JPH07234293A - 燃料集合体及び原子炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】７本の燃料棒が配置可能な領域に２本の太径水
ロッドが、隣接して配置される。燃料棒として、短尺燃
料棒及び長尺燃料棒を有する。燃料集合体の燃料有効長
部の上下端部に天然ウラン領域が形成される。これらの
天然ウラン領域の間に位置する濃縮ウラン領域は、上部
領域，中央部領域及び下部領域を有し、中央部領域，下
部領域及び上部領域の順に平均濃縮度が小さくなる。中
央部領域の平均濃縮度と下部領域のそれとの差は、中央
部領域の平均濃縮度と上部領域のそれとの差よりも小さ
い。上部領域の可燃性毒物の濃度は、濃縮ウラン領域の
他の領域のその濃度よりも小さい。 【効果】原子炉の熱的余裕及び炉停止余裕等の安全余裕
を十分確保しつつ、平均濃縮度の増加度合いが少なくて
燃料集合体の燃焼度の増大を達成することができる。

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
ＢＷＲと呼ぶ）の燃料集合体および、この燃料集合体を
炉心に装荷した原子炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所の経済性向上をはかるため
には、燃料の高燃焼度化により燃料サイクル費を低減さ
せることが効果的である。

【０００３】高燃焼度化をはかるために、従来燃料を使
用し単に濃縮度を上げる方法が考えられるが、中性子ス
ペクトルの硬化が生じ炉心特性上以下のような現象が生
じる。すなわち、中性子スペクトルが硬化すると、
（ａ）ボイド係数絶対値の増加、（ｂ）冷温時の炉心反
応度の増加、（ｃ）ガドリニア等の可燃性毒物の反応度
制御能力の低下、等が生じる。これにより、熱的余裕，
炉停止余裕が減少する恐れがある。また、単に濃縮度を
上げるだけで、高燃焼度化をはかる場合、燃料当たりに
必要な天然ウラン費，濃縮費等が増加するため、高燃焼
度化による燃料サイクル費の低減幅が小さくなる。

【０００４】ＢＷＲ燃料では、この問題を水対燃料比を
増加させ、中性子スペクトルを柔らかくすることにより
解決している。具体的には、燃料集合体の水ロッドの水
領域を増加させることが有効である。しかしながら、８
行８列の燃料棒配列（以下、８×８燃料集合体と呼ぶ）
のままで、燃料集合体中央部の水ロッドの水領域を増加
させるためには、燃料棒本数が減少し、熱的余裕が小さ
くなる。また、燃料集合体当たりの燃料棒本数が減少す
るため、ガドリニア入り燃料棒の配置の自由度が減少す
るなど、核設計上の自由度が少なくなるなどのデメリッ
トもある。燃料経済性を向上させる発明として、特開昭
61−240193号公報及び特開平2−296192号公報がある。
これらの燃料集合体は、水ロッドの横断面の形状は異な
るが、上端部及び下端部に天然ウラン領域を備え、これ
らの天然ウラン領域の間に位置し上部，中央部及び下部
の三つの領域を有する濃縮ウラン領域を備え、燃料集合
体横断面における平均濃縮度が上部領域及び下部領域よ
りも中央部領域で高くかつ上部領域と下部領域が等し
く、上部領域における軸方向単位長さ当たりの可燃性毒
物の含有量が、濃縮ウラン領域の他の領域における軸方
向単位長さ当たりのその含有量よりも少なくなってい
る。例えば、特開平2−296192 号公報は、燃料棒４本が
配置可能な領域に外径が大きな１本の水ロッドを配置し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開平2−296192 号公
報に示された燃料集合体は、３８ＧＷｄ／ｔの平均取出
し燃焼度を得ることができる。この燃料集合体におい
て、更に平均濃縮度の増加によって燃焼度を増加させよ
うとすると、燃料集合体中央部の水ロッドの水領域面積
の増加に伴い熱的余裕が減少するという問題がある。

【０００６】本発明の目的は、炉心性能の悪化を抑制で
き、平均濃縮度の増加度合いが少なくて燃焼度の増大を
図ることができる燃料集合体及び原子炉を提供するもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
本発明の特徴は、上端部及び下端部に設置された天然ウ
ラン領域と、平均濃縮度が異なる上部領域，中央領域及
び下部領域を有する濃縮ウラン領域とが軸方向に配置さ
れた核燃料物質充填領域を有し、前記中央領域の平均濃
縮度が前記上部領域及び前記下部領域のそれぞれの平均
濃縮度よりも大きく、前記中央領域の平均濃縮度と前記
下部領域の平均濃縮度との差が、前記中央領域の平均濃
縮度と前記上部領域の平均濃縮度との差よりも小さく、
前記上部領域における軸方向単位長さ当たりの可燃性毒
物の含有量が、前記濃縮ウラン領域の他の領域における
軸方向単位長さ当たりの可燃性毒物の含有量よりも少な
くなっていることにある。

【０００８】

【作用】中央部領域の平均濃縮度が下部領域の平均濃縮
度よりも大きいので、軸方向の出力分布が平坦化され
る。しかしながら、中央領域の平均濃縮度と下部領域の
平均濃縮度との差が、中央領域の平均濃縮度と前記上部
領域の平均濃縮度との差よりも小さいので、上記の軸方
向の出力分布の平坦化が阻害されない程度に、どちらか
と言えば中性子の減速効果が大きい下方に軸方向の出力
ピークが形成される。これは、下部領域での中性子利用
率の向上につながり、その領域での反応度を増大させ
る。このため、炉心性能の悪化を抑制でき、平均濃縮度
の増加度合いが少なくて燃焼度の増大を図ることができ
る。

【０００９】

【実施例】本発明が適用される実施例の概要を以下に説
明する。

【００１０】本発明の実施例である燃料集合体は、９行
９列の燃料棒配列（以下、９×９という）の燃料集合体
である。この燃料集合体は、平均線出力密度が低減し熱
的余裕を確保できる。しかしながら、単に燃料棒本数を
増加させるだけでは、炉心の圧力損失が増加し、熱水力
安定性が悪化する等の問題を生じる。このため、軸方向
長さの異なる燃料棒を使用し、圧力損失の増加を抑え
る。

【００１１】本発明の実施例は、水領域の横断面積を増
加させた太径水ロッド及び軸方向長さの短い短尺燃料棒
と組み合わせた９×９の燃料棒配列の採用により、熱的
余裕及び炉停止余裕等の炉心特性に対する安全余裕を確
保でき、更に、平均線出力密度の減少により、燃料集合
体の局所出力ピーキング係数等の出力ピーキングを増加
させることができ燃料経済性をより向上できる。

