JPH09105792A

JPH09105792A - 初装荷炉心及び燃料集合体

Info

Publication number: JPH09105792A
Application number: JP7262940A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Haikawa; 勝正配川; Akihiro Yamanaka; 章広山中; Akiko Kanda; 亜紀子神田; Tadao Aoyama; 肇男青山; Yoko Yuji; 洋子湯地; Junichi Yamashita; 淳一山下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 1997-04-22
Anticipated expiration: 2015-10-11
Also published as: JP3186546B2; US5781604A

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、高燃焼度化のために平均濃縮
度を高めた初装荷炉心において、熱的余裕を確保しつつ
余剰反応度を適切に抑制でき、燃料経済性を向上できる
初装荷炉心及びこれに用いる燃料集合体を提供すること
である。【解決手段】炉心内中央部の出力が高くなる高出力領域
１には、単位装荷パターンを配置している。単位装荷パ
ターンは、１体の低濃縮度燃料８と、２体の高濃縮度燃
料９と、１体の高濃縮度燃料１０とを備え、これらの燃
料集合体の周りを４個の十字形の制御棒７で取り囲んで
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉
（以下、ＢＷＲと略す）の初装荷炉心及びこれに用いる
燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉は、中性子が核分裂性物質に吸収
されて核分裂が起こり、その際にエネルギーとともに放
出される中性子が次の核分裂を引き起こすという連鎖反
応により、エネルギーを出し続けている。この連鎖反応
が平衡にある状態を臨界といい、一定の出力で運転され
る原子炉はこの状態を保ち続けている。また、連鎖反応
が増大していく状態を臨界超過といい、逆に減少してい
く状態を未臨界という。原子炉は一定の期間にわたって
燃料の補給なしに運転し続けねばならないために、炉心
内には臨界維持に必要な量よりも多い核分裂性物質が装
荷されている。従って、原子炉は制御材なしには臨界超
過になる。この超過した反応度を余剰反応度といい、余
剰反応度を運転期間を通じて適切に制御することが重要
になる。余剰反応度を運転期間を通じて制御する技術と
しては、可燃性毒物を燃料中に混入するものがよく知ら
れている。可燃性毒物とは、運転期間を通じて徐々に燃
焼しその物質量が減少していく中性子吸収材のことで、
核燃料物質に混ぜて使用されるガドリニアなどが知られ
ている。

【０００３】次に、可燃性毒物の反応度抑制の様子を図
を用いて説明する。図２２に可燃性毒物の一種であるガ
ドリニアを混入した燃料集合体の無限増倍率の燃焼度変
化の一例を示す。一般に、可燃性毒物が混入している燃
料棒の本数が増加すれば、燃焼初期での無限増倍率が低
下する。また、混入する可燃性毒物の濃度を増加させれ
ば、ガドリニアの燃え尽きる時期を遅らせることがで
き、その結果無限増倍率の最大値を抑えることが可能に
なる。この効果を用いることで、可燃性毒物の混入濃度
とそれが混入した燃料棒の本数の組み合わせにより、余
剰反応度を適切に制御することが可能となっている。

【０００４】次に、原子炉の初装荷炉心の燃料経済性向
上について説明する。初装荷炉心では、装荷された燃料
集合体の一部が第１サイクルの運転終了後に取り出さ
れ、新しい取替燃料集合体と交換される。第１サイクル
で取り出される燃料集合体は他の燃料集合体に比べて燃
焼度が低く、発生エネルギーが少ない。そこで、核分裂
性物質の有効活用を図るために、炉内滞在期間に応じて
ウラン濃縮度を変えた複数の燃料集合体を用いる初装荷
炉心が知られている。

【０００５】従来の初装荷炉心としては、特開平5−249
270 号公報に、燃料集合体平均濃縮度が３.４％の高濃
縮度燃料集合体（以下、高濃縮度燃料という）、２.３
％の中濃縮度燃料集合体（以下、中濃縮度燃料という）
及び１.１％の低濃縮度燃料集合体（以下、低濃縮度燃
料という）の３種類で構成した炉心が記載されている。
また、核分裂性物質の有効活用のために、濃縮度の低い
燃料集合体ほど早い時期に炉心から取り出し、濃縮度の
高い燃料集合体ほど長い間炉心に装荷することが記載さ
れている。

