JPH05164867A

JPH05164867A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPH05164867A
Application number: JP3333708A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Haikawa; 勝正配川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-12-17
Filing date: 1991-12-17
Publication date: 1993-06-29

Abstract

(57)【要約】【目的】高燃焼度を目指したＢＷＲ用の燃料集合体にお
いて、濃縮度を高めたとき、冷温時において燃料集合体
コーナ部及びその周辺の燃料棒の出力を小さくし、設計
上の余裕の向上を図り、安全性を高める。【構成】燃料集合体の平均濃縮度が上部領域で下部領域
より大きくなるように燃料棒１，２，３，４の濃縮度を
決める。また、正方格子状燃料配列の最外周の各コーナ
部に位置する燃料棒４とこの燃料棒に隣接する燃料棒３
の合計１２本について、燃料棒の上部領域の濃縮度を下
部領域の濃縮度より小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉（以下Ｂ
ＷＲと呼ぶ）の燃料集合体に係わり、特に、経済上の向
上を図った、高燃焼度用燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃焼度が零の新しい燃料集合体は、所定
の期間、原子炉の炉心内に装荷されており、寿命に達し
た後に使用済の燃料集合体として炉心外に取り出され
る。燃料集合体が炉心内に装荷されている間に、燃料集
合体を構成している燃料棒内の核分裂性物質、すなわち
ウラン２３５が分裂して熱を発生し、この熱が炉心に供
給される冷却水に伝えられる。沸騰水型原子炉であれ
ば、冷却水はウラン２３５の核分裂によって生じる熱に
より加熱されて蒸気になる。

【０００３】燃焼度が零の新しい燃料集合体は、所定期
間の寿命を維持するように、即ち所定期間の末期におい
ても所定の核分裂を起こすように必要な濃縮度を有する
燃料ペレットを複数の燃料棒内に充填している。従っ
て、この新しい燃料集合体は、炉心内に装荷された初期
の時点では、過剰量の核分裂性物質を有しており、初期
余剰反応度を有している。しかしながら、原子炉は、初
期余剰反応度を考慮して可燃性毒物及び制御棒を用い
て、運転時に実効増倍率を１に維持すると同時に原子炉
の停止時に実効増倍率を１未満に低下させるように制御
される。

【０００４】最近、燃料集合体の燃焼度を大きくするこ
とによって燃料経済性を向上することが考えられてい
る。燃料集合体の燃焼度を大きくするための一般的な手
法としては、炉心に装荷する新しい燃料集合体の平均濃
縮度を大きくすることである。即ち、特開昭５８−１７
９３９１号公報及び特開昭５８−１７９３９２号公報に
示された燃料集合体の平均濃縮度は約３重量％である
が、高燃焼度化のためには、それ以上の平均濃縮度を有
する燃料集合体の開発が望まれている。平均濃縮度を高
くするためには、個々の燃料棒内に格納される燃料ペレ
ットの濃縮度、即ちウラン２３５の割合を大きくする必
要があるが、燃料ペレットの成型加工において、個々の
ペレットの濃縮度を無制限に大きくすることはできな
い。

【０００５】一方、燃料集合体の平均濃縮度を上げると
き、減速材体燃料費を大きくしないで濃縮度を上げたの
では、中性子スペクトルが硬化してしまい、燃料集合体
の無限増倍率は、その濃縮度における最大値とはならな
い。特開昭６２−２１７１８６号公報では、図１２に示
すように、９行９列の正方格子状に配置された中央部の
７本の燃料棒を２本の太径水ロッドに置き換えることに
より減速材対燃料比を効率的に大きくし、さらに、７本
の燃料棒を取り除く代わりに、燃料棒９本分の断面積を
有する減速材領域を得て、中央部の中性子減速効果を高
め、熱中性子束の分布を周辺部、中央部で平坦にし、出
力分布を平坦化している。

