JPH09159777A - 沸騰水型原子炉用燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中小規模の地震の発生時に水平方向の振動に
より印加される投入反応度の増大を抑制して不要な原子
炉停止（スクラム）を避け、原子炉運転の信頼性を高め
ることのできるＤ格子炉心構造向けの沸騰水型原子炉用
燃料集合体を得る。 【解決手段】 太径水チャンネルと格子状に配置された
複数の燃料棒とを有し、太径水チャンネルが燃料集合体
の中心よりも制御棒から遠い方向にずれて配置され、格
子状配列の最外周縁領域に配置された燃料棒のうち、制
御棒と反対側の二辺部分に配置された燃料棒の本数の７
５％以上は、全燃料棒中の最高濃縮度よりも低い濃縮度
の燃料棒からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術】本発明は、Ｄ格子配列の炉心構造
の沸騰水型原子炉に用いる燃料集合体に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉（以後、ＢＷＲと記
す。）の炉心構造には、Ｃ格子炉心構造とＤ格子炉心構
造とがある。これらＣ格子炉心構造とＤ格子炉心構造と
について、図６を参照して簡単に説明する。図６
（ａ）、図６（ｂ）に示した燃料集合体は、燃料棒１１
の配列が８行８列の構成のもので、中心部分に２本のウ
ォーターロッドを有している。尚、図６及び以下に説明
するすべての図において同一又は相当する部所には同一
の符号を付している。

【０００３】Ｃ格子炉心構造は、図６（ａ）に示したよ
うに、燃料集合体のチャンネルボックス１２と、この燃
料集合体に隣接する燃料集合体のチャンネルボックス１
２との間隔、即ち水ギャップ幅ａ，ｂが、制御棒１４の
配置にかかわらず同じ幅（即ち、ａ＝ｂ）となるように
構成されたものであり、Ｄ格子炉心構造は、図６（ｂ）
に示したように、制御棒１４が配置された水ギャップの
幅ａが制御棒１４が配置されていない水ギャップの幅ｂ
よりも広く（即ち、ａ＞ｂ）なるように配置された構造
のものである。

【０００４】燃料集合体内部の熱中性子束の分布は水ギ
ャップ側において高くなるので、熱中性子とウランの核
分裂反応が燃料集合体の内奥側よりも外周寄りの水ギャ
ップ側において活発となる。そのため、燃料集合体を構
成する全ての燃料棒の濃縮度、即ち、燃料ペレットに含
まれるウランの重量に対する核分裂性同位体（典型的に
は²³⁵ Ｕ）の重量割合を同じとすると、燃料集合体最外
周の燃料棒において大きなピーキング（局所ピーキン
グ）が発生する。

【０００５】この局所ピーキングは、燃料棒の平均出力
に対する個々の燃料棒の実際の出力を示す相対値であ
り、この値が大きくなり過ぎると燃料棒の熱・機械的健
全性が損なわれ、最悪の場合、燃料棒が破損してしま
う。

【０００６】従って、一般に、個々の燃料棒の濃縮度を
その場所の中性子の減速状態に合わせて変え、燃料集合
体に濃縮度分布を持たせることにより、局所ピーキング
の増大を抑えている。

【０００７】例えば、図７（ａ）は、７２本の燃料棒と
１本の太径水チャンネル（図中Ｗ）を有する平均濃縮度
約３．７wt% のＣ格子炉心構造の燃料集合体の濃縮度分
布の一例である。この場合、太径水チャンネルは９行９
列の燃料棒のうち、中央の３行３列分の領域に亙る大き
さとしている。また、燃料棒１１の濃縮度レベルは最高
がレベル１、最低がレベル５の５段階となっている。

【０００８】この場合は、炉心がＣ格子構造であるの
で、水ギャップ幅は全周で同じであり、燃料集合体内部
の最外郭の４面領域に亙って中性子の減速状態は均等で
あるため、内部に配置する燃料棒の最高濃縮度と最低濃
縮度の差は小さくなっている。

