(57)【要約】【課題】  運転中に中性子スペクトルを硬化させた軽水炉において最大線出力密度を低減しつつ、マイナーアクチニド燃焼効率を向上し得る燃料集合体及びそれを装荷する軽水炉の炉心を提供する。【解決手段】  横断面が正方形状のチャンネルボックス２内に複数の燃料棒３が三角稠密配置され、軽水炉の炉心２２に正方格子状に装荷される燃料集合体１は、軽水による中性子に対する減速効果の大きい高減速領域７及び軽水による中性子に対する減速効果の小さい低減速領域８を有し、高減速領域７に配される燃料棒３のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合が、低減速領域８に配される燃料棒３のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合より大きい。【選択図】  図５
2019163945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面が正方形状のチャンネルボックス内に複数の燃料棒が三角稠密配置され、軽水炉の炉心に正方格子状に装荷される燃料集合体であって、
燃料集合体は、軽水による中性子に対する減速効果の大きい高減速領域及び軽水による中性子に対する減速効果の小さい低減速領域を有し、前記高減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合が、前記低減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合より大きいことを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料集合体において、
前記高減速領域及び前記低減速領域との境界は、定格出力で運転されている状態で、水平断面内において前記正方形状のチャンネルボックスの内面から燃料集合体の内側へと向かい水素の輸送効果を考慮した平均自由行程分の長さに相当する位置に設定されることを特徴とする燃料集合体。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料集合体において、
前記高減速領域に配される燃料棒は、燃料集合体の水平断面内において最外周に配される燃料棒であることを特徴とする燃料集合体。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料集合体において、
前記高減速領域及び前記低減速領域との境界にかかる位置に配される燃料棒は、水平断面内における占有面積に基づき、前記高減速領域に配される燃料棒か前記低減速領域に配される燃料棒か決定されることを特徴とする燃料集合体。
【請求項５】
正方格子状に複数体の燃料集合体が装荷される軽水炉の炉心であって、
前記燃料集合体は、
横断面が正方形状のチャンネルボックス内に三角稠密配置される複数の燃料棒を有し、
軽水による中性子に対する減速効果の大きい高減速領域及び軽水による中性子に対する減速効果の小さい低減速領域を有し、燃料集合体の炉心への装荷時において、前記高減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合が、前記低減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合より大きいことを特徴とする軽水炉の炉心。
【請求項６】
請求項５に記載の軽水炉の炉心において、
前記高減速領域及び前記低減速領域との境界は、定格出力で運転されている状態で、水平断面内において前記正方形状のチャンネルボックスの内面から燃料集合体の内側へと向かい水素の輸送効果を考慮した平均自由行程分の長さに相当する位置に設定されることを特徴とする軽水炉の炉心。
【請求項７】
請求項５に記載の軽水炉の炉心において、
前記高減速領域に配される燃料棒は、燃料集合体の水平断面内において最外周に配される燃料棒であることを特徴とする軽水炉の炉心。
【請求項８】
請求項６に記載の軽水炉の炉心において、
前記高減速領域及び前記低減速領域との境界にかかる位置に配される燃料棒は、水平断面内における占有面積に基づき、前記高減速領域に配される燃料棒か前記低減速領域に配される燃料棒か決定されることを特徴とする軽水炉の炉心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料集合体及びそれを装荷する軽水炉の炉心に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在運転中の軽水を減速材及び冷却材として用いる軽水炉において燃料集合体内の燃料棒を三角格子稠密に配置することで中性子スペクトルを硬化させた軽水炉（以下、低減速軽水炉と称する）が提唱されている。  
