JPH04301596A - 原子炉炉心 - Google Patents

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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉などの軽
水炉の大型化に伴って改良された十字型制御棒，燃料集
合体およびその原子炉炉心に関する。

【０００３】

【従来の技術】沸騰水型原子炉（　Ｂｏｉｌｉｎｇ　Ｗ
ａｔｅｒ　Ｒｅａｃｔｏｒ：以下、ＢＷＲと称す）用制
御棒を例に図１２および図１４を参照しながら説明する
。ＢＷＲに用いられている制御棒は図１２に示したよう
に、横断面が深いＵ字状の制御棒ブレード４を、横断面
が十字型の中央構造材６に放射状に張出し配列して固設
してなるものである。

【０００４】すなわち、制御棒１は中性子の吸収物質（
ポイズン：通常ボロンカーバイドＢ４　Ｃ）を充填した
ポイズンチューブ５の１０数本を平板状の制御棒ブレー
ド４の内部に並べ、中央構造材６により十字断面に結合
し、その上部に先端構造材としてガイドローラ３付きの
ハンドル２を取付け、下部に末端構造材として制御棒駆
動機構ソケット８を取付けて形成したものである。この
制御棒１は制御棒駆動装置ソケット８の下部に接続する
制御棒駆動装置に接続して、図１４に部分的に示したよ
うに４体１組の燃料集合体１０，１０の隙間を上下動し
て、炉心の反応度を制御している。ガイドローラ３は制
御棒１が炉心内に装荷された４体１組の燃料集合体１０
の隙間に滑らかに挿入できるように設けられており、燃
料集合体１０に接触すると回転して摩擦を低減する。ま
た、ハンドル２は制御棒交換などの場合に交換機で掴む
部分である。切離しハンドル２ａは炉心圧力容器の外部
に設置されている制御棒駆動機構との切離しを行うため
に使用される。速度リミッタ７は万一の制御棒落下時一
定以上の速度で引抜けないように制限する装置である。 制御棒ブレード４にはポイズンチューブ５を冷却するた
めに通水孔４ａが設けられている。なお、符号９は下部
スカートを示している。

【０００５】図１４は従来の炉心内における燃料集合体
１０と制御棒１の配置関係を横断面で示したものである
。燃料集合体１０は８×８本の燃料棒２１を規則的に配
置して、さらに中央部の燃料棒を４本抜いて、その代り
に燃料棒２１より直径の太いウォータロッド２２を配置
し、チャンネルボックス２３内に格納して形成されてい
る。冷却材はチャンネルボックス２３内の燃料棒２１を
冷却するために流されており、チャンネルボックス２３
の外側は沸騰しない冷却材が流されている。なお、前述
したように燃料集合体１０，１０間には制御棒１が挿入
される空間を有しており、また燃料集合体１０は４体１
組となって炉心に配置されている。

【０００６】燃料集合体の例を図１３の（ａ），（ｂ）
，（ｃ），（ｄ）によって説明する。図１３（ａ）は燃
料集合体１０の縦断面を、（ｂ）は上部タイプレート２
５の平面を、（ｃ）はスペーサ２４の平面を、（ｄ）は
下部タイプレート２６の断面をそれぞれ示している。

【０００７】この燃料集合体１０は６０本の燃料棒２１
と１本のウォータロッド２２を規則的に配列し、図１３
（ｃ）で示したスペーサ２４により結束し、下端を図１
３（ｄ）で示した下部タイプレート２６で、上端を図１
３（ｂ）で示した上部タイプレート２５で固定し、これ
らを角筒状のチャンネルボックス２３に収容している。 燃料集合体１０は図１４に部分的に拡大して示したよう
に４体１組となって図１５に示す例のように炉心に配置
される。この例では　８７２体の燃料集合体が装荷され
ている。炉心で使用される制御棒１は大略燃料集合体４
体１組に対して１体使用され、炉心全体では　２０５体
使用されている。