【０００９】また、図７（ｂ）は、７２本の燃料棒と１
本の太径水チャンネル（図中Ｗ）を有する平均濃縮度約
３．８wt% のＤ格子炉心構造の燃料集合体の濃縮度分布
の一例である。この場合も、太径水チャンネルは９行９
列の燃料棒のうち、中央の３行３列分の領域に亙る大き
さとし、燃料棒１１の濃縮度レベルを最高がレベル１、
最低がレベル６の６段階としている。

【００１０】この場合は、炉心がＤ格子構造であるた
め、制御棒が配置された側の二辺で水ギャップ幅が広
く、制御棒が配置されていない側の別の二辺では水ギャ
ップ幅が狭くなっているため、燃料集合体内部の熱中性
子の分布は制御棒側では高く、制御棒が配置されていな
い側では低くなっている。

【００１１】そのため、濃縮度の低い燃料棒を制御棒側
に配置し、濃縮度の高い燃料棒を制御棒が配置されてい
ない側に配置するという偏りのある濃縮度分布とするこ
とによって、燃料棒ごとの出力を平坦化している。従っ
て、Ｄ格子炉心構造の燃料集合体では、内部に配置する
燃料棒の最高濃縮度と最低濃縮度の差は前述のＣ格子炉
心構造用の燃料集合体に比べて大きくなっている。

【００１２】一般に、原子炉施設には、地震が発生した
場合の安全性を確保するための地震感知器が設けられて
いる。この地震感知器は、大地震が発生した場合に原子
炉を自動的に停止（自動スクラム）させて安全性を確保
している。同時に、深刻な問題のない中小規模の地震で
は、不要のスクラムを避けて原子炉運転の信頼性を確保
することを目標としている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】燃料集合体は縦方向の
長さが４ｍ程であり、その上下端が炉心に固定される構
成である。そのため、中小規模の地震が発生した際に
も、その地震に起因する水平振動が燃料集合体の中間部
を水平方向に数ｍｍ程度変位させ、燃料集合体と燃料集
合体との間の水ギャップ幅を１ｍｍ前後変動させること
がある。

【００１４】このような水ギャップ幅の変動は、Ｃ格子
炉心構造の燃料集合体では、燃料集合体外部の水ギャッ
プ幅が全周に亙って均一であり、炉心内に最適配列され
ているため水ギャップ幅の変動に対して投入反応度（反
応度変化量）が負となる。しかしながら、Ｄ格子炉心構
造では、燃料集合体周囲の水ギャップ幅が制御棒側とそ
の反対側の各二辺部分で異なり、水ギャップ幅が狭い方
の二辺部分に比較的濃縮度の高い燃料棒を配置した従来
の燃料集合体の場合は、狭ギャップ側の熱中性子束がも
ともと低いにも拘らず、地震時にこの狭い方の水ギャッ
プ幅が拡がると、その部分における熱中性子束が増加
し、投入反応度が正となり易いという問題がある。

【００１５】ここで、従来のＤ格子炉心構造の燃料集合
体について、中小規模の地震とほぼ同等の振動による集
合体の変位量に対する投入反応度との関係を、燃焼度が
０ＧＷd/t 、２０ＧＷd/t 、４０ＧＷd/t のそれぞれに
ついて調べた結果を図８に示す。図８において、縦軸が
投入反応度（％ΔＫ）、横軸が集合体間隔変位量（ｍ
ｍ）を示している。

【００１６】この解析結果は、制御棒と反対側の二辺部
分の水ギャップ幅、即ち、制御棒が配置されていない側
の水ギャップの幅が同時に同量変化するときのものであ
る。これは、地震の水平振動の方向は一律ではないこと
を考慮して、最も反応度の変化が大きくなる状態、言い
換えると、制御棒と反対側の二辺部分の水ギャップ幅が
同時に同量変化したときを解析した。