低減速軽水炉は、液体ナトリウムを冷却材とする高速炉と同様に超ウラン核種(ＴＲａｎｓ−Ｕｒａｎｉｕｍ、以下ＴＲＵと称する)であるプルトニウムやマイナーアクチニド（Ｍｉｎｏｒ  Ａｃｔｉｎｉｄｅ：ＭＡ）を装荷して、ＴＲＵを燃焼するＴＲＵ燃焼炉とすることができる。  
しかしながら、低減速軽水炉では、燃料集合体格子内の減速材である軽水が偏在する箇所で燃料棒の出力が増大し最大線出力密度が増大する課題がある。一方で、低減速軽水炉はＴＲＵ中で燃えにくいマイナーアクチニドを効率的に燃焼させることが求められている。
【０００３】
このような低減速軽水炉で最大線出力密度を低減する技術として、例えば、特許文献１に記載される技術が提案されている。特許文献１では、燃料棒の充填密度が低く、冷却材体積が大きく低エネルギー中性子の割合が多い最外周燃料棒の核分裂性プルトニウムの濃度を低くすることで、最外周の燃料捧に発生する出力ピークを抑制し最大線出力密度を低減する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１９２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載される構成では、最外周燃料棒を低プルトニウム富化度燃料とするため劣化ウランの割合が増加し、劣化ウランからのマイナーアクチニドの転換が増加することにより、マイナーアクチニドの燃焼効率が低下する。  
そこで、本発明は、運転中に中性子スペクトルを硬化させた軽水炉において最大線出力密度を低減しつつ、マイナーアクチニド燃焼効率を向上し得る燃料集合体及びそれを装荷する軽水炉の炉心を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る燃料集合体は、横断面が正方形状のチャンネルボックス内に複数の燃料棒が三角稠密配置され、軽水炉の炉心に正方格子状に装荷される燃料集合体であって、燃料集合体は、軽水による中性子に対する減速効果の大きい高減速領域及び軽水による中性子に対する減速効果の小さい低減速領域を有し、前記高減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合が、前記低減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合より大きいことを特徴とする。  
また、本発明に係る軽水炉の炉心は、正方格子状に複数体の燃料集合体が装荷される軽水炉の炉心であって、前記燃料集合体は、横断面が正方形状のチャンネルボックス内に三角稠密配置される複数の燃料棒を有し、軽水による中性子に対する減速効果の大きい高減速領域及び軽水による中性子に対する減速効果の小さい低減速領域を有し、燃料集合体の炉心への装荷時において、前記高減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合が、前記低減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合より大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、運転中に中性子スペクトルを硬化させた軽水炉において最大線出力密度を低減しつつ、マイナーアクチニド燃焼効率を向上し得る燃料集合体及びそれを装荷する軽水炉の炉心を提供することが可能となる。  
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例に係る実施例１の燃料集合体の横断面図（水平断面図）である。
【図２】図１に示す燃料集合体が複数体装荷される軽水炉の炉心の横断面図（水平断面図）である。
【図３】図２に示す炉心を有する改良型軽水炉の概略構成図である。
【図４】図１に示す燃料集合体において高減速領域と低減速領域を示す燃料集合体の横断面図（水平断面図）である。
【図５】図４に示す燃料集合体において燃料棒毎のＴＲＵ富化度と重金属中のマイナーアクチニドの重量割合を示す実施例１の燃料集合体の横断面図（水平断面図）である。
【図６】図４に示す燃料集合体において燃料棒毎のＴＲＵ富化度と重金属中のマイナーアクチニドの重量割合を示す比較例の燃料集合体の横断面図（水平断面図）である。