【０００６】また、一般的に、出力分布を平坦化するた
めには、図１２及び図１３に示すように、減速材が多く
存在し、減速効果が大きくて熱中性子束の大きい燃料集
合体のコーナ部の燃料棒についてその濃縮度を断面平均
濃縮度より小さくしている。これにより、熱中性子束が
大きくなっている分、燃料棒の濃縮度を下げることによ
って、その燃料棒の出力は他の燃料棒の出力と同程度に
することができる。

【０００７】また、特開昭５４−１２１３８９号公報の
第２図には、燃料の高濃縮化に際して、燃料の経済性の
向上を図るため、炉心上部の平均濃縮度を炉心下部の平
均濃縮度より小さくした燃料集合体が示されており、こ
の燃料集合体では、結果として燃料集合体のコーナ部及
びこの燃料棒に隣接する燃料棒においても、燃料棒の炉
心上部のウラン濃縮度が炉心下部のウラン濃縮度より小
さくなっている。

【０００８】一方、ＢＷＲの炉心では、軸方向にボイド
分布を持つため、一般には軸方向出力分布は、炉心下部
近傍で出力がピーク値に達する歪んだ特性になってしま
う。そこで、ＢＷＲの燃料集合体では、特公昭５８−２
９８７８号公報に記載のように、出力運転時における軸
方向の出力分布を平坦化するために、燃料集合体を燃料
棒の下端から軸方向全長の１／３と７／１２との範囲に
おいて上部領域及び下部領域の２領域に分割し、上部領
域の濃縮度を下部領域の濃縮度より高くしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、特開昭
６２−２１７１８６号公報に記載の従来技術では、正方
格子状に燃料棒を配置した燃料集合体において、ウラン
−２３５の濃縮度を高くし、かつ燃料棒が少なくなるこ
とによる燃料装荷量の減少を少なくした上で、減速材対
燃料比を最適値に近づけ、ウランの効率的な燃焼を促進
し、高燃焼度化を図っている。

【００１０】ところで、高燃焼度を達成するためには、
ウラン−２３５の濃縮度を高くした場合、上記のように
成形加工において取り扱えるペレットの最高濃縮度には
上限があるので、出力分布を平坦化するために熱中性子
束の高い燃料集合体コーナ部及びその周辺の燃料棒の濃
縮度も高くする必要がある。しかし、燃料集合体のコー
ナ部及びその近傍においては、熱中性子束が高くなって
いるので、コーナ部及びその周辺の燃料棒の濃縮度を高
くすると、高くした燃料棒の出力がこれまで以上に高く
なる。ここで、原子炉を停止した冷温時には、減速材の
温度が低くなることにより、減速材の密度は大きくな
り、燃料集合体コーナ部及びその周辺の燃料棒の位置で
は、減速効果はさらに大きくなり、熱中性子束はさらに
高くなる。そのため、コーナ部及びその周辺の燃料棒の
出力が高くなる傾向は、出力運転時よりも原子炉を停止
した冷温時の方が顕著となる。

【００１１】原子炉施設の安全評価を実施する場合に
は、実際にはありえないが制御棒が何らかの理由で落下
し、制御棒が炉心から抜け出る事象について検討するこ
とになっている。この事象を考えた場合、上記のように
冷温時において燃料集合コーナ部及びその周辺の燃料棒
の出力が高くなっていると、この事象はより厳しいもの
となり、設計上の余裕が減少する傾向となる。

【００１２】また、上記特公昭５８−２９８７８号公報
に記載のように、ＢＷＲの燃料集合体においては出力運
転時における軸方向の出力分布を平坦化するために、軸
方向の上部領域の濃縮度を下部領域の濃縮度より高くし
ているが、この技術を高濃縮度燃料の燃料集合体に適用
した場合、冷温時には、出力運転時に炉心上部に発生し
ているボイドがなくなるので、炉心上部領域の濃縮度が
高い分、軸方向上部の出力が更に大きくなる。