【００１２】高経済型の燃料集合体を得るために、本発
明の実施例は、（Ａ）出力ピーキングの活用、（Ｂ）可
燃性毒物残留量の低減、（Ｃ）水対燃料比の改善を図っ
た。ここで、出力ピーキングの活用とは、炉心あるいは
燃料集合体の中性子束の分布に着目して、中性子束の高
い領域の核分裂性物質（例えば、Ｕ−２３５）の量を増
加させ、反対に中性子束の低い領域の核分裂性物質の量
を低くするように、核分裂性物質を分布させることによ
り熱中性子利用率を高めるものである。このため、出力
ピーキングが増加する一方、炉心の反応度が向上する。

【００１３】可燃性毒物残留量の低減とは、炉心下端
部、及び特にボイド率が高く中性子スペクトルが硬い炉
心上部で可燃性毒物（例えば、ガドリニア）の燃焼が遅
いため、予め、これらの領域で可燃性毒物の濃度を低く
しておき、可燃性毒物の燃え残りによる反応度損失を極
力小さくすることである。

【００１４】水対燃料比の改善とは、水対燃料比を増加
させることにより熱中性子利用率を高め炉心の反応度を
高めるものである。

【００１５】以上の対策を講じることで、最少限の濃縮
度増加で高燃焼度化を達成することができる。

【００１６】上記の事項を考慮した本発明の実施例であ
る燃料集合体及び原子炉の概要を、以下、具体的に述べ
る。

【００１７】１．燃料集合体 本発明の実施例の燃料集合体は、以下に示す構成を有す
る。特に、この燃料集合体は、図１(ｉ)及び(ii)に示す
軸方向の濃縮度分布及び可燃性毒物であるＧｄの軸方向
における濃度分布を有する。

【００１８】（１）太径水ロッド 本発明の実施例の燃料集合体は、図２に示ように、２本
の水ロッドＷを燃料集合体横断面中央部で１つの対角線
上に隣接して配置している。これらの水ロッドＷは、外
径が燃料棒の配列ピッチよりも大きくそれぞれが燃料棒
３.５ 本分の領域を占める大口径のものであり、７本の
燃料棒を配置可能な領域を占有する。水ロッドＷ内には
非沸騰水が流れる。

【００１９】そのような二本の水ロッドを用いる本発明
の実施例の燃料集合体は、水対燃料比が従来の燃料集合
体よりも大きくなるため中性子スペクトルがソフト化
し、濃縮度の増加によって生ずる(ａ)ボイド係数絶対値
の増加、(ｂ)冷温時の炉心反応度の増加、(ｃ)ガドリニ
ア等の可燃性毒物の反応度制御能力の低下、の短所を改
善でき、熱的余裕、及び炉停止余裕の炉心特性悪化を解
消できる。また同時に、水対燃料比が従来の燃料集合体
よりも増加しているので、燃料集合体の反応度を向上さ
せることができる。

【００２０】（２）短尺燃料棒 燃料集合体における燃料棒本数を増加させるだけでは、
冷却材に接する濡れ縁長さが増大し、摩擦が増えるた
め、燃料集合体内の気液二層流部（特に、燃料集合体の
上部）での圧力損失が増加し、熱水力安定性が悪化（減
幅比の増大）する等の問題点が生じる。このため、本発
明の実施例の燃料集合体は、この燃料集合体の燃料物質
充填領域の軸方向全長（以下、燃料有効長Ｈという）と
同じ長さの燃料物質充填領域を有する燃料棒（以下、長
尺燃料棒という）、及び燃料有効長Ｈよりも軸方向長さ
が短い燃料物質充填領域を有する燃料棒（以下、短尺燃
料棒という）を備える。これらの燃料棒は、軸方向の長
さが異なる。燃料物質充填領域は、以下、燃料有効長部
と称される。短尺燃料棒を用いることによって、気液二
層流部の割合が大きい燃料集合体上部の横断面における
燃料棒本数を燃料集合体下部のそれよりも減らすことが
でき、気液二層流部の圧力損失を低減できる。本発明の
実施例の燃料集合体は、８本の短尺燃料棒を有する。短
尺燃料棒の燃料有効長部の軸方向長さは、燃料有効長Ｈ
の１４／２４である。短尺燃料棒の燃料有効長部は、本
発明の実施例の燃料集合体の燃料有効長部下端から燃料
有効長Ｈの１／２４を基点とし燃料有効長Ｈの１５／２
４までを占めている。

【００２１】また、ＢＷＲでは、出力運転時（ボイドが
存在する状態）に炉心の軸方向出力分布がある程度平坦
化され、冷温時にはボイドが存在しないので軸方向出力
分布は上方にピーク形成される状態になる。よって、燃
料集合体上部における燃料棒本数を減らすことにより、
冷温時に中性子インポータンスの高い燃料集合体上部に
おける水対燃料比を大きくすることは、中性子の減速過
多の状態をさらに強めることになり、反応度を低下させ
る効果がある。このような効果により炉停止余裕を増加
させることが同時に可能である。

【００２２】（３）軸方向濃縮度分布 炉心の上下端部では、炉心中央に比べて中性子束が低
い。そこで燃料集合体の上下端部に天然ウランを配置
し、燃料中央部の濃縮度を増加させる。これにより、炉
心上下方向への中性子漏洩量を減少させると共に、熱中
性子利用率を高めることができる。これにより炉心の反
応度を向上させることができる。

【００２３】本発明の実施例の燃料集合体は、図１(ｉ)
に示すような軸方向の濃縮度分布を有する。この燃料集
合体は、燃料有効長部の上下端部に天然ウラン領域を有
し、これらの天然ウラン領域の間に濃縮ウラン領域を有
する。その濃縮ウラン領域は、軸方向に平均濃縮度の異
なる上部領域，中央部領域及び下部領域を有する。短尺
燃料棒の燃料有効長部の上端は、短尺燃料棒の燃料有効
長部の中央部領域内に位置する。

【００２４】まず、上下端部の天然ウラン領域の軸方向
における長さについて説明する。上下端部の天然ウラン
領域の軸方向長さをパラメータに下軸方向出力ピーキン
グの増加率と燃料経済製向上率との関係を図８に示す。
天然ウラン領域の軸方向長さ（ノード数で現わす。１ノ
ードは燃料有効長Ｈの１／２４である。）を増加させる
と、燃料経済性は向上するが、その増加に伴って軸方向
出力ピーキングも増加する。天然ウラン領域のノード数
は、軸方向出力ピーキングを抑えたい場合には減らす必
要がある。本発明の実施例の燃料集合体は、半径方向出
力ピーキング及び局所出力ピーキングの組合せで線出力
密度の運転制限値を満足する軸方向出力ピーキングにな
ること、また（２／１）から（３／２）とする場合の経
済性向上率が飽和する傾向にあることから、燃料有効長
部の上端から下方に向かう２ノード及びその燃料有効長
部の下端から上方に向かう１ノードをそれぞれ天然ウラ
ン領域としている。燃料有効長Ｈを２４ノードである。
上記( )内の分数の分子は燃料集合体上端部の天然ウラ
ン領域のノード数ｎ１を、分母は燃料集合体下端部の天
然ウラン領域のノード数ｎ２をそれぞれ示している。

