JPH09166678A

JPH09166678A - Ｍｏｘ燃料集合体

Info

Publication number: JPH09166678A
Application number: JP7327215A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Suzuki; 龍雄鈴木; Sadayuki Izutsu; 定幸井筒; Satoshi Fujita; 聡志藤田; Takaaki Mochida; 貴顕持田
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1997-06-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ガドリニア入り燃料棒における全体の負の反応
度価値を低下させることなくその本数を低減し、その低
減分をＭＯＸ燃料棒に置き換えることにより、プルトニ
ウムの使用率を向上できるＭＯＸ燃料集合体を提供す
る。【解決手段】９行９列に配置された燃料棒１５のうち、
ウォータロッド１３を配置するために置き換えられた７
本の燃料棒位置に対し同行隣接列若しくは同列隣接行と
なるような近接する位置には、ガドリニア入りのウラン
燃料棒１５ｂが６本配列され、その他の位置には６８本
のＭＯＸ燃料棒１５ａが配列されている。このとき、６
本のガドリニア入りウラン燃料棒１５ｂは、９行９列配
列の対角線方向に互いに隣接する３本の燃料棒の組が、
２本のウォータロッド１３，１３を挟んで２組配列され
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、沸騰水型原子炉に
備えられる燃料集合体に係わり、特に、ウラン・プルト
ニウム混合酸化物燃料を備えたＭＯＸ燃料集合体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所の核燃料リサイクルとし
て、再処理によって取り出されたプルトニウムをウラン
と混合させたウラン・プルトニウム混合酸化物燃料（以
下適宜、ＭＯＸ燃料という）の利用が提唱されている。
燃料サイクル費の低減を図るためには、プルトニウムの
消費を高めるすなわちプルトニウムの使用率を高めるこ
とが好ましい。

【０００３】一方、近年、同様に燃料サイクル費の低減
を図る観点から、ウラン燃料の高燃焼度化と並行する形
で、ＭＯＸ燃料の高燃焼度化が図られる傾向にある。こ
のようなＭＯＸ燃料の高燃焼度化の傾向が、（１）短尺
燃料棒の採用、（２）ウォータロッドの太径化、（３）
ガドリニア入り燃料棒本数の増加、をもたらすようにな
っている。これらについて、以下順番に詳細を説明す
る。

【０００４】（１）短尺燃料棒の採用一般に、燃料の高燃焼度化を図るためには、燃料の保有
する反応度を高める必要がある。したがって、ウラン燃
料の高燃焼度化を図るためには、ウラン濃縮度のを増加
させる必要があり、ＭＯＸ燃料の高燃焼度化を図るため
には、ＭＯＸ燃料のプルトニウム富化度（以下適宜、単
に富化度と呼ぶ）を増加させる必要がある。

【０００５】ここで、一般に燃料集合体にＭＯＸ燃料を
充填すると、核分裂性物質であるプルトニウム２３９や
プルトニウム２４１の熱中性子吸収断面積がウラン２３
５より大きいこと、プルトニウム２４０による中性子吸
収がウラン２３８より大きいこと等により、ウラン燃料
集合体よりも中性子スペクトルが硬くなる傾向がある。
これに加えて、前述したようにＭＯＸ燃料の富化度を増
加させると、これによっても中性子スペクトルの硬化が
増す傾向が生じる。

【０００６】これに対する対策の１つとして、例えば８
行８列の燃料棒配列（以下適宜、８×８配列という）の
燃料集合体を９行９列の燃料棒配列（以下、９×９配列
という）等の燃料集合体に変更することで、中性子スペ
クトルを軟らかくすることが考えられている。

【０００７】但しこのとき、９×９配列の燃料集合体に
変更する際、単に燃料棒本数を増加させただけでは、本
数増加による表面積の増大が気泡の抵抗を増やし、炉心
の圧力損失が増加して熱水力安定性が悪化する等の課題
が生じるので、燃料棒の一部に、軸方向長さが短い短尺
燃料棒を使用し、圧力損失の増加を押さえるようにして
いる。

【０００８】（２）ウォータロッドの太径化上記（１）で述べたような、ＭＯＸ燃料における中性子
スペクトル硬化に対するもう１つの対策として、ウォー
タロッドを太径化することで水（すなわち中性子の減速
材）領域を増加し、中性子スペクトルを軟らかくするこ
とが考えられている。

【０００９】なお、以上（２）の方策を講じてウラン燃
料の高燃焼度化を図った公知技術例として、例えば、特
開昭６２−２１７１８６号公報に記載のものがある。

【００１０】（３）ガドリニア入り燃料棒本数の増加上記（１）で前述したように、ＭＯＸ燃料の高燃焼度化
を図る際には燃料の反応度が高められていることから、
余剰反応度を適切に制御するためには、燃料集合体に使
用される可燃性中性子毒物のガドリニア入り燃料棒の本
数を増加させる必要がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）〜（３）に関しては、いずれも、最終的にプルト
ニウムの使用率を低下させるという新たな課題が生じ
る。すなわち、（１）短尺燃料棒の採用が行われるよう
になれば、その分ＭＯＸ燃料が少なくなるので、プルト
ニウムの使用率を低下させることになる。また、（２）
ウォータロッドの太径化が行われるようになれば、ウォ
ータロッドにより押しのけられる横断面積が増えるの
で、その分ＭＯＸ燃料棒の燃料集合体に占める割合が減
少して、プルトニウムの使用率を低下させることにな
る。また、一般に、プルトニウムは強い中性子吸収体で
あることから、ガドリニア入り燃料棒にはウランが用い
られるので、（３）ガドリニア入り燃料棒本数の増加が
行われるようになれば、その分ＭＯＸ燃料棒の燃料集合
体に占める割合が減少し、プルトニウムの使用率を低下
させることになる。

【００１２】このようなプルトニウムの使用率の低下を
防止するためには、上記（１）〜（３）の方策のうちい
ずれか１つの方策を、プルトニウム使用率が低下しない
ように改良すればよい。

