JPH04128688A

JPH04128688A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPH04128688A
Application number: JP2249108A
Authority: JP
Inventors: Tadao Aoyama; 肇男青山; Taro Ueki; 植木　太郎; Akiyoshi Nakajima; 章喜中島; Sadao Uchikawa; 貞夫内川; Junichi Yamashita; 淳一山下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-09-19
Filing date: 1990-09-19
Publication date: 1992-04-30
Anticipated expiration: 2015-04-24
Also published as: JP3036810B2; US5202085A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は燃料集合体及び炉心並びに燃料装荷方法に係わ
り、特に、沸騰水型原子炉に装荷され、炉停止余裕の向
上、燃料経済性の向上及び反応度制御性の確保に好適な
燃料集合体及び炉心並びにその燃料集合体の装荷方法に
関する。

〔従来の技術〕

沸騰型原子炉に装荷される従来の燃料集合体は、一般的
に、チャンネルボックスの内部に多数の燃料棒と１本又
は複数本の水ロッドを配置し、これら燃料棒及び水ロッ
ドの上下端を上部タイプレート及び下部タイプレートで
支持して構成されている。この燃料集合体では、運転時
、わずかに未飽和状態の冷却水が下部タイプレートの孔
から燃料棒間に流入し、燃料棒間を下部から上部に流れ
るにつれ燃料棒により加熱されて沸騰し、二相流となっ
て上部タイプレートの孔から流出していく。

その結果、冷却材のボイド率は燃料集合体下部では０％
だが、上部では７０％程度にも達し、燃料集合体の核的
な特性を決める要因である水素対重金属原子数比、即ち
、減速材対燃料比（Ｈ／Ｕ比：が軸方向位置で大きく異
なることになる。

一方、沸騰水型原子炉では燃料集合体のチャンネルボッ
クスの外部に制御棒や中性子検出器計装管を配置する必
要があり、そのため燃料集合体間にはそれらの装置が挿
入されるだけの間隙が設けられている。この間隙は飽和
水で満たされているため、燃料集合体周辺部（間隙に近
い領域）の燃料棒と燃料集合体中心部の燃料棒では、そ
の間隙の飽和水の影響が異なる。即ち、間隙に近い燃料
集合体周辺部は中心部に比べＨ／Ｕ比が大きな領域とな
り、核的な特性を決める要因であるＨ／Ｕ比が燃料集合
体内の径方向位置でも異なることになる。

Ｈ／Ｕ比は、中性子の平均エネルギーを決定するパラメ
ータで、その値が大きいほど中性子平均エネルギーが低
く　（中性子スペクトルがソフトに）なり、核燃料物質
との核分裂反応が促進される。

しかし、中性子スペクトルがソフトになると、核分裂反
応と共に減速材（軽水）による中性子吸収反応も増大す
る。その結果、燃料経済性の観点からＨ／Ｕ比には最適
値が存在することになる。また、核分裂反応率に依存す
る燃料棒出力もＨ／Ｕ比で決まる。即ち、燃料集合体の
熱的余裕及び余剰反応度の制御性の観点からもＨ／Ｕ比
に留意することが必要となる。

一方、現在の軽水炉において、プラント利用率の向上と
共にウラン資源を有効に活用する方法として、長期運転
サイクル化及び燃料の高燃焼度化が考えられている。燃
料集合体の取出燃焼度を高めるためには濃縮度を高める
必要があり、最適のＨ／Ｕ比が影響を受けることになる
。また、炉内滞在期間の延長は、燃料がＨ／Ｕ比が異な
る効果を炉心内で長期間受けることを意味しており、前
述のＨ／Ｕ比の影響が拡大することになる。

このような燃料集合体の径方向のＨ／Ｕ比分重分布軸方
向のＨ／Ｕ比分重分布善に対しては、必要部分での飽和
水領域の拡大や、核分裂性物質の分布の調整がある。前
者は、中性子の減速効果が悪い燃料集合体中央部及び上
部の飽和水領域を増大することでＨ／Ｕ比の改善を図る
もので、後者は燃料装荷量の調整により軸方向のＨ／Ｕ
比を改善するものである。

例えば、特開昭６２−２１１５８４号公報には、軸方向
上部の横断面積を下部より大きくし、上部の横断面形状
を十字型にした水ロッドを配置することが提案され、上
部十字型張り出し部分の下方には短尺燃料棒が装荷され
ている。

また、特開昭５２−５０４９８号公報には、燃料集合体
中心部で上方に向かって次第に拡大する減速材の通路を
形成するように、長さの異なる燃料棒を配置する提案も
ある。

また、特開平２−２９７７号公報には、濃縮度を高くす
ることで燃料集合体の高燃焼度化を図る燃料集合体にお
いて、可燃性毒物の使用による高濃縮度化に伴う燃焼初
期の局所出力ビーキングの増大を抑制し、一定の運転期
間にわたって上下方向の反応度分布を最適化するため、
軸方向上部の横断面積を下部より大きくした水ロッドと
、３種類の長さの燃料棒とで燃料集合体を構成し、最短
燃料棒を水ロッドの下部小径部に隣接して配置し、かつ
その濃縮度を燃料集合体平均濃縮度と同じがそれより低
い濃縮度とし、中間長さの燃料棒の濃縮度を平均濃縮度
と同じかそれより高い濃縮度とし、全長燃料棒の一部に
可燃性毒物を含有させる構成が開示されている。

更に、特開昭６３−３１１１９５号公報においては、濃
縮度を高くすることで燃料集合体の高燃焼度化を図る燃
料集合体において、上部領域の濃縮度も高くなることが
炉停止時（冷温時）における上部領域の反応度を増大さ
せ、炉停止余裕が減少することに着目し、炉停止余裕を
向上するため、上下方向に一様な横断面を有する２本の
大型水ロッドを配置し、この２本の大型水ロッドに隣接
して配置される燃料棒の少なくとも上端部領域の濃縮度
を隣接燃料棒の濃縮度より低くしている。

なお、その他、この種の技術に関連するものとして特公
昭５８−２９８７８号公報、特開昭６３２１５８９号公
報、特開昭６４−２８５８７号公報、特開昭５２−５０
４９８号公報がある。また、特開昭５３−４３１９３号
公報に記載のように、チャンネルボックスの肉厚を燃料
集合体下部より上部で薄くすることで上部で飽和水領域
を増大させるものもある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来技術のうち、上下方向に一様な断面積の大型
水ロッドを採用する特開昭６３−３１．１１９５号公報
等に記載の従来技術においては、燃料集合体上部におけ
る減速材対燃料比（Ｈ／Ｕ比）分布の改善には効果があ
る。しかしながら、この従来技術においては、燃料集合
体下部のＨ／Ｕ比分重分布善については配慮がされてい
ない。

また、燃料集合体の軸方向のＨ／Ｕ比分重分布善を図る
従来技術においては、軸方向のＨ／Ｕ比分重分布善のた
め燃料集合体下部の特性が犠牲となっており、燃料集合
体下部において径方向のＨ７Ｕ比分布の改善が十分でな
く、減速材あるいは燃料物質（核分裂性物質及び親物質
）の軸方向や径方向の配分に関して十分な配慮がされて
いない。