【００１７】また、地震によって炉心全体の体積が膨れ
る又は縮むことは考えられないため、水ギャップ全体の
面積は変化しないものとし、解析では制御棒と反対側の
水ギャップが拡大すると、同時に制御棒側の水ギャップ
が同量だけ縮小するとした。即ち、水ギャップ全体の面
積は変化しないものとした。

【００１８】図８より、燃焼度の大きさにかかわらず、
水ギャップ変化が大きくなればなるほど、核分裂反応が
増加して投入反応度が大きくなることがわかる。

【００１９】また、この投入反応度の増大は、燃料集合
体が有する燃料棒の行列数に依らず燃料集合体同士間の
水ギャップ幅の拡大量に応じているので、９行９列のＤ
格子炉心構造の燃料集合体に限らず、すべてのＤ格子炉
心構造の燃料集合体において発生するといえる。

【００２０】このような投入反応度の増大は、原子炉が
不要に停止（スクラム）する確率を高くする。例えば、
定格出力（１００％）で運転されている原子炉におい
て、水平振動によって３０セント程度の投入反応度が印
加された場合、即発跳躍近似を用いて中性子束の増加を
見積もると約１４０％のレベルとなる。

【００２１】この値は、通常の原子炉の中性子束増加に
よる自動スクラム機能の設定レベルである１２０％を越
えているので、自動スクラム機能が働いて原子炉を停止
させてしまい、従って、原子炉の運転の信頼性が低下し
てしまう。

【００２２】以上のことから、本発明は、中小規模の地
震の発生時に水平方向の振動により印加される投入反応
度を軽減して不要な原子炉停止（スクラム）に至る確率
を下げ、原子炉運転の信頼性を高めたＤ格子配列用の沸
騰水型原子炉用燃料集合体を得ることを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
請求項１の発明は、Ｄ格子配列の炉心構造に用いる沸騰
水型原子炉用燃料集合体において、太径水チャンネル
と、格子状に配列された複数の燃料棒とを有し、前記太
径水チャンネルを、前記格子配列中で前記燃料集合体の
中心よりも制御棒から遠い方向にずれた位置に配置し、
前記格子状配列の最外周縁領域に配置された燃料棒のう
ち、前記制御棒と反対側の二辺部分に配置された燃料棒
の本数の７５％以上を、核分裂性物質の重量割合が全燃
料棒中の最大値よりも低い値の燃料物質で構成したこと
を特徴とするものである。

【００２４】即ち、請求項１の発明では、太径水チャン
ネルの配置を燃料集合体の格子状配列中の中心よりも制
御棒から遠い方向にずらした位置とすることにより、太
径水チャンネルと燃料集合体の外側の狭い方の水ギャッ
プとで挟まれた領域の中性子の減速能を高めて、熱中性
子とウランの核分裂反応とを活発にさせている。

【００２５】それに加えて、燃料集合体の最外周縁領域
に配置された燃料棒のうち、前記制御棒と反対側の二辺
部分に配置された燃料棒は、その本数の７５％以上を集
合体中の全燃料棒中の最高濃縮度よりも低レベルのもの
とすることにより、制御棒と反対側の水ギッャプ幅が水
平振動で増大した場合にもそれによる投入反応度の増大
を低く抑制するようにしている。

【００２６】これにより、水ギャップ幅の変動による熱
中性子束の変化が、特に反制御棒側の二辺部分において
小さくなるので、集合体が水平振動しても投入反応度は
比較的低く抑えられる。そのため、中性子束が急増する
ことなく、自動スクラム機能の設定レベル（例えば、１
２０％）を越えない程度に留まるので、原子炉の不要な
スクラム動作を防いで運転の信頼性を確保することがで
きる。