【００１３】本発明の目的は、ガドリニア入り燃料棒に
おける全体の負の反応度価値を低下させることなくその
本数を低減し、その低減分をＭＯＸ燃料棒に置き換える
ことにより、プルトニウムの使用率を向上できるＭＯＸ
燃料集合体を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、複数行複数列の格子状に配列され
核分裂性物質が充填された複数本の燃料棒と、これら格
子状に配列された燃料棒のうち中央部領域近傍の複数本
の燃料棒を置き換える形で配列された少なくとも１本の
ウォータロッドとを有し、前記複数本の燃料棒は、前記
核分裂性物質としてウラン・プルトニウム混合酸化物燃
料が充填された複数本の第１の燃料棒、前記核分裂性物
質としてウラン・プルトニウム混合酸化物燃料が充填さ
れ軸方向長さが前記第１の燃料棒よりも短い複数本の第
２の燃料棒、及び前記核分裂性物質としてウラン燃料が
充填され可燃性毒物を含有する第３の燃料棒のうち、少
なくとも第１及び第３の燃料棒を含み、軽水炉炉心に装
荷されるＭＯＸ燃料集合体において、前記第３の燃料棒
のすべては、前記第２の燃料棒の配列位置及び前記ウォ
ータロッドに置き換えられた複数本の燃料棒の配列位置
のうち少なくとも一方の配列位置に対して、同行隣接列
及び同列隣接行のうちいずれか一方の関係となる位置に
配列されていることを特徴とするＭＯＸ燃料集合体が提
供される。

【００１５】軽水炉においては、水は冷却材としてだけ
ではなく、中性子の減速材としても重要な役割を担って
おり、炉心内部の水とプルトニウム及びウランの体積比
（＝減速材対燃料比）が、核特性に影響を与える重要な
要素となっている。すなわち、減速材対燃料比は、高速
中性子エネルギー及び共鳴中性子エネルギー領域での中
性子吸収率に影響を与える。

【００１６】つまり、一般に、低濃縮ウランを用いる熱
中性子炉では、熱外中性子の吸収反応の大半は、例えば
Ｐｕ２４０、Ｕ２３８のような親物質への捕獲反応であ
り、核分裂によるエネルギー発生と中性子の増倍には寄
与しない。しかしながら、減速材対燃料比が増加する
と、核分裂中性子（平均約２ＭｅＶのエネルギーを有す
る）が熱中性子まで減速される割合が増加する。

【００１７】したがって、熱中性子炉では、減速材対燃
料比を増加させて中性子スペクトルを軟らかくすること
により、熱中性子を増加させ、Ｐｕ２３９、Ｐｕ２４
１、Ｕ２３５への中性子吸収を増加させることができ
る。そしてこれにより核分裂に寄与する中性子が増える
ので、中性子束及び無限増倍率を大きくすることができ
る。そしてこのようにして中性子束を大きくすることに
よって、強い熱中性子吸収体である可燃性毒物の負の反
応度価値、すなわち、反応度に対して負の方向に働く効
果もまた高めることができることになる。

【００１８】燃料集合体においては、減速材対燃料比が
高くなる位置として、例えば、燃料チャンネルボックス
の外側の水ギャップ、ウォータロッド、及び短尺燃料棒
上部の水領域等が考えられる。

【００１９】本発明においては、可燃性毒物を含有する
第３の燃料棒を、複数本の燃料棒を置き換えたウォータ
ロッド位置又は短尺である第２の燃料棒の配列位置に対
して同行隣接列又は同列隣接行、すなわち非常に近接し
た位置に配列する。ここで、ウォータロッドは全領域が
水であるのでこれに近いほど減速材対燃料比が高く、ま
た第２の燃料棒については、短尺の燃料棒上方は水領域
であるので同様にこれに近いほど減速材対燃料比が高
い。

【００２０】したがって、第３の燃料棒の配列位置は中
性子スペクトルが軟らかく、中性子束分布が高くなるの
で、結果として、第３の燃料棒に含有される可燃性毒物
の負の反応度価値が高められる。よってその分、可燃性
毒物入りの第３の燃料棒の本数を従来より低減しても、
従来と同等の反応度抑制効果を得ることができる。好ま
しくは、前記ＭＯＸ燃料集合体において、前記格子状配
列は９行９列であり、前記ウォータロッドは、中央部領
域近傍の７本の燃料棒を置き換える形で前記９行９列配
列の対角線方向に隣接して２本配列されており、前記第
３の燃料棒は、前記７本の燃料棒位置に対して同行隣接
列及び同列隣接行のうちいずれか一方の関係となる位置
に、計６本配列されていることを特徴とするＭＯＸ燃料
集合体が提供される。

【００２１】さらに好ましくは、前記ＭＯＸ燃料集合体
において、前記６本の第３の燃料棒は、前記９行９列配
列の対角線方向に互いに隣接する３本の燃料棒の組が、
前記２本のウォータロッドを挟んで２組配列されている
ことを特徴とするＭＯＸ燃料集合体が提供される。

【００２２】また好ましくは、前記ＭＯＸ燃料集合体に
おいて、前記格子状配列は９行９列であり、前記ウォー
タロッドは、中央部領域近傍の７本の燃料棒を置き換え
る形で前記９行９列配列の対角線方向に隣接して２本配
列されており、前記第２の燃料棒は、前記９行９列配列
の最外周配列のすぐ内側の正方形状配列における、四隅
位置及び各辺中点位置に計８本配列されており、前記第
３の燃料棒は、前記ウォータロッドに置き換えられた７
本の燃料棒位置及び前記８本の第２の燃料棒位置に対し
て、同行隣接列及び同列隣接行のうちいずれか一方の関
係となる位置に、計１４本配列されていることを特徴と
するＭＯＸ燃料集合体が提供される。

【００２３】さらに好ましくは、前記ＭＯＸ燃料集合体
において、前記８本の第２の燃料棒のうち、前記９行９
列配列の最外周配列のすぐ内側の正方形状配列における
四隅位置に配置された４本を、同径のウォータロッドに
置き換えたことを特徴とするＭＯＸ燃料集合体が提供さ
れる。すなわちこれにより、減速材対燃料比を増加させ
ボイド反応度係数絶対値を低減し過渡変化を緩和した配
列構成に適用した場合も、可燃性毒物入り燃料棒の本数
を従来より低減することができる。

【００２４】また好ましくは、前記ＭＯＸ燃料集合体に
おいて、前記複数本の第１及び第２の燃料棒のそれぞれ
は、軸方向に一様なプルトニウム富化度分布を有し、か
つ、その平均プルトニウム富化度の値が、該複数本の第
１及び第２の燃料棒全体で４種類以下となるように構成
されていることを特徴とするＭＯＸ燃料集合体が提供さ
れる。

【００２５】また好ましくは、前記ＭＯＸ燃料集合体に
おいて、前記複数本の第１及び第２の燃料棒のそれぞれ
は、平均プルトニウム富化度の値が、該複数本の第１及
び第２の燃料棒全体で複数種類となるように構成されて
おり、かつ、各第２の燃料棒の平均プルトニウム富化度
は、前記複数種類の平均プルトニウム富化度のうち、大
きい方から２番目の値となっていることを特徴とするＭ
ＯＸ燃料集合体が提供される。

