JPH08292281A

JPH08292281A - 沸騰水型原子炉用燃料集合体

Info

Publication number: JPH08292281A
Application number: JP7095190A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Hida; 和毅肥田; Yasushi Hirano; 靖平野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 1996-11-05
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP3514869B2

Abstract

(57)【要約】【目的】出力ピーキングの増大や、原子炉の安全性の低
下を生ずることなく、平均ウラン濃縮度を高めて高燃焼
度化を達成する。【構成】チャンネルボックス７内に多数本の燃料棒２，
３と２本のウォータロッド６を正方格子状に配列して燃
料束を構成した燃料集合体において、前記燃料棒２，３
は燃料ペレットが充填されている有効長が長い長尺燃料
棒２と、この長尺燃料棒２よりも有効長が短い短尺燃料
棒３とから組み合わされている。燃料束の最外周には少
なくとも１本の短尺燃料棒Ａと、この短尺燃料棒Ａに隣
接して長尺燃料棒Ｂが配置されており、さらに長尺燃料
棒Ｂに隣接して少なくとも１本の長尺燃料棒Ｃが配置さ
れ、この長尺燃料棒Ｃは短尺燃料棒Ａの有効長の上端よ
りも上方の大部分に充填された燃料ペレットには可燃性
毒物が含有されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に高燃焼度化に適し
た沸騰水型原子炉用燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃料経済性の向上と使用済み燃料
集合体の体数の削減を目的として、燃料集合体１体から
取り出せるエネルギーを増大させる高燃焼度化が進めら
れている。沸騰水型原子炉に使用される高燃焼度燃料集
合体の一例を図12により説明する。

【０００３】図12において、燃料集合体１は、濃縮ウラ
ンの酸化物を焼結した燃料ペレットを燃料被覆管内に充
填して構成した74本の燃料棒２，３と、２本の太径ウォ
ータロッド６を９行９列の格子状に配列して上部タイプ
レート４および下部タイプレート５に固定して燃料束と
し、この燃料束をチャンネルボックス７で包囲して構成
されている。各燃料棒２，３とウォータロッド６はスペ
ーサ８により冷却水の流路間隔が保たれている。

【０００４】74本の燃料棒２，３はさらに、燃料被覆管
内に燃料ペレットが充填されている燃料棒有効長が通常
の長さである66本の長尺燃料棒２と、燃料棒有効長が長
尺燃料棒の約２／３である８本の短尺燃料棒３とからな
っている。

【０００５】また、一部の燃料棒には余剰反応度を適切
な範囲に制御するために、濃縮ウランの酸化物と可燃性
毒物であるガドリニウムの酸化物（ガドリニア）を混合
焼結した燃料ペレットが充填されている。

【０００６】短尺燃料棒３は、燃料集合体上部の冷却材
流路を拡大して圧力損失を低減し、炉心の安定性を向上
させている。同時に、原子炉停止時に中性子束のピーク
を生ずる炉心上部において、冷却材料が増大したことに
よって中性子の過減速状態を生じ、炉停止余裕を増大さ
せている。

【０００７】ここで、原子炉停止時には全ての制御棒が
炉心に挿入されて未臨界状態になっているが、仮に１本
の制御棒が挿入されなくても未臨界であることが要求さ
れ、最も反応度価値の高い制御棒が挿入されなかった場
合の未臨界度を炉停止余裕という。

【０００８】ところで、図12に示した高燃焼度燃料集合
体は40〜50ＧＷｄ／ｔの取出燃焼度に適するように設計
されたものであるが、さらに取出燃焼度を増大させよう
とすると、炉停止余裕が低下するという課題が生ずる。
これは、取出燃焼度の増大のためにウラン濃縮度を高め
ると、原子炉運転時と停止時との反応度差が拡大し、原
子炉停止時の実効増倍率が増大するからである。

【０００９】前述したように、図12の燃料集合体で用い
られている短尺燃料棒３は炉停止余裕を向上させる作用
を有している。この作用は、燃料集合体の横断面内での
短尺燃料棒３の配置を工夫することによってさらに効果
的に発揮される。この点を利用して炉停止余裕の低下と
いう課題を解決する手段として、短尺燃料棒３を燃料束
の最外周の四隅部に配置する技術が例えば特開昭59-137
886 号公報に開示されている。