【００２７】ここで、請求項１の発明の燃料集合体にお
いて、中小規模の地震とほぼ同等の振動による集合体の
変位量と投入反応度との関係について、燃焼度が０ＧＷ
d/t、２０ＧＷd/t 、４０ＧＷd/t のそれぞれについて
調べた結果を図３に示す。

【００２８】尚、原子炉には燃焼度の異なる燃料集合体
が混在しており、平均取り出し燃焼度約４５ＧＷd/t で
１運転サイクルが約１年の連続運転を条件とした場合、
平衡炉心のサイクル初期の炉心平均燃焼度は約２０ＧＷ
d/t 、サイクル末期の炉心平均燃焼度は約３０ＧＷd/t
となる。

【００２９】図３と図８において、炉心平均の燃焼度の
範囲、即ち、約２０ＧＷd/t 〜３０ＧＷd/t の範囲に着
目して従来の燃料集合体と本発明の燃料集合体とを比較
すると、本発明の場合の反応度変化量は従来の場合の反
応度変化量の１／２程度に抑制されていることがわか
る。

【００３０】また、燃焼度の低い新燃料（図中の０ＧＷ
d/t ）における相対的な反応度の低減量は、前述の約２
０ＧＷd/t 〜３０ＧＷd/t の範囲のように１／２程度に
はなっていないが、燃焼初期はガドリニアの中性子吸収
効果があるために、反応度変化量の絶対値そのものは小
さい。従って、反応度変化量を炉心平均でみた時、本発
明の燃料集合体は従来の燃料集合体と比較して反応度変
化量が約１／２以下に小さくなると考えることができ
る。

【００３１】例えば、定格出力（１００％）で運転され
ている原子炉に、中小規模の地震により水平振動が生じ
た場合、従来では反応度の増加が３０セント程度であっ
たものが、本発明では１５セント程度に留められる。従
って、即発跳躍近似を用いて中性子束の増加を見積もる
と中性子束の増加は約１１８％となり、これは通常の原
子炉の中性子束高による自動スクラム機能の設定レベル
の１２０％を越えないため、自動スクラム機能が無暗に
働くことなく、原子炉の不要な停止が回避される。

【００３２】尚、この場合、自動スクラム機能の設定レ
ベルの１２０％に相当する反応度の増加量は、即発跳躍
近似により算出すると約１７セントとなる。従って、従
来の燃料集合体では、１７セントの反応度の増加を与え
る規模の地震までが、自動スクラム機能が働かない限界
となる。

【００３３】請求項１の発明によれば、従来、自動スク
ラム機能が働かない限界であった１７セントの反応度の
増加を与える規模の地震であっても、本発明の燃料集合
体に対しては半分の８．５セントの反応度しか与えず、
実質的な自動スクラム機能の非作動限界範囲が広くなっ
ているので、従来では不要な自動スクラム機能が働いて
いた規模の地震に対して、原子炉を無暗にスクラム動作
させることはなく、したがって原子炉運転の信頼性を向
上させることができる。

【００３４】このように、請求項１の発明の燃料集合体
は、中小規模の地震の発生時に水平方向の振動により制
御棒と反対側の狭い方の水ギャップ幅が拡大しても、そ
の領域における核分裂反応が急増しないので、結果とし
て印加される投入反応度が抑制されるため、不要な原子
炉の停止（スクラム）を避けることが可能となり、原子
炉運転の信頼性を高めることが可能である。

【００３５】また、請求項２の発明は、請求項１の沸騰
水型原子炉用燃料集合体において、前記二辺部分に配置
されたすべての燃料棒を、核分裂性物質の重量割合が全
燃料棒中の最大値よりも低い値の燃料物質で構成したこ
とを特徴とするものである。

【００３６】即ち、請求項２の発明では、燃料集合体の
最外周縁領域に配置された燃料棒のうち、制御棒と反対
側の二辺部分に配置された燃料棒の濃縮度レベルを、集
合体の全燃料棒の最高濃縮度よりも低レベルのものとす
ることにより、制御棒と反対側の水ギャップ幅の増大に
よる投入反応度の増大を更に抑制している。