【０００８】また、この制御棒１の反応度価値（あるい
は吸収能力）は定格出力運転時においては、必ずしも全
部を使用しなくても十分に炉心全体の反応度を制御する
ことが可能であり、燃焼の進んだ燃料集合体４体で構成
するコントロールセル２７と呼ばれる特定位置にある制
御棒のみを操作する例が知られている。この方法により
、制御棒操作に伴う局所的な出力変化をできるだけ抑制
することができる。

【０００９】図１５における例では２５個のコントロー
ルセル２７には４年間炉心に滞在して燃焼が進み、無限
増倍率が低下した４年目燃料が　１００体使用され構成
されている。

【００１０】また図示しないが、初装荷炉心と呼ぶ第１
サイクル初めの未燃焼炉心の場合では、複数のウラン濃
縮度の燃料集合体のうち、低い濃縮度の燃料集合体を４
年目燃料集合体の代りにコントロールセル２７に使用す
る例もある。

【００１１】さらに図示しないが、炉心最外周に位置す
る燃料集合体を低反応度の燃料集合体とするいわゆる低
漏洩炉心と呼ぶ方法が知られている。低反応度の燃料集
合体としてはコントロールセル２７と同様に燃焼の進ん
だ無限増倍率の低いものが用いられる。また、初装荷炉
心では複数のウラン濃縮度の燃料集合体のうち、低い濃
縮度の燃料集合体を使用する場合もある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】定格運転中の制御棒操
作は軸方向の出力歪みを生じるため、燃料集合体の平均
出力の高い領域で制御棒操作を行うと出力ピークが生じ
る場合が多く、そのため、熱的な制限条件から制御棒の
操作範囲がかなり制約を受ける。このため、平均出力の
低い領域を作り、この領域で制御棒操作を行うことによ
り、制御棒操作範囲の制約を取り除こうとする概念がコ
ントロールセル２７である。

【００１３】このコントロールセル２７の構成のために
は無限増倍率の低い部分集合体３０を操作制御棒の周囲
に選択的に配置する必要があり、炉心の燃料配置の自由
度の面からは制約となっている。制約の例として以下の
場合がある。

【００１４】４年目燃料をコントロールセル２７として
使用する場合、結果として燃焼の進んだ燃料を炉心の中
心部に配置することとなり、炉心の反応度の面からは損
失となる。これは経済性の高い燃料装荷法であるいわゆ
る低漏洩炉心の考え方と逆行する。

【００１５】また、燃焼が進んで反応度の低下した燃料
は炉停止時の局所的な反応度調整にも使用され、炉停止
余裕の改善が図られるが、コントロールセルのために反
応度の低い集合体が不足する場合があり、この場合炉停
止余裕の改善が困難となる。

【００１６】低漏洩炉心を作成すると炉心外周部の出力
が下がるため、炉心中央部の出力が上がり、チャンネル
ピーキングが増加する。この傾向は炉心が小さくなるほ
ど、また、燃料集合体が大きくなるほど強くなる。

【００１７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、コントロールセルによる反応度の損失が少な
く、制御棒操作によっても熱的に厳しくならない大型燃
料集合体およびその炉心配置を得ることができる原子炉
用制御棒，燃料集合体およびその原子炉炉心を提供する
ことにある。 ［発明の構成］

【００１８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は先端構造材
と末端構造材とを中央構造材によって結合し、この中央
構造材に放射状に張出された深いＵ字状断面を有する制
御棒ブレードを固設し、この制御棒ブレード内に中性子
吸収材を充填してなる原子炉用制御棒において、前記制
御棒ブレードの幅は８×８本の燃料棒が配置された燃料
集合体の正方角筒状チャンネルボックスの一辺の幅より
も長く形成されていることを特徴とする。

【００１９】第２の発明は一辺が熱中性子の拡散距離（
Ｌ）の２倍以上の部分集合体を１単位としてＭ行Ｍ列（
Ｍは２以上の整数）の正方格子状に配列し、これら部分
集合体を大型角筒状のチャンネルボックス内に収容し大
型燃料集合体を構成してなり、前記部分集合体は第１ま
たは複数のチャンネルボックスあるいは一対の板状構造
物によって区画された区画内に多数本の燃料棒が規則正
しく配列して収容され、前記燃料棒の一部がウォータロ
ッドで置き代ったものであることを特徴とする。

