JPH1026682A

JPH1026682A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPH1026682A
Application number: JP8182892A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Watanabe; 庄一渡辺; Yasushi Hirano; 靖平野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 1998-01-27
Anticipated expiration: 2016-07-12
Also published as: JP3943624B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料集合体当たりのＰｕ装荷量を多く設定し
つつも、運転サイクル初期の余剰反応度を適切に制御
し、運転サイクル末期での可燃性毒物の燃え残りをなく
し、同時に熱的余裕を増大させる。【解決手段】燃料集合体中の全燃料棒のうちの半数以
上を１wt％未満のガドリニアを含有するＭＯＸ燃料棒Ｇ
_M とし、ガドリニアを含まないＭＯＸ燃料棒Ｍ₁と合わ
せて全体の７割以上をＭＯＸ燃料棒とする。また燃料集
合体の隅部にはウラン燃料棒Ｕ₂ を配置する。燃料集合
体中の全核分裂性物質のうち核分裂性Ｐｕが７割以上と
なるよう設定する。またウォータロッド７に２方向で面
する位置に燃料棒Ｇ_M を、このＧ_M またはウォータロッ
ドに隣接して燃料棒Ｍ₁ を配置する。あるいはこのＭ₁
の位置にＧ_M を配置する方法や、ウラン燃料棒Ｕ₁ 、Ｕ
₂ の位置にもＭＯＸ燃料棒を配置する方法がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉で用いられ
る燃料集合体に係り、特に二酸化ウランと二酸化プルト
ニウムの混合酸化物からなる燃料棒を多数装荷してなる
沸騰水型原子炉に利用される高燃焼度の燃料集合体に関
する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉に使用する核燃料集合体
は、これまでは基本的に核燃料物質としてウランを使用
している。すなわち、ウランの酸化物（ＵＯ₂ ）を直径
約１cmの円柱状に成型し焼結したペレットをジルコニウ
ム合金の被覆管に封入したウラン燃料棒を製造し、この
燃料棒を多数本正方格子状に束ねて燃料集合体としてい
る。燃料集合体中では燃料棒の外側に冷却材の流路が設
けられている。図７（ａ）は従来の沸騰水型原子炉の燃
料集合体の縦断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ
矢視方向断面図である。燃料集合体１１は燃料棒６と、
内部を冷却材が流れるウォータロッド７とを、スペーサ
８により例えば９行９列の正方格子状に束ねて、上部タ
イプレート９及び下部タイプレート１０により固定して
燃料棒束とし、この燃料棒束をチャンネルボックス５で
包囲して構成される。この燃料集合体１１は、７４本の
燃料棒６と２本の太径ウォータロッド７を有する。

【０００３】近年では、燃焼効率の向上を図るために燃
料の高燃焼度化が進められている。図７に示した燃料集
合体１１のように燃料棒を９行９列に配置して従来より
も燃料集合体１体に含まれる燃料棒の数を増やすことに
よって、燃料集合体の燃焼度を高めている。

【０００４】また近年、原子炉で燃焼を終了した使用済
の燃料集合体を再処理施設で再処理し余分な核分裂生成
物を除去することにより、使用済燃料集合体中の残留ウ
ランや、原子炉での燃焼過程で生成され核燃料物質とし
て利用価値の高いプルトニウムを回収して再利用する核
燃料リサイクルが行われようとしている。この核燃料リ
サイクルの一環として、再処理で回収された二酸化プル
トニウム（ＰｕＯ₂ ）に二酸化ウラン（ＵＯ₂ ）を混合
することにより、混合酸化物燃料（mixed-oxide fuel；
以下、ＭＯＸ燃料という）を製造し、軽水炉で利用する
プル・サーマル利用（Plutonium thermal utilization
）の計画が進められようとしている。こうした核燃料
リサイクルにより燃料の経済性を向上させることができ
る。

