(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料棒（３００、４００）であって、
前記燃料棒（３００、４００）の強化ゾーン（３１０、４１０）中の第１の濃縮ウランであり、前記強化ゾーン（３１０、４１０）が、直接、前記燃料棒（３００、４００）の底部に配置される、第１の濃縮ウランと、
前記燃料棒（３００、４００）の第２ゾーン（３２０、４２０）中の第２の濃縮ウランであり、前記第２ゾーン（３２０、４２０）が、前記強化ゾーン（３１０、４１０）の上に配置される、第２の濃縮ウランと、
前記燃料棒（３００、４００）の第３ゾーン（３３０、４３０）中の天然ウランであり、前記第３ゾーン（３３０、４３０）が、前記第２ゾーン（３２０、４２０）の上に配置される、天然ウランと、
前記強化ゾーン（４１０）および前記第２ゾーン（４２０）中の可燃性毒物と、
を含み、
前記強化ゾーン（３１０、４１０）中の前記第１の濃縮ウランの濃縮度のパーセントが、少なくとも１パーセントであり、
前記第２の濃縮ウランの濃縮度が、前記第１の濃縮ウランの濃縮度より小さく、
前記強化ゾーン（４１０）中の前記可燃性毒物の重量パーセントが、前記第２ゾーン（４２０）中の前記可燃性毒物の重量パーセント未満である、
燃料棒（３００、４００）。
【請求項２】
前記第３ゾーン（３３０、４３０）が、約６インチ（１５．２ｃｍ）の長さを有する、請求項１記載の燃料棒。
【請求項３】
前記第２ゾーン（３２０、４２０）が、直接、前記強化ゾーン（３１０、４１０）の上にある、請求項１または２に記載の燃料棒。
【請求項４】
前記第２ゾーン（４２０）の一部分が前記可燃性毒物を含み、また前記第２ゾーン（４２０）の他の部分が前記可燃性毒物を含まない、請求項１から３のいずれかに記載の燃料棒。
【請求項５】
前記可燃性毒物がガドリニアである、請求項１から４のいずれかに記載の燃料棒。
【請求項６】
第１の燃料棒（３００、４００）を備える燃料バンドルであって、
前記第１の燃料棒（３００、４００）が、
前記第１の燃料棒の強化ゾーン（３１０、４１０）中の第１の濃縮ウランであり、前記第１の燃料棒（３００、４００）の前記強化ゾーン（３１０、４１０）が、直接、前記第１の燃料棒（３００、４００）の底部に配置される、第１の濃縮ウランと、
前記第１の燃料棒（３００、４００）の第２ゾーン（３２０、４２０）中の第２の濃縮ウランであり、前記第１の燃料棒（３００、４００）の前記第２ゾーン（３２０、４２０）が、前記第１の燃料棒（３００、４００）の前記強化ゾーン（３１０、４１０）の上に配置される、第２の濃縮ウランと、
前記第１の燃料棒（３００、４００）の第３ゾーン（３３０、４３０）中の天然ウランであり、前記第１の燃料棒（３００、４００）の前記第３ゾーン（３３０、４３０）が、前記第１の燃料棒（３００、４００）の前記第２ゾーン（３２０、４２０）の上に配置される、天然ウランと、
前記強化ゾーン（４１０）および前記第２ゾーン（４２０）中の可燃性毒物と、
を含み、
前記第１の燃料棒（３００、４００）の前記強化ゾーン（３１０、４１０）中の前記第１の濃縮ウランの濃縮度のパーセントが、少なくとも１パーセントであり、
前記第２の濃縮ウランの濃縮度が、前記第１の濃縮ウランの濃縮度より小さく、
前記強化ゾーン（４１０）中の前記可燃性毒物の重量パーセントが、前記第２ゾーン（４２０）中の前記可燃性毒物の重量パーセント未満である、
燃料バンドル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化ゾーンを含む核燃料棒、およびその核燃料棒を含む燃料バンドル集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１を参照すると、沸騰水型原子炉圧力容器（ＲＰＶ）１０の燃料棒および燃料集合体のための従来の動作環境が、分かりやすくするために部品を破断させた断面図で示されている。原子炉圧力容器１０は、全体的に円筒形の形状を有しており、一端が底部ヘッド１２により、またその他端が取外し可能な上部ヘッド１４により閉じられている。側壁１６が、底部ヘッド１２から上部ヘッド１４へと延びている。側壁１６は、上部ヘッド１４が取り付けられる上部フランジ１８を含む。円筒形に形成された炉心シュラウド２０は、炉心２２を囲んでいる。シュラウド２０は、一端がシュラウド支持体２４で支持されており、また対向する取外し可能なシュラウドヘッド２６を含む。熱は、燃料バンドル４０を含む炉心２２内で生成される。燃料バンドル４０は、核分裂可能な材料を有する複数の燃料棒を含む。例えば、従来の燃料バンドル４０は、１０×１０の燃料棒マトリックスを含むことができる。
