JPH0915361A

JPH0915361A - 初装荷炉心

Info

Publication number: JPH0915361A
Application number: JP7165137A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yamanaka; 章広山中; Katsumasa Haikawa; 勝正配川; Akiko Kanda; 亜紀子神田; Takaaki Mochida; 貴顕持田; Junichi Yamashita; 淳一山下; Tadao Aoyama; 肇男青山; Yoko Yuji; 洋子湯地; Junichi Koyama; 淳一小山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1997-01-17
Also published as: US6005905A

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、従来の可燃性毒物の濃度を増
加せずに、余剰反応度を適切に制御でき、且つ経済性を
向上できる高燃焼度対応の初装荷炉心を提供することに
ある。【構成】図１の炉心は、平均濃縮度４.２ｗｔ％の高濃
縮度燃料集合体Ｈが５７２体、平均濃縮度１.５ｗｔ％
の低濃縮度燃料集合体Ｌが３００体装荷されており、炉
心の平均濃縮度は約３.３ｗｔ％となっている。本炉心
では、炉心の最外周には低濃縮度燃料集合体のみを配置
し、高濃縮度燃料集合体は最外周を除く領域に配置して
いる。尚、本実施例の場合、取替燃料集合体の平均濃縮
度として、従来の典型的な３.７ｗｔ％を想定してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子炉の運転前の初期に
装荷される初装荷炉心に関する。

【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
が臨界から更に増大していく状態を臨界超過、逆に減少
していく状態を未臨界という。

【０００３】原子炉は一定の期間にわたって燃料の補給
なしに運転し続ける必要があるために、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。こ
のための技術としては、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。

【０００４】次に可燃性毒物による反応度抑制の様子を
図を用いて説明する。図３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。図３に示すように、可燃性毒物が混入
している燃料棒の本数を減らした場合、燃焼初期での無
限増倍率が増加する。また、混入する可燃性毒物の濃度
を濃くした場合、ガドリニアの燃え尽きる時期を遅らせ
ることができるので、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。

【０００５】次に、原子炉の初装荷炉心の経済性向上に
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。

【０００６】このような初装荷炉心としては、特開平5
−249270 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、２.３％の中濃縮度燃料集合
体、及び１.１％の低濃縮度燃料集合体の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。

【０００７】また、初装荷炉心の経済性向上のための従
来技術として、初装荷炉心を構成する燃料集合体のう
ち、取替燃料の集合体平均濃縮度よりも高い集合体平均
濃縮度を有する燃料集合体を炉心の最外周に装荷する構
成が、特開昭60−13283 号公報に記載されている。

【０００８】この技術は、炉心の最外周に装荷された燃
料の燃焼度がサイクル増分燃焼度の半分程度しか進まな
いことに着目し、炉心の最外周に取替燃料よりも濃縮度
の高い燃料集合体を装荷することで初装荷炉心の経済性
を向上させるものである。この技術の特徴は、第１サイ
クルで最外周の燃料が燃える分だけ、初装荷高濃縮度燃
料の濃縮度を高くすることで、この燃料の第２サイクル
での特性を新燃料と同等とする点にある。これにより、
第１回取替燃料が約半分になり初装荷炉心の経済性が向
上するというものである。

【０００９】また、初装荷炉心の経済性向上策として、
特開昭61−165682号公報に記載されている方法もある。
これは、第１サイクルは起動試験の燃焼度の分だけサイ
クル増分燃焼度が長いため、移行炉心の燃料取替体数が
変動することが初装荷炉心の経済性悪化の一因であるこ
とに着目したものである。この燃焼度増加分を初装荷炉
心を構成する高濃縮度燃料の体数を平衡炉心の取替体数
よりも多くすることで補うものである。これにより移行
炉心の燃料取替体数が安定し、初装荷炉心の経済性が向
上することになる。尚、この技術においては高濃縮度燃
料の濃縮度は取替燃料の濃縮度と同じになっている。