【０００５】沸騰水型軽水炉で使用されるＭＯＸ燃料
は、ウラン燃料の中に含まれるウランペレットの代わり
にＭＯＸペレットを封入して製造される。また沸騰水型
原子炉では燃料集合体間に減速材である水が流通する水
ギャップが設けられているが、炉心の径方向の減速材分
布が均一でない等の理由により、炉心の径方向出力分布
に歪みが生ずる。よってＭＯＸ燃料においては、燃料の
径方向及び軸方向に関してウラン濃縮度（全ウラン中に
含まれるウラン２３５含有量の割合）あるいはプルトニ
ウム富化度（ＭＯＸ燃料中のプルトニウムの含有割合）
が異なる燃料ペレット数種類を配置することで、出力分
布の平坦化を図っている。

【０００６】さらに、燃焼初期において、余剰の核分裂
連鎖反応を抑制し余剰反応度を適切に制御するために、
一部の燃料棒には、ＭＯＸに可燃性毒物としてガドリニ
ア（Ｇｄ₂ Ｏ₃ ）のような中性子吸収体を添加した状態
でペレットを成型した可燃性毒物入り入りペレットが充
填されている。このような可燃性毒物入り燃料棒におけ
る中性子吸収効果は、燃焼が進むにつれて直線的に低下
する。可燃性毒物の添加量は、燃料経済性の観点から、
運転サイクル末期において残留量がほとんどゼロとなる
ように設定される。

【０００７】図８は可燃性毒物を含む燃料集合体及び可
燃性毒物を含まない燃料集合体の無限増倍率及び可燃性
毒物反応度の燃焼変化を模式的に示したグラフ、図９は
この２種の燃料集合体の余剰反応度の燃焼変化の一例を
示したグラフである。なお図８においては可燃性毒物と
して代表的にガドリニアを用いた場合を示した。ここで
燃料集合体の炉心内に滞在するサイクル数をＮとする。
Ｎは取替バッチ数と呼ばれ、一般に非整数である。図８
において記号ｄ₁ 、ｄ₂ 、ｄ_N は、それぞれ第１、第
２、第Ｎサイクルの期間を示す。また符号５１を付した
実線及び符号５２を付した破線はそれぞれ可燃性毒物を
含む場合及び含まない場合の無限増倍率の燃焼推移を示
す。また符号５３を付した実線は符号５１の実線の場合
に対応するガドリニア反応度の燃焼推移を示す。このグ
ラフによれば、燃料集合体中の可燃性毒物による中性子
吸収効果は第１サイクルに顕著に表れることがわかる。

【０００８】また、図９で符号５６を付した実線及び符
号５７を付した破線はそれぞれ可燃性毒物を含む場合及
び含まない場合の余剰反応度の燃焼推移を示したもので
ある。可燃性毒物を含まない場合はサイクル初期の余剰
反応度が高く、余剰反応度は燃焼の推移とともに一次関
数的に減少する。一方可燃性毒物を含む場合には、反応
初期から末期に至るまで余剰反応度をほぼ一定に低く制
御することができる。

【０００９】さらに、サイクル初期の抑制すべき反応度
の大きさは可燃性毒物入り燃料棒の本数に比例し、反応
度を抑制すべき期間長さは可燃性毒物の濃度（添加質量
率と呼ばれる。）に比例することが知られている。すな
わち、図８において符号５３を付した実線で示されるガ
ドリニア反応度の燃焼推移は、ガドリニアの濃度を増加
させると符号５４を付した破線のように初期のガドリニ
ア反応度が大きくなり、またガドリニア入り燃料棒の本
数を増加させると符号５５を付した破線のようにガドリ
ニア反応度がゼロに達するまでに要する時間が大きくな
る。

