JPH07109435B2

JPH07109435B2 - 燃料集合体

Info

Publication number: JPH07109435B2
Application number: JP1066224A
Authority: JP
Inventors: 淳一小山; 肇男青山; 章喜中島; 泰典別所; 淳一山下; 貞夫内川; 博見丸山; 通裕小沢; 光也中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-03-20
Filing date: 1989-03-20
Publication date: 1995-11-22
Anticipated expiration: 2010-11-22
Also published as: JPH02245693A; EP0389219A3; EP0389219A2; DE69024243D1; EP0389219B1; DE69024243T2

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、燃料集合体及び原子炉の炉心に係り、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原子
炉に関するものである。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体は、燃料棒，水
ロツド、及び燃料棒及び水ロツドの上下端部を保持する
上部タイプレート及び下部タイプレートを有している。
水ロツドは、燃料棒間に配置される。燃料棒としては、
可燃性毒物（例えばガドリニア（Gd₂O₃））を含んでい
る燃料棒と、可燃性毒物を含まない燃料棒が用いられ
る。

沸騰水型原子炉では炉心軸方向の出力分布が上部で低
く、下部で高くなる。このため、可燃性毒物は、余剰反
応度の抑制だけでなく、炉心軸方向の出力分布の制御に
用いられている。このような可燃性毒物の使用例として
は、U.S.P.4,587,090号の第2A図及び第2B図に示す燃料
集合体、及びその第3A図及び第3B図に示す燃料集合体が
ある。前者の燃料集合体は、軸方向のガドリニア濃度
（4.5重量％）が一様な燃料棒と、燃料有効長部の下端
から燃料有効長部の全長の11/24の位置で上部領域と下
部領域に分割され、下部領域のガドリニア濃度（4.5重
量％）が上部領域のその濃度（3.5重量％）よりも大き
な燃料棒とを有している。後者の燃料集合体は、上記燃
料集合体に含まれる後者の燃料棒と、上部領域にガドリ
ニア（4.5重量％）を含み下部領域にガドリニアを含ま
ない燃料棒とを備えたものである。

更に、特開昭63−149588号公報の第１図に示す燃料集合
体も、可燃性毒物を含む２種類の燃料棒を有している。
これらの燃料棒は、低ガドリニア濃度の燃料棒とガドニ
リア濃度の燃料棒である。各々のガドニリアを含む燃料
棒は、軸方向に一様にガドリニアを分布させている。ガ
ドニリアを含まない燃料棒も含めて各燃料棒は、正方形
格子状に配置されている。すなわち、各燃料棒は、正方
形格子の交点にそれぞれ位置している。このような構成
で、低ガドリニア濃度の燃料棒と高ガドリニア濃度の燃
料棒は、下部タイプレートの側面と平行する燃料棒配列
内（Ｘ方向またはそれと直交するＹ方向）で互いに隣接
して配置されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したU.S.P.4,587,090号の第2A図の燃料集合体（第2
B図に示す燃料棒を使用）または第3A図の燃料集合体
（第3B図に示す燃料棒を使用）を炉心に装荷した沸騰水
型原子炉では、その運転サイクルの初期で軸方向の出力
ピーキングが大きくなる。特に、ガドリニアを含む燃料
棒の本数を上部領域よりも下部領域で少なくした後者の
燃料集合体を用いた場合には、運転サイクル初期での軸
方向の出力ピーキングが大きくなる。これは、運転サイ
クル前半で下部領域の出力を大きくして高い平均ボイド
率で運転を行い、運転サイクル末期では燃焼の進んだ下
部領域の出力が小さくなるので平均ボイド率が低くなる
ためである。このように運転サイクル内で平均ボイド率
を変えることによつてスペクトルシフト効果が生じる。

特開昭63−149588号公報に示された燃料集合体におい
て、下部タイプレートの側面と並行している燃料棒配列
内で互いに隣接して配置された低ガドリニア濃度の燃料
棒と高ガドリニア濃度の燃料棒は、前者のガドリニア濃
度が後者のガドリニア濃度の60％以下になつている。こ
のような燃料集合体は、後述するように、発明者等の検
討により運転サイクル初期（０〜約2GWd/st）での軸方
向出力ピーキングが、前述した米国出願に示された各燃
料集合体よりも減少することがわかつた。

しかしながら、線出力密度等の熱的特性及び核熱水力安
定性を更に向上させるためには、運転サイクル初期にお
ける軸方向出力ピーキングを低下させることが望まれ
る。

本発明の目的は、運転サイクル初期における軸方向出力
ピーキングを減少できると共にその出力ピーキングの変
化を抑制できる燃料集合体を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、核燃料物質を含み可燃性毒物を含まない複
数の第１燃料棒と、前記核燃料物質及び前記可燃性毒物
を含む複数の第２燃料棒とを有する燃料集合体におい
て、前記燃料集合体は、その軸方向に垂直な横断面にお
ける平均濃縮度が異なる上部領域と下部領域に領域分け
され、前記第２燃料棒は、前記燃料集合体内における最
低可燃性毒物濃度を有する可燃性毒物が前記下部領域に
存在する第３燃料棒と、この第３燃料棒以外の第４燃料
棒とからなり、前記第３燃料棒と前記第４燃料棒の間に
前記第１燃料棒を配置すると共に、前記複数の第２燃料
棒の前記下部領域における可燃性毒物の平均濃度を前記
上部領域における可燃性毒物の平均濃度に比べて等しい
か又は高くすることにより達成できる。

〔作用〕

本発明は、可燃性毒物、例えばガドリニアの特性を詳細
に検討することによつてなされたものである。この検討
結果を以下に説明する。

運転サイクル前半における炉心軸方向出力ピーキングの
燃焼変化は、主に２つの要因による。

一般に、炉心内には核分裂性物質の混入量及び可燃性毒
物混入量が異なる幾つかのグループの燃料集合体が存在
している。初装荷炉心から数サイクルの運転サイクルを
経た炉心では、各燃料集合体が炉心内に滞在した運転サ
イクル数によつて燃料集合体のグループ分けができる。
以下では、核分裂性物質量が最も多く可燃性毒物量も多
い燃料集合体の群を第１グループ、可燃性毒物をほとん
ど含まない燃料集合体の群をその中に含まれる核分裂性
物質量の多少により順序づけて、第２グループ及び第３
グループ等と呼ぶことにする。ある運転サイクルの運転
開始直前（燃料交換後）では、一般的に第１グループの
燃料集合体はまだ運転を経験しない新燃料集合体（燃焼
度0GWd/st）である。第２グループのそれは１つの運転
サイクルでの運転を経験したもので、第３グループのそ
れは２つの運転サイクルでの運転を経験したものであ
る。