即ち、特開昭６２−２１１５８４号公報、特開昭５２−
５０４９８号公報、特開平２−２９７７号公報等におい
ては、燃料集合体上部領域でのＨ７Ｕ比を増加するため
、水ロッド又は減速材通路横断面積を軸方向上部で下部
より大きくしているが、軸方向下部については水ロッド
の面積が十分でなく、熱中性子束分布の平坦化が損なわ
れ、燃料経済性が低下するという問題がある。また、こ
れら従来技術のうち、特に特開昭６２−２１１．５８４
号公報、特開昭５２−５０４９８号公報等においては、
燃料集合体下部領域でＨ／Ｕ比を減少するために生じた
領域に普通濃縮度の燃料棒を配置するため、燃料集合体
上部に比べ下部で核分裂性物質が増大し過ぎ、その結果
、燃料集合体下部で出力分布の大きなピークが生じる。

このため、安定性を損ねたり、燃料集合体の軸方向平均
ボイド率が高くなることで燃料経済性を損ねるという問
題があった。

本発明の目的は、燃料集合体の位置によって異なる減速
材対燃料比を、燃料集合体下部も含めた全ての位置で可
能な限り最適値に近づけ、燃料経済性の向上を図る燃料
集合体及びその燃料集合体を用いた炉心、並びにその燃
料集合体の装荷方法を提供することである。

本発明の他の目的は、燃料集合体の軸方向及び径方向で
燃料物質及び減速材の分布を最適化し、燃料経済性の向
上と、余剰反応度の制御性の改善を図れる燃料集合体及
びその燃料集合体を用いた炉心、並びにその燃料集合体
の装荷方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明によれば、複数の第１
の燃料棒と、これら第１の燃料棒に囲まれ、かつ軸方向
の上部で下部より横断面積の大きい減速材手段と、前記
減速材手段の軸方向下部に隣接して配置され、燃料集合
体の横断面平均濃縮度より低い濃縮度を有する複数の第
２の燃料棒とを有し、前記減速材手段の軸方向下部での
横断面積を、熱中性子束の径方向分布の最小値及び共鳴
中性子束の径方向分布の最小値が共に前記第２の燃料棒
よりも径方向外側の領域に位置するような大きさに設定
したことを特徴とする燃料集合体が提供される。

前記減速材手段の軸方向下部での横断面積は、好ましく
は、第１の燃料棒の２本分以上の大きさである。

また、前記第２の燃料棒の濃縮度は、好ましくは燃料集
合体の横断面平均濃縮度の０．７以下であり、より好ま
しくは燃料集合体の横断面平均濃縮度の０．　５以下で
ある。第２の燃料棒は例えば天然ウランを含有する。

また、第２の燃料棒は、好ましくは前記減速材手段の軸
方向下部に隣接して配置されている短尺燃料棒であり、
その長さは、好ましくは第１の燃料棒の燃料有効長の１
／２以下である。

更に、前記減速材手段は好ましくは軸方向の上部で下部
より横断面積の大きい水ロッドである。

また、減速材手段は、軸方向の上下で横断面積の一様な
水ロッドと、前記水ロッドの上部を取り囲む冷却材通路
とからなっていてもよいし、軸方向の上下で横断面積の
一様な水ロッドと、前記水ロッドの上部を取り囲む複数
の固体減速棒とからなっていてもよい。

また、上記目的を達成するため、本発明によれば、上述
の燃料集合体を装荷してなる炉心が提供される。

炉心は、好ましくは、少なくとも中央領域と周辺領域と
を有し、前記燃料集合体は周辺領域よりも中央領域に多
く配置されている。

更に、上記目的を達成するため、本発明によれば、燃料
交換時に、周辺領域よりも中央領域に上述の燃料集合体
を多く装荷することを特徴とする燃料装荷方法が提供さ
れる。

〔作用〕

軸方向の上部で下部より横断面積の大きい減速材手段を
配置することにより、減速材対燃料比の燃料集合体軸方
向の分布及び燃料集合体上部の径方向の分布が改善され
る。また、減速材手段に隣接して、燃料集合体の横断面
平均濃縮度より低い濃縮度を有する第２の燃料棒を配置
すると共に、減速材手段の軸方向下部での横断面積を、
熱中性子束の径方向分布の最小値及び共鳴中性子束の径
方向分布の最小値が共に第２の燃料棒より径方向外側の
領域に位置する大きさに設定することにより、共鳴中性
子束の吸収効果の増大と熱中性子束の径方向の平坦化が
図れ、燃料経済性が向上しかつ余剰反応度の制御性が改
善される。

〔実施例〕

以下、本発明の原理と幾つかの実施例を図面を用いて説
明する。

発明の原理まず、本発明の原理を第１図〜第１０図により説明する
。

第１図〜第３図に、本発明の詳細な説明するのに使用す
る燃料集合体を示す。この燃料集合体では、高燃焼度化
に伴い出力ビーキングが上昇し、最大線出力密度が増大
することを考慮して、燃料棒配列を従来の８×８格子か
ら９×９格子に変更している。以下、本発明の原理をこ
の９×９格子の燃料集合体を例に取って説明するが、１
０×１０格子、１１×１１格子でも本発明は適用できる
ものである。また、燃料ペレットと被覆管との相互作用
（ＰＣＩ）が大幅に低減できる燃料棒が開発されれば、
従来の８×８格子の燃料集合体にも適用が可能である。

第１図〜第３図において、燃料集合体１０は９×９の正
方格子状に配列された多数の燃料棒１１と、これら燃料
棒１１に囲まれて横断面中央部に配置された水ロッド１
２とを有している。燃料棒１１の配列を規定する９×９
の仮想正方格子の１つを第２図に一点鎖線１５で示す。

この仮想正方格子１５は隣接する燃料棒との間隙の中間
を燃料棒の配列に平行な線で結んだものである。本明細
書では、この仮想正方格子１５を便宜上「燃料単位格子
」と呼ぶ。水ロッド１２は、軸方向下部１２ａが第２図
に示すように、燃料単位格子５個分の領域を占める横断
面十字型をなし、軸方向上部１２ｂが第３図に示すよう
に、燃料単位格子９個分の領域を占める横断面正方形を
なしている。

燃料集合体１０は、更に、水ロッド】２の軸方向上部１
２ｂの径方向拡径部分の下方で軸方向下部１．２　ａに
隣接した領域、即ち、水ロッド１２を含む３×３の中央
領域の４つのコーナ部に配置された短尺燃料棒１３を有
している。短尺燃料棒１３は、燃料物質として、例えば
天然ウラン、減損ウラン、回収ウラン等、ウラン−２３
８の重量割合が高い低濃縮ウランを含有した低濃縮度燃
料棒である。燃料棒１１．１３及び水ロッド１２はチャ
ンネルボックス１４により最外周を取り囲まれている。

以上のように構成した燃料集合体１ｏの作用効果は次の
ようである。

第−に、燃料集合体１０は、水ロッド１２の軸方向上部
１．２　ｂの水断面積を下部１２ａより大きくすること
により、減速材対燃料比（Ｈ／Ｕ比）の軸方向分布を改
善している。また、原子炉の運転時、チャンネルボック
ス１４の外側の隣接燃料集合体との間は飽和水（ギャッ
プ水）で満たされるが、水ロッド１２の軸方向上部１２
ｂを第３図に示すごとき大きな水面積を持つ形状とする
ことにより、燃料集合体１０上部での径方向のＨ／Ｕ比
分重分布善している。