【０００３】
図２で示す従来の燃料棒１００は、約１５０インチ（３８１ｃｍ）の長さを有することができるが、約１２０インチ（３０４．８ｃｍ）、１３３インチ（３３７．８ｃｍ）、１３８インチ（３５０．５ｃｍ）、１３９インチ（３５３．１ｃｍ）、および１４５インチ（３６８．３ｃｍ）の長さを有することもできる。従来の燃料棒１００は、例えば、天然ウランおよび／または濃縮ウランなど、核燃料の焼結されたペレットで充填される。核燃料は、燃料棒１００内の異なる領域（ゾーン）が、異なる濃縮度を有する焼結ペレットを含むように、従来の燃料棒内に配置することができる。
【０００４】
図２で示す従来の核燃料棒は、３つの異なるゾーン１１０、１２０、および１３０を含む。第１ゾーン１１０および第３ゾーン１３０は、燃料棒の最初と最後の約６インチ（１５．２ｃｍ）の長さであり、重量比で０．７１％のＵ２３５を有する天然ウランを含むが、第２ゾーン１２０は、例えば、重量比で２．４％のＵ２３５を有する濃縮ウランを含む。図２で示す従来の燃料棒は２．４％の濃縮度を有する第２ゾーン１２０を含むが、当業者であれば、従来の燃料棒１００の第２ゾーン１２０は、重量比で最高５％まで濃縮されたウランＵ２３５を含みうることが理解されよう。
【０００５】
数ヶ月にわたるパワーサイクルを通してパワーを維持するために、炉心には余分の燃料が装荷され、したがって余分の反応度を有することはよく知られている。これを補償するために、可燃性毒物が燃料棒と共に燃料バンドル中に組み込まれる。可燃性毒物は中性子吸収材であり、中性子を吸収することにより、中性子吸収能力の劣る材料へと変換される。よく知られた可燃性毒物はガドリニウムであり、通常、ガドリニアの形態をしている。炉心内の出力分布は、炉心の下側領域に向けて歪みを生じていることもよく知られている。これを補償するために、可燃性毒物が、炉心の下側領域で燃料棒と共に燃料バンドル中に組み込まれる。
【０００６】
図３は、ガドリニアを含む従来のロッド２００を示している。図２で示す従来の燃料棒１００と同様に、ロッド２００はまた、３つのゾーン２１０、２２０、および２３０を含む。従来のロッド１００と同様に、ロッド２００の第１ゾーン２１０および第３ゾーン２３０は天然ウランを含む。しかし、第２ゾーン２２０は、ガドリニアを含有する濃縮ウランで、部分的にまたは完全に充填されうる。第２ゾーン２２０がガドリニアで部分的に充填される場合、第２ゾーン２２０の残りの部分は、濃縮ウランで充填される。
【０００７】
図４は、従来の燃料バンドル４０の例である。図４で示すように、燃料バンドル４０は、複数の燃料棒１００を封入している。燃料バンドル４０内の燃料棒１００は、下端で下部タイプレート４２により、中央で中間スペーサ４４により、かつ上部で上部タイプレート４６により支持される。燃料バンドル４０はまた、複数の燃料棒１００を封入する燃料チャネル５０と、燃料バンドル４０を移送するための取っ手ハンドル５２とを含む。燃料バンドル４０の底部には、冷却液が燃料バンドル４０中に流入し、かつその中を流れることを可能にする前金具５４がある。燃料棒１００に加えて、従来の燃料バンドル４０は、通常、燃料バンドル４０の中心付近にウォータロッドを含み、それは、中性子を減速させるように冷却水を流すことができる。従来の燃料バンドル４０はまた、ガドリニアを含むロッド２００を含む。
【０００８】