【００１３】なお、特開昭５４−１２１３８９号公報に
記載の燃料集合体では、炉心上部の平均濃縮度を炉心下
部の平均濃縮度より小さくしているため、出力運転時に
おける軸方向の出力分布は平坦化できず、特公昭５８−
２９８７８号公報に記載の技術を利用しようとした場
合、相入れない技術である。また、炉心上部の平均濃縮
度を炉心下部の平均濃縮度より小さくするのは、燃料棒
上方部分での転換を利用して燃料の経済性の向上を図る
ためであり、原子炉を停止した冷温時での出力上昇を配
慮したものではない。

【００１４】本発明の目的は、燃料集合体横断面の平均
濃縮度を上部領域で下部領域より大きくしたもので燃料
の濃縮度を高めた場合でも、冷温時において燃料集合体
コーナ部及びその周辺の燃料棒の出力を小さくし、設計
上の余裕の向上が図れ安全性を高める燃料集合体を提供
することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、上部タイプレートと、下部タイプレート
と、正方格子状に配列され、前記上部タイプレート及び
前記下部タイプレートに上端及び下端を支持された複数
の燃料棒と、前記燃料棒相互間を所定の間隔に保持する
燃料スペーサとを備え、燃料集合体横断面の平均濃縮度
が少なくとも上部及び下部の２つの領域で異なり、上部
領域の平均濃縮度が下部領域の平均濃縮度より大きい燃
料集合体において、前記複数の燃料棒のうち、前記正方
格子状燃料配列の最外周の各コーナ部に位置する燃料棒
とこの燃料棒に隣接する２本の燃料棒の合計３本の燃料
棒の少なくともコーナ部の１本につき、上部領域の濃縮
度を下部領域の濃縮度より小さくする。

【００１６】前記上部領域の濃縮度が下部領域の濃縮度
より小さい燃料棒は、前記正方格子状燃料配列の最外周
の４つのコーナ部に位置する４本の燃料棒であってもよ
いし、正方格子状燃料配列の最外周の４つのコーナ部に
位置する４本とこれに隣接して位置する８本の合計１２
本の燃料棒であってもよい。

【００１７】好ましくは、上記燃料集合体は、燃料棒の
１本の横断面積の２倍以上の減速材領域の横断面積を有
する複数の水ロッドをさらに備え、前記２本の水ロッド
が互いに前記正方格子状燃料配列に対して斜めに隣接し
て配置されている。この場合、好ましくは、前記複数の
燃料棒は、軸方向の上端部及び下端部の少なくとも一方
に天然ウラン領域が設置されている燃料棒を含む。

【００１８】また好ましくは、前記上部領域の濃縮度が
下部領域の濃縮度より小さい燃料棒は、軸方向に下端か
ら上端まで２４等分したとき、前記濃縮度が相対的に小
さい上部領域として少なくとも下端から１７／２４の位
置から２２／２４の位置までの領域を含み、前記濃縮度
が相対的に高い下部領域として少なくとも下端から２／
２４の位置から８／２４の位置までの領域を含む。

【００１９】

【作用】燃料集合体のコーナー部及びその近辺において
は、熱中性子束が高くなっている。そのため、コーナ部
及びコーナ部に隣接する燃料棒の濃縮度を高くせざるを
得ない高燃焼度用燃料集合体においては、コーナ部及び
コーナ部に隣接する燃料棒の出力がこれまで以上に高く
なる。この傾向は、出力運転時よりも炉停止して減速材
である水の量がコーナ部で多くなる冷温時の方が顕著と
なる。従って、制御棒が抜け出す事象を考える場合に
は、冷温時の出力分布が高くなっている分、設計に対す
る余裕は小さくなっている。