【００１０】原子炉は一定の運転期間、反応度を適切に
制御して運転する必要がある。これまでは、制御棒挿入
や燃料に可燃性の毒物を混入することで、初装荷炉心の
高燃焼度化のために平均濃縮度を上昇させたことによる
余剰反応度の増加に対処していた。しかし、さらに高燃
焼度化を目指した炉心において平均濃縮度を高めた炉心
では、余剰反応度もより一層上昇することになる。これ
に対して、制御棒の挿入で対応すれば、挿入する制御棒
の本数が増加し、径方向ピーキングが増大して熱的余裕
が減少する。しかも、運転期間中の大きな余剰反応度変
化を補償するために、制御棒挿入量調整を繰り返す必要
も生じる。これは、原子炉稼働率の低下を招き、燃料経
済性の観点からも好ましくない。また、可燃性毒物の混
入量（濃度）を増加させれば余剰反応度は抑制可能であ
るが、可燃性毒物の混入濃度の増加にともなってペレッ
ト熱伝導度の低下を招き、燃料健全性の点からの問題も
生じていた。

【００１１】以上述べたように、初装荷炉心の高燃焼度
化を実現するにあたり、炉心の余剰反応度が上昇するこ
とがその妨げの主要因であった。

【００１２】

【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、特開昭60−13283 号公報に記載の従来技術によっ
て達成しようとすれば、十分な効果が得られない。この
原因は、平均濃縮度の高い燃料集合体の装荷位置が炉心
の最外周に限定されているために、初装荷炉心に装荷さ
れる濃縮度の高い燃料集合体の体数が限られるので、初
装荷炉心の炉心平均濃縮度を上昇させて燃料経済性を向
上させるのには限界があった。

【００１３】また、特開昭61−165682号公報に記載の従
来技術を用いても十分な効果が得られない。この技術で
は、初装荷炉心を構成する高濃縮度燃料集合体の体数
は、多くても全燃料集合体の体数の約２０〜３０％程度
にとどまるため、初装荷炉心の炉心平均濃縮度の上昇に
は限界があり、経済性の向上に対する効果は十分とは言
えなかった。

【００１４】本発明の目的は、従来の可燃性毒物の濃度
を増加せずに、余剰反応度を適切に制御でき、且つ経済
性を向上できる高燃焼度対応の初装荷炉心を提供するこ
とにある。

【００１５】

【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、核燃料物質を含む複数の燃料集合体を装
荷した初装荷炉心において、前期複数の燃料集合体のう
ち、取替燃料集合体よりも平均濃縮度が高い燃料集合体
を、少なくとも前記炉心の最外周を除く領域に設ける。
ここで、炉心の最外周とは、その位置に燃料集合体が装
荷された場合、燃料集合体の側面のうち少なくとも１つ
の面が炉心の外側の領域に面するような位置をいう。

【００１６】また、好ましくは、前記取替燃料集合体よ
りも平均濃縮度が高い燃料集合体は、その平均濃縮度が
４.０ｗｔ％以上とする。

【００１７】

【作用】本発明では、可燃性毒物の燃焼が可燃性毒物入
り燃料の周囲の中性子スペクトルに強く依存することに
着目して、可燃性毒物の燃焼を遅らせることを実現して
いる。つまり、初装荷炉心に装荷される燃料集合体の平
均濃縮度を取替燃料集合体よりも高くすることで、可燃
性毒物の燃焼を遅らせる。可燃性毒物の代表的な例であ
るガドリニウムの熱中性子吸収断面積は、その同位体で
あるＧｄ−１５５が約６１,０００バーン，Ｇｄ−１５
７が約240,000バーンと非常に大きい。ガドリニウムの
燃焼速度はこの断面積の大きさに依存している。この断
面積は中性子エネルギーが高いほど小さいので、エネル
ギーの高い中性子が存在する領域における燃焼は遅れ
る。即ち、ガドリニウムの燃焼する領域の平均中性子エ
ネルギーを高くすれば、ガドリニウムの燃焼を遅らせる
ことが可能となる。

【００１８】軽水減速型原子炉では、核分裂により平均
２ＭｅＶの高速中性子が発生し、この高速中性子が主に
水との散乱減速によって熱中性子になり次の核分裂を引
き起こす。従って、原子炉内部の平均中性子エネルギー
を高くするには、燃料のウラン濃縮度を高めて核分裂反
応を増やせば良い。以下、図４を用いて、燃料のウラン
濃縮度を高めて可燃性毒物の燃焼を遅らせる作用を説明
する。