図５Ａは、燃料バンドル４０の横断面図を示しており、それは、従来の燃料棒配列（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、およびＰ１）と、ガドリニアを含む燃料棒配列（Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３）と、２本のウォータロッドとを含む。図５Ａで示された燃料バンドル４０における各燃料棒およびウォータロッドの側面が図５Ｂで提供される。例えば、図５Ａで、格子点Ａ−１で示される（また図５Ｂで示される）Ｆ１の燃料棒は、図２で示す従来の燃料棒１００の第１ゾーン１１０に対応する天然ウランのブランケットを含む。図５Ａおよび５Ｂでは、前述のブランケットは、燃料棒Ｆ１の底部の６インチ（１５．２ｃｍ）を占める（すなわち、底部の６インチ（１５．２ｃｍ）は、重量比で０．７１％のＵ２３５を有する天然ウランを含む）。燃料棒Ｆ１の中央部分（図２で示す従来の燃料棒１００の第２ゾーン１２０に対応する）は、約１３８インチ（３５０．５ｃｍ）の長さであり、濃縮ウラン（すなわち、重量比で２．４％のＵ２３５を含むウラン）を含む。燃料棒Ｆ１の上部の６インチ（１５．２ｃｍ）（図２で示す従来の燃料棒１００の第３ゾーン１３０に対応する）は、重量比で０．７１％のＵ２３５を有する天然ウランを含む。上記で論じたように、従来のバンドルにおける燃料棒のそれぞれの底部６インチ（１５．２ｃｍ）は、重量比で０．７１％のＵ２３５を有する天然ウランで充填されている。
【０００９】
図５Ａおよび５Ｂはまた、ガドリニアを含む従来の燃料棒の例を示している。例えば、格子点Ｄ−４に位置する（また図５Ｂで示す側面を有する）Ｇ１は、重量比で０．７１％のＵ２３５を含む天然ウランの下部ブランケットを有する燃料棒を示している。下部ブランケットは、図３で示す第１ゾーン２１０に対応する。Ｇ１の中央部分は、４．９％の濃縮ウランを含む燃料を含む。中央部分は、図３で示す第２ゾーン２２０に対応する。図示のように、Ｇ１の中央部分は、重量比で８％のガドリニアを含む部分と、ガドリニアを何も含まない部分とを含む。Ｇ１の上部６インチ（１５．２ｃｍ）は、重量比で０．７１％のＵ２３５を有する天然ウランで充填される。この天然ウランの上部ブランケットは、図３で示す第３ゾーン２３０に対応する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
例示的な実施形態は、新しい燃料棒、およびその燃料棒を使用する燃料バンドルに関する。
【００１１】
本発明の例示的な実施形態によれば、燃料棒は、燃料棒の強化ゾーンに第１の濃縮ウランを含むことができ、強化ゾーンは、直接、燃料棒の底部に配置することができる。燃料棒はまた、燃料棒の第２ゾーンに第２の濃縮ウランを含むことができ、第２ゾーンは、強化ゾーンの上に配置される。燃料棒はまた、燃料棒の第３ゾーンに天然ウランを含むことができ、第３ゾーンは、第２ゾーンの上に配置される。この例示的な実施形態では、強化ゾーンにおける濃縮ウランの濃縮度のパーセントは、少なくとも１パーセントである。
【００１２】
本発明の他の例示的な実施形態によれば、燃料バンドルは、第１の燃料棒を含むことができる。第１の燃料棒は、第１の燃料棒の強化ゾーンに第１の濃縮ウランを含むことができ、第１の燃料棒の強化ゾーンは、直接、第１の燃料棒の底部に配置される。燃料棒はまた、第１の燃料棒の第２ゾーンに第２の濃縮ウランを含むことができ、第１の燃料棒の第２ゾーンは、第１の燃料棒の強化ゾーンの上に配置される。燃料棒はまた、第１の燃料棒の第３ゾーンに天然ウランを含むことができ、第１の燃料棒の第３ゾーンは、第１の燃料棒の第２ゾーンの上に配置される。この例示的な実施形態では、第１の燃料棒の強化ゾーンにおける濃縮ウランの濃縮度のパーセントは、少なくとも１パーセントである。
【００１３】
本発明の例示的な諸実施形態は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を読めばさらに明確に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】分かりやすくするために除去された断面を有する従来の原子炉圧力容器の図である。
【図２】従来の燃料棒の図である。
【図３】ガドリニアを含む従来の燃料棒の図である。
