(57)【要約】【課題】本発明の目的は、熱的余裕を増加できる２ストリーム炉心およびこれに用いる燃料集合体を提供することである。【解決手段】第１燃料集合体の最外周を除いた領域は、第２燃料集合体の最外周を除いた領域よりも最高濃縮度燃料棒が多い分、熱出力が増加する。一方、第２燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度が第１燃料集合体の最外周を除いた領域では低い分、第１燃料集合体の最外周を除いた領域の熱出力が減少する。しかし、第２燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度が低いことによる熱出力の減少割合は、第１燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度が高いことによる熱出力の増加割合より小さい為、第１燃料集合体の最外周を除いた領域の熱出力は増加する。これにより第１燃料集合体の最外周領域の相対出力が落ちるので、第１燃料集合体の熱的余裕を増加させることができる。【選択図】図１
2006184293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核燃料物質を含み可燃性毒物を含まない第１燃料棒、および核燃料物質および可燃性毒物を含む第２燃料棒を有する第１燃料集合体と、前記第１燃料棒及び前記第２燃料棒とを有し、前記第１燃料集合体よりも前記第２燃料棒の本数が多い第２燃料集合体とが装荷された２ストリーム炉心において、
前記第１燃料集合体に含まれる燃料棒のうち濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い燃料棒の数が、前記第２燃料集合体に含まれるその数よりも多く、  前記第１燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている、濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い第１燃料棒である最高濃縮度燃料棒の本数が、前記第２燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている前記最高濃縮度燃料棒の本数よりも多く、
前記第１燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている燃料棒の前記第２燃料棒の前記濃縮ウラン領域の平均濃縮度が前記第２燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている前記第２燃料棒のその平均濃縮度よりも低いことを特徴とする２ストリーム炉心。
【請求項２】
請求項１に記載の２ストリーム炉心において、前記第１および前記第２燃料集合体のうち少なくとも一方は、濃縮ウラン領域の濃縮度が異なる複数種類の前記第２燃料棒を含み、前記第１および前記第２燃料集合体に含まれる燃料棒のうち、前記最高濃縮度燃料棒の濃縮ウラン領域の濃縮度をｅＨ、複数種類の前記第２燃料棒のうち濃縮ウラン領域の最も高い濃縮度をｅＭ、２番目に高い濃縮ウラン領域の濃縮度をｅＬ、
前記第１燃料集合体に含まれる、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＭ及びｅＬの各第２燃料棒の本数をＭ１及びＬ１、
前記第２燃料集合体に含まれる、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＭ及びｅＬの各第２燃料棒の本数をＭ２及びＬ２とするとき、
（Ｍ２−Ｍ１）（ｅＨ−ｅＭ）＝（Ｌ１−Ｌ２）（ｅＨ−ｅＬ）
であることを特徴とする２ストリーム炉心。
【請求項３】
請求項１または２に記載の２ストリーム炉心において、前記第１燃料集合体に含まれる燃料棒のうち、前記最高濃縮度燃料棒及び前記第２燃料棒のいずれでもない燃料棒の総数が、前記第２燃料集合体のその総数に等しく、
前記第１燃料集合体に含まれる燃料棒のうち、前記最高濃縮度燃料棒および前記第２燃料棒のいずれでもない燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度が、前記第２燃料集合体のその平均濃縮度に等しい事を特徴とする２ストリーム炉心。
【請求項４】
請求項１または２または３に記載の２ストリーム炉心において、前記第１燃料集合体に含まれる前記第２燃料棒の前記濃縮ウラン領域の可燃性毒物濃度の平均が、前記第２燃料集合体に含まれる前記第２燃料棒のその平均よりも高いことを特徴とする２ストリーム炉心。
【請求項５】
請求項１または２または３に記載の２ストリーム炉心において、
前記第１燃料集合体は、
核燃料物質を含み可燃性毒物を含まない複数の第１燃料棒、及び核燃料物質および可燃性毒物を含む複数の第２燃料棒を有し、
燃料集合体の最外周よりも内側の領域に配置された全燃料棒は、濃縮ウラン領域の濃縮度が燃料集合体内に配置された燃料棒の中で最高である最高濃縮度燃料棒，短尺燃料棒及びまたは前記第２燃料棒であり、
燃料棒に含まれる燃料ペレットの濃縮度を高い方からｅ１，ｅ２，ｅ３とするとき、前記第１燃料棒の一部が濃縮ウラン領域に濃縮度ｅ１の燃料ペレットを充填した燃料棒である最高濃縮度燃料棒であり、
前記第２燃料棒は、濃縮ウラン領域に濃縮度ｅ２で可燃性毒物を含む燃料ペレットを充填した第３燃料棒と、濃縮ウラン領域に濃縮度ｅ３で可燃性毒物を含む燃料ペレットを充填した第４燃料棒とを備え、
前記第４燃料棒の濃縮ウラン領域の可燃性毒物の平均濃度を、前記第３燃料棒のその平均濃度よりも高くすることを特徴とする２ストリーム炉心。
【請求項６】
請求項５に記載の２ストリーム炉心において、
前記燃料ペレットの濃縮度ｅ１が、
５.０ｗｔ％≧ｅ１≧４.９ｗｔ％
を満足することを特徴とする２ストリーム炉心。
【請求項７】
請求項５または６に記載の２ストリーム炉心において、
前記燃料ペレットの濃縮度ｅ１，ｅ２，ｅ３が、
ｅ１／ｅ２≧１.１
ｅ２／ｅ３≧１.１
を満足する事を特徴とする２ストリーム炉心。
【請求項８】
請求項５または６または７に記載の２ストリーム炉心において、
前記第１燃料集合体の最外周領域に前記最高濃縮度燃料棒の一部が配置されていることを特徴とする２ストリーム炉心。
【請求項９】
請求項５または６または７または８に記載の２ストリーム炉心において、
前記第１燃料集合体の最外周よりも内側に配置された全燃料棒は、前記最高濃縮度燃料棒または前記第２燃料棒であることを特徴とする２ストリーム炉心。
【請求項１０】
請求項５または６または７または８または９に記載の２ストリーム炉心において、
前記第１燃料集合体の最外周コーナー以外に配置された全燃料棒は、前記最高濃縮度燃料棒または前記第２燃料棒であることを特徴とする２ストリーム炉心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱的余裕の増加をめざした沸騰水型原子炉の２ストリーム炉心に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウラン資源の有効利用と使用済燃料集合体数の低減の観点から、近年、単位燃料重量あたりの発生エネルギーを高める高燃焼度化が望まれている。高燃焼度化のためには燃料集合体中の平均核分裂性物質濃度を高める必要のあることが知られている。例えば、特開平6−102384 号公報には、燃料集合体平均のウラン濃縮度（以下、単に濃縮度という）を
４.０ｗｔ％ 以上にすると４５ＧＷｄ／ｔを超える取出燃焼度を達成できることが記載されている。
【０００３】
さらに、同公報には、現在の燃料製造工場では燃料ペレットの最高濃縮度が５ｗｔ％に制限されており、この制限のもとで燃料集合体のウラン濃縮度を高める場合、燃料棒の大部分を最高濃縮度の燃料ペレットを封入した燃料棒にする必要のあることが記載されている。
【０００４】
一般に燃料集合体には、核分裂性物質を含む燃料ペレットを封入した燃料棒と、核分裂性物質と可燃性毒物とを含む燃料ペレットを封入した可燃性毒物入り燃料棒とが正方格子状に配列されている。
【０００５】
可燃性毒物は燃料の反応度を調整する目的で添加されている。可燃性毒物を含む燃料集合体の中性子無限増倍率が燃焼に伴って変化する様子を図９に示す。図９に示すように、初期の濃縮度が同じ場合、燃焼初期の中性子無限増倍率は、可燃性毒物入り燃料棒が少ない燃料集合体の方が高くなる。しかし、可燃性毒物が燃え尽きて中性子無限増倍率が最大となった後は、ほぼ同様に減少していく。
【０００６】
近年の炉心運用においては、連続運転期間の増減に応じて可燃性毒物による反応度抑制効果（以下、単に反応度抑制効果という）の持続期間を柔軟に調整することが検討されている。原子炉炉心の連続運転期間にあわせた可燃性毒物持続期間の調整の自由度（以下、連続運転期間の柔軟性という）を高める技術としては、例えば特開平6−118188 号公報に記載されているように、可燃性毒物量の異なる２種類の燃料集合体を用いた原子炉炉心が知られている。これは２ストリーム炉心と呼ばれる。
【０００７】
【特許文献１】特開平6−118188 号公報
【特許文献２】特開平6−102384 号公報
【特許文献３】特開平8−129091 号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、２ストリーム炉心に用いる２種類の燃料集合体は、可燃性毒物が燃え尽きた後の反応度の差を小さくして可燃性毒物が燃え尽きた後の燃料集合体の原子炉炉心内での配置の自由度（以下、炉心運用の柔軟性という）を高めるため、燃料集合体に含まれる全てのペレットの平均濃縮度（以下、燃料集合体の平均濃縮度という）がほぼ同一となるように設計されている。
【０００９】