【図７】図５と図６に示す燃料集合体の燃焼度に対する中性子無限像倍率の変化を示すグラフである。
【図８】図５と図６に示す燃料集合体の燃焼度に対するマイナーアクチニドの燃焼効率の変化を示すグラフである。
【図９】代表的なマイナーアクチニドであるＡｍ―２４１の中性子エネルギーに対する中性子反応断面積の変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の他の実施例に係る実施例２の燃料集合体の横断面図（水平断面図）である。
【図１１】図５と図６及び図１０に燃料集合体の燃焼度に対するマイナーアクチニドの燃焼効率の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書において、本発明に係る燃料集合体及びそれを装荷する軽水炉の炉心が適用される軽水炉とは、再循環ポンプを備え冷却材として軽水（冷却水）を原子炉圧力容器外へ通流し再び原子炉圧力容器内のダウンカマへ流入させることで冷却水を循環させる通常の沸騰水型原子炉（Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ：ＢＷＲ）、インターナルポンプを備え冷却水を原子炉圧力容器内で循環させる改良型沸騰水型原子炉（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ：ＡＢＷＲ）、チムニによる冷却水の自然循環方式を用いることで、ＢＷＲにおける再循環ポンプ、ＡＢＷＲにおけるインターナルポンプを不要とする高経済性単純化沸騰水型原子炉（Ｅｃｏｎｏｍｉｃ  Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ：ＥＳＢＷＲ）、冷却水を炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させる加圧水型原子炉（Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ：ＰＷＲ）を含む。以下では、本発明に係る燃料集合体が装荷される炉心を有する軽水炉として、ＡＢＷＲを一例に説明する。  
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
以下、本実施例では８７２体の燃料集合体を炉心に装荷する改良型軽水炉（ＡＢＷＲ）を対象に説明するが、これに限られるものではなく、上述のように、本発明に係る燃料集合体は、正方格子の燃料集合体を装荷する他の軽水炉にも適用可能である。
【００１１】
先ず、軽水炉の一例として、改良型軽水炉（ＡＢＷＲ）について説明する。図３は、改良型軽水炉（ＡＢＷＲ）の概略構成図である。図３に示すように、本実施例の燃料集合体（詳細後述する）が装荷される炉心を備える改良型軽水炉２０は、原子炉圧力容器２１内に円筒状の炉心シュラウド２６が設けられ、炉心シュラウド２６内に、複数体の燃料集合体（図示せず）が装荷された炉心２２が設置されている。また、原子炉圧力容器２１内には、炉心２２を覆うシュラウドヘッド３０、シュラウドヘッド３０に取り付けられ上方へと延伸する気水分離器２８、及び気水分離器２８の上方に配される蒸気乾燥器２９が設けられている。  
上部格子板２４が、シュラウドヘッド３０の下方で炉心シュラウド２６内に配され、炉心シュラウド２６に取り付けられて炉心２２の上端部に位置している。炉心支持板２３が、炉心２２の下端部に位置して炉心シュラウド２６内に配され、炉心シュラウド２６に設置されている。また、複数の燃料支持金具２５が炉心支持板２３に設置されている。  
また、原子炉圧力容器２１内には、燃料集合体の核反応を制御するため炉心２２へ複数の横断面十字状の制御棒（図示せず）を挿入可能とする制御棒案内管３２が設けられている。原子炉圧力容器２１の底部より下方に設置された制御棒駆動機構ハウジング（図示せず）内に制御棒駆動機構３３を備え、制御棒は制御棒駆動機構３３に連結されている。
【００１２】
