(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の被覆管に核燃料物質を収納した複数の燃料棒を正方格子状に束ねた沸騰水型原子炉用燃料集合体において、
前記燃料棒は、ウランの濃縮度が天然ウラン以下の第１低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの２／２４以上の領域に形成されその第１低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有しかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第１燃料棒と、ウランの濃縮度が天然ウラン以下の第２低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの１／２４以下の領域に形成されその第２低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有せずかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第２燃料棒と、を含み、
横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに前記反制御棒側領域に存在する第１の燃料棒の本数が前記制御棒側領域に存在する前記第１の燃料棒の本数よりも多い、ことを特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項２】
制御棒を挟んで隣り合う前記燃料集合体の間隔が制御棒を挟まずに隣り合う前記燃料集合体の間隔よりも大きい炉心用であ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。
【請求項３】
円筒状の被覆管に核燃料物質を収納した複数の燃料棒を正方格子状に束ねた燃料集合体と、２行２列の前記燃料集合体で囲まれる位置に配置された十字型の制御棒とを備えた沸騰水型原子炉の炉心において、
前記燃料集合体のうち少なくとも一体は、前記燃料棒が、ウランの濃縮度が天然ウラン以下の第１低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの２／２４以上の領域に形成されその第１低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有しかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第１燃料棒とウランの濃縮度が天然ウラン以下の第２低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの１／２４以下の領域に形成されその第２低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有せずかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第２燃料棒と、を含み、横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに前記反制御棒側領域に存在する第１の燃料棒の本数が前記制御棒側領域に存在する前記第１の燃料棒の本数よりも多い、
ことを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉用の燃料集合体およびそれを用いた沸騰水型原子炉の炉心に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体は、上部タイプレートと下部タイプレートの間のほぼ角筒状の領域内に延びて正方格子状に配列された複数の燃料棒を有している。燃料棒は、円筒状の被覆管内にウランなどの核燃料物質が収納されたものである。燃料棒として、他の燃料棒よりも短い部分長燃料棒が用いられる場合もある。いずれかの燃料棒に核燃料物質が収納された上部タイプレートと下部タイプレートの間の軸方向領域は、燃料有効部と呼ばれる。沸騰水型原子炉の炉心は、このような燃料集合体をほぼ円柱状の領域に複数配列して形成される。
【０００３】
原子炉の炉心の上端部および下端部では、中性子の漏れが多く、燃焼が進みにくい。そこで、一般的に、沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体では、燃料有効部の上端および下端に、燃料有効部の長さ（燃料有効長）の１／２４ないし２／２４程度の低反応度領域が設けられている。低反応度領域とは、核分裂性物質の含有量が小さい領域で、たとえば天然ウランなどを用いて形成されている。天然ウランを用いたこのような低反応度領域は、天然ウランブランケットとも呼ばれる。
【０００４】