【００１０】また、特開昭64-23195号公報および特開平
5-232273号公報には、炉停止余裕を向上させるための種
々の短尺燃料棒の配置が開示されており、一部の短尺燃
料棒が燃料束の最外周やウォータロッドに隣接した位置
に配置されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】短尺燃料棒を燃料束の
最外周に配置した燃料集合体の従来例を図13により説明
する。この従来例は図13（ａ）に示したように図12と同
じくチャンネルボックス７内に２本のウォータロッド６
と74本の燃料棒を９行９列の正方格子状に配列した燃料
集合体であるが、８本の短尺燃料棒３のうち４本の短尺
燃料棒Ａが燃料集合体最外周に配置されている。

【００１２】各長尺燃料棒２には、全長の１／24に相当
する下端部および全長の２／24に相当する上端部に天然
ウラン領域が設けられており、炉心上下からの中性子の
漏れを低減して燃料経済性を高めている。各燃料棒のウ
ラン濃縮度はａ＞ｂ＞ｃの順に大きく、またＧで示され
る16本の長尺燃料棒には可燃性毒物として濃度 4.0％の
ガドリニアが含有されている。

【００１３】ところが、短尺燃料棒を燃料束の最外周に
配置した場合、特に原子炉停止時の出力ピーキングが増
大するという新たな課題が生ずる。図13に示す燃料集合
体において、短尺燃料棒の上端よりも上の断面における
出力ピーキングは、原子炉運転時には1.38であるが、原
子炉停止時には1.51になる。ここで、原子炉停止時の出
力ピーキングは、原子炉の停止時に挿入されている制御
棒が万一落下した場合に加わる反応度によって出力が上
昇することを抑制するために、十分低くしておくことが
重要である。

【００１４】図13に示す従来例において、特に原子炉停
止時の出力ピーキングが過大になるのは、最外周に配置
された４本の短尺燃料棒Ａに隣接して最外周に配置され
た８本の長尺燃料棒Ｂにおける出力変化が大きいためで
ある。

【００１５】すなわち、最外周にあって短尺燃料棒Ａに
隣接する長尺燃料棒Ｂでは、特に原子炉停止時において
は燃料棒が欠如した領域に多量の冷却水が満たされてお
り、これがチャンネルボックス７の外側の冷却水と相ま
って中性子の減速を促進させ、この作用によって隣接す
る燃料棒の出力を増大させる。

【００１６】一方、原子炉運転時では燃料棒が欠如した
領域を流れる冷却水は蒸気ボイドを多く含んでいるた
め、比較的水の密度が低いので、中性子の減速はそれほ
ど進行せず、隣接する長尺燃料棒の出力を過大にするこ
とはない。

【００１７】図14に、短尺燃料棒Ｄをウォータロッド６
に隣接させて配置することによって、炉停止余裕の改善
を図った従来例を示す。ただし、図12および図13の燃料
集合体とは異なり、チャンネルボックス７内にウォータ
ロッド６と燃料棒を10行10列の正方格子状に配列した燃
料集合体である。

【００１８】本例では、14本の短尺燃料棒のうち８本が
燃料束の最外周から２層目に均等に配置されており、ウ
ォータロッドに隣接して配置された６本の短尺燃料棒が
炉停止余裕を大幅に改善している。各長尺燃料棒２の上
下端には天然ウラン領域が設けられており、各燃料棒の
ウラン濃縮度はｄ＞ｅ＞ｆの順に大きく、ＧまたはＬで
示される20本の長尺燃料棒には濃度 4.5％のガドリニア
が含有されている。

【００１９】ところが、短尺燃料棒Ｄをウォータロッド
に隣接させた場合も、原子炉停止時において、短尺燃料
棒Ｄとウォータロッドによる中性子減速効果によって、
特に２本の短尺燃料棒Ｄに隣接する長尺燃料棒Ｅの出力
が増大する。その結果、図14に示した従来例において、
短尺燃料棒の上端よりも上の断面における出力ピーキン
グは、原子炉運転時には1.28であるが、原子炉停止時に
は1.51になる。

【００２０】ところで、最外周に配列されている短尺燃
料棒Ａに隣接する長尺燃料棒Ｂや、ウォータロッド６に
隣接する短尺燃料棒Ｄに隣接する長尺燃料棒Ｅの出力を
抑制する手段としては、長尺燃料棒Ｂまたは長尺燃料棒
Ｅ自身のウラン濃縮度を低くするか、あるいは長尺燃焼
棒Ｂまたは長尺燃料棒Ｅ自身に可燃性毒物を含有させる
ことが考えられる。