【００２６】また好ましくは、前記ＭＯＸ燃料集合体に
おいて、前記第３の燃料棒は、燃料有効長をＨとしたと
き、有効長最下端からの距離が０〜（１／２４）Ｈ及び
（２３／２４）Ｈ〜Ｈの範囲に、天然ウランからなる燃
料ペレットが充填された領域を備えていることを特徴と
するＭＯＸ燃料集合体が提供される。

【００２７】また好ましくは、前記ＭＯＸ燃料集合体に
おいて、前記複数の第３の燃料棒のそれぞれに添加され
る可燃性毒物の濃度は、該複数の第３の燃料棒全体で複
数種類になっていることを特徴とするＭＯＸ燃料集合体
が提供される。

【００２８】また上記目的を達成するために、本発明に
よれば、９行９列の格子状に配列され核分裂性物質が充
填された複数本の燃料棒と、これら格子状に配列された
燃料棒のうち中央部領域近傍の７本の燃料棒を置き換え
る形で前記９行９列配列の対角線方向に隣接して配列さ
れた２本のウォータロッドとを有し、前記複数本の燃料
棒は、前記核分裂性物質としてウラン・プルトニウム混
合酸化物燃料が充填された複数本の第１の燃料棒、前記
核分裂性物質としてウラン・プルトニウム混合酸化物燃
料が充填され軸方向長さが前記第１の燃料棒よりも短い
複数本の第２の燃料棒、及び前記核分裂性物質としてウ
ラン燃料が充填され可燃性毒物を含有する第３の燃料棒
を含み、軽水炉炉心に装荷されるＭＯＸ燃料集合体にお
いて、前記第３の燃料棒は、前記７本の燃料棒位置に対
して同行隣接列及び同列隣接行のうちいずれか一方の関
係となる位置に配列されている６本と、前記９行９列配
列の最外周配列のすぐ内側の正方形状配列における、四
隅位置及びこれに対して同行隣接列及び同列隣接行のう
ちいずれか一方の関係となる位置に配列されている１２
本との、あわせて１８本が配置されていることを特徴と
するＭＯＸ燃料集合体が提供される。これにより、すな
わち、ウラン量を増加させ原子炉運転期間の延長に対応
可能とした配列構成に適用した場合も、可燃性毒物入り
の第３の燃料棒の本数を従来より低減することができ
る。

【００２９】また上記目的を達成するために、本発明に
よれば、９行９列の格子状に配列され核分裂性物質が充
填された複数本の燃料棒と、これら格子状に配列された
燃料棒のうち中央部領域近傍の７本の燃料棒を置き換え
る形で前記９行９列配列の対角線方向に隣接して配列さ
れた２本のウォータロッドとを有し、前記複数本の燃料
棒は、前記核分裂性物質としてウラン・プルトニウム混
合酸化物燃料が充填された複数本の第１の燃料棒、前記
核分裂性物質としてウラン・プルトニウム混合酸化物燃
料が充填され軸方向長さが前記第１の燃料棒よりも短い
複数本の第２の燃料棒、及び前記核分裂性物質としてウ
ラン燃料が充填され可燃性毒物を含有する第３の燃料棒
を含み、軽水炉炉心に装荷されるＭＯＸ燃料集合体にお
いて、前記第３の燃料棒は、前記７本の燃料棒位置に対
して同行隣接列及び同列隣接行のうちいずれか一方の関
係となる位置に配列されている６本と、前記９行９列配
列の最外周配列のすぐ内側の正方形状配列における四隅
位置に配列されている４本と、前記第２の燃料棒の配列
位置に対して同行隣接列及び同列隣接行のうちいずれか
一方の関係となる位置に配列されている８本の、あわせ
て１８本が配置されていることを特徴とするＭＯＸ燃料
集合体が提供される。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。本発明の第１の実施形態を図１及
び図２により説明する。本実施形態によるＭＯＸ燃料集
合体の全体構造を表す縦断面図を図２に、図２中Ｉ−Ｉ
水平横断面図を図１に示す。

【００３１】図１及び図２において、燃料集合体１６
は、９行９列の格子状に配列された燃料棒１５と、中央
部領域近傍の７本の燃料棒１５を置き換える形で９行９
列配列の対角線方向に隣接して２本配列された２本のウ
ォータロッド１３と、燃料棒１５及びウォータロッド１
３の上下端部を保持する上部タイプレート１８及び下部
タイプレート１９と、燃料棒１５の軸方向の複数箇所に
配置され、燃料棒１５及びウォータロッド１３の相互間
の間隙を適切な状態に保持する燃料スペーサ２０と、上
部タイプレート１８に取り付けられ、スペーサ２０で保
持された燃料棒１５の束の外周を取り囲むチャンネルボ
ックス１２等から構成される。

【００３２】上部タイプレート１８には、図示しないチ
ャンネルファスナが取り付けられている。チャンネルボ
ックス１２近傍には、それに隣接するように十字型の制
御棒（図示せず）が挿入されて反応度の調整が行われ
る。

【００３３】燃料棒１５は、特に詳細を図示しないが、
上部端栓及び下部端栓により両端を密封された被覆管内
に、多数の燃料ペレットを充填したものである。そして
燃料棒１５は、ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料ペ
レット（ＭＯＸ燃料ペレット）を充填したＭＯＸ燃料棒
１５ａと、ウラン燃料ペレットを充填するとともにガド
リニアが添加されたウラン燃料棒１５ｂとから構成され
る。すなわち、燃料棒１５ａ，ｂは、これら燃料ペレッ
トを、被覆管内のガスプレナム領域に配置されたスプリ
ングが上下に押圧する構造となっている。

【００３４】ＭＯＸ燃料棒１５ａのＭＯＸ燃料ペレット
は、燃料物質であるＰｕＯ₂で主として構成され、核分
裂物質である₂₃₉Ｐｕ及び₂₄₁Ｐｕを含んでおり、プルト
ニウム富化度が増加されたいわゆる高燃焼度化燃料とな
っている。たＭＯＸ燃料棒１５ａは、軸方向に一様なプ
ルトニウム富化度分布となっており、そして各ＭＯＸ燃
料棒１５ａのプルトニウム富化度の値は、ＭＯＸ燃料棒
１５ａ全体で４種類以下となるように構成されている。

【００３５】またウラン燃料棒１５ｂのウラン燃料ペレ
ットは、燃料物質であるＵＯ₂で主として構成され、核
分裂物質である₂₃₅Ｕを含んでおり、ウラン濃縮度が増
加されたいわゆる高燃焼度化燃料となっている。またウ
ラン燃料棒１５ｂは、燃料有効長をＨとしたとき、有効
長最下端からの距離が０〜（１／２４）Ｈ及び（２３／
２４）Ｈ〜Ｈの範囲に、天然ウランからなる燃料ペレッ
トが充填された領域を備えている。さらに各ウラン燃料
棒１５ｂに添加されるガドリニアの濃度は、ウラン燃料
棒１５ｂ全体で１種類であるか、若しくは２種類以上で
もよい。

