JPH0720271A

JPH0720271A - 初装荷炉心

Info

Publication number: JPH0720271A
Application number: JP5166820A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yamanaka; 章広山中; Katsumasa Haikawa; 勝正配川; Mitsuya Nakamura; 光也中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【目的】沸騰水型原子炉の多種類濃縮度初装荷炉心にお
いて、燃料経済性の向上と過渡特性の改善を図る。【構成】ウラン平均濃縮度の異なる高濃縮度燃料集合体
１、中濃縮度燃料集合体２及び低濃縮度燃料集合体３，
４を組み合わせて初装荷炉心を構成する。低濃縮度燃料
集合体４は低濃縮度燃料集合体３より減速材対燃料比が
小さく、かつ原子炉炉心最外周部を除く内側部分にほぼ
均一に装荷される。このように減速材対燃料比の異なる
燃料集合体３，４を装荷することにより初装荷炉心での
減速材対燃料比が最適化され、初装荷燃料の取出燃焼度
の向上が可能となると共に、炉心の過渡特性も改善され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子炉の初装荷炉心に係
わり、特に原子力発電所に設置される沸騰水型原子炉の
初装荷炉心に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉の炉心は、１本の制御棒
とそれを囲む４本の燃料集合体からなるセルを複数個配
置することにより構成されている。このような沸騰水型
原子炉においては、一般に、最初の運転時の炉心、いわ
ゆる初装荷炉心に装荷される燃料集合体の平均濃縮度は
同一で一種類であった。

【０００３】また、沸騰水型原子炉では、一般に、１サ
イクル毎に全数の約１／３〜１／４の燃料集合体を取り
出し、新燃料と交換するが、初装荷炉心用燃料集合体の
平均濃縮度は２〜３サイクル炉心内で燃焼が可能なよう
に設定されいるため、初装荷炉心用燃料集合体を用いる
最初の運転サイクル（以下「第１サイクル」と称し、そ
れ以後に部分的に燃料を交換し引続き運転するサイクル
を「第２サイクル」、「第３サイクル」・・・・と称す
る。）終了時の燃料交換では、まだ充分に燃焼の進んで
いない、ウラン２３５残留量の高い燃料集合体を炉心か
ら取り出していた。

【０００４】第２サイクル以後の運転サイクルの初めに
装荷される新燃料集合体は取替燃料集合体とよばれ、第
１サイクル以後、数サイクルにわたり継続的に取替燃料
集合体を装荷した炉心は、炉内全体の燃料成分がほとん
ど一定の状態に達したサイクルで、その前のサイクル及
び次のサイクルとの熱特性が変わらず安定したサイクル
となる。これは平衡サイクルとよばれ、平衡サイクルと
なった炉心は平衡炉心といわれている。

【０００５】また、沸騰水型原子炉においては、平均濃
縮度の異なる多種類の燃料集合体を組み合わせて初装荷
炉心を構成し、１サイクル毎に平均濃縮度の低い燃料集
合体から取り出し、これを新燃料集合体と交換すること
により、初装荷燃料集合体の平均取出燃焼度を増大させ
ると共に、次サイクルへの移行を速やかにする試みがな
されている。この技術は、例えば特開昭５７−８４８６
号公報に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】まず、初装荷炉心の燃
料経済性について論じる。上記したように、一般に、沸
騰水型原子炉では初装荷炉心に装荷される燃料集合体の
平均濃縮度は同一で一種類であり、その平均濃縮度は２
〜３サイクル炉心内で燃焼が可能なように設定されてい
るため、初装荷炉心用燃料集合体を用いる第１サイクル
終了時の燃料交換では、まだ充分に燃焼の進んでいな
い、ウラン２３５残留量の高い燃料集合体を炉心から取
り出すので、不経済である。

【０００７】また、原子炉においては、第１サイクルか
ら平衡サイクルへ移行する中間のサイクル（以後「移行
サイクル」という）での熱特性及びサイクル増分燃焼度
が平衡サイクルのそれらと同程度あるいは、速やかにそ
れらに収束するのが好ましい。しかしながら、従来の初
装荷炉心のように集合体平均濃縮度が一種類の場合に
は、平衡サイクルへの移行も長くかかり、移行サイクル
での燃料取替体数の変動も大きく必ずしも満足なもので
はなかった。