【００１０】この関係を利用して、制御棒による反応度
制御の操作を簡素化するために炉心の余剰反応度が長期
にわたって平坦となるように、また燃焼末期において可
燃性毒物の燃え残りがなくなるように、可燃性毒物入り
燃料棒の本数及び濃度を適切に設定する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したプル・サーマ
ル利用の観点から、最近の燃料集合体の中には、ＭＯＸ
燃料集合体中の大部分の燃料棒をＭＯＸ燃料棒とするこ
とでＭＯＸ燃料集合体におけるプルトニウムの装荷量を
高めたものが開発されている。このときさらに高燃焼度
化を図るためには、各燃料棒のウラン濃縮度やプルトニ
ウム富化度を増加させて、あるいはガドリニアに代表さ
れる可燃性毒物入り燃料棒の本数を増加させて、燃焼初
期の余剰反応度を低く抑制する必要がある。

【００１２】現時点でのＭＯＸ燃料設計においてはＭＯ
Ｘ燃料の製造工程を簡素化するという観点から、ガドリ
ニア入り燃料棒については、ガドリニア入りＭＯＸペレ
ットを採用せずに、従来のウラン燃料設計において使用
されているウランにガドリニアを混合して成型したペレ
ットからなるガドリニア入りウラン燃料棒を採用してい
る。

【００１３】一般に、ＭＯＸ燃料集合体では特にプルト
ニウム２４０の共鳴中性子吸収断面積が大きいため、ウ
ラン燃料集合体と比べて中性子束スペクトルが硬く、ガ
ドリニアの熱中性子吸収割合が小さい。よってＭＯＸ燃
料集合体においては、余剰反応度を抑制するために、ウ
ラン燃料集合体の場合と比べてガドリニア入りウラン燃
料棒を多く配置する必要がある。

【００１４】図１０は、特開平４−２４４９９４号に開
示されているガドリニアをウラン燃料棒に添加する方法
による、従来のＭＯＸ燃料集合体の燃料棒配置の一例を
示す断面図である。ここで記号Ｇ_U はガドリニア入りウ
ラン燃料棒を表す。また記号Ｍ₁ 、Ｍ₂ 、Ｍ₃ 、Ｍ₄ は
それぞれプルトニウム富化度が異なるＭＯＸ燃料棒を示
し、添字番号が若いほどプルトニウム富化度が大きいも
のとする。ＭＯＸ燃料棒中のウランには核分裂への寄与
が小さい劣化ウランを使用しており、燃料集合体中の全
核分裂性物質のうち核分裂性プルトニウムの重量割合は
７割弱である。すなわち、ウラン及びプルトニウムの全
量に対する核分裂性物質の重量率は４．６wt％、核分裂
性プルトニウムの重量率は３．１wt％である。また、燃
料集合体の７４本の燃料棒６中、外周部を除く領域にほ
ぼ均等に２２本のガドリニア入り燃料棒Ｇ_U が配置され
ている。このガドリニア入り燃料棒Ｇ_U 中の燃料におけ
るガドリニア濃度は１．５wt％である。

【００１５】図１０に示したＭＯＸ燃料集合体において
ガドリニア入り燃料棒Ｇ_U の本数をさらに増やすと、そ
れに伴いＭＯＸ燃料棒の本数が減少し燃料集合体当たり
のプルトニウム装荷量が減少する。またこの場合、ガド
リニア入り燃料棒Ｇ_U 同士を隣接して配置することに伴
って燃料棒１本あたりの中性子吸収効果が低減し、燃焼
後のガドリニアの残留量が増加する。従って、プルトニ
ウム富化度を増した高燃焼度燃料集合体の設計に関して
は、現状では図１０に示した場合より多くのガドリニア
入り燃料棒Ｇ_U を配置することは困難である。

【００１６】図１１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１
０に示したＭＯＸ燃料集合体の無限増倍率及び余剰反応
度の燃焼変化の一例を示したグラフである。なお符号５
８を付した実線は図１０に示したＭＯＸ燃料集合体の無
限増倍率を、符号５２を付した破線はガドリニアを含ま
ない燃料集合体の無限増倍率を表す。また記号ｄ_i （１
≦ｉ≦４）は第ｉサイクルの燃焼を示す。また図１２
は、図１０に示したＭＯＸ燃料集合体中の最大出力と平
均出力の比（局所出力ピーキング係数と呼ばれる。）の
燃焼推移を示したグラフである。