【００２０】上記本発明においては、各コーナ部に位置
する燃料棒とこの燃料棒に隣接する２本の燃料棒の合計
３本の燃料棒の少なくともコーナ部の１本につき、燃料
棒の上部領域の濃縮度を下部領域の濃縮度より小さくす
ることにより、上部領域において濃縮度が小さくなった
分、熱中性子束は高いままでも冷温時の出力は小さくな
る。これにより設計に対する余裕が大きくなり、より安
全性の高い燃料を実現できる。一方、下部領域において
は、濃縮度は高いままになっているので、燃料集合体全
体の平均濃縮度は、高燃焼度を達成するのに十分なほ
ど、濃縮度を高くできる。

【００２１】コーナ部以外の燃料棒については、上部領
域の濃縮度を下部領域の濃縮度より高くすることができ
るので、従来通り特公昭５８−２９８７８に示す技術も
使用して、燃料集合体の上部領域の平均濃縮度を下部領
域の平均濃縮度より高くしており、これにより出力運転
時における軸方向の出力分布を平坦化できる。

【００２２】本願発明者等の検討によれば、燃料棒毎で
考えた場合に冷温時に炉心内で最も出力が高くなるの
は、軸方向については下端から上端までを２４分割した
とき、下端から１７／２４の位置から２２／２４の位置
までの領域である（図５参照）。このことから、燃料集
合体コーナ部及びコーナ部に隣接する燃料棒の濃縮度が
小さい上部領域には少なくとも下端から１７／２４の位
置から２２／２４の位置までの領域を含ませる。

【００２３】一方、特公昭５８−２９８７８号公報に記
載のように、上部領域の平均濃縮度を下部領域の平均濃
縮度より高くする場合、軸方向の平均濃縮度の変化する
位置は、燃料棒の下端から軸方向全長の１／３（＝８／
２４）と７／１２（＝１４／２４）との範囲に位置させ
ることが適切であることが分かっている。軸方向の平均
濃縮度の変化する位置をこのように設定したとき、上記
のように燃料集合体コーナ部及びコーナ部に隣接する燃
料棒に対して、濃縮度が小さい上部領域には少なくとも
下端から１７／２４の位置から２２／２４の位置までの
領域を含ませると共に、濃縮度が高い下部領域に少なく
とも下端から２／２４の位置から８／２４の位置までの
領域を含ませることにより、上記燃料棒の軸方向の濃縮
度の変化する位置を燃料集合体の軸方向の平均濃縮度の
変化する位置と同じにでき、これにより燃料集合体の軸
方向の濃縮度変化位置の数を少なくできる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。まず、本発明の第１の実施例を図１及び図２によ
り、第２の実施例を図３及び図４により、これら実施例
の作用を図５により説明する。図１において、第１の実
施例の燃料集合体４０は、燃料棒１，２，３，４を有
し、燃料棒１，２，３，４は９行９列の正方格子状に規
則正しく配列されている。燃料集合体４０の中央部には
２本の水ロッド２０が配置されており、これら２本の水
ロッド２０を配置するために、９行９列に配置される８
１本の燃料棒のうち７本の燃料棒が取り除かれている。
これら燃料棒１〜４及び水ロッド２０を取り囲むように
横断面矩形のチャンネルボックス３０があり、チャンネ
ルボックス３０は冷却材の沸騰領域（チャンネルボック
スの内側）と非沸騰領域（チャンネルボックスの外側）
を分ける役目をしている。

【００２５】図１に示されている燃料棒１，２，３，４
の各々の軸方向の濃縮度の分布が図２に示されている。
燃料棒の四角の図の中の数値は、ウラン−２３５の濃縮
度を示している。燃料棒１においては、燃料ペレットの
ウラン−２３５の濃縮度は、５．０重量％である。燃料
棒２においては、炉心上部領域の燃料の濃縮度は５．０
重量％であるのに対し、下部領域においては、４．０重
量％となっている。燃料棒２の上部領域と下部領域の濃
縮度の境界、即ち濃縮度が変化する位置は、軸方向に下
端から上端まで２４等分したとき１１／２４の位置にな
っている。燃料棒３及び４が本発明を特徴付けるもので
あり、燃料棒３の上部領域のウラン−２３５の濃縮度が
３．０重量％であるのに対し、下部領域においては、
４．０重量％となっている。また、燃料棒４も、上部領
域のウラン−２３５の濃縮度が２．０重量％であるのに
対し、下部領域は、３．０重量％であり、燃料棒３及び
４ともに上部領域の濃縮度の方が下部領域よりも小さく
なっている。燃料棒３及び４の上部領域と下部領域の濃
縮度の境界、即ち濃縮度が変化する位置は、軸方向に下
端から上端まで２４等分したとき上記燃料棒２と同じ１
１／２４の位置になっている。即ち、軸方向の濃縮度が
変化する位置の数は増加していない。