【０００８】一方、運転サイクルの長期化と高燃焼度化
のためには、初装荷炉心においても平均濃縮度を上げる
必要があり、特開昭５７−８４８６号公報に記載される
従来技術のように平均濃縮度の異なる多種類の燃料集合
体を組み合わせて初装荷炉心を構成する場合には、燃料
集合体同志の濃縮度差が大きくなり、高濃縮度燃料集合
体と低濃縮度燃料集合体との核特性の差が大きくなった
結果、燃料を効率良く燃やすという点からは必ずしも好
ましいものではなくなっている。特に、第１回燃料取替
時に炉心より取出される低濃縮度燃料集合体の燃焼度は
十分に高くなっておらず、燃料経済性をさらに向上させ
る余地が残っていた。

【０００９】次に初装荷炉心の過渡特性について論じ
る。原子炉の過渡特性は原子炉の種々のフィードバック
により決定される。そのため、各燃焼サイクルでの反応
度係数が過渡特性を考える上で重要なパラメータとなっ
ている。

【００１０】初装荷炉心を構成する燃料は、全く燃焼が
進んでいない純粋なウラン燃料である。この燃料には、
遅発中性子割合βの小さいプルトニウム同位体が含まれ
ていないため、初装荷炉心においては反応度係数の絶対
値が小さくなっている。このため、初装荷炉心において
は過渡事象に対する制限が厳しくなる傾向にある。

【００１１】過渡事象の１つに流量減少過渡事象があ
る。これは、炉心流量の喪失に起因するものである。従
来の初装荷炉心では上記のようにボイド反応度係数の絶
対値が小さいため、この事象に対する熱的制限が厳しく
なっていた。なぜなら、炉心流量の減少でボイドが増加
しても、負の反応度印加量が小さいため、出力抑制効果
が小さいためである。

【００１２】こういった過渡事象にたいして、従来は再
循環ポンプの慣性を大きくするなどして流量の急激な喪
失が起こらないように工夫をしていたが、ポンプが大型
化するなど、コスト面から見ても不経済な設計となるこ
とが避けられなかった。しかも、ボイド反応度係数が小
さいことに起因する上述のような過渡特性上の問題はほ
とんど初装荷炉心に限られたものであるので、第１サイ
クルのみの事象対策のための膨大な投資を避ける、効果
的な方法が模索されていた。

【００１３】本発明の目的は、燃料経済性の向上と過渡
特性の改善に最適な原子炉の初装荷炉心を提供すること
である。

【００１４】

【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、同一のウラン平均濃縮度を有する複数の
第１燃料集合体と、前記第１燃料集合体より低い同一の
ウラン平均濃縮度を有する複数の第２燃料集合体と、前
記第２燃料集合体より低い同一のウラン平均濃縮度を有
する複数の第３燃料集合体とを含む多種類の燃料集合体
を組合せて構成される原子炉の初装荷炉心において、前
記第１、第２及び第３燃料集合体のうち少なくとも第３
燃料集合体は減速材対燃料比の異なる少なくとも２種類
の燃料集合体を含むものである。

【００１５】上記初装荷炉心において、好ましくは、前
記第３燃料集合体は最もウラン平均濃縮度の低い燃料集
合体である。

【００１６】また好ましくは、前記第１燃料集合体及び
第２燃料集合体は燃料集合体の水平断面での水部分と燃
料部分の面積比が同一である。

【００１７】更に好ましくは、前記第１燃料集合体及び
第２燃料集合体と、前記第３燃料集合体に含まれる２種
類の燃料集合体のうち減速材対燃料比の大きい燃料集合
体は、燃料集合体の水平断面での水部分と燃料部分の面
積比が同一であり、前記第３燃料集合体に含まれる２種
類の燃料集合体のうち減速材対燃料比が小さい燃料集合
体は、燃料集合体の水平断面での水部分と燃料部分の面
積比が前記面積比より小さい。

【００１８】また好ましくは、前記第３燃料集合体に含
まれる２種類の燃料集合体の減速材対燃料比はウォータ
ロッドの断面積を変えることで異ならせており、この場
合好ましくは、前記ウォータロッドの断面積は該ウォー
タロッドの径と本数を変えることで変えられている。