【００１７】上述したガドリニア入り燃料棒の配置の困
難さを解消するために、図１１（ａ）に示すように、運
転サイクル初期の余剰反応度を抑制するための補助的手
段として、ガドリニア入り燃料棒Ｇ_U 内のガドリニアの
第１サイクル終了時での残留量を若干確保しておき、第
２サイクル初期における燃料集合体の無限増倍率を小さ
くすることにより、炉心全体での余剰反応度を抑制す
る。しかしこの方法は、第１サイクルの末期における若
干のガドリニアの燃え残りによって反応度損失が生じる
から、燃料経済上好ましくない設計となっている。

【００１８】またこの構造では、ガドリニア入り燃料棒
Ｇ_U の本数を増加させたことに伴い、燃料集合体内の燃
料棒間の出力格差が増大し、図１２に示すように局所出
力ピーキング係数がやや大きい。これは設計目標の範囲
内ではあるが、さらに局所出力ピーキング係数を低減さ
せ出力分布を平坦化する改善の余地がある。

【００１９】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、運転サイクル初期の余剰反応度を適切に制御し、
運転サイクル末期での可燃性毒物の燃え残りをなくすと
ともに、出力分布の歪の平坦化された熱的余裕の大き
い、かつ燃料集合体あたりのプルトニウム装荷量の十分
多い燃料集合体を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、ウラン酸化物からなるペレットを封入
した第１の燃料棒と、ウラン酸化物とプルトニウム酸化
物の混合酸化物からなるＭＯＸペレットを封入した第２
の燃料棒と、内部を冷却材が流れるウォータロッドとを
格子状に束ねて構成される燃料集合体において、この燃
料集合体中の全燃料棒のうちの半数以上が１wt％未満の
可燃性毒物を含有する前記第２の燃料棒であることを特
徴とする燃料集合体を提供する。またこの可燃性毒物の
うち少くとも一部はガドリニアであるよう設定するとよ
い。

【００２１】この構成により、運転サイクル初期の余剰
反応度を適切に制御し、かつ運転サイクル末期での可燃
性毒物の燃え残りをなくすとともに、熱的余裕を増し、
さらに燃料集合体あたりのプルトニウム装荷量を十分多
く確保する。

【００２２】さらに本発明では、燃料集合体中の燃料棒
配列数を９行９列以上とすることで、特に高燃焼度でか
つプルトニウム富化度の高い燃料集合体の設計におい
て、上述の作用を有効に機能させる。

【００２３】さらに本発明では、燃料集合体中の全燃料
棒のうちの７割以上が第２の燃料棒となるよう設定する
ことにより、ＭＯＸ燃料棒本数の多い燃料集合体の設計
において、上述の作用を有効に機能させる。

【００２４】さらに本発明では、第２の燃料棒中の全核
分裂性物質のうち核分裂性プルトニウムの含有率がウラ
ン２３５の含有率よりも大きくなるよう設定する。特
に、燃料集合体中の全核分裂性物質のうちの７割以上が
核分裂性プルトニウムであるよう設定してもよい。この
構成により、第２の燃料棒中のプルトニウム装荷量をさ
らに増やすことで、プル・サーマル利用の促進を図る。

【００２５】さらに本発明では、燃料集合体の隅部に配
置される燃料棒は可燃性毒物を含有しないよう設定す
る。これにより、燃料集合体中の可燃性毒物を含有する
燃料棒それぞれの中性子吸収効果をほぼ同程度とする。
また特に、燃料集合体の隅部に配置される燃料棒を第１
の燃料棒とすることにより、プルトニウム富化度の異な
るＭＯＸ燃料棒の種類数を少なくする。