【００２６】燃料棒４は、図１に示すように９行９列の
正方格子状に配列された燃料棒の４つのコーナ部にそれ
ぞれ１本ずつ合計４本配置され、燃料棒３は燃料棒４の
横または縦に隣接した位置、即ち最外周格子線上の隣り
に、それぞれ、合計８本配置されている。

【００２７】燃料棒３及び４は、上部領域の濃縮度が下
部領域の濃縮度より低いが、燃料棒２はその逆で、上部
領域の濃縮度が下部領域の濃縮度より高くなっている。
燃料集合体内に配置されている本数は全部で４０本であ
り、燃料集合体全体で考えると、軸方向の平均濃縮度分
布は上部領域で高く、下部領域で低くなっており、燃料
集合体全体の軸方向の出力分布は、ボイドの発生を考慮
して、平坦化されている。

【００２８】また、第３図において、本発明の第２の実
施例による燃料集合体４０Ａは、９行９列の正方格子状
に配列された燃料棒１，２，４，５を有している。燃料
棒１，２，４，５の軸方向の濃縮度の分布は、図４に示
されている。即ち、本実施例では、上部領域の濃縮度が
下部領域の濃縮度より低いのは、燃料棒４だけであり、
この燃料棒は図３に示すようにコーナ部４箇所に１本ず
つ配置されている。第１の実施例では、コーナ部の燃料
棒４の隣にも、上部領域の濃縮度が下部領域より低い燃
料棒３が配置されていたが、この実施例の場合には、コ
ーナ部の燃料棒４の隣には上部領域と下部領域の濃縮度
が同じである燃料棒５が配置されている。この場合に
も、燃料棒２の本数が２４本あるので、燃料集合体の軸
方向の平均濃縮度の分布は、上部領域で高く、下部領域
で低くなっており、燃料集合体全体の出力分布は、ボイ
ドの発生を考慮して、平坦化されている。

【００２９】以上の燃料集合体４０，４０Ａの冷温時に
おける炉心平均軸方向出力分布を図５にそれぞれ破線４
１、実線４２で示す。この図から分るように、冷温時に
は炉心平均の軸方向出力分布は、炉心上方に大きく歪む
ことが分る。これは、冷温時には燃料集合体よりの熱の
発生がないため、出力運転中に発生しているボイドがな
くなって、炉心上方の平均濃縮度が高い分、出力が上方
で高くなるからである。この場合、燃料棒下端から１７
／２４の位置から２２／２４の位置までの軸方向領域４
３においては、出力分布が高くなっていて、本発明を実
施しない場合には、制御棒が抜け出す事象を考える場合
には、コーナ部及びコーナ部に隣接する位置にある燃料
棒の設計上の余裕は小さくなってしまう。

【００３０】本発明の燃料集合体４０，４０Ａにおいて
は、コーナ部に位置する燃料棒４及びこれに隣接する燃
料棒３は、冷温時に出力が高くなる燃料棒下端から１７
／２４の位置から２２／２４の位置までの軸方向領域４
３を含む上部領域において、上述したように濃縮度が低
くなっている。そのため、冷温時にチャンネルボックス
内の沸騰領域が全て水に満たされ、チャンネルボックス
の外側の非沸騰領域の水とともに温度に下がることで、
水の分子が増加して、コーナ部付近で熱中性子束が大き
くなっても、濃縮度が低くなっているので、冷温時にお
いて出力を低く抑えることが可能となっている。