第９図は、第10図に示す軸方向のガドリニア分布及び軸
方向でのガドリニア含有燃料棒の本数分布を有する新燃
料集合体を炉心に装荷した沸騰水型原子炉の平衡サイク
ル炉心において、炉心下部の相対出力に対する各グルー
プの燃料集合体の寄与が燃焼とともにどのように変化す
るかを示している。実線は第１グループの燃料集合体、
一点鎖線は第２グループの燃料集合体、及び破線は第３
グループの燃料集合体に対応する特性である。第11図
は、第10図のガドリニアを含む燃料棒を有する燃料集合
体に対しての軸方向出力ピーキングの変化を示してい
る。この出力ピーキングの変化は、１つの運転サイクル
におけるものである。運転サイクル初期での軸方向出力
ピーキングが大きくなつている。

なお、第10図に示すガドリニア含有燃料棒を含む燃料集
合体は、公知例ではなく、本発明の特性の理解を助ける
ために発明者等が特願昭63−277247号の第１図及び第２
図の概念を適用して想定したものである。沸騰水型原子
炉は、炉心内でボイドが発生するので、運転状態におけ
る実効的はH/U（水対ウラン比）が炉心の軸方向の上部
と下部で異なつている。炉心の下部では、H/Uが大きく
スペクトルが軟らかいために第12図の実線で示すよう
に、燃焼に伴う中性子無限増倍率の変化が炉心上部のそ
れ（第12図に破線で示す）よりも急である。第１グルー
プの燃料集合体では、ガドリニアの燃焼に伴つて次第に
中性子無限増倍率が大きくなつていくが、下部領域での
中性子無限増倍率の方が増倍率上昇が上部領域でのそれ
よりも急なので、下部領域での相対出力は次第に高くな
つていく。下部の領域のガドリニアが早く燃え尽きてし
まうと、中性子無限増倍率は核分裂性物質の燃焼に伴つ
て低下し始める。従つて、そのときには下部領域の相対
出力が低くなつていく。一方、第２及び第３グループの
燃料集合体は運転を経験しておりガドリニアを含まない
ので、中性子無限増倍率が単調に減少する。第２及び第
３グループの燃料集合体も、H/Uの大きな下部領域での
中性子無限増倍率の減少速度が速いため、下部領域の相
対出力は次第に減少する。第９図の下部領域の相対出力
は、各グループの燃料集合体の下部領域内の反応度が上
部領域のそれに比べてどれだけ高いかということ、及び
炉心全体で各グループの燃料集合体がどれだけ出力を分
担しているかによつて定まる量である。

運転サイクル初期において、炉心の下部領域での軸方向
出力ピーキングが急速に減少していくのは、この時期に
最も高い反応度をもつ第２グループの燃料集合体の下部
領域での相対出力が急速に減少することに支配されてい
る。炉心軸方向出力ピーキングの燃焼度に対する変化を
もたらす第１の要因は、炉心軸方向でのH/Uの違いによ
つて炉心上部領域とその下部領域で中性子無限増倍率の
変化に差が生じること、及び炉心内での各グループの燃
料集合体間での出力分担が燃焼とともに変化することで
ある。

第２及び第３グループの燃料集合体に対する下部領域で
の相対出力の変化曲線は、一般に、下に凸の減少曲線に
なる。上記の通り、下部領域の相対出力ｐは、炉心内に
おける各グループの燃料集合体の出力分担率ｓと、グル
ープに規格化した場合における下部領域での軸方向出力
ピーキングｒとを乗じたものである。極端な上部ピーク
型の軸方向出力分布になつていない場合には、軸方向出
力ピーキングｒは、燃焼度Ｅの減少関数となる。また出
力分担率ｓも、第２及び第３グループでは燃焼度Ｅの減
少関数となる。軸方向出力ピーキングｒ及び出力分担率
ｓが直線的に減少するとみなし、ｒ＝−ａ・Ｅ＋ｂ ……（１）ｓ＝−ｃ・Ｅ＋ｄ ……（２）（a,b,c,dは定数）とした場合でも、ｐ＝ｒ・ｓ＝ac・E²−（ad＋bc）Ｅ＋ｂ・ｄ……（３）となる。従つて、第２及び第３グループの燃料集合体で
は、下部領域の相対出力が燃焼度に対して下に凸になる
ように変化するのは一般的な現象である。

この特性に対応して、第１グループの燃料集合体の下部
領域での相対出力が運転サイクル初期において十分小さ
く適度に上に凸の増加曲線になつていれば、炉心全体と
して、下部領域の軸方向出力ピーキングを一定に保つこ
とが可能である。しかし、従来の燃料集合体では、第９
図に示すように、第１グループの燃料集合体も、運転サ
イクル初期においては下に凸の中性子無限増倍率の曲線
となつている。これは、H/Uが大きい場合、すなわち下
部領域での中性子無限増倍率の曲線が、第12図のよう
に、運転サイクル初期で下に凸になつているためであ
る。なお、H/Uが３と小さい上部領域に対する中性子無
限増倍率の曲線は、運転サイクル初期でほぼ直線になつ
ている（第12図）。

第13図は、ガドリニアによる中性子吸収割合の燃焼度に
対する変化を、中性子吸収断面積の大きな同位体である
Gd−155とGd−157に分けて示している。天然のガドリニ
ウムにはGd−155とGd−157がほぼ同量含まれている。Gd
−157の熱中性子に対するミクロ吸収断面積は、Gd−155
のそれの４倍以上である。このため発生した熱中性子の
大部分がGd−157に吸収され、あたかもGd−155はGd−15
7によつて遮蔽された状態となつている。Gd−157の減少
に伴つてGd−155による中性子の吸収は少しずつ増加す
る。Gd−155及びGd−157の中性子吸収割合が同程度に近
づいた後は、Gd−155及びGd−157のどちらも減少してい
く。このため、Gd−155及びGd−157を合わせた中性子吸
収曲線は、第13図の実線で示すように始めは上に凸、後
で下に凸となつている。このように、Gd−155とGd−157
の間の遮蔽効果のために、特にH/Uが大きくて熱中性子
割合が多いときに中性子無限増倍率の上昇曲線が運転サ
イクル初期において下に凸になる。この現象が、炉心の
軸方向出力ピーキングの燃焼度に対する変化をもたらす
第２の要因である。