【００３６】そして図１に示されるように、９行９列に
配置された燃料棒１５のうち、ウォータロッド１３を配
置するために置き換えられた７本の燃料棒位置に対し同
行隣接列若しくは同列隣接行となるような近接する位置
には、ガドリニア入りのウラン燃料棒１５ｂが６本配列
され、その他の位置には６８本のＭＯＸ燃料棒１５ａが
配列されている。このとき、６本のガドリニア入りウラ
ン燃料棒１５ｂは、９行９列配列の対角線方向に互いに
隣接する３本の燃料棒の組が、２本のウォータロッド１
３，１３を挟んで２組配列されている。

【００３７】ウォータロッド１３は、燃料棒１５と同じ
被覆管が用いられているが、燃料棒１５の３．５本分の
領域を占める太径のものとなっている。また特に詳細を
図示しないが、ウォータロッド１３には、燃料物質は充
填されず、被覆管の上部及び下部の側面に孔を設けるこ
とで、内部を沸騰しない冷却水が通過するようになって
いる。

【００３８】なお、沸騰水型原子炉（以下適宜、ＢＷＲ
という）の炉心は、燃料集合体１６の４体に１本の割合
で十字型の制御棒が挿入される構造である。そしてＢＷ
Ｒ炉心には、挿入される制御棒に面するチャンネルボッ
クス１２の外側に形成される水ギャップの幅が、その反
対側にあって制御棒に面しないチャンネルボックス１２
の外側に形成される水ギャップの幅よりも広くなってい
る炉心（いわゆるＤ格子炉心）と、これら２つの水ギャ
ップの幅が等しい炉心（Ｃ格子炉心・Ｓ格子炉心・Ｎ格
子炉心）とがある。本実施形態の燃料集合体１６は、後
者の炉心に装荷される燃料集合体である。

【００３９】次に、本実施形態の作用効果を以下に説明
する。軽水炉においては、水は冷却材としてだけではな
く、中性子の減速材としても重要な役割を担っており、
炉心内部の水とプルトニウム及びウランの体積比（＝減
速材対燃料比）が、核特性に影響を与える重要な要素と
なっている。すなわち、減速材対燃料比は、高速中性子
エネルギー及び共鳴中性子エネルギー領域での中性子吸
収率に影響を与える。

【００４０】つまり、一般に、低濃縮ウランを用いる熱
中性子炉では、熱外中性子の吸収反応の大半は、例えば
Ｐｕ２４０、Ｕ２３８のような親物質への捕獲反応であ
り、核分裂によるエネルギー発生と中性子の増倍には寄
与しない。しかしながら、減速材対燃料比が増加する
と、核分裂中性子（平均約２ＭｅＶのエネルギーを有す
る）が熱中性子まで減速される割合が増加する。

【００４１】したがって、熱中性子炉では、減速材対燃
料比を増加させて中性子スペクトルを軟らかくすること
により、熱中性子を増加させ、Ｐｕ２３９、Ｐｕ２４
１、Ｕ２３５への中性子吸収を増加させることができ
る。そしてこれにより核分裂に寄与する中性子が増える
ので、中性子束及び無限増倍率を大きくすることができ
る。そしてこのようにして中性子束を大きくすることに
よって、強い熱中性子吸収体である可燃性毒物（例えば
ガドリニア）の負の反応度価値、すなわち、反応度に対
して負の方向に働く効果もまた高めることができること
になる。

【００４２】本実施形態の燃料集合体１６においては、
ガドリニア入りウラン燃料棒１５ｂをウォータロッド１
３の位置に対して非常に近接した位置に配列する。ここ
で、ウォータロッド１３は全領域が水であるのでこれに
近いほど減速材対燃料比が高くなる。したがって、ガド
リニア入りウラン燃料棒１５ｂの配列位置は中性子スペ
クトルが軟らかく中性子束分布が高くなるので、結果と
して、ＭＯＸ燃料棒１５ａにおけるプルトニウム富化度
の増加やウラン燃料棒１５ｂにおけるウラン濃縮度増加
によって生じる、燃料棒１５ｂのガドリニアによる反応
度制御能力の低下を打ち消し、このガドリニアの負の反
応度価値を高めることができる。よってその分、ガドリ
ニア入りウラン燃料棒１５ｂを従来より低減した本数
（例えば本実施形態では６本）としても、従来と同等の
反応度抑制効果を得ることができる。したがって、その
本数低減分をＭＯＸ燃料棒１５ａに置き換えることで、
従来よりも燃料集合体１６に占めるＭＯＸ燃料棒１５ａ
の本数を増やす（例えば本実施形態では６８本）ことが
でき、結果としてプルトニウムの使用率を向上すること
ができる。

【００４３】本発明の第２の実施形態を図３〜図７によ
り説明する。本実施形態は、いわゆる短尺燃料棒を含む
燃料集合体の実施形態である。本実施形態によるＭＯＸ
燃料集合体の下部領域（短尺燃料棒の存在する領域）に
おける水平横断面図を図３に示す。なお図３には、チャ
ンネルボックスに隣接して挿入される制御棒も併せて示
してある。図３において、本実施形態の燃料集合体２１
６は、取出燃焼度４５ＧＷｄ／ｔを目標とした１３ヶ月
〜１８ヶ月の運転に対応できるような燃料設計を想定し
ており、９行９列の格子状に配列された燃料棒２１５
と、中央部領域近傍の７本の燃料棒２１５を置き換える
形で９行９列配列の対角線方向に隣接して２本配列され
た２本のウォータロッド２１３と、燃料棒２１５の束の
外周を取り囲むチャンネルボックス２１２とを備えてい
る。また特に図示しないが、第１の実施形態と同様に、
後述する短尺燃料棒を除く燃料棒２１５の大部分及びウ
ォータロッド２１３の上端部は上部タイプレートで保持
され、また燃料棒２１５のすべて及びウォータロッド２
１３の下端部は下部タイプレートで保持され、燃料棒２
１５の軸方向の複数箇所には、燃料棒２１５及びウォー
タロッド２１３の相互間の間隙を適切な状態に保持する
燃料スペーサが設けられている。そして第１の実施形態
同様、上部タイプレートにはチャンネルファスナが取り
付けられ、チャンネルボックス２１２近傍には、それに
隣接するように十字型の制御棒２１４が挿入されて反応
度の調整が行われる。