【００２１】しかしながら、ウラン濃縮度を低くした場
合には燃料集合体平均のウラン濃縮度が低下することに
なり、十分な高燃焼度可を達成することができなくな
る。また可燃性毒物を含有させた場合には次の課題が生
じる。

【００２２】すなわち、可燃性毒物を含有する燃料棒で
は、濃縮ウランのみを含有する燃料棒に比べて熱伝導度
が低く燃料棒温度が上昇しやすい傾向にあるので、ウラ
ン濃縮度を十分低くする必要がある。その結果、やはり
燃料集合体平均濃縮度が低下して高燃焼度化を達成でき
ない課題がある。

【００２３】さらに、燃料束の最外周に配置された長尺
燃料棒Ｂの場合には、中性子吸収物質である可燃性毒物
が、同じく中性子吸収物質である制御棒に接近するため
に中性子吸収作用が相殺され、その結果、制御棒による
反応度制御能力が低下するので、原子炉を停止する能力
が低下する課題がある。

【００２４】本発明では、上記課題を解決するためにな
されたもので、出力ピーキングの増大や原子炉の安全性
の低下を生ずることなく、燃料集合体平均ウラン濃縮度
を高めて高燃焼度化を達成することのできる沸騰水型原
子炉用燃料集合体を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の燃料
集合体では、チャンネルボックス内に多数の燃料ペレッ
トが充填された複数の燃料棒と少なくとの１本のウォー
タロッドとを正方格子状に配列して燃料束が構成された
沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記燃料棒は燃
料ペレットが充填されている有効長が長い長尺燃料棒
と、この長尺燃料棒よりも有効長が短い短尺燃料棒とか
らなり、燃料集合体のチャンネルの最外周には少なくと
も１本の短尺燃料棒Ａと前記短尺燃料棒Ａに隣接して長
尺燃料棒Ｂが配置され、前記長尺燃料棒Ｂに隣接する少
なくとも１本の長尺燃料棒Ｃが配置され、この長尺燃料
棒Ｃは少なくとも前記短尺燃料棒Ａの有効長の上端より
も上方の大部分に充填されている燃料ペレットには可燃
性毒物が含有されていることを特徴とする。

【００２６】この第１の発明において、好ましくは、前
記長尺燃料棒Ｃを燃料集合体最外周から２層目に配置す
る。この場合、燃料束の最外周から２層目の四隅部以外
の位置に配置された前記長尺燃料棒Ｃに充填されている
少なくとも一部の燃料ペレットに含有されている核燃料
物質の核分裂性物質濃度を、前記燃料集合体において使
用されている核燃料物質の核分裂性物質濃度の中の最大
濃度とすることが望ましい。

【００２７】本発明による第２の燃料集合体では、チャ
ンネルボックス内に多数の燃料ペレットが充填された複
数の燃料棒と少なくとも１本のウォータロッドとを正方
格子状に配列して燃料束が構成された沸騰水型原子炉用
燃料集合体において、前記燃料棒は燃料ペレットが充填
されている有効長が長い長尺燃料棒と前記長尺燃料棒よ
りも有効長が短い短尺燃料棒とからなり、少なくとも１
本の短尺燃料棒Ｄが前記ウォータロッドに隣接して配置
され、前記短尺燃料棒Ｄに隣接する長尺燃料棒Ｅにさら
に隣接する少なくとも１本の長尺燃料棒Ｆにおいて、少
なくとも前記短尺燃料棒Ｄの有効長の上端よりも上方の
大部分に充填されている燃料ペレットが可燃性毒物を含
有することを特徴とする。

【００２８】前記長尺燃料棒Ｆは前記ウォータロッドま
たは前記短尺燃料棒Ｄに隣接する位置に配置してもよい
し、または前記ウォータロッドおよび前記短尺燃料棒Ｄ
に隣接しない位置に配置してもよい。後者の場合、好ま
しくは、前記長尺燃料棒Ｆに充填されている少なくとも
一部の燃料ペレットに含有されている核燃料物質の核分
裂性物質濃度を、前記燃料集合体において使用されてい
る核燃料物質の核分裂性物質濃度の中の最大濃度とす
る。