従来は、特許文献１の図３に記載された例のように、可燃性毒物入り燃料棒の本数の違いに応じて、可燃性毒物入り燃料棒の濃縮度と同じ濃縮度で可燃性毒物を含まない燃料棒の本数を変えることで、燃料集合体の平均濃縮度がほぼ同一となるように調整していた。すなわち、可燃性毒物入り燃料棒と同じ濃縮度を有する燃料棒の総数を一定とし、可燃性毒物入り燃料棒を多くした場合と少なくした場合とで２種類の燃料集合体を得ていた。燃料集合体内の最高濃縮度の燃料棒の本数も両者の間で同じである。
【００１０】
以下では可燃性毒物入り燃料棒の本数が少ない燃料集合体をタイプ１燃料集合体、可燃性毒物入り燃料棒の本数が多い燃料集合体をタイプ２燃料集合体と呼ぶことにする。
【００１１】
特許文献２に記載のように、可燃性毒物入り燃料は熱伝導度が相対的に小さいので、燃料温度を低く保つために可燃性毒物入り燃料棒は燃料集合体内の最高濃縮度にしないことが多い。特許文献３に記載された燃料ペレットの濃縮度設定に基づくと、可燃性毒物入り燃料の濃縮度は最高濃縮度より少なくとも１０％程度低くなる。したがって、従来の２ストリーム炉心の燃料集合体の設計方法では、濃縮度が最高濃縮度よりも約１０％以上低く可燃性毒物を含まない燃料棒の本数はタイプ１燃料集合体の方がタイプ２燃料集合体に比べて多く存在することになる。
【００１２】
沸騰水型原子炉用の燃料集合体では、燃料集合体間のギャップ水の影響で最外周コーナー付近の燃料棒の出力が高くなりやすい。コーナー付近の燃料棒出力を下げるためには、コーナー付近の燃料棒の濃縮度を低くすることが望ましい。
【００１３】
しかし、前述したように、従来の設計方法によるタイプ１燃料集合体はタイプ２燃料集合体に比べて、燃料集合体内の最高濃縮度より少なくとも１０％程度低い濃縮度の可燃性毒物を含まない燃料棒を多く配置している。これは、燃料集合体の平均濃縮度を高めるためには最適とはいえない。
【００１４】
また、タイプ１燃料集合体は可燃性毒物入り燃料棒の本数が少なく反応度が高いため、原子炉炉心内での熱出力が大きい。従って、原子炉炉心内で熱的に最も厳しい燃料集合体はタイプ１燃料集合体である場合が多く、そのタイプ１の燃料集合体の熱的余裕を増加することは重要な課題である。
【００１５】
本発明の目的は、熱的余裕を増加できる２ストリーム炉心を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するための第１の発明の特徴は、
核燃料物質を含み可燃性毒物を含まない第１燃料棒、および核燃料物質および可燃性毒物を含む第２燃料棒を有する第１燃料集合体と、前記第１燃料棒及び前記第２燃料棒とを有し、前記第１燃料集合体よりも前記第２燃料棒の本数が多い第２燃料集合体とが装荷された２ストリーム炉心において、
前記第１燃料集合体に含まれる燃料棒のうち濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い燃料棒の数が、前記第２燃料集合体に含まれるその数よりも多く、
前記第１燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている、濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い第１燃料棒である最高濃縮度燃料棒の本数が、前記第２燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている前記最高濃縮度燃料棒の本数よりも多く、
前記第１燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている燃料棒の前記第２燃料棒の前記濃縮ウラン領域の平均濃縮度が前記第２燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている前記第２燃料棒のその平均濃縮度よりも低い。
【００１７】
第１の発明によれば、１燃料集合体は２燃料集合体よりも燃料集合体に含まれる濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い燃料棒の数が多い分、熱出力が増加する。
【００１８】
更に、第１燃料集合体の最外周を除いた領域は、第２燃料集合体の最外周を除いた領域よりも最高濃縮度燃料棒が多い分、熱出力が増加する。一方、第２燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度が第１燃料集合体の最外周を除いた領域では低い分、第１燃料集合体の最外周を除いた領域の熱出力が減少する。しかし、第２燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度が低いことによる熱出力の減少割合は、第１燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度が高いことによる熱出力の増加割合より小さい為、第１燃料集合体の最外周を除いた領域の熱出力は増加する。
【００１９】
これにより第１燃料集合体の最外周領域の相対出力が落ちるので、第１燃料集合体の熱的余裕を増加させることができる。
【００２０】
前記目的を達成するための第２の発明の特徴は、前記第１および前記第２燃料集合体のうち少なくとも一方は、濃縮ウラン領域の濃縮度が異なる複数種類の前記第２燃料棒を含み、
前記第１および前記第２燃料集合体に含まれる燃料棒のうち、前記最高濃縮度燃料棒の濃縮ウラン領域の濃縮度をｅＨ、複数種類の前記第２燃料棒のうち濃縮ウラン領域の最も高い濃縮度をｅＭ、２番目に高い濃縮ウラン領域の濃縮度をｅＬ、
前記第１燃料集合体に含まれる、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＭ及びｅＬの各第２燃料棒の本数をＭ１及びＬ１、
前記第２燃料集合体に含まれる、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＭ及びｅＬの各第２燃料棒の本数をＭ２及びＬ２とするとき、
（Ｍ２−Ｍ１）（ｅＨ−ｅＭ）＝（Ｌ１−Ｌ２）（ｅＨ−ｅＬ）        …（数１）
とする。
【００２１】
第２の発明によれば、以下の効果が得られる。前記第１燃料集合体と前記第２燃料集合体が（数１）を満たせば、これら２つの燃料集合体は、前記最高濃縮度燃料棒と前記第２燃料棒の総数が同じで、かつ、前記最高濃縮度燃料棒と前記第２燃料棒に含まれるウラン２３５の総量が同じとなる。
【００２２】
これにより、（数１）の対象とする領域が最高濃縮度燃料棒と前記第２燃料棒となり、この領域から最高濃縮度燃料棒及び前記第２燃料棒のいずれでもない燃料棒が無くなるので、（数１）の対象とする領域の熱出力を増加させることができる。
【００２３】
これは（数１）の対象とする領域を燃料集合体の最外周を除く領域とすることで、第１燃料集合体の熱的余裕を特に増加させることができる。
【００２４】
前記目的を達成するための第３の発明の特徴は、前記第１燃料集合体に含まれる燃料棒のうち、前記最高濃縮度燃料棒及び前記第２燃料棒のいずれでもない燃料棒の総数が、前記第２燃料集合体のその総数に等しく、
前記第１燃料集合体に含まれる燃料棒のうち、前記最高濃縮度燃料棒および前記第２燃料棒のいずれでもない燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度が、前記第２燃料集合体のその平均濃縮度に等しくする。
【００２５】
第３の発明によれば、前記第１燃料集合体の平均濃縮度と前記第２燃料集合体の平均濃縮度を近づけることができ、可燃性毒物が燃え尽きた後の燃料集合体の２ストリーム炉心内での配置の自由度を増加させることができる。これは、２つの燃料集合体が、前記最高濃縮度燃料棒と前記第２燃料棒の総数が同じで、かつ、前記最高濃縮度燃料棒と前記第２燃料棒に含まれるウラン２３５の総量が同じ場合に、特に前記配置の自由度が増加する。
【００２６】
前記目的を達成するための第４の発明の特徴は、
前記第１燃料集合体に含まれる前記第２燃料棒の前記濃縮ウラン領域の可燃性毒物濃度の平均が、前記第２燃料集合体に含まれる前記第２燃料棒のその平均よりも高くする。
【００２７】
一般に、燃料棒の可燃性毒物濃度が高い燃料棒ほど、反応度抑制効果は長く持続する。第４の発明によれば、第１燃料集合体による反応度抑制効果を第２燃料集合体による反応度抑制効果よりも長く維持することができる。
【００２８】
２ストリーム炉心の連続運転期間を長くする場合は、第１燃料集合体を２ストリーム炉心に多く装荷することによって、２ストリーム炉心の反応度抑制効果をより長く持続させることができる。また、連続運転期間を短くする場合は、第２燃料集合体を多く装荷することによって、２ストリーム炉心の反応度抑制効果を短くすることができる。
【００２９】
前記目的を達成するための第５の発明の特徴は、核燃料物質を含み可燃性毒物を含まない複数の第１燃料棒、及び核燃料物質および可燃性毒物を含む複数の第２燃料棒を有し、
燃料集合体の最外周よりも内側の領域に配置された全燃料棒は、濃縮ウラン領域の濃縮度が燃料集合体内に配置された燃料棒の中で最高である最高濃縮度燃料棒，短尺燃料棒及び前記第２燃料棒であり、
燃料棒に含まれる燃料ペレットの濃縮度を高い方からｅ１，ｅ２，ｅ３とするとき、前記第１燃料棒の一部が濃縮ウラン領域に濃縮度ｅ１の燃料ペレットを充填した燃料棒である最高濃縮度燃料棒であり、
前記第２燃料棒は、濃縮ウラン領域に濃縮度ｅ２で可燃性毒物を含む燃料ペレットを充填した第３燃料棒と、濃縮ウラン領域に濃縮度ｅ３で可燃性毒物を含む燃料ペレットを充填した第４燃料棒とを備え、
前記第４燃料棒の濃縮ウラン領域の可燃性毒物の平均濃度を、前記第３燃料棒のその平均濃度よりも高くする。
【００３０】