【００２５】本発明の実施例の燃料集合体における濃縮
ウラン領域では、中央部領域の平均濃縮度，下部領域の
平均濃縮度及び上部領域の平均濃縮度の順に小さくな
る。なお、短尺燃料棒の燃料有効長部上端よりも上方の
中央部領域の平均濃縮度は、その上端よりも下方の中央
部領域の平均濃縮度よりも小さい。

【００２６】本発明の実施例の燃料集合体は、下部領域
の平均濃縮度よりも中央部領域の平均濃縮度を高めるこ
とによって、燃料集合体軸方向の出力分布を平坦化し、
高燃焼度化による燃料集合体間の出力のミスマッチが増
加することによる出力ピーキングの増加を緩和し、更
に、得られる出力ピーキングの余裕を他の経済性向上の
ためのピーキングに活用している。燃料集合体軸方向の
出力分布を平坦化するためには、平均濃縮度の高い中央
部領域とそれよりも平均濃縮度の低い下部領域との境界
は、燃料有効長部の下端を基点として、燃料有効長Ｈの
１／３〜７／１２の範囲に位置させる必要がある。

【００２７】短尺燃料棒の濃縮度は、燃料集合体の燃料
棒配列の最外周層に配置されていなく局所出力ピーキン
グの低い位置に配置されているため、燃料集合体の平均
濃縮度より高くなっている。このため、前述したよう
に、短尺燃料棒の燃料有効長部上端よりも上方の中央部
領域の平均濃縮度は、その上端よりも下方の中央部領域
の平均濃縮度よりも若干小さい。しかしながら、短尺燃
料棒の燃料有効長部上端よりも上方の中央部領域の平均
濃縮度は、下部領域の平均濃縮度よりも大きい。濃縮ウ
ラン領域で最も平均濃縮度が低い上部領域は、後述する
当該上部領域での可燃性毒物濃度の低減による反応度利
得を、燃料集合体平均濃縮度の効果的な低減に活用する
ためと、炉停止余裕を改善するために設けたものであ
る。すなわち、上部領域近傍は、濃縮ウラン領域の他の
領域に比べて中性子インポータンスが小さく、一定の反
濃度利得に対してより多く濃縮度を下げることができ
る。これは、ウランの節約につながる。更に、炉停止余
裕が最小となる原子炉の冷温時において、中性子束は、
上部領域で高くなるが、上部領域の平均濃縮度を濃縮ウ
ラン領域の他の領域の平均濃縮度より下げることによっ
て炉心の反応度を下げ炉停止余裕を改善することができ
る。

【００２８】本発明の実施例の燃料集合体は、上部領域
の平均濃縮度と下部領域の平均濃縮度との差が、上部領
域の平均濃縮度と上部領域の平均濃縮度との差よりも小
さい。具体的には、短尺燃料棒の燃料有効長部上端より
も下方の中央部領域の平均濃縮度と下部領域の平均濃縮
度との差が、短尺燃料棒の燃料有効長部上端よりも上方
の中央部領域の平均濃縮度と上部領域の平均濃縮度との
差よりも小さい。これは、下部領域の平均濃縮度が上部
領域の平均濃縮度に等しい特開平2−296192 号公報の図
１及び図２に示された燃料集合体に比べて、本発明の実
施例の燃料集合体では、軸方向において、下部領域の平
均濃縮度が相対的に大きくなっていることになる。本発
明の実施例の燃料集合体を９×９燃料集合体にすること
によって燃料棒の平均線出力密度が低下し、熱的余裕
は、従来の８×８燃料集合体よりも増加する。本発明の
実施例の燃料集合体は、この熱的余裕の増加分の範囲内
での軸方向出力ピーキングの増加を、下部領域の平均濃
縮度を従来の８×８燃料集合体の下部領域のそれよりも
相対的に増加させることにより達成したものである。こ
れは、本願発明の実施例である燃料集合体における中央
部領域と下部領域との平均濃縮度の差（例えば、図３及
び図４の燃料集合体では０.１６％ ）が、特開昭61−24
0193号公報及び特開平2−296192 号公報におけるそれら
の平均濃縮度の差（例えば、いずれの場合も図１及び図
２の燃料集合体では０.２０％ ）よりも小さくなってい
ることからも明らかである。これによって、燃料経済性
が向上する。下部領域は、元々、ボイド率が小さくて冷
却水による中性子の減速効果が大きい領域である。この
下部領域での核分裂性物質量の増大は、中性子束を高め
ることになり、上記範囲内での下部領域における軸方向
出力ピーキングの増加をもたらす。燃料集合体の軸方向
における出力は、下部領域にやや出力のピーク形成する
ように分布する。出力ピークが存在する下部領域での平
均濃縮度の増大は、中性子利用率の向上を図ることがで
きその領域での反応度の増大につながり、燃料経済性が
向上する。中性子利用率の向上は、少ない核分裂性物質
の量で大きな出力を得ることできるので、相対的に燃料
集合体の平均濃縮度を低下させることになり、ウランの
節約につながる。

【００２９】また、サイクル初期において下部領域に軸
方向出力ピークが形成されるので、燃料集合体上部での
ボイド率が増大し燃料集合体上部にプルトニウムが蓄積
される。サイクル後半においては、上記蓄積されたプル
トニウムが燃焼するので、燃料集合体上部に軸方向出力
ピークが形成される。すなわち、スペクトルシフトの効
果が大きくなり、燃料経済性が向上する。

【００３０】本願発明の実施例である燃料集合体の上記
した軸方向の濃縮度分布は、前述した太径水ロッド及び
短尺燃料棒等の技術の使用により可能になるものであ
り、少ない平均濃縮度幅の増加によって高燃焼度化を達
成できる。

【００３１】本願発明の実施例である燃料集合体は、下
部領域の平均濃縮度の相対的な増大による下部領域での
軸方向出力ピークの若干の増大によって、軸方向の出力
分布の平坦化度合いが特開昭61−240193号公報及び特開
平2−296192 号公報よりもいくらか悪くなる程度で、中
央部領域の平均濃縮度が大きいことによる軸方向におけ
る出力分布の平坦化機能を発揮できる。

【００３２】（４）燃料集合体半径方向濃縮度分布 燃料集合体内の中性子束分布は、チャンネルボックス外
側の水ギャップの存在のためにチャンネルボックスに面
した領域で高くなる傾向にある。本発明の実施例の燃料
集合体は、チャンネルボックスに面して配置された燃料
棒の平均濃縮度を高めることによって中性子利用率を高
め、しいては燃料集合体の反応度を高めている。燃料集
合体の平均濃縮度よりも大きな平均濃縮度を有する燃料
棒を、燃料集合体横断面の最外周に配置している。