【００３７】従って、請求項２の発明では、実質的な自
動スクラム機能の非作動限界範囲が請求項１の燃料集合
体よりも広くなり、原子炉運転の信頼性を更に一層向上
させることができる。

【００３８】上述の請求項１又は２による沸騰水型原子
炉用燃料集合体は、太径水チャンネルの配置を燃料集合
体の中心よりも制御棒から遠い方向にずらした構成とし
ているため、前記太径水チャンネルと前記二辺部分との
間の第１領域における熱中性子の減速能が高く、熱中性
子とウランの核分裂反応とが活発になるので、この領域
に配置したガドリニア入り燃料棒は、最外周縁領域のう
ちの制御棒に隣接する他の二辺部分と前記太径水チャン
ネルとの間の第２領域に配置されたガドリニア入り燃料
棒よりも燃焼が促進されることとなる。

【００３９】そこで、請求項３の発明は、請求項１又は
２の沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記太径水
チャンネルと前記二辺部分との間の第１領域に配置され
たガドリニア入り燃料棒のガドリニア濃度を、前記最外
周縁領域のうちの制御棒に隣接する他の二辺部分と前記
太径水チャンネルとの間の第２領域に配置されたガドリ
ニア入り燃料棒のガドリニア濃度に比べて相対的に高く
したことを特徴としている。

【００４０】ここで、本発明の燃料集合体において、す
べてのガドリニア入り燃料棒のガドリニア濃度を同じと
した場合の水ギャップ変化に対する反応度変化を表した
グラフを図４に示す。比較例として、従来の燃料集合体
おいて、すべてのガドリニア入り燃料棒のガドリニア濃
度を同じとした場合の水ギャップ変化に対する反応度変
化を表したグラフを図９に示す。両図とも縦軸を投入反
応度（％ΔＫ）、横軸に燃焼度（ＧＷd/t ）とし、水ギ
ャップ幅変化が−０．５ｍｍ、＋０．５ｍｍ、１．０ｍ
ｍ、１．５ｍｍとなる４状態についてそれぞれ調べた。

【００４１】図４より、本発明の燃料集合体では燃焼度
１０ＧＷd/t 程度まではガドリニアの効果によって反応
が抑えられているので水ギャップ幅の変化に対する投入
反応度の大きさもあまり変化しないが、燃焼度１０ＧＷ
d/t を越えると急に投入反応度の変化が少し大きくな
り、その後、燃焼度が１５ＧＷd/t 程度を越えると、再
び投入反応度の変化が徐々に少なくなっていき、いずれ
にしても全燃焼期間に亙って水ギャップ幅の変化に対す
る投入反応度の増大は有効に抑制されていることがわか
る。

【００４２】これに対して、従来の燃料集合体では、図
９に明らかなように燃焼初期から水ギャップの変化に対
する投入反応度が本発明の場合よりも少し高く、燃焼度
が１０ＧＷd/t 程度で投入反応度が最小値となる傾向を
示すが、燃焼度が１０ＧＷd/t を越えると水ギャップの
変化に対する投入反応度の急増が認められ、これは燃焼
度が４０ＧＷd/t 程度になるまで低下しないことがわか
る。

【００４３】ここで、全てのガドリニア入り燃料棒のガ
ドリニア濃度が同じとしたときの本発明の燃料集合体と
従来の燃料集合体の無限倍増率（反応度の絶対値）と、
燃焼度との関係を図５に示す。図５により、ガドリニア
の効果が消滅するのは、燃焼度１０ＧＷd/t 程度の時で
あることがわかる。