第１及び第２の要因は、U.S.P.4,587,090号の第2A図及
び第3A図に示す各燃料集合体においても発生する。

以上述べた第１及び第２の要因により、運転サイクルの
初期で軸方向出力ピーキングが大きくなることがわかつ
た。特に、下部領域における中性子無限増倍率の増加割
合を第12図に示す上部領域におけるその増加割合に近づ
ければよいことがわかつた。

以上の分析結果に基づき、発明者等は、第１グループの
燃料集合体に対する中性子無限増倍率曲線の下に凸の度
合を緩和しあるいは逆にその曲線を上に凸することによ
つて、特にその燃料集合体の下部領域においてそのよう
な改善を行うことによつて、運転サイクル初期における
炉心軸方向出力ピーキングを低下させてその出力ピーキ
ングの変化を安定化できるとの知見を得た。ガドリニア
濃度を下げることによつて、特に、ガドリニアが存在す
る下部領域のその濃度を下げることによつて、運転サイ
クルにおけるガドリニアの中性子吸収割合変化を調整
し、中性子無限増倍率の燃焼度に対する変化を調整して
いる。

第13図に示されたように、Gd−155による中性子吸収割
合の変化が単調でない期間は、ガドリニアが燃え尽きる
時期の1/2より前である。この期間の中性子吸収量を効
果的に調整するためには、この間に燃え尽きてしまうよ
うな可燃性毒物を用いなければならない。また、ガドリ
ニアと同等以上の中性子吸収断面積をもつ可燃性毒物を
用いることが効果的である。このため、低濃度ガドリニ
アの濃度は、他のガドリニア含有燃料棒の平均ガドリニ
ア濃度の1/2よりも小さくする必要がある。

第14図は、H/Uをパラメータとしたガドリニアによる中
性子吸収割合と運転サイクルの燃焼度との関係を示して
いる。H/Uが大きく、中性子スペクトルが軟らかい程、G
d−155に対する中性子吸収割合の変化の非単調性は大き
くなる。従つて、H/Uが大きい程、必要な調整量は大き
くなる。例えば、H/U＝３程度では調整の必要はない。
しかし、H/U＝６程度では、運転サイクル初期中性子吸
収割合を２％以上増加させる必要がある。これに対し
て、低濃度ガドリニアによる調整効果も、H/Uが大きい
ほど大きくなる。このため、軸方向で一様に低濃度ガド
リニアを含む燃料棒を用いることによつて、上部及び下
部領域の反応度の燃焼度に対する変化を、望ましい方向
に改善できる。また、軸方向位置によつて低濃度ガドリ
ニアを含む燃料棒の本数を変える場合には、運転状態に
おける実効的H/Uが大きな領域において、低濃度ガドリ
ニアを含む燃料棒の本数が少なくならないようにする必
要がある。

特開昭63−149588号号公報の第１図に示す燃料集合体
は、下部タイプレートの側面と並行する燃料棒配列内で
高濃度のガドリニア含有燃料棒と低濃度ガドニリア含有
燃料棒とが隣接して配置されている。このように２本の
ガドニリア含有燃料棒を隣接させた場合には、各々が相
互に干渉し合つて中性子吸収割合が減少する。運転サイ
クル初期において中性子無限増倍率をガドリニアで調整
して軸方向出力ピーキングを積極的に抑制するという観
点から見た場合、前述の燃料棒配列内で高濃度ガドリニ
ア含有燃料棒と低濃度ガドリニア含有燃料棒を隣接させ
ることは後者の燃料棒の反応度価値を損うことになる。

以上のことを考慮することによつて、発明者等は、正方
格子状の燃料棒配置において、低濃度可燃性毒物含有燃
料棒（特に下部領域に低濃度の可燃性毒物が存在する燃
料棒）と高濃度可燃性毒物含有燃料棒を下部タイプレー
トの側面と並行した燃料棒配列内で隣接させるのではな
く、その燃料棒配列内であれば可燃性毒物を含まない燃
料棒を間に挾んでそれらの燃料棒を配置すること、また
は下部タイプレートの側面と斜に交差する燃料棒配列内
でそれらの燃料棒を隣接して配置することによつて、中
性子無限増倍率曲線の下に凸になる度合の緩和機能を新
しい燃料集合体（0GWd/t）において十分に発揮できるこ
とがわかつた。すなわち、低濃度可燃性毒物含有燃料棒
と高濃度可燃性毒物含有燃料棒との間の距離が長くなる
ので、上記の緩和機能が向上する。

〔実施例〕

以上の検討結果に基づいてなされた本発明の具体的な実
施例を以下に説明する。

沸騰水型原子炉に適用した本発明の一実施例である燃料
集合体を第１図〜第３図により説明する。本実施例の燃
料集合体11は、ハンドルを有する上部タイプレート12,
下部タイプレート13,複数の燃料棒14,複数の燃料スペー
サ15及び２本のウオータロツドＷを有している。各燃料
棒14及びウオータロツドＷは、上端部が上部タイプレー
ト12に支持され、下端部が下部タイプレート13に支持さ
れている。燃料棒14は、内部に二酸化ウランの燃料ペレ
ツトを充填している。燃料スペーサ15は、燃料棒14の相
互間の間隔を所定幅に保持するように各燃料棒14を支持
している。チヤンネルボツクス16は、上部タイプレート
12に取付けられ、燃料スペーサ15によつて束ねられた燃
料棒束の周囲を取囲んでいる。

燃料棒14は、８行８列の正方格子に配置される。正方格
子状の燃料棒配置において、ある方向（第１図に示すＸ
−Ｘ方向）に並列に配列された燃料棒配列は、下部タイ
プレート13の側面に並行になつている。このＸ−Ｘ方向
に直交する他の方向（第１図に示すＹ−Ｙ方向）に並行
に配列された燃料棒配列は、下部タイプレート13の他の
側面に並行になつている。なお、下部タイプレート13の
燃料棒14を支持する部分での横断面形状は、チヤンネル
ボツクス16の内面によつて囲くれる形状と実質的に等し
く正方形状をしている。２本のウオータロツドＷは、燃
料集合体横断面の中央部で、しかも下部タイプレート13
の対向する一対のコーナ部を結ぶ直線上に隣接して配置
される。

