側のコーナーを通る第１対角線（対称軸）に対して対称になっている。それぞれのケースの燃料集合体の横断面におけるコーナー領域の、第１対角線に対する線対称性は、本実施例の燃料集合体１０Ｃ、及び後述する実施例５の燃料集合体１０Ｄ、実施例６の燃料集合体１０Ｅ及び実施例７の燃料集合体１０Ｆにおいても成立する。

本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例５のＭＯＸ燃料集合体を、図３、図１２及び図１３を用いて説明する。

本実施例の燃料集合体１０Ｄは、ＭＯＸ燃料集合体であり、実施例１の燃料集合体１０と異なり、複数の燃料棒１１を、燃料集合体１０Ｄの横断面において、９行９列の正方格子でチャンネルボックス１６内に配置している。複数体の燃料集合体１０Ｄが、改良型沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器２１内の炉心２２に装荷される。

燃料集合体１０Ｄは、燃料集合体１０Ｄの横断面において４つのコーナーのそれぞれにコーナー領域１５Ｂを形成しており、これらのコーナー領域１５Ｂの内側に中心領域１４Ｂを形成している。９行９列の燃料棒１１の配置、及びコーナー領域１５Ｂ及び中心領域１４Ｂの形成以外の、燃料集合体１０Ｄの構成は、燃料集合体１０と同じである。

燃料集合体１０Ｄは、図１３に示すように、燃料棒１及び５をそれぞれ４本、燃料棒２，３及び４をそれぞれ８本、燃料棒６を１６本、及び燃料棒７を２６本含んでいる。燃料集合体１０Ｄ内の燃料棒１ないし７のそれぞれのプルトニウム富化度は、燃料集合体１０における燃料棒１ないし７のそれぞれのプルトニウム富化度と同じである。

各コーナー領域１５Ｂには、８本の燃料棒１３が配置される。それぞれのコーナー領域１５Ｂに配置された８本の燃料棒１３は、１本の燃料棒１，２本の燃料棒２、２本の燃料棒３，２本の燃料棒４及び１本の燃料棒５を含んでいる。各コーナー領域１５Ｂにおいて、燃料棒１は最外周領域のコーナーに配置され、各燃料棒２はその最外周領域で燃料棒１に隣接して配置され、各燃料棒３はその最外周領域で別々の燃料棒２に隣接して配置され、さらに、各燃料棒４はその最外周領域で別々の燃料棒３に隣接して配置される。残りの１本の燃料棒５は、各コーナー領域１５Ｂにおいて、チャンネルボックス１６の内面から二列目の燃料棒配列のコーナーに配置される。

燃料集合体１０Ｄの中心領域１４Ｂには、１６本の燃料棒６及び２６本の燃料棒７が配置される。燃料集合体１０Ｄの横断面の中央に、２本のウォーターロッドＷＲが配置される。これらのウォーターロッドＷＲは、７本の燃料棒１１が配置可能な領域を占有している。

本実施例の燃料集合体１０Ｄでは、４つのコーナー領域１５Ｂは、燃料集合体１０Ｄの横断面に対し、４０％を占めている。１つのコーナー領域１５では、１０％となる。４本の燃料棒１１が配置可能な領域に配置された１本のウォーターロッドＷＲは、燃料集合体１０Ｄの横断面に対して８％を占めている。なお、２本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、燃料集合体１０Ｄの中心領域１４Ｂは、燃料集合体１０Ｄの横断面に対し、５２％を占めている。

実施例５は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。

さらに、横断面において９行９列で燃料棒１１を配置した燃料集合体１０Ｄにおけるコーナー領域１５Ｂは、燃料集合体１０Ｄの横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、またはこのコーナーを通る第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナーにのみ配置してもよい。このようなそれぞれのケースでは、燃料集合体１０Ｄにおいて、１つのコーナー領域１５Ｂはその燃料集合体１０Ｄの横断面に対して９％を占めており、２本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体１０Ｄの中心領域１４Ｂはその燃料集合体１０Ｄの横断面に対して８２％を占めている。

