JPH10115690A - 燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】沸騰水型原子炉用燃料集合体において、最高ウ
ラン濃縮度に５．０ｗｔ％という制約が課せられた場合
に、ガドリニア入り燃料棒に問題を生じることなく平均
ウラン濃縮度を高め、取出平均燃焼度を４５ＧＷｄ／ｔ
よりも高くする。 【解決手段】燃料棒２０〜２３の平均ウラン濃縮度は４
ｗｔ％以上とし、Ｇｄ棒２３の全燃料棒に対する本数割
合は２０％〜３０％とし、その濃縮度はペレット最高ウ
ラン濃縮度とペレット最低ウラン濃縮度の間であって、
かつ最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６とする。上
下端部のブランケット領域を除いた濃縮度燃料部の燃料
集合体横断面平均ウラン濃縮度は４．５ｗｔ％以上又は
４．３ｗｔ％以上にするか、当該燃料部の燃料集合体横
断面平均ウラン濃縮度と上記燃料ペレットの最高ウラン
濃縮度の比を１．１１以下又は１．１６以下にする。

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（Ｂ
ＷＲ）用燃料集合体に係わり、特に、適用できるウラン
最高濃縮度に制約があるときに、高燃焼度化によって燃
料経済性向上を達成するのに好適な燃料集合体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、軽水型原子炉では燃料経済性向上
と廃棄物量低減（燃料体取出数低減）が重要な課題とな
っている。この燃料経済性向上と燃料体取出数低減に
は、燃料集合体の取出燃焼度を大きくすること（高燃焼
度化）が効果的である。

【０００３】燃料集合体の取出燃焼度を大きくするため
には、炉心に装荷する新燃料集合体ウランペレットのウ
ラン−２３５割合を大きくする、すなわち新燃料集合体
平均のウラン濃縮度を高めること（高濃縮度化）が必要
である。高燃焼度化のためウラン濃縮度を高めることに
関する従来技術として以下のものがある。

【０００４】⊥特開昭６３−１３３０８６号公報 この従来技術では、高濃縮度化の中で最高濃縮度を低く
することなどを目的として、ガドリニア入り燃料棒を燃
料集合体の最外周及びウォータロッド周囲の一部に配置
することで、燃料棒の濃縮度の種類を２種類または３種
類に減らし、最高濃縮度の燃料棒本数を増やすことによ
って最高濃縮度の値を低くしている。具体的には、その
公報の第１図の実施例では、燃料棒の濃縮度を７．２ｗ
ｔ％と５．４ｗｔ％の２種類とし、ガドリニア入り燃料
棒のウラン濃縮度を最低の５．４ｗｔ％とし、かつその
ガドリニア入り燃料棒を燃料集合体の最外周とウォータ
ロッドの周囲に配置している。また、第１０図の実施例
では、燃料棒の濃縮度を６．６ｗｔ％と６．２ｗｔ％と
５．２ｗｔ％の３種類とし、ガドリニア入り燃料棒のウ
ラン濃縮度を最高の６．６ｗｔ％とし、かつそのガドリ
ニア入り燃料棒を燃料集合体の最外周とウォータロッド
の周囲に配置している。

【０００５】⌒特開昭６４−２８５８７号公報 この従来技術では、燃料集合体の平均濃縮度を高めるた
め、ガドリニア入り燃料棒のウラン濃縮度を燃料集合体
で使用されているウランの中で最高濃縮度とし、かつガ
ドリニア入り燃料棒の燃料有効長を短くして、ウラン濃
縮度を最高としたために生じる出力上昇による内圧の上
昇を抑制している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、高燃焼
度化のためには燃料集合体のウラン濃縮度を高めなけれ
ばならないが、ウラン濃縮度を高めるためには種々の観
点からの検討が必要である。

【０００７】例えば、高燃焼度化するためウラン濃縮度
を高くすると、燃料集合体内の出力ピーキング、つまり
ローカルピーキング係数が大きくなる。特に、燃料集合
体の最外層、特にそのコーナー領域付近のローカルピー
キング係数が大きくなる。このため、例えば比較的中性
子減速が起こりやすく、同じウラン濃縮度としても出力
が大きくなりやすい燃料集合体の最外層、特にそのコー
ナー領域付近の燃料棒の濃縮度を低くするなど、燃料集
合体のウラン濃縮度の分布をコントロールしてローカル
ピーキング係数が一定の値以下になるようにしている。

【０００８】また、減速材対燃料比を大きくしないで濃
縮度を上げたのでは、中性子のエネルギスペクトルが硬
化してしまい、燃料集合体の無限増倍率はその濃縮度に
おける無限増倍率の最大値とはならず、またボイド反応
度係数の絶対値が大きくなり過ぎて過渡時の炉心の応答
が厳しくなる。このため、ウォータロッドの水領域を増
やす必要がある。一方、ウォータロッドの水領域増加さ
せていくと、８×８格子のままでは燃料棒本数が減少
し、熱的余裕が小さくなる。このため、燃料棒配列を９
行×９列の格子とすることにより、ウォータロッド配置
の自由度を増すと共に、燃料棒の平均線出力密度を低減
させることによって熱的余裕を確保することが考えられ
ている。

【０００９】また、サイクル初期の余剰反応度を押さえ
るため、可燃性吸収材例えばガドリニアを添加した燃料
棒（ガドリニア入り燃料棒）が用いられるが、高燃焼度
化のためウラン濃縮度を増すと、ガドリニアによって抑
制しなければならない反応度量が増加し、かつその期間
が伸びるので、ガドリニア入り燃料棒の本数も増やす必
要がある。このガドリニア入り燃料棒は燃料集合体の最
外周に配置すると、反応度を制御する制御棒の近くに同
じ吸収材が位置することになって制御棒のきき（制御棒
価値）が悪くなるので、通常、ガドリニア入り燃料棒は
最外周より内側に配置される。また、ガドリニア入り燃
料棒は、ウランのみの燃料棒に比べ燃料棒の熱伝導度が
数％悪くなる。このため、たとえ出力が同じ場合でも燃
料棒中心温度が高くなり燃料健全性を損なう方向にある
ので、ウラン濃縮度を低くしている。

【００１０】以上の技術背景の下、上記の特開昭６３−
１３３０８６号公報及び特開昭６４−２８５８７号公報
に記載の従来技術が提案されている。しかし、これら従
来技術には以下の問題点がある。

【００１１】上記のように、現在の燃料ペレットの製造
技術では、燃料集合体に適用できる最高ウラン濃縮度に
５．０ｗｔ％という制約がある。特開昭６４−２８５８
７号公報に記載の従来技術は、最高濃縮度として７．２
ｗｔ％（第１図の実施例）、６．６ｗｔ％（第１０図の
実施例）を挙げており、当該制約下で平均濃縮度を高め
ることを考えていない。また、第１図及び第１０図の実
施例では、ウランの高濃縮度化に対応してガドリニア入
り燃料棒の本数を増しており、この場合ガドリニア入り
燃料棒の一部は必ず燃料集合体の最外周に配置すること
を条件としている。しかし、このようにガドリニア入り
燃料棒を燃料集合体の最外周に配置することは、上述し
たように制御棒価値を低下させ、炉停止性能が損なわれ
る。したがって、できればガドリニア入り燃料棒を燃料
集合体の最外周に配置することなく、平均濃縮度を高め
ることが望まれる。

【００１２】特開昭６４−２８５８７号公報に記載の従
来技術は、最高ウラン濃縮度に５．０ｗｔ％という制約
が課せられた場合に高燃焼度化を図る手段を提供してい
る。しかし、この従来技術では、ガドリニア入り燃料棒
のウラン濃縮度を最高濃縮度とするため、その燃料有効
長を短くするという犠牲を払っており、今までの仕様の
燃料棒が使用できなくなるなどの設計上の不都合が生じ
る上、燃料装荷量が減少する問題があった。また、熱伝
導度が悪いガドリニア入り燃料棒の中心温度の上昇は防
止できないので、線出力密度などの熱的制限値をクリア
できなくなる。