燃料棒14は、燃料棒６〜10,G1及びG2の７種類が用いら
れる。燃料棒６〜10、G1及びG2の軸方向における濃縮度
及びガドリニア濃度の分布は、第２図のようになつてい
る。各燃料棒は、燃料有効長部の下端から燃料有効長部
の軸方向全長の1/24までの範囲と、燃料有効長部の下端
を基準にして燃料有効長部の軸方向全長の22〜24〜24/2
4の範囲とに天然ウランが充填される。第２図の各燃料
棒において、斜線を付した部分が天然ウラン充填領域で
ある。燃料有効長部とは、燃料ペレツトが充填されてい
る領域、すなわち各燃料物質が充填されている領域を意
味する。燃料棒１〜４はガドリニアを含んでいない。燃
料棒G1及びG2は、ガドリニアを含んでおり、ガドリニア
含有燃料棒である。燃料棒G2の平均ガドリニア濃度は、
1.0重量％であり、燃料棒G1のそれ（4.5重量％）よりも
小さい。燃料棒６〜10、G1及びG2は、燃料有効長部の下
端を基準にして燃料有効長部の軸方向全長の1/24〜22/2
4の範囲が濃縮ウラン充填領域となつている。燃料棒6,
8,9,10,G1及びG2は、濃縮ウラン充填領域でその軸方向
の濃縮度が一様になつている。燃料棒6,8,9,10,G1及びG
2の濃縮ウラン充填領域での濃縮度は、燃料棒６が3.9重
量％、燃料棒８が3.4重量％、燃料棒９が2.9重量％、燃
料棒10が2.0重量％、燃料棒G1が3.4重量％及び燃料棒G2
が3.4重量％である。燃料棒７の濃縮ウラン領域での濃
縮度は、燃料有効長部の下端に基準にして、燃料有効長
部の軸方向全長の1/24〜11/24の範囲が2.9重量％、燃料
有効長部の軸方向全長の11/24〜22/24の範囲が3.9重量
％になつている。燃料棒G1及びG2のガドリニア濃度分布
は、濃縮ウラン充填領域では前述した各濃度で一様にな
つている。天然ウラン充填領域には、ガドリニアが含ま
れていない。ガドリニアは、天然のGdで作られる。２本
の燃料棒G2に含まれるガドリニアの濃度が最低濃度であ
る。これらの燃料棒G2のガドリニア濃度は、ガドリニア
を含む他の燃料棒G1の平均のガドリニア濃度の1/2より
も小さい。以上述べた濃縮度及びガドリニア濃度は、燃
料集合体10を炉心に装荷する前の状態（燃焼度0GWd/t）
での値である。本実施例では、燃料棒G1が７本、燃料棒
G2が２本用いられている。２本の燃料棒G2は、内部に飽
和水領域を形成するウオータロツドＷに隣接する位置に
それぞれ配置される。７本の燃料棒G1は、最外周から２
列目に配置され、ウオータロツドＷ及びチヤンネルボツ
クス16に隣接して配置されていない。チヤンネルボツク
ス16は、燃料集合体11内の冷却水流路を画定すると共
に、燃料集合体11が炉心内に装荷されたときに燃料集合
体11間に形成される水ギヤツプ（飽和水領域）を画定す
るものである。すなわち、燃料棒G1は、燃料集合体11が
炉心内に装荷されている状態で形成される飽和水領域付
近に配置されていない。

第４図は、本実施例の効果を説明するために用いた従来
の燃料集合体を示している。この燃料集合体17は、前述
した燃料棒６〜10及びG1を有している。これらの燃料棒
は、燃料集合体11の燃料棒G2の位置を除いて、燃料集合
体11と同じ位置に配置される。なお、燃料棒G2の位置に
は、燃料棒８が配置される。第５図も本実施例の効果を
説明するために用いた従来の燃料集合体を示している。
この燃料集合体18は、特開昭63−149588号公報に示され
た概念を適用したものであり、第２図に示す全燃料棒を
用いている。燃料棒G1及び燃料棒G2は、下部タイプレー
ト13の側面に並行な燃料棒配列内で隣接している。

第６図は、新しい状態（燃焼度0GWd/t）の燃料集合体1
0,17及び18に対する中性子無限増倍率の変化率と運転サ
イクルでの燃焼度との関係を示したものである。この特
性は、ボイド率０％のときの中性子無限増倍率の変化率
とボイド70％のときの中性子無限増倍率の変化率との差
で示している。なお、沸騰水型原子炉では、炉心の下部
領域のボイド率が０〜20％、その上部領域のボイド率が
50〜70％である。また、上部領域の中性子無限増倍率
は、第12図の破線で示すように直線状に変化する。この
ため、第６図の特性は、炉心の上部領域における中性子
無限増倍率がその下部領域におけるそれがどれだけ高い
かを示すものとも言える。第６図の特性が水平な直線に
近い程、炉心の上部及び下部領域の中性子無限増倍率の
変化が同じくなる方向にあり、下部領域に対する中性子
無限増倍率の上昇曲線において下に凸になる度合が緩和
されることになる。これにより、炉心の軸方向、出力分
布は、燃焼度が増加してもあまり変動しなくなり安定な
状態になる。

燃料集合体17は、運転サイクル初期（０〜2GWd/st）で
中性子無限増倍率の変化率が4.0から3.0にかけて変化す
る。燃焼集合体18は、3.2から2.5にかけて変化する。本
実施例の燃料集合体10は、最大2.6,最小2.4の間で、平
均2.5で変化する。本実施例の燃料集合体10は、燃料集
合体17及び18に比べて運転サイクル初期において軸方向
の出力分布をより安定化できる。第６図の中性子無限増
倍率の変化率の値が小さいということは、下部領域と上
部領域との中性子無限増倍率の差が小さい、すなわち軸
方向の出力ピーキングが小さいことを意味する。従つ
て、運転サイクル初期での軸方向出力ピーキングは、燃
料集合体17及び18よりも燃料集合体10で著しく改善され
て低下している。