沸騰水型原子炉は、一定期間運転した後一旦停止され、運転停止期間中に検査が行われる。検査の際には、一部の燃料集合体を炉心から取り出すとともに、新しい燃料集合体が炉心に装荷される。
【０００５】
原子炉の運転期間（運転サイクル）を長期化すると、検査に要する時間が変わらなければ、設備利用率が向上する。しかし、燃料集合体中の核燃料物質の量が一定であれば、運転サイクルを長期化すると、停止中に交換しなければならない燃料集合体の数が多くなる。取替燃焼集合体の数が増加すると、燃料集合体の平均取出燃焼度が低下し、また、使用済み燃料集合体、すなわち、廃棄物が増加する。その結果、全体としての経済性が損なわれる可能性がある。
【０００６】
そこで、廃棄物を増加させない、すなわち、燃料集合体の平均取出燃焼度を低下させずに、長期サイクル運転を行うことが好ましい。このためには、燃料集合体中の核燃料物質の量、すなわち、平均濃縮度を高める必要がある。たとえば、運転サイクルを現在国内で一般的な１３月から１９月に延ばす場合、取出平均燃焼度を４５ＧＷｄ／ｔ程度とするためには、ウラン濃縮度を燃料集合体平均で４％以上とする必要がある。
【０００７】
ウラン濃縮度を高めると、熱的に厳しくなる傾向がある。そこで、たとえば燃料有効部の上下端の低反応度領域の長さを短くする場合がある。これにより、濃縮ウランの濃縮度を低減させるとともに、より大きな発熱をする領域を長くして単位長さ当たりの発熱量を低減することができる。
【０００８】
たとえば特許文献１および特許文献２には、一部の燃料棒の低反応度領域の長さを短くした燃料集合体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１８０９２９号公報
【特許文献２】特開２０００−８１４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
燃料有効部上端の低反応度領域を短くすると、出力運転時の反応度を向上させたり、熱的余裕を増大させることができる場合がある。しかし、特許文献１および特許文献２のように単に一部の燃料棒の低反応度領域の長さを短くすると、炉停止余裕が小さくなる可能性がある。
【００１１】
そこで、本発明は、平均濃縮度が高い長期サイクル運転用燃料集合体を装荷した沸騰水型原子炉において、炉停止余裕を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的を達成するため、本発明は、円筒状の被覆管に核燃料物質を収納した複数の燃料棒を正方格子状に束ねた沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記燃料棒は、ウランの濃縮度が天然ウラン以下の第１低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの２／２４以上の領域に形成されその第１低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有しかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第１燃料棒と、ウランの濃縮度が天然ウラン以下の第２低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの１／２４以下の領域に形成されその第２低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有せずかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第２燃料棒と、を含み、横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに前記反制御棒側領域に存在する第１の燃料棒の本数が前記制御棒側領域に存在する前記第１の燃料棒の本数よりも多い、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、円筒状の被覆管に核燃料物質を収納した複数の燃料棒を正方格子状に束ねた燃料集合体と、２行２列の前記燃料集合体で囲まれる位置に配置された十字型の制御棒とを備えた沸騰水型原子炉の炉心において、前記燃料集合体のうち少なくとも一体は、前記燃料棒が、ウランの濃縮度が天然ウラン以下の第１低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの２／２４以上の領域に形成されその第１低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有しかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第１燃料棒とウランの濃縮度が天然ウラン以下の第２低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの１／２４以下の領域に形成されその第２低