原子炉圧力容器２１の底部である下鏡３４に、その下方より原子炉圧力容器２１の内部へ貫通するよう複数のインターナルポンプ３１が設置されている。複数のインターナルポンプ３１は、複数の制御棒案内管３２の最外周部より外側であって、環状に相互に所定の間隔にて離間し、複数台配されている。これにより、インターナルポンプ３１は、制御棒案内管３２等と干渉することはない。そして、各インターナルポンプ３１のインペラが、円筒状の炉心シュラウド２６と原子炉圧力容器２１の内面との間に形成される環状のダウンカマ２７内に位置付けられている。原子炉圧力容器２１内の冷却材である水（冷却水）は、各インターナルポンプ３１のインペラにより、ダウンカマ２７を介して、下鏡３４側から炉心２２へ供給される。炉心２２内に流入する冷却水は、燃料集合体（図示せず）の核反応により加熱され気液二相流となり、気水分離器２８へ流入する。気水分離器２８を通流する気液二相流は、湿分を含む蒸気（気相）と水（液相）に分離され、液相は再び冷却水としてダウンカマ２７へ降下する。一方、蒸気（気相）は、蒸気乾燥器２９へと導入され湿分が除去された後、主蒸気配管３５を介してタービン（図示せず）へ供給される。復水器等を介して給水配管３６より原子炉圧力容器２１内に流入する冷却水は、ダウンカマ２７内を下方へと通流する（降下する）。このように、インターナルポンプ３１は、炉心２２で発生する熱を効率良く冷却するため、冷却水を炉心２２へ強制循環させる。
【００１３】
次に、炉心２２に装荷される本実施例の燃料集合体及び炉心２２の構造について説明する。図１は、本実施例の燃料集合体の横断面図（水平断面図）であり、図２は、図１に示す燃料集合体が複数体装荷される軽水炉の炉心の横断面図（水平断面図）である。  
図１に示すように、燃料集合体１は、横断面（水平断面）が正方形状のチャンネルボックス２の内部に２４３本の外径７．２ｍｍ、間隙１．５ｍｍで燃料棒３を三角稠密配置している。なお、各燃料棒３は上下両端部を上部タイプレート及び下部タイプレート（図示せず）にて、また、燃料棒３の途中を軸方向に一定間隔で離間する燃料スペーサー（図示せず）によって保持されている。燃料棒３は、劣化ウランに核分裂プルトニウムを含むプルトニウムとマイナーアクチニドを含む超ウラン核種を富化した混合酸化物（以下、ＭＯＸ燃料と称する）のペレット（図示せず）を被覆管（図示せず）に充填している。チャンネルボックス２の外側には飽和水であるギャップ水領域４と十字型制御棒（横断面十字状の制御棒）５が挿入されている。十字型制御棒５の上半分は、冷却水である軽水より減速能が小さい物質である炭素で構成されたフォロアー部を設けている。また、十字型制御棒５の反対側（燃料集合体１を挟み十字型制御棒５と対向する側）には、冷却水である軽水より減速能が小さい物質である炭素を封入した水排除板６を設置している。以上の構成により、燃料集合体１内を通流する冷却水を少なくして、炉心２２内の中性子スペクトルを硬化した（高エネルギー側にシフトした）低減速軽水炉を実現している。  
図２は、図１に示す燃料集合体１が複数体装荷される改良型軽水炉（ＡＢＷＲ）の炉心２２の横断面図（水平断面図）である。図２に示すように、炉心２２に８７２体の燃料集合体１が正方格子状に装荷されており、最外周に配される複数体の燃料集合体１を除き、相互に隣接する４体の燃料集合体１は、十字型制御棒５を囲むよう炉心２２に装荷されている。上述の図１に示した燃料集合体１の横断面図（水平断面図）は、上記４体の燃料集合体の内の１体の燃料集合体１を示している。
【００１４】
次に図４から図９により本実施例の作用について説明する。図４は、図１に示す燃料集合体１において高減速領域と低減速領域を示す燃料集合体の横断面図（水平断面図）である。すなわち、チャンネルボックス２の内側領域を軽水による減速効果によって分割した図である。ギャップ水領域４により減速された中性子が流れ込み、かつ、燃料棒３とチャンネルボックス２の間隙により軽水による減速効果が大きい領域を高減速領域７とし、高減速領域７より内側で、軽水の減速効果が小さい領域を低減速領域８とする。ここで、高減速領域７と低減速領域８の境界９は、例えば、改良型軽水炉（ＡＢＷＲ）が定格出力で運転されている状態で、燃料集合体１の水平断面内において、正方形状のチャンネルボックス２の各内面（各側面）より、燃料集合体１の内側へと向かい水素の平均自由行程分（水素の輸送効果を考慮した平均自由行程分）の長さ（距離１０）に相当する位置に設定される。なお、ここで、チャンネルボックス２の内面から境界９までの距離１０を、中性子を減速させる水素における輸送効果を考慮した平均自由行程とした理由として、中性子は軽水中の水素原子と衝突することで減速するものであるため、水素の平均自由行程に着目したためである。本実施例では以下の表１に示すように、例えば、上述の距離１０は１．９５ｃｍとなる。  
【００１５】
【表１】
2019163945.tif 000003
【００１６】