本実施例と同様に燃料棒G1及びG2を有する燃料集合体18
での改善効果が少ない理由を説明する。ある運転サイク
ルでの運転を開始した直後（0GWd/stの近く）では、燃
料集合体17に対する燃料集合体18の改善度合は、燃料集
合体17に対する燃料集合体10のそれの約3/5である。こ
れは、前述のようなガドリニア濃度の高い燃料棒G1に隣
接する燃料棒G2の位置では、ボイド率による熱中性子束
の変化が小さいためである。従つて、燃流棒G2によつて
低ボイド率での反応度を抑えるためには、本実施例のよ
うに燃料棒G1と燃料棒G2との間に可燃性毒物を含まない
燃料棒を位置させることが望ましい。このような本実施
例は、上部領域と下部領域の中性子無限増倍率の変化が
同じくなる傾向が燃料集合体18よりも強く、下部領域に
対する中性子無限増倍率の上昇曲線において下に凸にな
る度合を緩和する機能が燃料集合体18よりも大きくな
る。すなわち、燃料棒G2のガドリニアの機能を十分に発
揮できるので、燃料棒G1のGd−155の中性子吸収割合の
特性によつて生じる運転サイクル初期で上記した下に凸
になる度合を十分に補償できる。

第７図は、燃料集合体10及び17の下部領域をボイド率０
％で燃焼させた場合の中性子無限増倍率の変化を示して
いる。本実施例の燃料集合体10及び燃料集合体17は、後
述する燃料集合体20よりも平均濃縮度が低く中性子スペ
クトルが軟かい。このため、強中性子吸収体であるガド
リニア自身によつて熱中性子が遮蔽される効果が大き
く、運転サイクル初期にガドリニアの反応度価値が抑え
られる傾向が顕著である。本実施例の燃料集合体10は、
燃料棒G2を用いて反応度価値の減損を補なうことによ
り、第７図の実線で示すように、燃焼度に対してほぼ直
線的に変化する中性子無限増倍率曲線になつている。燃
料集合体18の特性は第７図に示されていない。しかし、
それらの特性は、運転サイクル初期においては燃料集合
体17の中性子無限増倍率と燃料集合体10の中性子無限増
倍率との差の315のレベルを推移する。

第８図は本実施例の燃料集合体10を装荷した炉心の平均
軸方向出力ピーキングの変化を示している。比較のため
に、燃料集合体17を装荷した炉心の特性も示している。
どちらの炉心も764体の燃料集合体から成り、運転サイ
クル毎に、212体が新しい燃料集合体に取替えられる。
制御棒挿入パターンは運転サイクル初期から、サイクル
における燃焼度5GWd/stまで一定パターンとし、再循環
流量等の運転条件も双方の炉心で同一とした場合におけ
る燃焼特性を比較している。

新しい燃料集合体17を装荷した炉心では、運転サイクル
初期において新しい燃料集合体17の下部領域の反応度が
その上部領域の反応度に比べてかなり大きいため、炉心
の下部領域における出力ピーキングが非常に大きくな
る。これに対して、本実施例の新しい燃料集合体10を用
いた場合では1.0重量％の低濃度ガドリニアによつて運
転サイクル初期の反応度が抑えられ、特に、ボイド率の
低い炉心下部領域ほど、その効果が大きい。従つて燃焼
に伴う上部及び下部領域の反応度差の変化は小さくな
る。このため、運転サイクル初期における炉心の下部領
域の軸方向出力ピーキングは約５％小さくなり、燃焼に
伴う軸方向出力分布の変化が小さくなつている。燃焼集
合体18を装荷した炉心の運転サイクル初期での軸方向出
力ピーキングは、燃料集合体10のそれよりも大きくな
る。

燃料集合体10は、後述する燃料集合体20に比べて燃料棒
本数が少ないので、同じ線出力密度制限のもとでも、許
容される軸方向出力ピーキングは小さくなる。このた
め、1.0重量％のガドリニアが燃え尽きた後でもガドリ
ニアが残つている高濃度ガドリニア含有燃料棒（燃料棒
G1）の本数が上部及び下部領域で同一本数となるように
している。軸方向出力ピーキングは、運転サイクルを通
じて約1.2となつている。本実施例の燃料集合体10は、
上部領域にも低濃度ガドリニアを加えたことにより、燃
料集合体17を装荷した炉心に比べて、運転サイクル初期
の炉停止余裕が0.5％ΔＫ程度大きくなる効果も得られ
る。

ガドリニア濃度の低い燃料棒G2を水ロツドＷに隣接させ
ることにより、水ロツドＷ周辺の高い反応度を押えるこ
とができる。燃料棒G2から見ると、ガドリニアの減少度
合が大きく運転サイクル初期の軸方向出力ピーキングが
より小さくなる。

本発明の他の実施例である燃料集合体20を第15図及び第
16図に基づいて説明する。燃料集合体20も、第３図に示
す構造を有している。燃料集合体20は、燃料集合体10と
異なり第16図に示す８種類の燃料棒14を備えている。燃
料棒14は、燃料棒１〜５及びG3〜G5である。これらの燃
料棒は、正方格子状で９行９列に配置されている。すべ
ての燃料棒は、燃料有効長部の下端から燃料有効長部の
軸方向全長の1/24の位置までの範囲に天然ウランが充填
される。燃料棒1,3〜５及びG3〜G5は、燃料有効長部の
軸方向全長の22/24から燃料有効長部の上端までの範囲
にも天然ウランが充填されている。燃料棒1,3〜５及びG
3〜G5は、上端部及び下端部の天然ウラン充填領域の間
が濃縮ウラン充填領域となつている。燃料棒1,4,5及びG
3〜G5の濃縮ウラン充填領域の濃縮度は、4.8重量％,3.6
重量％,2.8重量％,3.7重量％,3.7重量％及び3.7重量％
であり、軸方向で一様である。燃料棒３は、燃料有効長
部の下端を基点として燃料有効長部の軸方向全長の11/2
4で濃縮ウラン充填領域が上部及び下部領域に分割され
る。その上部領域の濃縮度は4.8重量％その下部領域の
濃縮度は4.1重量％である。燃料有効長部の下端から燃
料有効長部の軸方向全長の11/24の位置を基準にして、
その位置より上方が上部領域であり、その位置より下方
が下部領域である。燃料棒G3〜G5は、濃縮ウラン充填領
域にガドリニアを含んでいる。燃料棒G4は、濃縮ウラン
充填領域の全体にわたつて4.5重量％のガドリニアを含
んでいる。燃料棒G3及びG5は、燃料棒３と同じ位置で濃
縮ウラン充填領域が上部及び下部領域に分割される。燃
料棒G3は、その上部領域に4.0重量％、その下部領域に
5.0重量％のガドリニアを含む。燃料棒G5は、その上部
領域に4.0重量％、その下部領域に2.0重量％のガドリニ
アを含む。燃料棒２は、燃料有効長部の上端が、燃料有
効長の下端を基点にした場合、他の燃料棒における燃料
有効長部の軸方向全長の15/24の位置にある。燃料棒２
の軸方向長は、他の燃料棒のそれよりも短い。燃料棒２
は、軸方向に一様な4.8重量％の濃縮度を有するすべて
の燃料棒２は、最外周から２列目に位置している。上記
のガドリニアは、Gd−155及びGd−157が等量含まれる天
然のGdによつて作られる。第16図に示す濃縮度分布及び
ガドリニア濃度分布は、燃焼度0GWd/tの新しい燃料集合
体20に対するものである。２本のグオータロツドW1は、
燃料集合体横断面の中央部で、しかも下部タイプレート
13の対向する一対のコーナ部を結ぶ直線上に隣接して配
置される。ウオータロツドW1の外径は、燃料棒ピツチよ
りも大きい。２本のウオータロツドW1は配置されている
燃料棒14と同じピツチで７本の燃料棒14が配置可能な領
域を占有している。すなわち、７本の燃料棒14が、２本
のウオータロツドW1の配置によつて排除された形になつ
ている。このようなウオータロツドW1を配置した燃料集
合体は特開昭62−217186号公報の第１図，第７図及び第
８図に示されている。