第５の発明によれば、燃料集合体の最外周よりも内側の領域に最高濃縮度燃料棒，短尺燃料棒および前記第２燃料棒のいずれでもない燃料棒が配置されないので、最外周領域の相対熱出力を低く抑えることができ、
第４燃料棒の濃縮ウラン領域の可燃性毒物の平均濃度を、前記第３燃料棒のその平均濃度よりも高くすることにより、燃料集合体に含まれる前記第２燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度を抑えつつ、可燃性毒物濃度が高い燃料集合体が形成できる。これにより、可燃性毒物による反応度抑制効果を長く維持することができる。
【００３１】
これは、可燃性毒物が早く消耗する傾向にある燃料集合体の可燃性毒物による反応度抑制効果を長く維持する場合に特に有効である。
【００３２】
前記目的を達成するための第６の発明の特徴は、前記燃料ペレットの濃縮度ｅ１が、
５.０ｗｔ％≧ｅ１≧４.９ｗｔ％                                    …（数２）
を満足する。
【００３３】
第６の発明によれば、濃縮度が高い燃料ペレットで燃料棒を構成できるので、取り出し燃焼度を向上できる。
【００３４】
前記目的を達成するための第７の発明の特徴は、前記燃料ペレットの濃縮度ｅ１，ｅ２，ｅ３が、
ｅ１／ｅ２≧１.１
ｅ２／ｅ３≧１.１                                                 …（数３）
を満足する。
【００３５】
第７の発明によれば、燃料集合体内に配置される燃料ペレットの濃縮度間に１０％以上の差を確保できるため、濃縮度の異なる燃料ペレットの判定が容易になる。このため、燃料棒内に必要な濃縮度の燃料ペレットを適切に充填できる。
【００３６】
前記目的を達成するための第８の発明の特徴は、燃料集合体の最外周領域に前記最高濃縮度燃料棒の一部が配置されている。
【００３７】
第８の発明によれば、燃料集合体の平均濃縮度を高めることができ、取り出し燃焼度を増加することができる。
【００３８】
前記目的を達成するための第９の発明の特徴は、燃料集合体の最外周よりも内側に配置された全燃料棒は、前記最高濃縮度燃料棒または前記第２燃料棒である
。
【００３９】
第９の発明によれば、燃料集合体の平均濃縮度を高めることができ、取り出し燃焼度を増加することができる。
【００４０】
前記目的を達成するための第１０の発明の特徴は、燃料集合体の最外周コーナー以外に配置された燃料棒は、最高濃縮度燃料棒または前記第２燃料棒である。
【００４１】
第１０の発明によれば、燃料集合体の平均濃縮度を高めることができ、取り出し燃焼度を増加することができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、熱的余裕を増加できる２ストリーム炉心を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
燃料集合体の燃焼度を増加することが望まれている。そこで、特許文献１に開示された２ストリーム炉心に用いられる各燃料集合体の燃焼度を高めるために濃縮度を増大したタイプ１燃料集合体及びタイプ２燃料集合体として図６に挙げる燃料集合体６および８を想定した。この例では、燃料集合体６（タイプ１燃料集合体）および燃料集合体８（タイプ２燃料集合体）のそれぞれの平均濃縮度を４.０３ｗｔ％に高めている。
【００４４】
燃料集合体６および８は、核燃料物質であるウランを含む燃料ペレットを封入した複数の燃料棒と、内部を冷却材が流れる太径水ロッド２とを備える。上記の燃料棒としては、長尺燃料棒１（燃料棒ａ〜ｄおよびＧ１）、および燃料有効長（核燃料物質が充填されている長さ）が長尺燃料棒１より短い短尺燃料棒３（燃料棒ｅ）とを用いる。
【００４５】
長尺燃料棒１および短尺燃料棒３の濃縮度分布、および可燃性毒物であるガドリニアの分布を図６（ｂ）に示す。燃料棒ａ〜ｅはウランを含みガドリニアを含まない燃料棒である。燃料棒Ｇ１はウランおよびガドリニアを含む可燃性毒物入り燃料棒４である。
【００４６】
図６（ｂ）において、燃料棒ａ〜ｅ，Ｇ１内に示した数字は濃縮度を表す。例えば、
４.９は濃縮度４.９ｗｔ％を意味する。また、Ｇを付した数字（例えばＧ４.５）はガドリニア濃度（ｗｔ％）を意味する。
【００４７】
前述のように平均濃縮度を高めた燃料集合体６及び８では、ガドリニアが含まれている状態で、燃料集合体６の熱的余裕が燃料集合体８のそれよりも厳しくなる。これは、燃料集合体６が、燃料集合体８よりも可燃性毒物を含む燃料棒Ｇ１の本数が少ないことに起因する。燃料集合体６において燃料棒Ｇ１の本数を増加させることによって、燃料集合体６の熱的余裕を高めることが出来る。しかしながら、これでは、２ストリーム炉心の特徴的な機能である前述した連続運転時間の柔軟性が阻害される。
【００４８】
発明者らは２ストリーム炉心の機能を損なわないで、燃料集合体６の熱的余裕を向上できる対策を種々検討した。その結果、発明者らは、ガドリニアを含まない燃料棒とガドリニアを含む燃料棒とで濃縮度を同じだけ減少または増加させた場合に、後者の燃料棒は前者の燃料棒よりも出力の変化割合が小さくなるという現象が生じることを見出した。この現象を適用することにより、２ストリーム炉心の上記機能を損なわないで、タイプ１燃料集合体の熱的余裕を向上できる新しい２ストリーム炉心を、発明者らは得ることが出来た。この炉心の実施例を以下に示す。
【００４９】
（実施例１）
以下、沸騰水型原子炉に適用した実施例１の２ストリーム炉心図１，図７および図８を用いて説明する。
【００５０】
図８は実施例１の２ストリーム炉心の１／４横断面を示している。本２ストリーム炉心内の燃料集合体配置は炉心中心軸（図８の右下）を中心とする回転対称性を有している。図中Ａ，Ｂは炉心内に装荷された新燃料集合体であり、Ａはタイプ１燃料集合体に相当する燃料集合体５、Ｂはタイプ２燃料集合体に相当する燃料集合体６を表す。２ストリーム炉心内には燃料集合体５および６以外に１サイクル以上炉心内に装荷されている燃料集合体１３が存在する。
【００５１】
燃料集合体５，６および１３は、図７の構成を有する。これらの燃料集合体は、核燃料物質であるウランを含む燃料ペレットを封入した複数の燃料棒と、内部を冷却材が流れる太径水ロッド２と、燃料棒の上端部および下端部を支持する上部タイプレート１１および下部タイプレート１２と、燃料棒間隔を保持するスペーサ９と、その外側に装着されるチャンネルボックス１０とを備える。各燃料集合体において、太径水ロッド２は７本の燃料棒が配置可能な領域を占有している。上記の燃料棒としては、長尺燃料棒１と燃料有効長（核燃料物質が充填されている長さ）が長尺燃料棒１より短い短尺燃料棒３とを用いる。
【００５２】
長尺燃料棒１および短尺燃料棒３の濃縮度分布、および可燃性毒物であるガドリニアの分布を図１（ｂ）に示す。燃料棒ａ〜ｄ，Ｇ１，Ｇ２は長尺燃料棒１であり、燃料棒ｅは短尺燃料棒３である。燃料棒ａ〜ｅはウランを含みガドリニアを含まない燃料棒（以下、ウラン燃料棒という）である。燃料棒Ｇ１，Ｇ２はウランおよびガドリニアを含む可燃性毒物入り燃料棒４である。
【００５３】
燃料棒ａ〜ｄ，Ｇ１，Ｇ２は燃料有効長の下端（以下単に下端という）からその１／２４までの下端領域と、下端より２２／２４の位置から燃料有効長の上端（以下単に上端という）までの上端領域とに天然ウラン(濃縮度０.７ｗｔ％）の燃料ペレットが装荷されている。
【００５４】
燃料棒ａは上端領域と下端領域の間の中間領域には濃縮度４.９ｗｔ％ の燃料ペレットが装荷されている。上端及び下端領域は天然ウラン領域であり、中間領域は濃縮ウランが充填された濃縮ウラン領域である。
【００５５】
燃料棒ｂ，ｃ，ｄは、中間領域に、それぞれ濃縮度４.４ｗｔ％，３.９ｗｔ％，２.８ｗｔ％の燃料ペレットを装荷している。また、燃料棒ｅは長尺燃料棒の燃料有効長の１／２４から１５／２４の濃縮ウラン領域に濃縮度４.４ｗｔ％ の燃料ペレットを装荷している。燃料棒ｅには天然ウラン領域が存在しない。
【００５６】
燃料棒Ｇ１は、中間領域に濃縮度４.４ｗｔ％，ガドリニア濃度４.５ｗｔ％の燃料ペレットを装荷している。燃料棒Ｇ２は、中間領域に濃縮度３.９ｗｔ％ ，ガドリニア濃度
５.５ｗｔ％ の燃料ペレットを装荷している。燃料棒Ｇ２のガドリニア濃度は、燃料棒
Ｇ１のそれよりも高い。
【００５７】
燃料集合体５および６は、図１（ａ）に示すように、燃料棒が９行９列の正方格子状に配列され、中央部に２本の太径水ロッド２を備えている。また、燃料棒ｅは各燃料集合体において外周から２列目の４つのコーナー及び４つの辺の中央に計８本配置されている。燃料集合体５は燃料棒ａ〜ｅ，Ｇ１，Ｇ２を有し、燃料棒Ｇ１およびＧ２が外周から２列目および３列目の各コーナー付近に計１２本配置されている。燃料集合体６は燃料棒ａ〜ｅ，Ｇ１を有し、燃料棒Ｇ１が同様な位置に計１５本配置されている。
【００５８】
可燃性毒物入り燃料棒４の本数は、燃料集合体５の方が燃料集合体６よりも３本少ない。
【００５９】
燃料棒ａは燃料集合体５において濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高いウラン燃料棒である最高濃縮度燃料棒である。燃料集合体６においても、燃料棒ａが最高濃縮度燃料棒である。
【００６０】
燃料集合体５の燃料棒ａの本数は３４本であり、燃料集合体６のその本数３１本より多い。
【００６１】
一方、燃料集合体５に含まれる全可燃性毒物入り燃料棒４の濃縮ウラン領域（以下、可燃性毒物入り燃料棒グループという）の平均濃縮度は４.３ｗｔ％ であり、燃料集合体６の可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度４.４ｗｔ％よりも低い。
【００６２】