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有せずかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第２燃料棒と、を含み、横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに前記反制御棒側領域に存在する第１の燃料棒の本数が前記制御棒側領域に存在する前記第１の燃料棒の本数よりも多い、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、平均濃縮度が高い長期サイクル運転用燃料集合体を装荷した沸騰水型原子炉において、炉停止余裕を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態における燃料棒の配置を示す図であって、（ａ）は燃料集合体の横断面図、（ｂ）はそれぞれの燃料棒の濃縮度およびガドリニア濃度の軸方向分布図である。
【図２】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態における斜視図である。
【図３】沸騰水型原子炉の炉心の鉛直方向の低温時での出力分布の例を示すグラフである。
【図４】沸騰水型原子炉の炉心に装荷された燃料集合体内の水平方向の低温時での出力分布の例を示すグラフである。
【図５】本発明に係る燃料集合体の第２の実施の形態における燃料棒の配置を示す図であって、（ａ）は燃料集合体の横断面図、（ｂ）はそれぞれの燃料棒の濃縮度およびガドリニア濃度の軸方向分布図である。
【図６】本発明に係る燃料集合体の第３の実施の形態における燃料棒の配置を示す図であって、（ａ）は燃料集合体の横断面図、（ｂ）はそれぞれの燃料棒の濃縮度およびガドリニア濃度の軸方向分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る燃料集合体の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
［第１の実施の形態］
図２は、本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態における斜視図である。
【００１８】
燃料集合体８１は、上部タイプレート２１、下部タイプレート２２、ウォータロッド２３、スペーサ２４、標準長燃料棒２５および部分長燃料棒２６を有している。上部タイプレート２１および下部タイプレート２２は鉛直方向に離間して配置されている。燃料棒２５，２６およびウォータロッドは、上部タイプレート２１および下部タイプレート２２の間に延びている。
【００１９】
燃料棒２５，２６は、角筒状の領域内で正方格子状に束ねられている。標準長燃料棒２５の上下端は、上部タイプレート２１および下部タイプレート２２に差し込まれている。部分長燃料棒２６は、標準長燃料棒２５よりも短い。部分長燃料棒２６の下端は、下部タイプレート２６に差し込まれている。
【００２０】
燃料棒２５，２６が配列された角筒状の領域の中央付近の７か所の正方格子点位置は、２本のウォータロッド２３によって占められている。ウォータロッド２３の下端および上端は、上部タイプレート２１および下部タイプレート２２に差し込まれている。ウォータロッド２３の内部には、冷却水が流れるようになっている。
【００２１】
スペーサ２４は、上部タイプレート２１と下部タイプレート２２との間の７か所に、軸方向に間隔をおいて設けられている。上部タイプレート２１、下部タイプレート２２およびスペーサ２４によって、燃料棒２５，２６およびウォータロッド２３は水平方向の互いの間隔を保持されている。
【００２２】
燃料集合体８１には、角筒状のチャンネルボックス２７が装着される。複数の燃料集合体８１がチャンネルボックス２７を装着された状態で、円筒状の領域内に配列されて沸騰水型原子炉の炉心が形成される。
【００２３】
図１は、本実施の形態における燃料棒の配置を示す図であって、（ａ）は燃料集合体の横断面図、（ｂ）はそれぞれの燃料棒の濃縮度およびガドリニア濃度の軸方向分布図である。なお、図１（ａ）には、燃料集合体と制御棒の相対的な位置関係を表すため、制御棒１１も併せて示した。図１（ｂ）の軸方向位置は、燃料有効部を２４つに均等に分割したノードを示している。
【００２４】
図１（ａ）において、燃料集合体８１中の各燃料棒の位置に記された１、２、３、４、５、６、Ｇ１、Ｇ２、Ｐ１、Ｐ２は、燃料棒の種類（燃料棒タイプ）を示している。また、図１（ａ）において、燃料集合体８１中のＷはウォータロッド２３を示している。図１（ｂ）において、各燃料棒タイプのそれぞれの軸方向領域に示されたａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｎは、それぞれの領域の濃縮度を、ｇはガドリニア濃度を示している。ｎは、天然ウランを示している。すなわち、ｎ＝約０．７重量％である。濃縮度は、５．０＞ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅ＞ｆ＞ｎという関係を満足している。