【００１９】図４は、可燃性毒物入り燃料集合体の軸方
向に垂直な断面における無限増倍率の燃焼度変化を示
す。図中には、軸方向に垂直な断面における平均濃縮度
が4.6ｗｔ％の本発明（後述するように、燃料集合体の
平均濃縮度は４.２ｗｔ％）と、４.２ｗｔ％の比較例
（燃料集合体の平均濃縮度は従来の典型的な取替燃料集
合体と同じ３.７ｗｔ％）とを示している。何れの場合
も、可燃性毒物の濃度は同じとしている。無限増倍率
は、燃焼度の増加に伴って一旦増加し、ピークを取った
後、減少する。この際、可燃性毒物が燃え尽きる時期
は、無限増倍率の前半の増加部分の延長線と、後半の減
少部分の延長線との交点に対応すると考えられている。
即ち、図４では、本発明及び比較例の可燃性毒物が燃え
尽きる時期を、点Ｂ及びＡで示している。

【００２０】図４から、軸方向に垂直な断面における平
均濃縮度を約０.４ｗｔ％高めることにより、約２ＧＷ
ｄ／ｔの燃焼度に相当する期間、可燃性毒物の燃焼を遅
らせることができることが判る。従って、このように取
替燃料集合体よりも平均濃縮度の高い燃料集合体を用い
て炉心を構成することにより、平衡炉心への移行は必ず
しもスムーズではないものの、炉心平均濃縮度を高くし
て高燃焼度化を図っても、運転サイクル中の余剰反応度
を適切に抑制することが可能となる。

【００２１】更に、本発明では、取替燃料集合体よりも
平均濃縮度の高い燃料集合体を、少なくとも炉心の最外
周を除く領域に装荷することにより、初装荷炉心の経済
性向上を実現できる。最外周に高濃縮度の燃料集合体を
できるだけ装荷しない理由は、最外周は燃焼が進まない
ので、ここに燃焼度を高めることのできる燃料を装荷す
ることは燃料経済性の観点から無駄になるためである。

【００２２】また、取替燃料集合体よりも平均濃縮度の
高い燃料集合体の平均濃縮度を4.0ｗｔ％以上とする理
由は、平均濃縮度をこれ以上にすれば、ガドリニア（酸
化ガドリニウム）の濃度（ガドリニア入り燃料棒中のガ
ドリニアの重量割合)を１.０ｗｔ％増加させた場合と同
等以上の効果が得られるためである。この作用を図１１
を用いて説明する。同図は、ガドリニアの燃え尽きる燃
焼度とその時の燃料集合体の平均濃縮度との関係を示
す。図１１から、従来よりもガドリニア濃度を増加させ
ることにより、ガドリニアの燃え尽きる燃焼度を高くし
て、ガドリニアの燃焼を遅らせることができる。ここ
で、従来のガドリニア濃度としては、現状、最大７.５
ｗｔ％が用いられている。同じ効果は、燃料集合体の
平均濃縮度を増加させることによっても得ることができ
る。即ち、図１１に示すように、燃料集合体の平均濃縮
度を３.７ｗｔ％から４.０ｗｔ％に高めることによ
り、ガドリニア濃度を１ｗｔ％増加させた場合と同等の
効果が得られることが判る。従って、燃料集合体の平均
濃縮度を４.０ｗｔ％以上とすることにより、従来のガ
ドリニア濃度を増加することなしに、ガドリニアの燃焼
を遅らせて余剰反応度を適切に制御することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００２４】（実施例１）図１は本発明による初装荷炉
心の第１実施例の１／４横断面を、図２は図１の高濃縮
度燃料集合体内の燃料棒構成をそれぞれ示す図である。
図１の炉心は、平均濃縮度４.２ｗｔ％の高濃縮度燃料
集合体Ｈが５７２体、平均濃縮度１.５wt％の低濃縮度
燃料集合体Ｌが３００体装荷されており、炉心の平均濃
縮度は約3.3ｗｔ％となっている。本炉心では、炉心の
最外周には低濃縮度燃料集合体のみを配置し、高濃縮度
燃料集合体は最外周を除く領域に配置している。尚、本
実施例の場合、取替燃料集合体の平均濃縮度として、従
来の典型的な３.７ｗｔ％を想定している。即ち、高濃
縮度燃料集合体の平均濃縮度を取替燃料集合体よりも
０.５ｗｔ％高くしている。

【００２５】本実施例に用いる高濃縮度燃料集合体は、
図２に示すように、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１／２４〜８／２
４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２に示す通りである。