【００３３】（５）軸方向可燃性毒物分布 ＢＷＲの燃料集合体は、一般に、余剰の炉心反応度を調
整するために一部の燃料棒に可燃性毒物を混入させる。

【００３４】炉心上部ではボイド率が高く中性子スペク
トルが硬いため可燃性毒物の燃焼が遅い。本発明の実施
例の燃料集合体は、図１(ii)に示すように、その領域
（上部領域）で可燃性毒物の濃度を低くしているので、
上部領域での可燃性毒物の燃え残りによる反応度損失を
減らすことができる。

【００３５】図９に可燃性毒物の低濃度の領域である上
部領域の軸方向長さと燃料経済性向上率との関係を示
す。上部領域の軸方向長さを増加させれば、燃料経済性
は増加するが、燃料経済性の増加度合いは徐々に飽和し
３ノード程度を越えるとその増加度合いが小さくなる。
本発明の実施例である燃料集合体の一設計例では、上部
領域の軸方向長さを２ノードとしている。

【００３６】また、本発明の実施例の燃料集合体は、図
１(ii)に示すように、濃縮ウラン領域において可燃性毒
物濃度の異なる三領域を形成する。天然ウラン領域は、
可燃性毒物を含まない。可燃性毒物の平均濃度は、濃縮
ウラン領域の下部領域，中央部領域及び上部領域の順に
低くなっている。これらの下部領域，中央部領域及び上
部領域は、上記(３)の軸方向濃縮度分布で述べた濃縮ウ
ラン領域の下部領域，中央部領域及び上部領域と同じで
ある。

【００３７】本発明の実施例である燃料集合体は、上下
端部にある天然ウラン領域では、中性子の漏れのため出
力が低い。従って、天然ウラン領域が可燃性毒物を含ま
ない本発明の実施例である燃料集合体は、可燃性毒物の
上下端部での燃え残りによる反応度損失を減らすことが
できる。

【００３８】本発明の実施例である燃料集合体は、上記
のように軸方向のボイド率差による可燃性毒物の燃焼の
軸方向出力分布への影響を小さくするため、可燃性毒物
は中央部に対して最下部の濃度を高くし、軸方向出力分
布の平坦化を図っている。これにより、高燃焼度化によ
る燃料集合体間の出力ミスマッチの増加に基づく出力ピ
ーキングの増加を緩和し、得られる出力ピーキングの余
裕を他の経済性向上のための出力ピーキングに活用して
いる。

【００３９】以上に述べた軸方向における分布を有する
可燃性毒物は、サイクル末期で燃え尽きる。

【００４０】２．原子炉 以上述べた燃料集合体を装荷した炉心を有する本発明の
実施例である原子炉の概要を以下に説明する。本発明の
実施例である原子炉に用いられる炉心も、上記した燃料
集合体と同様に、高経済型としている。

【００４１】（１）炉心最外周高燃焼度燃料装荷 本発明の実施例である原子炉は、炉心最外周に炉心内に
おいて比較的燃焼度の進んだ燃料集合体を装荷し、炉心
中央部には新燃料集合体及び比較的燃焼度の若い燃料集
合体を装荷する。

【００４２】このため、中性子束の高い炉心中央部にお
ける核分裂性物質（例えば、Ｕ−２３５）の量を多くす
ることができるので、炉心外への中性子の漏れを低減で
きることと相まって炉心の反応度を増加させることがで
きる。炉心最外周への種々の燃料集合体の燃料装荷法に
よる出力ピーキングと燃料経済性の関係を図１１に示
す。

【００４３】（２）可燃性毒物２タイプ装荷 本発明の実施例である原子炉の炉心に装荷される燃料集
合体は、燃料集合体当たりの可燃性毒物混入量が異なる
２種類の前述した燃料集合体である。このような２種類
の燃料集合体の可燃性毒物が燃え尽きるまでの反応度差
を利用して、炉心に装荷する上記２種類の新燃料集合体
の体数割合を変えることにより、炉心の反応度の調整を
行なうことができる。従って、原子炉の運転期間等の変
動による炉心反応度の調整を容易に行うことができる。

【００４４】また、本発明の実施例の原子炉では、運転
中、制御棒により制御される余剰反応度を適切に調整す
ることができる。原子炉運転中に使用する制御棒の数を
最少限にとどめることができ、制御棒取替本数が少なく
て済む。

【００４５】可燃性毒物の一種であるガドリニアは、大
きな熱中性子吸収断面積を有する。ガドリニア入り燃料
棒の表面で大部分の中性子が吸収されるため、ガドリニ
ア入り燃料棒の本数により中性子吸収量を調整できる一
方、ガドリニアの燃料棒への混入量（濃度）により中性
子を吸収する期間を調整できる。

【００４６】（３）コントロールセル 本発明の実施例の原子炉は、運転時に原子炉出力調整用
として炉心内に挿入される制御棒に隣接する４体の燃料
集合体としてそれぞれ燃焼度の進んだ燃料集合体（核分
裂性物質量の少ない燃料集合体）を用い、コントロール
セルを構成している。コントロールセル内の４体の燃料
集合体は低反応度の燃料集合体であるため、燃料集合体
として出力が低く、制御棒を長期間挿入後に制御棒を引
き抜いた場合に線出力密度が上昇しても到達線出力密度
は、十分制限値を満足することができる。

【００４７】図１０は本発明の実施例の原子炉の概念を
示している。ここで、２５は燃料集合体、２６は燃焼の
進んだ燃料集合体、及び２７はコントロールセルであ
る。

【００４８】本発明の一実施例である燃料集合体を、図
１〜図３に基づいて以下に説明する。本実施例の燃料集
合体１６は、ＢＷＲに適用される９×９の燃料集合体で
ある。本実施例の燃料集合体１６は、上部タイプレート
１８，下部タイプレート１９，上部タイプレート１８及
び下部タイプレート１９に上端部及び下端部が保持され
る複数の燃料棒１５及び複数の水ロッド１３を備える。
燃料集合体１６の軸方向に配置される複数の燃料スペー
サ２０が、燃料棒１５相互の間隔を所定幅に保持するよ
うに、各燃料棒１５を保持する。水ロッド１３も、燃料
スペーサ２０によって間隔が保持される。燃料スペーサ
２０によって束ねられた燃料棒１５は、チャンネルボッ
クス１２によって取り囲まれている。チャンネルボック
ス１２は、上部タイプレート１８に取り付けられる。チ
ャンネルファスナ（図示せず）が、制御棒１４側で上部
タイプレート１８に取付けられる。１４は、制御棒であ
る。