【０００６】初装荷炉心の取出燃焼度を更に高めるため
には、炉心の平均濃縮度をより一層高めて燃料集合体の
炉内滞在期間をより長くする必要がある。このため、前
述した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
体間の濃縮度差が大きくなり、高濃縮度燃料と低濃縮度
燃料との核特性の差が大きくなっている。このような核
特性の差が大きい燃料集合体が隣接する場合、各燃料集
合体の中性子スペクトルが異なることから中性子のやり
とりが生じる。この結果、燃焼初期において、最大線出
力密度及び最小限界出力比が厳しくなり、熱的余裕の改
善が課題とされていた。

【０００７】熱的余裕を改善するという観点から、従来
は、ガドリニア入り燃料棒（以下、ガドリニア棒とい
う）を、燃料集合体の横断面においてできるだけ対称に
配置している。ガドリニア棒の本数は、前述したように
炉心の余剰反応度を適切に制御するという観点から決定
されるので、必ずしも２の倍数や４の倍数になるとは限
らない。そのため、燃料集合体の格子配列の中に完全に
対称な配置とはならない。燃料集合体内における従来の
ガドリニア棒の配置の１例を図２３に示す。この場合、
９×９（９行９列）の正方格子状に配置された燃料棒の
うち、ガドリニア棒１２は１３本であり、正方形の４辺
に完全に対称に配置することはできないが、可能な限り
対称性を保っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】初装荷炉心の高燃焼度
化を目指し炉心の平均濃縮度を高くすると、余剰反応度
が高くなり制御棒を数多く炉心内に挿入する必要が生じ
る。そのため、径方向ピーキングが高くなり、熱的余裕
が減少する。また、燃料集合体間の核特性の差によって
も熱的余裕が小さくなる。

【０００９】本発明の目的は、高燃焼度化のために平均
濃縮度を高めた初装荷炉心において、熱的余裕を確保し
つつ余剰反応度を適切に抑制でき、燃料経済性を向上で
きる初装荷炉心及びこれに用いる燃料集合体を提供する
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、外形が実質的に正方形をなし平均濃縮度
が異なる複数の燃料集合体と、十字形の複数の制御棒と
を備えた初装荷炉心において、平均濃縮度が最も低い低
濃縮度燃料集合体１体及び該低濃縮度燃料集合体より平
均濃縮度が高い燃料集合体３体を正方形状に配置し、該
正方形状の４つの角に前記制御棒を１個ずつ配置して単
位装荷パターンを構成し、複数の該単位装荷パターンを
炉心の中央領域に設けると共に、前記低濃縮度燃料集合
体より平均濃縮度が高い燃料集合体をその対角線で制御
棒側領域と反制御棒側領域に領域分けした場合、反制御
棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数を、制
御棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数より
２本以上多くする。

【００１１】また、正方格子状に配置された複数の燃料
棒と、該複数の燃料棒を上部及び下部で支持する上部タ
イプレート及び下部タイプレートと、前記上部タイプレ
ートの１つのコーナー部に取り付けられたチャンネルフ
ァスナとを備えた燃料集合体において、該燃料集合体を
その対角線でチャンネルファスナ側領域と反チャンネル
ファスナ側領域に領域分けした場合、反チャンネルファ
スナ側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数を、
チャンネルファスナ側領域内に存在するガドリニア入り
燃料棒の数より２本以上多くする。

【００１２】本発明によれば、複数の単位装荷パターン
を炉心の中央領域に設けることにより、中央領域の装荷
パターンをほぼ均一にできるので、径方向のピーキング
を低減できる。この場合、中央領域を単位装荷パターン
１種類で構成できるので、炉心構成を極めて簡単にでき
る。

【００１３】本発明による径方向ピーキングの低減効果
を見るために、後述する図１に示す本発明による初装荷
炉心と、特開平5−249270 号公報に記載された初装荷炉
心（従来例）の径方向ピーキング係数の燃焼変化を比較
した結果を図５に示す。同図から、本発明により従来例
に比べて径方向ピーキングを著しく低減し、熱的余裕を
増加できることが判る。