【００１９】更に好ましくは、前記第１燃料集合体及び
第２燃料集合体と、前記第３燃料集合体に含まれる２種
類の燃料集合体のうち減速材対燃料比の大きい燃料集合
体は、燃料集合体内に存在するウォータロッドの断面積
が同一であり、前記第３燃料集合体に含まれる２種類の
燃料集合体のうち減速材対燃料比の小さい燃料集合体
は、燃料集合体内に存在するウォータロッドの断面積が
前記断面積より小さい。

【００２０】また好ましくは、前記第１燃料集合体及び
第２燃料集合体と、前記第３燃料集合体に含まれる２種
類の燃料集合体のうち減速材対燃料比の大きい燃料集合
体は、４本の燃料棒を除去して挿入される１本の太径の
ウォータロッドを有し、前記第３燃料集合体に含まれる
２種類の燃料集合体のうち減速材対燃料比の小さい燃料
集合体は、２本の燃料棒を除去して挿入される２本のウ
ォータロッドを有している。

【００２１】また好ましくは、前記第３燃料集合体に含
まれる２種類の燃料集合体のうち減速材対燃料比の小さ
い燃料集合体は炉心の最外周部を除く内部に配置されて
いる。

【００２２】また、上記初装荷炉心は、前記第３燃料集
合体に加え前記第２燃料集合体が減速材対燃料比の異な
る少なくとも２種類の燃料集合体を含む構成であっても
良い。

【００２３】

【作用】ウラン平均濃縮度の低い第３燃料集合体を減速
材対燃料比の異なる少なくとも２種類の燃料集合体で構
成し、第３燃料集合体の一部の減速材対燃料比を小さく
することにより、第１回燃料取替時に取り出される低濃
縮度燃料集合体の無限増倍率が大きくなり、取出燃焼度
が高くとれる。その理由は、第３燃料集合体の減速材対
燃料比を小さくしたことによって中性子スペクトルが硬
くなるので、核分裂性物質であるプルトニウム２３９の
蓄積が促進されることに起因すると考えられる。このよ
うに減速材対燃料比を最適化することによって第３燃料
集合体の高燃焼度化が図れ、初装荷炉心における燃料経
済性の向上が可能となる。

【００２４】また、一般にボイド反応度係数は減速材対
燃料比の変化に対する中性子無限増倍率の変化割合とし
て与えられるので、減速材対燃料比を小さくすることに
よりボイド反応度係数が大きくなる。このことから、第
３燃料集合体の一部の減速材対燃料比を小さくすること
によりボイド反応度係数が大きくなり、初装荷炉心の過
渡特性を向上させることが可能となる。

【００２５】また、本発明における高燃焼度化及び過渡
特性の改善は第１サイクルのみで実施されればよいの
で、燃料交換方法として第１回の燃料取替で取り出され
る燃料集合体を最外周を除く部分に装荷された燃料集合
体のみとする方法を採用する場合は、炉心の中央領域の
みに減速材対燃料比の小さい燃料集合体を装荷すること
により、第１回燃料取替時に炉心より取り出される燃料
集合体のみを減速材対燃料比の小さい燃料集合体とし、
第１サイクルにおいて燃料経済性及び過渡特性の改善が
図れる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図９により
説明する。図１は本発明の一実施例による初装荷炉心の
１／４の断面を示し、本発明を１１００ＭＷｅ級沸騰水
型原子炉に適用した場合のものである。炉心は７６４体
の燃料集合体と１８５本の制御棒から構成されている。

【００２７】図１において、炉心は１本の制御棒５１ま
たは５とそれを囲む４体の燃料集合体からなるセル２
５，２６を多数個配置することにより構成され、制御棒
５１は運転中炉心の中に挿入されている制御棒であり、
この制御棒５１とそれを取り囲む４体の燃料集合体は出
力制御用の単位格子セル、すなわちコントロールセル２
５を構成する。図中、コントロールセル２５は斜線を付
してある。また、コントロールセル２５以外の単位格子
セル２６はスクラム用であり、１つのみを代表して一点
鎖線で囲んで図示している。

【００２８】本実施例の初装荷炉心を構成する燃料集合
体は高濃縮度燃料集合体１、中濃縮度燃料集合体２、従
来の低濃縮度燃料集合体３、燃料集合体３より減速材対
燃料比を小さくした低濃縮度燃料集合体４の４種類の燃
料集合体を含んでいる。