【００４９】燃料棒１５は、図示されていないが下部端
栓及び上部端栓にて両端を密封された被覆管内に多数の
燃料ペレットを装荷したものである。燃料ペレットは、
燃料物質であるＵＯ₂ にて構成され、核分裂性物質であ
るＵ−２３５を含んでいる。スプリングが被覆管内のガ
スプレナム内に配置され、燃料ペレットを下方に押圧し
ている。

【００５０】２本の水ロッド１３は、燃料集合体横断面
の中央部に配置されその横断面の１つの対角線上に隣接
して配置される。これらの水ロッド１３は、前述の１−
(１)項に記載されたように、７本の燃料棒が配置可能な
領域を占有する。水ロッド１３の外径は、燃料棒１５の
ピッチよりも大きく、その横断面積が燃料棒３.５本分
の領域を占める大口径のものである。しかしながら、水
ロッド１３の下端部（最も下に配置される燃料スペーサ
２０より下方の位置）では、外径がその上方よりも小さ
くなっている。これは、地震時において、水ロッド下端
部での曲げ応力が過大になることを防止する。水ロッド
１３は内部が中空になっており、非沸騰水がその内部を
流れる。これらの水ロッド１３を用いることによって、
水対燃料比が従来の燃料集合体より大きくなり、高燃焼
度化による炉心特性の悪化を解決し、同時に反応度の向
上を図ることができる。

【００５１】ＢＷＲの炉心は、燃料集合体４体に１体の
割合で十字型の制御棒１４が挿入される。この炉心に
は、挿入される制御棒に面する燃料集合体の側壁側に形
成された水ギャップの幅が、その反対側にあって制御棒
に面しない燃料集合体の側壁側に形成された水ギャップ
の幅よりも広くなっている炉心（Ｄ格子炉心）と、制御
棒に面する燃料集合体の側壁側に形成された水ギャップ
の幅が、その反対側にあって制御棒に面しない燃料集合
体の側壁側に形成された水ギャップの幅と等しい炉心
（Ｃ格子炉心）とがある。

【００５２】本実施例の燃料集合体１６は、Ｃ格子炉心
に装荷される燃料集合体である。燃料集合体１６は、燃
料棒１１として、図４に示すように８種類の燃料棒１〜
８を含んでいる。これらの燃料棒１〜８が、図３のよう
にチャンネルボックス１２内で燃料集合体横断面に配置
されている。燃料棒６は、短尺燃料棒であり、他の番号
の燃料棒が長尺燃料棒である。

【００５３】長尺燃料棒１〜５，７及び８は、燃料有効
長部の上下端部に、天然ウランの燃料ペレットを充填し
た領域（天然ウランブランケット領域）を有する。長尺
燃料棒１〜５，７及び８の燃料有効長部の軸方向におけ
る全長は、前述した燃料有効長Ｈに等しい。天然ウラン
ブランケット領域は、燃料有効長部の下端から上方に向
かって燃料有効長Ｈの１／２４まで、また燃料有効長部
の上端から下方に向かって燃料有効長Ｈの２／２４まで
を占めている。本実施例の上下端部の各天然ウランブラ
ンケット領域の軸方向長さは、図８に示すように燃料経
済性の改善度合いの大きい軸方向長さの組み合わせ（２
／１）である。短尺燃料棒６は、天然ウランブランケッ
ト領域を有しない。短尺燃料棒６の燃料有効長部は、長
尺燃料棒の燃料有効長部の下端から燃料有効長Ｈの１／
２４〜１５／２４の範囲に位置する。

【００５４】長尺燃料棒１〜５，７及び８において、燃
料有効長部の下端から燃料有効長Ｈの１／２４〜２２／
２４の範囲は、濃縮ウランが充填されている濃縮ウラン
領域である。燃料棒１，３〜５，７及び８は、濃縮ウラ
ン領域の濃縮度が図４に示すように軸方向において一様
である。燃料棒２は、濃縮ウラン領域において、濃縮度
の異なる三つの領域を有する。短尺燃料棒６の濃縮ウラ
ン領域は、軸方向において一様な濃縮度である。各燃料
棒の濃縮ウラン領域の濃縮度は、燃料棒１で４.８重量
％，燃料棒３，７及び８で３.９重量％，燃料棒４で３.
４ 重量％，燃料棒５で２.２重量％，燃料棒６で４.３
重量％である。燃料棒２は、濃縮ウラン領域において、
燃料有効長部の下端を基点として、燃料有効長Ｈの１／
２４〜８／２４の範囲の濃縮度が４.３ 重量％、燃料有
効長Ｈの８／２４〜２０／２４の範囲の濃縮度が４.８
重量％、及び燃料有効長Ｈの２０／２４〜２２／２４の
範囲の濃縮度が３.９ 重量％である。

【００５５】燃料棒７及び８は、濃縮ウラン領域に位置
する燃料ペレット内に可燃性毒物であるガドリニアを含
有している。燃料棒７は、濃縮ウラン領域の軸方向にお
けるガドリニア濃度が、燃料有効長部の下端を基点とし
て、燃料有効長Ｈの１／２４〜８／２４の範囲で５.５
重量％、燃料有効長Ｈの８／２４〜２０／２４の範囲で
４.５重量％、及び燃料有効長Ｈの２０／２４〜２２／
２４の範囲で３.５重量％である。燃料棒８は、燃料有
効長部の下端を基点として、燃料有効長Ｈの１／２４〜
２０／２４の範囲で４.５ 重量％、及び燃料有効長Ｈの
２０／２４〜２２／２４の範囲で３.５ 重量％である。
燃料棒１〜６は、ガドリニアを含有していない。

【００５６】上記の軸方向濃縮度分布を有する燃料棒１
〜８を図３の如く配置することによって、燃料集合体１
６の濃縮ウラン領域における軸方向での各部の横断面平
均濃縮度は、以下のようになる。燃料集合体１６の燃料
有効長部の下端を基点として、燃料有効長Ｈの１／２４
〜８／２４の範囲（下部領域)の平均濃縮度は４.００重
量％、燃料有効長Ｈの８／２４〜２０／２４の範囲（中
央部領域）の平均濃縮度は４.１６ 重量％、及び燃料有
効長Ｈの２０／２４〜２２／２４の範囲（上部領域）の
平均濃縮度は３.８２ 重量％である。その中央部領域
は、短尺燃料棒６の燃料有効長部の上端よりも上方とそ
れよりも下方の二領域に分けられる。この二領域は、短
尺燃料棒６の燃料有効長部の上端よりも上方の中央上部
領域、及び短尺燃料棒６の燃料有効長部の上端よりも下
方の中央下部領域である。中央上部領域の横断面平均濃
縮度は４.１５ 重量％であり、中央上部領域の横断面平
均濃縮度は４.１６ 重量％である。上記した中央部領域
における横断面平均濃縮度である４.１６ 重量％の値
は、小数点以下三桁目を四捨五入して得たものである。
燃料集合体１６の上下端部に形成される天然ウランブラ
ンケット領域での横断面平均濃縮度は、０.７１ 重量％
である。なお、燃料集合体１６の平均濃縮度は、３.７
０ ％である。このような軸方向の濃縮度分布を有する
燃料集合体１６は、前述の１−(３)項に示す効果を得る
ことができる。本実施例は、平均濃縮度が増大している
が、２本の水ロッド１３を用いることによって、水対燃
料比を適切に大きくすることができ前述の１−(１)項に
示す効果を得ることができる。更に、本実施例は、濃縮
ウラン領域において上部領域，中央部領域及び下部領域
で濃縮度の異なる燃料棒を一種類しか用いず、簡単な構
成となっており、燃料集合体の製造工程が単純化され
る。