第二に、水ロッド１２の軸方向下部１２ａ（以下、単に
水ロッド１２ａと言う）の横断面での水面積を燃料棒２
本分以上の大きさとし、かつこれに隣接して低濃縮度燃
料棒１３を配置することにより、共鳴中性子束の吸収効
果の増大と熱中性子束の径方向の平坦化が図れ、燃料経
済性が向上しかつ余剰反応度の制御性を改善している。

第２の点について更に詳細に説明する。

水ロッド１．２　ａは、燃料集合体１０の径方向の出力
分布を平坦化するために燃料集合体１０の中央領域に配
置される。核分裂で発生した高速エネルギ群の中性子は
、平均自由行程が長いため、燃料集合体内での分布は平
坦である。一方、ギャップ水や水ロッド領域は、中性子
の減速効果が大きいため、共鳴エネルギ群中性子や熱エ
ネルギ群中性子、特に熱エネルギー群中性子の源となっ
ている。

第４図及び第５図に、水ロッドの横断面の大きさが燃料
集合体内の共鳴中性子束分布及び熱中性子束分布に及ぼ
す効果についての検討結果を示す。

ケースａは横断面積が燃料単位格子１個分の領域を占め
る水ロッドを用いた場合であり、ケースｂは上記本発明
の水ロッド１．２　ａを用いた場合であり、ケースＣは
横断面積が燃料単位格子９個分、即ち、本発明の水ロッ
ド１２の軸方向上部１２　ｂの大きさの水ロッドを用い
た場合である。いずれの場合も、燃料棒は全て同じ濃縮
度のものを用いた。

第４図において、ケースａでは、水ロッド横断面積が燃
料単位格子１個分であるため、共鳴エネルギ群中性子の
源としての機能が小さく、水ロッドに隣接する燃料単位
格子位置“４“での共鳴中性子束の値は小さい。これに
対し、ケースｂでは、同位置“４”での共鳴中性子束の
値は大きく、その位置より更に径方向外側にある燃料単
位格子位置“３”付近に共鳴中性子束分布の最小値が位
置している。ケースＣでは位置“３”で更に大きな共鳴
中性子束が得られる。

また、第５図において、ケースａでは、同様に熱エネル
ギ群中性子の源としての機能が小さく、水ロッドに隣接
する燃料単位格子位置“４”での熱中性子束の値は小さ
い。これに対し、ケースｂでは、同位置“４”での熱中
性子束の値は大きく、その位置より更に径方向外側にあ
る燃料単位格子位置“３”付近にやはり熱中性子束分布
の最小値が位置している。ケースＣでは位置“３″で更
に大きな熱中性子束が得られる。

以上より、本願発明者等は、水ロッド領域は共鳴エネル
ギ群や熱エネルギ群中性子の源となっているが、この効
果は、熱エネルギ群で特に大きいこと、また水ロッドに
隣接する燃料単位格子位置で共鳴中性子束と熱中性子束
を最小にしないためには、横断面積が燃料単位格子１個
分の大きさの水ロッド（ケースａ）では不十分であるこ
と、方、燃料棒２本分以上の大きさを有する横断面十字
型の水ロッドを配置すれば、熱中性子束の径方向分布の
最小値及び共鳴中性子束の径方向分布の最小値が共に水
ロッドに隣接する燃料単位格子位置の更に径方向外側の
領域に位置するようになることを見出だした。

本発明は以上の知見に基づいており、水ロッド１２ａの
横断面積を少なくとも燃料棒２本分の領域を占める大き
さとすることにより、熱中性子束の径方向分布の最小値
及び共鳴中性子束の径方向分布の最小値が共に低濃縮度
燃料棒１３の更に径方向外側の領域に位置するようにな
り、これにより低濃縮度燃料棒１３の位置で転換に活用
し得るに十分な大きさの共鳴中性子束を確保し、かつそ
れよりも更に径方向外側の燃料棒１１の位置で熱中性子
束を効果的に増大させることが可能となる。

次に、第６図及び第７図に、水ロッド領域に隣接する燃
料棒の濃縮度が上述の共鳴中性子束分布及び熱中性子束
分布に及ぼす効果についての検討結果を示す。水ロッド
１２ａに隣接する位置に濃縮度の低いＣ燃料棒を配置す
ると、その燃料棒に隣接するＤ燃料棒位置での中性子ス
ペクトルは、第６図に示すように変化する。即ち、Ｄ燃
料棒位置での共鳴エネルギ群中性子はＣ燃料棒の濃縮度
に影響されないが、熱エネルギ群中性子束は、燃料集合
体の横断面平均濃縮度に対するＣ燃料棒の濃縮度の比率
が０．　７以下になると線形以上に増大し、特に、その
比率が０．　５以下で熱エネルギ中性子束の増大の効果
が大きい。その結果、第７図に示すように、濃縮度の比
率が０．　７以下で径方向出力分布の平坦化が達成され
、その比率が０゜５以下で平坦化の効果が特に大きい。

以上より、本願発明者等は、水ロッド１．２　ａに隣接
して低濃縮度燃料棒１３を配置した場合、燃料棒１３よ
りも径方向外側の領域における共鳴中性子束は影響をほ
とんど受けないが、熱中性子束はその影響を受け、燃料
棒１３の濃縮度が低くなるにしたがって熱中性子束が増
大すること、したがって、燃料棒１３はその濃縮度を所
定値以下にすることにより水ロッド１２ａに隣接するこ
とで水ロッドの代用機能を果たすこと、その効果は燃料
棒１３の濃縮度が燃料集合体の横断面平均濃縮度の好ま
しくは０．７以下、より好ましくは０゜５以下で特に大
きくなることを見出だした。

本発明はこの知見にも基づいており、水ロッド１２ａに
隣接して燃料棒１３を配置し、その濃縮度を所定値以下
とすることにより、上述した水ロッド１２ａの横断面積
との相乗効果により燃料棒１３の径方向外側の領域にお
ける熱中性子束を更に増大させ、径方向出力分布の平坦
化に寄与させるものである。

また、燃料棒１３の濃縮度が低くなることは燃料親物質
であるウラン−２３８の量が増えることである。一方、
上述したように、水ロッド１２ａの横断面積を適切に設
定することにより熱中性子束だけでなく共鳴中性子束も
増加させる。ウラン−２３８は共鳴エネルギ群中性子を
吸収することでプルトニウム−２３９へ転換される。し
たがって、燃料棒１３の濃縮度を所定値以下とすること
により、ウラン−２３８の量が増え、共鳴エネルギ群中
性子を効率よく吸収することで、燃焼初期は反応度制御
に寄与しながら、燃焼末期は転換したプルトニウムを燃
料として有効に活用することが可能となる。即ち、燃料
棒１３の濃縮度を所定値以下とすることで、燃料棒１３
は熱中性子束増大の効果と共鳴中性子束利用の効果の二
重の機能を果たす。

以上のように、本発明は、少なくとも燃料棒２本分の領
域を占める水ロッド１２ａを配置し、かつ水ロッド隣接
燃料棒の濃縮度を好ましくは横断面平均濃縮度の０．７
以下、より好ましくは０゜５以下とすることにより、共
鳴中性子束の吸収効果の増大と熱中性子束の径方向の平
坦化を図るものである。