表１に示すように、水素の散乱ミクロ断面積は３０．２７×１０-２４ｃｍ２であり、水素の捕獲ミクロ断面積は０．３３×１０-２４ｃｍ２であり、水素の個数密度（飽和水）は４．９×１０２２個／ｃｍ３であることから、水素の輸送効果を考慮した平均自由行程は１．９５ｃｍとなる。  
なお、図４に示すように境界９にかかる燃料棒３については、当該燃料棒３の水平断面内における占有面積に基づき高減速領域７か低減速領域８かに割り振られる。換言すれば、仮に高減速領域７内の占有面積が、低減速領域８内の占有面積よりも大きい場合、当該燃料棒３は高減速領域７に配される燃料棒３として決定される。
【００１７】
図５は、図４に示す燃料集合体において燃料棒毎のＴＲＵ富化度と重金属中のマイナーアクチニドの重量割合を示す本実施例の燃料集合体１の横断面図（水平断面図）であり、高減速領域７にマイナーアクチニドを集中的に装荷している。具体的には、図５に示すように、ＴＲＵ富化度が６３．６ｗｔ％であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が３７．６ｗｔ％の燃料棒３ａは、高減速領域７のみに１２本配置されている。また、ＴＲＵ富化度が７３．３ｗｔ％であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が３８．８ｗｔ％の燃料棒３ｂは、高減速領域７のみに２１本配置されており、ＴＲＵ富化度が８８．０ｗｔ％であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が４０．５ｗｔ％の燃料棒３ｃは、高減速領域７のみに２４本配置されている。また、ＴＲＵ富化度が６０．９ｗｔ％であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が０．０ｗｔ％の燃料棒３ｄは、高減速領域７に４９本配置され低減速領域８に４２本配置されている。ＴＲＵ富化度が７４．２ｗｔ％であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が０．０ｗｔ％の燃料棒３ｅは、低減速領域８のみに９５本配置されている。  
よって、高減速領域７に配置される燃料棒（燃料棒３ａ〜３ｄ）の平均の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合は２２．１ｗｔ％であり、低減速領域８の燃料棒（燃料棒３ｄ及び燃料棒３ｅ）の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合は０％である。従って、高減速領域７に配される燃料棒の平均の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合は、低減速領域８に配される燃料棒の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合より大きい。図５の局所出力ピーキングは燃焼度ゼロで１．３である。
【００１８】
図６は、図４に示す燃料集合体において燃料棒毎のＴＲＵ富化度と重金属中のマイナーアクチニドの重量割合を示す比較例の燃料集合体１の横断面図（水平断面図）であり、ＴＲＵ富化度分布により局所出力ピ―キングを低減した比較例としての燃料集合体を示している。図６に示すように、ＴＲＵ富化度が６．７ｗｔ％であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が０．９ｗｔ％の燃料棒３ｆは、高減速領域７のみに１本のみ配置され、ＴＲＵ富化度が１１．７ｗｔ％であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が１．５ｗｔ％の燃料棒３ｇは、高減速領域７のみに９本配置されている。また、ＴＲＵ富化度が２６．７ｗｔ％であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が３．５ｗｔ％の燃料棒３ｈは、高減速領域７のみに５本配置され、ＴＲＵ富化度が３６．７ｗｔ％であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が４．８ｗｔ％の燃料棒３ｉは、高減速領域７のみに１５本配置されている。ＴＲＵ富化度が５１．７ｗｔ％であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が６．８ｗｔ％の燃料棒３ｊは、高減速領域７のみに２７本配置され、ＴＲＵ富化度が６６．７ｗｔ％であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が８．７ｗｔ％の燃料棒３ｋは、高減速領域７に４９本配置され低減速領域８に４２本配置され、ＴＲＵ富化度が８３．２ｗｔ％であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が１０．９ｗｔ％の燃料棒３ｍは、低減速領域８のみに９５本配置されている。  