【００２６】さらに本発明では、ウォータロッドに１方
向で隣接する位置またはウォータロッドに２方向に面す
る燃料棒に隣接する位置に、可燃性毒物を含有しない第
２の燃料棒を配置する。これにより、燃料集合体の径方
向中央部（ウォータロッド周辺）の局所出力を高めるこ
とにより径方向出力分布の歪を平坦化する。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下本発明の第１の実施形態につ
いて説明する。図１は本実施形態に係る燃料集合体１の
水平方向断面図である。Ｕ₁ 及びＵ₂ は濃縮度の異なる
ウラン燃料棒、Ｍ₁ は可燃性毒物を含まないＭＯＸ燃料
棒、Ｇ_M は可燃性毒物としてガドリニアを含むＭＯＸ燃
料棒である。なおウラン燃料棒のウラン濃縮度はＵ₁ が
Ｕ₂ より大きいものとする。またここでは燃料棒Ｇ_M の
ガドリニア濃度を０．８wt％と設定する。

【００２８】本実施形態に係る燃料集合体１は４種類の
燃料棒からなる。符号１２を付した燃料集合体隅部に燃
料棒Ｕ₂ を、またこの燃料棒Ｕ₂ に近接して燃料棒Ｕ₁
を、また符号１３を付したウォータロッド７に２方向で
面する位置に燃料棒Ｇ_M を配置した。この符号１３を付
した燃料棒Ｇ_M に面する位置またはウォータロッド７に
面する位置に燃料棒Ｍ₁ を配置した。そして上述以外の
場所にはすべて燃料棒Ｇ_M を配置した。この結果燃料集
合体１は、全燃料棒７４本のうち燃料棒Ｇ_M が３８本、
Ｍ₁ が１６本、Ｕ₁ が１６本、Ｕ₂ が４本で構成され
る。すなわち、全燃料棒のうち７３％がＭＯＸ燃料棒で
あり、かつ５１％がガドリニア入りＭＯＸ燃料棒であ
る。またこの燃料集合体１のバッチ数はおよそ４であ
る。

【００２９】燃料集合体１のウラン及びプルトニウムの
総量のうち核分裂性物質の割合を重量率で４．５wt％と
設定し、かつ核分裂性プルトニウムの割合を重量率３．
２wt％と設定した。すなわち燃料集合体中の全核分裂性
物質のうち核分裂性プルトニウムの割合は７１％であ
る。

【００３０】この構成により、本実施形態は以下の作用
を有する。まず第１に、周囲の減速材密度が高く熱中性
子束が特に高い燃料集合体隅部１２に可燃性毒物を含ま
ない燃料棒Ｕ₂ を配置することにより、各ガドリニア入
り燃料棒のガドリニアによる中性子吸収効果をほぼ同程
度とする。

【００３１】第２に、隅部１２またはこの隅部１２に近
接する場所にはＭＯＸ燃料棒ではなくウラン燃料棒を配
置することにより、燃料集合体中のＭＯＸ燃料棒の種類
を少なくする。

【００３２】第３に、ＭＯＸ燃料棒中の全核分裂性物質
中の核分裂性プルトニウムの含有率をウラン２３５の含
有率より大きく設定することで、燃料集合体中のＭＯＸ
の装荷量を増し、プル・サーマル利用を促進する。この
ときＭＯＸ燃料棒中のウランとしては、濃縮ウランより
も核分裂反応に対する寄与の少ない、劣化ウランあるい
は天然ウランを採用するとよい。

【００３３】第４に、ウォータロッド及びこのウォータ
ロッドに２方向に面する燃料棒に隣接する位置に、可燃
性毒物を含有しないＭＯＸ燃料棒Ｍ₁ を配置する。これ
により、燃料集合体の径方向中央部（ウォータロッド周
辺）の局所出力を相対的に高めることで燃料集合体内の
径方向出力分布の歪の平坦化を図る。