なお、第４図及び第５図の検討結果は、水ロッド１２ａ
に隣接する燃料棒１３が他の燃料棒１１と同じ濃縮度の
場合のものであるが、燃料棒１３の濃縮度を燃料集合体
の横断面平均濃縮度より低くした場合、第６図及び第７
図の検討結果より熱中性子束は更に増大するのであるか
ら、燃料棒１３の濃縮度を燃料集合体の横断面平均濃縮
度より低くした本発明においても、熱中性子束の径方向
分布の最小値及び共鳴中性子束の径方向分布の最小値は
共に低濃縮度燃料棒１３の更に径方向外側の領域に位置
する。

次に、熱中性子束の径方向の平坦化の効果と共鳴中性子
束の吸収効果の増大により得られる効果を具体的に説明
する。

熱中性子束の径方向の平坦化は第２図に示す水ロッド１
２ａと低濃縮度燃料棒１３の径方向外側の領域での熱エ
ネルギ中性子束の値を大きくすることであり、これはそ
の領域の燃料棒１１の効率的な燃焼を可能とし、燃料経
済性の向上に寄与する。また、径方向出力分布（局所出
力ビーキング）の平坦化による熱的余裕や安定性の向上
の効果が得られる。

一方、共鳴中性子束の吸収効果の増大は低濃縮度燃料棒
１３に含まれるウラン−２３８（燃料親物質）からプル
トニウム−２３９への転換を図ることであり、これは、（１）燃焼末期の反応度向上（２）燃焼初期の反応度制御（３）上記（＋１．　（２）による燃焼に伴う反応度劣
化の減少等の効果がある。

そして（＋）は燃料経済性の向上（省ウラン効果）に、
（２）は可燃性毒物（例えばガドリニア）混入量の低減
とそれによる燃料経済性の向上（省ウラン効果）に、ま
た（３）は炉心滞在期間の違いによる他燃料集合体との
反応度差を減少させ、炉心出力ビーキングの減少に寄与
する。更に、ボイド率が低い燃料集合体下部領域は、上
部領域に比べ燃焼に伴う反応度劣化が大きいので、上記
（３）の効果は燃料集合体下部において特に著しく、下
部領域でウラン−２３８からプルトニウム−２３９への
転換を活用すれば、上下間の燃焼度分布の平坦化により
、最大線出力の低減、炉停止余裕の増大、安定性、スク
ラムの特性の向上等の熱的余裕の増大、及び余剰反応度
の制御性の改善が図れる。

第８図は、低濃縮度ウラン燃料棒の配置位置による上記
（＋１．　（２）の効果の検討結果を示したものである
。解析には第９図に示した従来の８×８の正方格子配列
の燃料棒１６を持つ燃料集合体を用いた。中央部には対
角位置に２本の水ロッド１７が配置されている。第８図
において、横軸のケースｅは水ロッド１７に面した領域
に水ロッド１７を取り囲んで１２本の天然ウラン燃料棒
を配置した場合、ケースｆは水ロッド１７と外側ギャッ
プ水領域１８との間の中間領域に１２本の天然ウラン燃
料棒を配置した場合、ケースｇはギャップ水１８に面し
た領域に１２本の天然ウラン燃料棒を配置した場合であ
り、それぞれ、燃料集合体の横断面平均濃縮度は同じに
調整した。また第８図の縦軸は、各ケースでの燃料集合
体の反応度に対する平均濃縮度が同じとなるように燃料
棒を配置した従来の燃料集合体（以下、これをケースｈ
と言う）の反応度の差をとっている。また、破線は燃焼
末期における反応度差、即ち、上記（１）の効果を、実
線は燃焼初期の反応度差、即ち、上記（２）の効果示し
ている。

ケースｅではケースｈに比べ、燃料集合体の反応度は燃
焼初期で小さく、燃焼末期で大きくなっている。ケース
ｆでは燃焼初期及び末期共に反応度はケースｈとほぼ同
じである。ケースｇでは、燃焼初期ではケースｅより更
にケースｈに比べて反応度が小さくなり、燃焼末期では
ケースｈに比べ反応度は少し小さくなっている。

以上から次のことが分かる。上記（２）の効果（従って
上記（３）の効果）は、ケースｅ、　　ｆのように減速
効果が高い領域はど大きいが、減速効果も最も高い領域
（ケースｇ）では（＋）の効果は得られない。その理由
は、ギャップ水に面した領域は熱エネルギー領域中性子
束も著しく高い領域であり、燃焼の割合が高いからであ
る。換言すれば、この領域は転換に活用するより核分裂
性物質の反応に活用する方が燃料経済性の向上に適して
いることを示している。一方、水ロッドに面した領域（
ケースｅ）に天然ウランを設置すると、転換の活用が図
れるだけでなく、ギャップ水に面した領域の燃料棒の濃
縮度を相対的に高め、核分裂性物質の反応効率を相対的
に高めることになり、燃料経済性の向上も実現できる。

以上より、本願発明者等は、ウラン２３８からプルトニ
ウム−２３９への転換は水ロッドに隣接した領域だけで
なく、ギャップ水に面した領域でも可能であるが、転換
の実質的活用を図るためには、ギャップ水でなく水ロッ
ドに隣接した領域に低濃縮度燃料棒を配置することが有
効であることを見出だした。本発明はこの知見にも基づ
くものである。

以上のように、本発明は、燃料集合体の下部領域で少な
くとも燃料棒２本分の領域を占める水ロッド１２ａに隣
接して低濃縮度燃料棒１３を配置すること、及びその低
濃縮度を好ましくは横断面平均濃縮度の０．７以下、よ
り好ましくは０．５以下とすることにより、共鳴中性子
束の吸収効果の増大と熱中性子束の径方向の平坦化の活
用をしり、燃料経済性の向上と、反応度制御性の改善り
び熱的余裕の向上を図るものである。

次に、本発明の効果が及ぶ天然ウラン短尺燃寥棒１３の
軸方向位置について考察する。第１０しにその検討結果
を示す。図中、横軸は短尺燃料相１３の長と、縦軸は省
ウラン効果を示す。この？ウラン効果は単位発生エネル
ギ当りの必要天然ウラン量の節約量を示す。

水ロッド１２の軸方向下部１２ａに隣接して世濃縮度燃
料棒１３を配置することにより上述したように省ウラン
効果が得られるが、天然ウラン短尺燃料棒１３の長さが
普通燃料棒１１の燃料有効長の９／２４付近以下の範囲
では、省つラン効牙は燃料棒１３の長さの増加と共に増
加し、燃料槽１３の長さが９／２４付近を越えると省つ
ラン勿果は減少し初め、１２／２４付近で省つラン効采
の減少が顕著となる。即ち、燃料有効長の１／２以下の
長さで天然ウラン燃料棒１３は省ウラン効果を発揮し、
１×２以上の長さになると省ウラン効果が得られない。

これは、天然ウラン燃料棒】３が燃料有効長の１／２以
下では燃料集合体の上部と下部の両方でＨ／Ｕ比が最適
化されているのに対して、燃料有効長の１７２以上にな
ると、燃料集合体上部でのＨ／Ｕ比が最適値より小さ（
なり過ぎるためである。