【００４４】これら図４、図９及び図５により、ガドリ
ニアの効果が消滅する燃焼度１０ＧＷd/t 近傍において
は水ギャップ量の変化に対する投入反応度の変化量は、
本発明の場合も従来の場合も大差ないことがわかる。と
ころで、本発明の燃料集合体による場合は、従来と比べ
て前記第１領域で熱中性子が減速される確率が高いた
め、その分だけガドリニア入り燃料棒の燃焼が促進さ
れ、ガドリニアの効果が消滅する近傍の燃焼度でのガド
リニアの残留効果が小さい。このことは、図５の無限倍
増率、即ち、反応度のピーク値を見ると従来の燃料集合
体に比べて本発明の燃料集合体の方が高いことに現れて
いる。

【００４５】従って、図５、図９より、水ギャップの拡
大は、燃料棒の核分裂を高めるにもかかわらず、熱中性
子が残留ガドリニアに吸収されることによる反応抑制効
果の存在を示していることがわかる。このことからも、
前記第１領域に配置されたガドリニア入り燃料棒のガド
リニア濃度を、前記第２領域に配置されたガドリニア入
り燃料棒のガドリニア濃度に比べて相対的に高いものと
することは、ガドニリアの中性子吸収効果が消滅する燃
焼度までの期間において制御棒と反対側の水ギャップが
増大した時の投入反応度の増加を抑制するという効果を
達成するのに有効である。

【００４６】また、請求項４の発明は、請求項１〜３の
いずれかの沸騰水型原子炉用燃料集合体において、９行
９列の燃料棒配置と、少なくとも１本の太径水チャンネ
ルとを有し、前記太径水チャンネルを、前記燃料集合体
の中心よりも制御棒から遠い方向に１列１行分以上ずれ
た燃料棒複数本分の領域内に配置したことを特徴とする
ものである。

【００４７】なお、以上述べたいずれの請求項にかかる
発明においても、用いる核分裂性物質はウランに限定さ
れるものではない。例えば、プルトニウムとウランを混
合した混合酸化物燃料（いわゆるＭＯＸ燃料）でも本発
明は同様の効果を奏する。この場合、以上の説明におけ
る濃縮度（ ²³⁵Ｕの重量割合）は、核分裂性プルトニウ
ム同位体（ ²³⁹Ｐｕ及び ²⁴¹Ｐｕ）の重量割合である富
化度と読み換えればよい。

【００４８】同様に、前記太径水チャンネルの断面形状
についても、太径の水チャンネルであれば、その断面形
状が円形や、矩形、楕円等であっても良く、特に限定さ
れるものではない。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を更に詳
しく説明するが、すべての図において同一又は相当する
部分は同一の符号を付している。

【００５０】図１は、本発明による沸騰水型原子炉用燃
料集合体の一実施形態を示す説明図である。図１に示し
た燃料集合体は、９行９列の燃料棒配置を持ち、７２本
の燃料棒１と１本の太径水チャンネルＷとを有する平均
濃縮度約３．８wt% のものである。

【００５１】この太径水チャンネルＷは３行３列分の領
域に亙る大きさの矩形状の断面を持ち、格子状配列の中
央より１行１列分だけ制御棒４から離れる方向にずれた
位置に配置されている。また、燃料棒１の濃縮度レベル
は最高がレベル１、最低がレベル６の６段階となってい
る。

【００５２】中性子の減速は、チャンネルボックス２の
全周に亙る水ギャップ側と燃料集合体内の太径水チャン
ネルＷ周囲とにおいて優勢であるので、この実施形態例
においては格子状配列の中央の３行３列分の領域に太径
水チャンネルを配置した燃料集合体と比較して制御棒４
が配置されていない水ギャップの二辺２ａ、２ｂと太径
水チャンネルＷとの間の領域Ｄにおいて中性子の減速が
より促進される。

【００５３】本例において、太径水チャンネルＷが比較
的広範囲に亙って前記二辺２ａ、２ｂに沿っているの
で、前記二辺２ａ、２ｂに対して広範囲に亙って熱中性
子とウランの核分裂反応を促進させている。そのため、
この例では、領域Ｄ内において前記二辺２ａ、２ｂに沿
って配置された燃料棒１の濃縮度レベルをレベル２以下
としている。