【００３４】図２（ａ）及び（ｂ）における符号４１及
び４２を付した実線は、それぞれ本実施形態の燃料集合
体１の無限増倍率及び余剰反応度の燃焼変化を示したグ
ラフである。また図３における符号４３を付した実線
は、燃料集合体１の局所出力ピーキング係数の燃焼推移
を示したグラフである。なお符号５８、５９及び６０を
付した破線は、それぞれ、上記従来の技術で詳説した図
１０のＭＯＸ燃料集合体の無限増倍率、余剰反応度及び
局所出力ピーキング係数の燃焼変化を示したものであ
る。

【００３５】図１０のＭＯＸ燃料集合体では４種類のＭ
ＯＸ燃料棒を用いているのに対し、本実施形態の燃料集
合体１ではＭＯＸ燃料棒は２種類である。よってこの構
成により、ＭＯＸ燃料棒製造に要する時間と費用を低減
することができる。

【００３６】また本実施形態では、ガドリニア入り燃料
棒の本数を従来の２２本から３８本に増やした代わり
に、ガドリニア入り燃料棒１本あたりのガドリニアの濃
度を従来の１．５wt％から０．８wt％とした。この結果
燃料集合体のガドリニア含有量は図１０の場合と比較し
て８％減少した。この構成により、図２（ａ）に示すよ
うに、従来の場合と比べて燃焼初期の余剰反応度を低減
し適正化するとともに、第１サイクル燃焼末期のガドリ
ニアの燃え残りをなくすことができる。

【００３７】なお、上述の理由により、ガドリニアの燃
え残りを極力減らすという観点から、ガドリニア入り燃
料棒Ｇ_M のガドリニア濃度は１wt％未満の適切な値に設
定すればよい。

【００３８】また図２（ｂ）に示すように、図１０のＭ
ＯＸ燃料集合体では炉心の余剰反応度が初期は高く１次
関数的に減少するのに対して、本実施形態によれば、炉
心の余剰反応度は運転サイクル期間において平坦化され
ることがわかる。よって本実施形態によれば、制御棒挿
入等の制御操作の頻度が減少し、原子炉運転が容易にな
る。

【００３９】さらに図３に示すように、従来の図１０の
場合は局所出力ピーキング係数は１．３前後であるのに
対し、本実施形態では局所出力ピーキング係数がおよそ
１．２５以下であり、特に燃焼後期ではおよそ１．１と
なり、従来と比較して大幅に改善されている。すなわち
出力分布の歪を平坦化することができる。

【００４０】以下本発明の第２の実施形態について説明
する。なお上記第１の実施形態と同一の構成部分につい
ては同一符号を付して詳細な説明を省略する。図４は本
実施形態に係る燃料集合体２の水平方向断面図である。
燃料集合体２は、燃料集合体１において可燃性毒物を含
まないＭＯＸ燃料棒Ｍ₁ の位置にガドリニア入りＭＯＸ
燃料棒Ｇ_M を配置し、ＭＯＸ燃料棒をすべてガドリニア
入りの１種類に統一したものである。すなわち燃料集合
体２は、ウラン燃料棒Ｕ₁ が１６本、Ｕ₂ が４本、ガド
リニア入りＭＯＸ燃料棒Ｇ_M が５４本で構成される。全
燃料棒中の７３％がガドリニア入りＭＯＸ燃料棒Ｇ_M で
ある。こうして燃料棒の種類を燃料集合体１より少ない
３種類とすることにより、燃料棒製造に要する時間や費
用をさらに低減することができる。

【００４１】燃料集合体２においては燃料集合体１の場
合よりもウラン燃料棒Ｕ₁ 、Ｕ₂ のウラン濃縮度及びＭ
ＯＸ燃料棒Ｇ_M のプルトニウム富化度を増加させること
により取出燃焼度を増大させ、第１の実施形態における
運転サイクルの長さを変えずに、運転バッチ数をおよそ
４からおよそ５に増すことができる。