横断面において９行９列で燃料棒１１を配置した燃料集合体１０Ｄにおけるコーナー領域１５Ｂは、燃料集合体１０の横断面において第１対角線上の２つのコーナーのそれぞれに、または、燃料集合体１０Ｄの横断面において第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーにそれぞれ配置してもよい。このようなケースでは、燃料集合体１０Ｄにおいて、それらの二つのコーナー領域１５Ｂは、その燃料集合体１０Ｄの横断面に対して１６％を占めており、２本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体１０Ｄの中心領域１４Ｂはその燃料集合体１０Ｄの横断面に対して７２％を占めている。

横断面において９行９列で燃料棒１１を配置した燃料集合体１０Ｄにおけるコーナー領域１５Ｂは、燃料集合体１０Ｄの横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、及び燃料集合体１０Ｄの横断面において第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれ、または、第１対角線上で、制御棒３０側のコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナー、及び第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれに配置してもよい。このようなそれぞれのケースでは、燃料集合体１０Ｄにおいて、三つのコーナー領域１５Ｂはその燃料集合体１０Ｄの横断面に対して２９％を占めており、２本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体１０Ｄの中心領域１４Ｂはその燃料集合体１０Ｄの横断面に対して６２％を占めている。

以上に述べた、８本の燃料棒１３を有するコーナー領域１５Ｂが形成された燃料集合体１０Ｄにおけるコーナー領域１５Ｂ及び中心領域１４Ｂのそれぞれの、燃料集合体１０Ｄの横断面に対する割合を考慮すれば、燃料集合体１０Ｄでは、その横断面のコーナーに形成されたコーナー領域の、その燃料集合体１０Ｄの横断面に対する割合を９％以上４０％以下の範囲に存在する割合とし、２本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、燃料集合体１０Ｄの中心領域１４Ｂの、その燃料集合体１０Ｄの横断面に対する割合を８２％以下５２％以上の範囲に存在する割合とする。

本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例５のＭＯＸ燃料集合体を、図３、図１４及び図１５を用いて説明する。

本実施例の燃料集合体１０Ｅは、ＭＯＸ燃料集合体であり、実施例１の燃料集合体１０と異なり、複数の燃料棒１１を、燃料集合体１０Ｅの横断面において、１１行１１列の正方格子でチャンネルボックス１６内に配置している。複数体の燃料集合体１０Ｅが、改良型沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器２１内の炉心２２に装荷される。

燃料集合体１０Ｅは、燃料集合体１０Ｅの横断面において４つのコーナーのそれぞれにコーナー領域１５Ｃを形成しており、これらのコーナー領域１５Ｃの内側に中心領域１４Ｃを形成している。１１行１１列の燃料棒１１の配置、及びコーナー領域１５Ｃ及び中心領域１４Ｃの形成以外の、燃料集合体１０Ｅの構成は、燃料集合体１０と同じである。

燃料集合体１０Ｅは、図１５に示すように、燃料棒１及び５をそれぞれ４本、燃料棒２，３及び４をそれぞれ８本、燃料棒６を１６本、及び燃料棒７を６４本含んでいる。燃料集合体１０Ｅ内の燃料棒１ないし７のそれぞれのプルトニウム富化度は、燃料集合体１０における燃料棒１ないし７のそれぞれのプルトニウム富化度と同じである。

各コーナー領域１５Ｃには、８本の燃料棒１３が配置される。それぞれのコーナー領域１５Ｃに配置された８本の燃料棒１３は、１本の燃料棒１，２本の燃料棒２、２本の燃料棒３，２本の燃料棒４及び１本の燃料棒５を含んでいる。各コーナー領域１５Ｃにおいて、燃料棒１は最外周領域のコーナーに配置され、各燃料棒２はその最外周領域で燃料棒１に隣接して配置され、各燃料棒３はその最外周領域で別々の燃料棒２に隣接して配置され、さらに、各燃料棒４はその最外周領域で別々の燃料棒３に隣接して配置される。残りの１本の燃料棒５は、各コーナー領域１５Ｃにおいて、チャンネルボックス１６の内面から二列目の燃料棒配列のコーナーに配置される。