【００２０】第３の発明は先端構造材と末端構造材とを
中央構造材によって結合し、この中央構造材に放射状に
張設された深いＵ字状断面を有する制御棒ブレードを固
設し、この制御棒ブレード内に中性子吸収材を充填し、
前記制御棒ブレードの幅は８×８本の燃料棒が配置され
た燃料集合体の正方角筒状チャンネルボックスの一辺の
幅よりも長く形成されている制御棒と、一辺が熱中性子
の拡散距離（Ｌ）の２倍以上の部分集合体を１単位とし
てＭ行Ｍ列（Ｍは２以上の整数）の正方格子状に配列し
、これら部分集合体を正方角筒状の第２のチャンネルボ
ックス内に収容し、前記部分集合体は第１または複数の
チャンネルボックスあるいは一対の板状構造物によって
区画された区画内に多数本の燃料棒が規則正しく配列し
て収容され前記燃料棒の一部がウォータロッドで置き代
った燃料集合体とからなり、前記制御棒に隣接する一辺
が熱中性子の拡散距離（Ｌ）の２倍以上の燃料集合体の
無限増倍率を前記制御棒に隣接しない位置の燃料集合体
の無限増倍率より低くなるように配置したことを特徴と
する。

【００２１】

【作用】制御棒ブレードの幅が８×８本の燃料棒が配置
された燃料集合体つまり部分集合体の角筒状チャンネル
ボックスの１辺の幅より長い十字型制御棒を使用し、こ
の制御棒に隣接する１辺が熱中性子拡散距離Ｌの２倍以
上の部分集合体の無限増倍率を制御棒に隣接しない位置
の燃料集合体の無限増倍率より低くなるように配置する
炉心とする。そして、１辺が熱中性子拡散距離Ｌの２倍
以上の部分集合体を１単位としてＭ行Ｍ列（Ｍは２以上
の整数）の正方格子状に配列し、これらの部分集合体を
大型角筒状のチャンネルボックスに収容して大型化した
燃料集合体を構成する。

【００２２】出力運転中に使用する制御棒に隣接する燃
料集合体または部分集合体の無限増倍率を他の燃料集合
体の無限増倍率より低くする手段としては、前記制御棒
に隣接する１辺が熱中性子拡散距離Ｌの２倍以上の部分
集合体の燃焼度を制御棒に隣接しない位置の部分集合体
の燃焼度より高くなるように配置した炉心とする。

【００２３】あるいは、前記制御棒に隣接する１辺が熱
中性子拡散距離Ｌの２倍以上の部分集合体の濃縮度を制
御棒に隣接しない位置の部分集合体の濃縮度より低くな
るように配置することによって行う。

【００２４】さらに、部分集合体を大型角筒状のチャン
ネルボックスに収容し、且つ部分集合体のチャンネルボ
ックスの外部は沸騰しない単相の水とする大型化した燃
料集合体を使用する。

【００２５】また、炉心の外周境界に隣接する１辺が熱
中性子拡散距離Ｌの２倍以上の部分集合体の濃縮度を炉
心の外周境界に隣接しない位置の部分集合体の濃縮度よ
り低くなるように配置した炉心とする。

【００２６】あるいは、炉心の最外周に位置する１辺が
熱中性子拡散距離Ｌの２倍以上の部分集合体の燃焼度を
炉心の最外周に位置燃料集合体の燃焼度より高くなるよ
うに配置した炉心とする。

【００２７】なお、熱中性子の拡散距離Ｌは燃料集合体
平均の熱中性子除去断面積Σおよび熱中性子拡散係数Ｄ
から次式のように表され、ウラン燃料では約　２．５ｃ
ｍ位になる。

【００２８】

【数１】

【００２９】十字型制御棒ブレードの幅を８×８本燃料
棒を配置した燃料集合体のチャンネルボックスの１辺の
幅より長くすることにより、制御棒１体当りに制御でき
る部分集合体の数が増加するため、運転中に操作する制
御棒本数が減少し、また制御棒駆動機構の必要数が減少
する。