【００３１】一方、燃料棒３及び４の下部領域において
は、濃縮度が比較的に高くなっている。そのため、出力
運転時においては、燃料棒３及び４の出力が高くなるこ
とが心配される。そこで、下部領域における燃料の濃縮
度分布は、最大線出力密度が満たせるように適切に決め
ることになる。しかしながら、炉心の下部領域において
は、チャンネルボックス内の冷却材がまだ、あまり沸騰
していないために、減速材である水の量がチャンネルボ
ックス内に十分存在する。そのために、コーナ部のみが
熱中性子束が高いわけではなく、出力分布は平坦になっ
ている。炉心の上部領域では、ボイドが多く発生してお
り、チャンネルボックス内の水の量は少なくなってい
る。そのため、チャンネル外の水によって発生する熱中
性子の影響を受けやすいコーナ部付近の燃料棒の出力
は、高くなりやすいことが分かる。この傾向は、冷温時
には水の密度が増えるので、さらに顕著となる。

【００３２】また、上記２つの実施例では、燃料棒は９
行９列の正方格子配列であり、燃料棒の本数は従来の６
０本から７４本に増加し、１本あたりの燃料棒出力が本
数に比例して小さくなっている。このため、最大線出力
密度を適切な値にするのに必要な最大の局所出力も大き
くすることができる。以上により、出力運転時において
は、局所出力が大きくなり過ぎるいう問題は、発生しに
くいことが分かる。

【００３３】以上のように、第１及び第２の実施例によ
れば、冷温時においてコーナ部の局所出力が小さくなる
ので、冷温時における制御棒の抜け出し事象評価におい
て、燃料ペレットのエンタルピが小さくなり、設計上の
余裕の向上が図れ、安全性を高めることができる。ま
た、コーナ部の燃料棒の下部領域の濃縮度は高くできる
ので、燃料経済性の損失は最小限にできる。

【００３４】本発明の第３の実施例を図６及び図７によ
り説明する。原子炉の炉心に、燃料集合体を規則的に配
列していく場合に、チャンネルボックスの４辺とチャン
ネル外領域をはさんで向か合ったもう１つの別の燃料集
合体との間隔が４つとも等しい炉心と、そうでなく２辺
ずつが等しい炉心（Ｄ格子炉心）とがある。本実施例
は、後者のＤ格子炉心に本発明を実施したものであり、
燃料集合体４０Ｂは第２の実施例の燃料集合体４０Ａと
同様に、９行９列の正方格子状に配列された燃料棒１，
２，４，５を有している。ただし、上部領域の濃縮度が
下部領域に濃縮度より低い燃料棒４は、チャンネル同士
の幅が広い方のコーナ部にのみ配置されている。Ｄ格子
炉心では、チャンネル同士のギャップ幅の広い方のコー
ナ部には、熱中性子が多く発生するので、このコーナ部
に特に出力が大きくなりやすく、他方、他のコーナ部で
は熱中性子束は大きくならないので、上部領域の濃縮度
が下部領域の濃縮度と同じ燃料棒５を配置している。本
実施例によれば、Ｄ格子炉心に対して上記実施例と同様
の効果が得られる。

【００３５】本発明の第４の実施例を図８及び図９によ
り説明する。本実施例の燃料集合体４０Ｃは、９行９列
の正方格子状に配列された燃料棒７，８，９，１０，１
１を有し、燃料棒７，８，９，１０には、下端部及び上
端部に天然ウラン部ＮＵ（濃縮度約０．７１重量％）が
配置され、中性子の炉心上下方向への漏れを小さくし、
燃料の経済性を向上させている。また、燃料棒１１は、
燃料有効長が途中でなくなっている部分長の燃料棒であ
る。燃料棒１１の燃料有効部の切れ目は、燃料棒１１を
軸方向に下端から上端まで２４等分したとき１５／２４
の位置になっている。