燃料集合体１０Ｅの中心領域１４Ｃには、１６本の燃料棒６及び６４本の燃料棒７が配置される。燃料集合体１０Ｅの横断面の中央に、１本のウォーターロッドＷＲが配置される。これらのウォーターロッドＷＲは、９本の燃料棒１１が配置可能な領域を占有している。

本実施例の燃料集合体１０Ｅでは、４つのコーナー領域１５Ｃの、燃料集合体１０Ｅの横断面に対する割合は２６％を占めている。１つのコーナー領域１５に対しては６．５％となる。９本の燃料棒１１が配置可能な領域に配置された１本のウォーターロッドＷＲは、燃料集合体１０Ｅの横断面に対して８％を占めている。なお、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域（９本の燃料棒１１が配置可能な領域）を除いた、燃料集合体１０Ｅの中心領域１４Ｃは、燃料集合体１０Ｅの横断面に対し、６６％を占めている。

実施例６は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。

本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例４のＭＯＸ燃料集合体を、図３、図１６及び図１７を用いて説明する。

本実施例の燃料集合体１０Ｆは、ＭＯＸ燃料集合体であり、燃料集合体１０と同様に、複数の燃料棒１１を、燃料集合体１０Ｆの横断面において、１１行１１列の正方格子でチャンネルボックス１６内に配置している。複数体の燃料集合体１０Ｆが、改良型沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器２１内の炉心２２に装荷される。

燃料集合体１０Ｆは、燃料集合体１０Ｅのコーナー領域１５Ｃをコーナー領域１５Ｄに替えた構成を有する。コーナー領域１５Ｅは、燃料集合体１０Ｆの横断面における４つのコーナーのそれぞれに配置される。燃料集合体１０Ｆにおける中心領域１４Ｄは、４つのコーナー領域１５Ｅの内側に形成される。

各コーナー領域１５Ｄに配置された燃料棒１３の本数は、燃料集合体１０Ｅのコーナー領域１５Ｃを形成する燃料棒１３の本数よりも多くなっている。それぞれのコーナー領域１５Ｄに配置された燃料棒１３は、燃料集合体１０Ｅのコーナー領域１５Ｃに配置された燃料棒１ないし５の８本と共に、２本の燃料棒４Ａ及び２本の燃料棒５Ａを含んでいる。燃料棒４Ａは、コーナー領域１５Ｄ内の最外周領域（チャンネルボックス１６の内面に隣接した、燃料棒１３の配置領域）において、各燃料棒４に隣接して配置される。２本の燃料棒５Ａは、コーナー領域１５Ｄ内で、チャンネルボックス１６の内面から二列目の燃料棒配列において、この二列目の燃料棒配列のコーナーに配置された燃料棒５に隣接して配置される。なお、燃料棒４Ａ及び５Ａのそれぞれのプルトニウム富化度は、燃料棒３ないし５のプルトニウム富化度と同じ１．８ｗｔ％である。

燃料集合体１０Ｆの中心領域１４Ｄは、８本の燃料棒６及び５６本の燃料棒７が配置される。

本実施例では、燃料集合体１０Ｆの各コーナー領域１５Ｄでは、１２本の燃料棒１３が配置され、実施例６における燃料集合体１０Ｄの各コーナー領域１５Ｂよりも燃料棒１３が４本多くなっている。このため、燃料集合体１０Ｆでは、４つのコーナー領域１５Ｄの、燃料集合体１０Ｆの横断面に対する割合は４０％である。１つのコーナー領域１５Ｄでは１０％となる。９本の燃料棒１１が配置可能な領域に配置された１本のウォーターロッドＷＲは、燃料集合体１０Ｆの横断面に対して８％を占めている。なお、燃料集合体１０Ｆの中心領域１４Ｄの、燃料集合体１０Ｆの横断面に対する割合は５２％である。

このような燃料集合体１０Ｆでは、増加した燃料棒４Ａ及び５Ａのプルトニウム富化度が、前述したように、燃料棒３ないし５のそれと同じであるため、燃料集合体１０Ｆの各コーナー領域１５Ｄ内に配置された、核分裂性プルトニウムを含む燃料棒１３のプルトニウム富化度は１種類である。このため、燃料集合体１０Ｆの中心領域１４Ｄ内の燃料棒７のプルトニウム富化度を１１．０ｗｔ％に高めることができ、燃料集合体１０Ｆの横断面での出力分布を平坦化することができる。