【図４】従来の燃料バンドルの図である。
【図５Ａ】従来の燃料バンドルの横断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａで示す従来の燃料バンドルに含まれるロッドの様々な側面を示す図である。
【図６】本発明の第１の例示的な実施形態による燃料棒の図である。
【図７】本発明の第２の例示的な実施形態による第２の燃料棒の図である。
【図８Ａ】例示的な実施形態による燃料棒を用いた燃料バンドルの横断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａで示す燃料バンドルに含まれるロッドの様々な側面を示す図である。
【図９】従来の燃料バンドルを用いた炉心のコンピュータシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態による燃料棒が組み込まれた燃料バンドルを用いた炉心のコンピュータシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本明細書の例示的な諸実施形態を、例示的な実施形態が示されている添付図面を参照してさらに十分に述べるものとする。しかし、本発明は、様々な形態で実施することができ、本明細書に記載された諸実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。そうではなくて、これらの実施形態は、この開示を十分かつ完全なものとするように、また本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために提供される。諸図において、分かりやすくするために、構成要素の寸法を誇張することもある。
【００１６】
ある要素または層が、他の要素または層の「上にある」、「（それらに）接続される」、または「結合される」と称される場合、それは、他の要素もしくは層に対して直接的に、あるいは存在する可能性のある介在要素もしくは層上に、存在する、接続される、もしくは結合されうることが理解されよう。反対に、ある要素が、他の要素または層に対して「直接その上にある」、「直接接続される」、または「直接結合される」と称される場合、介在する要素または層は存在しない。本明細書で使用される場合、用語「および（かつ）／または」は、１つまたは複数の関連する列挙された項目のうちの任意の組合せ、およびすべての組合せを含む。
【００１７】
第１、第２などの用語を、様々な要素、構成要素、領域、層、および／またはセクションを記述するために本明細書で使用できるが、これらの要素、構成要素、領域、層、および／またはセクションは、これらの用語により限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素、構成要素、領域、層、および／またはセクションを、他の要素、構成要素、領域、層、および／またはセクションから区別するために使用されるに過ぎない。したがって、以下で論ずる第１の要素、構成要素、領域、層、またはセクションは、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層、またはセクションと称することもできる。
【００１８】
「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下に（ｂｅｌｏｗ）」、「下側（ｌｏｗｅｒ）」、「上に（ａｂｏｖｅ）」、「上側（ｕｐｐｅｒ）」などの空間的な比較用語は、本明細書では、記述を容易にするために、図で示されたある要素または機構の、他の要素（複数可）または機構（複数可）に対する関係を記述するのに使用することができる。空間的な比較用語は、図で示された方向付けに加えて、使用時または動作時に装置の異なる方向付けを包含するように意図されることが理解されよう。例えば、図の装置を上下逆にした場合、他の要素または機構の「下に（ｂｅｌｏｗ）」または「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」あるとして記述された要素は、他の要素または機構の「上に（ａｂｏｖｅ）」方向付けられることになる。したがって、例示的な用語「下に（ｂｅｌｏｗ）」は、上および下の方向付けの両方を含むことができる。装置は、（９０度、または他の方向に回転されるなど）その他の形で方向付けることができるが、本明細書で使用される空間的な比較用語は、それに応じて解釈される。