【００４２】従ってこの構成により、第１の実施形態と
ほぼ同様の反応特性及び作用効果が得られると同時に、
燃料交換に要する時間を低減することができる。また本
実施形態においては、第１の実施形態における運転バッ
チ数を変えずに運転サイクルの長さを増すことも可能で
ある。

【００４３】以下本発明の第３の実施形態について説明
する。なお上記の実施形態と同一の構成部分については
同一符号を付して詳細な説明を省略する。図５は本実施
形態に係る燃料集合体３の水平方向断面図である。燃料
集合体３は、燃料集合体１において燃料棒Ｕ₁ 及びＵ₂
をそれぞれ可燃性毒物を含まないＭＯＸ燃料棒Ｍ₃ 及び
Ｍ₂ に置き換えたものである。すなわち燃料集合体隅部
１３に燃料棒Ｍ₃ を配置し、またこれに隣接する位置に
ＭＯＸ燃料棒Ｍ₂ を配置した。

【００４４】これにより燃料集合体３は、可燃性毒物を
含まないＭＯＸ燃料棒Ｍ₁ 、Ｍ₂ が各１６本、Ｍ₃ が４
本、ガドリニア入りＭＯＸ燃料棒Ｇ_M が３８本で構成さ
れる。燃料集合体３を構成するすべての燃料棒がＭＯＸ
燃料棒であり、またガドリニア入りＭＯＸ燃料棒の割合
は５１％である。なおＭＯＸ燃料棒Ｍ₂ 、Ｍ₃ における
プルトニウム富化度等は、燃料集合体１と比較したとき
のＭＯＸ装荷量の増加の許容範囲等を考慮して適宜決定
するものとする。

【００４５】この構成により、第１の実施形態とほぼ同
様の反応特性及び作用効果が得られると同時に、燃料集
合体中のＭＯＸ装荷割合を適切な範囲内で増加させるこ
とができる。

【００４６】以下本発明の第４の実施形態について説明
する。なお上記の実施形態と同一の構成部分については
同一符号を付して詳細な説明を省略する。図６は本実施
形態に係る燃料集合体４の水平方向断面図である。第１
乃至第３の実施形態はいずれも燃料集合体の中軸部に円
筒型のウォータロッド７を２本配置したものであるが、
本実施形態はこの形状を変形したものである。すなわち
燃料集合体４は、燃料集合体３の燃料棒配置とほぼ同様
の配置を有し、かつ中軸部に角型のウォータロッド１３
を配置したものである。これにより燃料棒本数は７４本
から７２本となるものの、燃料集合体３とほぼ同様の反
応特性及び作用効果を有する。

【００４７】同様にして、第１または第２の実施形態に
係る燃料集合体において、円筒型ウォータロッド７を角
型ウォータロッド１３に変形したものも考えられる。以
上述べてきた実施形態は、いずれも沸騰水型原子炉にお
ける９×９型配置の燃料集合体であるが、この種の配置
は他の例えば１０×１０型の燃料集合体に対しても適用
できる。さらに、例えば１７×１７型のような加圧水型
原子炉用燃料集合体についても同様の配置を与えること
ができる。以下このような配置を与える際には、上述し
たように、燃料集合体隅部１２にはウラン燃料棒もしく
は可燃性毒物を含まないＭＯＸ燃料棒を配置すること
や、ＭＯＸ燃料棒中の全核分裂性物質中の核分裂性プル
トニウムの含有率をウラン２３５の含有率より大きく設
定することを考慮することにより、第１の実施形態とほ
ぼ同様の効果を得ることができる。また、ウォータロッ
ドに隣接する位置に可燃性毒物を含有しないＭＯＸ燃料
棒を配置することも考慮するとよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、運転
サイクル初期の余剰反応度を適切に制御し、運転サイク
ル末期での可燃性毒物の燃え残りをなくすとともに、運
転サイクル全般にわたって燃料集合体中の出力分布の歪
を平坦化し熱的余裕を向上することにより、より燃料経
済性の高い原子炉運転を安定的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料集合体の燃
料棒配置を示す断面図である。