燃料集合体20内のガドリニアは、燃料集合体20の上部領
域が4.0重量％×15本＝60であり、燃料集合体20の下部
領域は5.0重量％×８本＋4.0重量％×３本＋２重量％×
４本＝60である。上部領域と下部領域に含まれるガドリ
ニアの量は等しい。また、燃料棒G3〜G5を上部及び下部
領域に分割したとき、ガドリニア含有燃料棒内での最高
ガドリニア濃度（5.0重量％）及び最低ガドリニア濃度
（2.0重量％）は、いずれも下部領域に存在している。
燃料集合体20の下部領域において、最低ガドリニア濃度
を含む燃料棒G5を除いた他の燃料棒G3及びG4の平均ガド
リニア濃度は、4.7重量％である。燃料棒G5の下部領域
のガドリニア濃度（最低ガドリニア濃度）は、上部平均
ガドリニア濃度の1/2よりも小さい。前述の最高及び最
低ガドリニア濃度は、燃料集合体20の上部領域で濃縮ウ
ラン充填領域には存在しない。さらに最低濃度のガドリ
ニアを含む燃料棒G5は、ガドリニア燃焼後のガドリニア
からの変換核種による反応度低下効果が大きいウオータ
ロツドW1に隣接して配置され、反応度の低下を最小とし
ている。本実施例では、最大線出力密度を低下するた
め、燃料集合体の下部領域の平均濃縮度を上部領域のそ
れよりも0.2重量％小さくしている。

第17図は本実施例の効果を説明するために想定した燃料
集合体（第10図に示す概念を適用して想定した燃料集合
体）を示している。この燃料集合体21は、燃料棒１〜
５、G3及びG4を有している。これらの燃料棒の配置は、
燃料集合体20での配置と同じである。燃料集合体21は、
燃料棒G5の替りに燃料棒G6を用いている。燃料棒G6は、
第18図に示すように燃料棒G5の下部領域のガドリニア濃
度を０重量％にしたものである。

本実施例の燃料集合体20及び燃料集合体21の下部領域を
ボイド率０％で燃焼させた場合の中性子無限増倍率の変
化を比較して第19図に示す。

燃料集合体21の下部領域は、運転サイクル初期において
ガドリニアの中性子吸収価値が充分大きくないため、中
性子無限増倍率は下に凸の曲線になる。これに対して、
本実施例の燃料集合体20の下部領域では低濃度のガドリ
ニアを付加した（燃料棒G5を設ける）ことにより、中性
子無限増倍率が運転サイクル初期で燃焼度に対してほぼ
直線状に上昇する変化を実現できる。

第20図は、本実施例の燃料集合体20を装荷した炉心の軸
方向出力ピーキングの運転サイクル中の燃焼変化を示し
ている。比較のため、燃料集合体21を装荷した炉心の特
性も併せて示してある。どちらの炉心も764体の燃料集
合体から成り、運転サイクル毎に、このうち約230体が
新しい燃料集合体に取り替えられる。制御棒挿入パター
ンや再循環流量による出力分布への影響を除いて比較を
行なうため、双方で同一の運転条件で燃焼させた場合の
特性を比較している。

燃料集合体21を装荷した炉心では、運転初期において新
しい燃料集合体21の下部領域の反応度が高いため、燃料
集合体17の場合と同様に炉心の下部領域の出力ピーキン
グが非常に大きくなる。燃料集合体21は、上部領域にお
けるガドリニア含有燃料棒の本数よりも下部領域におけ
るガドリニア含有燃料棒の本数が少なくなつている。こ
の燃料集合体21を装荷した炉心は、運転サイクル前半は
炉心の下部領域における出力が大きいために炉心平均ボ
イド率が高く、運転サイクル末期には炉心の下部領域の
出力が小さくなつて炉心平均ボイド率が低くなる特徴を
持つている。このような運転によつて燃料経済性を向上
させることが可能であるが、その効果を高めるために、
燃料集合体の下部領域におけるガドリニア含有燃料棒の
本数を減らすと、第20図のように、運転サイクルのごく
初期における軸方向出力ピーキングが極端に大きくなつ
てしまう。これは、燃料棒の線出力密度の増大をもたら
し、燃料健全性の面から許容し得ないものになつてしま
う。

本実施例の燃料集合体20を装荷した炉心では、運転サイ
クル初期において新しい燃料集合体20の下部領域での反
応度が低いため、第20図の実線で示すように炉心の下部
領域で大きな軸方向の出力ピーキングは生じない。更
に、新しい燃料集合体20の下部領域における中性子無限
増倍率は、第19図のように、燃焼度に対してほぼ直線的
に変化するので、炉心の上部領域とその下部領域との反
応度の比は、運転サイクル前半でほぼ一定に保たれる。
これにより、運転サイクル前半における軸方向出力ピー
キングの変化がほとんどなく安定している。