【００１９】
本明細書で述べられる諸実施形態は、理想的な概略図として、平面図および／または横断面図を参照することになる。したがって、図は、製造技術および／または許容範囲に応じて変更することができる。したがって、例示的な諸実施形態は、図で示されたものに限定されるのではなく、製造工程に基づいて形成された構成における変更形態を含む。したがって、諸図で例示された領域は概略の特性を有しており、また図で示された領域の形状は、要素の特有な形状もしくは領域を例示するものであって例示的な実施形態を限定するものではない。
【００２０】
上記で論じたように、従来の燃料棒１００は、第１ゾーン領域１１０および第３ゾーン領域１３０を含み、そのそれぞれが、天然ウランを含む約６インチ（１５．２ｃｍ）の長さである。しかし、出願人らは、従来の燃料棒１００の第１ゾーン１１０を占める天然ウランを濃縮ウランで置き換えることにより、燃料バンドルの交換が必要になる前に燃料バンドルが動作できるサイクル数を著しく増加させることを発見した。
【００２１】
図６は、本発明の例示的な実施形態による燃料棒３００を示す。図６で示すように、例示的な燃料棒３００は、燃料棒の底部の強化ゾーン３１０と、第２ゾーン３２０と、ロッド上部の第３ゾーン３３０とを含む。第２ゾーン３２０は、例えば、重量比で０．７１％を超えるＵ２３５を有するウランなど、濃縮ウランを含むことができる。第３ゾーン３３０は、約６インチ（１５．２ｃｍ）の長さとすることができ、天然ウランで充填することができる。しかし、第１ゾーン３１０も６インチ（１５．２ｃｍ）の長さＬを有することができるが、例示的な実施形態はそれに限定されることなく、例えば、強化ゾーン３１０の長さＬを、６インチ（１５．２ｃｍ）を超える、等しくする、またはそれより小さくすることができる。
【００２２】
強化ゾーン３１０は、少なくとも１パーセントもの量（重量比で１％のＵ２３５）で濃縮された濃縮ウランを含むことができる。図６では、Ｘ％が第２ゾーン３２０におけるＵ２３５の重量パーセントを表し、またＹ％が強化ゾーン３１０におけるＵ２３５の重量パーセントを表す。例示的な実施形態では、Ｙ％は１％以上である。例えば、第２ゾーン３２０が３％の濃縮ウラン（重量比で３％のＵ２３５）を含む場合、強化ゾーン３１０は、１％またそれを超える濃縮ウラン（Ｙ％≧１％）を有するウランを含むことができる。したがって、図２で示す従来の燃料棒１００と、この例示的な実施形態による燃料棒３００との間の主な差は、燃料棒３００が、燃料棒３００の底部に天然ウランの下部ブランケットではなく、燃料棒３００の底部に濃縮ウランを含む強化ゾーン３１０を含むことである。
【００２３】
図７は、他の例示的な実施形態による燃料棒４００を示す。この例示的な実施形態では、燃料棒４００がガドリニアを含む。図６で示す燃料棒３００と同様に、ロッド４００はまた、３つのゾーンを含むことができる。すなわち、強化ゾーン４１０、第２ゾーン４２０、および第３ゾーン４３０である。ロッド４００の第３ゾーン４３０は、天然ウランを含み、約６インチ（１５．２ｃｍ）の長さにすることができる。しかし、強化ゾーン４１０および第２ゾーン４２０は、ガドリニアを含む濃縮ウランを含むことができる。図７では、Ａ％およびＢ％は、それぞれ、強化ゾーン４１０および第２ゾーン４２０に存在するガドリニアのパーセントを重量比で表している。図７では、Ｘ％が第２ゾーン４２０におけるＵ２３５の重量パーセントを表し、またＹ％は、強化ゾーン４１０におけるＵ２３５の重量パーセントを表している。この例示的な実施形態では、Ｙ％は１％以上である。この例示的な実施形態では、強化ゾーン４１０のガドリニアの重量パーセントＡ％は、第２ゾーン４２０におけるガドリニアの重量パーセントＢ％未満にする、等しくする、またはそれを超えるようにすることができる。