【図２】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る燃料集
合体の無限増倍率の燃焼推移を示すグラフ、（ｂ）は第
１の実施形態に係る燃料集合体の余剰反応度の燃料推移
を示すグラフである。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る燃料集合体の局
所出力ピーキング係数の燃焼推移を示すグラフである。

【図４】本発明の第２の実施形態に係る燃料集合体の燃
料棒配置を示す断面図である。

【図５】本発明の第３の実施形態に係る燃料集合体の燃
料棒配置を示す断面図である。

【図６】本発明の第４の実施形態に係る燃料集合体の燃
料棒配置を示す断面図である。

【図７】（ａ）は従来の沸騰水型原子炉の燃料集合体の
縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視方向断面図であ
る。

【図８】従来の可燃性毒物を含む燃料集合体及び可燃性
毒物を含まない燃料集合体の無限増倍率及び可燃性毒物
反応度の燃焼変化を模式的に示したグラフである。

【図９】従来の可燃性毒物を含む燃料集合体及び可燃性
毒物を含まない燃料集合体の余剰反応度を燃焼変化を模
式的に示したグラフである。

【図１０】従来のＭＯＸ燃料集合体の燃料棒配置の一例
を示す断面図である。

【図１１】（ａ）は、図１０に示したＭＯＸ燃料集合体
の無限増倍率の燃焼変化を示したグラフ、（ｂ）は、図
１０に示したＭＯＸ燃料集合体の余剰反応度の燃焼変化
を示したグラフである。

【図１２】図１０に示したＭＯＸ燃料集合体の局所出力
ピーキング係数の燃焼推移を示すグラフである。

【符号の説明】

１、２、３、４、１１燃料集合体５チャンネルボックス６燃料棒７ウォータロッド８スペーサ９上部タイプレート１０下部タイプレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウラン酸化物からなるペレットを封入し
た第１の燃料棒と、ウラン酸化物とプルトニウム酸化物
の混合酸化物からなるＭＯＸペレットを封入した第２の
燃料棒と、内部を冷却材が流れるウォータロッドとを格
子状に束ねて構成される燃料集合体において、この燃料
集合体中の全燃料棒のうちの半数以上が１wt％未満の可
燃性毒物を含有する前記第２の燃料棒であることを特徴
とする燃料集合体。
【請求項２】可燃性毒物はガドリニアを含むことを特
徴とする請求項１記載の燃料集合体。
【請求項３】燃料集合体中の燃料棒配列数は９行９列
以上であることを特徴とする請求項１または２記載の燃
料集合体。
【請求項４】燃料集合体中の全燃料棒のうちの７割以
上が第２の燃料棒であることを特徴とする請求項１乃至
３記載の燃料集合体。
【請求項５】第２の燃料棒中の全核分裂性物質のうち
核分裂性プルトニウムの含有率がウラン２３５の含有率
よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至４記載の燃
料集合体。
【請求項６】燃料集合体中の全核分裂性物質のうちの
７割以上が核分裂性プルトニウムであることを特徴とす
る請求項５記載の燃料集合体。
【請求項７】燃料集合体の隅部に配置する燃料棒は可
燃性毒物を含有しないことを特徴とする請求項１乃至６
記載の燃料集合体。
【請求項８】燃料集合体の隅部に配置する燃料棒は第
１の燃料棒であることを特徴とする請求項７記載の燃料
集合体。
【請求項９】ウォータロッドに１方向で隣接する位置
またはこのウォータロッドに２方向に面する燃料棒に隣
接する位置に、可燃性毒物を含有しない第２の燃料棒を
配置することを特徴とする請求項１乃至８記載の燃料集
合体。