このように運転サイクル初期において中性子無限増倍率
がほぼ直線状に上昇する変化を実現できる軸方向出力ピ
ーキングが低い状態で安定に保持できるのは、最低ガド
リニア濃度を有する燃料棒G5が、下部領域でその燃料棒
よりもガドリニア濃度が大きい燃料棒G3またはG4とＸ−
Ｘ方向またはＹ−Ｙ方向の燃料棒配列内で隣接していな
いからである。燃料棒G5は、下部タイプレート13の側面
と斜めに交差する方向（Ｖ−Ｖ方向）の燃料棒配列内で
燃料棒G3またはG5に隣接している。Ｖ−Ｖ方向で隣接す
る燃料棒間の距離は、Ｘ−Ｘ方向またはＹ−Ｙ方向で隣
接する燃料棒間の距離、すなわち正方格子状に配置され
た燃料棒のピツチよりも大きい。このため、燃料棒G5
は、燃料棒G3またはG4の影響を受けずに低ボイド率での
反応度を抑えることができる。

本実施例は、燃料集合体20に特開昭63−149588号の概念
を適用して燃料棒G5と燃料棒G3またはG4とをＸ−Ｘ方向
（またはＹ−Ｙ方向）で隣接させた場合に比べて、運転
サイクル初期における軸方向出力ピーキングを減少でき
ると共にその変化を少なくできる。燃料棒G2の下部領域
のガドリニア（2.0重量％）が速やかに燃え尽きた後で
は、実効的に上部領域のガドリニア含有燃料棒の本数が
15本、下部領域のその本数が11本となり、燃料集合体21
と同等の上部領域と下部領域の反応度比が得られる構成
になる。すなわち、この時点から、燃料集合体20により
下部領域での軸方向出力ピーキング及び炉心平均ボイド
率を高い値に維持できる。運転サイクル末期では逆に炉
心上部領域の軸方向出力ピーキングが大きくなり、炉心
平均ボイド率が低くなる。このように燃料集合体20を用
いた場合にも、燃料集合体21の場合よりも効果はやや小
さいがスペクトルシフトの効果を得ることができる。燃
料集合体21を装荷した炉心では、運転サイクル期間中の
最大線出力密度が14kw/ftに達するのに比べ、本実施例
の燃料集合体20を装荷した炉心では12kw/ft程度に抑え
られる。

本実施例の燃料集合体20を装荷した炉心は、燃料集合体
21を装荷した炉心に比べると、スペクトルシフトの効果
の度合いが小さいので、燃料経済性がやや劣つている。
しかし、熱的な制限を満足する範囲で最大のスペクトル
シフト効果を得る観点からは、運転サイクル前半で熱的
な制限をちようど満たすような軸方向出力ピーキングを
保つことが最適である。第20図に示される通り、本実施
例の燃料集合体20では、この意味で軸方向出力分布の最
適制御が実現される。

各燃料棒の上下端部に配置された天然ウラン領域は、炉
心上方及び下方に漏洩する中性子量を低減させる効果を
有し、燃料経済性を向上させる。

本実施例では、燃料棒14は、２本のウオータロツドW1を
取囲むように燃料集合体の外側から三層目までに環状に
配列されている。２本のウオータロツドW1は、燃料集合
体横断面の中央部であつて、燃料棒14が３行３列に配置
できる領域に配置されている。２本のウオータロツドW1
の太さは、上記の領域内に配置できる大きさである。こ
れにより、ウオータロツドWRを２本設置したにもかかわ
らず、前述の燃料棒14が３行３列に配置できる領域内で
ウオータロツドW1の両脇で２本のウオータロツドW1の中
心を結ぶ直線と直角の方向に２本の燃料棒14を配置する
ことができる。このため、前述したように排除された燃
料棒14の本数は７本である。よつて、装荷できる燃料の
物質の量を燃料棒１本分ほど多くできる。また、２本の
ウオータロツドW1を燃料集合体20の中央に設置している
ので、燃料集合体20の中央で発生する核分裂中性子を、
より減速し熱中性子束を大きくして、燃料集合体20中央
部の熱中性子束を高め、燃料集合体20内の熱中性子束分
布を平坦化している。また、燃料集合体20内の燃料棒14
およびウオータロツドW1の配置は、燃料集合体20の中心
についての回転対称配置から、大きくはずれていないの
で、濃縮度の等しい燃料棒14をほぼ回転対称の位置に配
置できる。

更に、軸方向長の短い燃料棒を用いるので、燃料集合体
の上端部での圧力損失が低下し、しかも炉停止余裕が更
に向上する。

更に、本実施例は、特願昭63−277247号の明細書20頁,1
0行から32頁,4行、第１図及び第２図に示した実施例に
よつて生じる効果も得ることができる。本実施例の燃料
集合体20は、特願昭63−277247号の上記実施例に比べて
運転サイクル初期における軸方向出力ピーキングが減少
する。U.S.P.4,587,090号の第3A図及び第3B図に示す燃
料集合体は、上記明細書の27頁,12行から28頁,15行に示
す問題も生じる。燃料集合体20を用いた場合には、その
ような問題が解消される。

本実施例において燃料棒G3,G4及びG5の配置を変更し、
ガドリニアを含まない燃料棒を間に挾むように燃料棒G5
と燃料棒G3またはG4とを配置してもよい。燃料集合体10
において、Ｖ−Ｖ方向の燃料棒配列内で燃料棒G1と燃料
棒G2とを配置してもよい。

本発明の他の実施例である燃料集合体を第21図により説
明する。本実施例の燃料集合体22は、燃料集合体20と同
様に燃料棒１〜５及びG3〜G5を有している。燃料集合体
22が燃料集合体20と異なる部分は、燃料棒G5を１本減ら
してその分燃料棒G4を増やしたことである。このため、
燃料集合体22の上部領域におけるガドリニアの量は60で
あり下部領域におけるその量は62である。

本実施例の最低ガドリニア濃度は燃料棒G5の下部領域で
2.0重量％である。この値は、燃料集合体20の下部領域
における燃料棒G3及びG4の平均ガドリニア濃度の1/2よ
りも小さい。燃料棒G5は、Ｖ−Ｖ方向で燃料棒G3または
G4に隣接している。