【００２４】
図８Ａは、図６で示す燃料棒３００の構成を有する燃料棒Ｆ１〜Ｆ４、および図７で示す燃料棒４００の構成を有する燃料棒Ｇ１〜Ｇ３の配列を含む燃料バンドル４０’の横断面図を示す（図８Ａを参照のこと）。燃料バンドル４０’はまた、ウォータロッドＷＲも含む。燃料棒のそれぞれの側面は図８Ｂで提供される。例えば、Ｆ１燃料棒は、図８Ｂで示すように、燃料棒のほぼ全長にわたって濃縮ウラン（重量比で２．４％のＵ２３５）を含み、ロッドの上部６インチ（１５．２ｃｍ）が、重量比で０．７１％のＵ２３５を有する天然ウランで充填されている。図６および図８Ｂを参照すると、Ｆ１の濃縮ウランゾーンは、強化ゾーン３１０および第２ゾーン３２０を共に表しており、さらに、Ｘ％＝Ｙ％＝２．４％である例を表している。さらに、燃料棒Ｆ１の上部６インチ（１５．２ｃｍ）は、図６で示す第３ゾーン３３０に対応する。他の例として、Ｆ２燃料棒は、８Ｂで示すように、燃料棒のほぼ全長にわたって濃縮ウラン（重量比で３．２％のＵ２３５）を含み、ロッドＦ２の上部６インチ（１５．２ｃｍ）が、重量比で０．７１％のＵ２３５を有する天然ウランで充填されている。図６を参照すると、Ｆ２の濃縮ウランゾーンは、燃料棒３００の強化ゾーン３１０および第２ゾーン３２０に対応しており、さらに、Ｘ％＝Ｙ％＝３．２％である場合を表している。前の例と同様に、燃料棒Ｆ２の上部６インチ（１５．２ｃｍ）は、図６で示す第３ゾーン３３０に対応する。
【００２５】
図８Ｂはまた、図７で示すガドリニアを含む燃料棒の例を示している。例えば、Ｇ１は、３つのゾーンを有する燃料棒を示す。第１ゾーンは、燃料棒の底部６インチ（１５．２ｃｍ）を占めており、重量比で４．９％のＵ２３５を有する濃縮ウランを含む。このゾーンは、図７で示す強化ゾーン４１０に対応する。しかし、燃料棒Ｇ１の底部６インチ（１５．２ｃｍ）はまた、重量比で２％のガドリニアを含む。燃料棒Ｇ１の次の１３８インチ（３５０．５ｃｍ）は、重量比で４．９％のＵ２３５を有する濃縮ウランを含む。しかし、このゾーンの底部４８インチ（１２１．９ｃｍ）だけが重量比で８％のガドリニアを含み、次の９０インチ（２２８．６ｃｍ）は、重量比で４．９％のＵ２３５を有する濃縮ウランだけを含む。燃料棒Ｇ１の上部６インチ（１５．２ｃｍ）は天然ウランを含む。当業者であれば理解されるように、燃料棒Ｇ１は、Ｘ％＝Ｙ％＝４．９％、Ａ％＝２％、およびＢ＝８％の場合を表している。
【００２６】
ガドリニアを含む燃料棒の他の例として、燃料棒Ｇ３は、燃料棒のほぼ第１の底部６インチ（１５．２ｃｍ）にわたって濃縮ウラン（重量比で４．９％のＵ２３５）を含む第１ゾーンを含む。このゾーンはまた、重量比で約２％のガドリニアを含む。ロッドの次の１３８インチ（３５０．５ｃｍ）は、重量比で８％のガドリニアを有する濃縮ウラン（重量比で４．９％のＵ２３５）を含む。燃料棒Ｇ３の上部６インチ（１５．２ｃｍ）は、天然ウランだけを含む。当業者であれば理解されるように、燃料棒Ｇ３は、Ｘ％＝Ｙ％＝４．９％、Ａ％＝２％、およびＢ％＝８％である場合を示している。
【００２７】
ガドリニアを含む燃料棒のさらに他の例として、燃料棒Ｇ２は、ほぼ燃料棒の第１の底部６インチ（１５．２ｃｍ）にわたって濃縮ウラン（重量比で４．９％のＵ２３５）を含む第１ゾーンを含む。このゾーンは、燃料棒Ｇ１およびＧ３の対応するゾーンとは異なり、濃縮ウランだけを含む。燃料棒Ｇ２の次の１３８インチ（３５０．５ｃｍ）は、重量比で８％のガドリニアを有する濃縮ウラン（重量比で４．９％のＵ２３５）を含む。燃料棒Ｇ２の上部６インチ（１５．２ｃｍ）は、天然ウランを含むだけである。当業者であれば理解されるように、燃料棒Ｇ２は、Ｘ％＝Ｙ％＝４．９％、Ａ％＝０％、およびＢ％＝８％である場合を示している。
【００２８】
図９および１０は、８００個の燃料バンドルを含む炉心のシミュレーション結果を表す。対称性により、炉心の四分の一だけがモデル化されている。より具体的には、図９および１０は、従来の、かつ新たに開発された燃料およびバンドルのロッド設計を用いた炉心の平衡サイクルを表す。例えば、図９は、図５Ａおよび５Ｂで示す燃料バンドル４０を使用する炉心の平衡サイクルを表しており、また図１０は、例示的な実施形態による燃料棒設計３００および４００、ならびにバンドル４０’を用いる炉心の平衡サイクルを表す。