【００２９】なお、前記長尺燃料棒Ｅは少なくとも２本
の前記短尺燃料棒Ｄに隣接するか、または少なくとも１
本の前記短尺燃料棒Ｄと少なくとも１本の前記ウォータ
ロッドに隣接している場合に本発明はより一層効果的で
ある。さらに、第１の発明の燃料集合体と第２の発明の
燃料集合体を併用することも可能である。

【００３０】

【作用】可燃性毒物による中性子吸収作用は、減速材を
兼ねる冷却材の量が多く中性子の減速作用が大きいほど
顕著である。したがって、長尺燃料棒Ｃおよび長尺燃料
棒Ｆに含有される可燃性毒物の中性子吸収効果は、原子
炉運転時よりも減速材密度が高い原子炉停止時において
大きい。

【００３１】その結果、前記長尺燃料棒Ｂおよび前記長
尺燃料棒Ｅに可燃性毒物を含有する長尺燃料棒Ｃおよび
長尺燃料棒Ｆを隣接させることによって、特に原子炉停
止時において、前記長尺燃料棒Ｂおよび前記長尺燃料棒
Ｅの出力を抑制することができるので、原子炉停止時の
出力ピーキングを低減することができる。

【００３２】さらに、可燃性毒物を含有する長尺燃料棒
Ｃを燃料集合体最外周から２層目の四隅部を除く位置に
配置した場合には、これらの燃料棒のウラン濃縮度を燃
料集合体で使用されている最高濃縮度としても出力が過
大にはならない。したがって、燃料棒温度の過度な上昇
を招くことなく、燃料集合体の平均濃縮度を高めること
ができるので、より一層の高燃焼度化を達成することが
できる。

【００３３】また、可燃性毒物の中性子吸収効果は原子
炉運転時より原子炉停止時において大きく、その効果は
減速材の多いウォータロッドまたは短尺燃料棒Ｄに隣接
して配置された場合により一層顕著である。したがっ
て、少なくとも上部に可燃性毒物を含有する長尺燃料棒
Ｆをウォータロッドまたは短尺燃料棒Ｄに隣接させて配
置して燃料集合体を構成した場合には炉停止余裕を改善
することができる。

【００３４】一方、可燃性毒物を含有する長尺燃料棒Ｆ
をウォータロッドおよび短尺燃料棒Ｄに隣接しない位置
に配置した場合には、これらの燃料棒のウラン濃縮度を
燃料集合体で使用されている最高濃縮度としても出力が
過大にはならない。したがって、燃料棒温度の過度な上
昇を招くことなく、燃料集合体の平均濃縮度を高めるこ
とができるので、より一層の高燃焼度化を達成すること
ができる。

【００３５】

【実施例】

（第１の実施例）本発明に係る燃料集合体の第１の実施
例を図１（ａ）（ｂ）により説明する。本実施例の燃料
集合体は図13に示した従来例と同じく、74本の燃料棒と
２本の太径ウォータロッド６を９行９列の正方格子状に
設置してその上下両端部を上部タイプレートおよび下部
タイプレートで結束して燃料束を構成し、この燃料束を
チャンネルボックス７で包囲して燃料集合体を構成す
る。

【００３６】図１（ａ）中、○内に×を付した８本の短
尺燃料棒のうち、４本の短尺燃料棒は燃料束の最外周か
ら２層目の四隅部に、４本の短尺燃料棒Ａは燃料束の最
外周各辺の中央に配置されている。

【００３７】本実施例の燃料集合体の構造は、図13に示
した従来例と同一の構造であり、可燃性毒物入り燃料棒
（図１（ａ）中、○内にＧを付す）の配置だけが異なっ
ている。すなわち、８本の可燃性毒物入り燃料棒Ｃが燃
料チャンネルの最外周にあって短尺燃料棒Ａに隣接する
８本の長尺燃料棒Ｂに隣接して燃料チャンネル最外周か
ら２層目に配置されている。

【００３８】可燃性毒物入り燃料棒Ｃのこの配置によっ
て、特に原子炉停止時における長尺燃料棒Ｂの出力が低
下している。その結果、集合体平均濃縮度が同じである
図13の従来例と比較して、短尺燃料棒Ａの上端よりも上
の断面における出力ピーキングは、原子炉運転時には1.
36と微少な改善であるが、原子炉停止時には1.41となり
0.1低減することができた。