【００４４】そして、燃料集合体２１６を構成する燃料
棒２１５は、図３に示すように、燃料棒番号１〜６で示
す６種類がある。燃料棒番号１〜４で表される燃料棒２
１５は、燃料有効長Ｈの全範囲にそれぞれ富化度Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ重量％の核分裂性プルトニウムが充填されて
いる長尺のＭＯＸ燃料棒である。また燃料棒番号５で表
される燃料棒２１５は、燃料有効長Ｈとして、有効長下
端からの距離（１／２４）Ｈ〜（１５／２４）Ｈの範囲
に富化度Ｂ重量％の核分裂性プルトニウムが充填されて
いる短尺のＭＯＸ燃料棒である。このとき、ＭＯＸ燃料
の富化度の大小関係は、富化度の大きい方から、Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ重量％であり、軸方向に一様な富化度となっ
ている。すなわち、燃料棒番号５の燃料棒２１５は、大
きい方から２番目のプルトニウム富化度の値となってい
る。

【００４５】一方、燃料棒番号６で表される燃料棒２１
５は、ガドリニア入りのウラン燃料棒であり、燃料有効
長Ｈとして、有効長下端からの距離０〜（１／２４）Ｈ
及び（２３／２４）Ｈ〜Ｈの範囲に、天然ウランからな
る燃料ペレットが充填された領域（天然ウランブランケ
ット領域）が備えられており、また有効長下端からの距
離（２／２４）Ｈ〜（２２／２４）Ｈの範囲に、可燃性
毒物であるガドリニアを含有している濃縮ウランが充填
されている領域（濃縮ウラン領域）が備えられているウ
ラン燃料棒である。このとき、濃縮ウラン領域の₂₃₅Ｕ
濃縮度はＥ重量％であり、ガドリニア濃度はＦ重量％で
ある。また、天然ウランブランケット領域の₂₃₅Ｕ濃縮
度は０．７１重量％である。なお、ガドリニア濃度及び
軸方向分布は、１種類であるが、それぞれの炉心におい
て適宜、１種類または複数種類を選択してもよい。以上
説明したような、燃料棒番号１〜６の燃料棒に関する、
プルトニウム富化度及びウラン濃縮度分布を概念的に表
した図を図４に示す。

【００４６】またこれら燃料棒２１５は、特に詳細を図
示しないが、第１の実施形態の燃料棒１５と同様、上部
端栓及び下部端栓により両端を密封された被覆管内に、
多数の燃料ペレットを充填したものである。ＭＯＸ燃料
棒２１５（燃料棒番号１〜５）は、ウラン・プルトニウ
ム混合酸化物燃料ペレット（ＭＯＸ燃料ペレット）を被
覆管内のガスプレナム領域に配置されたスプリングが上
下に押圧する構造となっている。このときＭＯＸ燃料ペ
レットは、燃料物質であるＰｕＯ₂で主として構成さ
れ、核分裂物質である₂₃₉Ｐｕ及び₂₄₁Ｐｕを含んでお
り、プルトニウム富化度が増加されたいわゆる高燃焼度
化燃料となっている。またガドリニア入りウラン燃料棒
２１５（燃料棒番号６）は、ウラン燃料ペレットを被覆
管内のガスプレナム領域に配置されたスプリングが上下
に押圧する構造となっている。このときウラン燃料ペレ
ットは、燃料物質であるＵＯ₂で主として構成され、核
分裂物質である₂₃₅Ｕを含んでおり、すなわち、燃料有
効長をＨとしたとき、有効長最下端からの距離が０〜
（１／２４）Ｈ及び（２３／２４）Ｈ〜Ｈの範囲に、天
然ウランからなる燃料ペレットが充填された領域を備え
ている。さらに各ウラン燃料棒１５ｂに添加されるガド
リニアの濃度は、ウラン燃料棒１５ｂ全体で１種類であ
るか、若しくは２種類以上でもよい。

【００４７】そして図３に示されるように、９行９列に
配置された燃料棒２１５のうち、燃料棒番号５で表され
る短尺燃料棒２１５は、９行９列配列の最外周配列のす
ぐ内側の正方形状配列における、四隅位置及び各辺中点
位置に計８本配列されている。また燃料棒番号６で表さ
れるガドリニア入りのウラン燃料棒２１５は、それら短
尺燃料棒２１５に対して同行隣接列若しくは同列隣接行
となるような近接する位置に８本と、ウォータロッド２
１３を配置するために置き換えられた７本の燃料棒位置
に対して同行隣接列若しくは同列隣接行となるような近
接する位置に６本、合計で１４本配列され、その他の位
置には燃料棒番号１〜４で表されるＭＯＸ燃料棒２１５
が図示のように配列されている。なおこのとき、ウォー
タロッド２１３に隣接する６本のガドリニア入りウラン
燃料棒２１５（燃料棒番号６）は、９行９列配列の対角
線方向に互いに隣接する３本の燃料棒の組が、２本のウ
ォータロッド２１３，２１３を挟んで２組配列されてい
る。

【００４８】次に、本実施形態の作用効果を以下に説明
する。第１の実施形態において前述したように、熱中性
子炉では、減速材対燃料比を増加させて中性子スペクト
ルを軟らかくすることにより、熱中性子を増加させ、Ｐ
ｕ２３９、Ｐｕ２４１、Ｕ２３５への中性子吸収を増加
させることができる。そしてこれにより核分裂に寄与す
る中性子が増えるので、中性子束及び無限増倍率を大き
くすることができる。そしてこのようにして中性子束を
大きくすることによって、強い熱中性子吸収体である可
燃性毒物の負の反応度価値、すなわち、反応度に対して
負の方向に働く効果もまた高めることができることにな
る。

【００４９】本実施形態の燃料集合体２１６において
は、ガドリニア入りウラン燃料棒２１５（燃料棒番号
６）をウォータロッド２１３の位置及び短尺ＭＯＸ燃料
棒２１５（燃料棒番号５）の配列位置に対して非常に近
接した位置に配列する。

【００５０】ここで、ウォータロッド２１３は全領域が
水であるのでこれに近いほど減速材対燃料比が高く、ま
た短尺ＭＯＸ燃料棒２１５については、短尺の燃料棒上
方は水領域であるので同様にこれに近いほど減速材対燃
料比が高い。したがって、ガドリニア入りウラン燃料棒
２１５（燃料棒番号６）の配列位置は中性子スペクトル
が軟らかく、中性子束分布が高くなる。このことを図５
を用いてさらに具体的に説明する。