【００１４】また、熱的余裕という観点では、初装荷炉
心において熱的余裕が厳しくなるのは炉心の高出力部に
位置する燃料集合体である。図６の比較例に示すよう
に、低濃縮度燃料８と高濃縮度燃料９ａが隣接する場合
には、これらの燃料間で中性子の出入りが発生する。こ
のため、高濃縮度燃料９ａ内の燃料棒のうち、低濃縮度
燃料８に隣接した最外周の燃料棒は、低濃縮度燃料８か
らの熱中性子束の流入により、図７に示すように燃料棒
出力が高くなる。

【００１５】これに対して、本発明では、後述する図２
に示すように、高濃縮度燃料９において、ガドリニア棒
１２を燃料集合体の反制御棒側に集中的に配置している
ので、反制御棒側の出力は低く抑えられる。即ち、高濃
縮度燃料９内の燃料棒のうち、低濃縮度燃料８に隣接し
た最外周の燃料棒の出力を低下させることができる。こ
の場合も、低濃縮度燃料８からの熱中性子束の流入によ
って燃料棒出力は高くなるが、燃料集合体全体として
は、図６の比較例に比べて燃料棒出力を平坦化すること
ができる。この平坦化の様子を図８に示す。このような
燃料棒出力の平坦化も、熱的余裕を増加させることに寄
与する。

【００１６】図９は、燃料集合体内のガドリニア棒の位
置を変え、反制御棒側領域のガドリニア棒の本数ｎ
₁と、制御棒側領域のガドリニア棒の本数ｎ₂との差ｎ
₁−ｎ₂（以下、ガドリニア棒本数差という）を横軸に、
燃料棒出力の最大値を縦軸にとって示したものである。
ここで、制御棒側領域と反制御棒側領域とは、図１０に
示すように、燃料集合体を対角線１９で２つの領域に分
割した場合に、制御棒７に近い領域を制御棒側領域１３
と、制御棒７から遠い領域を反制御棒側領域１４と呼
ぶ。但し、対角線１９が通過しているガドリニア棒が存
在する場合には、制御棒側領域及び反制御棒側領域のガ
ドリニア棒の本数として、各々０.５本を加算する。ま
た、図１０の縦軸の値は図１１に示す燃料集合体の燃料
棒出力の最大値で規格化したものである。例えば、図１
０の点Ａ及び点Ｂは、それぞれ図１１及び図１２に示す
燃料集合体の燃料棒出力の最大値に対応する。

【００１７】図９から、ガドリニア棒本数差を２本以上
とすることで燃料棒出力の最大値を効果的に低減できる
ことが判る。同図から、ガドリニア棒本数差が２本より
大きくなると燃料棒出力の最大値の減少割合は次第に飽
和する傾向にある。従って、燃料棒出力の低減をより効
果的に達成するためには、ガドリニア棒本数差を飽和傾
向が現れる３本以上にすることが好ましい。尚、燃料集
合体は、制御棒側のコーナー部に、燃料集合体を制御棒
に固定するためのチャンネルファスナを有するので、上
記した制御棒側領域はチャンネルファスナ側領域に相当
する。

【００１８】また、図９にはガドリニア棒本数差の上限
を示していない。しかしながら、ガドリニア棒本数差に
は上限があり、燃料集合体内の全燃料棒数の約１／４で
ある。これは、ガドリニア棒は燃料集合体の最外周を除
いた位置に配置されるので、図１３に示す燃料集合体よ
りも多くのガドリニア棒を反制御棒側領域１４に配置す
ることはできないからである。図１３の場合、ガドリニ
ア棒本数差は１９本で、全燃料棒数７４本の約１／４と
なっている。

【００１９】次に、余剰反応度について説明する。ガド
リニア棒を燃料集合体の反制御棒側領域に集中的に配置
することにより、ガドリニア棒の周辺は熱中性子の強吸
収体であるガドリニアが多くなるので、熱中性子束が小
さくなる。このため、ガドリニアの燃焼が遅くなり、ガ
ドリニアの濃度を高くした場合と同じ効果が得られる。
ガドリニア棒を燃料集合体内に均一に配置した従来例
と、ガドリニア棒を燃料集合体内の反制御棒側領域に集
中的に配置した本発明の無限増倍率の燃焼度変化を比較
した結果を図１４に示す。同図に示すように、本発明に
よれば、ガドリニアの燃焼が遅れるために、燃料集合体
の燃焼が進んだ時点において、従来例よりも無限増倍率
を小さく抑えることができる。これにより、燃料の平均
濃縮度を増加しても余剰反応度を低く抑えることができ
るので、高燃焼度化を図ることが可能となる。