【００１３】本発明の目的は、最高ウラン濃縮度に５．
０ｗｔ％という制約が課せられた場合に、可燃性吸収材
を添加した燃料棒に問題を生じることなく平均ウラン濃
縮度を高め、４５ＧＷｄ／ｔの取出平均燃焼度よりも高
燃焼度化をめざした沸騰水型原子炉用の燃料集合体を提
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、本発明は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配
列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速
棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペ
レットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ
前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１
の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒と
を有している燃料集合体において、（ａ）前記正方格子
状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウ
ラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃
料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％
であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペ
レットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料
ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間で
あって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９
６であり；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒
は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面
での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部
を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウ
ラン濃縮度が４．５ｗｔ％以上であるものとする。

【００１５】また、上記目的を達成するために、本発明
は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多
数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有
し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの
最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数
の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒
と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有して
いる燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列
された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮
度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対
する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、
かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットの
ウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレット
の最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、
かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であ
り；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下
端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均
ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた
領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮
度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１
１以下であるものとする。

【００１６】更に、上記目的を達成するために、本発明
は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多
数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有
し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの
最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数
の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒
と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有して
いる燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列
された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮
度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対
する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、
かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットの
ウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレット
の最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、
かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であ
り；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下
端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均
ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた
領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮
度が４．３ｗｔ％以上であるものとする。

【００１７】また、上記目的を達成するために、本発明
は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多
数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有
し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの
最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数
の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒
と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有して
いる燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列
された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮
度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対
する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、
かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットの
ウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレット
の最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、
かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であ
り；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下
端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均
ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた
領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮
度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１
６以下であるものとする。

【００１８】以上のように構成した本発明において、
多数の燃料棒（全燃料棒）の燃料集合体当りの平均ウラ
ン濃縮度（以下、適宜「燃料集合体の平均ウラン濃縮
度」という）を４ｗｔ％以上とすることにより、燃料集
合体の取出平均燃焼度は４５ＧＷｄ／ｔよりも高燃焼度
化できる。

【００１９】可燃性吸収材を含む第２の燃料棒の全燃料
棒に対する本数割合を２０％〜３０％とすることによ
り、燃料集合体の平均ウラン濃縮度の増大に対して余剰
反応度が適切に制御される。第２の燃料棒の濃縮度に充
填されている燃料ペレットのウラン濃縮度（以下、適宜
「ペレットウラン濃縮度」という）を燃料ペレットの最
高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ
第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃
縮度を前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６にす
ることにより、熱伝導度が悪い可燃性吸収材を含む第２
の燃料棒の中心温度をその他の可燃性吸収材を含まない
第１の燃料棒の中心温度と同等とし、かつ平均ウラン濃
縮度の４ｗｔ％以上の増大に寄与する。

【００２０】燃料棒の上下端部にその他の領域より燃料
集合体横断面平均ウラン濃縮度が低い領域、例えば天然
ウランブランケットを設けることにより、中性子の洩れ
を少なくし効率良く燃料を燃やし、一層の高燃焼度化が
図れる。

【００２１】燃料棒の上下端部に平均ウラン濃縮度が低
い領域を設けるとき、その他の領域での燃料集合体横断
面平均ウラン濃縮度は４．５ｗｔ％以上又は４．３ｗｔ
％以上にするか、その他の領域での燃料集合体横断面平
均ウラン濃縮度と上記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度
の比を１．１１以下又は１．１６以下にすることによ
り、燃料集合体の平均濃縮度を４ｗｔ％以上にできる。

【００２２】即ち、天然ウランブランケットを上端部に
２／２４ノード、下端に１／２４ノード設けた場合、そ
の他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度と上
記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比を１．１１以下
にすれば燃料集合体の平均濃縮度が４ｗｔ％以上にでき
る。このとき当該その他の領域での燃料集合体横断面平
均ウラン濃縮度は４．５ｗｔ％以上となる。一方、天然
ウランブランケットを上下端部に１／２４ノードずつ設
けた場合、その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラ
ン濃縮度と上記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比を
１．１６以下にすれば燃料集合体の平均濃縮度を４ｗｔ
％以上になる。このとき当該その他の領域での燃料集合
体横断面平均ウラン濃縮度は４．３ｗｔ％以上となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。まず、本発明の第１の実施例を図
１〜図９により説明する。本実施例は、燃料棒配列が１
０行１０列の燃料集合体１０において燃料ペレットの最
高ウラン濃縮度を５．０ｗｔ％とした場合のものであ
る。

【００２４】図１において、本実施例の燃料集合体１０
は、複数の燃料棒２０，２１，２２，２３と、４本の太
径ウォータロッド３０とを有し、これら燃料棒２０〜２
３及びウォータロッド３０はチャンネルボックス３１内
に配置されている。これら燃料棒のうち、燃料棒２１，
２２は燃料集合体１０の４つのコーナー領域にある燃料
棒であり、燃料棒２３は可燃性吸収材、即ちガドリニア
を含む燃料棒（以下、「Ｇｄ棒」という）であり、燃料
棒２０はそれ以外の燃料棒である。これら燃料棒２０〜
２３は、燃料有効部の２／２４ノードの上端部と１／２
４ノードの下端部を除いた２１／２４ノードの領域に一
様なウラン濃縮度の燃料ペレットが充填され、２／２４
ノードの上端部と１／２４ノードの下端部に天然ウラン
を燃料とするブランケットが形成されている。

【００２５】燃料棒２０は５６本あり、そこに充填され
ている燃料ペレットのウラン濃縮度（以下、適宜「ペレ
ットウラン濃縮度」という）は５．０ｗｔ％、即ち最高
ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４
本の燃料棒２２のペレットウラン濃縮度は３．６ｗｔ％
であり、燃料棒２２に隣接する８本の燃料棒２１のペレ
ットウラン濃縮度は４．３０ｗｔ％である。また、Ｇｄ
棒２３は２０本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．
４５ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３はそのうちの１／２以上
の１２本がウォータロッド３０に面して配置されてい
る。また、Ｇｄ棒２３は制御棒の正方格子状の配列の最
外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブラン
ケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ
％である。

【００２６】燃料棒２０，２１，２２，２３の総本数は
８８本であり、Ｇｄ棒の全燃料棒に対する本数割合は２
０／８８＝２３％である。Ｇｄ棒２３のペレットウラン
濃縮度の４．４５ｗｔ％は、ペレット最高濃縮度の５．
０ｗｔ％とペレット最低濃縮度の３．６ｗｔ％間にあ
る。Ｇｄ棒２３を除いた燃料棒本数は６８本であり、こ
のうち、ペレット最高ウラン濃縮度の燃料棒２０の本数
割合は５６／６８＝８２％である。このとき、全燃料棒
の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度（以下、適宜「燃
料集合体の平均ウラン濃縮度」という）は４．２５ｗｔ
％である。また、上下端部のブランケット領域を除いた
濃縮燃料部における燃料集合体１０の一横断面での平均
ウラン濃縮度（以下、適宜「燃料集合体横断面平均ウラ
ン濃縮度」という）は４．７５ｗｔ％であり、ペレット
最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａｘ ／ｅｍｅａｎは
５／４．７５＝１．０５である。

【００２７】ウォータロッド３０は各々２×２相当の大
きさの横断面円形のウォータロッドであり、その減速材
横断面積の合計は１０ｃｍ２ である。これらウォータ
ロッド３０は燃料棒が１２本配置可能な領域に配置され
ている。

【００２８】図２に上記燃料集合体１０の全体構成を示
す。燃料棒２０，２１，２２，２３及びウォータロッド
３０は上端を上部タイプレート７に支持され、下端を下
部タイプレート８に支持され、かつ中間部の７箇所を１
〜７段のスペーサ９により保持されている。チャンネル
ボックス３１はこれら燃料棒及びウォータロードで構成
された燃料バンドルを取り囲んでいる。

【００２９】図３に、上記燃料集合体１０の炉心での配
置状況を示す。十字型制御棒３５を取り囲んで、本実施
例の燃料集合体１０が４体配置され、１つの燃料ユニッ
トを構成している。この燃料ユニットの１つのコーナに
隣接して中性子検出器計測管１１が配置されている。こ
の燃料ユニットが多数集まって炉心が構成される。