【００５１】図５は、燃料集合体２１６の、短尺燃料棒
２１５（燃料棒番号５）が存在する水平横断面上（有効
長下端からの距離（１／２４）Ｈ〜（１５／２４）Ｈの
範囲）における、２本の太径ウォータロッド２１３，２
１３領域内の対角線方向線分ＯＯ’Ｏ”及び線分ＰＰ’
（図１参照）上での熱中性子束分布を、各点Ｏ，Ｏ’，
Ｏ”，Ｐ，Ｐ”において解析計算した結果である。な
お、これら点Ｏ，Ｏ’，Ｏ”，Ｐ，Ｐ”は、ウォータロ
ッド２１３，２１３に置き換えられた７本の燃料棒２１
５の中心位置に相当する位置であり、また、熱中性子束
分布は、前述した水平横断面上の熱中性子束を１.０に
規格化したときの相対値で表している。図５に示される
ように、線分ＯＯ’Ｏ”の両端Ｏ及びＯ”における熱中
性子束の値は０．９７程度であるが、２本の太径ウォー
タロッド２１３，２１３間に挟まれる中点Ｏ’では約
１．３４と極めて高くなる。そして、線分ＰＰ’の両端
Ｐ及びＰ’における熱中性子束の値は、線分ＯＯ’Ｏ”
の中点Ｏ’の高い値の影響を受けて、点Ｏ及び点Ｏ”の
熱中性子束よりも高くなっている。したがって、この線
分ＰＰ’の両端Ｐ及びＰ’に対して同行隣接列若しくは
同列隣接行位置に配列された６本のガドリニア入りウラ
ン燃料棒２１５（燃料棒番号６）は、熱中性子束の高い
位置に配置されていることがわかる。

【００５２】また図５に示された結果から、水領域に近
いほど熱中性子束の値が高くなることが容易に類推され
るので、上方が水領域となる短尺のＭＯＸ燃料棒２１５
（燃料棒番号５）に対して同行隣接列若しくは同列隣接
行位置に配列された８本のガドリニア入りウラン燃料棒
２１５（燃料棒番号６）も、熱中性子束の高い位置に配
置されていることがわかる。

【００５３】以上のように、合計１４本のガドリニア入
りウラン燃料棒２１５（燃料棒番号６）の配列位置は中
性子スペクトルが軟らかく中性子束分布が高くなるの
で、結果として、ＭＯＸ燃料棒２１５（燃料棒番号１〜
５）におけるプルトニウム富化度の増加によって生じ
る、ウラン燃料棒２１５（燃料棒番号６）のガドリニア
による反応度制御能力の低下を打ち消し、このガドリニ
アの負の反応度価値を高めることができる。よってその
分、ガドリニア入りウラン燃料棒２１５（燃料棒番号
６）を従来より低減した本数（例えば本実施形態では１
４本）としても、従来と同等の反応度抑制効果を得るこ
とができる。このことを図６及び図７を用いてさらに具
体的に説明する。

【００５４】図６は、本実施形態のＭＯＸ燃料集合体２
１６の比較例として参照するＭＯＸ燃料集合体２６６の
水平横断面図である。本実施形態と同等の部材には同一
の符号を付す。図６に示すＭＯＸ燃料集合体２６６にお
いて、図３に示す本実施形態のＭＯＸ燃料集合体２１６
と異なる点は、２本の太径ウォータロッド２１３，２１
３に近接して６本設けていたガドリニア入りウラン燃料
棒２１５（燃料棒番号６）を、ウォータロッド２１３，
２１３から少し離れた位置に８本配置したことである。
これにともなって燃料棒番号１のＭＯＸ燃料棒２１５の
本数が２本減っている。その他の点は、本実施形態によ
るＭＯＸ燃料集合体２１６とほぼ同様である。

【００５５】上記比較例によるＭＯＸ燃料集合体２６６
及び本実施形態によるＭＯＸ燃料集合体２１６の、下部
領域（短尺燃料棒の存在する領域）における無限増倍率
を、横軸に燃焼度をとって比較して図７に示す。図７に
示されるように、燃焼の進行にともない、両者の無限増
倍率の値はほとんど同一のカーブを描きながら推移する
ことがわかる。よって、本実施形態によるＭＯＸ燃料集
合体２１６によれば、ガドリニア入りウラン燃料棒２１
５（燃料棒番号６）を、従来構造に相当する比較例によ
るＭＯＸ燃料集合体２６６より２本低減しても、従来と
同等の反応度抑制効果を得ることができる。

【００５６】したがって、本実施形態のＭＯＸ燃料集合
体２１６によれば、そのガドリニア入りウラン燃料棒２
１５（燃料棒番号６）の本数低減分（２本）をＭＯＸ燃
料棒２１５（燃料棒番号１〜５）に置き換えることで、
従来よりも燃料集合体２１６に占めるＭＯＸ燃料棒２１
５（燃料棒番号１〜５）の本数を５８本から６０本に２
本増やすことができるので、結果としてプルトニウムの
使用率を向上することができる。

【００５７】なお、上記第２の実施形態においては、ガ
ドリニア入りウラン燃料棒２１５（燃料棒番号６）に
は、天然ウランからなる燃料ペレットが充填されていた
が、これに限られず、例えばウラン濃縮度が増加された
いわゆる高燃焼度化燃料のペレットが充填されていても
よい。この場合も同様の効果を得る。

【００５８】本発明の第３の実施形態を図８により説明
する。本実施形態によるＭＯＸ燃料集合体３１６の下部
領域（短尺燃料棒の存在する領域）における水平横断面
図を図８に示す。なお図８には、第２の実施形態同様、
チャンネルボックスに隣接して挿入される制御棒も併せ
て示してある。第２の実施形態と同等の部材には同一の
符号を付す。図８において、本実施形態の燃料集合体３
１６は、ウラン量の増加により運転期間の延長に対応可
能な構造となっているものであり、図３に示された第２
の実施形態の燃料集合体２１６と異なる点は、８本の短
尺燃料棒２１５（燃料棒番号５）のうちの４本を、ガド
リニア入りウラン燃料棒２１５（燃料棒番号６）に置き
換えていることである。その他の構造は、第２の実施形
態とほぼ同様である。

【００５９】本実施形態によっても、第２の実施形態と
同様の効果を得る。すなわち、従来、ウラン量を増加さ
せ原子炉運転期間の延長に対応可能とするために、ガド
リニア入りウラン燃料棒２１５（燃料棒番号６）が比較
的多数（例えば２０本）設けられていたのを、その中の
一部（本実施形態では６本）を中性子スペクトルが軟ら
かく中性子束分布が高いウォータロッド２１３，２１３
近接位置に配置することにより、その近接配置されたウ
ラン燃料棒２１５（燃料棒番号６）についてガドリニア
の負の反応度価値を高めることができる。よってその
分、ガドリニア入りウラン燃料棒２１５（燃料棒番号
６）全体の本数を従来よりも低減（例えば本実施形態で
は１８本で２本低減可能）しても、従来と同等の反応度
抑制効果を得ることができる。したがって、その本数低
減分をＭＯＸ燃料棒２１５（燃料棒番号１〜５）に置き
換えることで、従来よりも燃料集合体３１６に占めるＭ
ＯＸ燃料棒２１５（燃料棒番号１〜５）の本数を増やす
（例えば本実施形態では５６本）ことができるので、結
果として従来構造よりプルトニウムの使用率を向上する
ことができる。