本実施例では、実施例１で生じる各効果を得ることができる。

１１行１１列で燃料棒１１を配置した燃料集合体において、燃料集合体の横断面における各コーナーに形成したコーナー領域の燃料棒１３の配置を、実施例６及び本実施例のそれぞれの燃料集合体の横断面で各コーナーに配置したコーナー領域とは異なる燃料棒１３の配置にしてもよい。例えば、１１行１１列で燃料棒１１を配置した燃料集合体における各コーナー領域の燃料棒１３の配置を、燃料集合体１０Ｆの横断面に形成されたコーナー領域１５Ｄの燃料棒１３の配置から、チャンネルボックス１６の内面から二列目の燃料棒配列のコーナーに配置された燃料棒５に隣接した２本の燃料棒５Ａを削除した燃料棒１３の配置にする。このコーナー領域では、１０本の燃料棒１３が配置される。また、１１行１１列で燃料棒１１を配置した燃料集合体における各コーナー領域の燃料棒１３の他の配置の例としては、燃料集合体１０Ｆの横断面に形成されたコーナー領域１５Ｄの燃料棒１３の配置から、チャンネルボックス１６の内面から一列目の最外周領域に配置された２本の燃料棒４Ａを削除した燃料棒１３の配置が挙げられる。このコーナー領域でも、１０本の燃料棒１３が配置される。１０本の燃料棒１３が配置されるコーナー領域が横断面の各コーナーに形成される燃料集合体では、４つのコーナー領域の、その燃料集合体の横断面に対する割合は３３％であり、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域（９本の燃料棒１１が配置可能な領域）を除いた、その燃料集合体の中心領域の、その燃料集合体の横断面に対する割合は５９％である。

このため、横断面において１１行１１列で燃料棒１１を配置した燃料集合体では、その横断面の各コーナーに形成された、４つのコーナー領域の、燃料集合体の横断面に対する割合は２６％以上４０％以下の範囲に存在する割合であり、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、中心領域１４Ｄの、その燃料集合体の横断面に対する割合は、６６％以下５２％以上の範囲に存在する割合である。

さらに、横断面において１１行１１列で燃料棒１１を配置した燃料集合体１０Ｅにおけるコーナー領域１５Ｃは、燃料集合体１０Ｅの横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、またはこのコーナーを通る第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナーにのみ配置してもよい。このようなそれぞれのケースでは、燃料集合体１０Ｅにおいて、１つのコーナー領域１５Ｃの、その燃料集合体１０Ｅの横断面に対する割合は６％であり、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域（９本の燃料棒１１が配置可能な領域）を除いた、その燃料集合体１０Ｅの中心領域１４Ｃの、その燃料集合体１０Ｅの横断面に対する割合は８７％を占めている。

横断面において１１行１１列で燃料棒１１を配置した燃料集合体１０Ｅにおけるコーナー領域１５Ｃは、燃料集合体１０Ｅの横断面において第１対角線上の２つのコーナーのそれぞれに、または、燃料集合体１０Ｅの横断面において第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーのそれぞれに配置してもよい。このようなケースでは、燃料集合体１０Ｅにおいて、それらの二つのコーナー領域１５Ｃの、その燃料集合体１０の横断面に対する割合が１３％であり、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体１０Ｅの中心領域１４Ｃの、その燃料集合体１０Ｅの横断面に対する割合が７９％である。

横断面において１１行１１列で燃料棒１１を配置した燃料集合体１０Ｅにおけるコーナー領域１５Ｃは、燃料集合体１０Ｅの横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、及び燃料集合体１０Ｅの横断面において第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれ、または、第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナー、及び第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれに配置してもよい。このようなそれぞれのケースでは、燃料集合体１０Ｅにおいて、三つのコーナー領域１５Ｃの、その燃料集合体１０Ｅの横断面に対する割合が１９％であり、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体１０Ｅの中心領域１４Ｃの、その燃料集合体１０Ｅの横断面に対する割合が７３％である。