燃料集合体５の最外周に配置されている燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は4.26
ｗｔ％、燃料集合体６の最外周に配置されている燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は４.２６ｗｔ％ であり同一である。
【００６３】
燃料集合体５の最外周を除いた領域に配置されている燃料棒ａの本数は２２本であり、燃料集合体６のその本数１９本より多い。
【００６４】
一方、燃料集合体５の最外周を除いた領域に配置されている可燃性毒物入り燃料棒４の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は４.３ｗｔ％であり、燃料集合体６のその平均濃縮度4.4ｗｔ％よりも低い。
【００６５】
燃料集合体５および６は、最高濃縮度燃料棒，短尺燃料棒および可燃性毒物入り燃料棒のいずれでもない燃料棒の総数がいずれも２０本で等しく、それらの濃縮ウラン領域の平均濃縮度はいずれも３.８８ｗｔ％で等しい。
【００６６】
さらに、燃料集合体５の全可燃性毒物入り燃料棒４の平均ガドリニア濃度は４.７wt％であり、燃料集合体６の全可燃性毒物入り燃料棒４の平均ガドリニア濃度４.５ｗｔ％ よりも高い。
【００６７】
燃料集合体５において、燃料集合体の最外周よりも内側に配置された燃料棒は燃料棒ａ，ｅ，可燃性毒物入り燃料棒４である燃料棒Ｇ１および燃料棒Ｇ２である。
【００６８】
燃料集合体５において、燃料ペレットの最高濃縮度ｅ１は４.９ｗｔ％ 、２番めに高い濃縮度ｅ２は４.４ｗｔ％、３番めに高い濃縮度ｅ３は３.９ｗｔ％である。燃料集合体５の最高濃縮度燃料棒である燃料棒ａの濃縮ウラン領域の濃縮度はｅ１、可燃性毒物入り燃料棒４には、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅ２＝４.４ｗｔ％ である燃料棒Ｇ１と、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅ３＝３.９ｗｔ％ の燃料棒Ｇ２とがある。燃料集合体５は、濃縮度ｅ１＝４.９ｗｔ％ であるので、（数２）を満足する。また、濃縮度ｅ２＝４.４ｗｔ％、ｅ３＝３.９ｗｔ％であるので、ｅ１／ｅ２＝１.１１，ｅ２／ｅ３＝１.１３となり、（数３）を満足する。
【００６９】
燃料集合体５において、最高濃縮度燃料棒の一部は燃料集合体の最外周に配置されている。
【００７０】
本実施例の効果を示すために、前記図６の燃料集合体を用いた２ストリーム炉心を比較例とする。比較例の２ストリーム炉心は図８の燃料集合体５を燃料集合体８とし、燃料集合体６を備えている。
【００７１】
燃料集合体８は、燃料棒ａ〜ｅ，Ｇ１を有する。燃料集合体８も、燃料集合体５と同様に可燃性毒物入り燃料棒４（燃料棒Ｇ１）が１２本であり、燃料集合体６に比べて、可燃性毒物入り燃料棒４が３本少ない。燃料集合体８は、燃料棒ｂが３本多く配置されており、燃料棒ｂとＧ１の総数は燃料集合体６と同じである。
【００７２】
燃料集合体６の平均濃縮度は４.０３ｗｔ％、燃料集合体５の平均濃縮度は４.０４ｗｔ％、燃料集合体８の平均濃縮度は４.０３ｗｔ％ である。これらの燃料集合体は、ほぼ同じ平均濃縮度である。
【００７３】
燃料集合体５と燃料集合体８のウラン２３５の配分に着目すると、燃料集合体８における燃料棒Ｇ１の濃縮ウラン領域のウラン２３５の一部が、燃料集合体５における燃料棒ｂに移行し、それらの燃料棒ｂの濃縮ウラン領域の濃縮度が４.９ｗｔ％ になったとみることができる。
【００７４】
前述したように、濃縮ウラン領域内のウラン２３５が多いほど燃料棒の熱出力は高まるが、発明者らは、同じ濃縮度の増加であっても、可燃性毒物がある場合には、可燃性毒物がない場合に比べて、熱出力増加の感度が小さくなることを見出した。
【００７５】
たとえば、燃焼初期において、燃料集合体５では可燃性毒物を含まない燃料棒の濃縮ウラン領域の濃縮度を４.４ｗｔ％から４.９ｗｔ％に増加すると相対出力が０.０７ 程度増加するのに対して、燃料集合体８では可燃性毒物入り燃料棒の濃縮ウラン領域の濃縮度を４.４ｗｔ％から３.９ｗｔ％に減らしても相対出力は０.０４程度しか減少しない。
【００７６】
このことより、燃料集合体の最外周の燃料棒配列を除いた領域（以下、内側領域という）の熱出力に着目すると、可燃性毒物入り燃料棒の本数が同じ場合でも、可燃性毒物を含まない燃料棒の濃縮ウラン領域の濃縮度を高めた方が、燃料集合体の内側領域の熱出力が高まることがわかる。可燃性毒物を含まない燃料棒の濃縮ウラン領域の濃縮度を高めて燃料集合体の内側領域の熱出力を増加させることにより、通常最も熱的に厳しい最外周の燃料棒配列のコーナー付近の熱出力が相対的に低減されるため、燃料集合体の熱的余裕を改善できるのである。
【００７７】
ペレットの濃縮度に関しては、現在５ｗｔ％の上限があり、これを守るため、実際上は４.９ｗｔ％から５.０ｗｔ％の範囲が最高濃縮度となる。ペレットの最高濃縮度として
４.９ｗｔ％から５.０ｗｔ％を用いる場合、これ以上燃料棒の濃縮度を高めることはできない。したがって、燃料集合体の内側領域で可燃性毒物入り燃料棒以外のウランを増やすためには、燃料集合体の最高濃縮度燃料棒の本数を増やす必要がある。
【００７８】
燃料集合体８では燃料集合体の内側領域に４.９ｗｔ％ の最高濃縮度燃料棒が１９本配置されているのに対し、燃料集合体５では最高濃縮度燃料棒が２２本配置されている。これによって、燃料集合体５の内側領域の相対出力は高まる。燃料集合体５のコーナー付近で発生する燃料棒の相対出力の最大値は燃料集合体８のそれに比べて０.５％ほど小さくなる。
【００７９】
以上より、燃料集合体５において、熱的余裕を増加させることができる。
【００８０】
また、前記の熱的余裕の改善効果を得るため、燃料集合体５では燃料集合体６に比べて最高濃縮度燃料棒の本数が多くなっている。燃料集合体５および６において燃料集合体の平均濃縮度をほぼ同じにするためには、燃料集合体５内の可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度を燃料集合体６のそれよりもわずかに低くする必要がある。燃料集合体の可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度を下げる場合、わずかに低い濃縮度の燃料ペレットを用いることも考えられる。しかし、これは、特許文献３に記載のように製造コスト等を考えると必ずしも得策ではない。
【００８１】
これに対して発明者らは、濃縮ウラン領域の濃縮度が異なる可燃性毒物入り燃料棒を用い、更に、これらの燃料棒の本数比率を変えることによって可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度を微調整した。
【００８２】
燃料集合体５では、濃縮ウラン領域の濃縮度が４.４ｗｔ％および３.９ｗｔ％である可燃性毒物入り燃料棒Ｇ１，Ｇ２を組み合わせることにより、燃料集合体５の可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度４.３ｗｔ％を実現している。 
次に発明者らが見出したより長時間にわたって反応度抑制効果を維持する方法について述べる。
【００８３】
一般に、可燃性毒物濃度が高い燃料棒ほど、反応度抑制効果は長く持続する。そこで、連続運転期間が長い場合に装荷割合が多くなるタイプ１燃料集合体に燃料棒の可燃性毒物濃度が高い燃料棒を多く用いることにより、長期間にわたって反応度抑制効果を持続できる。即ちこれは、タイプ１燃料集合体の平均可燃性毒物濃度をタイプ２燃料集合体の平均可燃性毒物濃度よりも高くすることである。
【００８４】
前記のとおり、燃料集合体５では、燃料集合体６に比べて、可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度が低い。したがって、燃料集合体５は燃料集合体６に比べて濃縮ウラン領域の濃縮度が低い燃料棒Ｇ２を多く含むことになる。発明者らはこれに着目し、濃縮ウラン領域の濃縮度が低い燃料棒Ｇ２の可燃性毒物濃度を高めることによって、燃料集合体５の平均可燃性毒物濃度を燃料集合体６の平均可燃性毒物濃度よりも高くできることを見出した。本実施例では、燃料集合体５の平均可燃性毒物濃度は４.７ｗｔ％ であり、燃料集合体６の平均可燃性毒物濃度４.５ｗｔ％ より大きい。
【００８５】
図８に示された本実施例の２ストリーム炉心には７６体の燃料集合体５が、１００体の燃料集合体６が新燃料集合体として装荷される。タイプ１燃料集合体として燃料集合体８を用いる場合には、燃料集合体８の平均可燃性毒物濃度は４.５ｗｔ％ であり、燃料集合体６と同じ平均可燃性毒物濃度であるから、連続運転期間が増減して燃料集合体８と燃料集合体６の比率が変わっても、新燃料集合体の可燃性毒物濃度の平均は４.５ｗｔ％ で変わらない。
【００８６】
これに対して、タイプ１燃料集合体として燃料集合体５を用いる場合には、２ストリーム炉心内の新燃料集合体の可燃性毒物濃度の平均は４.５８ｗｔ％ である。より長期の運転のために新燃料集合体数を増やし、燃料集合体５を１２４体、燃料集合体６を６８体装荷する場合、２ストリーム炉心内の新燃料集合体の可燃性毒物濃度の平均は４.６２ｗｔ％と高くなる。
【００８７】
より長期間にわたって反応度抑制効果を持続できるので、長期運転に適した２ストリーム炉心が得られる。
【００８８】
（実施例２）
本発明の実施例２の２ストリーム炉心を説明する。本実施例の２ストリーム炉心は、図８の燃料集合体５を図２（ａ）に示す燃料集合体５Ａ（タイプ１燃料集合体）とし、燃料集合体６を図２（ａ）に示す燃料集合体６Ａ（タイプ２燃料集合体）としたものである。
【００８９】