【００６０】なお、上記構成の変形例として、８本のガ
ドリニア入りウラン燃料棒２１５（燃料棒番号６）を、
４本残る短尺燃料棒２１５（燃料棒番号５）を挟むよう
に両隣に配置する構成もある。このような構成の燃料集
合体３５６を図９に示す。

【００６１】本発明による第４の実施形態を図１０によ
り説明する。本実施形態によるＭＯＸ燃料集合体４１６
の下部領域（短尺燃料棒の存在する領域）における水平
横断面図を図１０に示す。なお図１０には、第２及び第
３の実施形態同様、チャンネルボックスに隣接して挿入
される制御棒も併せて示してある。第２及び第３の実施
形態と同等の部材には同一の符号を付す。図１０におい
て、本実施形態の燃料集合体４１６は、減速材対燃料比
を増加させてボイド反応度係数絶対値を低減し、過渡変
化を緩和可能な構造となっているものであり、図３に示
された第２の実施形態の燃料集合体２１６と異なる点
は、８本の短尺燃料棒２１５（燃料棒番号５）のうちの
４本を、同径の長尺のウォータロッド４１３に置き換え
ていることである。その他の構造は、第２の実施形態と
ほぼ同様である。

【００６２】本実施形態によっても、第２の実施形態と
同様の効果を得る。すなわち、従来、減速材対燃料比を
増加させてボイド反応度係数絶対値を低減し、過渡変化
を緩和可能とするために、４本のウォータロッド４１３
を設けると共にガドリニア入りウラン燃料棒２１５（燃
料棒番号６）が比較的多数（例えば１６本）設けられて
いた構造において、ガドリニア入りウラン燃料棒２１５
（燃料棒番号６）のすべてを、中性子スペクトルが軟ら
かく中性子束分布が高いウォータロッド２１３又はウォ
ータロッド４１３の近接位置に配置することにより、ウ
ラン燃料棒２１５（燃料棒番号６）中のガドリニアの負
の反応度価値を高めることができる。よってその分、ガ
ドリニア入りウラン燃料棒２１５（燃料棒番号６）全体
の本数を従来よりも低減（例えば本実施形態では１４本
で２本低減可能）しても、従来と同等の反応度抑制効果
を得ることができる。

【００６３】したがって、その本数低減分をＭＯＸ燃料
棒２１５（燃料棒番号１〜５）に置き換えることで、従
来よりも燃料集合体４１６に占めるＭＯＸ燃料棒２１５
（燃料棒番号１〜５）の本数を増やす（例えば本実施形
態では５６本）ことができるので、結果として従来構造
よりプルトニウムの使用率を向上することができる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、可燃性毒物を含有する
第３の燃料棒を、短尺である第２の燃料棒の配列位置又
は複数本の燃料棒を置き換えたウォータロッド位置に対
して同行隣接列又は同列隣接行、すなわち非常に近接し
た位置に配置するので、中性子スペクトルが軟らかく、
中性子束分布が高くなる。よって結果として、第３の燃
料棒に含有される可燃性毒物の負の反応度価値が高めら
れ、その分、可燃性毒物入りの第３の燃料棒の本数を従
来より低減しても、従来と同等の反応度抑制効果を得る
ことができる。したがって、その本数低減分をＭＯＸ燃
料棒に置き換えることで、燃料集合体に占めるＭＯＸ燃
料棒の本数を従来よりも増やし、プルトニウムの使用率
を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態によるＭＯＸ燃料集合
体の水平横断面図である。

【図２】図１に示されたＭＯＸ燃料集合体の全体構造を
表す縦断面図である。

【図３】本発明の第２の実施形態によるＭＯＸ燃料集合
体の下部領域（短尺燃料棒の存在する領域）における水
平横断面図である。

【図４】図３に示されたＭＯＸ燃料集合体に備えられた
燃料棒に関する、プルトニウム富化度及びウラン濃縮度
分布を概念的に表した図である。

【図５】図３に示されたＭＯＸ燃料集合体の、短尺燃料
棒が存在する水平横断面上における熱中性子束分布を解
析計算した結果を表す図である。

【図６】図３に示されたＭＯＸ燃料集合体の比較例とし
て参照するＭＯＸ燃料集合体の水平横断面図である。

【図７】図３に示されたＭＯＸ燃料集合体及び図６に示
されたＭＯＸ燃料集合体の、下部領域（短尺燃料棒の存
在する領域）における無限増倍率を比較して示した図で
ある。