コーナー領域１５Ｄを有する燃料集合体１０Ｆでは、コーナー領域１５Ｄを、燃料集合体１０Ｆの横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、または第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナーにのみ配置してもよい。このような各ケースでは、燃料集合体１０Ｆにおいて、１つのコーナー領域１５Ｄの、その燃料集合体１０Ｆの横断面に対する割合が１０％であり、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体１０Ｆの中心領域１４Ａの、その燃料集合体１０Ｆの横断面に対する割合が８２％である。

燃料集合体１０Ｆにおけるコーナー領域１５Ｄは、燃料集合体１０Ｆの横断面において第１対角線上の２つのコーナーのそれぞれに、または、燃料集合体１０Ｆの横断面において第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーのそれぞれに配置してもよい。このようなケースでは、燃料集合体１０Ｆにおいて、それらの二つのコーナー領域１５Ｄの、その燃料集合体１０Ｆの横断面に対する割合が２０％であり、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体１０Ｆの中心領域１４Ａの、その燃料集合体１０Ｆの横断面に対して７２％を占めている。

コーナー領域１５Ｄを有する燃料集合体１０Ｆでは、コーナー領域１５Ｄは、燃料集合体１０Ｆの横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、及び燃料集合体１０Ｆの横断面において第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれ、または、第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナー、及び第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれに配置してもよい。このようなそれぞれのケースでは、燃料集合体１０Ｆにおいて、三つのコーナー領域１５Ｄの、その燃料集合体１０Ｆの横断面に対する割合が２９％であり、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体１０Ｆの中心領域１４Ｄの、はその燃料集合体１０Ｆの横断面に対する割合が６３％である。

１０本の燃料棒１３が配置されるコーナー領域を有する、横断面において１１行１１列で燃料棒１１を配置した燃料集合体では、その燃料集合体の横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、または第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナーにのみ、そのコーナー領域を配置してもよい。このようなそれぞれのケースでは、１０本の燃料棒１３が配置される、１つのコーナー領域の、その燃料集合体の横断面に対する割合が８％であり、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域（９本の燃料棒１１が配置可能な領域）を除いた、その燃料集合体の中心領域のその燃料集合体の横断面に対する割合が８３％である。

１０本の燃料棒１３が配置されるコーナー領域を有する、横断面において１１行１１列で燃料棒１１を配置した燃料集合体では、その燃料集合体の横断面において第１対角線上の２つのコーナーのそれぞれに、または、第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーのそれぞれに配置してもよい。このようなケースでは、１０本の燃料棒１３が配置される、それらの二つのコーナー領域の、その燃料集合体の横断面に対する割合が１６％であり、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体の中心領域の、その燃料集合体の横断面に対する割合が７６％である。

１０本の燃料棒１３が配置されるコーナー領域を有する、横断面において１１行１１列で燃料棒１１を配置した燃料集合体では、その燃料集合体の横断面において制御棒３０側の一つのコーナー、及びその燃料集合体の横断面において第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれ、または、第１対角線上でそのコーナーの反対側に位置する他の一つのコーナー、及び第２対角線上に位置する、制御棒３０側の一つのコーナーに隣り合う二つのコーナーの三つのコーナーのそれぞれに配置してもよい。このようなそれぞれのケースでは、その燃料集合体１０において、１０本の燃料棒１３が配置される、三つのコーナー領域はその燃料集合体の横断面に対して２４％を占めており、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、その燃料集合体の中心領域はその燃料集合体の横断面に対して６８％を占めている。

以上に述べた、８本の燃料棒１３を有するコーナー領域１５Ｃが形成された燃料集合体１０Ｅ、１０本の燃料棒１３を有するコーナー領域が形成された燃料集合体、及び１２本の燃料棒１３を有するコーナー領域１５Ｄが形成された燃料集合体１０Ｆのそれぞれにおけるコーナー領域及び中心領域の、燃料集合体の横断面に対する割合を考慮すれば、横断面において１１行１１列で燃料棒１１を配置した燃料集合体では、その横断面のコーナーに形成されたコーナー領域の、その燃料集合体の横断面に対する割合を６％以上４０％以下の範囲に存在する割合とし、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、１１行１１列で燃料棒１１を配置したその燃料集合体の中心領域の、その燃料集合体の横断面に対する割合を８６％以下５２％以上の範囲に存在する割合とする。