よって、比較例では局所出力ピーキングを低減するために高減速領域７に配置される燃料棒（燃料棒３ｆ〜３ｋ）の重金属中のＴＲＵの富化度を小さくしており、高減速領域７に配置される燃料棒（燃料棒３ｆ〜３ｋ）の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合は６．７ｗｔ％であり、低減速領域８に配置される燃料棒（燃料棒３ｋ及び燃料棒３ｍ）の重金属中のマイナーアクニドの重量割合は１０．２ｗｔである。従って、比較例においては、高減速領域７に配される燃料棒の平均の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合は、低減速領域８に配される燃料棒の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合より小さい。なお、図６の局所出力ピーキングは燃焼度ゼロで本実施例と同様に１．３である。
【００１９】
図７は、図５と図６に示す燃料集合体の燃焼度に対する中性子無限像倍率の変化を示すグラフであり、図８は、図５と図６に示す燃料集合体の燃焼度に対するマイナーアクチニドの燃焼効率の変化を示すグラフである。図７及び図８はシミュレーション結果を示しており、シミュレーションにおいては、燃料集合体断面の中性子無限増倍率、局所出力ピーキング、重金属中のマイナーアクチニドの重量割合はＶＭＯＮＴ（モンテカルロ燃料集合体燃焼特性解析コード）を用いた。ＶＭＯＮＴは、例えば、文献１（Ｈａｒｕｍｉ  Ｍａｒｕｙａｍａ，ｅｔ  ａｌ.：Ａ  Ｖｅｃｔｏｒｉｚｅｄ  Ｍｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｗｉｔｈ  Ｐｓｅｕｄｏ−ＳＣＡＴｔｅｒｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ：  Ｐｒｏｃ.  Ｉｎｔ.  Ｔｏｐｌ.  Ｍｔｇ.  Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｐｈｙｓｉｃｓ,  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ,  Ｐａｒｉｓ,  Ｆｒａｎｃｅ,  Ａｐｒｉｌ  ２７−３０,  １９８７,  ３,  １７９１−１８００  （１９８７））、或は、文献２（Ｙｕｕｉｃｈｉ  Ｍｏｒｉｍｏｔｏ,  ｅｔ  ａｌ.：Ｎｅｕｔｒｏｎｉｃ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｃｏｄｅ  ｆｏｒ  Ｆｕｅｌ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｖｅｃｔｏｒｉｚｅｄ  Ｍｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ  Ｍｅｔｈｏｄ  ：Ｎ.Ｓｃｉ.＆Ｅｎｇ．，１０３，３５１（１９８９））に記載されている。
【００２０】
図７における曲線ａは本実施例の図５の燃料集合体断面の中性子無限増倍率の燃焼変化を、曲線ｂは比較例の図６の燃料集合体断面の中性子無限増倍率の燃焼に伴う変化を示している。曲線ａと曲線ｂがほぼ一致しており、原子炉に装荷した場合は図５と図６は同一取り出し燃焼度で臨界となる。図８における曲線ａは本実施例の図５の燃料集合体断面のマイナーアクチニド燃焼効率の燃焼変化を、曲線ｂは比較例の図６の燃料集合体断面のマイナーアクチニド燃焼効率の燃焼変化を示している。マイナーアクチニド燃焼効率は以下の式（１）で求められる。  
燃焼度ａのマイナーアクチニド燃焼効率（％）＝(Ｍ0−Ｍa)／Ｍ0×１００・・・（１）
ここで、Ｍ0は装荷時の燃料集合体平均マイナーアクチニド重量であり、Ｍaは燃焼度ａの燃料集合体平均マイナーアクチニド重量である。
【００２１】