長尺燃料棒１および短尺燃料棒３の濃度分布、および可燃性毒物であるガドリニアの分布を図２（ｂ）に示す。
【００９０】
燃料棒Ｇ３は長尺燃料棒１であり、燃料棒ｆは短尺燃料棒３である。燃料棒ｆはウランを含みガドリニアを含まない燃料棒である。燃料棒Ｇ３はウランおよびガドリニアを含む可燃性毒物入り燃料棒４である。
【００９１】
燃料棒ｆは長尺燃料棒の有効燃料長の下端より１／２４から１２／２４の濃縮ウラン領域に濃縮度４.９ｗｔ％ の燃料ペレットが装荷されている。燃料棒ｆには天然ウラン領域が存在しない。
【００９２】
燃料棒Ｇ３は下端領域および上端領域に天然ウランの燃料ペレットが装荷されており、中間領域のうち下端より１／２４から１２／２４の濃縮ウラン領域に濃縮度４.４ｗｔ％，ガドリニア濃度５.５ｗｔ％ の燃料ペレットが、下端より１２／２４から２２／２４の濃縮ウラン領域に濃縮度３.９ｗｔ％ ，ガドリニア濃度４.５ｗｔ％ の燃料ペレットが装荷されている。
【００９３】
燃料集合体５Ａおよび６Ａは、図２（ａ）に示すように、燃料棒が９行９列の正方格子状に配列され、中央部に２本の太径水ロッド２を備えている。また、燃料棒ｆは燃料集合体の外周の４つの辺の中央と外周から４列目の対角をなす２つのコーナーに計６本配置されている。
【００９４】
燃料集合体５Ａには、燃料棒Ｇ１およびＧ３が燃料集合体の外周から２列目の４つのコーナーの全てと、前記燃料集合体の外周から２列目の４つの辺の１本おき、さらに燃料集合体の外周から３列目の対角するコーナーで外周から４列目に配置されている燃料棒ｆの位置から燃料集合体中心を中心として９０度ずれた２つのコーナーのそれぞれに計１４本配置されている。
【００９５】
燃料集合体６Ａには、燃料棒Ｇ１およびＧ３が燃料集合体の外周から２列目の４つのコーナーの全てと、前記２列目の４つの辺の１本おき、さらに燃料集合体の外周から３列目の４つのコーナー全てと前記燃料集合体の外周から３列目の４つの辺のうち、一組の隣り合う２つの辺の組のそれぞれの辺の中央に計１８本配置されている。
【００９６】
可燃性毒物入り燃料棒４の本数は燃料集合体５Ａの方が燃料集合体６Ａよりも４本少ない。
【００９７】
燃料棒ａおよびｆは燃料集合体５Ａにおいて濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い燃料棒である。燃料集合体６Ａにおいても、燃料棒ａおよびｆが濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い燃料棒である。
【００９８】
燃料集合体５Ａの燃料棒ａおよびｆの本数は５６本であり、燃料集合体６Ａのその本数５２本より多い。
【００９９】
燃料棒ａおよびｆは燃料集合体５Ａにおいて濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高いウラン燃料棒である最高濃縮度燃料棒である。燃料集合体６Ａにおいても、燃料棒ａおよびｆが最高濃縮度燃料棒である。
【０１００】
燃料集合体５Ａの燃料棒ａおよびｆの本数は５６本であり、燃料集合体６Ａのその本数５２本より多い。
【０１０１】
一方、燃料集合体５Ａの可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度は４.０ｗｔ％であり、燃料集合体６Ａの可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度４.２ｗｔ％ より低い。
【０１０２】
燃料集合体５Ａの最外周に配置されている燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は4.64ｗｔ％、燃料集合体６Ａの最外周に配置されている燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は４.６４ｗｔ％であり同一である。
【０１０３】
燃料集合体５Ａの最外周を除いた領域に配置されている燃料棒ａの本数は２８本であり、燃料集合体６Ａのその本数２４本より多い。
【０１０４】
一方、燃料集合体５Ａの最外周を除いた領域に配置されている可燃性毒物入り燃料棒４の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は４.０ｗｔ％ であり、燃料集合体６Ａのその平均濃縮度４.２ｗｔ％よりも低い。
【０１０５】
燃料集合体５Ａおよび６Ａともに、濃縮ウラン領域の濃縮度の異なる２種類以上の可燃性毒物入り燃料棒４を含んでいる。
【０１０６】
燃料集合体５Ａおよび６Ａに含まれる燃料棒のうち、最高濃縮度の燃料棒ａの濃縮ウラン領域の濃縮度ｅＨは４.９ｗｔ％ 、燃料集合体５Ａおよび６Ａに含まれる可燃性毒物入り燃料棒４のうち、濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い濃縮度ｅＭは４.４ｗｔ％ 、２番目に高い濃縮度ｅＬは３.９ｗｔ％である。
【０１０７】
燃料集合体５Ａに含まれる燃料棒のうち、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＭの燃料棒４の本数Ｍ１は４、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＬの燃料棒４の本数Ｌ１は１０である。
【０１０８】
一方、燃料集合体６Ａに含まれる燃料棒のうち、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＭの燃料棒４の本数Ｍ２は１２、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＬの燃料棒４の本数Ｌ２は６である。したがって、（Ｍ２−Ｍ１）(ｅＨ−ｅＭ）＝４,（Ｌ１−Ｌ２）（ｅＨ−ｅＬ）＝４となり、（数１）を満足する。
【０１０９】
燃料集合体５Ａと燃料集合体６Ａは、最高濃縮度燃料棒，短尺燃料棒および可燃性毒物入り燃料棒のいずれでもない燃料棒の総数がいずれも４本で等しく、それらの濃縮ウラン領域の平均濃縮度はいずれも２.８ｗｔ％で等しい。
【０１１０】
さらに、燃料集合体５Ａの全可燃性毒物入り燃料棒４の平均ガドリニア濃度は４.９
ｗｔ％であり、燃料集合体６Ａの可燃性毒物入り燃料棒４の平均ガドリニア濃度４.７
ｗｔ％よりも高い。
【０１１１】
燃料集合体の最外周よりも内側に配置された燃料棒は最高濃縮度燃料棒である燃料棒ａ、短尺燃料棒３である燃料棒ｆ、可燃性毒物入り燃料棒４である燃料棒Ｇ１および燃料棒Ｇ３である。
【０１１２】
燃料集合体５Ａおよび６Ａにおいて、燃料棒に含まれる燃料ペレットの最高濃縮度ｅ１は４.９ｗｔ％、２番目に高い濃縮度ｅ２は４.４ｗｔ％、３番目の濃縮度ｅ３は３.９
ｗｔ％である。燃料集合体５Ａおよび６Ａの最高濃縮度燃料棒である燃料棒ａの濃縮度はｅ１、可燃性毒物入り燃料棒４には、濃縮ウラン領域の濃度がｅ２＝４.４ｗｔ％ である燃料棒Ｇ１と、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅ３＝３.９ｗｔ％ の燃料棒Ｇ２とがある。燃料棒Ｇ２のガドリニア濃度は燃料棒Ｇ１のそれよりも高い。
【０１１３】
濃縮度ｅ１＝４.９ｗｔ％ であるので、（数２）を満足する。また、濃縮度ｅ２＝4.4ｗｔ％，ｅ３＝３.９ｗｔ％であるので、ｅ１／ｅ２＝１.１１，ｅ２／ｅ３＝１.１３となり、（数３）を満足する。
【０１１４】
燃料集合体５Ａおよび６Ａにおいて、最高濃縮度燃料棒の一部は燃料集合体の最外周に配置されている。
【０１１５】
燃料集合体５Ａおよび６Ａの内側領域には最高濃縮度燃料棒と可燃性毒物入り燃料棒４のみが配置されている。
【０１１６】
燃料集合体５Ａおよび６Ａにおいて、最外周コーナー部以外の全燃料棒は最高濃縮度燃料棒または可燃性毒物入り燃料棒４が配置されいる。
【０１１７】
燃料集合体５Ａおよび６Ａの燃料集合体の平均濃縮度はどちらも４.１４ｗｔ％ である。
【０１１８】
燃料集合体５Ａは可燃性毒物入り燃料棒４が４本少ないので、最高濃縮度燃料棒は逆に４本多い。
【０１１９】
この場合に両者の燃料集合体の平均濃縮度をほぼ同じにするためには、燃料集合体５Ａの可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度を燃料集合体６Ａのその濃縮度より低くする必要がある。本実施例では燃料棒Ｇ１およびＧ３を用いることにより、可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度を調整している。
【０１２０】
本実施例では燃料集合体最外周の燃料棒配列のコーナー付近をのぞいて、最高濃縮度燃料棒または可燃性毒物入り燃料棒４となっている。このようにして燃料集合体の平均濃縮度を増大させる場合、２つの燃料集合体の平均濃縮度をほぼ同一とする為、最高濃縮度燃料棒と可燃性毒物入り燃料棒４との総数は燃料集合体５Ａと燃料集合体６Ａで同じにするのが望ましい。
【０１２１】
すなわち、燃料集合体５Ａの最高濃縮度燃料棒の本数をＨ１、燃料集合体６Ａの最高濃縮度燃料棒の本数をＨ２として、
Ｈ１＋Ｍ１＋Ｌ１＝Ｈ２＋Ｍ２＋Ｌ２                                …（数４）
とするのである。
【０１２２】
さらに、最高濃縮度燃料棒と可燃性毒物入り燃料棒４に含まれるウラン２３５の総量を燃料集合体５Ａと燃料集合体６Ａでほぼ同じにする場合、
Ｈ１×ｅＨ＋Ｍ１×ｅＭ＋Ｌ１×ｅＬ＝Ｈ２×ｅＨ＋Ｍ２×ｅＭ＋Ｌ２×ｅＬ
…（数５）
とする必要がある。（数４）および（数５）を整理して、
（Ｍ２−Ｍ１）（ｅＨ−ｅＭ）＝（Ｌ１−Ｌ２）（ｅＨ−ｅＬ）          …（数１）