【００３０】一辺が熱中性子拡散距離Ｌの２倍以上の部
分集合体で構成される炉心において、制御棒に隣接する
燃料集合体の無限増倍率を制御棒に隣接しない位置の燃
料集合体の無限増倍率より低くなるように配置すると、
発明者が炉心特性の詳細な計算を行ったところ、出力運
転中の制御棒操作が熱的制限条件下ら制約を受けにくく
なる結果が得られた。

【００３１】以下、この結果について説明する。燃料集
合体の隣接位置に制御棒を挿入した場合の定格出力運転
状態での出力分布と、また一定の燃焼後、制御棒を引抜
いた場合の出力分布を評価した結果を図１４の矢視Ａ−
Ａ線上の燃料棒１から８について図１７に示す。出力分
布と制御棒との距離の関係は、制御棒から熱中性子拡散
距離Ｌの２倍以上の領域では出力変動が小さい。つまり
、燃料棒番号３〜４より右側の８辺りまでが制御棒から
の距離が２Ｌ以上の範囲となる。

【００３２】これはＢＷＲを含む軽水炉の場合、熱中性
子が反応の大部分を占めているため、熱中性子から見た
制御棒の影響が制御棒からの距離をｘとすると、ほぼｅ
ｘｐ（−ｘ／Ｌ）に比例して減衰する（図１４の矢視Ａ
−Ａ線に沿って減衰する様子を図１６に示す）ことによ
る。 従って、制御棒からの距離が熱中性子拡散距離Ｌの２倍
以上の領域では制御棒の影響は　１／７以下に減衰する
。これは、出力変動に換算すると１０％以下の変動に相
当する。この程度の変動は従来の核設計での許容範囲内
にある。ゆえに、燃料集合体の大きさを熱中性子拡散距
離Ｌの２倍以上にした部分集合体をＭ行Ｍ列に配置して
大型化した燃料集合体を構成する場合、または単独の燃
料集合体の場合、制御棒に隣接する燃料集合体に対して
のみ制御棒の影響を考慮すればよい。

【００３３】先に述べたように、熱中性子拡散距離Ｌは
燃料集合体平均の熱中性子拡散係数Ｄと熱中性子除去断
面積Σとの比の平方根であるので、プルトニウムとウラ
ンを使用した、いわゆるＭＯＸ燃料ではウランのみの場
合より吸収断面積が大きいため、制御棒が影響する距離
はさらに小さく３ｃｍ程度になることも分かった。また
、出力変動の大きさは燃料集合体の無限増倍率に比例す
る。従って、制御棒による出力変動を小さくするために
は、制御棒に隣接する燃料集合体の無限増倍率を小さく
すればよい。燃料集合体の無限増倍率は燃焼度が大きい
ほど小さく、また濃縮度が低いほど小さいので、このよ
うな燃料集合体を十字型制御棒に面して配置することで
達成できる。

【００３４】部分集合体を複数配列してこれらを束ねて
チャンネルボックスに収容して大型燃料集合体を構成す
ることによって、外側のチャンネルボックスが十字型制
御棒の挿入ガイドになる。このため、内部の部分集合体
の大きさを変更しても制御棒の挿入性に影響がなくなる
。

【００３５】また、部分集合体のチャンネルの外側且つ
大型燃料集合体の内側に非沸騰水の領域を設けることが
でき、熱中性子拡散距離が短くなるので、隣接する部分
集合体に対する制御棒操作の影響はさらに減少する。

【００３６】部分集合体を複数配列してこれらを束ねて
チャンネルボックスに収容した大型燃料集合体を使用し
た炉心において、炉心の外周境界に隣接する部分集合体
の無限増倍率を最外周以外に位置した部分集合体よりも
低くすることによって、低漏洩炉心を構成することがで
きる。この時、図７，図９に示したように、炉心最外周
の燃料集合体を構成する部分集合体のうち、炉心最外周
に接する部分集合体のみ、その集合体の無限増倍率の小
さいものとすることにより、炉心全体の中で最外周に配
置される無限増倍率の小さい部分集合体の数が減少し、
径方向ピーキングが容易になる。また、それだけ炉心中
央で炉停止余裕の改善や、コントロールセル構成上必要
な無限増倍率の小さい部分集合体の数が増え、炉心構成
の裕度が増加する。