好ましくは、横断面において１１行１１列で燃料棒１１を配置した燃料集合体では、前述したように、４つのコーナー領域の、燃料集合体の横断面に対する割合は２６％以上４０％以下の範囲に存在する割合であり、１本のウォーターロッドＷＲが配置された領域を除いた、中心領域１４Ｄの、その燃料集合体の横断面に対する割合は、６６％以下５２％以上の範囲に存在する割合であることが望ましい。

なお、前述の実施例１ないし７の各燃料集合体は、改良型沸騰水型原子力プラント以外に、例えば、再循環ポンプ及び再循環系配管を有する再循環系、及びジェットポンプを備えた通常の沸騰水型原子力プラント（ＢＷＲプラント）、及びチムニを設け、これにより冷却水の自然循環で炉心を冷却する自然循環型の沸騰水型原子力プラント等に適用することができる。

１～７，４Ａ，５Ａ，Ｇ，１１～１３…燃料棒、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ…燃料集合体、１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ…中心領域、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ…コーナー領域、１６…チャンネルボックス、１７…下部タイプレート、２０…燃料スペーサ、２０…原子炉、２１…原子炉圧力容器、２２…炉心、２３…炉心シュラウド、２６…インターナルポンプ、３０…制御棒。

Claims (14)

1. 下部燃料支持部材と、上部燃料支持部材と、下端部が前記下部燃料支持部材に支持されて上端部が前記上部燃料支持部材に支持され、内部に核燃料物質が充填された複数の燃料棒と、上端部が前記上部燃料支持部材に取り付けられて前記下部燃料支持部材に向かって伸びており、束ねられた前記複数の燃料棒を取り囲む筒状のチャンネルボックスとを備えた燃料集合体であって、
   前記燃料棒の一部である、ウランを含みプルトニウムを含まない少なくとも１本の第１燃料棒、及び前記燃料集合体内で最低のプルトニウム富化度である複数の第２燃料棒のそれぞれが存在するコーナー領域が、前記燃料集合体の横断面における少なくとも１つのコーナーに形成され、
   前記燃料集合体の横断面において、前記コーナー領域以外に、中心領域が形成されており、前記燃料棒の残りである、前記第２燃料棒のプルトニウム富化度よりもプルトニウム富化度が高い複数の第３燃料棒が、前記中心領域に配置され、
   前記コーナー領域において、前記第１燃料棒が、前記チャンネルボックスの内面に隣接する、正方形状で且つ環状の最外周領域のコーナーに配置され、複数の前記第２燃料棒が、前記第１燃料棒の周囲に配置され、
   前記コーナー領域において、前記最外周領域のコーナーに配置された前記第１燃料棒から伸びる、前記最外周領域内で前記チャンネルボックスの内面に沿った直交する二方向のそれぞれに、複数の前記第２燃料棒を配置し、前記直交する二方向のそれぞれにおいて、前記複数の第２燃料棒のうちの１本の前記第２燃料棒を前記第１燃料棒に隣接して配置し、前記最外周領域において、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６燃料棒を、前記複数の第２燃料棒の列に隣接して配置したことを特徴とする燃料集合体。
2. 前記第１燃料棒の周囲に配置される前記第２燃料棒が、前記コーナー領域において、前記最外周領域、及び前記チャンネルボックスの内面から二列目の燃料棒配列のコーナーのそれぞれに配置される請求項１に記載の燃料集合体。
3. 前記燃料集合体は、前記燃料集合体の横断面における、前記チャンネルボックスを前記上部燃料支持部材に取り付けたチャンネルファスナ側のコーナーに位置する前記コーナー領域、及び前記チャンネルファスナ側の前記コーナーを通る対角線上で、前記チャンネルファスナ側の前記コーナーとは反対側に位置する他のコーナーに位置する他の前記コーナー領域を有し、
   他の前記コーナー領域では、前記チャンネルボックスの内面から二列目の燃料棒配列のコーナーに、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６燃料棒を配置した請求項１に記載の燃料集合体。