が成り立つようにすれば、最高濃縮度燃料棒と可燃性毒物入り燃料棒４との総数は燃料集合体５Ａと燃料集合体６Ａで同じで、かつ、最高濃縮度燃料棒と可燃性毒物入り燃料棒４に含まれるウラン２３５の総量を燃料集合体５Ａと燃料集合体６Ａで同じとすることができる。
【０１２３】
ここで、燃料ペレット濃縮度を２種類の燃料集合体の間で共有化することを考慮すれば、ｅＭ＝ｅ２，ｅＬ＝ｅ３とすることで、容易に２ストリームの燃料集合体設計が可能となる。可燃性毒物入り燃料に２種類の濃縮度を用いて可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度を調整するため、２種類の燃料集合体のうち少なくとも一方では、濃縮度の異なる２種類の可燃性毒物入り燃料棒を用いる必要がある。
【０１２４】
さらに、本実施例のようにｅＨ−ｅＭ＝ｅＨ−ｅ２＝０.５ｗｔ％ ，ｅＭ−ｅＬ＝ｅ２−ｅ３＝０.５ｗｔ％ として、濃縮度差を等間隔に設定した場合は、次の手段を用いることにより、さらに容易に２ストリームの燃料集合体設計ができる。
【０１２５】
（数２）にｅＨ−ｅＭ＝ｅＨ−ｅ２＝０.５ｗｔ％、ｅＭ−ｅＬ＝ｅ２−ｅ３
＝０.５ｗｔ％の条件を加味すれば、
（Ｍ２−Ｍ１）＝２（Ｌ１−Ｌ２）                                  …（数６）
となる。
【０１２６】
ここで、燃料集合体５Ａと燃料集合体６Ａの可燃性毒物入り燃料棒４の本数の差をＮとすると
（Ｍ２＋Ｌ２）−（Ｍ１＋Ｌ１）＝Ｎ                                …（数７）
であり、（数６）および（数７）より、２種類の可燃性毒物入り燃料棒４の各々について整理すると、
Ｌ１−Ｌ２＝Ｎ
Ｍ２−Ｍ１＝２Ｎ                                                  …（数８）
となる。
【０１２７】
本実施例のように可燃性毒物入り燃料棒の濃縮度差を等間隔に設定した場合、数７を満たすことで、２種類の燃料集合体の間で、燃料集合体の最高濃縮度燃料棒と可燃性毒物入り燃料棒４の総数、および、最高濃縮度燃料棒と可燃性毒物入り燃料棒での平均濃縮度を同一にできる。
【０１２８】
２種類の可燃性毒物入り燃料棒Ｇ１およびＧ３の濃縮ウラン領域の濃縮度と可燃性毒物濃度についての関係は、濃縮ウラン領域の濃縮度が燃料棒Ｇ１よりも低い燃料棒Ｇ３の可燃性毒物濃度を燃料棒Ｇ１よりも高くしておくことで、燃料集合体５Ａの可燃性毒物濃度を燃料集合体６Ａに比べて高い。これにより、２ストリーム炉心運用に適した構成としている。
【０１２９】
本実施例は、実施例１よりも燃料集合体の平均濃縮度が高く、より高い取出燃焼度を達成できる。
【０１３０】
（実施例３）
本発明の実施例３の２ストリーム炉心を説明する。本実施例の２ストリーム炉心は図８の燃料集合体５を図３（ａ）に示す燃料集合体５Ｂ（タイプ１燃料集合体）とし、燃料集合体６を図３（ａ）に示す燃料集合体６Ｂ（タイプ２燃料集合体）としたものである。
【０１３１】
長尺燃料棒１および短尺燃料棒３の濃縮度分布、および可燃性毒物であるガドリニアの分布を図３（ｂ）に示す。燃料棒ｇ，ｈ，ｉ，Ｇ４，Ｇ５は長尺燃料棒１である。燃料棒ｇ，ｈ，ｉはウランを含みガドリニアを含まない燃料棒である。燃料棒Ｇ４，Ｇ５はウランおよびガドリニアを含む可燃性毒物入り燃料棒４である。
【０１３２】
燃料棒ｇは燃料有効長の下端からその１／２４までの下端領域と、下端より２３／２４の位置から燃料有効長の上端までの上端領域とに天然ウラン（濃縮度０.７ｗｔ％)の燃料ペレットが装荷されている。上端領域と下端領域の間の中間領域には濃縮度４.９ｗｔ％ の燃料ペレットが装荷されている。上端及び下端領域は天然ウラン領域であり、中間領域は濃縮ウランが充填された濃縮ウラン領域である。
【０１３３】
燃料棒ｈ，ｉは、下端領域および上端領域に天然ウラン燃料ペレットが装荷されており、中間領域には、それぞれ濃縮度４.４ｗｔ％，２.８ｗｔ％の燃料ペレットが装荷されている。
【０１３４】
燃料棒Ｇ４は下端領域および上端領域に天然ウランの燃料ペレットが装荷されており、中間領域に濃縮度４.４ｗｔ％，ガドリニア濃度５.０ｗｔ％の燃料ペレットが装荷されている。
【０１３５】
燃料棒Ｇ５は下端領域および上端領域に天然ウランの燃料ペレットが装荷されており、中間領域に濃縮度３.９ｗｔ％，ガドリニア濃度６.０ｗｔ％の燃料ペレットが装荷されている。
【０１３６】
燃料集合体５Ｂおよび６Ｂは、図３（ａ）に示すように、燃料棒が９行９列の正方格子状に配列され、中央部に角型のウォータチャンネル７を備えている。
【０１３７】
燃料集合体５Ｂには、燃料棒Ｇ５のみが燃料集合体の外周から２列目の４つのコーナーの全てと前記２列目の４つの辺の１本おき、さらに燃料集合体の外周から３列目の４つのコーナーうちの一組の対角するコーナーに計１４本配置されている。
【０１３８】
燃料集合体６Ｂには、燃料棒Ｇ５およびＧ６が燃料集合体の外周から２列目の４つのコーナーの全てと前記燃料集合体の外周から２列目の４つの辺の１本おき、さらに燃料集合体の外周から３列目の４つのコーナーの全てと前記燃料集合体の外周から３列目の４つの辺のうち、一つの隣り合う辺の組のその２つの辺の中央の計１８本配置されている。
【０１３９】
可燃性毒物入り燃料棒４の本数は、燃料集合体５Ｂの方が燃料集合体６Ｂよりも４本少ない。
【０１４０】
燃料棒ｇは燃料集合体５Ｂにおいて濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い燃料棒である。燃料集合体６Ｂにおいても、燃料棒ｇが濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い燃料棒である。
【０１４１】
燃料集合体５Ｂの燃料棒ｇの本数は４６本であり、燃料集合体６Ｂのその本数４２本より多い。
【０１４２】
燃料棒ｇは燃料集合体５Ｂにおいて濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高いウラン燃料棒である最高濃縮度燃料棒である。燃料集合体６Ｂにおいても、燃料棒ｇが最高濃縮度燃料棒である。
【０１４３】
燃料集合体５Ｂの燃料棒ｇの本数は４６本であり、燃料集合体６Ｂのその本数４２本より多い。
【０１４４】
燃料集合体５Ｂの可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度は３.９ｗｔ％ であり、燃料集合体６Ｂのその平均濃縮度４.１ｗｔ％より小さい。
【０１４５】
燃料集合体５Ｂの最外周に配置されている燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は
４.５１ｗｔ％ 、燃料集合体６Ｂの最外周に配置されている燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は４.５１ｗｔ％であり同一である。
【０１４６】
燃料集合体５Ｂの最外周を除いた領域に配置されている燃料棒ｇの本数は２６本であり、燃料集合体６Ｂのその本数２２本より多い。
【０１４７】
一方、燃料集合体５Ｂの最外周を除いた領域に配置されている可燃性毒物入り燃料棒４の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は３.９ｗｔ％ であり、燃料集合体６Ｂのその平均濃縮度４.１ｗｔ％よりも低い。
【０１４８】
燃料集合体５Ｂおよび６Ｂともに、濃縮ウラン領域の濃縮度の異なる２種類以上の可燃性毒物入り燃料棒４を含んでいる。
【０１４９】
燃料集合体５Ｂおよび６Ｂに含まれる燃料棒のうち、最高濃縮度の燃料棒ｇの濃縮ウラン領域の濃縮度ｅＨは４.９ｗｔ％ 、燃料集合体５Ｂおよび６Ｂに含まれる可燃性毒物入り燃料棒４のうち、濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い濃縮度ｅＭは４.４ｗｔ％、２番目に高い濃縮度ｅＬは３.９ｗｔ％である。
【０１５０】
燃料集合体５Ｂに含まれる燃料棒の濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＭの可燃性毒物入り燃料棒４の本数Ｍ１は０、燃料棒の濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＬの可燃性毒物入り燃料棒４の本数Ｌ１は１４である。一方、燃料集合体６Ｂに含まれる燃料棒の濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＭの可燃性毒物入り燃料棒４の本数Ｍ２は８、燃料棒の濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＬの可燃性毒物入り燃料棒４の本数Ｌ２は１０である。したがって、(Ｍ２−Ｍ１)（ｅＨ−ｅＭ）＝４，（Ｌ１−Ｌ２）（ｅＨ−ｅＬ）＝４となり、（数２）を満足する。
【０１５１】
燃料集合体１３と燃料集合体１４は、最高濃縮度燃料棒，短尺燃料棒および可燃性毒物入り燃料棒のいずれでもない燃料棒の総数がいずれも１２本で等しく、それらの平均濃縮度はいずれも３.８７ｗｔ％で等しい。
【０１５２】
また、燃料集合体５Ｂの全可燃性毒物入り燃料棒４の平均ガドリニア濃度は６.０wt％であり、燃料集合体６Ｂ全可燃性毒物入り燃料棒４の平均ガドリニア濃度５.６ｗｔ％ よりも高い。
燃料集合体の最外周よりも内側に配置された燃料棒は最高濃縮度燃料棒である燃料棒ｇ，可燃性毒物入り燃料棒４である燃料棒Ｇ４および燃料棒Ｇ５である。
【０１５３】
燃料集合体５Ｂおよび６Ｂにおいて、燃料棒に含まれる燃料ペレットの最高濃縮度ｅ１は４.９ｗｔ％、２番目に高い濃縮度ｅ２は４.４ｗｔ％、３番目の濃縮度ｅ３は３.９
ｗｔ％である。燃料集合体５Ｂおよび６Ｂの最高濃縮度燃料棒である燃料棒ｇの濃縮ウラン領域の濃縮度はｅ１、可燃性毒物入り燃料棒４には、濃縮ウラン領域の濃度がｅ２＝