【００２０】以上説明したように、本発明によれば、熱
的余裕を確保しつつ余剰反応度を適切に抑制できるの
で、燃料の平均濃縮度を増加させ燃料経済性の高い初装
荷炉心を実現できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。

【００２２】図１は、本発明による初装荷炉心の第１実
施例の横断面図を示したものである。この炉心は、２４
０体の低濃縮度燃料８，２９６体の高濃縮度燃料９及び
３３６体の高濃縮度燃料１０の合わせて８７２体の燃料
集合体から構成される。ここで、高濃縮度燃料９と１０
は、後述するように、燃料集合体内のガドリニア棒の配
置が異なる。

【００２３】炉心内中央部の出力が高くなる高出力領域
１には、図２に示すような単位装荷パターンを配置して
いる。図２は、本発明による単位装荷パターンの第１実
施例の横断面図を示したものである。本単位装荷パター
ンは、１体の低濃縮度燃料８と、２体の高濃縮度燃料９
と、１体の高濃縮度燃料１０とを備え、これらの燃料集
合体の周りを４個の十字形の制御棒７で取り囲んで構成
されている。単位装荷パターンを構成する各燃料集合体
は、燃料棒６が９×９の正方格子状に配置されており
（外形が実質的に正方形をなす）、その中央部に水が流
れる太径のウォータロッド５が２本配置されている。こ
こで、２本のウォータロッド５は、７本の燃料棒を配置
可能な領域に設置されている。

【００２４】高出力領域１内において、４つの単位装荷
パターンは、各々の低濃縮度燃料８が互いに隣接してコ
ントロールセル１１を構成するように配置される。即
ち、４つの単位装荷パターンはコントロールセル１１の
中心に対して回転対称に配置される。図１の場合、コン
トロールセル１１は３７個構成されている。このコント
ロールセル１１は、原子炉の運転を行う際に、制御棒７
を炉心内に挿入して炉心全体の余剰反応度を抑えるのに
使用する。図１の炉心では、高出力領域１内の燃料集合
体の装荷パターンはすべて均一であるので、炉心内の径
方向ピーキングを低減することができる。これにより、
熱的余裕を増加することができる。

【００２５】また、図２の単位装荷パターンを構成する
高濃縮度燃料９内のガドリニア棒１２の本数は１６本で
あり、制御棒側領域に５本、反制御棒側領域に１１本配
置されており、その本数の差は６本である。一方、高濃
縮度燃料１０内のガドリニア棒１２の本数は１６本であ
り、制御棒側領域に６本、反制御棒側領域に１０本配置
されており、その本数の差は４本である。このように、
単位装荷パターンを構成する高濃縮度燃料内の反制御棒
側領域にガドリニア棒を多く配置することにより、単位
装荷パターン内の各燃料棒の出力は平坦化される。この
効果は、反制御棒側領域のガドリニア棒の本数を、制御
棒側領域よりも２本以上多くすることにより得られ、本
実施例のように４本以上の差をつけるとより効果的であ
る。これも熱的余裕の増加に寄与する。

【００２６】また、このように反制御棒側領域にガドリ
ニア棒を多く配置することにより、前述したように、ガ
ドリニアの燃焼を遅らせることができるので、燃料が進
んでも無限増倍率を小さく抑えることができる。従っ
て、燃料の平均濃縮度を増加しても余剰反応度を低く抑
えることができるので、高燃焼度化を図り、燃料経済性
を向上することができる。

【００２７】実際の燃料集合体は、図４の一部切欠斜視
図に示すように、上部タイプレート４ａ，下部タイプレ
ート４ｄ，チャンネルファスナ４ｂ，スペーサ４ｃ，ウ
ォータロッド５（図示せず），燃料棒６，チャンネルボ
ックス４などから構成される。このうち上部タイプレー
ト４ａの１つのコーナー部に取り付けられたチャンネル
ファスナ４ｂは燃料集合体を制御棒に固定するためのも
のであるから、燃料集合体単体でみた場合、制御棒側領
域はチャンネルファスナが存在する側の領域に相当す
る。