【００２５】
この燃料集合体８１には、６種類の標準長ウラン燃料棒１，２，３，４，５，６と、２種類の部分長燃料棒Ｐ１，Ｐ２と、１種類のガドリニア入り燃料棒Ｇ１が用いられている。部分長燃料棒Ｐ１，Ｐ２には、ガドリニアは含有されていない。部分長燃料棒Ｐ１，Ｐ２は、第１２ノードから第１５ノードにウランが収容されている。ここで、ノードとは、燃料有効部の長さ（燃料有効長）の１／２４の長さの領域で、燃料有効部の下端のノードを第１ノードとする。
【００２６】
標準長ウラン燃料棒１，２，３，４，５，６には、第１ノードおよび第２４ノードにそれぞれ燃料有効長の１／２４の長さの天然ウラン領域が形成されている。なお、部分長燃料棒Ｐ１，Ｐ２には、天然ウラン領域はない。
【００２７】
ガドリニア入り燃料棒Ｇ１の下端には、第１ノードに燃料有効長の１／２４の長さの天然ウラン領域が形成されている。また、ガドリニア入り燃料棒Ｇ１の上端には、第２４ノードに燃料有効長の２／２４の長さの天然ウラン領域が形成されている。燃料集合体８１の横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに、反制御棒側領域に存在するガドリニア入り燃料棒Ｇ１の本数は、制御棒側領域に存在するガドリニア入り燃料棒Ｇ１の本数よりも多くなるように配置されている。
【００２８】
本実施の形態の燃料集合体８１は、平均濃縮度が４．０重量％以上である。この燃料集合体８１は、Ｄ格子炉心に装荷される。すなわち、この燃料集合体８１が装荷された炉心では、制御棒１１を挟んで隣り合う燃料集合体８１の間隔が、制御棒を挟まずに隣り合う燃料集合体８１の間隔よりも大きい。このため、出力運転時の燃料集合体８１の横断面内の熱中性子束は、制御棒側で大きく、反制御棒側で小さい。そこで、本実施の形態の燃料集合体８１では、反制御棒側の燃料棒のウラン濃縮度を、制御棒側の対称位置の燃料棒に比べて高くしている。
【００２９】
図３は、沸騰水型原子炉の炉心の鉛直方向の低温時での出力分布の例を示すグラフである。図４は、沸騰水型原子炉の炉心に装荷された燃料集合体内の水平方向の低温時での出力分布の例を示すグラフである。
【００３０】
低温時には、炉心に制御棒１１が挿入されている。このため、低温時には、図３に示すように、上端に近い位置で出力分布がピークを持つ。また、低温時には、図４に示すように、制御棒に遠い方の燃料棒の出力が制御棒に近い方の燃料棒に比べて大きくなる。これは、本実施の形態のように、制御棒側と反制御棒側で水ギャップの幅が異なる炉心の場合に顕著である。
【００３１】
本実施の形態の燃料集合体８１では、燃料有効部上端に設けられた低反応度領域である天然ウラン領域が標準長ウラン燃料棒１，２，３，４，５，６に比べて長いガドリニア入り燃料棒Ｇ１が反制御棒側に多く配置されている。このため、低温時に出力が高くなる傾向にある燃料有効部上端近傍かつ反制御棒側に低反応度領域が多く存在している。その結果、低温時の反応度を抑制している。すなわち、炉停止余裕を増大させている。
【００３２】
また、燃料有効部の上端近傍では、出力運転中の熱中性子束が下方に比べて小さい。そのため、燃料有効部の上端近傍では、ガドリニウムの燃焼が遅い。しかし、本実施の形態では、ガドリニア入り燃料棒Ｇ１の燃料有効部上端に設けた天然ウラン領域を、標準長ウラン燃料棒１，２，３，４，５，６に比べて長い、２ノード分設けているため、運転サイクル末期でのガドリニウムの燃え残りが少なくなる。その結果、運転サイクル末期での炉心全体の反応度が増加するので、省ウランが図られる。
【００３３】
このように省ウランが図られると、燃料集合体８１全体の平均濃縮度を低減することができる。その結果、低温時の反応度の出力運転時の反応度からの増加分が小さくなることになり、炉停止余裕を増大させることにつながる。
【００３４】
また、標準長ウラン燃料棒１，２，３，４，５，６の燃料有効部上端に設けた天然ウラン領域を１ノード分としているため、ガドリニア入り燃料棒Ｇ１と同じ２ノード分とした場合に比べて、濃縮ウランを収納する領域の総長さが長い。その結果、出力運転時には、濃縮ウランを収納して発熱が大きい領域の長さが長いため、１体の燃料集合体８１の熱出力が同じであるとすれば、燃料棒の単位長さ当たりの熱出力が小さくなる。その結果、熱的余裕が増大する。さらに、出力運転時には制御棒の大半が引き抜かれているので、熱中性子束の高い制御棒側に濃縮ウラン領域の長い、すなわち低反応度領域の短い燃料棒を配置することが省ウランや熱的余裕の観点で有効である。
【００３５】