４.４ｗｔ％ である燃料棒Ｇ４と、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅ３＝３.９ｗｔ％ の燃料棒Ｇ５とがある。燃料棒Ｇ５のガドリニア濃度は燃料棒Ｇ４のそれよりも高い。
【０１５４】
濃縮度ｅ１＝４.９ｗｔ％ であるので、（数２）を満足する。また、濃縮度ｅ２＝4.4ｗｔ％，ｅ３＝３.９ｗｔ％であるので、ｅ１／ｅ２＝１.１１，ｅ２／ｅ３＝１.１３となり、（数３）を満足する。
【０１５５】
燃料集合体５Ｂおよび６Ｂにおいて、最高濃縮度燃料棒の一部は燃料集合体の最外周に配置されている。
【０１５６】
燃料集合体５Ｂおよび６Ｂの内側領域には最高濃縮度燃料棒と可燃性毒物入り燃料棒４のみが配置されている。
【０１５７】
燃料集合体５Ｂおよび６Ｂにおいて、最外周コーナー部以外の全燃料棒は最高濃縮度燃料棒または可燃性毒物入り燃料棒４が配置されている。
【０１５８】
燃料集合体５Ｂおよび６Ｂの燃料集合体の平均濃縮度はどちらも４.２２ｗｔ%である。
【０１５９】
本実施例の燃料集合体も、水ロッド形状や短尺燃料棒の有無に関わらず、燃料ペレットの共有化を図りつつ２ストリーム炉心を構成することが可能である。
【０１６０】
（実施例４）
本発明の実施例４の２ストリーム炉心を説明する。本実施例の２ストリーム炉心は図８の燃料集合体５を図４（ａ）に示す燃料集合体５Ｃ（タイプ１燃料集合体）とし、燃料集合体６を図４（ａ）に示す燃料集合体６Ｃ（タイプ２燃料集合体）としたものである。
【０１６１】
長尺燃料棒１および短尺燃料棒３の濃縮度分布、および可燃性毒物であるガドリニアの分布を図４（ｂ）に示す。燃料棒ｊ，ｋ，ｌ，Ｇ６，Ｇ７は長尺燃料棒１であり、燃料棒ｅは短尺燃料棒３である。燃料棒ｊ，ｋ，ｌ，ｍはウランを含みガドリニアを含まない燃料棒である。燃料棒Ｇ６，Ｇ７はウランおよびガドリニアを含む可燃性毒物入り燃料棒４である。
【０１６２】
燃料棒ｊは燃料有効長の下端からその１／２４までの下端領域と、下端より２３／２４の位置から燃料有効長の上端までの上端領域とに天然ウラン（濃縮度０.７ｗｔ％)の燃料ペレットが装荷されている。上端領域と下端領域の間の中間領域には濃縮度５.０ｗｔ％ の燃料ペレットが装荷されている。上端及び下端領域は天然ウラン領域であり、中間領域は濃縮ウランが充填された濃縮ウラン領域である。
【０１６３】
燃料棒ｋ，ｌは、下端領域および上端領域に天然ウラン燃料ペレットが装荷されており、中間領域には、それぞれ濃縮度４.５ｗｔ％，３.２ｗｔ％の燃料ペレットが装荷されている。
【０１６４】
燃料棒ｍは長尺燃料棒の燃料有効長の下端より１／２４から１４／２４の濃縮ウラン領域に濃縮度５.０ｗｔ％ の燃料ペレットが装荷されている。燃料棒ｍには天然ウラン領域が存在しない。
【０１６５】
燃料棒Ｇ６は下端領域および上端領域に天然ウランの燃料ペレットが装荷されており、中間領域に濃縮度４.５ｗｔ％，ガドリニア濃度５.０ｗｔ％の燃料ペレットが装荷されている。
【０１６６】
燃料棒Ｇ７は下端領域および上端領域に天然ウランの燃料ペレットが装荷されており、中間領域に濃縮度４.０ｗｔ％，ガドリニア濃度６.０ｗｔ％の燃料ペレットが装荷されている。
【０１６７】
燃料集合体５Ｃおよび６Ｃは、図４（ａ）に示すように、燃料棒が１０行１０列の正方格子状に配列され、中央部に２本の太径水ロッド２を備えている。また、短尺燃料棒３は燃料集合体の外周から２列目の各コーナー付近および燃料集合体の外周から５列目の計
１４本配置されている。
【０１６８】
燃料集合体５Ｃには、ガドリニアを含む可燃性毒物入り燃料棒Ｇ６およびＧ７が燃料集合体の外周から２列目で４つのコーナーを除く箇所のほぼ１本おき、および３列目の４つのコーナー付近に計２０本配置されている。
【０１６９】
燃料集合体６Ｃには、ガドリニアを含む可燃性毒物入り燃料棒Ｇ６およびＧ７が前記燃料集合体５Ｃとほぼ同様に計２４本配置されている。
【０１７０】
可燃性毒物入り燃料棒４の本数は燃料集合体５Ｃの方が燃料集合体６Ｃよりも４本少ない。
【０１７１】
燃料棒ｊおよびｍは燃料集合体５Ｃにおいて濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い燃料棒である。燃料集合体６Ｃにおいても、燃料棒ｊおよびｍが濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い燃料棒である。
【０１７２】
燃料集合体５Ｃの燃料棒ｊおよびｍの本数は６０本であり、燃料集合体６Ｃのその本数５６本より多い。
【０１７３】
燃料棒ｊおよびｍは燃料集合体５Ｃにおいて濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高いウラン燃料棒である最高濃縮度燃料棒である。燃料集合体６Ｃにおいても、燃料棒ｊおよびｍが最高濃縮度燃料棒である。
【０１７４】
燃料集合体５Ｃの燃料棒ｊおよびｍの本数は６０本であり、燃料集合体６Ｃのその本数５６本より多い。
【０１７５】
一方、燃料集合体５Ｃの可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度は４.３ｗｔ％であり、燃料集合体６Ｃの可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度４.４ｗｔ％より低い。
【０１７６】
燃料集合体５Ｃの最外周に配置されている燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は
４.６９ｗｔ％ 、燃料集合体６Ｃの最外周に配置されている燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は４.６９ｗｔ％ であり同一である。燃料集合体５Ｃの最外周を除いた領域に配置されている燃料棒ｊおよびｍの本数は３６本であり、燃料集合体６Ｃのその本数３２本より多い。
【０１７７】
一方、燃料集合体５Ｃの最外周を除いた領域に配置されている可燃性毒物入り燃料棒４の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は４.３ｗｔ％ であり、燃料集合体６Ｃのその平均濃縮度４.４ｗｔ％よりも低い。
【０１７８】
燃料集合体５Ｃおよび６Ｃともに、濃縮ウラン領域の濃縮度の異なる２種類以上の可燃性毒物入り燃料棒４を含んでいる。
【０１７９】
燃料集合体５Ｃおよび６Ｃに含まれる燃料棒のうち、最高濃縮度の燃料棒ｊおよびｍの濃縮ウラン領域の濃縮度ｅＨは５.０ｗｔ％ 、燃料集合体５Ｃおよび６Ｃに含まれる可燃性毒物入り燃料棒４のうち濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い濃縮度ｅＭは４.５ｗｔ％、２番目に高い濃縮度ｅＬは４.０ｗｔ％である。
【０１８０】
燃料集合体５Ｃに含まれる燃料棒のうち濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＭの可燃性毒物入り燃料棒４の本数Ｍ１は１２、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＬの可燃性毒物入り燃料棒の本数Ｌ１は８である。一方、燃料集合体６Ｃに含まれる燃料棒のうち濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＭの可燃性毒物入り燃料棒４の本数Ｍ２は２０、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅＬの可燃性毒物入り燃料棒の本数Ｌ２は４なので、（Ｍ２−Ｍ１）（ｅＨ−ｅＭ）＝４，
（Ｌ１−Ｌ２）（ｅＨ−ｅＬ）＝４となり、（数１）を満足する。
【０１８１】
燃料集合体５Ｃと燃料集合体６Ｃは、最高濃縮度燃料棒，短尺燃料棒および可燃性毒物入り燃料棒のいずれでもない燃料棒の総数がいずれも１２本で等しく、それらの濃縮ウラン領域の平均濃縮度はいずれも４.０７ｗｔ％で等しい。
【０１８２】
さらに、燃料集合体５Ｃの全可燃性毒物入り燃料棒４の平均ガドリニア濃度は５.４
ｗｔ％であり、燃料集合体６Ｃの可燃性毒物入り燃料棒４の平均ガドリニア濃度５.２
ｗｔ％よりも高い。
【０１８３】
燃料集合体の最外周よりも内側に配置された燃料棒は最高濃縮度燃料棒である燃料棒ｊ，短尺燃料棒３である燃料棒ｍ，可燃性毒物入り燃料棒４である燃料棒Ｇ６および燃料棒Ｇ７である。
【０１８４】
燃料集合体５Ｃおよび６Ｃにおいて、燃料棒に含まれる燃料ペレットの最高濃縮度ｅ１は５.０ｗｔ％、２番目に高い濃縮度ｅ２は４.５ｗｔ％、３番目の濃縮度ｅ３は４.０
ｗｔ％である。燃料集合体５Ｃおよび６Ｃの最高濃縮度燃料棒である燃料棒ｊの濃縮ウラン領域の濃縮度はｅ１、可燃性毒物入り燃料棒４には、濃縮ウラン領域の濃度がｅ２＝
４.５ｗｔ％ である燃料棒Ｇ６と、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅ３＝４.０ｗｔ％ の燃料棒Ｇ７とがある。燃料棒Ｇ７のガドリニア濃度は燃料棒Ｇ６のそれよりも高い。
【０１８５】
濃縮度ｅ１＝５.０ｗｔ％であるので、（数２）を満足する。また、濃縮度ｅ２＝４.４ｗｔ％ ，ｅ３＝３.９ｗｔ％であるので、ｅ１／ｅ２＝１.１１，ｅ２／ｅ３＝１.１３となり、（数３）を満足する。
【０１８６】
燃料集合体５Ｃおよび６Ｃにおいて、最高濃縮度燃料棒の一部は燃料集合体の最外周に配置されている。
【０１８７】
燃料集合体５Ｃおよび６Ｃの内側領域には最高濃縮度燃料棒と可燃性毒物入り燃料棒４のみが配置されている。
【０１８８】
燃料集合体５Ｃおよび６Ｃにおいて、最外周コーナー部以外の全燃料棒は最高濃縮度燃料棒または可燃性毒物入り燃料棒４が配置されている。