【００２６】燃料棒ａ１〜ａ４，ａ６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０.７
１１ｗｔ％）を装荷している。燃料棒ａ６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ａ７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８／２４〜２
２／２４の範囲に４.４ｗｔ％のウラン燃料のみを装荷
している。また、燃料棒ａ５は、部分長燃料棒の全長に
４.９ｗｔ％のウラン燃料を装荷している。

【００２７】また、低濃縮度燃料集合体はガドリニアを
含まず、燃料有効長の下から１／２４〜８／２４，８／
２４〜１５／２４，１５／２４〜２２／２４の領域にお
ける軸方向に垂直な断面での平均濃縮度をそれぞれ１.
４９，１.６４,１.７５wt％としている。燃料有効長の
上端領域及び下端領域には、高濃縮度燃料集合体と同じ
ように天然ウランを装荷している。

【００２８】図２の燃料集合体は、これらの燃料棒を組
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
４．６１ｗｔ％に、燃料有効長の下から１５／２４〜２
２／２４の領域における軸方向に垂直な断面での平均濃
縮度を４．５８ｗｔ％になるように構成している。

【００２９】図５は、図１に示した初装荷炉心の余剰反
応度とサイクル増分燃焼度との関係を示す。ここで、サ
イクル増分燃焼度とは、１つの運転サイクル期間で炉心
平均燃焼度が増える量を表す。図５には、図１に示した
第１実施例の他に、図２の高濃縮度燃料集合体の燃料有
効長の下から１／２４〜８／２４，８／２４〜１５／２
４，１５／２４〜２２／２４の領域における軸方向に垂
直な断面での平均濃縮度をそれぞれ４.０４，４.２０，
４.１８ｗｔ％とした比較例も示している。この比較例
の高濃縮度燃料集合体の平均濃縮度は取替燃料集合体と
同じ３.７wt％としている。図５から、本実施例によれ
ば、高濃縮度燃料集合体の平均濃縮度を取替燃料集合体
と同じにした比較例に比べて、炉心の余剰反応度を効果
的に抑制できていることが判る。

【００３０】図６に、第１実施例の高濃縮度燃料集合体
の無限増倍率と燃焼度の関係を示す。同図には、第１実
施例の他に、燃料集合体の平均濃縮度が３.７ｗｔ％の
比較例も示している。図６から、燃料集合体の平均濃縮
度を約０.４ｗｔ％上昇させることにより、ガドリニア
の燃焼を約２ＧＷｄ／ｔ遅らせることができることが判
る。尚、本実施例で用いた高濃縮度燃料集合体は部分長
燃料棒を含んでいるが、部分長燃料棒を含まない燃料集
合体を用いた場合でも、燃料集合体の平均濃縮度を取替
燃料集合体よりも高くすることにより、同様の効果を達
成することができる。

【００３１】また、取替燃料集合体の平均濃縮度は、炉
心サイズ，格子形状，運転期間などによって定まるもの
で、本実施例では電気出力１３５万ｋＷ、運転サイクル
月数１３ヶ月という条件から約３.７ｗｔ％に設定し
た。代表的な取替燃料集合体の平均濃縮度と運転サイク
ル月数の関係を図９に示す。従って、図９から運転サイ
クル月数に応じて適切な取替燃料集合体の平均濃縮度を
設定し、高濃縮度燃料集合体の平均濃縮度を取替燃料集
合体よりも高くして、高濃縮度燃料集合体を少なくとも
炉心の最外周を除く領域に装荷することにより、従来の
可燃性毒物の濃度を増加することなしに、余剰反応度を
適切に制御し、経済性を向上することができる。

【００３２】（実施例２）次に、図７を用いて、本発明
を適用した高濃縮度燃料集合体の第２実施例を説明す
る。図２に示した第１実施例の高濃縮度燃料集合体で
は、上端領域及び下端領域の両方に天然ウランを装荷し
たが、本実施例では燃料有効長の上端から１／２４の上
端領域のみに天然ウランを装荷している点が異なる。即
ち、本実施例では燃料有効長のうち、下から２３／２４
までの領域（以下、濃縮ウラン領域という）に濃縮ウラ
ンが、２３／２４〜２４／２４の領域に天然ウランがそ
れぞれ装荷されている。各燃料棒の本数やガドリニア濃
度等は図２と同じである。