【００３０】次に、本実施例の燃料集合体の作用を説明
する。現在の燃料ペレットの製造技術では、燃料集合体
に適用できる燃料ペレットの最高ウラン濃縮度に５．０
ｗｔ％という制約がある。本実施例は、このような制約
の下で可燃性吸収材を添加した燃料棒に問題を生じるこ
となく、出力ピーキングを小さく押さえながら平均ウラ
ン濃縮度を高め、４５ＧＷｄ／ｔよりも高い取出平均燃
焼度を達成せんとするものである。以下、このことを説
明する。

【００３１】燃料集合体の取出燃焼度を大きくするため
には、炉心に装荷する新燃料集合体の燃料ペレットのウ
ラン濃縮度を高めることが必要である。図４に、燃料集
合体の平均ウラン濃縮度と取出燃焼度との関係を示す。
本発明では、取出燃焼度として４５ＧＷｄ／ｔよりも高
い燃焼度を狙っており、図４から取出燃焼度を４５ＧＷ
ｄ／ｔよりも高くするためには燃料集合体の平均ウラン
濃縮度を４．０ｗｔ％以上とすることが必要であること
が分かる。本実施例の燃料集合体１０では、上記のよう
にその平均ウラン濃縮度は４．２５ｗｔ％であり、取出
燃焼度は約５０ＧＷｄ／ｔを達成可能である。

【００３２】ところで、本実施例では、燃料棒の上下端
部に天然ウランのブランケットが設けられている。この
ように天然ウランブランケットを設けることにより、中
性子の洩れを少なくして効率良く燃料を燃やし、一層の
高燃焼度化が図れる。

【００３３】一方、このように上下端部に天然ウランブ
ランケットを設けたとき、設計上重要なのは上下端部の
ブランケットを除いた濃縮燃料部のウラン濃縮度であ
る。本実施例では、上下端部の天然ウラン（濃縮度０．
７１ｗｔ％）がそれぞれ２／２４ノード、１／２４ノー
ドずつある。この場合、濃縮燃料部の燃料集合体横断面
平均ウラン濃縮度は４．５ｗｔ％以上にすれば、燃料集
合体平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上になる。この
とき、その燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度のペレッ
ト最高濃縮度に対する比ｅｍａｘ ／ｅｍｅａｎは５／
４．５＝１．１１以下となる。

【００３４】また、一般に、上下端部の天然ウランブラ
ンケットとしてはそれぞれ１／２４ノードずつ付けるこ
とも行われている。この場合、濃縮燃料部の燃料集合体
横断面平均ウラン濃縮度は４．３ｗｔ％以上にすれば、
燃料集合体平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上にな
り、ペレット最高濃縮度に対する比ｅｍａｘ ／ｅｍｅ
ａｎは５／４．３＝１．１６以下となる。

【００３５】本実施例では、上記のように濃縮燃料部の
燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度は４．７５ｗｔ％で
あり、ペレット最高濃縮度に対する比ｅｍａｘ ／ｅｍ
ｅａｎは１．０５であり、それぞれ上下端部に２／２４
ノード、１／２４ノードずつブランケットを設けた場合
の上記の４．５ｗｔ％以上、１．１１以下となってい
る。

【００３６】次に、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を
４．０ｗｔ％以上に高める場合に配慮しなければならな
い点として、可燃性吸収材即ちガドリニアを添加したＧ
ｄ棒２３の本数がある。Ｇｄ棒２３はサイクル初期の余
剰反応度を押さえるために用いられるが、高燃焼度化の
ためウラン濃縮度を増すと、ガドリニアによって抑制し
なければならない反応度量が増加するので、ガドリニア
入り燃料棒の本数も増やす必要がある。このことは一般
に知られているが、今まで、ウラン濃縮度の増加とそれ
に応じて増やす必要のあるＧｄ棒の適性本数についての
定量的な関係については検討されていない。

【００３７】本願発明者等は、燃料集合体の平均ウラン
濃縮度の増加とガドリニア入り燃料棒の本数割合とを調
べた結果、図５に示す関係を得た。ここで、ガドリニア
入り燃料棒の本数割合とは、燃料集合体に含まれる全燃
料棒本数に占める余剰反応度制御に必要なガドリニア入
り燃料棒本数の割合である。この図から、燃料集合体の
平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上にするとき、その
余剰反応度制御に必要なガドリニア入り燃料棒の本数割
合は２０％以上であることが分かる。

【００３８】ガドリニア入り燃料棒の本数割合は、図５
に示すように、燃料集合体の平均ウラン濃縮度に依存す
る。燃料ペレットの最高ウラン濃縮度を５ｗｔ％以下と
した本発明の場合、燃料集合体の横断面平均ウラン濃縮
度は、最大５ｗｔ％となる。しかし、後述するように、
可燃性吸収材を含む燃料棒やコーナー部燃料棒のローカ
ルピーキングを抑制するため、燃料集合体の横断面平均
ウラン濃縮度の最大値は４．８ｗｔ％となる。

【００３９】天然ウランブランケットを設置しない場合
を想定すると、燃料集合体の平均ウラン濃縮度の最大値
は、横断面平均ウラン濃縮度の最大値である４．８ｗｔ
％程度まで増大できる。したがって、図５に示すよう
に、本発明で対象とする燃料集合体の余剰反応度を制御
するためには、全燃料棒に対するガドリニア入り燃料棒
の本数割合を２０％〜３０％とすることが必要である。

【００４０】本実施例の燃料集合体１０では、平均ウラ
ン濃縮度が４．２５ｗｔ％であり、その余剰反応度制御
に必要なガドリニア入り燃料棒本数の割合は２２％であ
るのに対して、上記のようにＧｄ棒２３の本数割合は２
３％であるので、余剰反応度を適切に制御することがで
きる。

【００４１】ここで、ガドリニア入り燃料棒は燃料集合
体の最外周に配置すると、反応度を制御する制御棒の近
くに同じ減速材が位置することになって制御棒のきき
（制御棒価値）が悪くなる。したがって、本実施例で
は、従来の一般的な考えに従い、Ｇｄ棒２３は正方格子
状の配列の最外周を除いた領域に配置し、制御棒価値の
低下を防止する。

【００４２】次に、本実施例において、燃料集合体の平
均ウラン濃縮度を４ｗｔ％以上の４．２５ｗｔ％とする
ために採用した構成について説明する。まず、本発明の
基本的な考え方を説明する。

【００４３】図６は取出平均燃焼度とウラン濃縮度の関
係を示す図である。図中の白丸は燃料集合体の平均ウラ
ン濃縮度であり、その上下に伸びる縦線はウラン濃縮度
分布（ウラン濃縮度スプリット）を示す。沸騰水型原子
炉の燃料集合体では、燃料棒にウラン濃縮度の差をつけ
ることにより局所出力ピーキングの低減を図る。特に、
局所出力ピーキングが発生するのは、中性子減速効果が
大きい燃料集合体コーナー領域の燃料棒、ウォータロッ
ドに面した燃料棒である。このため、これらの燃料棒の
ウラン濃縮度を下げる必要がある。また、前述のように
サイクル初期の余剰反応度を抑えるために、ガドリニア
を添加した燃料棒では、ウランのみの燃料棒に比べ燃料
棒の熱伝導度が数％悪くなる。このため、たとえ出力が
同じでも燃料棒中心温度が高くなり、安全上好ましくな
いので、ウラン濃縮度を低くする必要がある。一方、目
標とする取出平均燃焼度を達成しようとする場合には、
平均ウラン濃縮度を保つため前記燃料棒以外の燃料棒の
ウラン濃縮度を高める必要がある。このように局所出力
ピーキングを低減しかつ平均ウラン濃縮度を保つために
は、図６に示すようにある程度のウラン濃縮度分布を燃
料棒毎につけることが必要である。

【００４４】ところで、取出燃焼度を増加させるために
はウラン濃縮度の増加が必要であり、全ての燃料棒のウ
ラン濃縮度を必要濃縮度まで増加させればよい。しか
し、実際には外周部やウォータロッド隣接部、ガドリニ
ア入り燃料棒のウラン濃縮度を下げる必要があることは
上に述べた通りである。したがって、ウラン濃縮度を増
加させるためには燃料集合体の平均ウラン濃縮度より高
いウラン濃縮度を有する燃料棒の割合を増加させること
が必要である。