【００５７】ＢＷＲでは炉心上端に行くに従ってボイド
が多くなるために、炉心上部で中性子減速材である冷却
水の密度が低下する。このため、軸方向の濃縮度分布が
一様な燃料集合体を炉心内に装荷した場合、燃料集合体
下部に出力ピークが生ずる下歪の出力分布となる傾向が
ある。また、燃料集合体１６は、短尺燃料棒６を用いて
いるので、燃料集合体下部における燃料装荷量が燃料集
合体上部におけるそれよりも大きいため下歪の軸方向出
力分布となる要因を有する。従って、前述のように、下
部領域の濃縮度よりも中央部領域の濃縮度を高くするこ
とによって、燃料集合体の軸方向の出力分布を平坦化で
きる。燃料集合体１６における前述のような中央部領域
の平均濃縮度と下部領域の平均濃縮度との差の０.１６
重量％、及び中央部領域と下部領域との境界の位置（燃
料有効長部下端から燃料有効長Ｈの８／２４の位置）
は、軸方向出力分布平坦化の効果が設計基準を満足する
よう選んだものである。

【００５８】燃料集合体１６のガドリニア入り燃料棒１
４本のガドリニアの平均濃度は、下部領域，中央部領域
及び上部領域の順に低くしており、下部領域と中央部領
域の間で平均約０.５ 重量％の差がある。上記のように
ＢＷＲは、炉心上端に行くに従ってボイドが増加するの
で、炉心上部で中性子減速材である冷却水の密度が低く
炉心下部で冷却水の密度が高い。このため、軸方向にお
いてガドリニア濃度を同一にすると、炉心下部では、中
性子スペクトルが上部に比べ軟らかいので、ガドリニア
の燃焼が早く進む。従って、ガドリニアが燃焼するに伴
って炉心下部の反応度の上昇速度が早くなるため、軸方
向の出力分布が下方ピークとなり易くなる。本実施例
は、その反応度上昇速度を適切に制御するため、下部領
域のガドリニア濃度を大きくしている。軸方向のガドリ
ニア濃度差は軸方向出力分布の平坦化の効果が適切にな
るよう選んだものである。本実施例は２種類のガドリニ
ア入り燃料棒を用いているが、これは燃料製造上の配慮
からであり、同一燃料棒内でガドリニア濃度の差を約１
重量％以上とするためである。

【００５９】燃料集合体１６は、濃縮ウラン領域の上部
領域の横断面平均濃縮度は、濃縮ウラン領域の中央部領
域及び下部領域の横断面平均濃縮度よりも低い。上部領
域は、横断面平均濃縮度が低くてしかも燃料棒７及び８
の可燃性毒物の低濃度領域に対応しており、炉停止余裕
の減少を補償している。上部領域の軸方向長さ（燃料有
効長Ｈの３／２４）は、後述の可燃性毒物減少による経
済性効果が最適となるよう決定したものである。

【００６０】燃料集合体１６は、１４本のガドリニア入
り燃料棒を有している。このような燃料集合体１６は、
燃料棒７及び８の濃縮ウラン領域の上部領域における軸
方向単位長さ当たりのガドリニア濃度を、それよりも下
方の濃縮ウラン領域の他の領域における軸方向単位長さ
当たりのその濃度よりも少なくしているので、図９に示
すように燃料経済性が向上する。図９で本実施例と示し
た点が、燃料集合体１６のガドリニア低濃度による燃料
経済性の改善効果である。

【００６１】燃料集合体１６は、燃料集合体の平均濃縮
度よりも高い濃縮度の領域を有する燃料棒２及び３を、
燃料集合体横断面の最外周に配置している。このため、
燃料集合体１６は、前述の１−（４）項に示す反応度利
得を得ることができる。

【００６２】以上述べた燃料集合体１６は、燃料経済性
を著しく向上できる。燃料集合体１６は、原子炉の熱的
余裕及び炉停止余裕等の安全余裕を十分確保しつつ、平
均濃縮度の増加度合いが少なくて燃焼度の増大、すなわ
ち高燃焼度化（平均取出し燃焼度４５ＧＷｄ／ｔ）を達
成することができる。これによって、燃料サイクルに要
する費用を著しく低減できる。さらに、使用済燃料集合
体の発生量も著しく低減できる。

【００６３】本発明の他の実施例である燃料集合体を、
図５及び図６に基づいて説明する。本実施例の燃料集合
体１６Ａは、燃料集合体１６とほとんど同じ構成であ
り、燃料集合体１６と同じくＣ格子炉心に装荷される燃
料集合体である。燃料集合体１６Ａは、燃料棒７Ａ以外
は燃料集合体１６で用いた燃料棒１〜６及び８を使用す
る。燃料棒７Ａは、濃縮ウラン領域の濃縮度は軸方向で
一様であり３.９ 重量％である。燃料棒７Ａの濃縮ウラ
ン領域におけるガドリニア濃度は、燃料有効長部の下端
を基点として、燃料有効長Ｈの１／２４〜８／２４の範
囲で、４.５ 重量％、燃料有効長Ｈの８／２４〜２２／
２４の範囲で、３.５ 重量％である。燃料集合体１６Ａ
の軸方向の平均濃縮度分布は、燃料集合体１６のその分
布と等しい。

【００６４】燃料集合体１６Ａは、１６本のガドリニア
入り燃料棒を含んでいる。１６本のガドリニア入り燃料
棒の軸方向におけるガドリニアの平均濃度は、下部領
域，中央部領域及び上部領域の順に低くしている。下部
領域と中央部領域の間では、ガドリニアの平均濃度で約
０.５ 重量％の差をつけている。