【００３９】（第２の実施例）本発明の第２の実施例を
図２により説明する。原子炉停止時には、上端から全長
の１／４ないし１／３下がった部位、すなわち短尺燃料
棒の上端よりも上の部位に中性子束のピークを生ずるの
で、出力ピーキングもこの軸方向部位で低減すればよ
く、長尺燃料棒Ｃとしては軸方向のこの部位に可燃性毒
物を含んでいればよい。

【００４０】図２に示す本発明の第２の実施例では、図
２（ａ）中○内にＧを付した８本の長尺燃料棒には上下
端を除く全長にわたってガドリニアが含有されている
が、○内にＴを付した８本の長尺燃料棒Ｃには短尺燃料
棒Ａの上端よりも上方のみにガドリニアが含有されてい
る。

【００４１】また、○内にＰを付した４本の長尺燃料棒
と燃料束の最外周から２層目の四隅部に配置された○内
に＋を付した４本の短尺燃料棒には、○内に×を付した
短尺燃料棒の上端よりも下部のみにガドリニアが含有さ
れている。

【００４２】ここで、○内に＋を付した短尺燃料棒のウ
ラン濃縮度ａ’はａ＞ａ’であり、最高濃縮度を使用し
ていた第１の実施例よりもやや低くしてある。これは、
この位置では燃料棒の出力が比較的高いため、ガドリニ
アを含有したことによる熱伝導度の低下による温度上昇
を緩和する必要があり、あらかじめウランの濃縮度を下
げておいたものである。

【００４３】本実施例では、○内に＋を付した短尺燃料
棒のガドリニアによって、燃料束の最外周の四隅部とこ
れらに隣接する燃料棒の出力ピーキングが、短尺燃料棒
の上端よりも下方において、十分に抑制されている。

【００４４】なお、本実施例では燃料集合体の平均濃縮
度が第１の実施例よりも低下しているが、燃料束の最外
周の四隅部およびこれらに隣接する燃料棒のウラン濃縮
度を第１の実施例よりもやや高くすることによって燃料
集合体の平均濃縮度を第１の実施例と同じにすることも
できる。

【００４５】（第３の実施例）本発明の第３の実施例を
図３により説明する。本実施例では、○内に×を付した
８本の短尺燃料棒Ａが全て燃料束の最外周に配置されて
おり、燃料束の最外周にあってこれら８本の短尺燃料棒
Ａに隣接する12本の長尺燃料棒Ｂに隣接して、可燃性毒
物を含む12本の長尺燃料棒Ｃが燃料束の外周から２層目
に配置されている。これら12本の長尺燃料棒Ｃによっ
て、特に原子炉停止時における長尺燃料棒Ｂの出力を抑
制して出力ピーキングを低減している。

【００４６】なお、本実施例において○内にＧを付した
長尺燃料棒Ｃのウラン濃縮度は燃料集合体中最高濃縮度
であるが、燃料束の最外周から２層目の四隅部に配置さ
れた○内にＬを付した長尺燃料棒のウラン濃縮度は燃料
集合体中２番目の濃縮度である。

【００４７】（第４の実施例）本発明の第４の実施例を
図４により説明する。本実施例では、８本の短尺燃料棒
Ａが全て、四隅部を含む燃料束の最外周に配置されてお
り、燃料束の最外周にあってこれら８本の短尺燃料棒Ａ
に隣接する16本の長尺燃料棒Ｂに隣接して、可燃性毒物
を含む12本の長尺燃料棒Ｃが燃料束の最外周から２層目
に配置されている。本実施例の作用効果は第３の実施例
と同様なのでその説明は省略する。

【００４８】（第５の実施例）本発明の第５の実施例を
図５により説明する。本実施例では、○内に×を付した
８本の短尺燃料棒Ｄが全てウォータロッドに隣接して配
置されている。２本の短尺燃料棒Ｄに隣接して長尺燃料
棒Ｅ，Ｅ’が配置され、２本の長尺燃料棒Ｅに隣接して
○内にＧを付した可燃性毒物を含む４本の長尺燃料棒Ｆ
が短尺燃料棒Ｄにもウォータロッド６にも隣接しない位
置に配置されている。これら４本の長尺燃料棒Ｆによっ
て、特に原子炉停止時における長尺燃料棒Ｅの出力を抑
制して出力ピーキングを低減している。