【００４５】ここで、燃料ペレット製造設備は、その製
造能力として扱えるウラン濃縮度に５．０ｗｔ％という
上限がある。したがって、平均ウラン濃縮度を増加させ
ていく場合、同じ濃縮度スプリットのまま増加させる
と、ペレット最高ウラン濃縮度はこの製造限界値を越え
る。この様子を同じく図６に示す。現状では、ペレット
最高ウラン濃縮度の製造限界値を５．０ｗｔ％以上に引
き上げることは許されない。したがって、ペレット最高
ウラン濃縮度が製造限界値を越えずに平均ウラン濃縮度
を高める方法として、濃縮度スプリットを減らし、ペレ
ット最低ウラン濃縮度を増加させて、より一様な濃縮度
分布に近づけて平均ウラン濃縮度を増加させる方法が考
えられる。この様子も同じく図６に示す。しかし、燃料
棒には線出力密度などの熱的制限値があり、局所出力ピ
ーキングは一定値以下に押さえなければならないので、
ペレット最低ウラン濃縮度を増加させることは得策では
ない。そこで、本発明では、局所出力ピーキングを低減
しながら平均ウラン濃縮度を高めることを基本とする。

【００４６】まず、本発明の局所出力ピーキングを低減
する考え方を説明する。燃料集合体周辺部では、比較的
中性子減速が起こりやすく、同じウラン濃縮度としても
出力が出やすい。この効果は、燃料集合体の４コーナー
領域にある１２本の燃料棒（各コーナー３本づつ）、特
に各コーナーの合計４本で顕著である。この中性子減速
効果を考慮して、線出力密度などの熱的制限値を満足
し、出力ピーキングを他の位置にあるウランのみを含む
燃料棒と同等にするためには、燃料集合体の４コーナー
の合計４本の燃料棒２２の平均ウラン濃縮度が最高ウラ
ン濃縮度の０．６０から０．７６の間となるようにする
か、又は４コーナー付近にある１２本の燃料棒２１，２
２の平均ウラン濃縮度が最高ウラン濃縮度の０．７０か
ら０．８６の間となるようにする必要があることが分か
った。

【００４７】本実施例ではコーナー領域にある４本の燃
料棒２２のペレットウラン濃縮度は３．６０ｗｔ％であ
り、ペレット最高ウランの濃縮度の０．７２としてい
る。また、４コーナー領域に位置する燃料棒２２に隣接
する各２本の燃料棒２１のペレットウラン濃縮度を４．
３０ｗｔ％とした。このとき、４コーナー付近にある合
計１２本の燃料棒２１及び２２の平均ウラン濃縮は４．
０７ｗｔ％であり、前記最高ウランの濃縮度の０．８１
となっている。

【００４８】また、可燃性吸収材（Ｇｄなど）を添加し
た燃料棒では、既に述べたように燃料棒の熱伝導度が数
％悪くなるため、安全上、その他の可燃性吸収材を含ま
ない通常のウラン燃料棒出力と同じ燃料棒中心温度とす
るためには、可燃性吸収材を含む燃料棒のローカルピー
キングは可燃性吸収材が燃え尽きる第１サイクルの末期
において、その他の燃料棒のローカルピーキングより数
％以上小さくなるようにすることが効果的である。この
ため、可燃性吸収材を含む燃料棒の平均ウラン濃縮度は
最高ウラン濃縮度の０．８４から０．９６の間となるよ
うに構成するのがよいことが分かった。

【００４９】本実施例では、Ｇｄ棒２３のペレットウラ
ン濃縮度を４．４５ｗｔ％とした。このとき、Ｇｄ棒２
３の濃縮度はペレット最高ウラン濃縮度の０．８９とな
っている。これによりＧｄ棒２３の中心温度はガドリニ
アを含まない燃料棒と同等の温度とすることができる。

【００５０】図７に第１の実施例になる燃料集合体１０
のローカルピーキング係数の分布を示す。図７（ａ）は
第１サイクルの初期、即ち燃焼度０．０ＧＷｄ／ｔにお
けるローカルピーキング分布である。本図より、ローカ
ルピーキング係数はコーナー領域が最も大きくなること
が分る。しかしながら、ピーキング係数は１．５程度の
押さえられており、この値は線出力密度などの熱的制限
の観点から許容できる範囲にある。図７（ｂ）は第１サ
イクル末期、即ち燃焼度１３．２ＧＷｄ／ｔにおけるロ
ーカルピーキング係数の分布を示す。Ｇｄ棒２３のロー
カルピーキング係数の最大値は１．００６であり、その
他の燃料棒のローカルピーキング係数の最大値１．１２
５より小さな値となっている。

【００５１】次に、本発明の平均ウラン濃縮度を高める
考え方を説明する。本発明では、上記のように局所出力
ピーキングを小さくしながら平均ウラン濃縮度を高める
ものであり、そのためにガドリニア入り燃料棒を最高ウ
ラン濃縮度の０．８４〜０．９６の低濃縮度にするこ
と、コーナー領域の燃料棒を最高ウラン濃縮度の０．７
０〜０．８６の低濃縮度にすることや、ガドリニア入り
燃料棒の本数割合は３０％まで増加することを想定して
いる。また、中性子の洩れを少なくして効率良く燃料を
燃やすため、天然ウランブランケットを設けることが望
ましいと考えている。一方、上端部に２ノード下端部に
１ノードの天然ウランブランケットを設けた場合、平均
ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上にするためには、燃料
集合体横断面平均ウラン濃縮度を４．５ｗｔ％以上にす
ることが必要である。即ち、本発明では、ガドリニア及
び天然ウランブランケットなどの低濃縮度燃料を最大に
使用する条件下においても、燃料集合体横断面平均ウラ
ン濃縮度を４．５ｗｔ％以上にすることが必要である。

【００５２】図８は、局所出力ピーキングを従来以下と
するために、ガドリニア入り燃料棒のウラン濃縮度を上
記範囲０．８４〜０．９５の下限である８４％、コーナ
ー領域の燃料棒の濃縮度を上記範囲０．７０〜０．８６
の下限である７０％とし、残りの燃料棒をペレット最高
ウラン濃縮度とした場合のガドリニア入り燃料棒を除く
その他の燃料棒のうち、ペレット最高ウラン濃縮度を有
する燃料棒の本数割合と燃料集合体横断面平均ウラン濃
縮度の関係を示したものである。この図から、ペレット
最高ウラン濃縮度を有する燃料棒の割合を約７５％以上
にすれば燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度が４．５ｗ
ｔ％以上になることが分かる。即ち、ペレットウラン濃
縮度が燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度より高い燃料
棒のガドリニア入り燃料棒を除いたその他の燃料棒に対
する本数割合を７５％以上にすれば、燃料集合体の平均
ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上にすることができる。

【００５３】本実施例では、上記のように局所出力ピー
キングの起きやすいコーナー領域の合計１２本の外周燃
料棒２１，２２とＧｄ棒２３以外の燃料棒２０を全て製
造上限の濃縮度である最高ウラン濃縮度５．０ｗｔ％と
し、Ｇｄ棒２３を除いた全ての燃料棒２０，２１，２２
のうち燃料棒２０の本数割合は８２％である。したがっ
て、本実施例によれば、燃料集合体の断面平均ウラン濃
縮度を４．５ｗｔ％以上の４．７５ｗｔ％が達成でき、
燃料集合体の平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上の
４．２５ｗｔ％が達成できる。

【００５４】平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上に高
める場合に配慮しなければならない更に他の点として、
減速材領域（非沸騰水領域）の大きさ（面積）がある。
即ち、濃縮度を増すとき、減速材対燃料比を大きくしな
いで濃縮度を上げたのでは、中性子のエネルギスペクト
ルが硬化してしまい、燃料集合体の無限増倍率はその濃
縮度における無限増倍率の最大値とはならず、またボイ
ド反応度係数の絶対値が大きくなり過ぎて過渡時の炉心
の応答が厳しくなる。このため、減速材領域を増やす必
要がある。しかし、８×８格子のままでは燃料棒本数が
減少し、熱的余裕が小さくなる。このため、本実施例で
はウォータロッド３０の横断面積の合計を１０ｃｍ２
とし、１０×１０の格子配列を採用している。以下、ウ
ォータロッドの横断面積等の最適化について説明する。