このように、本実施の形態によれば、平均濃縮度が高い長期サイクル運転用燃料集合体を装荷した沸騰水型原子炉において、炉停止余裕を確保することができる。つまり、Ｄ格子炉心で燃料集合体平均濃縮度を４．０重量％以上としても、熱的余裕および炉停止余裕を確保できるので、１９月ないし２４月の長期サイクル運転が可能となる。また、運転サイクル長さが一定で、炉停止余裕が一定との条件で比較すると、燃料集合体の平均濃縮度を増加できることから、取出燃焼度を高めて燃料経済性を向上させることができる。
【００３６】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明に係る燃料集合体の第２の実施の形態における燃料棒の配置を示す図であって、（ａ）は燃料集合体の横断面図、（ｂ）はそれぞれの燃料棒の濃縮度およびガドリニア濃度の軸方向分布図である。なお、図５（ａ）には、燃料集合体と制御棒の相対的な位置関係を表すため、制御棒１１も併せて示した。図５（ｂ）の軸方向位置は、燃料有効部を２４つに均等に分割したノードを示している。
【００３７】
図５（ａ）において、燃料集合体８２中の各燃料棒の位置に記された１、２、３、４、５、６、Ｇ１、Ｇ２、Ｐ１、Ｐ２は、燃料棒の種類（燃料棒タイプ）を示している。また、図５（ａ）において、燃料集合体８２中のＷはウォータロッド２３を示している。図５（ｂ）において、各燃料棒タイプのそれぞれの軸方向領域に示されたａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｎは、それぞれの領域の濃縮度を、ｇ、ｈはガドリニア濃度を示している。ｎは、天然ウランを示している。すなわち、ｎ＝約０．７重量％である。濃縮度は、５．０＞ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅ＞ｆ＞ｎという関係を満足している。ガドリニア濃度は、ｇ＞ｈという関係を満足している。
【００３８】
この燃料集合体８２には、６種類の標準長ウラン燃料棒１，２，３，４，５，６と、２種類の部分長燃料棒Ｐ１，Ｐ２と、２種類のガドリニア入り燃料棒Ｇ１，Ｇ２が用いられている。部分長燃料棒Ｐ１，Ｐ２には、ガドリニアは含有されていない。部分長燃料棒Ｐ１，Ｐ２は、第１２ノードから第１５ノードにウランが収容されている。ここで、ノードとは、燃料有効部の長さ（燃料有効長）の１／２４の長さの領域で、燃料有効部の下端のノードを第１ノードとする。
【００３９】
標準長ウラン燃料棒１，２，３，４，５，６には、第１ノードおよび第２４ノードにそれぞれ燃料有効長の１／２４の長さの天然ウラン領域が形成されている。なお、部分長燃料棒Ｐ１，Ｐ２には、天然ウラン領域はない。
【００４０】
ガドリニア入り燃料棒Ｇ１，Ｇ２の下端には、第１ノードに燃料有効長の１／２４の長さの天然ウラン領域が形成されている。また、ガドリニア入り燃料棒Ｇ１，Ｇ２の上端には、第２４ノードに燃料有効長の２／２４の長さの天然ウラン領域が形成されている。燃料集合体８２の横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに、反制御棒側領域に存在するガドリニア入り燃料棒Ｇ１，Ｇ２の本数は、制御棒側領域に存在するガドリニア入り燃料棒Ｇ１，Ｇ２の本数よりも多くなるように配置されている。
【００４１】
本実施の形態の燃料集合体８１は、平均濃縮度が約４．２重量％である。この燃料集合体８２は、Ｄ格子炉心に装荷される。すなわち、この燃料集合体８１が装荷された炉心では、制御棒１１を挟んで隣り合う燃料集合体８２の間隔が、制御棒を挟まずに隣り合う燃料集合体８２の間隔よりも大きい。このため、出力運転時の燃料集合体８２の横断面内の熱中性子束は、制御棒側で大きく、反制御棒側で小さい。そこで、本実施の形態の燃料集合体８２では、反制御棒側の燃料棒のウラン濃縮度を、制御棒側の対称位置の燃料棒に比べて高くしている。さらに、反制御棒側のガドリニア入り燃料棒Ｇ１のガドリニア濃度を、制御棒側のガドリニア入り燃料棒Ｇ２燃料棒に比べて高めている。
【００４２】
このような燃料集合体８２であっても、第１の実施の形態と同様に、平均濃縮度が高い長期サイクル運転用燃料集合体を装荷した沸騰水型原子炉において、炉停止余裕を確保することができる。つまり、Ｄ格子炉心で燃料集合体平均濃縮度を４．０重量％以上としても、熱的余裕および炉停止余裕を確保できるので、１９月ないし２４月の長期サイクル運転が可能となる。また、運転サイクル長さが一定で、炉停止余裕が一定との条件で比較すると、燃料集合体の平均濃縮度を増加できることから、取出燃焼度を高めて燃料経済性を向上させることができる。
【００４３】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明に係る燃料集合体の第３の実施の形態における燃料棒の配置を示す図であって、（ａ）は燃料集合体の横断面図、（ｂ）はそれぞれの燃料棒の濃縮度およびガドリニア濃度の軸方向分布図である。なお、図６（ａ）には、燃料集合体と制御棒の相対的な位置関係を表すため、制御棒１１も併せて示した。図６（ｂ）の軸方向位置は、燃料有効部を２４つに均等に分割したノードを示している。