【００４９】本実施例では、２本の短尺燃料棒Ｄに隣接
する長尺燃料棒Ｅにおいて原子炉停止時の出力ピーキン
グが最も増大しやすいが、１本の短尺燃料棒Ｄに隣接す
る長尺燃料棒Ｅ’においても出力ピーキングは増大す
る。したがって、可燃性毒物を含有する長尺燃料棒Ｆ’
およびＦを本実施例のように配置することによって、原
子炉停止時の出力ピーキングを十分に低減することがで
きる。

【００５０】（第６の実施例）本発明の第６の実施例を
図６により説明する。本実施例における短尺燃料棒の配
置は第５の実施例と同一であるが、ウォータロッドに隣
接する短尺燃料棒Ｄに隣接する長尺燃料棒Ｅ’に隣接す
る可燃性毒物を含む長尺燃料棒Ｆ”をウォータロッドに
隣接させている。このように可燃性毒物入り燃料棒をウ
ォータロッドに隣接させたことにより、炉停止余裕が改
善している。

【００５１】ただし、この位置では、集合体最外周から
２層目の四隅部に配置された可燃性毒物入り燃料棒と同
様、比較的出力が高いので、ウラン濃縮度を低くして熱
伝導度の低下による温度上昇を緩和している。

【００５２】（第７の実施例）本発明の第７の実施例を
図７により説明する。本実施例は、第１ないし第６の実
施例と異なり、○内に×を付した10本の短尺燃料棒が配
置されている。このうち８本が燃料束の最外周から２層
目に、２本がウォータロッド６に隣接して配置されてい
る。ウォータロッド６に隣接する２本の短尺燃料棒Ｄに
隣接する４本の長尺燃料棒Ｅに隣接して、可燃性毒物を
含有する４本の長尺燃料棒Ｆが配置されている。これら
４本の長尺燃料棒Ｆによって、特に原子炉停止時におけ
る長尺燃料棒Ｅの出力を抑制して出力ピーキングを低減
している。

【００５３】（第８の実施例）本発明の第８の実施例を
図８により説明する。本実施例は、燃料棒９本分の断面
領域を占める角筒型のウォータロッド６’と、64本の長
尺燃料棒および８本の短尺燃料棒が正方格子状に配置さ
れている。

【００５４】本実施例では、８本の短尺燃料棒のうち、
４本が燃料束の最外周に、４本がウォータロッドに隣接
して配置されている。燃料束の最外周にあってこれら４
本の短尺燃料棒Ａに隣接する８本の長尺燃料棒Ｂに隣接
して、可燃性毒物を含む８本の長尺燃料棒Ｃが集合体最
外周から２層目に配置されている。

【００５５】さらに、ウォータロッド６’に隣接する４
本の短尺燃料棒Ｄとウォータロッド６’とに隣接する８
本の長尺燃料棒Ｅに隣接して可燃性毒物を含む４本の長
尺燃料棒Ｆが配置されてる。なお、燃料束の最外周から
２層目に配置された可燃性毒物を含有する長尺燃料棒Ｃ
は、ウォータロッド６に隣接して配置された長尺燃料棒
Ｅにも隣接しており、その出力をも低減している。

【００５６】（第９の実施例）本発明の第９の実施例を
図９により説明する。本実施例は、図14に示した第２の
従来例に対応するもので、燃料棒が10行10列に配置され
ており、ウォータロッド６が燃料集合体中央部に２本配
置されており、78本の長尺燃料棒と14本の短尺燃料棒を
正方格子状に束ねたものをチャンネルボックス７で包囲
して構成されている。

【００５７】本実施例では、６本の短尺燃料棒Ｄをウォ
ータロッド６に隣接させて配置することによって炉停止
余裕の改善を図っており、これら短尺燃料棒Ｄの２本に
隣接する長尺燃料棒Ｅに隣接して、可燃性毒物を含有す
る４本の長尺燃料棒Ｆを配置している。

【００５８】これによって、短尺燃料棒の上端よりも上
の断面における本実施例の出力ピーキングは、原子炉運
転時には図14に示した従来例とほぼ等しく1.29である
が、原子炉停止時には1.41となり従来例よりも 0.1改善
されている。

【００５９】（第10の実施例）本発明の第10の実施例を
図10により説明する。本実施例は、第９の実施例と同じ
く燃料棒が10行10列に配置されているが、14本の短尺燃
料棒のうち２本がウォータロッド６に隣接して配置され
ており、８本が燃料束の最外周に、４本が燃料束の最外
周から２層目の四隅部に配置されている。