【００５５】図９に、燃料棒の格子配列数を１０×１０
とした燃料集合体において、燃料装荷量を一定として、
ウォータロッド領域（内側領域の減速材）を増大させた
場合と、チャンネルボックス外側のギャップ水領域（外
側領域の減速材）を増大させた場合の反応度の変化を比
較して示す。横軸にはウォータロッド領域又はギャップ
水領域の増分（非沸騰水領域の増分）と、ウォータロッ
ド領域の増分に関しチャンネルボックス内横断面積に対
するウォータロッド内横断面積の割合の２つの指標を示
し、縦軸には現在使用されているウォータロッド内横断
面積である３ｃｍ２ （１．７％）を基準とした中性子
無限増倍率の差を示す。この図より、中性子無限増倍率
の向上にはチャンネルボックスに面した燃料集合体の外
側領域より、燃料集合体の内側領域の方が効果的である
（感度が高い）ことが分かる。これは、中性子束分布の
平坦化により、減速材による中性子吸収が減少するため
である。熱中性子束分布の平坦化は、燃料経済性だけで
なく局所出力分布にも影響を及ぼすため、熱的余裕を確
保する点からも重要である。

【００５６】このように、１０×１０格子配列の燃料集
合体においては、燃料経済性向上のためにはウォータロ
ッド内横断面積を増加することが効果があり、そのため
にウォータロッド内横断面積を現在の３ｃｍ２ （１．
７％）から増大することが必要である。一方、ウォータ
ロッド領域の燃料格子数を増大することは、燃料棒本数
の減少になり、高燃焼度化に反することになる。燃料集
合体の対称性を考慮すると、１０×１０格子燃料集合体
では、ウォータロッド領域の燃料格子数は、現在の２本
に対して８本〜１６本（４倍〜８倍）の範囲が妥当であ
る。１０×１０格子燃料集合体の燃料単位格子の面積
が、現在の８×８格子の６０％程度になること、またウ
ォータロッド領域の燃料格子数が上記より４倍〜８倍に
なることを考えると、ウォータロッド内横断面積として
は７（４％）〜１４（８％）ｃｍ２ の範囲が適切であ
る。

【００５７】本実施例では、上記のようにウォータロッ
ド３０の横断面積の合計は７〜１４ｃｍ２ の範囲内の
約１０ｃｍ２ であり、これにより反応度を高め、燃料
経済性を向上できる。

【００５８】また、ウォータロッドの横断面積を増加す
るには、大型ウォータロッドの採用が、犠牲にしなくて
はならない燃料棒本数を減少できる点、更に燃料棒冷却
効果の小さな冷却材流路面積が減少できる（限界出力を
増大する）点で有利である。ウォータロッドとウォータ
ロッドに隣接する燃料棒との間隔を一定とすると、円形
ウォータロッドの場合には、上記スペースの有効利用の
点で２×２の燃料格子をウォータロッドにすることが最
も優れている。

【００５９】したがって、本実施例では、中性子減速効
果が小さな燃料集合体中央領域の１２本の燃料棒が配置
可能な領域をウォータロッド領域とし、２×２相当の大
きさの大型で円形のウォータロッド３０を４本配置し、
燃料棒冷却効果の小さな冷却材流路面積が減少した構成
となっている。これは、限界出力を増大することにな
る。

【００６０】次に、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を
４．０ｗｔ％以上に高めるための燃料棒の配列について
説明する。

【００６１】上述したように、本発明では局所出力ピー
キングを低減しながら平均ウラン濃縮度を高めるため、
ペレットウラン濃縮度が燃料集合体横断面平均ウラン濃
縮度より高い燃料棒のガドリニア入り燃料棒を除いたそ
の他の燃料棒に対する本数割合を７５％以上にすること
が必要である。このためには、燃料集合体横断面平均ウ
ラン濃縮度より高いペレットウラン濃縮度を有する燃料
棒の本数を可能な限り増加させることが重要である。こ
の観点から、本実施例では、 （１）燃料集合体外周部の燃料棒、特に４コーナー領域
にある４〜１２本の燃料棒（各コーナー３本づつ）； （２）ウォータロッド周りの燃料棒； （３）可燃性吸収材を含む燃料棒；を除いた燃料棒２０
のウラン濃縮度を天然ウランブランケットを除いた部分
で５．０ｗｔ％のペレット最高ウラン濃縮度とし、その
他の燃料棒のペレットウラン濃縮度をこれよりも小さく
している。

【００６２】また、本実施例では、可燃性吸収材入り燃
料棒をウォータロッド周りに配置することで、上記
（２）及び（３）の構成を実現している。即ち、ウォー
タロッドの周りでも、中性子減速効果が大きく、ウォー
タロッド隣接燃料棒の局所出力ピーキングが増加するこ
とになるので、濃縮度の低減を図ることが望まれ、一方
で既に述べたように可燃性吸収材入り燃料棒では燃料熱
伝導の観点からウラン濃縮度を低くしなければいけな
い。本実施例では、可燃性吸収材入り燃料棒をウォータ
ロッド周りに配置することにより、出力は比較的大きく
なりやすい位置での出力ピーキングを低く押さえるとと
もに、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を高められるとい
う効果が得られる。

【００６３】このように、上記（１）のコーナー領域に
ある４〜１２本の燃料棒、上記（２）のウォータロッド
周りの燃料棒及び上記（３）の可燃性吸収材を含む燃料
棒を除いた燃料棒のウラン濃縮度を一様に燃料集合体で
最高の値とし、その他の燃料棒のウラン濃縮度をこれよ
り小さくすると共に、上記（２）のウォータロッド周り
の燃料棒として可燃性吸収材を含む燃料棒を配置するこ
とが、最高ウラン濃縮度に制約が課せられた場合に、燃
料集合体の平均ウラン濃縮度を高めて高燃焼度化を図る
のに効果がある。

【００６４】また、高燃焼度化した場合には、燃料集合
体内の可燃性吸収材入り燃料棒の本数が増え、ウォータ
ロッドの周りにできるだけ多くの可燃性吸収材入り燃料
棒を配置する方が上記の平均ウラン濃縮度を高める等の
効果が大きい。燃料棒の配列が１０行１０列以上の燃料
集合体では、ウォータロッドの周りにできるだけ多くの
可燃性吸収材入り燃料棒を配置すると、その本数は可燃
性吸収材入り燃料棒の総本数の１／２以上となる。

【００６５】以上の理由により、本実施例では、Ｇｄ棒
２３の１／２以上をウォータロッド３０の周りに配置
し、燃料集合体１０の４コーナー領域にある１２本の燃
料棒２１，２２及びＧｄ棒２３を除いた燃料棒２０のウ
ラン濃縮度を５．０ｗｔ％のペレット最高ウラン濃縮度
としており、これにより最高ウラン濃縮度に５．０ｗｔ
％という制約が課せられた場合に、燃料集合体の平均ウ
ラン濃縮度を高めて高燃焼度化を図ることができる。

【００６６】したがって、本実施例によれば、最高ウラ
ン濃縮度に５．０ｗｔ％という制約が課せられた場合
に、ガドリニア入り燃料棒に問題を生じることなく、ま
た線出力密度などの熱的制限値を満足しながら、燃料集
合体の平均ウラン濃縮度を高めて取出平均燃焼度を４５
ＧＷｄ／ｔよりも高燃焼度化することが可能となり、ま
たこの高燃焼度化によって燃料経済性向上、使用済燃料
発生量低減を達成できる。

【００６７】本発明の第２の実施例を図１０により説明
する。第１の実施例では、燃料棒配列を１０行１０列と
した燃料集合体に本発明を適用したが、本実施例は燃料
棒配列を１１行１１列とした燃料集合体１３においてペ
レット最高ウラン濃縮度を５．０ｗｔ％とした場合のも
のである。

【００６８】図１０において、本実施例の燃料集合体１
３は、複数の燃料棒２０３，２１３，２２３，２３３
と、２本の太径ウォータロッド３０３とを有し、これら
燃料棒２０３〜２３３及びウォータロッド３０３はチャ
ンネルボックス３１内に配置されている。これら燃料棒
のうち、燃料棒２１３，２２３は燃料集合体１３の４つ
のコーナー領域にある燃料棒であり、燃料棒２３３は可
燃性吸収材、即ちガドリニアを含むＧｄ棒であり、燃料
棒２０３はそれ以外の燃料棒である。これら燃料棒２０
３〜２３３は、燃料有効部の２／２４の上端部と１／２
４の下端部を除いた２１／２４の領域に一様なウラン濃
縮度の燃料ペレットが充填され、２／２４の上端部と１
／２４の下端部に天然ウランを燃料とするブランケット
が形成されている。