【００３６】また、燃料棒８は、天然ウラン部ＮＵを除
いた上部領域の濃縮度が下部領域の濃縮度よりも高くな
っている。燃料棒９は、上部領域の濃縮度が下部領域の
濃縮度より小さくなっている。燃料棒８，９の軸方向の
濃縮度が変化する位置は、燃料棒を軸方向に下端から上
端まで２４等分したとき１１／２４の位置になってい
る。燃料棒１０については、燃料棒９と同様に上部領域
の濃縮度が下部領域の濃縮度より小さくなっているが、
上部領域と下部領域の濃縮度の境界が燃料棒９より上方
の、下端より１５／２４の位置になっている。この場合
にも、図５に示すように、冷温時に軸方向の出力が高く
なる１７／２４から２２／２４の位置では、濃縮度が低
くなっており、冷温時において燃料集合体コーナ部及び
その周辺の燃料棒の出力を小さくし、設計上の余裕を向
上し安全性を高めることができる。また、燃料棒１０に
おける濃縮度２．０重量％と３．０重量パーセントの境
界が、燃料棒１１の燃料有効部の切れ目と同じ位置にな
るようになっていて、燃料集合体の軸方向の濃縮度が変
化する位置の数を少なくするように配慮している。

【００３７】本発明の第５の実施例を図１０及び図１１
により説明する。本実施例の燃料集合体４０Ｄは燃料棒
７，８，９，１１，１２を有し、これら燃料棒は１０行
１０列の正方格子状に配列されたている。燃料集合体４
０Ｄの中央部は１２本の燃料棒配置空間を４本の太径の
水ロッド２０が占める配置となっている。この場合にお
いても、図１１に示すように、燃料棒９及び１２は、上
部領域の濃縮度が下部領域の濃縮度より小さくなってい
て、燃料集合体の４つのコーナ部には、燃料棒１２が配
置され、燃料棒１２の格子上の横隣りには燃料棒９が配
置されている。また、この実施例においても上部領域の
濃縮度が下部領域よりも高い燃料棒８が、燃料棒９及び
１２よりも数多く配置されているので、燃料集合体の軸
方向の濃縮度分布は、上部領域で高く下部領域で低くな
っている。従って、本実施例においても、これまでの実
施例と同じく冷温時の上部領域での高所出力を小さくす
ることができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、冷温時においてコーナ
部の局所出力を小さくすることができるので、冷温時に
おいて燃料集合体の軸方向の出力分布が、上部で大きく
ピークになることを考慮しても、冷温時における制御棒
の抜け出し事象評価において、燃料ペレットのエンタル
ピが小さくなり、設計上の余裕の向上が図れ、安全性を
高めることができる。また、コーナ部の燃料棒の下部領
域の濃縮度は高くできるので、燃料経済性の損失は最小
限にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による燃料集合体の横断
面図である。

【図２】図１に示す各燃料棒の軸方向の濃縮度分布を示
す図である。

【図３】本発明の第２の実施例による燃料集合体の横断
面図である。

【図４】図３に示す各燃料棒の軸方向の濃縮度分布を示
す図である。

【図５】冷温時における燃料集合体の軸方向の出力分布
を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施例による燃料集合体の横断
面図である。