【００６０】燃料束の最外周にあって８本の短尺燃料棒
Ａに隣接している８本の長尺燃料棒Ｂに隣接して、燃料
束の最外周から２層目に可燃性毒物を含有する８本の長
尺燃料棒Ｃが配置されている。また、ウォータロッド６
に隣接して配置されている２本の短尺燃料棒Ｄに隣接す
る４本の長尺燃料棒Ｅに隣接して、可燃性毒物を含有す
る４本の長尺燃料棒Ｆが配置されている。本実施例の作
用効果は第９の実施例と同様なのでその説明は省略す
る。

【００６１】（第11の実施例）本発明の第11の実施例を
図11により説明する。本実施例は、燃料棒12本分の断面
領域を占める大型のウォータロッド６”と、76本の長尺
燃料棒および12本の短尺燃料棒が正方格子状に配置され
ている。本実施例では12本の短尺燃料棒のうち８本が燃
料束の最外周に配置され、また４本がウォータロッド
６”に隣接して配置されている。

【００６２】燃料束の最外周にあって８本の短尺燃料棒
Ａに隣接する16本の長尺燃料棒Ｂに隣接して、可燃性毒
物を含む16本の長尺燃料棒Ｃが燃料束の最外周から２層
目に配置されている。さらに、ウォータロッドに隣接す
る４本の短尺燃料棒Ｄに隣接する８本の長尺燃料棒Ｅに
隣接して可燃性毒物を含む４本の長尺燃料棒Ｆが配置さ
れている。本実施例の作用効果は第９の実施例と同様な
のでその説明は省略する。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、原子炉運転時の局所出
力ピーキングを増大させることなく、原子炉停止時の局
所出力ピーキングを十分低くしたうえで、燃料集合体の
平均ウラン濃縮度を大幅に高めることができるので、原
子炉運転時の熱的余裕および制御棒落下事故時の燃料健
全性を十分に確保したうえで高燃焼度化を実現すること
ができる。

【００６４】その結果、ウラン資源を効率的に利用でき
るので燃料経済性が向上するとともに、使用済み燃料集
合体数を削減することができるので、貯蔵施設や再処理
施設への負担を大幅に軽減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る燃料集合体の第１の実施
例を示す横断面図、（ｂ）は（ａ）における燃料棒の濃
度分布を説明するための棒線図。

【図２】（ａ）は本発明に係る燃料集合体の第２の実施
例を示す横断面図、（ｂ）は（ａ）における燃料棒の濃
度分布を説明するための棒線図。

【図３】本発明に係る燃料集合体の第３の実施例を示す
横断面図。

【図４】本発明に係る燃料集合体の第４の実施例を示す
横断面図。

【図５】本発明に係る燃料集合体の第５の実施例を示す
横断面図。

【図６】本発明に係る燃料集合体の第６の実施例を示す
横断面図。

【図７】本発明に係る燃料集合体の第７の実施例を示す
横断面図。

【図８】本発明に係る燃料集合体の第８の実施例を示す
横断面図。

【図９】（ａ）は本発明に係る燃料集合体の第９の実施
例を示す横断面図、（ｂ）は（ａ）の燃料棒の濃度分布
を説明するための棒線図。

【図１０】本発明に係る燃料集合体の第10の実施例を示
す横断面図。

【図１１】本発明に係る燃料集合体の第11の実施例を示
す横断面図。

【図１２】（ａ）は従来の燃料棒が９行９列に配置され
た燃料集合体を示す立面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢
視断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図。

【図１３】（ａ）は従来の燃料棒が９行９列に配置され
た燃料集合体を示す横断面図、（ｂ）は（ａ）の燃料棒
の濃度分布を説明するための棒線図。

【図１４】（ａ）は従来の燃料棒が10行10列に配置され
た燃料集合体を示す横断面図、（ｂ）は（ａ）の燃料棒
の濃度分布を説明するための棒線図。

【符号の説明】

１…燃料集合体、２…長尺燃料棒、３…短尺燃料棒、４
…上部タイプレート、５…下部タイプレート、６…太径
ウォータロッド、７…チャンネルボックス、８…スペー
サ、Ａ…最外周短尺燃料棒、Ｂ…長尺燃料棒、Ｃ…可燃
性毒物入り長尺燃料棒、Ｄ…短尺燃料棒、Ｅ…長尺燃料
棒。