【００６９】燃料棒２０３は６８本あり、ペレットウラ
ン濃縮度は５．０ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であ
り、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２３
のペレットウラン濃縮度は３．６ｗｔ％であり、燃料棒
２２３に隣接する８本の燃料棒２１３のペレットウラン
濃縮度は４．３ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３３は２
４本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４５ｗｔ％
である。Ｇｄ棒２３３はそのうちの１／２以上の１８本
がウォータロッド３０３に面して配置されている。ま
た、Ｇｄ棒２３３は制御棒の正方格子状配列の最外周を
除いた領域に配置されている。上下端部のブランケット
領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ％であ
る。

【００７０】燃料棒２０３，２１３，２２３，２３３の
総本数は１０４本であり、Ｇｄ棒の全燃料棒に対する本
数割合は２４／１０４＝２３％である。Ｇｄ棒２３３の
ペレットウラン濃縮度４．４５ｗｔ％は、ペレット最高
ウラン濃縮度の５．０ｗｔ％とペレット最低ウラン濃縮
度の３．６ｗｔ％間にある。Ｇｄ棒２３３を除いた燃料
棒本数は８０本であり、このうち、ペレット最高ウラン
濃縮度の燃料棒２０３の本数割合は６８／８０＝８５％
である。このとき、燃料集合体１３の平均ウラン濃縮度
は４．２６ｗｔ％まで高くすることができ、更なる高燃
焼度化が図れる。また、燃料集合体１３の上下端部のブ
ランケット領域を除いた濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮
度は４．７７ｗｔ％であり、ペレット最高ウラン濃縮度
に対する比ｅｍａｘ ／ｅｍｅａｎは５／４．７７＝
１．０５である。

【００７１】ウォータロッド３０３は各々３×３相当の
大きさの横断面円形のウォータロッドであり、その減速
材横断面積の合計は１０ｃｍ２ である。これらウォー
タロッド３０３は燃料棒が１７本配置可能な領域に配置
されている。

【００７２】本実施例によっても、第１の実施例と同様
の効果が得られる。

【００７３】本発明の第３の実施例を図１１により説明
する。本実施例は上記第２の実施例の変形例である。即
ち、本実施例の燃料集合体１３Ａは、図１０に示す燃料
集合体１３において、コーナー領域の燃料棒２２３に隣
接する燃料棒２１３をペレット最高ウラン濃縮度５．０
ｗｔ％の燃料棒２０３に置き換えたものである。燃料棒
配列を１１行１１列にすると、燃料棒１本の熱的負担が
少なくなるので、コーナー領域の燃料棒２２３に隣接す
る燃料棒のウラン濃縮度を低下させないことも可能であ
り、これにより４コーナー領域の４本の燃料棒２２３、
Ｇｄ棒以外の燃料棒２０３の本数を７６本に増やせる。
即ち、ペレット最高ウラン濃縮度の燃料棒２０３の本数
割合は７６／８０＝９５％である。このとき、燃料集合
体１３Ａの平均ウラン濃縮度は４．３１ｗｔ％まで高く
することができ、更なる高燃焼度化が図れる。また、燃
料集合体１３Ａの上下端部のブランケット領域を除いた
濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮度は４．８２ｗｔ％であ
り、ペレット最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａｘ ／
ｅｍｅａｎは５／４．８２＝１．０４である。

【００７４】本発明の第４の実施例を図１２により説明
する。本実施例は燃料棒配列を１０行１０列とした燃料
集合体１５においてペレット最高ウラン濃縮度を４．９
５ｗｔ％とした場合のものである。

【００７５】図１２において、本実施例の燃料集合体１
５は、複数の燃料棒２０３，２１３，２２５，２３５，
４０５と、３本の太径ウォータロッド３０５とを有し、
これら燃料棒２０５〜２３５，４０５及びウォータロッ
ド３０５はチャンネルボックス３１内に配置されてい
る。これら燃料棒のうち、燃料棒２１５，２２５は燃料
集合体１５の４つのコーナー領域にある燃料棒であり、
燃料棒２３５は可燃性吸収材、即ちガドリニアを含むＧ
ｄ棒であり、燃料棒２０５，４０５はそれ以外の燃料棒
である。燃料棒２０５〜２３５は、燃料有効部の２／２
４の上端部と１／２４の下端部を除いた２１／２４の領
域に一様なウラン濃縮度の燃料ペレットが充填され、２
／２４の上端部と１／２４の下端部に天然ウランを燃料
とするブランケットが形成されている。一方、燃料棒４
０５は燃料棒２０５〜２３５より短い部分長燃料棒であ
り、本実施例では燃料棒有効長部分、即ち燃料ペレット
が充填されている部分は、他の燃料棒の軸方向１４／２
４に位置する。部分長燃料棒４０５にはブランケットは
設けられていない。

【００７６】燃料棒２０５は４６本あり、そのペレット
ウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度
であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２
２５のペレットウラン濃縮度は３．５ｗｔ％であり、燃
料棒２２５に隣接する８本の燃料棒２１５のペレットウ
ラン濃縮度は４．５ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３５
は２０本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．５ｗｔ
％である。Ｇｄ棒２３５は制御棒の正方格子状配列の最
外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブラン
ケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ
％である。部分長燃料棒４０５は１２本あり、そのペレ
ットウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％即ち燃料棒２０５と
同じ最高ウラン濃縮度である。

【００７７】燃料棒２０５，２１５，２２５，２３５，
４０５の総本数は９０本であり、Ｇｄ棒２３５の全燃料
棒に対する本数割合は２０／９０＝２２％である。Ｇｄ
棒２３５のウラン濃縮度４．５ｗｔ％は、ペレット最高
ウラン濃縮度の４．９５ｗｔ％とペレット最低ウラン濃
縮度の３．５ｗｔ％間にある。Ｇｄ棒２３５を除いた燃
料棒本数は７０本であり、このうち、最高ウラン濃縮度
を有する燃料棒２０５，４０５の本数割合は５８／７０
＝８３％である。このとき、燃料集合体１５の平均ウラ
ン濃縮度は４．２９ｗｔ％まで高くすることができる。
また、燃料集合体１５の上下端部のブランケット領域を
除いた濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮度は４．７５ｗｔ
％であり、ペレット最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａ
ｘ ／ｅｍｅａｎは４．９５／４．７５＝１．０４であ
る。

【００７８】部分長燃料棒４０５の燃料有効長部よりも
上方の横断面では、Ｇｄ棒２３５を除いた燃料棒本数は
５８本であり、このうち、最高ウラン濃縮度の燃料棒２
０５の本数割合は４６／５８＝７９％である。このと
き、燃料集合体１５の上下端部のブランケット領域を除
いた濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮度は４．７１ｗｔ％
であり、ペレット最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａｘ
／ｅｍｅａｎは４．９５／４．７１＝１．０５であ
る。

【００７９】ウォータロッド３０５は各々２×２相当の
大きさの横断面円形のウォータロッドであり、その減速
材横断面積の合計は１０ｃｍ２ である。これらウォー
タロッド３０５は燃料棒が１０本配置可能な領域に配置
されている。

【００８０】本実施例によっても、第１の実施例と同様
の効果が得られる。

【００８１】本発明の第５の実施例を図１３により説明
する。本実施例は燃料棒配列を９行９列とした燃料集合
体１７においてペレット最高ウラン濃縮度を４．９５ｗ
ｔ％とした場合のものである。