【００２８】ここで、図２の高濃縮度燃料９の軸方向に
おける濃縮度及びガドリニアの分布を図３に示す。高濃
縮度燃料９は、燃料有効長の全長にウラン燃料を含みガ
ドリニアを含まない燃料棒ａ１〜ａ４と、燃料有効長の
下から１／２４〜１５／２４の範囲のみにウラン燃料を
含みガドリニアを含まない燃料棒（以下、部分長燃料棒
という）ａ５と、燃料有効長の下から１／２４〜１５／
２４の範囲のみにウラン燃料を含み、燃料有効長の下か
ら１／２４〜８／２４の範囲にガドリニアを含む燃料棒
ａ６と、燃料有効長の全長にウラン燃料を含み、燃料有
効長の下から１／２４〜２２／２４の範囲にガドリニア
を含む燃料棒ａ７とから構成され、各燃料棒の本数は図
３に示す通りである。

【００２９】燃料棒ａ１〜ａ４及びａ７は、燃料有効長
の下端から１／２４の下端領域及び燃料有効長の上端か
ら２／２４の上端領域に天然ウラン（濃縮度０．７１１
ｗｔ％）を装荷している。燃料棒ａ７は、燃料有効長の
下から１／２４〜２２／２４の範囲に、４.４ｗｔ％の
ウラン燃料と７.５ｗｔ％のガドリニアを装荷してい
る。燃料棒ａ６は、燃料有効長の下から１／２４〜８／
２４の範囲に４.４ｗｔ％のウラン燃料と７.５ｗｔ％
のガドリニアを、燃料有効長の下から８／２４〜１５／
２４の範囲に４.４ｗｔ％のウラン燃料のみを装荷して
いる。この燃料棒ａ６は、燃料集合体の反制御棒側の外
側から２層目のコーナー部に設けられている。また、燃
料棒ａ５は、部分長燃料棒の全長に４.９ｗｔ％のウラ
ン燃料のみを装荷している。

【００３０】高濃縮度燃料９は、図３に示す燃料棒を組
み合わせて、燃料有効長の下から１／２４〜１５／２４
の領域における軸方向に垂直な断面での平均濃縮度を4.
59ｗｔ％に、燃料有効長の下から１５／２４〜２２／２
４の領域における軸方向に垂直な断面での平均濃縮度を
４.５６ｗｔ％になるように構成している。

【００３１】一方、図２の低濃縮度燃料８はガドリニア
を含まず、燃料有効長の下から１／２４〜８／２４，８
／２４〜１５／２４及び１５／２４〜２２／２４の各領
域における軸方向に垂直な断面での平均濃縮度をそれぞ
れ１.４９，１.６４及び1.75ｗｔ％としている。燃料有
効長の下端領域及び上端領域には、高濃縮度燃料９と同
じように天然ウランを装荷している。

【００３２】次に、図１５を用いて、本発明による単位
装荷パターンの第２実施例を説明する。図１５は、第２
実施例の横断面図を示したものである。本単位装荷パタ
ーンを構成する高濃縮度燃料９内のガドリニア棒１２の
本数は１３本であり、制御棒側領域に３本、反制御棒側
領域に１０本配置されており、その本数の差は７本であ
る。一方、高濃縮度燃料１０内のガドリニア棒１２の本
数は１２本であり、制御棒側領域に６本、反制御棒側領
域に６本配置されており、その本数の差は０本である。

【００３３】ところで、図７で説明したように、低濃縮
度燃料８からの熱中性子束の影響で燃料棒出力が高くな
るのは、高濃縮度燃料９の方が高濃縮度燃料１０よりも
著しい。従って、本実施例のように、少なくとも高濃縮
度燃料９のガドリニア棒本数差を２本以上の３本とする
ことにより、燃料棒出力を平坦化して熱的余裕を増加で
きると共に、余剰反応度を低く抑えて燃料経済性を向上
することができる。