【００２９】高濃縮度燃料集合体１は全て同一のウラン
平均濃縮度を有し、中濃縮度燃料集合体２は全て高濃縮
度燃料集合体１より低い同一のウラン平均濃縮度を有
し、低濃縮度集合体３および４は全て中濃縮度燃料集合
体２より低い同一のウラン平均濃縮度を有している。低
濃縮度燃料集合体３，４は最もウラン平均濃縮度の低い
燃料集合体である。起動試験後の運転期間を１３ヶ月と
すると、高濃縮度燃料集合体１は約３．４重量％の濃縮
度で２５２体、中濃縮度燃料集合体２は約２．６重量％
の濃縮度で２１２体、低濃縮度燃料集合体３は約１．４
重量％の濃縮度で９２体、低濃縮度燃料集合体４は約
１．４重量％の濃縮度で２０８体となり、初装荷炉心の
平均濃縮度は約２．４重量％である。

【００３０】本実施例の初装荷炉心では、低濃縮度燃料
集合体３は炉心最外周部分に装荷される。一方、高濃縮
度燃料集合体１、中濃縮度燃料集合体２及び低濃縮度燃
料集合体４は最外周部を除く炉心の内側にほぼ均一に装
荷される。また、コントロールセル２５には低濃縮度燃
料集合体４のみが装荷されている。

【００３１】高濃縮度燃料集合体１、中濃縮度燃料集合
体２及び低濃縮度燃料集合体３は、図２に示す余に、６
０本の核分裂性物質を含む燃料棒６と４本の燃料棒を除
去して挿入された１本のウォータロッド７を８×８の格
子状に配置したものをチャンネルボックス８で覆った構
造をしており、現在、沸騰水型原子炉で標準的に用いら
れている燃料集合体である。

【００３２】低濃縮度燃料集合体４は、図３に示すよう
に、６２本の燃料棒６と２本の燃料棒を除去して挿入さ
れた２本のウォータロッド１１を８×８の格子状に配列
したものをチャンネルボックス８で覆った構造をしてい
る。

【００３３】図２及び図３から分かるように、高濃縮度
燃料集合体１、中濃縮度燃料集合体２及び低濃縮度燃料
集合体３は、燃料集合体内に存在するウォータロッド７
の断面積が同一であり、低濃縮度燃料集合体４は燃料集
合体内に存在する２本のウォータロッド１１の合計断面
積がウォータロッド７の断面積より小さい。その結果、
高濃縮度燃料集合体１、中濃縮度燃料集合体２及び低濃
縮度燃料集合体３は、燃料集合体の水平断面での水部分
と燃料部分の面積比が同一であり、低濃縮度燃料集合体
４は、燃料集合体の水平断面での水部分と燃料部分の面
積比が燃料集合体１，２，３の当該面積比より小さくな
っている。また、低濃縮度燃料集合体３，４の減速材対
燃料比はウォータロッド７，１１の断面積を変えること
で互いに異ならせており、ウォータロッド７，１１の断
面積は該ウォータロッドの径と本数を変えることで変え
られている。

【００３４】なお、ここで「燃料集合体の水平断面での
水部分」とはウォータロッドの断面積と燃料棒６とチャ
ンネルボックス８との間の冷却剤流路部分の断面積の合
計をいい、換言すれば燃料集合体内の燃料棒以外の断面
積をいう。

【００３５】コントロールセル２５は、図４に示すごと
く制御棒５１の回りに４体の低濃縮度燃料集合体４を点
対称的に配列して構成されている。コントロールセル２
５以外のセルの一例として、図１に一点鎖線で示すセル
２６は、制御棒５の回りに高濃縮度燃料集合体１、中濃
縮度燃料集合体２及び２体の低濃縮度燃料集合体４を図
５に示すように配列して構成されている。

【００３６】燃料集合体１，２，３の全体構成を図６に
示す。これら燃料集合体は、燃料棒６と太径ウォータロ
ッド７を燃料スペーサ１０で所定の間隔に保って束ねて
燃料バンドルとし、上下端を上部タイプレート９１及び
下部タイプレート９で支持したものをチャンネルボック
ス８に挿入して構成されている。燃料集合体４も、１本
の太径ウォータロード７が２本のウォータロッド１１に
なる点を除いて同様に構成されている。