【００２９】
図９で分かるように、従来のバンドル４０が炉心で使用された場合、平衡サイクルにおける新しいバンドル（格子中の符号「０」で特定される）、１回燃焼させたバンドル（格子中の符号「１」で示される）、および２回燃焼させたバンドル（格子中の符号「２」で示される）の数は、それぞれ、３８４、３８４、および３２である。しかし例示的な実施形態による燃料バンドル４０（図１０を参照）が炉心に装荷された場合、新しいバンドル、１回燃焼させたバンドル、および２回燃焼させたバンドルの数は、それぞれ、３５６、３５６、および８８である。簡単に言うと、従来の燃料バンドル４０ではなく例示的な実施形態による燃料バンドル設計４０’を使用した場合、２回燃焼させたバンドルの数が、約１７５％増加し、新しいバンドルおよび１回燃焼させたバンドルの数が７％減少する。これらの結果は、新たに開発した燃料棒３００および４００を用いて新たに開発した燃料バンドル設計４０’が、従来技術に対して著しい改善を提供することを示している。
【００３０】
簡単に言うと、バンドルの底部にある天然ウランのブランケットを取り除くことにより、正味の効率増加が実現される程度にまで、バッチサイズ（新しい燃料バンドルの数）を減少させることが可能になる。そうすべきであるかどうかは自明なものではなく、実際に直感とは異なっている。当業者であれば、中性子漏洩が最も高い炉心の底部に、多量の、数値が高く高反応度のウランを直接配置することは、効率を損なう結果になると予測するはずである。しかし、十分な調査結果によると、底部ブランケットを取り除くことによる効率的な損失は、得られたバッチサイズの減少による効率増加により相殺されてなお余りがある。
【００３１】
例示的な諸実施形態が詳細に示され、かつその例示的な実施形態を参照して述べられてきたが、当業者であれば、添付の請求項の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および細部における様々な変更を諸実施形態に行えることが理解されよう。
【符号の説明】
【００３２】
１０  原子炉圧力容器
１２  原子炉圧力容器の底部ヘッド
１４  原子炉圧力容器の上部ヘッド
１６  原子炉圧力容器の側壁
１８  原子炉圧力容器の上部フランジ
２０  炉心シュラウド
２２  炉心
２４  シュラウド支持体
２６  シュラウドヘッド
４０  従来の燃料バンドル
４２  下部タイプレート
４４  スペーサ
４６  上部タイプレート
５０  燃料チャネル
５２  取っ手ハンドル
５４  前金具
１００  従来の燃料棒
１１０  天然ウランを含む従来の燃料棒ゾーン
１２０  濃縮ウランを含む従来の燃料棒ゾーン
１３０  天然ウランを含む従来の燃料棒ゾーン
２００  ガドリニアを含むロッド
２１０  天然ウランを含むロッドゾーン
２２０  濃縮ウランおよびガドリニアを含むロッドゾーン
２３０  天然ウランを含むロッドゾーン
３００  例示的な実施形態による燃料棒
３１０  強化ゾーン
３２０  第２ゾーン
３３０  第３ゾーン
４００  例示的な実施形態による燃料棒
４１０  強化ゾーン
４２０  第２ゾーン
４３０  第３ゾーン
Ｌ  長さ
Ｘ％  第２ゾーンにおけるＵ２３５の重量パーセント
Ｙ％  強化ゾーンにおけるＵ２３５の重量パーセント
Ａ％  強化ゾーンにおけるガドリニアの重量パーセント
Ｂ％  第２ゾーンにおけるガドリニアの重量パーセント
Ｆ１  従来の燃料棒
Ｆ２  従来の燃料棒
Ｆ３  従来の燃料棒
Ｆ４  従来の燃料棒
Ｐ１  従来の燃料棒
Ｇ１  ガドリニアを含む燃料棒
Ｇ２  ガドリニアを含む燃料棒
Ｇ３  ガドリニアを含む燃料棒
ＷＲ  ウォータロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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