【００５４】これにより、水ギャップ幅の変動による熱
中性子束の変化が、特に反制御棒側の二辺部分において
小さくなるので、反制御棒側の二辺部分に隣接する水ギ
ャップが地震などで拡大してもその部分ではあまり熱中
性子束が増加せず、逆に制御棒側の水ギャップが狭くな
ってその部分の反応が低下するので、全体としては中性
子束は自動スクラム機能の設定レベルの１２０％を越え
ない程度に留まり、これにより、自動スクラム機能が無
暗に働くことはなく、原子炉の不要なスクラム動作を防
ぐことが可能である。

【００５５】図２は、本発明による沸騰水型原子炉用燃
料集合体の別の実施形態を示す説明図である。図２に示
した燃料集合体は、９行９列の燃料棒配置を持ち、７４
本の燃料棒１と２本の太径水ロッドＷ１、Ｗ２とを有す
る平均濃縮度約３．８wt% のものである。

【００５６】これらの太径水ロッドＷ１、Ｗ２は、それ
ぞれ直径が燃料集合体内の燃料棒のほぼ２本分の寸法を
持ち、燃料集合体の制御棒に最も近い一角と制御棒と最
も離れた一角とを結ぶ対角線上に並んで配置されると共
に、この２本を１組とした場合の水ロッド中心位置が集
合体の中心から１行１列分制御棒４から離れる方向にず
れた位置に配置されている。また、燃料棒１の濃縮度レ
ベルは最高がレベル１、最低がレベル６の６段階となっ
ている。

【００５７】この例では、太径水チャンネルの断面形状
が円形であるので、前記二辺２ａ、２ｂに対してロッド
の周面が平行対面しておらず、前述の図１に示した場合
ほど前記二辺２ａ、２ｂの広範囲に亙ってその影響を与
えていないが、従来のようにロッドを中心に配置した時
よりも前記領域Ｄに対して熱中性子とウランの核分裂反
応を促進させている。

【００５８】更にこの例では、前記二辺２ａ、２ｂに沿
って配置された燃料棒１の濃縮度レベルについては集合
体中の全燃料棒中の最高濃縮度よりも低レベルのものが
その本数の７５％以上となるように選択して配置する。
即ち、前記二辺２ａ、２ｂに沿って配置された燃料棒の
うち最高濃縮度の燃料棒の本数は２５％以下となるよう
選択配置したものとする。

【００５９】尚、本発明は、図１及び図２で示したよう
な燃料集合体に限らず、例えば、太径水ロッドの断面形
状が楕円状や長方形状あるいはその他の異型断面形状で
あるような別の構成の燃料集合体にも応用できることは
言うまでもない。

【００６０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、水ギャッ
プ幅の変動による熱中性子束の変化が特に反制御棒側の
二辺部分において小さいので、中小規模の地震による振
動で燃料集合体に揺れが生じても投入反応度が低く抑え
られる。そのため、中性子束があまり増加せず、自動ス
クラム機能の設定レベル（例えば、１２０％）を越えな
い程度に留まるので、自動スクラム機能が無暗に働くこ
とを防止し、原子炉の不要なスクラム動作を防ぐことが
できる。

【００６１】また、実質的な自動スクラム機能の非作動
限界範囲を広くすることができ、従来では不要な自動ス
クラム機能が働いていた規模の地震に対しても、原子炉
が無暗にスクラム動作することがなく、原子炉運転の信
頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の一例であり、７２本の燃料
棒と燃料集合体の中心よりも制御棒から遠い方向にずれ
た位置に配置された１本の太径水チャンネルＷとを有す
る９行９列のＤ格子炉心構造に用いる燃料集合体の構成
を示す説明図である。