本実施例の燃料集合体22は、燃料集合体20と同様な効果
を生じる。ただし、本実施例は、下部領域のガドリニア
量が上部領域のそれよりも少し多くなつている分、スペ
クトルシフトの効果が燃料集合体20よりも減少する。2.
0重量％のガドリニアが焼尽きた時点で上部領域でのガ
ドリニア含有燃料棒の本数が15本、下部領域でのその本
数が12本となる。本実施例では上部領域と下部領域との
ガドリニア含有燃料棒の本数差が、燃料集合体20よりも
小さい。このため、最低ガドリニア濃度の部分のガドリ
ニアが焼尽きた後の運転サイクル中期では、下部領域の
反応度が小さくなる。これは、燃料集合体22を装荷した
炉心の軸方向出力ピークが、燃料集合体20を装荷した炉
心のそれより小さくなることを意味する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、運転サイクル初期における軸方向出力
ピーキングを減少できると共にその出力ピーキングの変
化を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である燃料集合体の横
断面を示し第３図のＩ−Ｉ断面図、第２図は第１図に示
された各燃料棒の濃縮度及びガドリニア濃度分布を示す
説明図、第３図は第１図の燃料集合体の縦断面図、第４
図及び第５図は第１図の従来の燃料集合体の横断面図、
第６図は第１図，第４図及び第５図の燃料集合体に対す
る運転サイクルにおける燃焼度と中性子無限増倍率の変
化率との関係を示す特性図、第７図は第１図及び第４図
の燃料集合体に対する燃焼度と中性子無限増倍率との関
係を示す特性図、第８図は第１図及び第４図の燃料集合
体に対する運転サイクル軸における燃焼度と軸方向出力
ピーキングとの関係を示す特性図、第９図は各グループ
の燃料集合体の下部領域での相対出力の変化を示す特性
図、第10図は本発明の特性の理解を助けるために想定し
た燃料集合体のガドリニア分布を示す説明図、第11図は
第10図の燃料集合体に対する軸方向出力ピーキングの変
化を示す特性図、第12図はH/Uをパラメータとした中性
子無限増倍率の変化を示す特性図、第13図及び第14図は
Gd−155及び157の中性子吸収割合の変化を示す特性図、
第15図，第21図は本発明の他の実施例である燃料集合体
の横断面図、第16図は第15図の各燃料棒の濃縮度及びガ
ドリニア濃度分布を示す説明図、第17図は第15図の燃料
集合体の効果を説明するために想定した燃料集合体の横
断面図、第18図は第17図の燃料集合体に用いられる燃料
棒の濃縮度及びガドリニア濃度分布を示す特性図、第19
図は第15図及び第17図の燃料集合体に対する中性子無限
増倍率の変化を示す特性図、第20図は第15図及び第17図
の燃料集合体に対する軸方向出力ピーキングの変化を示
す特性図である。 11,20……燃料集合体、12……上部タイプレート、13…
…下部タイプレート、14……燃料棒、15……燃料スペー
サ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者別所泰典茨城県日立市森山町1168番地株式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者山下淳一茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者内川貞夫茨城県日立市森山町1168番地株式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者丸山博見茨城県日立市森山町1168番地株式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者小沢通裕茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者中村光也茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献特開昭60−242392（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−84591（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−220674（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】核燃料物質を含み可燃性毒物を含まない複
数の第１燃料棒と、前記核燃料物質及び前記可燃性毒物
を含む複数の第２燃料棒とを有する燃料集合体におい
て、前記燃料集合体は、その軸方向に垂直な横断面における
平均濃縮度が異なる上部領域と下部領域に領域分けさ
れ、前記第２燃料棒は、前記燃料集合体内における最低可燃
性毒物濃度を有する可燃性毒物が前記下部領域に存在す
る第３燃料棒と、この第３燃料棒以外の第４燃料棒とか
らなり、前記第３燃料棒と前記第４燃料棒の間に前記第１燃料棒
を配置すると共に、前記複数の第２燃料棒の前記下部領
域における可燃性毒物の平均濃度が前記上部領域におけ
る可燃性毒物の平均濃度に比べて等しいか又は高いこと
を特徴とする燃料集合体。
【請求項２】請求項１において、前記第３燃料棒の下部
領域の最低可燃性毒物濃度は、前記第４燃料棒の下部領
域の可燃性毒物濃度の1/2よりも小さいことを特徴とす
る燃料集合体。
【請求項３】請求項１において、前記第３燃料棒及び前
記第４燃料棒の上下領域のうち最高可燃性毒物濃度の領
域が前記第４燃料棒の下部領域であることを特徴とする
燃料集合体。
【請求項４】請求項１において、前記燃料集合体は水ロ
ッドを備え、前記第３燃料棒は前記水ロッドに隣接して
いることを特徴とする燃料集合体。
【請求項５】核燃料物質を含み可燃性毒物を含まない複
数の第１燃料棒と、前記核燃料物質及び前記可燃性毒物
を含む複数の第２燃料棒と、前記第１燃料棒及び前記第
２燃料棒の下端部を保持する下部タイプレートとを有
し、前記下部タイプレートの側面と平行な正方格子状に
前記第１燃料棒及び前記第２燃料棒が配置される燃料集
合体において、前記燃料集合体は、その軸方向に垂直な横断面における
平均濃縮度が異なる上部領域と下部領域に領域分けさ
れ、前記第２燃料棒は、前記燃料集合体内における最低可燃
性毒物濃度を有する可燃性毒物が前記下部領域に存在す
る第３燃料棒と、この第３燃料棒以外の第４燃料棒とか
らなり、前記第３燃料棒と前記第４燃料棒の間に前記第１燃料棒
を配置し、前記下部タイプレートの側面と斜めに交差す
る燃料棒配列内で前記第３燃料棒と前記第４燃料棒を隣
接させて配置すると共に、前記複数の第２燃料棒の前記下部領域における可燃性毒
物の平均濃度が前記上部領域における可燃性毒物の平均
濃度に比べて等しいか又は高いことを特徴とする燃料集
合体。
【請求項６】請求項５において、前記第３燃料棒の下部
領域の最低可燃性毒物濃度は、前記第４燃料棒の下部領
域の可燃性毒物濃度の1/2よりも小さいことを特徴とす
る燃料集合体。
【請求項７】請求項５において、前記第３燃料棒及び前
記第４燃料棒の上下領域のうち最高可燃性毒物濃度の領
域が前記第４燃料棒の下部領域であることを特徴とする
燃料集合体。
【請求項８】請求項５において、前記燃料集合体は水ロ
ッドを備え、前記第３燃料棒は前記水ロッドに隣接して
いることを特徴とする燃料集合体。