【００４４】
図６（ａ）において、燃料集合体８３中の各燃料棒の位置に記された１、２、３、４、５、６、Ｇ１、Ｇ２、Ｐ１、Ｐ２は、燃料棒の種類（燃料棒タイプ）を示している。また、図６（ａ）において、燃料集合体８３中のＷはウォータロッド２３を示している。図６（ｂ）において、各燃料棒タイプのそれぞれの軸方向領域に示されたａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｎは、それぞれの領域の濃縮度を、ｇ、ｈはガドリニア濃度を示している。ｎは、天然ウランを示している。すなわち、ｎ＝約０．７重量％である。濃縮度は、５．０＞ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅ＞ｆ＞ｎという関係を満足している。ガドリニア濃度は、ｇ＞ｈという関係を満足している。
【００４５】
この燃料集合体８３には、６種類の標準長ウラン燃料棒１，２，３，４，５，６と、２種類の部分長燃料棒Ｐ１，Ｐ２と、２種類のガドリニア入り燃料棒Ｇ１，Ｇ２が用いられている。部分長燃料棒Ｐ１，Ｐ２には、ガドリニアは含有されていない。部分長燃料棒Ｐ１，Ｐ２は、第１２ノードから第１５ノードにウランが収容されている。ここで、ノードとは、燃料有効部の長さ（燃料有効長）の１／２４の長さの領域で、燃料有効部の下端のノードを第１ノードとする。
【００４６】
標準長ウラン燃料棒１，３，４，５，６には、第１ノードおよび第２４ノードにそれぞれ燃料有効長の１／２４の長さの天然ウラン領域が形成されている。一部の標準長燃料棒２の燃料有効部の上端の天然ウラン領域は、２ノード分設けられている。なお、部分長燃料棒Ｐ１，Ｐ２には、天然ウラン領域はない。
【００４７】
ガドリニア入り燃料棒Ｇ１，Ｇ２の下端には、第１ノードに燃料有効長の１／２４の長さの天然ウラン領域が形成されている。また、ガドリニア入り燃料棒Ｇ１，Ｇ２の上端には、第２４ノードに燃料有効長の２／２４の長さの天然ウラン領域が形成されている。燃料集合体８３の横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに、反制御棒側領域に存在するガドリニア入り燃料棒Ｇ１，Ｇ２の本数は、制御棒側領域に存在するガドリニア入り燃料棒Ｇ１，Ｇ２の本数よりも多くなるように配置されている。
【００４８】
本実施の形態の燃料集合体８１は、平均濃縮度が約４．０重量％である。この燃料集合体８３は、Ｄ格子炉心に装荷される。すなわち、この燃料集合体８１が装荷された炉心では、制御棒１１を挟んで隣り合う燃料集合体８２の間隔が、制御棒を挟まずに隣り合う燃料集合体８３の間隔よりも大きい。このため、出力運転時の燃料集合体８１の横断面内の熱中性子束は、制御棒側で大きく、反制御棒側で小さい。そこで、本実施の形態の燃料集合体８３では、反制御棒側の燃料棒のウラン濃縮度を、制御棒側の対称位置の燃料棒に比べて高くしている。さらに、反制御棒側のガドリニア入り燃料棒Ｇ１のガドリニア濃度を、制御棒側のガドリニア入り燃料棒Ｇ２燃料棒に比べて高めている。
【００４９】
このように、標準長ウラン燃料棒の一部に上部の天然ウラン領域が２ノード分設けられた燃料集合体８３であっても、標準長ウラン燃料棒の燃料有効部上端に設けた天然ウラン領域を全て２ノード分設けた場合に比べて、濃縮ウランを収納する領域の総長さが長い。このため、第１の実施の形態と同様に、平均濃縮度が高い長期サイクル運転用燃料集合体を装荷した沸騰水型原子炉において、炉停止余裕を確保することができる。つまり、Ｄ格子炉心で燃料集合体平均濃縮度を４．０重量％以上としても、熱的余裕および炉停止余裕を確保できるので、１９月ないし２４月の長期サイクル運転が可能となる。また、運転サイクル長さが一定で、炉停止余裕が一定との条件で比較すると、燃料集合体の平均濃縮度を増加できることから、取出燃焼度を高めて燃料経済性を向上させることができる。
【００５０】
［他の実施の形態］
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。たとえば、低反応度領域を天然ウランの代わりに劣化ウランまたは濃縮度が１〜２重量％程度の低濃縮ウランとしてもよい。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【符号の説明】
【００５１】
２１…上部タイプレート、２２…下部タイプレート、２３…ウォータロッド、２４…スペーサ、２５…標準長燃料棒、２６…部分長燃料棒、２７…チャンネルボックス、８１，８２，８３…燃料集合体
【図１】
0005612852.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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