【００３７】以上のように構成した本実施例の初装荷炉
心は、第１サイクル終了後には、平均濃縮度の低い燃料
集合体から炉心より取り出され、新燃料と交換される。
例えば、第１サイクル終了後にはまず低濃縮度燃料集合
体４が炉心から取り出され、適当なシャッフリングを行
った後に新燃料が装荷され、第２サイクル終了後には低
濃縮度燃料集合体３と中濃縮度燃料集合体２の一部が取
り出され、適当なシャッフリングを行った後に新燃料が
装荷され、第３サイクル終了後には中濃縮度燃料集合体
２の残りと高濃縮度燃料集合体１の一部が取り出され、
適当なシャッフリングを行った後に新燃料が装荷され
る。このように高濃縮度燃料集合体１は最後に取り出さ
れるために、取出平均燃焼度は約３８ＧＷｄ／ｔとな
る。

【００３８】従来の濃縮度多種類炉心では、低濃縮度燃
料集合体での減速材対燃料比が大きすぎ、周囲の高濃縮
度及び中濃縮度燃料集合体と比べると減速過剰となって
いたため、所定の燃焼度を達成することなく、炉心から
取り出されていた。そのため、本実施例の炉心では内側
に減速材対燃料比の小さい低濃縮度燃料集合体４を装荷
することで、炉心経済性の改善を試みている。特に本実
施例の炉心では、燃料交換方法として第１回の燃料取替
で取り出される燃料集合体を最外周を除く部分に装荷さ
れた燃料集合体のみとする燃料交換方法を採用している
ので、内側部分のみに減速材対燃料比の小さい燃料集合
体４を装荷している。すなわち、本発明における高燃焼
度化及びボイド反応度係数に着目した過渡特性の改善
は、第１サイクルのみで実施されればよいので、第１回
燃料取替時に炉心より取り出される燃料のみを減速材対
燃料比の小さい燃料としている。

【００３９】次に、以上のように構成した本実施例の初
装荷炉心の作用を説明する。一般に、軽水型原子炉にお
いては、水は冷却材としてだけではなく、中性子の減速
材としても重要な役割を担っており、炉心内部の水とウ
ランの体積比、すなわち減速材対燃料比が炉心設計にお
いて重要な指標となっている。

【００４０】減速材対燃料比は、高速中性子エネルギー
及び共鳴中性子エネルギー領域での中性子吸収率に影響
する。微濃縮ウランを用いる熱中性子炉では、熱外中性
子の吸収反応の大半は、例えばＵ２３８のような親物質
への捕獲反応であり、核分裂によるエネルギー発生と中
性子の増倍には寄与しない。これに対して、減速材対燃
料比が増加すると、核分裂中性子（平均約２ＭｅＶのエ
ネルギーを有する）が熱中性子まで減速される割合が増
加する。熱中性子炉では、熱中性子の増加に伴って、Ｕ
２３５への中性子吸収が増加し、核分裂に寄与する中性
子が増えるため、無限増倍率が大きくなる。しかし、減
速材対燃料比の増加による中性子の減速が飽和すれば、
それ以上減速材対燃料比が増加しても、水による中性子
の吸収が増加する効果が支配的となり、無限増倍率は減
少する傾向にある。つまり、減速材対燃料比と無限増倍
率との関係は、図７のように極大値を持つ分布となる。
この事実より、無限増倍率を最大にする最適の減速材対
燃料比が存在することが分かる。燃料経済性の観点から
は、中性子無限増倍率が最大となる点に、減速材対燃料
比を設定するのが望ましいが、実際には安全上の理由か
ら減速材の減少に対して負の反応度特性を与えるため、
図７に点Ｘで示すように最大点よりもわずかに減速不足
の状態で最適化されている。