【００８２】図１３において、本実施例の燃料集合体１
７は、複数の燃料棒２０７，２１７，２２７，２３７，
４０７と、２本の太径ウォータロッド３０７とを有し、
これら燃料棒２０７〜２３７，４０７及びウォータロッ
ド３０７はチャンネルボックス３１内に配置されてい
る。これら燃料棒のうち、燃料棒２１７，２２７は燃料
集合体１７の４つのコーナー領域にある燃料棒であり、
燃料棒２３７は可燃性吸収材、即ちガドリニアを含むＧ
ｄ棒であり、燃料棒２０７，４０７はそれ以外の燃料棒
である。燃料棒２０７〜２３７は、燃料有効部の２／２
４の上端部と１／２４の下端部を除いた２１／２４の領
域に一様なウラン濃縮度の燃料ペレットが充填され、２
／２４の上端部と１／２４の下端部に天然ウランを燃料
とするブランケットが形成されている。一方、燃料棒４
０７は燃料棒２０７〜２３７より短い部分長燃料棒であ
り、本実施例では燃料棒有効長部分、即ち燃料ペレット
が充填されている部分は、他の燃料棒の軸方向１４／２
４に位置する。部分長燃料棒４０７にはブランケットは
設けられていない。

【００８３】燃料棒２０７は３８本あり、そのペレット
ウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度
であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２
２７のペレットウラン濃縮度は３．２ｗｔ％であり、燃
料棒２２７に隣接する８本の燃料棒２１７のペレットウ
ラン濃縮度は４．２ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３７
は１６本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４ｗｔ
％である。Ｇｄ棒２３７は制御棒の正方格子状配列の最
外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブラン
ケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ
％である。部分長燃料棒４０７は８本あり、そのペレッ
トウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％即ち燃料棒２０７と同
じ最高ウラン濃縮度である。

【００８４】燃料棒２０７，２１７，２２７，２３７，
４０７の総本数は７４本であり、Ｇｄ棒２３７の全燃料
棒に対する本数割合は１６／７４＝２２％である。Ｇｄ
棒２３７のペレットウラン濃縮度４．４ｗｔ％は、ペレ
ット最高ウラン濃縮度の４．９５ｗｔ％とペレット最低
ウラン濃縮度の３．２ｗｔ％間にある。Ｇｄ棒２３７を
除いた燃料棒本数は５８本であり、このうち、ペレット
最高ウラン濃縮度を有する燃料棒２０７，４０７の本数
割合は４６／５８＝７９％である。このとき、燃料集合
体１７の平均ウラン濃縮度は４．１９ｗｔ％まで高くす
ることができる。また、燃料集合体１７の上下端部のブ
ランケット領域を除いた濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮
度は４．６６ｗｔ％であり、ペレット最高ウラン濃縮度
に対する比ｅｍａｘ ／ｅｍｅａｎは４．９５／４．６
６＝１．０７である。

【００８５】部分長燃料棒４０７の燃料有効長部よりも
上方の横断面では、Ｇｄ棒２３７を除いた燃料棒本数は
５０本であり、このうち、最高ウラン濃縮度の燃料棒２
０７の本数割合は３８／５０＝７６％である。このと
き、燃料集合体１７の上下端部のブランケット領域を除
いた濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮度は４．６２ｗｔ％
であり、ペレット最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａｘ
／ｅｍｅａｎは４．９５／４．６２＝１．０７であ
る。

【００８６】ウォータロッド３０７は各々２×２相当の
大きさの横断面円形のウォータロッドであり、その減速
材横断面積の合計は９ｃｍ２ である。これらウォータ
ロッド３０７は燃料棒が７本配置可能な領域に配置され
ている。

【００８７】本実施例によっても、第１の実施例と同様
の効果が得られる。また、本実施例では、部分長燃料棒
４０７を最外層に配置したので、特願平４−２１０５３
９に記載のようにボイド係数の低減効果が得られ、反応
度制御性が向上する。

【００８８】本発明の第６の実施例を図１４〜図１７に
より説明する。本実施例は、図１３の実施例において、
ウォータロッド３０７を、炉心流量によって軸方向水位
が変わる所謂スペクトルシフトロッド３０７Ａに変更し
たものである。

【００８９】スペクトルシフトロッド３０７Ａの詳細構
造を図１５及び図１６に示す。スペクトルシフトロッド
３０７Ａは、特開昭６３−７３１８７号公報に記載のよ
うに、内管３０、外管３１及びスペーサ３２から構成さ
れる。外管３１と内管３０とは同心円状に配置され、外
管３１が内管３０の外周を取り囲んでいる。外管３１の
上端はカバー部３３にて密封されており、カバー部３３
の上部が上部タイプレート７内に挿入されて保持され
る。カバー部３３は、内管３０の上端との間に間隙を形
成するように内管３０の上端を絞っている。内管３０の
上端部は、スペクトルシフトロッド３０７Ａの軸心から
放射状に配置された板状のスペーサ３２を介して外管３
１の内面に固定される。外管３１の下端は封鎖部３４に
て封鎖される。内管３０の下端部は、封鎖部３４を貫通
してそれよりも下方に突出している。内管３０の下端部
は、下部タイプレート８の燃料棒支持部１４を貫通して
いる。内管３０の下端に形成された冷却水流入口３８
は、下部タイプレート８の空間１５に開口している。内
管３０の内部が冷却水上昇流路３５を形成し、内管３０
と外管３１との間に形成される環状通路が冷却水下降流
路３６を形成している。外管３１の下端部の管壁に、周
方向に複数の冷却水吐出口３９が形成される。これ等の
冷却水吐出口３９は、周方向に等間隔に設けられてい
る。冷却水吐出口３９は、燃料棒支持部１４よりも上方
の領域に開口している。本実施例では、燃料棒支持部１
４が抵抗体の機能を有している。冷却水上昇流路３５と
冷却水下降流路３６とは、スペクトルシフトロッド３０
７Ａの上端部に形成された反転部３７によって連結され
ている。このようにスペクトルシフトロッド３０７Ａ
は、内部に冷却水上昇流路３５、冷却水下降流路３６及
び反転部３７からなる逆Ｕ字状の冷却水流路を有してい
る。

【００９０】本実施例の燃料集合体１７Ａを沸騰水型原
子炉の炉心内に装荷して（全燃料集合体が燃料集合体１
７Ａ）沸騰水型原子炉を運転すると、冷却水の大部分
は、下部タイプレート８の内部空間及び燃料棒支持部１
４に設けられた貫通口１８を通って炉心に装荷された燃
料集合体１７Ａの燃料棒相互間に直接導入される。下部
タイプレート８の内部空間に流入した冷却水の残りの部
分は、冷却水流入口３８からスペクトルシフトロッド３
０７Ａの冷却水上昇流路３５内に流入し、更に反転部３
７及び冷却水下降流路３６を介して冷却水吐出口３９か
ら燃料棒支持部１４より上方の領域に吐出される。冷却
水吐出口３９から吐出される冷却水は、冷却水流入口３
８からスペクトルシフトロッド３０７Ａ内に流入する冷
却水の流量の多少に応じて液体又は気体（蒸気）とな
る。本実施例は、炉心流量１００％以下で冷却水上昇流
路３５内に液面ができる状態がスペクトルシフトロッド
３０７Ａ内に生じ、炉心流量１１０％で冷却水上昇流路
３５及び冷却水下降流路３６内はほとんど単相流となる
状態がスペクトルシフトロッド３０７Ａ内に生じるよう
に、燃料棒支持部１４の圧力損失、内管３０及び外管３
１の仕様が予め設定されている。

【００９１】スペクトルシフトロッド３０７Ａは、この
ように炉心流量によってスペクトルシフトロッド内の水
位を変えることにより中性子減速効果を調整でき、その
結果、反応度制御あるいは出力制御に活用できる。この
作用の詳細は特開昭６３−７３１８７号公報に記載され
ている。

【００９２】ところで、ＢＷＲ燃料集合体では、前記の
ように余剰反応度をガドリニアで制御している。したが
って、運転サイクル初期では、新燃料に含まれるガドリ
ニアとスペクトルシフトロッドの相互作用を考慮する必
要がある。図１６は、炉心流量を燃焼初期から徐々に増
やしスペクトルシフトロッド３０７Ａ内の蒸気体積率を
１００％から０％に変化したときの、中性子無限増倍率
の変化を示している。ガドリニアが存在する寿命初期
は、スペクトルシフトロッド内の水位が下がることで中
性子無限増倍率が逆に上がることがわかる。これは、中
性子減速効果が損なわれることで、ガドリニアによる熱
中性子吸収が減少した結果である。即ち、スペクトルシ
フトロッド内の水位による反応度制御あるいは出力制御
を効果的に行うためには、ガドリニア量を減少する必要
がある。