【図２】本発明の実施形態の別の一例であり、７４本の
燃料棒と燃料集合体の中心よりも制御棒から遠い方向に
ずれた位置に配置された２本の太径水チャンネルＷとを
有する９行９列のＤ格子炉心構造に用いる燃料集合体の
構成を示す説明図である。

【図３】本発明による燃料集合体について、中小規模の
地震とほぼ同等の振動による集合体の変位量と反応度の
増加量（投入反応度）との関係を示す線図である。

【図４】全てのガドリニア入り燃料棒のガドリニア濃度
を同じとした場合の本発明による燃料集合体の水ギャッ
プ変化に対する反応度変化を表した線図である。

【図５】全てのガドリニア入り燃料棒のガドリニア濃度
を同じとしたときの本発明による燃料集合体と従来の燃
料集合体について、無限倍増率（反応度の絶対値）と燃
焼度との関係を示す線図である。

【図６】６２本の燃料棒と燃料集合体の中央領域に対称
配置された２本の太径水チャンネルＷとを有する８行８
列の燃料集合体を用いたＣ格子炉心構造（ａ図）とＤ格
子炉心構造（ｂ図）との要部の構成を示す説明図であ
る。

【図７】７２本の燃料棒と燃料集合体の中央領域に対称
配置された２本の太径水チャンネルＷとを有する９行９
列の従来の燃料集合体について、Ｃ格子炉心構造に用い
られる場合（ａ図）とＤ格子炉心構造に用いられる場合
（ｂ図）とのそれぞれの燃料棒の濃縮度分布を示した説
明図である。

【図８】従来の燃料集合体について、中小規模の地震と
ほぼ同等の振動による集合体の変位量と反応度の増加量
（投入反応度）との関係を示す線図である。

【図９】全てのガドリニア入り燃料棒のガドリニア濃度
を同じとした場合の従来の燃料集合体の水ギャップ変化
に対する反応度変化を表した線図である。

【符号の説明】

１ 燃料棒 ２ チャンネルボックス ３ ガドリニア入り燃料棒 ４ 制御棒 Ｗ，Ｗ１，Ｗ２ 太径水チャンネル

【手続補正書】

【提出日】平成８年１月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/32 ＧＤＢＥ ＧＤＢＪ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｄ格子配列の炉心構造に用いる沸騰水型
   原子炉用燃料集合体において、 太径水チャンネルと、格子状に配列された複数の燃料棒
   とを有し、 前記太径水チャンネルは、前記格子配列中で前記燃料集
   合体の中心よりも制御棒から遠い方向にずれた位置に配
   置され、 前記格子状配列の最外周縁領域に配置された燃料棒のう
   ち、前記制御棒と反対側の二辺部分に配置された燃料棒
   の本数の７５％以上は、核分裂性物質の重量割合が全燃
   料棒中の最大値よりも低い値の燃料物質からなることを
   特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
2. 【請求項２】 前記二辺部分に配置されたすべての燃料
   棒は、核分裂性物質の重量割合が全燃料棒中の最大値よ
   りも低い値の燃料物質からなることを特徴とする請求項
   １に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
3. 【請求項３】 前記太径水チャンネルと前記二辺部分と
   の間の第１領域に配置されたガドリニア入り燃料棒のガ
   ドリニア濃度が、前記最外周縁領域のうちの制御棒に隣
   接する他の二辺部分と前記太径水チャンネルとの間の第
   ２領域に配置されたガドリニア入り燃料棒のガドリニア
   濃度に比べて相対的に高いことを特徴とする請求項１又
   は２に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
4. 【請求項４】 ９行９列の燃料棒配置と、少なくとも１
   本の太径水チャンネルとを有し、 前記太径水チャンネルは、前記燃料集合体の中心よりも
   制御棒から遠い方向に１列１行分以上ずれた燃料棒複数
   本分の領域内に配置されていることを特徴とする請求項
   １〜３のいずれかに記載の沸騰水型原子炉用燃料集合
   体。