【００３７】

【実施例】本発明の第１の実施例を以下に説明する。本
発明に係る第１の実施例の制御棒１ａと燃料集合体１０
ａの断面図を図１に示す。燃料集合体１０ａは図１４に
示した従来例の燃料集合体１０とほぼ同様であるが、チ
ャンネルボックス２３内に７２本の燃料棒２１が９×９
の正方格子状に配列され、また、燃料棒２１の９本分の
面積を占めるウォータロッド２２が中央に配列されたも
のから構成されている。また、チャンネルボックス２３
の一辺の幅Ｂは熱中性子の拡散距離Ｌの約４倍である。 制御棒１ａの十字型ブレード４ａの幅Ａは燃料集合体１
０ａのチャンネルボックス２３の幅Ｂの約２倍である。 この制御棒１ａは４枚の長尺ブレード４ａが中央構造材
６ａに十字状に取着されたものからなっている。

【００３８】本実施例の制御棒１ａを用いれば１本の制
御棒１ａで制御できる燃料集合体１０ａの体数が２倍に
なるので、従来例の制御棒に比して同一の炉心を半分の
制御棒で制御できる。これにより制御棒駆動機構の数を
半分に減らすことができ、コストダウンが図れる。また
、原子炉圧力容器の下部の貫通口を減らすことができる
ので原子炉圧力容器の健全性が高まる。

【００３９】図２は本発明の第１の実施例の燃料集合体
１０ａと制御棒１ａを用いた原子炉炉心の第２の実施例
を示し、炉心を中心から４分割した　１／４炉心部分の
水平断面を示している。この実施例の炉心は、一辺が熱
中性子拡散距離Ｌの２倍以上である燃料集合体１０ａで
構成されている。原子炉運転時の反応度制御および出力
分布制御のために使用する１３本の制御棒１ａに隣接す
る燃料集合体１０ａを、制御棒１ａに隣接しない位置の
燃料集合体１０ａより無限増倍率の低い部分集合体３０
に置き換えている。本実施例の炉心および上記制御棒１
ａを用いることにより、出力運転中に反応度制御および
出力分布制御のために制御棒を操作しても、制御棒１ａ
に隣接する燃料集合体の線出力密度を大きく変動させる
ことなく実施でき、燃料被覆管の破損率が低減し、原子
炉の安全性が高まる。

【００４０】図３は本発明の第３の実施例である。一辺
の長さが熱中性子の拡散距離Ｌの２倍以上の長さをもつ
部分集合体２０を４（２×２）体組合わせ、大型角筒状
のチャンネルボックス２３ａに収納して大型化した燃料
集合体２８を構成したものである。本第３の実施例を用
いると、前述した第１の実施例に記載した制御棒１ａに
対して平坦なガイド面を提供でき、制御棒の挿入を高め
ることができる。部分集合体２０は燃料棒２１を３×３
の小集団に分け、小集団内の燃料棒２１の格子ピッチｐ
１と小集団間の格子ピッチｐ２との間でｐ２がｐ１より
も大きくなるようにしてある。このようにすると、運転
時の無限増倍率を大きくし、逆に低温時の無限増倍率を
小さくする効果がある。これは燃料の経済性を向上させ
、炉停止余裕の改善となる。この結果、大型化した燃料
集合体２８を一体として取扱うことができ、燃料交換作
業が効率化するとともに、制御棒ガイドとしても好適と
なる。

【００４１】図４は本発明の第４の実施例であり、第１
の実施例記載の制御棒１ａのうち、原子炉運転時に反応
度制御および出力分布制御のために主に用いる１３本の
制御棒１ａに面する位置に高燃焼度燃料３４を装荷した
炉心である。図４において、大型チャンネルボックス２
３ａ内の部分集合体の番号１は低燃焼度燃料３１であり
、２は中燃焼度燃料３２であり、３は中燃焼度燃料３３
であり、４は高燃焼度燃料３４をそれぞれ示している。 本実施例によれば、大型化した燃料集合体を構成する部
分集合体を全て同一程度の燃焼度に揃えることによって
生じる径方向出力ピーキングの増大を緩和できる。また
、出力運転中に使用する制御棒１ａに隣接する部分集合
体の制御棒操作による線出力密度の変化を第２の実施例
と同様に緩和できる。さらに、大型化した燃料集合体を
部分集合体から構成し、その冷却材流路を分離している
ことによって大型燃料集合体の取扱い効率の向上のメリ
ットを得ながらピーキング悪化の問題を解決できる。