【図８】本発明の第３の実施形態によるＭＯＸ燃料集合
体の下部領域（短尺燃料棒の存在する領域）における水
平横断面図である。

【図９】図８に示された構成の変形例を表す水平横断面
図である。

【図１０】本発明の第４の実施形態によるＭＯＸ燃料集
合体の下部領域（短尺燃料棒の存在する領域）における
水平横断面図である。

【符号の説明】

１２燃料チャンネルボックス１３ウォータロッド１５燃料棒１５ａＭＯＸ燃料棒１５ｂガドリニア入りウラン燃料棒１６燃料集合体１８上部タイプレート１９下部タイプレート２０燃料スペーサ２１２燃料チャンネルボックス２１３ウォータロッド２１４制御棒２１５燃料棒２１６燃料集合体３１６燃料集合体４１３ウォータロッド４１６燃料集合体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田聡志茨城県日立市幸町三丁目２番１号日立エンジニアリング株式会社内 (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数行複数列の格子状に配列され核分裂
性物質が充填された複数本の燃料棒と、これら格子状に
配列された燃料棒のうち中央部領域近傍の複数本の燃料
棒を置き換える形で配列された少なくとも１本のウォー
タロッドとを有し、前記複数本の燃料棒は、前記核分裂
性物質としてウラン・プルトニウム混合酸化物燃料が充
填された複数本の第１の燃料棒、前記核分裂性物質とし
てウラン・プルトニウム混合酸化物燃料が充填され軸方
向長さが前記第１の燃料棒よりも短い複数本の第２の燃
料棒、及び前記核分裂性物質としてウラン燃料が充填さ
れ可燃性毒物を含有する第３の燃料棒のうち、少なくと
も第１及び第３の燃料棒を含み、軽水炉炉心に装荷され
るＭＯＸ燃料集合体において、前記第３の燃料棒のすべては、前記第２の燃料棒の配列
位置及び前記ウォータロッドに置き換えられた複数本の
燃料棒の配列位置のうち少なくとも一方の配列位置に対
して、同行隣接列及び同列隣接行のうちいずれか一方の
関係となる位置に配列されていることを特徴とするＭＯ
Ｘ燃料集合体。
【請求項２】請求項１記載のＭＯＸ燃料集合体におい
て、前記格子状配列は９行９列であり、前記ウォータロ
ッドは、中央部領域近傍の７本の燃料棒を置き換える形
で前記９行９列配列の対角線方向に隣接して２本配列さ
れており、前記第３の燃料棒は、前記７本の燃料棒位置
に対して同行隣接列及び同列隣接行のうちいずれか一方
の関係となる位置に、計６本配列されていることを特徴
とするＭＯＸ燃料集合体。
【請求項３】請求項２記載のＭＯＸ燃料集合体におい
て、前記６本の第３の燃料棒は、前記９行９列配列の対
角線方向に互いに隣接する３本の燃料棒の組が、前記２
本のウォータロッドを挟んで２組配列されていることを
特徴とするＭＯＸ燃料集合体。
【請求項４】請求項１記載のＭＯＸ燃料集合体におい
て、前記格子状配列は９行９列であり、前記ウォータロ
ッドは、中央部領域近傍の７本の燃料棒を置き換える形
で前記９行９列配列の対角線方向に隣接して２本配列さ
れており、前記第２の燃料棒は、前記９行９列配列の最
外周配列のすぐ内側の正方形状配列における、四隅位置
及び各辺中点位置に計８本配列されており、前記第３の
燃料棒は、前記ウォータロッドに置き換えられた７本の
燃料棒位置及び前記８本の第２の燃料棒位置に対して、
同行隣接列及び同列隣接行のうちいずれか一方の関係と
なる位置に、計１４本配列されていることを特徴とする
ＭＯＸ燃料集合体。
【請求項５】請求項４記載のＭＯＸ燃料集合体におい
て、前記８本の第２の燃料棒のうち、前記９行９列配列
の最外周配列のすぐ内側の正方形状配列における四隅位
置に配置された４本を、同径のウォータロッドに置き換
えたことを特徴とするＭＯＸ燃料集合体。
【請求項６】請求項１記載のＭＯＸ燃料集合体におい
て、前記複数本の第１及び第２の燃料棒のそれぞれは、
軸方向に一様なプルトニウム富化度分布を有し、かつ、
その平均プルトニウム富化度の値が、該複数本の第１及
び第２の燃料棒全体で４種類以下となるように構成され
ていることを特徴とするＭＯＸ燃料集合体。
【請求項７】請求項１記載のＭＯＸ燃料集合体におい
て、前記複数本の第１及び第２の燃料棒のそれぞれは、
平均プルトニウム富化度の値が、該複数本の第１及び第
２の燃料棒全体で複数種類となるように構成されてお
り、かつ、各第２の燃料棒の平均プルトニウム富化度
は、前記複数種類の平均プルトニウム富化度のうち、大
きい方から２番目の値となっていることを特徴とするＭ
ＯＸ燃料集合体。
【請求項８】請求項１記載のＭＯＸ燃料集合体におい
て、前記第３の燃料棒は、燃料有効長をＨとしたとき、
有効長最下端からの距離が０〜（１／２４）Ｈ及び（２
３／２４）Ｈ〜Ｈの範囲に、天然ウランからなる燃料ペ
レットが充填された領域を備えていることを特徴とする
ＭＯＸ燃料集合体。
【請求項９】請求項１記載のＭＯＸ燃料集合体におい
て、前記複数の第３の燃料棒のそれぞれに添加される可
燃性毒物の濃度は、該複数の第３の燃料棒全体で複数種
類になっていることを特徴とするＭＯＸ燃料集合体。
【請求項１０】９行９列の格子状に配列され核分裂性
物質が充填された複数本の燃料棒と、これら格子状に配
列された燃料棒のうち中央部領域近傍の７本の燃料棒を
置き換える形で前記９行９列配列の対角線方向に隣接し
て配列された２本のウォータロッドとを有し、前記複数
本の燃料棒は、前記核分裂性物質としてウラン・プルト
ニウム混合酸化物燃料が充填された複数本の第１の燃料
棒、前記核分裂性物質としてウラン・プルトニウム混合
酸化物燃料が充填され軸方向長さが前記第１の燃料棒よ
りも短い複数本の第２の燃料棒、及び前記核分裂性物質
としてウラン燃料が充填され可燃性毒物を含有する第３
の燃料棒を含み、軽水炉炉心に装荷されるＭＯＸ燃料集
合体において、前記第３の燃料棒は、前記７本の燃料棒位置に対して同
行隣接列及び同列隣接行のうちいずれか一方の関係とな
る位置に配列されている６本と、前記９行９列配列の最
外周配列のすぐ内側の正方形状配列における、四隅位置
及びこれに対して同行隣接列及び同列隣接行のうちいず
れか一方の関係となる位置に配列されている１２本と
の、あわせて１８本が配置されていることを特徴とする
ＭＯＸ燃料集合体。
【請求項１１】９行９列の格子状に配列され核分裂性
物質が充填された複数本の燃料棒と、これら格子状に配
列された燃料棒のうち中央部領域近傍の７本の燃料棒を
置き換える形で前記９行９列配列の対角線方向に隣接し
て配列された２本のウォータロッドとを有し、前記複数
本の燃料棒は、前記核分裂性物質としてウラン・プルト
ニウム混合酸化物燃料が充填された複数本の第１の燃料
棒、前記核分裂性物質としてウラン・プルトニウム混合
酸化物燃料が充填され軸方向長さが前記第１の燃料棒よ
りも短い複数本の第２の燃料棒、及び前記核分裂性物質
としてウラン燃料が充填され可燃性毒物を含有する第３
の燃料棒を含み、軽水炉炉心に装荷されるＭＯＸ燃料集
合体において、前記第３の燃料棒は、前記７本の燃料棒位置に対して同
行隣接列及び同列隣接行のうちいずれか一方の関係とな
る位置に配列されている６本と、前記９行９列配列の最
外周配列のすぐ内側の正方形状配列における四隅位置に
配列されている４本と、前記第２の燃料棒の配列位置に
対して同行隣接列及び同列隣接行のうちいずれか一方の
関係となる位置に配列されている８本の、あわせて１８
本が配置されていることを特徴とするＭＯＸ燃料集合
体。