【００３４】次に、図１６を用いて、本発明による単位
装荷パターンの第３実施例を説明する。図１６は、第３
実施例の横断面図を示したものである。本単位装荷パタ
ーンを構成する高濃縮度燃料９内のガドリニア棒１２の
本数は１１本であり、制御棒側領域に３.５本、反制御
棒側領域に７.５本配置されており、その本数の差は４
本である。一方、高濃縮度燃料１０内のガドリニア棒１
２の本数は１３本であり、制御棒側領域に６本、反制御
棒側領域に７本配置されており、その本数の差は１本で
ある。本実施例でも、図１５の第２実施例と同様に、燃
料棒出力を平坦化して熱的余裕を増加できると共に、余
剰反応度を低く抑えて燃料経済性を向上できる。

【００３５】次に、図１７を用いて、本発明による単位
装荷パターンの第４実施例を説明する。図１７は、第４
実施例の横断面図を示したものである。本実施例では、
ガドリニア棒の配置が異なる２体の高濃縮度燃料９及び
１０の他に、低濃縮度燃料８と、中濃縮度燃料１６とを
用いている。中濃縮度燃料１６の平均濃縮度は、高濃縮
度燃料９及び１０よりも低く、低濃縮度燃料８よりも高
い。

【００３６】高濃縮度燃料９内のガドリニア棒１２の本
数は１２本であり、制御棒側領域に２本，反制御棒側領
域に１０本配置されており、その本数の差は８本であ
る。高濃縮度燃料１０内のガドリニア棒１２の本数は９
本であり、制御棒側領域に４本，反制御棒側領域に５本
配置されており、その本数の差は１本である。中濃縮度
燃料１６内のガドリニア棒１２の本数は５本であり、制
御棒側領域に２本，反制御棒側領域に３本配置されてお
り、その本数の差は１本である。

【００３７】本実施例でも、図１５の第２実施例と同様
に、燃料棒出力を平坦化して熱的余裕を増加できると共
に、余剰反応度を低く抑えて燃料経済性を向上できる。
本実施例の単位装荷パターンを炉心の高出力領域に装荷
した初装荷炉心の第２実施例の横断面図を図１８に示
す。

【００３８】次に、図１９を用いて、本発明による単位
装荷パターンの第５実施例を説明する。図１９は、第５
実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位
装荷パターンを構成する４体の燃料集合体のうち、高濃
縮度燃料９及び１０の３体は、図１５の第２実施例と同
じであるが、低濃縮度燃料８が異なる。本実施例の低濃
縮度燃料８は、燃料棒６が８×８（８行８列）の正方格
子状に配列され、中央部の燃料棒４本が配置可能な領域
に１本のウォータロッド５が配置されている。本単位装
荷パターンを構成する高濃縮度燃料９内のガドリニア棒
１２の本数は１３本であり、制御棒側領域に３本、反制
御棒側領域に１０本配置されており、その本数の差は７
本である。一方、高濃縮度燃料１０内のガドリニア棒１
２の本数は１２本であり、制御棒側領域に６本、反制御
棒側領域に６本配置されており、その本数の差は０本で
ある。本実施例のように、形状が異なる燃料集合体を用
いて単位装荷パターンを構成しても、図１５の第２実施
例と同様に、燃料棒出力を平坦化して熱的余裕を増加で
きると共に、余剰反応度を低く抑えて燃料経済性を向上
できる。

【００３９】次に、図２０を用いて、本発明による単位
装荷パターンの第６実施例を説明する。図２０は、第６
実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位
装荷パターンを構成する４体の燃料集合体は、全て図１
９に示した低濃縮度燃料８と同じ形状をしている。

【００４０】図２０において、燃料集合体１８は炉心装
荷時からプルトニウムを含むＭＯＸ燃料である。燃料集
合体１８の燃料棒には、ガドリニアを含まない燃料棒２
０とガドリニアを含むガドリニア棒２１とがある。燃料
棒２０の少なくとも一部は、プルトニウムを含んでい
る。ガドリニア棒２１にはガドリニアが含まれており、
この燃料棒の少なくとも一部にもプルトニウムが含まれ
ている。もちろん、ガドリニア棒２１がプルトニウムを
含まない構成にしても良い。

【００４１】燃料集合体１８内のガドリニア棒２１の本
数は１２本であり、制御棒側領域に４本，反制御棒側領
域に８本配置されており、その本数の差は４本である。
また、高濃縮度燃料９内のガドリニア棒１２の本数は８
本であり、制御棒側領域に４本，反制御棒側領域に４本
配置されており、その本数の差は０本である。本実施例
のように燃料集合体の形状が変わっても、少なくとも燃
料集合体１８のガドリニア棒本数差を２本以上の４本と
することにより、燃料棒出力を平坦化して熱的余裕を増
加できると共に、余剰反応度を低く抑えて燃料経済性を
向上できる。