【００９３】本実施例では、第５の実施例で述べたよう
に部分長燃料棒４０７の配置により反応度制御効果が向
上し、炉停止余裕が改善されるので、ガドリニア量を減
少することが可能である。その結果、燃料経済性が向上
すると共に、スペクトルシフトロッドの効果を最大限に
引き出すことができる。

【００９４】本発明の第７の実施例を図１８により説明
する。本実施例は、図１３の実施例において、部分長燃
料棒４０７の配置を変えたものである。即ち、図１８に
おいて、本実施例の燃料集合体１７Ｂに用いられる部分
長燃料棒４０７は全て格子状燃料配列の最外層から２層
目に配置されている。他の構成は図１３の実施例と同じ
である。本実施例によっても、第１の実施例と同様の効
果が得られる。

【００９５】本発明の第８の実施例を図１９により説明
する。本実施例は燃料棒配列を９行９列とした燃料集合
体１９において最高ウラン濃縮度を５．０ｗｔ％とし、
ウォータロードの横断面を矩形とした場合のものであ
る。

【００９６】図１９において、本実施例の燃料集合体１
９は、複数の燃料棒２０９，２１９，２２９，２３９
と、１本の横断面矩形の太径ウォータロッド３０９とを
有し、これら燃料棒２０７〜２３７，４０７及びウォー
タロッド３０７はチャンネルボックス３１内に配置され
ている。これら燃料棒のうち、燃料棒２１９，２２９は
燃料集合体１７の４つのコーナー領域にある燃料棒であ
り、燃料棒２３９は可燃性吸収材、即ちガドリニアを含
むＧｄ棒であり、燃料棒２０９はそれ以外の燃料棒であ
る。燃料棒２０９〜２３９は、燃料有効部の２／２４の
上端部と１／２４の下端部を除いた２１／２４の領域に
一様なウラン濃縮度の燃料ペレットが充填され、２／２
４の上端部と１／２４の下端部に天然ウランを燃料とす
るブランケットが形成されている。

【００９７】燃料棒２０９は４４本あり、そのペレット
ウラン濃縮度は５．０ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度で
あり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２
９のペレットウラン濃縮度は３．６ｗｔ％であり、燃料
棒２２９に隣接する８本の燃料棒２１９のペレットウラ
ン濃縮度は４．３ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３９は
１６本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４５ｗｔ
％である。Ｇｄ棒２３９は制御棒の正方格子状配列の最
外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブラン
ケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ
％である。

【００９８】燃料棒２０９，２１９，２２９，２３９の
総本数は７２本であり、Ｇｄ棒２３９の全燃料棒に対す
る本数割合は１６／７２＝２２％である。Ｇｄ棒２３９
のペレットウラン濃縮度４．４５ｗｔ％は、ペレット最
高ウラン濃縮度の５．０ｗｔ％とペレット最低ウラン濃
縮度の３．６ｗｔ％間にある。Ｇｄ棒２３９を除いた燃
料棒本数は５６本であり、このうち、ペレット最高ウラ
ン濃縮度を有する燃料棒２０９の本数割合は４４／５６
＝７９％である。このとき、燃料集合体１９の平均ウラ
ン濃縮度は４．２２ｗｔ％まで高くすることができる。
また、燃料集合体１９の上下端部のブランケット領域を
除いた濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮度は４．７２ｗｔ
％であり、ペレット最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａ
ｘ ／ｅｍｅａｎは５．０／４．７２＝１．０６であ
る。

【００９９】横断面矩形のウォータロッド３０９は３×
３相当の大きさを有し、その減速材横断面積は１４ｃｍ
２ である。このウォータロッド３０９は燃料棒が９本
配置可能な領域に配置されている。

【０１００】本実施例によっても、第１の実施例と同様
の効果が得られる。

【０１０１】

【発明の効果】本発明によれば、最高ウラン濃縮度に
５．０ｗｔ％という制約が課せられた場合に、ガドリニ
ア入り燃料棒に問題を生じることなく、また線出力密度
などの熱的制限値を満足しながら、平均ウラン濃縮度を
高めて取出平均燃焼度を４５ＧＷｄ／ｔよりも高燃焼度
化することが可能となり、またこの高燃焼度化によって
燃料経済性向上、使用済燃料発生量低減を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による燃料集合体の横断
面図及びその燃料棒の構成を示す図である。

【図２】図１に示す燃料集合体の全対向製を示す縦断面
図である。

【図３】図１に示す燃料集合体の炉心での配置状況を示
す図である。

【図４】燃料集合体の平均ウラン濃縮度と取出燃焼度と
の関係を示す図である。

【図５】燃料集合体の平均ウラン濃縮度とガドリニア入
り燃料棒本数割合との関係を示す図である。

【図６】ウラン濃縮度ど取出平均燃焼度の関係図を示す
図である。

【図７】図１に示す燃料集合体のローカルピーキング分
布図である。

【図８】ガドリニア入り燃料棒を除くその他の燃料棒の
うち、ペレット最高ウラン濃縮度を有する燃料棒の割合
と燃料集合体断面平均ウラン濃縮度の関係を示す図であ
る。

【図９】減速材領域の増大による反応度向上効果を示す
図である。

【図１０】本発明の第２の実施例による燃料集合体の横
断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施例による燃料集合体の横
断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。

【図１２】本発明の第４の実施例による燃料集合体の横
断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。

【図１３】本発明の第５の実施例による燃料集合体の横
断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。

【図１４】本発明の第６の実施例による燃料集合体の横
断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。

【図１５】スペクトルシフトロッドの構造を示す部分断
面正面図である。

【図１６】図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。

【図１７】スペクトルシフトロッド内の蒸気体積率が１
００％から０％に変化したときの中性子無限増倍率と燃
焼度との関係を示す図である。

【図１８】本発明の第７の実施例による燃料集合体の横
断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。

【図１９】本発明の第８の実施例による燃料集合体の横
断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０；１３；１３Ａ；１５；１７；１７Ａ；１７Ｇ；１
９ 燃料集合体 ２０；２０３；２０５；２０７；２０９ 最高ウラン濃
縮度の燃料棒 ２１，２２；２１３，２２３；２１５，２２５；２１
７，２２７２１９，２２９ 低濃縮度の燃料棒 ２３；２３３；２３５；２３７；２３９ ガドリニア入
り燃料棒 ３０；３０３；３０５；３０７；３０７Ａ；３０９ ウ
ォータロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 配川 勝正 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 梅原 肇 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 横溝 修 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 曽根田 秀夫 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 中村 光也 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料ペレットが充填され正方格子状に配列
   された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒
   とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレ
   ットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前
   記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の
   燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを
   有している燃料集合体において、 （ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料
   集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり； （ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割
   合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充
   填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての
   燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低
   ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度
   の０．８４〜０．９６であり； （ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部
   にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラ
   ン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域
   における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が
   ４．５ｗｔ％以上であることを特徴とする燃料集合体。
2. 【請求項２】燃料ペレットが充填され正方格子状に配列
   された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒
   とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレ
   ットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前
   記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の
   燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを
   有している燃料集合体において、 （ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料
   集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり； （ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割
   合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充
   填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての
   燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低
   ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度
   の０．８４〜０．９６であり； （ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部
   にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラ
   ン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域
   における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と
   前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１１以
   下であることを特徴とする燃料集合体。
3. 【請求項３】燃料ペレットが充填され正方格子状に配列
   された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒
   とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレ
   ットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前
   記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の
   燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを
   有している燃料集合体において、 （ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料
   集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり； （ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割
   合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充
   填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての
   燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低
   ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度
   の０．８４〜０．９６であり； （ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部
   にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラ
   ン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域
   における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が
   ４．３ｗｔ％以上であることを特徴とする燃料集合体。
4. 【請求項４】燃料ペレットが充填され正方格子状に配列
   された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒
   とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレ
   ットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前
   記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の
   燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを
   有している燃料集合体において、 （ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料
   集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり； （ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割
   合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充
   填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての
   燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低
   ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度
   の０．８４〜０．９６であり； （ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部
   にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラ
   ン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域
   における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と
   前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１６以
   下であることを特徴とする燃料集合体。