以上より、本願発明者等は、省ウラン効果を確実にする
には、低濃縮燃料棒の長さを全長燃料棒の燃料有効長の
］／２以下にすることが有効であること、及び最も高い
省ウラン効果を発揮するには、低濃縮燃料棒の長さを全
長燃料棒の燃料有効長の９／２４程度にするのが好まし
いことを見出だした。本発明はこの知見にも基づいてお
り、短尺燃料棒１３の長さは燃料棒１１の燃料有効長の
１／２以下、好ましくは９／２４付近の長さとしている
。

なお、本発明は、燃料集合体の上下間で燃料装荷量は異
なるが、下部には核分裂性物質の重量割合が横断面内で
最小の燃料棒を装荷するのでウラン−２３５の量はほぼ
等しく、むしろウラン−２３８で減速材である軽水を排
除していることになるので、軸方向出力分布が下部に歪
むことはない実施例次に、本発明の一実施例を第１１図〜第１５図により説
明する。

第１１図において、本発明の第１の実施例である燃料集
合体２０は、四角筒のチャンネルボックス１と、このチ
ャンネルボックス１の内部に収納された燃料バンドル２
からなる。燃料バンドル２は、チャンネルボックス１の
上下部に嵌め込まれた上部タイプレート３及び下部タイ
プレート４と、チャンネルボックス１の内部で軸方向に
間隔をおいて設置された複数個のスペーサ５と、このス
ペーサ５を貰通し、タイプレート３．４に両端を固定し
た燃料棒６及び水ロッド７と、下部のスペーサ５を貫通
し、下部タイプレート４に下端を固定された短尺燃料棒
８と、下部及び中央のスペーサ５を貫通し、下部タイプ
レート４に下端を固定された中間長の短尺燃料棒９とで
構成される。

第１２図に燃料集合体の燃料有効部の構成を、第１３図
〜第１５図にその横断面を示す。燃料棒６及び短尺燃料
棒８，９は９×９の正方格子状に配列され、水ロッド７
はこれ等燃料棒に取り囲まれて、その中央部に配置され
ている。水ロッド７は、軸方向下部７ａが第１３図に示
すように、燃料単位格子５個分の領域を占める横断面十
字型をなし、軸方向上部７ｂが第１４図及び第１５図に
示すように、燃料単位格子９個分の領域を占める横断面
正方形をなしている。

短尺燃料棒８は、第１３図に示すように、水ロッド７の
軸方向上部７ｂの径方向拡径部分の下方で軸方向下部７
ａに隣接した領域、即ち、水ロッド７を含む３×３の中
央領域の４つのコーナ部に４本配置されている。短尺燃
料棒８は天然ウラン燃料棒であり、長さは燃料棒６の全
長の９／２４である。水ロッド７の軸方向下部７ａもこ
れに対応して燃料棒６の下端から９／２４までの領域に
位置している。

短尺燃料棒９は、第１５図から分かるように、燃料格子
配列の最外周から数えて２番目の列に所定間隔で８本配
置されている。短尺燃料棒９の濃縮度は燃料棒６と同じ
であり、長さは燃料棒６の全長の１５／２４である。

以上の構成を有する結果、燃料有効部は軸方向に３つの
領域に分れ、各領域は以下の構成となる。

（１）下部領域（燃料棒６の下端から全長の９／２４ま
で）：第１３図・燃料棒６・横断面十字型の大型水ロッド７ａ（水ロッド内面積９
ｃｎｆ）・短尺燃料棒８（４本）・短尺燃料棒９（８本）（２）中部領域（全長の９／２４から２５／２４まで）
：第１４図・燃料棒６・横断面正方形の大型水ロッド７ｂ（水ロッド内面積１
４ｃｎｆ）・短尺燃料棒９（８本）（３）上部領域（全長の１５／２４から上端まで）：第
１５図・燃料棒６・横断面正方形の大型水ロッド７ｂ・短尺燃料棒９上方の空隙２１また、燃料棒６，９の濃縮度は短尺天然ウラン燃料棒８
を含む下部領域（＋）で燃料集合体２０の横断面平均濃
縮度が約４％になるように調整されている。

以上の構成において、減速材対燃料比の指標であるＨ／
Ｕ比は上部領域（３）（ボイド率７０％）で４．１、下
部領域（１）（ボイド率０％）で５゜６となった。比較
のため、第９図に示す従来の燃料集合体におけるＨ／Ｕ
比は、上部領域（ボイド率７０％）で３゜３、下部領域
（ボイド率０％）で５．９である。従って、本実施例に
よれば、上部領域と下部領域のＨ／Ｕ比の差を従来の約
半分にできる。即ち、燃料集合体全体のＵ／Ｈ比をその
最適値である４、０から５．０程度に近づけられる。こ
のＨ／Ｕ比の改善は高反応度化を達成すると共に、運転
時の出力分布は平坦化でき、熱的余裕を増大する。更に
、燃焼度及び運転時と冷温時の反応度差が燃料集合体上
下で著しく異ならなくできたことより、取出燃焼度５０
ＧＷｄ／を以上の燃料においても炉停止余裕が確保でき
る。

また、以上のように構成した本実施例においては、下部
領域（１）での水ロッド７ａは燃料単位格子５個分の領
域を占める大きさであり、また下部領域（１）での横断
面平均濃縮度が４％で短尺燃料棒８を構成する天然ウラ
ンの濃縮度は約０．７％であるので、第６図及び第７図
の横軸の指標である横断面平均濃縮度に対する水ロッド
隣接燃料棒の濃縮度の比率は約１．８である。また、低
濃縮度燃料棒８の長さは燃料棒６の全長の９／２４であ
る。従って、前述の原理説明から明らかなように、共鳴
中性子束の吸収効果の増大と熱中性子束の径方向の平坦
化の活用が図れ、燃料経済性は一層向上し、また安定性
の向上、余剰反応度の制御性の改善及び熱的余裕の向上
の効果が得られる。

本発明の第２の実施例を第１６図〜第１８図により説明
する。本実施例は燃料棒配列を１０×１０格子にし７た
燃料集合体に本発明を適用したものである。

第１６図〜第１８図は、第１の実施例の第１３図〜第１
５図と同じ位置での横断面を示している。

これ導因において、本実施例の燃料集合体３０は、１０
×１０の正方格子状に配列された燃料棒３１と、これら
燃料棒３１に囲まれ、横断面中央部に配置された水ロッ
ド３２と、短尺燃料棒３３，３４と、これら燃料棒３１
．３３．３４及び水ロッド３２を取り囲むチャンネルボ
ックス３５とで構成されている。水ロッド３２は、軸方
向下部３２ａが第１６図に示すように、燃料単位格子４
個分の領域を占める横断面正方形をなし、軸方向上部３
２ｂが第１７図及び第１８図に示すように、燃料単位格
子１２個分の領域を占める横断面正方形をなしている。

短尺燃料棒３３は、第１６図に示すように、水ロッド３
２の軸方向上部３２ｂの径方向張り出し部分の下方で軸
方向下部３２ａに隣接した領域に８本配置されている。

短尺燃料棒３３は天然ウラン燃料棒であり、長さは燃料
棒３１の全長の９／２４である。水ロッド３２の軸方向
下部３２ａもこれに対応した長さとなっている。

短尺燃料棒３４は、第１６図及び第１７図から分かるよ
うに、燃料格子配列の最外周から数えて２番目の列に所
定間隔で１２本、４×４中央領域のコーナ部に４本、合
計１６本配置されている。