【００４２】尚、本実施例では、２体のプルトニウムを
含む燃料集合体１８と、２体のプルトニウムを含まない
燃料集合体である低濃縮度燃料８及び高濃縮度燃料９と
を、互いに対角線状に位置するように配置したが、例え
ば、高濃縮度燃料９を燃料集合体１８に置き換える構成
にしても良い。

【００４３】次に、図２１を用いて、本発明による単位
装荷パターンの第７実施例を説明する。図２１は、第７
実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位
装荷パターンを構成する４体の燃料集合体は、図２の第
１実施例と同じように、燃料棒を９×９の正方格子状に
配置し、その中央部に一つのウォータボックス１５を設
けている。ウォータボックス１５は９本の燃料棒が配置
可能な領域を占めており、燃料集合体内の燃料棒の本数
は７２本である。

【００４４】本実施例の高濃縮度燃料９内のガドリニア
棒１２の本数は１５本であり、制御棒側領域に５本、反
制御棒側領域に１０本配置されており、その本数の差は
５本である。また、高濃縮度燃料１０内のガドリニア棒
１２の本数は１６本であり、制御棒側領域に６本、反制
御棒側領域に１０本配置されており、その本数の差は４
本である。本実施例でも、高濃縮度燃料のガドリニア棒
本数差を４本以上とすることにより、図２の第１実施例
と同様に、燃料棒出力を平坦化して熱的余裕を増加でき
ると共に、余剰反応度を低く抑えて燃料経済性を向上で
きる。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、熱的余裕を確保しつつ
余剰反応度を適切に抑制でき、燃料経済性を向上できる
高燃焼度化対応の初装荷炉心及びこれに用いる燃料集合
体を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による初装荷炉心の第１実施例の横断面
図。