【００４１】燃料の平均濃縮度を変化させると、燃料中
の核分裂性物質含有量が変化することになり、減速材対
燃料比がかわるため、燃料格子形状を変更しない場合に
は、平均濃縮度を変えることにより、中性子無限増倍率
は最適点からはずれることになる。通常、初装荷炉心の
平均濃縮度は約２重量％であり、この平均濃縮度に対し
て、減速材対燃料比が最適化されるように炉心格子形状
は選択されている。しかし、初装荷炉心を平均濃縮度の
異なる多種類の燃料集合体で構成した場合には、高濃縮
度燃料集合体は減速不足の状態となり、低濃縮度燃料集
合体は減速過剰の状態となってスペクトルミスマッチが
生じ、必ずしも最適の減速状態ではなくなっている。つ
まり、ウラン量の異なる燃料を用いているために減速材
対燃料比が最適点からずれている燃料集合体も存在して
おり、燃料を効率良く燃やすという点からは必ずしも好
ましいものではなくなっている。特に、第１回燃料取替
時に炉心より取出される低濃縮度燃料集合体の燃焼度は
不十分であり、燃料経済性をさらに向上させる余地が残
っていた。

【００４２】一方、初装荷炉心においてはボイド反応度
係数は小さくなる傾向にある。これは、遅発中性子割合
の小さなプルトニウムの蓄積が皆無なためである。この
ため、第１サイクル炉心においては、炉心再循環流量減
少時等で限界熱出力比、すなわちΔＭＣＰＲが厳しくな
る傾向にある。これは、流量の減少に伴ってボイド率が
増加するものの、ボイド反応度係数が小さいため出力抑
制効果はあまり大きくなく、また流量の減少により除熱
が十分でないことも相俟って、ΔＭＣＰＲが厳しくなる
からである。

【００４３】本実施例の初装荷炉心では、ウラン平均濃
縮度の異なる多種類の燃料集合体として高濃縮度燃料集
合体１、中濃縮度燃料集合体２及び低濃縮度燃料集合体
３，４を装荷するとともに、低濃縮度燃料集合体３と低
濃縮度燃料集合体４とで減速材対燃料比を異ならせてお
り、より具体的には炉心の最外周部を除く内側の一部に
装荷する低濃縮度燃料集合体４の減速材対燃料比を炉心
の最外周部に配置される低濃縮度燃料集合体３の減速材
対燃料比より小さくしている。このように低濃縮度燃料
集合体の減速材対燃料比を異ならせることにより、燃料
集合体ごとの核特性の差を低減し、低濃縮度燃料集合体
４の取出燃焼度を高めて燃料の経済性を向上させると共
に、初装荷炉心の過渡特性を改善することが可能とな
る。以下、このことを図８及び図９により説明する。

【００４４】図８は、本実施例の初装荷炉心における低
濃縮度燃料集合体３，４の燃焼度と無限増倍率との関係
を示したものである。従来の初装荷炉心では、炉心の最
外周部を除く内側の一部に装荷する低濃縮度燃料集合体
としても減速材対燃料比の大きい低濃縮度燃料集合体３
が装荷されていた。この図より、減速材対燃料比を小さ
くすることによって、第１回燃料取替時に取り出される
低濃縮度燃料集合体の無限増倍率を大きくすることがで
き、取出燃焼度が高くとれることがわかる。これは、低
濃縮度燃料集合体４の減速材対燃料比を小さくしたこと
によって中性子スペクトルが硬くなるので、核分裂性物
質であるプルトニウム２３９の蓄積が促進されることに
起因すると考えられる。このように減速材対燃料比を最
適化することによって低濃縮度燃料集合体４の高燃焼度
化が図れ、初装荷炉心における燃料経済性の向上が可能
となる。

【００４５】図９は、本実施例の初装荷炉心における炉
心平均ボイド率とボイド反応度係数との関係を示したも
のである。この図より、従来の炉心と比べてボイド反応
度係数の絶対値が大きくなっており、初装荷炉心の過渡
特性が改善できることが分かる。これは、減速材対燃料
比を小さくすることで炉心全体としてのボイド反応度係
数を大きくできることに起因する。

【００４６】すなわち、一般にボイド反応度係数は、図
７に示す特性線の微分係数（減速材対燃料比の変化に対
する中性子無限増倍率の変化割合）として与えられる。
なぜなら、ボイド率の変化に起因する無限増倍率の変化
は、減速材対燃料比の変化によって引き起こされている
と考えられるからである。軽水炉において、減速材対燃
料比を小さくすると、図７より明らかなように特性線の
微分係数、すなわちボイド反応度係数が大きくなる。つ
まり、減速材対燃料比を小さくすることでボイド反応度
係数を大きくすることができる。この効果を利用して、
初装荷炉心の過渡特性を向上させることが可能である。