【００６５】本実施例の燃料集合体１６Ａも、前述の燃
料集合体１６と同じ効果を得ることができる。

【００６６】燃料集合体１６は１４本のガドリニア入り
燃料棒を含み、燃料集合体１６Ａは１６本のそれを含
む。また、軸方向に濃度差をつけたガドリニア入り燃料
棒内の中央部領域と下部領域とのガドリニア濃度が、燃
料集合対１６ではそれぞれ4.5重量％と５.５重量％であ
り、燃料集合体１６Ａではそれぞれ３.５重量％と4.5重
量％である。これらの燃料集合体１６及び１６Ａを、次
に説明する原子炉の炉心内に装荷することにより、運転
期間等の変動による炉心反応度を調整し且つ適切な安全
余裕を持った炉心特性を得ることができる。

【００６７】本発明の一実施例である沸騰水型原子炉を
以下に説明する。本実施例の沸騰水型原子炉は、図７に
示す炉心３０を有している。炉心３０は、Ｃ格子炉心で
ある。図７は、炉心３０の横断面の１／４を示してい
る。図７において、正方形の一つの升目は一体の燃料集
合体を示している。前述の正方形の升目内に記入してあ
る１〜５の番号は、該当する燃料集合体のＢＷＲ炉心内
における滞在期間を示している。すなわち、１は炉心３
０内で１サイクル目の運転を経験する燃料集合体を、２
は炉心３０内で２サイクル目の運転を経験する燃料集合
体を、以下、３は３サイクル目の運転を経験する燃料集
合体及び４は４サイクル目の運転を経験する燃料集合体
をそれぞれ示している。ＢＷＲの運転サイクルは、燃料
集合体交換後のＢＷＲの起動から次の燃料集合体交換の
ための運転停止までの所定の期間をいう。サイクル数が
多くなる燃料集合体程、燃焼度が高くなる。

【００６８】燃料集合体３１（１の番号が付された升目
の燃料集合体）は、新燃料集合体であり、ガドリニアを
含有している燃料棒の本数が少ない燃料集合体１６を用
いている。燃料集合体３２（の番号が付された升目の
燃料集合体）は、新燃料集合体であり、燃料集合体３１
よりガドリニアを含有している燃料棒の本数が多い燃料
集合体１６Ａを用いる。燃料集合体３３〜３６は、１サ
イクル以上の運転サイクルを経験し、内部のガドリニア
が消失している。燃料集合体３５の一部が、原子炉出力
調整用の制御棒が挿入されるコントロールセル３７を構
成する燃料集合体として用いられる。コントロールセル
３７は、ＢＷＲの運転中において原子炉出力及び反応度
調整用の制御棒操作を容易にするために設けられてい
る。

【００６９】高燃焼度でＵ−２３５の含有量が少ない燃
料集合体３６は、炉心３０の半径方向で最外周部に装荷
されている。Ｕ−２３５の含有量が多い燃料集合体３１
及び３２は、炉心３０の中央部に装荷される。このよう
な構成の炉心３０は、２−（２）項に示す反応度利得を
得ることができる。図１１は、炉心３０の最外周部にお
ける燃料集合体３６の装荷量と燃料経済性の改善効果と
の関係を示したものである。すなわち、図１１は、５サ
イクル目の運転を経験する燃料集合体３６を炉心３０内
に均一に装荷したケースａを基準にして、燃料集合体３
６を炉心３０の最外周の一層に装荷したケースｃ、及び
燃料集合体３６を炉心３０の最外周に装荷する割合がケ
ースａとケースｃの中間であるケースｂについて燃料経
済性の改善度合いを示したものである。炉心３０の最外
周に装荷した燃料集合体３６割合を多くすると、それに
伴って出力ピーキングの増加率が増加する一方、燃料経
済性の改善度合いは、低減する傾向がある。従って、本
実施例では、ケースｃのように炉心３０の最外周の一層
に燃料集合体３６を装荷している。

【００７０】本実施例のＢＷＲは、炉心３０の外周部付
近に、燃焼の進んだ燃料集合体３６を配置しているの
で、２−（２）項に示す効果を得ることができる。すな
わち、ＢＷＲの運転期間の融通性が増すとともに反応度
利得を得ることができる。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、原子炉の熱的余裕及び
炉停止余裕等の安全余裕を十分確保しつつ、平均濃縮度
の増加度合いが少なくて燃料集合体の燃焼度の増大を達
成することができる。すなわち、燃料集合体一体当たり
の取り出しエネルギーを著しく増大でき、燃料経済性の
著しく向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料集合体の濃縮度及びガドリニア分
布の概念を示す説明図である。