【図２】本発明による単位装荷パターンの第１実施例の
横断面図。

【図３】図２の高濃縮度燃料の軸方向における濃縮度及
びガドリニアの分布を示す図。

【図４】本発明による燃料集合体の一部切欠斜視図。

【図５】本発明による径方向ピーキングの低減効果の説
明図。

【図６】本発明の比較例を示す図。

【図７】図６の比較例の燃料棒出力分布を示す図。

【図８】本発明の燃料棒出力分布を示す図。

【図９】反制御棒側領域と制御棒側領域のガドリニア棒
の本数差と燃料棒出力の最大値との関係図。

【図１０】反制御棒側領域と制御棒側領域の説明図。

【図１１】図９の点Ａに対応する燃料集合体の横断面
図。

【図１２】図９の点Ｂに対応する燃料集合体の横断面
図。

【図１３】ガドリニア棒本数差の上限の説明図。

【図１４】本発明の無限増倍率の燃焼度変化を示す図。

【図１５】本発明による単位装荷パターンの第２実施例
の横断面図。

【図１６】本発明による単位装荷パターンの第３実施例
の横断面図。

【図１７】本発明による単位装荷パターンの第４実施例
の横断面図。

【図１８】本発明による初装荷炉心の第２実施例の横断
面図。

【図１９】本発明による単位装荷パターンの第５実施例
の横断面図。

【図２０】本発明による単位装荷パターンの第６実施例
の横断面図。

【図２１】本発明による単位装荷パターンの第７実施例
の横断面図。

【図２２】可燃性毒物の反応度抑制効果の説明図。

【図２３】従来の燃料集合体内のガドリニア棒の配置例
を示す図。

【符号の説明】

１…高出力領域、４…チャンネルボックス、４ａ…上部
タイプレート、４ｂ…チャンネルファスナ、４ｃ…スペ
ーサ、４ｄ…下部タイプレート、５…ウォータロッド、
６…燃料棒、７…制御棒、８…低濃縮度燃料、９，１０
…高濃縮度燃料、１１…コントロールセル、１２，２１
…ガドリニア棒、１３…制御棒側領域、１４…反制御棒
側領域、１５…ウォータボックス、１６…中濃縮度燃
料、１８…燃料集合体、２０…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 3/62 ＧＤＢＧ２１Ｃ 3/30 ＧＤＢＸ 7/113 ＧＤＢ 3/32 ＧＤＢＥＧＤＢＪ 7/10 ＧＤＢＪ (72)発明者青山肇男茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者湯地洋子茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者山下淳一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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外形が実質的に正方形をなし平均濃縮度が
異なる複数の燃料集合体と、十字形の複数の制御棒とを
備えた初装荷炉心において、平均濃縮度が最も低い低濃縮度燃料集合体１体及び該低
濃縮度燃料集合体より平均濃縮度が高い燃料集合体３体
を正方形状に配置し、該正方形状の４つの角に前記制御
棒を１個ずつ配置して単位装荷パターンを構成し、複数
の該単位装荷パターンを炉心の中央領域に設けると共
に、前記低濃縮度燃料集合体より平均濃縮度が高い燃料集合
体をその対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に領域
分けした場合、反制御棒側領域内に存在するガドリニア
入り燃料棒の数が、制御棒側領域内に存在するガドリニ
ア入り燃料棒の数より２本以上多いことを特徴とする初
装荷炉心。
【請求項２】請求項１において、前記複数の単位装荷パ
ターンは、４つの単位装荷パターンの各々の低濃縮度燃
料集合体が互いに隣接して正方形状のコントロールセル
を構成するように配置されることを特徴とする初装荷炉
心。
【請求項３】請求項１又は２において、前記反制御棒側
領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数が、制御棒
側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数より３〜
１９本多いことを特徴とする初装荷炉心。
【請求項４】請求項１乃至３の何れかにおいて、前記燃
料集合体は９行９列の格子状に燃料棒が配置され、該燃
料集合体の中央部の燃料棒７本が配置可能な領域に、２
本の太径ウォータロッドが配置されていることを特徴と
する初装荷炉心。
【請求項５】請求項１乃至３の何れかにおいて、前記燃
料集合体は９行９列の格子状に燃料棒が配置され、該燃
料集合体の中央部の燃料棒９本が配置可能な領域に、１
本のウォータボックスが配置されていることを特徴とす
る初装荷炉心。
【請求項６】外形が実質的に正方形をなす燃料集合体で
あって、プルトニウムを含む複数の燃料集合体及びプル
トニウムを含まない複数の燃料集合体と、十字形の複数
の制御棒とを備えた初装荷炉心において、前記プルトニウムを含む燃料集合体２体と、前記プルト
ニウムを含まない燃料集合体２体とが互いに対角線状に
なるように正方形状に配置し、該正方形状の４つの角に
前記制御棒を１個ずつ配置して単位装荷パターンを構成
し、複数の該単位装荷パターンを炉心の中央領域に設け
ると共に、前記プルトニウムを含む燃料集合体をその対角線で制御
棒側領域と反制御棒側領域に領域分けした場合、反制御
棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数が、制
御棒側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数より
２本以上多いことを特徴とする初装荷炉心。
【請求項７】正方格子状に配置された複数の燃料棒と、
該複数の燃料棒を上部及び下部で支持する上部タイプレ
ート及び下部タイプレートと、前記上部タイプレートの
１つのコーナー部に取り付けられたチャンネルファスナ
とを備えた燃料集合体において、該燃料集合体をその対角線でチャンネルファスナ側領域
と反チャンネルファスナ側領域に領域分けした場合、反
チャンネルファスナ側領域内に存在するガドリニア入り
燃料棒の数が、チャンネルファスナ側領域内に存在する
ガドリニア入り燃料棒の数より２本以上多いことを特徴
とする燃料集合体。
【請求項８】請求項７において、前記反チャンネルファ
スナ側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数が、
チャンネルファスナ側領域内に存在するガドリニア入り
燃料棒の数より３〜１９本多いことを特徴とする燃料集
合体。
【請求項９】請求項７又は８において、前記燃料棒は９
行９列の格子状に配置され、その中央部の燃料棒７本が
配置可能な領域に、２本の太径ウォータロッドが配置さ
れていることを特徴とする燃料集合体。
【請求項１０】請求項７又は８において、前記燃料棒は
９行９列の格子状に配置され、その中央部の燃料棒９本
が配置可能な領域に、１本のウォータボックスが配置さ
れていることを特徴とする燃料集合体。