【００４７】以上のように本実施例によれば、初装荷炉
心に装荷される低濃縮度燃料集合体の一部を減速材対燃
料比の小さいものにすることで、初装荷炉心の燃料経済
性の向上及び過渡特性の改善が可能となる。

【００４８】なお、以上の実施例では、低濃縮度燃料集
合体３，４についてのみ減速材対燃料比を異ならせた
が、更に中濃縮度燃料集合体２についても減速材対燃料
比を異ならせても良く、この場合は更なる燃料経済性の
向上及び過渡特性の改善が可能となる。また、減速材対
燃料比の異なる３種類以上の燃料集合体を用いても良
く、更に濃縮度の異なる２種類または４種類以上の燃料
集合体を装荷し、減速材対燃料比を異ならせても良い。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、原子炉の初装荷炉心に
おいて、初装荷燃料の取出燃焼度を向上して燃料経済性
を向上するとともに、初装荷炉心の過渡特性の改善が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による初装荷炉心の１／４の
部分を示す図である。

【図２】図１に示す初装荷炉心で用いられる高濃縮度燃
料集合体、中濃縮度燃料集合体、減速材対燃料比の大き
い低濃縮度燃料集合体の横断面図である。

【図３】図１に示す初装荷炉心で用いられる減速材対燃
料比の小さい低濃縮度燃料集合体の横断面図である。

【図４】図１に示す初装荷炉心を構成する単位格子のう
ちのコントロールセルの横断面図である。

【図５】図１に示す初装荷炉心を構成するコントロール
セル以外の格子セルの１つを代表して示す横断面図であ
る。

【図６】図１に示す燃料集合体の縦断面図である。

【図７】原子炉における減速材対燃料比と中性子無限増
倍率との関係を示す図である。

【図８】燃料集合体の無限増倍率と燃焼度との関係を示
す図である。

【図９】炉心平均ボイド率とボイド反応度係数との関係
を示す図である。

【符号の説明】

１高濃縮度燃料集合体２中濃縮度燃料集合体３低濃縮度燃料集合体（減速材対燃料比・大）４低濃縮度燃料集合体（減速材対燃料比・小）５制御棒６燃料棒７太径ウォータロッド８燃料チャンネルボックス９下部タイプレート１０スペーサ１１ウォータロッド２５コントロールセル２６単位格子セル５１制御棒（コントロールセル内）９１上部タイプレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一のウラン平均濃縮度を有する複数の
第１燃料集合体と、前記第１燃料集合体より低い同一の
ウラン平均濃縮度を有する複数の第２燃料集合体と、前
記第２燃料集合体より低い同一のウラン平均濃縮度を有
する複数の第３燃料集合体とを含む多種類の燃料集合体
を組合せて構成される原子炉の初装荷炉心において、前
記第１、第２及び第３燃料集合体のうち少なくとも第３
燃料集合体は減速材対燃料比の異なる少なくとも２種類
の燃料集合体を含むことを特徴とする原子炉の初装荷炉
心。
【請求項２】請求項１記載の原子炉の初装荷炉心にお
いて、前記第３燃料集合体は最もウラン平均濃縮度の低
い燃料集合体であることを特徴とする原子炉の初装荷炉
心。
【請求項３】請求項１記載の原子炉の初装荷炉心にお
いて、前記第１燃料集合体及び第２燃料集合体は燃料集
合体の水平断面での水部分と燃料部分の面積比が同一で
あることを特徴とする原子炉の初装荷炉心。
【請求項４】請求項１記載の原子炉の初装荷炉心にお
いて、前記第１燃料集合体及び第２燃料集合体と、前記
第３燃料集合体に含まれる２種類の燃料集合体のうち減
速材対燃料比の大きい燃料集合体は、燃料集合体の水平
断面での水部分と燃料部分の面積比が同一であり、前記
第３燃料集合体に含まれる２種類の燃料集合体のうち減
速材対燃料比が小さい燃料集合体は、燃料集合体の水平