【図２】本発明の好適な一実施例である燃料集合体の縦
断面図である。

【図３】図２の燃料集合体の横断面である。

【図４】図２の燃料集合体を構成する各燃料棒の軸方向
における濃縮度及びガドリニア分布を示す説明図であ
る。

【図５】本発明の他の実施例である燃料集合体の横断面
である。

【図６】図５の燃料集合体を構成する各燃料棒の軸方向
における濃縮度及びガドリニア分布を示す説明図であ
る。

【図７】ＢＷＲに適用した本発明の好適な一実施例であ
る炉心の１／４横断面図である。

【図８】天然ウランブランケットの軸方向長さに対する
出力ピーキングの増加率と燃料経済性改善効果との関係
を示す特性図である。

【図９】低ガドリニア濃度領域の軸方向長さと燃料経済
性改善効果との関係を示す特性図である。

【図１０】本発明の炉心の概念を示す説明図である。

【図１１】炉心最外周の高燃焼度燃料集合体の配列と燃
料経済性改善効果との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１２…チャンネルボックス、１３…水ロッド、１〜８，
７Ａ，１５…燃料棒、１４…制御棒、１６，１６Ａ…燃
料集合体、１８…上部タイプレート、１９…下部タイプ
レート、３０…炉心、３１…可燃性毒物入り燃料棒本数
の少ない新燃料集合体、３２…可燃性毒物入り燃料棒本
数の多い新燃料集合体、３３…２サイクル目の運転を経
験する燃料集合体、３４…３サイクル目の運転を経験す
る燃料集合体、３５…４サイクル目の運転を経験する燃
料集合体、３６…５サイクル目の運転を経験する燃料集
合体、３７…コントロールセル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ２１Ｃ 5/00 ＧＤＢ Ａ 8908−2Ｇ Ｇ２１Ｃ 3/30 ＧＤＢ Ｙ 3/32 ＧＤＢ Ｅ (72)発明者 配川 勝正 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 持田 貴顕 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 永野 護 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 中嶋 毅 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に核燃料物質が充填された複数の燃料
   棒、及び前記燃料棒間に配置された水ロッドを備えた燃
   料集合体において、 上端部及び下端部に設置された天然ウラン領域と、平均
   濃縮度が異なる上部領域，中央領域及び下部領域を有す
   る濃縮ウラン領域とが軸方向に配置された核燃料物質充
   填領域を有し、 前記中央領域の平均濃縮度が前記上部領域及び前記下部
   領域のそれぞれの平均濃縮度よりも大きく、 前記中央領域の平均濃縮度と前記下部領域の平均濃縮度
   との差が、前記中央領域の平均濃縮度と前記上部領域の
   平均濃縮度との差よりも小さく、 前記上部領域における軸方向単位長さ当たりの可燃性毒
   物の含有量が、前記濃縮ウラン領域の他の領域における
   軸方向単位長さ当たりの可燃性毒物の含有量よりも少な
   いことを特徴とする燃料集合体。
2. 【請求項２】燃料棒配列が９行９列である請求項１の燃
   料集合体。
3. 【請求項３】７本の前記燃料棒が配置可能な領域を占有
   する２本の水ロッドが、燃料集合体横断面中央部に互い
   に隣接して配置された請求項１の燃料集合体。
4. 【請求項４】前記燃料棒は、第１燃料棒及び前記第１燃
   料棒よりも軸方向の長さが短い第２燃料棒を含み、 前記第２燃料棒の核燃料物質充填領域の上端は、前記中
   央部領域内に位置し、 前記第２燃料棒の核燃料物質充填領域の上端より上方に
   位置する前記中央部領域の部分の平均濃縮度は、前記第
   ２燃料棒の核燃料物質充填領域の上端より下方に位置す
   る前記中央部領域の部分の平均濃縮度よりも小さい請求
   項１の燃料集合体。
5. 【請求項５】燃料棒配列が９行９列である請求項４の燃
   料集合体。
6. 【請求項６】前記第２燃料棒の核燃料物質充填領域の上
   端より下方に位置する前記中央部領域の部分の平均濃縮
   度と前記下部領域の平均濃縮度との差が、前記第２燃料
   棒の核燃料物質充填領域の上端より上方に位置する前記
   中央部領域の部分の平均濃縮度と前記上部領域の平均濃
   縮度との差よりも小さい請求項４の燃料集合体。
7. 【請求項７】前記燃料棒は、第１燃料棒及び前記第１燃
   料棒よりも軸方向の長さが短い第２燃料棒を含み、 前記第２燃料棒の前記濃縮ウラン領域の濃縮度は、燃料
   集合体の平均濃縮度よりも大きい請求項１の燃料集合
   体。
8. 【請求項８】前記濃縮ウラン領域における軸方向単位長
   さ当たりの可燃性毒物の含有量が、前記上部領域，前記
   中央部領域及び前記下部領域の順に多くなっている請求
   項７の燃料集合体。
9. 【請求項９】前記燃料棒は、第１燃料棒及び前記第１燃
   料棒よりも軸方向の長さが短い第２燃料棒を含み、 前記第１燃料棒は、上下端部に前記天然ウラン領域を有
   し前記濃縮ウラン領域において軸方向の濃縮度が一様な
   複数種類の燃料棒、及び上下端部に前記天然ウラン領域
   を有し前記濃縮ウラン領域が平均濃縮度の異なる前記上
   部領域，前記中央部領域及び前記下部領域を有する一種
   類の燃料棒を含み、 濃縮ウラン領域で濃縮度の異なる三領域を有する前記燃
   料棒が、燃料棒配列の最外層内でコーナとコーナとの間
   で中央に配置され、 前記最外層内の他の部分には前記濃縮ウラン領域の濃縮
   度が一様な前記燃料棒が配置される請求項１の燃料集合
   体。
10. 【請求項１０】前記天然ウラン領域の軸方向の長さが前
    記核燃料物質充填領域の軸方向全長の１／２４〜１／１
    ２の範囲である請求項１の燃料集合体。
11. 【請求項１１】前記濃縮ウラン領域の上部領域の軸方向
    における長さを、前記核燃料物質充填領域の軸方向全長
    の１／１２〜１／８の範囲にした請求項１の燃料集合
    体。
12. 【請求項１２】前記下部領域と前記中央部領域との境界
    の位置を、前記核燃料物質充填領域の下端から前記核燃
    料物質充填領域軸方向全長の１／３〜７／１２の範囲に
    配置した請求項１の燃料集合体。
13. 【請求項１３】燃料集合体の平均濃縮度よりも高い濃縮
    度の領域を有する前記燃料棒を、燃料集合体横断面にお
    いて最外層内に配置した請求項１の燃料集合体。
14. 【請求項１４】内部に核燃料物質が充填された複数の燃
    料棒、及び燃料集合体横断面中央部に互いに隣接して配
    置され７本の前記燃料棒が配置可能な領域を占有する２
    本の水ロッドを有し、可燃性毒物を含有する複数の第１
    燃料集合体と、内部に核燃料物質が充填された複数の燃
    料棒、及び燃料集合体横断面中央部に互いに隣接して配
    置され７本の前記燃料棒が配置可能な領域を占有する２
    本の水ロッドを有し、前記第１燃料集合体よりも多い量
    の可燃性毒物を含有する複数の第２燃料集合体とが装荷
    されている炉心を備え、 前記第１及び第２燃料集合体は、上端部及び下端部に設
    置された天然ウラン領域と、平均濃縮度が異なる上部領
    域，中央領域及び下部領域を有する濃縮ウラン領域とが
    軸方向に配置された核燃料物質充填領域を有し、前記中
    央領域の平均濃縮度が前記上部領域及び前記下部領域の
    それぞれの平均濃縮度よりも大きく、前記中央領域の平
    均濃縮度と前記下部領域の平均濃縮度との差が、前記中
    央領域の平均濃縮度と前記上部領域の平均濃縮度との差
    よりも小さく、前記上部領域における軸方向単位長さ当
    たりの可燃性毒物の含有量が、前記濃縮ウラン領域の他
    の領域における軸方向単位長さ当たりの可燃性毒物の含
    有量よりも少ないことを特徴とする原子炉。
15. 【請求項１５】前記第１及び第２燃料集合体は、前記燃
    料棒として、第１燃料棒及び前記第１燃料棒よりも軸方
    向の長さが短い第２燃料棒を含んでいる請求項１４の原
    子炉。
16. 【請求項１６】前記第１及び第２燃料集合体において前
    記濃縮ウラン領域における軸方向単位長さ当たりの可燃
    性毒物の含有量が、前記上部領域，前記中央部領域及び
    前記下部領域の順に多くなっている請求項１４の原子
    炉。
17. 【請求項１７】前記炉心内に装荷された前記第１燃料集
    合体の可燃性毒物の平均濃度が前記第２燃料集合体の可
    燃性毒物の平均濃度より高くなっている請求項１４の原
    子炉。
18. 【請求項１８】前記炉心内に滞在して燃焼の進んだ前記
    第１及び第２燃料集合体を、前記炉心の最外周部及び中
    央部の数本の制御棒のそれぞれを取囲む４体ずつの燃料
    集合体位置に配した請求項１４の原子炉。