【００４２】図５は本発明の第５の実施例であり、第１
の実施例記載の制御棒１ａのうち、原子炉運転時に反応
度制御および出力分布制御のために主に用いる１３本の
制御棒１ａに面する燃料集合体に高濃縮度燃料を装荷し
た炉心である。図５においては図４と対応しているが、
部分集合体中の番号１は高濃縮度燃料３５であり、２は
中濃縮度燃料３６であり、３は中濃縮度燃料３７であり
、４は低濃縮度燃料３８である。本実施例によれば、初
装荷炉心において前記と同じく制御棒操作による線出力
密度を大きく変動させることなく実施でき、原子炉の安
全性が高まる。

【００４３】図６は本発明の第６の実施例である。本実
施例は燃料棒２１を６×６に束ね、中央部にウォータロ
ッド２２を配置した部分集合体２０ａを取り囲む筒型の
構造物（以下、小型チャンネルボックス２３ｃと呼ぶ）
をもち、この部分集合体２０ａを３×３個配置し、これ
らの部分集合体２０ａを大型チャンネルボックス２３ｂ
によって囲んで大型化した燃料集合体２９を構成したも
のである。チャンネルボックス２３ｂで包囲された領域
を非沸騰水領域４１とする。このように非沸騰水領域４
１を設けることにより、部分集合体２０ａ間での熱中性
子拡散距離が短くなり、制御棒１ａに対して２列目以上
の部分集合体２０ａへの制御棒の影響を小さくすること
ができる。

【００４４】図７は本発明の第７の実施例である。第３
の実施例記載の大型燃料集合体２８で構成されており、
炉心最外周の境界面に面する燃料集合体１５を無限増倍
率の低い部分集合体３０とした炉心である。低漏洩炉心
形成のために炉心最外周の境界面に面する大型燃料集合
体２８内の部分集合体２０ａを全て無限増倍率の低い部
分集合体３０にすると、炉心のチャンネルピーキングを
悪化させるが、本実施例によれば、最外周の大型燃料集
合体の部分集合体３０で無限増倍率の低い部分集合体の
数が少ないので、炉心チャンネルピーキングを悪化させ
ずに低漏洩炉心が形成できる。なお、炉心最外周に位置
する部分集合体３０の無限増倍率を小さくする方法とし
ては、高燃焼度燃料３４を装荷するか、または低濃縮度
燃料３８を装荷することによって実現できる。また、第
３の方法として炉心最外周に位置する部分集合体１５の
みのオリフィス（図示せず）を絞り、炉心最外周に位置
する燃料集合体２８に流れる水の量を減らすことによっ
て、炉心最外周の炉心平均の５０％程度の出力しか出な
い部分集合体の出口蒸気クォリティを他の炉心内側の部
分集合体の出口蒸気クォリティと同程度にでき、炉心流
量の適切な配分ができる。 これができるのも大型の燃料集合体を部分集合体で構成
し、冷却材流路を分離していることによる。

【００４５】図８は本発明の第８の実施例における炉心
の配置を平面的に示している。図中符号１ａは制御棒、
２９は図６で示した大型燃料集合体を、３０は大型燃料
集合体２９内の無限増倍率の低い部分集合体を示してい
る。図から、本実施例では制御棒１ａに近い部分にのみ
部分集合体３０を配置している。作用効果は先の実施例
とほぼ同様であるのでその説明は省略する。

【００４６】図９は本発明の第９の実施例における炉心
の配置を平面的に示している。この実施例は大型燃料集
合体２９内の無限増倍率の低い部分集合体３０を炉心の
最外周に配列した例である。この実施例によれば、熱的
に厳しくならない炉心配置を得ることができる。