断面での水部分と燃料部分の面積比が前記面積比より小
さいことを特徴とする原子炉の初装荷炉心。
【請求項５】請求項１記載の原子炉の初装荷炉心にお
いて、前記第３燃料集合体に含まれる２種類の燃料集合
体の減速材対燃料比はウォータロッドの断面積を変える
ことで異ならせていることを特徴とする原子炉の初装荷
炉心。
【請求項６】請求項５記載の原子炉の初装荷炉心にお
いて、前記ウォータロッドの断面積は該ウォータロッド
の径と本数を変えることで変えられていることを特徴と
する原子炉の初装荷炉心。
【請求項７】請求項１記載の原子炉の初装荷炉心にお
いて、前記第１燃料集合体及び第２燃料集合体と、前記
第３燃料集合体に含まれる２種類の燃料集合体のうち減
速材対燃料比の大きい燃料集合体は、燃料集合体内に存
在するウォータロッドの断面積が同一であり、前記第３
燃料集合体に含まれる２種類の燃料集合体のうち減速材
対燃料比の小さい燃料集合体は、燃料集合体内に存在す
るウォータロッドの断面積が前記断面積より小さいこと
を特徴とする原子炉の初装荷炉心。
【請求項８】請求項７記載の原子炉の初装荷炉心にお
いて、前記第１燃料集合体及び第２燃料集合体と、前記
第３燃料集合体に含まれる２種類の燃料集合体のうち減
速材対燃料比の大きい燃料集合体は、４本の燃料棒を除
去して挿入される１本の太径のウォータロッドを有し、
前記第３燃料集合体に含まれる２種類の燃料集合体のう
ち減速材対燃料比の小さい燃料集合体は、２本の燃料棒
を除去して挿入される２本のウォータロッドを有するこ
とを特徴とする原子炉の初装荷炉心。
【請求項９】請求項１記載の原子炉の初装荷炉心にお
いて、前記第３燃料集合体に含まれる２種類の燃料集合
体のうち減速材対燃料比の小さい燃料集合体は炉心の最
外周部を除く内部に配置されていることを特徴とする原
子炉の初装荷炉心。
【請求項１０】請求項１記載の原子炉の初装荷炉心に
おいて、前記第３燃料集合体に加え前記第２燃料集合体
が減速材対燃料比の異なる少なくとも２種類の燃料集合
体を含むことを特徴とする原子炉の初装荷炉心。
【請求項１１】同一のウラン平均濃縮度を有する複数
の第１燃料集合体と、前記第１燃料集合体より低い同一
のウラン平均濃縮度を有する複数の第２燃料集合体とを
含む多種類の燃料集合体を組合せて構成される原子炉の
初装荷炉心において、前記第１及び第２燃料集合体のう
ち第２燃料集合体は減速材対燃料比の異なる少なくとも
２種類の燃料集合体を含むことを特徴とする原子炉の初
装荷炉心。
【請求項１２】同一のウラン平均濃縮度を有する複数
の第１燃料集合体と、前記第１燃料集合体より低い同一
のウラン平均濃縮度を有する複数の第２燃料集合体とを
含む多種類の燃料集合体を組合せて構成される原子炉の
初装荷炉心において、前記第２燃料集合体は少なくとも
その一部が炉心の中央領域に配置されるとともに、その
炉心の中央領域に配置された第２燃料集合体の減速材対
燃料比は他の燃料集合体の減速材対燃料比より小さいこ
とを特徴とする原子炉の初装荷炉心。
【請求項１３】ウラン平均濃縮度の異なる多種類の燃
料集合体を組合せて構成される原子炉の初装荷炉心にお
いて、前記多種類の燃料集合体のうち少なくとも一種類
のウラン平均濃縮度を有する燃料集合体が減速材対燃料
比の異なる燃料集合体を含むことを特徴とする原子炉の
初装荷炉心。
【請求項１４】請求項１３記載の原子炉の初装荷炉心
において、前記多種類の燃料集合体のうち最もウラン平
均濃縮度が低く同一のウラン平均濃縮度を有する燃料集
合体が前記減速材対燃料比の異なる燃料集合体を含むこ
とを特徴とする原子炉の初装荷炉心。
【請求項１５】請求項１３記載の原子炉の初装荷炉心
において、前記減速材対燃料比の異なる燃料集合体のう
ちの減速材対燃料比の小さい燃料集合体は炉心の最外周
部を除く内部に配置されていることを特徴とする原子炉
の初装荷炉心。