図９は、代表的なマイナーアクチニドであるＡｍ―２４１の中性子エネルギーに対する中性子反応断面積の変化を示すグラフである。図９の上段に示すグラフにおいて、横軸は中性子エネルギーを、縦軸は中性子反応断面積を示している。また、図９の下段に具体的な値を表で示している。ｆｉｓｓｉｏｎ（核分裂）とｃａｐｔｕｒｅ（捕獲）との関係については、マイナーアクチニドであるＡｍ―２４１は、中性子を捕獲（ｃａｐｔｕｒｅ）し、核分裂（ｆｉｓｓｉｏｎ）を起こすことでマイナーアクチニドであるＡｍ―２４１が燃焼する。従って、中性子を捕獲するのみではマイナーアクチニドであるＡｍ―２４１の燃焼効率には無関係であり、捕獲した中性子により核分裂（ｆｉｓｓｉｏｎ）することでマイナーアクチニドであるＡｍ―２４１が燃焼する。  
図９においては、本実施例の燃料集合体の構成により、高減速領域７に配される燃料棒３の重金属中のマイナーアクチニドであるＡｍ―２４１の平均重量割合を高くすることで、中性子エネルギーの低い領域（高減速領域７）では、核分裂断面積が大きい。なお、高減速領域７では、捕獲断面積が核分裂断面積よりも２桁オーダー分大きいが、核分裂断面積の絶対値を見れば、十分な大きさを有することからマイナーアクチニドであるＡｍ―２４１の燃焼効率向上を達成することが可能となる。換言すれば、マイナーアクチニドであるＡｍ―２４１は中性子エネルギーが小さいほど捕獲断面積（ｃａｐｔｕｒｅ）が大きいため、マイナーアクチニドであるＡｍ―２４１を中性子エネルギーが低い高減速領域７に装荷することで、マイナーアクチニドであるＡｍ―２４１の中性子捕獲により局所出力ピーキングを低減しつつ、燃焼させることができる。
【００２２】
以上のように本実施例によれば、運転中に中性子スペクトルを硬化させた軽水炉において最大線出力密度を低減しつつ、マイナーアクチニド燃焼効率を向上し得る燃料集合体及びそれを装荷する軽水炉の炉心を提供することが可能となる。  
また、本実施例によれば、運転中に中性子スペクトルを硬化させた軽水炉において局所出力ピーキングを低減しつつ、マイナーアクニドの燃焼効率を向上させることが可能な燃料集合体及びそれを装荷する軽水炉の炉心を実現することが可能となる。
【実施例２】
【００２３】
図１０は、本発明の他の実施例に係る実施例２の燃料集合体の横断面図（水平断面図）である。本実施例では、燃料集合体の横断面（水平断面）内において、最外周に配される燃料棒３ｎのみにマイナーアクチニドを装荷する点が実施例１と異なる。実施例１と同様の構成要素に同一符号を付している。
【００２４】
図１０に示すように、本実施例の燃料集合体１は、最外周に配される燃料棒３ｎのみを重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合を高くしている。これは、最外周部が最も中性子が減速されることによる。図１１は、図５と図６及び図１０に燃料集合体の燃焼度に対するマイナーアクチニドの燃焼効率の変化を示すグラフである。図１１における曲線ａは上述の実施例１の図５の燃料集合体断面のマイナーアクチニド燃焼効率の燃焼変化を、曲線ｂは上述の比較例の図６の燃料集合体断面のマイナーアクチニド燃焼効率の燃焼変化を、曲線ｃは本実施例の図１０の燃料集合体断面のマイナーアクチニド燃焼効率の燃焼変化を示している。図１１の曲線ｃにて示されるように、本実施例においてもマイナーアクチニドを効率よく燃焼し得ることが分かる。  
本実施例によれば、実施例１と同様に、マイナーアクチニドを効率よく燃焼させることができる。
【００２５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２６】
１…燃料集合体
２…チャンネルボックス
３，３ａ〜３ｎ…燃料棒
４…ギャップ水領域
５…十字型制御棒
６…水排除板
７…高減速領域
８…低減速領域
９…高減速領域と低減速領域の境界
２０…改良型軽水炉
２１…原子炉圧力容器
２２…炉心
２３…炉心支持板
２４…上部格子板
２５…燃料支持金具
２６…炉心シュラウド
２７…ダウンカマ
２８…気水分離器
２９…蒸気乾燥器
３０…シュラウドヘッド
３１…インターナルポンプ
３２…制御棒案内管
３３…制御棒駆動機構
３４…下鏡
３５…主蒸気配管
３６…給水配管
【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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【図１０】
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【図１１】
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