短尺燃料棒３４の濃縮度は燃料棒３１と同じであり、長
さは燃料棒３１の全長の１５／２４である。

以上の構成を有する結果、燃料有効部の構成は軸方向に
以下の３つの領域に分れる。

（１）下部領域（燃料棒３１の下端から全長の９／２４
まで）：第１６図・燃料棒３１・横断面正方形の大型水ロッド３２ａ（水ロッド内面積
３．　６ａＩ）・短尺燃料棒３３（８本）・短尺燃料棒３４（１６本）（２）中部領域（全長の９／２４から２５／２４まで）
：第１７図・燃料棒３１・横断面十字型の大型水ロッド３２ｂ（水ロッド内面積
１３．５ｃｎｆ）・短尺燃料棒３４（１２本）（３）上部領域（全長の１５／２４から上端まで）：第
１８図・燃料棒３１・横断面十字型の大型水ロッド３２ｂ・短尺燃料棒３４上方の空隙３６また、燃料棒３１．３４の濃縮度は短尺天然ウラン燃料
棒３３を含む下部領域（１）で燃料集合体３０の横断面
平均濃縮度が約５％になるように調整されている。

以上の構成において、減速材対燃料比の指標であるＨ／
Ｕ比は上部領域（３）（ボイド率７０％）で４．３、下
部領域（１）（ボイド率０％）で４゜９となり、第９図
に示す従来の燃料集合体にあっては上部領域（ボイド率
７０％）で３．３、下部領域（ボイド率０％）で５．９
であったのと比較して、その差を半分以下にできる。即
ち、燃料集合体全体のＵ／Ｈ比がその最適値である４、
０から５．０程度に更に近づく。その結果、平均濃縮度
を５％程度に高めたにも係わらず、運転時と冷温時の反
応度差は燃料集合体上下で３．０％Δに程度（濃縮度３
％程度の従来燃料より５０％減少）と小さくなる。

以上のＨ／Ｕ比の改善により運転時の出力分布は平坦化
でき、更に、燃焼度及び運転時と冷温時の反応度差が燃
料集合体上下で著しく異ならなくできたことより、取出
燃焼度５０ＧＷｄ／を以上の燃料においても炉停止余裕
が確保できる。また、圧力損失が大きくなる二相流部の
流路面積を犠牲にすることせず、燃料装荷量を従来燃料
より３％増大できるため、燃料経済性も向上する。

また、以上のように構成した本実施例においては、下部
領域（１）での水ロッド３２ａは燃料単位格子４個分の
領域を占める大きさであり、また下部領域（１）での横
断面平均濃縮度が５％で短尺燃料棒３３を構成する天然
ウランの濃縮度は約０゜７％であるので、第６図及び第
７図の横軸の指標である横断面平均濃縮度に対する水ロ
ッド隣接燃料棒の濃縮度の比率は約１．２である。また
、低濃縮度燃料棒３３の長さは燃料棒３１の全長の９／
２４である。従って、本実施例においても、共鳴中性子
束の吸収効果の増大と熱中性子束・の径方向の平坦化の
活用が図れ、燃料経済性は一層向上し、また安定性の向
上、反応度制御性の改善及び熱的余裕の向上の効果が得
られる。

本発明の第３の実施例を第１９図〜第２１図により説明
する。図中、第１・６図〜第１８図に示す部材と同等の
部材には同じ符号を付している。

本実施例は、第２の実施例において横断面が上下一様の
水ロッド３７を配置したものである。即ち、本実施例の
燃料集合体３０Ａにおいて、水ロッド３７は軸方向に、
燃料単位格子４個分の領域を占める正方形の一様な横断
面を有している。天然ウランの短尺燃料棒３３は、燃料
棒３１の下端から全長の９／２４の範囲の下部領域で、
水ロッド３７に隣接して配置されている。第２０図に示
す中間領域の横断面では、短尺燃料棒３３の上方に対応
する位置に空隙３８が形成され、第２１図に示す上部領
域の横断面では、更に、短尺燃料棒３４の上方に対応す
る位置に空隙３８が形成されている。他の構成は第２の
実施例と同じである。

本実施例では、第２の実施例に比べ中部領域（２）及び
上部領域（３）で空隙３８により流路面積を増大するこ
とができる。また、空隙３８は水ロッド３７に隣接し、
発熱体が回りに少ないため、ボイド率が低く、水ロッド
とほぼ等価な減速作用が得られる。

従って、本実施例によっても第２の実施例と同様の効果
を得ることができると共に、空隙３８が流路面積を増大
させることで圧力損失の低減を図ることができる。

本発明の第４の実施例を第２２図〜第２４図により説明
する。図中、第１９図〜第２１図に示す部材と同等の部
材には同じ符号を付している。

本実施例の燃料集合体３０Ｂは、第３の実施例において
水ロッドに隣接する短尺燃料棒３３の上部領域（空隙３
８）に固体減速材３８Ａを配置したものである。

本実施例によれば、第２及び第３の実施例に比べて上部
領域の水素密度を増大することができる。

従って、上下間のＨ／Ｕ比の差を更に小さくすることが
できる。

本発明の第５の実施例を第２５図〜第２８図により説明
する。図中、第１２図〜第１５図と同等の部材には同じ
符号を付している。本実施例は上部薄肉・角部厚肉型の
チャンネルボックスを用いるものである。

即ち、本実施例の燃料集合体２ＯＡはチャンネルボック
ス４０を有し、チャンネルボックス４０は、第２５図に
示すように、下部４０ａに比べ上部４０ｂが薄肉になっ
ており、また第２６図〜第２８図に示すように、角部４
０ｃがそれ以外の部分４０Ｃに比べ厚肉になっている。

他の構成は第１の実施例と同じである。その結果、燃料
集合体２ＯＡをチャンネルボックス４０も含めて３つの
領域に分けると、各領域は以下の構成となる。

（１）下部領域（燃料棒６の下端から全長の９／２４ま
で）：第２６図・燃料棒６・横断面十字型の大型水ロッド７ａ（水ロッド内面積９
ｃ＋ｆ）・短尺燃料棒８（４本）・短尺燃料棒９（８本）・平均肉厚１００ａ＋ｉｌの角部肉厚チャンネルボック
ス４０ａ（２）中部領域（全長の９／２４から２５／２４まで）
：第２７図・燃料棒６・横断面正方形の大型水ロッド７ｂ（水ロッド内面積１
４ｃｎｆ）・短尺燃料棒９（８本）・平均肉厚１００ａ＋ｉｌの角部肉厚チャンネルボック
ス４０ａ（３）上部領域（全長の１５／２４から上端まで）第１
５図・燃料棒６・横断面正方形の大型水ロッド７ｂ・短尺燃料棒９上方の空隙２１・平均肉厚７５ｍ１ｌの角部肉厚チャンネルボックス４
０ｂ上部薄肉・角部厚肉型のチャンネルボックス４０は、燃
料集合体２ＯＡの上下間でチャンネルボックス外部の飽
和水領域に分布をつけるものである。即ち、燃料集合体
上部は下部に比べて強度上の制約が小さいため、薄肉化
が可能であり、上部の構造材を減速材に代えることで、
中性子無駄吸収の減少と共に、上部で飽和水領域を増大
させる効果が得られる。チャンネルボックスの角部厚肉
はチャンネルボックスの薄肉化を促進させる機能がある
。