【００４７】本発明において、大型燃料集合体の例とし
て二重にチャンネルボックスを有するものを示したが、
本発明の実施例においては、二重にチャンネルボックス
を有する必要はなく、４体の部分集合体で構成された例
で説明するが、図１０の第１０の実施例に示すように大
型チャンネルボックス２３ｂの対面する２面を結ぶ２枚
１組の板状構造物１９の２組によって、燃料棒２１を４
体の部分集合体に区分し、２枚の板状構造物１９ａに挟
まれる断面を非沸騰水領域とした大型燃料集合体でもよ
い。さらに、図１１の第１１の実施例に示すように大型
チャンネルボックス２３ｂの対面する２面を結ぶ板状構
造物１９，１９の２組によって、燃料棒２１を４体の部
分集合体に区分した大型燃料集合体でもよい。２枚の板
状構造物１９，１９間は非沸騰水領域４１を形成するこ
とになる。

【００４８】本発明の実施態様を列記すると次のとおり
である。 （１）制御棒ブレードの幅Ａは８×８本の燃料棒を配列
した燃料集合体のチャンネルボックスの１辺の幅Ｂより
長い十字型制御棒。 （２）制御棒に隣接する部分集合体の無限増倍率を、制
御棒に隣接しない位置の部分集合体の無限増倍率より低
くなるように配置したことを特徴とする。 （３）１辺が熱中性子の拡散距離Ｌの２倍以上の部分集
合体を１単位としてＭ行Ｍ列（Ｍは２以上の整数）の正
方格子状に配列し、これらを大型角筒状のチャンネルボ
ックスに収容して構成することを特徴とする。 （４）制御棒に隣接する１辺がＬの２倍以上の部分集合
体の燃焼度を、制御棒に隣接しない位置の部分集合体の
燃焼度より高くなるように配置したことを特徴とする。 （５）制御棒に隣接する１辺がＬの２倍以上の部分集合
体の濃縮度を、制御棒に隣接しない位置の部分集合体の
濃縮度より低くなるように配置したことを特徴とする。 （６）部分集合体を大型角筒状のチャンネルボックスに
収容し、部分集合体のチャンネルボックスの外部は沸騰
しない単相の水となっていることを特徴とする。 （７）１辺がＬの２倍以上の部分集合体を１単位として
Ｍ行Ｍ列（Ｍは２以上の整数）の正方格子状に配列し、
これらを大型角筒状のチャンネルボックスに収容して構
成した大型燃料集合体において、部分集合体のうち制御
棒に隣接した位置の部分集合体の無限増倍率を、制御棒
に隣接しない位置の部分集合体の無限増倍率より低くな
るように配置したことを特徴とする。 （８）１辺がＬの２倍以上の部分集合体を１単位として
Ｍ行Ｍ列（Ｍは２以上の整数）の正方格子状に配列し、
これらを大型角筒状のチャンネルボックスに収容して構
成した燃料集合体において、部分集合体のうち炉心の最
外周に位置する部分集合体の無限増倍率を、炉心の最外
周以外に位置する部分集合体の無限増倍率より低くなる
ように配置したことを特徴とする。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、制御棒の本数を減らし
、コントロールセルによる反応度の損失が少なく、また
制御棒操作によっても熱的に厳しくならない大型燃料集
合体の構造およびその炉心配置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における制御棒と燃料集
合体の配列状態を示す横断面図。

【図２】本発明の第２の実施例を示す炉心の平面図。

【図３】本発明の第３の実施例を示す燃料集合体の横断
面図。

【図４】本発明の第４の実施例を示す炉心の平面図。

【図５】本発明の第５の実施例を示す炉心の平面図。

【図６】本発明の第６の実施例を示す大型化した燃料集
合体の断面図。

【図７】本発明の第７の実施例を示す炉心の平面図。

【図８】本発明の第８の実施例を示す炉心の平面図。

【図９】本発明の第９の実施例を示す炉心の平面図。

【図１０】本発明の第１０の実施例を示す大型化した燃
料集合体の断面図。

【図１１】本発明の第１１の実施例を示す大型化した燃
料集合体の断面図。

【図１２】従来例の制御棒を一部切欠して示す斜視図。

【図１３】（ａ）は従来の燃料集合体を示す立面図、（
ｂ）は（ａ）の上部タイプレートを示す平面図、（ｃ）
は（ａ）のスペーサを示す平面図、（ｄ）は（ａ）の下
部タイプレートを示す横断面図。