【図７】図６に示す各燃料棒の軸方向の濃縮度分布を示
す図である。

【図８】本発明の第４の実施例による燃料集合体の横断
面図である。

【図９】図８に示す各燃料棒の軸方向の濃縮度分布を示
す図である。

【図１０】本発明の第５の実施例による燃料集合体の横
断面図である。

【図１１】図１０に示す各燃料棒の軸方向の濃縮度分布
を示す図である。

【図１２】従来の燃料集合体の横断面図である。

【図１３】図１２に示す各燃料棒の軸方向の濃縮度分布
を示す図である。

【符号の説明】

１〜１２燃料棒２０水ロッド４０〜４０Ｄ燃料集合体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上部タイプレートと、下部タイプレート
と、正方格子状に配列され、前記上部タイプレート及び
前記下部タイプレートに上端及び下端を支持された複数
の燃料棒と、前記燃料棒相互間を所定の間隔に保持する
燃料スペーサとを備え、燃料集合体横断面の平均濃縮度
が少なくとも上部及び下部の２つの領域で異なり、上部
領域の平均濃縮度が下部領域の平均濃縮度より大きい燃
料集合体において、前記複数の燃料棒のうち、前記正方格子状燃料配列の最
外周の各コーナ部に位置する燃料棒とこの燃料棒に隣接
する２本の燃料棒の合計３本の燃料棒の少なくともコー
ナ部の１本につき、上部領域の濃縮度が下部領域の濃縮
度より小さいことを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】請求項１記載の燃料集合体において、前
記上部領域の濃縮度が下部領域の濃縮度より小さい燃料
棒は、前記正方格子状燃料配列の最外周の４つのコーナ
部に位置する４本の燃料棒であることを特徴とする燃料
集合体。
【請求項３】請求項１記載の燃料集合体において、前
記上部領域の濃縮度が下部領域の濃縮度より小さい燃料
棒は、前記正方格子状燃料配列の最外周の４つのコーナ
部に位置する４本とこれに隣接して位置する８本の合計
１２本の燃料棒であることを特徴とする燃料集合体。
【請求項４】請求項３記載の燃料集合体において、燃
料棒の１本の横断面積の２倍以上の減速材領域の横断面
積を有する複数の水ロッドをさらに備え、前記２本の水
ロッドが互いに前記正方格子状燃料配列に対して斜めに
隣接して配置されていることを特徴とする燃料集合体。
【請求項５】請求項４記載の燃料集合体において、前
記複数の燃料棒は、軸方向の上端部及び下端部の少なく
とも一方に天然ウラン領域が設置されている燃料棒を含
むことを特徴とする燃料集合体。
【請求項６】請求項１記載の燃料集合体において、前
記上部領域の濃縮度が下部領域の濃縮度より小さい燃料
棒は、軸方向に下端から上端まで２４等分したとき、前
記濃縮度が相対的に小さい上部領域として少なくとも下
端から１７／２４の位置から２２／２４の位置までの領
域を含み、前記濃縮度が相対的に高い下部領域として少
なくとも下端から２／２４の位置から８／２４の位置ま
での領域を含むことを特徴とする燃料集合体。
【請求項７】請求項２項記載の燃料集合体において、
前記４本の燃料棒は、全て、軸方向に下端から上端まで
２４等分したとき、前記濃縮度が相対的に小さい上部領
域として少なくとも下端から１７／２４の位置から２２
／２４の位置までの領域を含み、前記濃縮度が相対的に
高い下部領域として少なくとも下端から２／２４の位置
から８／２４の位置までの領域を含むことを特徴とする
燃料集合体。
【請求項８】請求項３項記載の燃料集合体において、
前記１２本の燃料棒は、全て、軸方向に下端から上端ま
で２４等分したとき、前記濃縮度が相対的に小さい上部
領域として少なくとも下端から１７／２４の位置から２
２／２４の位置までの領域を含み、前記濃縮度が相対的
に高い下部領域として少なくとも下端から２／２４の位
置から８／２４の位置までの領域を含むことを特徴とす
る燃料集合体。
【請求項９】請求項８項記載の燃料集合体において、
燃料棒の１本の横断面積の２倍以上の減速材領域の横断
面積を有する複数の水ロッドをさらに備え、前記２本の
水ロッドが互いに前記正方格子状燃料配列に対して斜め
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。
【請求項１０】請求項９記載の燃料集合体において、
前記複数の燃料棒は、軸方向の上端部及び下端部の少な
くとも一方に天然ウラン領域が設置されている燃料棒を
含むことを特徴とする燃料集合体。