【００３３】本実施例の高濃縮度燃料集合体を図１の炉
心に装荷すると、濃縮ウラン領域が軸方向に広がったこ
とにより、炉心の平均濃縮度が約０.１ｗｔ％上昇す
る。しかし、燃料集合体の上下端の中性子インポータン
スの小さい領域の濃縮度が上昇したことになるので、反
応度としては大きな変化はみられない。

【００３４】本実施例によれば、濃縮ウラン領域が軸方
向に広がったことにより実効的な炉心の軸方向長さが長
くなるので、軸方向ピーキング（軸方向出力の最大値と
平均値との比）を約６％低減できる。従って、第１実施
例の効果に加えて、更に炉心の線出力密度を低減するこ
とも可能になる。この結果、熱的余裕が増大し、運転の
融通性が高まる。

【００３５】（実施例３）次に、図８を用いて、本発明
を適用した高濃縮度燃料集合体の第３実施例を説明す
る。図２に示した第１実施例の高濃縮度燃料集合体で
は、ガドリニアを濃縮ウラン領域の全長に含んだ燃料棒
ａ６と一部に含んだ燃料棒ａ７の両方を装荷したが、本
実施例では濃縮ウラン領域の全長にガドリニアを含んだ
燃料棒ｃ６のみを装荷している。また、燃料棒ｃ２及び
ｃ３の濃縮ウラン領域を、燃料有効長の下から８／２４
の位置を境界として領域分けし、この境界の上部領域の
軸方向に垂直な断面での平均濃縮度を、境界の下部領域
よりも高くしている。図８で、符号ａ〜ｅはウラン燃料
の濃縮度を、αはガドリニアの濃度をそれぞれ表してい
る。ウラン燃料の濃縮度の大小関係は、ａ〉ｂ〉ｃ〉
ｄ〉ｅの関係にあり、ｅは天然ウランの濃縮度である
０.７１１ｗｔ％に対応している。また、ガドリニアの
濃度αは、最大でも７.５ｗｔ％以下に設定する。

【００３６】沸騰水型原子炉では、炉心内部での冷却水
の沸騰によりボイドが軸方向に分布しており、炉心上部
に向かうにつれてボイドの割合（ボイド率）が大きくな
っている。軽水減速型原子炉では、冷却水の量が少なけ
れば核分裂反応が抑制されるため、通常軸方向の出力分
布は下膨らみになる傾向がある。この傾向に対して、本
実施例では、高濃縮度燃料集合体の軸方向上部の平均濃
縮度（軸方向に垂直な断面での平均濃縮度）を軸方向下
部よりも高くすることにより、第１実施例の効果に加え
て、更に軸方向出力分布の平坦化を図ることができる。
これにより、炉心内の軸方向ピーキングを低減できるの
で、熱的余裕が増大し、運転の融通性が高まるという利
点もある。

【００３７】尚、図８においてａ〜ｅで表したウラン燃
料の濃縮度は、燃料集合体としての平均濃縮度が取替燃
料集合体よりも高くなる条件を満足するように設定すれ
ば良い。この条件の範囲内において、燃料集合体の外側
やコーナー部に位置する燃料棒は、その燃料棒の出力が
必要以上に高くならないように、濃縮度を調整する必要
がある。また、軸方向の上下に濃縮度差を設ける場合
は、炉心に装荷されたときの軸方向の出力分布をできる
だけ平坦にするように、上下の濃縮度差を調整する必要
がある。

【００３８】（実施例４）次に、図１０を用いて本発明
による初装荷炉心を表す第４実施例を説明する。同図
は、第４実施例の１／４横断面図を示す。本実施例の炉
心は、平均濃縮度１.５ｗｔ％の低濃縮度燃料集合体Ｌ
の数と装荷位置は第１実施例と同じであるが、平均濃縮
度４.２ｗｔ％の高濃縮度燃料集合体が異なる。即ち、
ガドリニア入り燃料棒の本数が少ない高濃縮度燃料集合
体(低Ｇｄ燃料集合体)Ｈ１を３４４体，ガドリニア入り
燃料棒の本数が多い高濃縮度燃料集合体(高Ｇｄ燃料集
合体)Ｈ２を２２８体装荷している。