【図１４】従来の燃料集合体と制御棒との配置例を示す
横断面図。

【図１５】従来の炉心におけるコントロールセルの配置
図。

【図１６】図１４の矢視Ａ−Ａ線に沿って減衰する制御
棒の熱中性子束分布曲線図。

【図１７】制御棒の熱中性子束分布への影響を図１４の
矢視Ａ−Ａ線に沿って見た特性図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ…制御棒、２…ハンドル、３…ガイドロ
ーラ、４…制御棒ブレード、５…ポイズンチューブ、６
…中央構造材、７…速度リミッタ、８…制御棒駆動装置
ソケット、９…下部スカート、１０，１０ａ…燃料集合
体、１４…小型チャンネルボックス、１５…最外周に位
置する燃料集合体、２０，２０ａ…部分集合体、２１…
燃料棒、２２…ウォータロッド、２３…チャンネルボッ
クス、２４…スペーサ、２５…上部タイプレート、２６
…下部タイプレート、２７…コントロールセル、２８，
２９…大型化した燃料集合体、３０…無限増倍率の低い
部分集合体、３１…低燃焼度燃料、３２…中燃焼度燃料
、３３…中燃焼度燃料、３４…高燃焼度燃料、３５…高
濃縮度燃料、３６…中濃縮度燃料、３７…中濃縮度燃料
、３８…低濃縮度燃料、４１…非沸騰水領域。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　先端構造材と末端構造材とを中央構造
   材によって結合し、この中央構造材に放射状に張出され
   た深いＵ字状断面を有する制御棒ブレードを固設し、こ
   の制御棒ブレード内に中性子吸収材を充填してなる原子
   炉用制御棒において、前記制御棒ブレードの幅は８×８
   本の燃料棒が配置された燃料集合体の正方角筒状チャン
   ネルボックスの一辺の幅よりも長く形成されていること
   を特徴とする原子炉用制御棒。
2. 【請求項２】　　一辺が熱中性子の拡散距離（Ｌ）の２
   倍以上の部分集合体を１単位としてＭ行Ｍ列（Ｍは２以
   上の整数）の正方格子状に配列し、これら部分集合体を
   大型角筒状のチャンネルボックス内に収容し大型燃料集
   合体を構成してなり、前記部分集合体は第１または複数
   のチャンネルボックスあるいは一対の板状構造物によっ
   て区画された区画内に多数本の燃料棒が規則正しく配列
   して収容され、前記燃料棒の一部がウォータロッドで置
   き代ったものであることを特徴とする燃料集合体。
3. 【請求項３】　　先端構造材と末端構造材とを中央構造
   材によって結合し、この中央構造材に放射状に張設され
   た深いＵ字状断面を有する制御棒ブレードを固設し、こ
   の制御棒ブレード内に中性子吸収材を充填し、前記制御
   棒ブレードの幅は８×８本の燃料棒が配置された燃料集
   合体の正方角筒状チャンネルボックスの一辺の幅よりも
   長く形成されている制御棒と、一辺が熱中性子の拡散距
   離（Ｌ）の２倍以上の部分集合体を１単位としてＭ行Ｍ
   列（Ｍは２以上の整数）の正方格子状に配列し、これら
   部分集合体を正方角筒状の第２のチャンネルボックス内
   に収容し、前記部分集合体は第１または複数のチャンネ
   ルボックスあるいは一対の板状構造物によって区画され
   た区画内に多数本の燃料棒が規則正しく配列して収容さ
   れ前記燃料棒の一部がウォータロッドで置き代った燃料
   集合体とからなり、前記制御棒に隣接する一辺が熱中性
   子の拡散距離（Ｌ）の２倍以上の燃料集合体の無限増倍
   率を前記制御棒に隣接しない位置の燃料集合体の無限増
   倍率より低くなるように配置したことを特徴とする原子
   炉炉心。