【０１８９】
燃料集合体５Ｃおよび６Ｃの燃料集合体の平均濃縮度はどちらも４.４０ｗｔ%である。
【０１９０】
本実施例の２ストリーム炉心は、前記実施例よりも燃料集合体の平均濃縮度が高く、より高燃焼度に対応する２ストリーム炉心である。また、燃料棒の本数が多いため熱的余裕が大きく、２ストリーム炉心運用の柔軟性に優れる。
【０１９１】
この実施例も、燃料ペレットの共有化を図りつつ２ストリーム炉心を構成することが可能である。
【０１９２】
（実施例５）
本発明の実施例５の２ストリーム炉心を説明する。本実施例の２ストリーム炉心は、図８の燃料集合体５を図５（ａ）に示す燃料集合体５Ｄ（タイプ１燃料集合体）とし、燃料集合体６を図５（ａ）に示す燃料集合体６Ｄ（タイプ２燃料集合体）としたものである。
【０１９３】
長尺燃料棒１および短尺燃料棒３の濃度分布、および可燃性毒物であるガドリニアの分布を図５（ｂ）に示す。
【０１９４】
燃料棒ａ，ｄ，Ｇ１，Ｇ３およびＧ８は長尺燃料棒１であり、燃料棒ｆは短尺燃料棒３である。燃料棒ａ，ｄおよびｆはウランを含みガドリニアを含まない燃料棒である。燃料棒Ｇ１，Ｇ３およびＧ８はウランおよびガドリニアを含む可燃性毒物入り燃料棒４である。燃料棒Ｇ８は下端領域および上端領域に天然ウランの燃料ペレットが装荷されており、中間領域上端領域と下端領域の間の中間領域には濃縮ウラン領域に濃縮度４.９ｗｔ％，ガドリニア濃度４.５ｗｔ％の燃料ペレットが封入されている。
【０１９５】
燃料集合体５Ｄおよび６Ｄは、図５（ａ）に示すように、燃料棒が９行９列の正方格子状に配列され、中央部に２本の太径水ロッド２を備えている。また、燃料棒ｆは最外周の４辺の中央と、外周から４列目での対角をなす２つのコーナーに計６本配置されている。
【０１９６】
燃料集合体５Ｄには、燃料棒Ｇ１およびＧ３が燃料集合体の外周から２列目の４つのコーナーの全てと、前記燃料集合体の外周から２列目の４つの辺の１本おき、さらに燃料集合体の外周から３列目の対角するコーナーで外周から４列目に配置されている燃料棒ｆの位置から燃料集合体中心を中心として９０度ずれた２つのコーナーのそれぞれに計１４本配置されている。
【０１９７】
燃料集合体６Ｄには、燃料棒Ｇ１，Ｇ３およびＧ８が燃料集合体の外周から２列目の４つのコーナーの全てと、前記２列目の４つの辺の１本おき、さらに燃料集合体の外周から３列目の４つのコーナー全てと前記燃料集合体の外周から３列目の４つの辺のうち、一組の隣り合う２つの辺の組のそれぞれの辺の中央に計１８本配置されている。
【０１９８】
可燃性毒物入り燃料棒４の本数は燃料集合体５Ｄの方が燃料集合体６Ｄよりも４本少ない。
【０１９９】
燃料棒ａ，ｆおよびＧ８は燃料集合体５Ｄにおいて濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い燃料棒である。燃料集合体６Ｄにおいても、燃料棒ａ，ｆおよびＧ８が濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い燃料棒である。
【０２００】
燃料集合体５Ｄの燃料棒ａ，ｆおよびＧ８の本数は５６本であり、燃料集合体６のその本数５４本より多い。
【０２０１】
燃料棒ａおよびｆは燃料集合体５Ｄにおいて濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高いウラン燃料棒である最高濃縮度燃料棒である。燃料集合体６Ｄにおいても、燃料棒ａおよびｆが最高濃縮度燃料棒である。
【０２０２】
燃料集合体５Ｄの最高濃縮度燃料棒の本数は５６本であり、燃料集合体６Ｄのその本数５２本より多い。
【０２０３】
一方、燃料集合体５Ｄの可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度は４.２ｗｔ％であり、燃料集合体６Ｄの可燃性毒物入り燃料棒グループの平均濃縮度４.３ｗｔ％より低い。
【０２０４】
燃料集合体５Ｄの最外周に配置されている燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は4.64ｗｔ％、燃料集合体６Ｄの最外周に配置されている燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は４.６４ｗｔ％ であり同一である。燃料集合体５Ｄの最外周を除いた領域に配置されている最高濃縮度燃料棒の本数は２８本であり、燃料集合体６Ｄのその本数２６本より多い。
【０２０５】
一方、燃料集合体５Ｄの最外周を除いた領域に配置されている可燃性毒物入り燃料棒４の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は４.２ｗｔ％ であり、燃料集合体６Ｄのその平均濃縮度４.３ｗｔ％よりも低い。
【０２０６】
燃料集合体５Ｄおよび６Ｄともに、濃縮ウラン領域の濃縮度の異なる２種類以上の可燃性毒物入り燃料棒４を含んでいる。
【０２０７】
燃料集合体５Ｄと燃料集合体６Ｄは、最高濃縮度燃料棒，短尺燃料棒および可燃性毒物入り燃料棒のいずれでもない燃料棒の総数がいずれも４本で等しく、それらの濃縮ウラン領域の平均濃縮度はいずれも２.８ｗｔ％で等しい。
【０２０８】
さらに、燃料集合体５Ｄの全可燃性毒物入り燃料棒４の平均ガドリニア濃度は４.７
ｗｔ％であり、燃料集合体６Ａの可燃性毒物入り燃料棒４の平均ガドリニア濃度４.６
ｗｔ％よりも高い。
【０２０９】
燃料集合体の最外周よりも内側に配置された燃料棒は最高濃縮度燃料棒である燃料棒ａ，短尺燃料棒３である燃料棒ｆ，可燃性毒物入り燃料棒４である燃料棒Ｇ１，燃料棒Ｇ３及び燃料棒Ｇ８である。
【０２１０】
燃料集合体５Ｄおよび６Ｄにおいて、燃料棒に含まれる燃料ペレットの最高濃縮度ｅ１は４.９ｗｔ％、２番目に高い濃縮度ｅ２は４.４ｗｔ％、３番目の濃縮度ｅ３は３.９
ｗｔ％である。燃料集合体５Ｄおよび６Ｄの最高濃縮度燃料棒である燃料棒ａの濃縮度はｅ１、可燃性毒物入り燃料棒４には、濃縮ウラン領域の濃度がｅ２＝４.４ｗｔ％ である燃料棒Ｇ１と、濃縮ウラン領域の濃縮度がｅ３＝３.９ｗｔ％ の燃料棒Ｇ２とがある。燃料棒Ｇ２のガドリニア濃度は燃料棒Ｇ１のそれよりも高い。
【０２１１】
濃縮度ｅ１＝４.９ｗｔ％ であるので、（数２）を満足する。また、濃縮度ｅ２＝4.4ｗｔ％、ｅ３＝３.９ｗｔ％であるので、ｅ１／ｅ２＝１.１１，ｅ２／ｅ３＝１.１３となり、（数３）を満足する。
【０２１２】
燃料集合体５Ｄおよび６Ｄにおいて、最高濃縮度燃料棒の一部は燃料集合体の最外周に配置されている。
【０２１３】
燃料集合体５Ｄおよび６Ｄの内側領域には最高濃縮度燃料棒と可燃性毒物入り燃料棒４のみが配置されている。
【０２１４】
燃料集合体５Ｄおよび６Ｄにおいて、最外周コーナー部以外の全燃料棒は最高濃縮度燃料棒または可燃性毒物入り燃料棒４が配置されている。
【０２１５】
燃料集合体５Ｄおよび６Ｄの燃料集合体の平均濃縮度はどちらも４.１７ｗｔ%である。
【０２１６】
本実施例では燃料集合体６Ｄに最高濃縮度の可燃性毒物入り燃料棒が置かれている。燃料集合体の平均濃縮度が高い場合、可燃性毒物入り燃料棒の位置によっては、その濃縮度を最高濃縮度にできる場合がある。燃料集合体６Ｄにおいては、最外周から３層目の水ロッドや短尺燃料棒に隣接しない位置は燃料棒出力があまり高くならない。このため、この位置では可燃性毒物入り燃料棒を最高濃縮度にすることができる。
【０２１７】
しかし、可燃性毒物入り燃料棒の少ない燃料集合体５Ｄにおいては、可燃性毒物入り燃料棒を最高濃縮度にせず、その代わり、可燃性毒物を含まない最高濃縮度の燃料棒の数を増やしている。これによって、燃料集合体５Ｄの最外周領域の相対出力が小さくなるので、熱的余裕が改善される。
【０２１８】
３種類の可燃性毒物入り燃料棒Ｇ１，Ｇ３，Ｇ８の濃縮ウラン領域の濃縮度と可燃性毒物濃度についての関係は、濃縮ウラン領域の濃縮度が低い燃料棒Ｇ３の可燃性毒物濃度を燃料棒Ｇ１およびＧ８よりも高くしておくことで、燃料集合体５Ｄの可燃性毒物濃度を燃料集合体６Ｄに比べて高めることができる。これにより、２ストリーム炉心運用に適した構成が実現される。
【０２１９】
本実施例は、実施例１および実施例２よりも燃料集合体の平均濃縮度が高く、さらに高い取り出し燃焼度を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【０２２０】
【図１】図８の２ストリーム炉心に装荷される燃料集合体を示すものであって（ａ）は燃料集合体１３および１４の燃料棒配置を示す図であり、（ｂ）はこれらの燃料棒内の濃縮度およびガドリニアの分布を示す図。
【図２】本発明の第２実施例を示す図。
【図３】本発明の第３実施例を示す図。
【図４】本発明の第４実施例を示す図。
【図５】本発明の第５実施例を示す図。
【図６】本発明の第１実施例と比べるための比較例を示す図。
【図７】図８の２ストリーム炉心に装荷された燃料集合体の概略縦断面図。
【図８】本発明の実施例である２ストリーム炉心の１／４部分の横断面図。
【図９】可燃性毒物による反応度抑制効果を示す図。
【符号の説明】
【０２２１】
１…長尺燃料棒、２…太径水ロッド、３…短尺燃料棒、４…可燃性毒物入り燃料棒、５…タイプ１燃料集合体に相当する燃料集合体、６…タイプ２燃料集合体に相当する燃料集合体、７…角型のウォータチャンネル、８…燃料集合体、９…スペーサ、１０…チャンネルボックス、１１…上部タイプレート、１２…下部タイプレート、１３…２ストリーム炉心内に１サイクル以上装荷された燃料集合体。
【図１】
2006184293.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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