本実施例によれば、上部領域（ボイド率７０％）での減
速材体燃料比を更に０．１５大きくすることができ、上
部領域と下部領域のＨ／Ｕ比の差を一層小さくできる。

また、これにより上部領域の運転時と冷温時の反応度差
は１．２％Δに程度減少するので、炉停止余裕も更に改
善される。

最後に、本発明の燃料集合体を用いて構成した炉心の設
計概念の一例を説明する。

第２９図及び第３０図において、炉心５０は中央領域５
１、周辺領域５２及び最外周部領域５２の３つの領域か
らなっている。中央領域５１及び周辺領域５２には本発
明の燃料集合体が装荷される。本発明の燃料集合体は軸
方向のＨ／Ｕ比の差が小さく、その結果炉停止余裕が改
善されている。

従って、新燃料の割合を反応度への寄与の大きい炉心中
央領域５１で多くすることができる。即ち、中央領域５
１には周辺領域５２より燃料交換時の取扱燃料が多くな
るように本発明の燃料集合体を装荷することができる。

従って、例えば、炉心中央領域５１では３バッチ分散装
荷方式とし、炉心周辺領域５２では４バッチ分散装荷方
式とすることにより、燃料経済性を更に高めることがで
きる。

なお、以上の実施例では、燃料物質としてはウランを対
象にしたが、ウランとプルトニウムの混合物でも同様の
効果が得られる。

また、以上の実施例では、燃料集合体に水ロッドを用い
たが、水ロッドの代わりに、水素密度が高く中性子吸収
断面積が小さな固体減速材（例えばジルコニウムハイド
ライド等）を封入した固体減速棒を用いても、同様の効
果が得られる。更に、低濃縮度燃料棒として、使用済燃
料から取り出されたプルトニウムや回収ウランを用いて
も同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、減速材、核分裂性物質及び親物質を燃
料集合体内軸方向及び径方向に最適に配置するので、燃
料集合体の下部も含めた全ての位置で減速材対燃料比が
最適値に近づき、その結果、共鳴中性子束の吸収効果の
増大出熱中性子束の径方向の平坦化の活用が図れ、燃料
経済性が向上しかつ余剰反応度の制御性が改善されると
共に、熱的余裕を向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための燃料集合体の燃
料有効部の概略図であり、第２図は第１図のＩＩ−ＩＩ
線断面図であり、第３図は第１図の■−ｍ線断面図であ
り、第４図は水ロッド領域の大きさが燃料集合体内の共
鳴中性子束分布に及ぼす効果を示す図であり、第５図は
水ロッド領域の大きさが燃料集合体内の熱中性子束分布
に及ぼす効果を示す図であり、第６図は水ロッド領域に
隣接する燃料濃縮度が中性子束分布へ及ぼす影響を示す
図であり、第７図は水ロッド領域に隣接する燃料濃縮度
が出力分布の平坦化に及ぼす効果を示す図であり、第８
図は低濃縮度燃料棒の配置位置による反応度の変化を示
す図であり、第９図は比較のために引用した従来の燃料
集合体の断面図であり、第１０図は本発明の効果が及ぶ
低濃縮度燃料棒の軸方向配置位置を示す図であり、第１
１図は本発明の第１の実施例による燃料集合体の縦断面
図であり、第１２図はその燃料集合体の燃料有効部の概
略図であり、第１３図〜第１５図はそれぞれ第１２図（
７）　Ｘｌ−ＩＩ線、ＩＮ−ＸＸＩ線、及びＸＶ−ＸＶ
線断面図であり、第１６図〜第１８図は本発明の第２の
実施例による第１３図〜第１５図と同様な断面図であり
、第１９図〜第２１図は本発明の第３の実施例による第
１３図〜第１５図と同様な断面図であり、第２２図〜第
２４図は本発明の第４の実施例による第１３図〜第１５
図と同様な断面図であり、第２５図は本発明の第５の実
施例による燃料集合体の燃料有効部の概略図であり、第
２６図〜第２８図はそれぞれ第２５図のＸＸＶＩ−ＸＸ
ＶＩ線、ＸＸ■−ＸＸ■線、及びＸＸＩ−ＸＸＩ線断面
図であり、第２９図は本発明の燃料集合体を用いて構成
した炉心の平面図であり、第３０図はその炉心の縦断面
図である。符号の説明１０・・・燃料集合体１１・・・燃料棒（第１の燃料棒）１２・・・水ロッド（減速材手段）１２ａ・・・軸方向下部１２ｂ・・・軸方向上部１３・・・燃料棒（第２の燃料棒）２０．２０Ａ、３０．３０Ａ・・・燃料集合体６．３１
・・・燃料棒（第１の燃料棒）７．３２．３７・・・水
ロッド（減速材手段）８．３３・・・燃料棒（第２の燃
料棒）４０・・・チャンネルボックス５０・・・炉心５１・・・中央領域５２・・・周辺領域