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/30 ＧＤＢＰ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンネルボックス内に多数の燃料ペレ
ットが充填された複数の燃料棒と少なくとも１本のウォ
ータロッドとを正方格子状に配列して燃料束が構成され
た沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記燃料棒は
燃料ペレットが充填されている有効長が長い長尺燃料棒
と前記長尺燃料棒よりも有効長が短い短尺燃料棒とから
なり、前記燃料束の最外周には少なくとも１本の短尺燃
料棒Ａとこの短尺燃料棒Ａに隣接して長尺燃料棒Ｂが配
置され、前記長尺燃料棒Ｂに隣接する少なくとも１本の
長尺燃料棒Ｃが配置され、この長尺燃料棒Ｃは少なくと
も前記短尺燃料棒Ａの有効長の上端よりも上方の大部分
に充填されている燃料ペレットには可燃性毒物が含有し
ていることを特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項２】前記長尺燃料棒Ｃは燃料束の最外周から
２層目に配置されていることを特徴とする請求項１記載
の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項３】前記燃料束の最外周から２層目の四隅部
以外の位置に配置された前記長尺燃料棒Ｃに充填されて
いる少なくとも一部の燃料ペレットに含有されている核
燃料物質の核分裂性物質濃度が、前記燃料集合体におい
て使用されている核燃料物質の核分裂性物質濃度の中の
最大濃度であることを特徴とする請求項２記載の沸騰水
型原子炉用燃料集合体。
【請求項４】チャンネルボックス内に多数の燃料ペレ
ットが充填された複数の燃料棒と、少なくとも１本のウ
ォータロッドとを正方格子状に配列して燃料束が構成さ
れた沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記燃料棒
は燃料ペレットが充填されている有効長が長い長尺燃料
棒と前記長尺燃料棒よりも有効長が短い短尺燃料棒とか
らなり、少なくとも１本の短尺燃料棒Ｄが前記ウォータ
ロッドに隣接して配置され、前記短尺燃料棒Ｄに隣接す
る長尺燃料棒Ｅさらに隣接する少なくとも１本の長尺燃
料棒Ｆにおいて、少なくとも前記短尺燃料棒Ｄの有効長
の上端よりも上方の大部分に充填されている燃料ペレッ
トが可燃性毒物を含有することを特徴とする沸騰水型原
子炉用燃料集合体。
【請求項５】チャンネルボックス内に多数の燃料ペレ
ットが充填された複数の燃料棒と、少なくとも１本のウ
ォータロッドとを正方格子状に配列して燃料束が構成さ
れた沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記燃料棒
は燃料ペレットが充填されている有効長が長い長尺燃料
棒と前記長尺燃料棒よりも有効長が短い燃料棒とからな
り、少なくとも１本の短尺燃料棒Ｄが前記ウォータロッ
ドに隣設して配置されており、前記短尺燃料棒Ｄに隣接
する長尺燃料棒Ｅにさらに隣接する少なくとも１本の長
尺燃料棒Ｆにおいて少なくとも前記短尺燃料棒Ｄの有効
長の上端よりも上方の大部分に充填されている燃料ペレ
ットが可燃性毒物を含有することを特徴とする沸騰水型
原子炉用燃料集合体。
【請求項６】前記長尺燃料棒Ｅは少なくとも２本の前
記短尺燃料棒Ｄに隣接するか、または少なくとも１本の
前記短尺燃料棒Ｄと少なくとも１本の前記ウォータロッ
ドに隣接していることを特徴とする請求項４または請求
項５記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項７】前記長尺燃料棒Ｆは前記ウォータロッド
または前記短尺燃料棒Ｄに隣接する位置に配置されてい
ることを特徴とする請求項４ないし請求項６記載の沸騰
水型原子炉用燃料集合体。
【請求項８】前記長尺燃料棒Ｆは前記ウォータロッド
および前記短尺燃料棒Ｄに隣接しない位置に配置されて
いることを特徴とする請求項４ないし請求項６記載の沸
騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項９】前記長尺燃料棒Ｆに充填されている少な
くとも一部の燃料ペレットに含有されている核燃料物質
の核分裂性物質濃度が、前記燃料集合体において使用さ
れている核燃料物質の核分裂性物質濃度の中の最大濃度
であることを特徴とする請求項８記載の沸騰水型原子炉
用燃料集合体。