【００３９】本実施例のようにガドリニア入り燃料棒の
本数が異なる燃料集合体を装荷することにより、出力を
抑制する程度が異なる燃料集合体を組み合わせて段階的
に出力を抑制できるので、径方向ピーキングを平坦化す
ることができる。また、低Ｇｄ燃料集合体を炉心の外側
の領域に多く装荷することにより、外側の領域の出力を
増大させることができるので、径方向ピーキングをより
効果的に平坦化することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、高燃焼度対応の初装荷
炉心において、従来の可燃性毒物の濃度を増加すること
なしに、炉心の余剰反応度を適切に制御できると共に、
経済性を向上することができる。

【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１／４
横断面図。

【図２】図１の高燃焼度燃料集合体の燃料棒構成を示す
図。

【図３】可燃性毒物を混入した燃料集合体の無限増倍率
と燃焼度の関係図。

【図４】可燃性毒物の燃焼を遅らせる作用の説明図。

【図５】図１の初装荷炉心の余剰反応度とサイクル増分
燃焼度との関係図。

【図６】第１実施例の高濃縮度燃料集合体の無限増倍率
と燃焼度の関係図。

【図７】本発明を適用した高燃焼度燃料集合体の第２実
施例を示す図。

【図８】本発明を適用した高燃焼度燃料集合体の第３実
施例を示す図。

【図９】取替燃料集合体の平均濃縮度と運転サイクル月
数の関係図。

【図１０】本発明による初装荷炉心を表す第４実施例を
示す図。

【図１１】ガドリニアの燃え尽きる燃焼度と燃料集合体
の平均濃縮度との関係図。

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/32 ＧＤＢＥ (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 (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)発明者小山淳一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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】核燃料物質を含む複数の燃料集合体を装荷
した初装荷炉心において、前記複数の燃料集合体のう
ち、取替燃料集合体よりも平均濃縮度が高い燃料集合体
を、少なくとも前記炉心の最外周を除く領域に設けたこ
とを特徴とする初装荷炉心。
【請求項２】請求項１において、前記取替燃料集合体よ
りも平均濃縮度が高い燃料集合体は、その平均濃縮度が
４.０ｗｔ％以上であ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、前記取替燃料集
合体よりも平均濃縮度が高い燃料集合体は、前記複数の
燃料集合体のうち、平均濃縮度が最も高い燃料集合体で
ある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、前記取
替燃料集合体よりも平均濃縮度が高い燃料集合体は、燃
料有効長の少なくとも一部に可燃性毒物を含むことを特
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、前記複
数の燃料集合体の少なくとも一部は、その軸方向に垂直
な断面での核分裂性物質の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、この境界が燃料有効長の１
／３〜７／１２の範囲にあることを特徴とする初装荷炉
心。
【請求項６】請求項１乃至３の何れかにおいて、前記複
数の燃料集合体の少なくとも一部は、その軸方向の上端
部及び下端部、又はどちらか一方の端部に、燃料有効長
の２／２４以下の長さを有する天然ウラン領域を設けた
ことを特徴とする初装荷炉心。
【請求項７】請求項１乃至６の何れかにおいて、燃料集
合体の平均濃縮度が相異なる複数の燃料集合体で炉心が
構成されることを特徴とする初装荷炉心。
【請求項８】請求項１乃至６の何れかにおいて、前記燃
料集合体が多数の燃料棒を格子状に配列した形状よりな
ることを特徴とする初装荷炉心。
【請求項９】請求項１乃至６の何れかにおいて、前記燃
料集合体の少なくとも一部は、燃料集合体を構成する他
の燃料棒よりも短い燃料有効長を持つ燃料棒を備えるこ
とを特徴とする初装荷炉心。
【請求項１０】請求項１乃至６の何れかにおいて、前記
燃料集合体を構成する燃料棒がすべて等しい燃料有効長
を持つことを特徴とする初装荷炉心。
【請求項１１】請求項１乃至６の何れかにおいて、前記
燃料集合体の少なくとも一部は水ロッドを備えることを
特徴とする初装荷炉心。
【請求項１２】核燃料物質を含む複数の燃料集合体を装
荷した初装荷炉心において、前期複数の燃料集合体のう
ち平均濃縮度が最も高い燃料集合体の平均濃縮度が４.
０wt％以上であり、該平均濃縮度が最も高い燃料集合体
を少なくとも前記炉心の最外周を除く領域に設けたこと
を特徴とする初装荷炉心。