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の第１の燃料棒と、これら第１の燃料棒に囲
まれ、かつ軸方向の上部で下部より横断面積の大きい減
速材手段と、前記減速材手段の軸方向下部に隣接して配
置され、燃料集合体の横断面平均濃縮度より低い濃縮度
を有する複数の第２の燃料棒とを有し、前記減速材手段
の軸方向下部での横断面積を、熱中性子束の径方向分布
の最小値及び共鳴中性子束の径方向分布の最小値が共に
前記第２の燃料棒よりも径方向外側の領域に位置するよ
うな大きさに設定したことを特徴とする燃料集合体。
（２）請求項１記載の燃料集合体において、前記減速材
手段の軸方向下部での横断面積が、前記第１の燃料棒の
２本分以上の大きさであることを特徴とする燃料集合体
。
（３）請求項１記載の燃料集合体において、前記第２の
燃料棒の濃縮度が燃料集合体の横断面平均濃縮度の０．
７以下であることを特徴とする燃料集合体。
（４）請求項１記載の燃料集合体において、前記第２の
燃料棒の濃縮度が燃料集合体の横断面平均濃縮度の０．
５以下であることを特徴とする燃料集合体。
（５）請求項１記載の燃料集合体において、前記第２の
燃料棒が天然ウランを含有することを特徴とする燃料集
合体。
（６）請求項１記載の燃料集合体において、前記第２の
燃料棒が前記減速材手段の軸方向下部に隣接して配置さ
れている短尺燃料棒であることを特徴とする燃料集合体
。
（７）請求項６記載の燃料集合体において、前記短尺燃
料棒の長さは前記第１の燃料棒の燃料有効長の１／２以
下の長さであることを特徴とする燃料集合体。
（８）請求項１記載の燃料集合体において、前記減速材
手段は、軸方向上部で下部より横断面積の大きい１本の
水ロッドであることを特徴とする燃料集合体。
（９）請求項１記載の燃料集合体において、前記減速材
手段は、軸方向の上下で横断面積の一様な１本の水ロッ
ドと、前記水ロッドの上部を取り囲む冷却材通路とから
なることを特徴とする燃料集合体。
（１０）請求項１記載の燃料集合体において、前記減速
材手段は、軸方向の上下で横断面積の一様な１本の水ロ
ッドと、前記水ロッドの上部を取り囲む複数の固体減速
棒とからなることを特徴とする燃料集合体。
（１１）複数の第１の燃料棒と、これら第１の燃料棒に
囲まれた減速材手段と、前記減速材手段に隣接して配置
された複数の第２の燃料棒とを有し、前記第２の燃料棒
の濃縮度を燃料集合体の横断面平均濃縮度の０．５以下
としたことを特徴とする燃料集合体。
（１２）請求項１１記載の燃料集合体において、前記減
速材手段の横断面積を、熱中性子束の径方向分布の最小
値及び共鳴中性子束の径方向分布の最小値が共に前記第
２の燃料棒より径方向外側の領域に位置するような大き
さに設定したことを特徴とする燃料集合体。
（１３）請求項１１記載の燃料集合体において、前記減
速材手段の横断面積を軸方向の上部で下部より大きくし
、前記第２の燃料棒を前記減速材手段の軸方向下部に隣
接して配置したことを特徴とする燃料集合体。
（１４）請求項１１記載の燃料集合体において、前記第
２の燃料棒が天然ウランを含有することを特徴とする燃
料集合体。
（１５）複数の第１の燃料棒と、これら第１の燃料棒に
囲まれ、かつ軸方向の上部で下部より横断面積が大きい
減速材手段と、前記減速材手段に隣接して配置され、燃
料集合体の横断面平均濃縮度より低い濃縮度を有する複
数の第２の燃料棒とを有し、前記減速材手段は軸方向下
部が燃料単位格子５個分の領域を占める横断面十字型を
した１本の水ロッドを含み、前記第２の燃料棒は前記水
ロッド下部の横断面十字型が形成する４つの凹所に配置
されていることを特徴とする燃料集合体。
（１６）複数の第１の燃料棒と、これら第１の燃料棒に
囲まれ、かつ軸方向の上部で下部より横断面積が大きい
減速材手段と、前記減速材手段に隣接して配置され、燃
料集合体の横断面平均濃縮度より低い濃縮度を有する複
数の第２の燃料棒とを有し、前記減速材手段は軸方向下
部が燃料単位格子４個分の領域を占める横断面正方形を
した１本の水ロッドを含み、前記第２の燃料棒は前記水
ロッド下部の横断面正方形が形成する４つの側面に隣接
して配置されていることを特徴とする燃料集合体。
（１７）請求項１５又は１６記載の燃料集合体において
、前記第２の燃料棒の濃縮度が横断面平均濃縮度の０．
７以下であることを特徴とする燃料集合体。
（１８）請求項１５又は１６記載の燃料集合体において
、前記第２の燃料棒の濃縮度が横断面平均濃縮度の０．
５以下であることを特徴とする燃料集合体。
（１９）請求項１５又は１６記載の燃料集合体において
、前記第２の燃料棒が天然ウランを含有することを特徴
とする燃料集合体。
（２０）請求項１５又は１６記載の燃料集合体において
、前記第２の燃料棒の長さは前記第１の燃料棒の燃料有
効長の１／２以下の長さであることを特徴とする燃料集
合体。
（２１）複数の第１の燃料棒と、これら第１の燃料棒に
囲まれ、かつ軸方向の上部で下部より横断面積の大きい
減速材手段と、前記減速材手段の軸方向下部に隣接して
配置され、燃料集合体の横断面平均濃縮度より低い濃縮
度を有する複数の第２の燃料棒と、前記第１及び第２の
燃料棒及び減速材手段を取り囲むチャンネルボックスと
を有し、前記減速材手段の軸方向下部での横断面積を、
熱中性子束の径方向分布の最小値及び共鳴中性子束の径
方向分布の最小値が共に前記第２の燃料棒よりも径方向
外側の領域に位置するような大きさに設定し、前記チャ
ンネルボックスの肉厚を、軸方向上部で下部より薄く、
角部でそれ以外の部分より厚くしたことを特徴とする燃
料集合体。
（２２）複数の第１の燃料棒と、これら第１の燃料棒に
囲まれ、かつ軸方向の上部で下部より横断面積の大きい
減速材手段と、前記減速材手段の軸方向下部に隣接して
配置された複数の第２の燃料棒とを有し、前記減速材手
段の軸方向下部での横断面積を、熱中性子束の径方向分
布の最小値及び共鳴中性子束の径方向分布の最小値が共
に該第２の燃料棒よりも径方向外側の領域に位置するよ
うな大きさに設定し、前記第２の燃料棒の濃縮度を、該
第２の燃料棒が前記減速材手段の軸方向下部に隣接する
ことで水ロッドの代用機能を果たし得るように、所定値
以下に低く設定したことを特徴とする燃料集合体。
（２３）請求項２２記載の燃料集合体において、前記第
２の燃料棒の濃縮度が燃料集合体の横断面平均濃縮度の
０．７以下であることを特徴とする燃料集合体。
（２４）請求項２２記載の燃料集合体において、前記第
２の燃料棒の濃縮度が燃料集合体の横断面平均濃縮度の
０．５以下であることを特徴とする燃料集合体。
（２５）請求項２２記載の燃料集合体において、前記第
２の燃料棒が天然ウランを含有することを特徴とする燃
料集合体。
（２６）複数の第１の燃料棒と、これら第１の燃料棒に
囲まれ、かつ軸方向の上部で下部より横断面積の大きい
減速材手段と、前記減速材手段の軸方向下部に隣接して
配置され、燃料集合体の横断面平均濃縮度より低い濃縮
度を有する複数の第２の燃料棒と、前記減速材手段の軸
方向下部が位置する燃料集合体内において熱中性子束の
径方向分布の最小値及び共鳴中性子束の径方向分布の最
小値が共に前記第２の燃料棒よりも径方向外側の領域に
位置するよう中性子束分布を制御する手段とを有するこ
とを特徴とする燃料集合体。
（２７）請求項２６記載の燃料集合体において、前記中
性子分布束を制御する手段は前記減速材手段であり、そ
の軸方向下部での横断面積を所定の大きさに設定するこ
とにより、熱中性子束の径方向分布の最小値及び共鳴中
性子束の径方向分布の最小値を前記第２の燃料棒よりも
径方向外側の領域に位置させることを特徴とする燃料集
合体。
（２８）請求項２７記載の燃料集合体において、前記減
速材手段の軸方向下部での横断面積が前記第１の燃料棒
の２本分以上の大きさであることを特徴とする燃料集合
体。
（２９）請求項１〜２８のいずれか１項記載の燃料集合
体を装荷してなることを特徴とする炉心。
（３０）請求項２９記載の炉心において、少なくとも中
央領域と周辺領域とを有し、前記燃料集合体が周辺領域
より中央領域に多く配置されていることを特徴とする炉
心。
（３１）請求項２９記載の炉心において、少なくとも中
央領域と周辺領域とを有し、前記燃料集合体が中央領域
で３バッチ分散方式に装荷され、周辺領域で４バッチ分
散方式に装荷されていることを特徴とする炉心。
（３２）少なくとも中央領域と周辺領域を有する炉心の
燃料装荷方法において、燃料交換時に、周辺領域よりも
中央領域に請求項１〜２８のいずれか１項記載の燃料集
合体を多く装荷することを特徴とする燃料装荷方法。
（３３）請求項３２記載の燃料装荷方法において、前記
燃料集合体を中央領域で３バッチ分散方式に装荷し、周
辺領域で４バッチ分散方式に装荷することを特徴とする
燃料装荷方法。