4. 前記コーナー領域において、前記チャンネルボックスの内面に隣接する前記最外周領域のコーナーに配置された前記第１燃料棒から伸びる、前記最外周領域内で前記チャンネルボックスの内面に沿った直交する二方向のそれぞれに、複数の前記第２燃料棒を配置し、前記直交する二方向のそれぞれにおいて、前記複数の第２燃料棒のうちの１本の前記第２燃料棒を前記第１燃料棒に隣接させて配置した請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料集合体。
5. 前記複数の第３燃料棒は、前記燃料集合体内でプルトニウム富化度が最も高い複数の第４燃料棒、及びプルトニウム富化度が、前記第２燃料棒のプルトニウム富化度と前記第４燃料棒のプルトニウム富化度の間の値である複数の第５燃料棒を含んでいる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料集合体。
6. 複数の前記第５燃料棒が、前記中心領域内で、前記コーナー領域内に配置された複数の前記第２燃料棒に隣接して配置される請求項５に記載の燃料集合体。
7. 前記コーナー領域において、他の前記第１燃料棒を、前記最外周領域内で、前記最外周領域の前記コーナーに配置された前記第１燃料棒に隣接して配置した請求項１ないし６のいずれか１項に記載の燃料集合体。
8. 前記燃料集合体は、前記燃料棒を９行９列に配置した燃料集合体であってウォーターロッドを有しており、
   この燃料集合体の横断面において形成された前記コーナー領域の、前記燃料集合体の横断面に対する割合は、９％以上４０％以下の範囲に存在する割合であり、前記ウォーターロッドが配置された領域を除いた、前記中心領域の、前記燃料集合体の横断面に対する割合が、８２％以下５２％以上の範囲に存在する割合である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の燃料集合体。
9. 前記燃料集合体は、前記燃料棒を１０行１０列に配置した燃料集合体であってウォーターロッドを有しており、
   この燃料集合体の横断面において形成された前記コーナー領域の、前記燃料集合体の横断面に対する割合は、８％以上４８％以下の範囲に存在する割合であり、前記ウォーターロッドが配置された領域を除いた、前記中心領域の、前記燃料集合体の横断面に対する割合が、８８％以下４８％以上の範囲に存在する割合である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の燃料集合体。
10. 前記燃料棒を１０行１０列に配置した前記燃料集合体の横断面において４つのコーナーに形成されたそれぞれの前記コーナー領域の、前記燃料集合体の横断面に対する割合は、３２％以上４８％以下の範囲に存在する割合であり、前記ウォーターロッドが配置された領域を除いた、前記中心領域の、前記燃料集合体の横断面に対する割合が、６４％以下４８％以上の範囲に存在する割合である請求項９に記載の燃料集合体。
11. 前記燃料集合体は、前記燃料棒を１１行１１列に配置した燃料集合体であってウォーターロッドを有しており、
    この燃料集合体の横断面において形成された前記コーナー領域の、前記燃料集合体の横断面に対する割合は、６％以上４０％以下の範囲に存在する割合であり、前記ウォーターロッドが配置された領域を除いた、前記中心領域の、前記燃料集合体の横断面に対する割合が、８６％以下５２％以上の範囲に存在する割合である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の燃料集合体。
12. 前記燃料棒を１１行１１列に配置した前記燃料集合体の横断面において４つのコーナーに形成されたそれぞれの前記コーナー領域の、前記燃料集合体の横断面に対する割合は、２６％以上４０％以下の範囲に存在する割合であり、前記ウォーターロッドが配置された領域を除いた、前記中心領域の、前記燃料集合体の横断面に対する割合が、６６％以下５２％以上の範囲に存在する割合である請求項１１に記載の燃料集合体。
13. 前記第２燃料棒のプルトニウム富化度は、０．１ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下の範囲にある請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の燃料集合体。
14. 前記第４燃料棒のプルトニウム富化度は、９．０ｗｔ％以上１７．０ｗｔ％以下の範囲にある請求項５または６に記載の燃料集合体。

Images