【事件の表示】
　特許第２８５６７２８号「燃料集合体」の特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第２８５６７２８号の請求項１ないし４に係る特許を維持する。
【理　由】
１．手続きの経緯
　本件特許２８５６７２８号に係る発明についての出願は、平成４年９月１８日に特許出願した特願平４−２４９４５４号（以下、「原出願」という）の一部を平成９年１０月３１日に新たな特許出願とし、平成１０年１１月２７日にその発明について特許の設定登録がなされ、その後、原子燃料工業株式会社より特許異議の申立てがなされ、取消理由通知がなされ、その指定期間内である平成１２年７月２４日付けで訂正請求がなされたものである。  
　
２．訂正の適否についての判断
（１）訂正の内容
ａ．特許明細書中の特許請求の範囲における請求項１を下記のとおりに訂正する。
「【請求項１】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．５ｗｔ％以上であり；
（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されていることを特徴とする燃料集合体。」
　
ｂ．特許明細書中の特許請求の範囲における請求項２を下記のとおりに訂正する。
「【請求項２】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１１以下であり；
（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されていることを特徴とする燃料集合体。」
　
ｃ．特許明細書中の特許請求の範囲における請求項３を下記のとおりに訂正する。
「【請求項３】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．３ｗｔ％以上であ
り；
（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒であることを特徴とする燃料集合体。」
　
ｄ．特許明細書中の特許請求の範囲における請求項４を下記のとおりに訂正する。
「【請求項４】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラ
ン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１６以下であり；
（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒であることを特徴とする燃料集合体。」
　
ｅ．特許明細書中の段落番号【０００４】を下記の通り訂正する。
「【０００４】
　特開昭６３?１３３０８６号公報
　この従来技術では、高濃縮度化の中で最高濃縮度を低くすることなどを目的として、ガドリニア入り燃料棒を燃料集合体の最外周及びウォータロッド周囲の一部に配置することで、燃料棒の濃縮度の種類を２種類または３種類に減らし、最高濃縮度の燃料棒本数を増やすことによって最高濃縮度の値を低くしている。具体的には、その公報の第１図の実施例では、燃料棒の濃縮度を７．２ｗｔ％と５．４ｗｔ％の２種類とし、ガドリニア入り燃料棒のウラン濃縮度を最低の５．４ｗｔ％とし、かつそのガドリニア入り燃料棒を燃料集合体の最外周とウォータロッドの周囲に配置している。また、第１０図の実施例では、燃料棒の濃縮度を６．６ｗｔ％と６．２ｗｔ％と５．２ｗｔ％の３種類とし、ガドリニア入り燃料棒のウラン濃縮度を最高の６．６ｗｔ％とし、かつそのガドリニア入り燃料棒を燃料集合体の最外周とウォータロッドの周囲に配置している。」
　
ｆ．特許明細書中の段落番号【００１４】を下記のとおりに訂正する
「【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．５ｗｔ％以上であり；（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されているものとする。」
　
　ｇ．特許明細書中の段落番号【００１５】を下記のとおりに訂正する。
ものとする。
「【００１５】
　また、上記目的を達成するために、本発明は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１１以下であり；（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されているものとする。」
　
ｈ．特許明細書中の段落番号【００１６】を下記のとおりに訂正する。
「【００１６】更に、上記目的を達成するために、本発明は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．３ｗｔ％以上であり；（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒であるものとする。」
　
ｉ．特許明細書中の段落番号【００１７】を下記のとおりに訂正する。
「【００１７】
　また、上記目的を達成するために、本発明は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１６以下であり；（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒であるものとする。」
　
ｊ．特許明細書中の段落番号【００２１】を下記のとおりに訂正する。
「【００２１】
　燃料棒の上下端部に平均ウラン濃縮度が低い領域を設けるとき、その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度は４．５ｗｔ％以上又は４．３ｗｔ％以上にするか、その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度と上記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比を１．１１以下又は１．１６以下にするとともに、第１の燃料棒を最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒を有するものとし、この最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を、立方格子状の燃料棒配列のうち、２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置するか、正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、中性子減速棒周りの位置、及び第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てを、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒とすることにより、燃料集合体の平均濃縮度を４ｗｔ％以上にできる。」
　
ｋ．特許明細書中の段落番号【００２２】を下記のとおりに訂正する。
「【００２２】
　即ち、天然ウランブランケットを上端部に２／２４ノード、下端に１／２４ノード設けた場合、上記のように第１の燃料棒を構成、配列し、その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度と上記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比を１．１１以下にすれば燃料集合体の平均濃縮度が４ｗｔ％以上にできる。このとき当該その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度は４．５ｗｔ％以上となる。一方、天然ウランブランケットを上下端部に１／２４ノードずつ設けた場合、上記のように第１の燃料棒を構成、配列し、その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度と上記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比を１．１６以下にすれば燃料集合体の平均濃縮度を４ｗｔ％以上になる。このとき当該その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度は４．３ｗｔ％以上となる。」
　
１．特許明細書中の段落番号【００２５】を下記のとおりに訂正する。
「【００２５】
　燃料棒２０は５６本あり、そこに充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度（以下、適宜「ペレットウラン濃縮度」という）は５．０ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２のペレットウラン濃縮度は３．６ｗｔ％であり、燃料棒２２に隣接する８本の燃料棒２１のペレットウラン濃縮度は４．３０ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３は２０本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４５ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３はそのうちの１／２以上の１２本がウォータロッド３０に面して配置されている。また、Ｇｄ棒２３は燃料棒の正方格子状の配列の最外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブランケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ％である。」
　
ｍ．特許明細書中の段落番号【００６１】を下記のとおりに訂正する。
「【００６１】
　上述したように、本発明では局所出力ピーキングを低減しながら平均ウラン濃縮度を高めるため、ペレットウラン濃縮度が燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度より高い燃料棒のガドリニア入り燃料棒を除いたその他の燃料棒に対する本数割合を７５％以上にすることが必要である。このためには、燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度より高いペレットウラン濃縮度を有する燃料棒の本数を可能な限り増加させることが重要である。この観点から、本実施例では、
　（１）燃料集合体外周部、即ち最外層の燃料棒、特に４コーナー領域にある４〜１２本の燃料棒（各コーナー３本づつ）；
　（２）ウォータロッド周りの燃料棒；
　（３）可燃性吸収材を含む燃料棒；を除いた燃料棒２０のウラン濃縮度を天然ウランブランケットを除いた部分で５．０ｗｔ％のペレット最高ウラン濃縮度とし、その他の燃料棒のペレットウラン濃縮度をこれよりも小さくしている。」
　
ｎ．特許明細書中の段落番号【００６９】を下記のとおりに訂正する。
「【００６９】
　燃料棒２０３は６８本あり、ペレットウラン濃縮度は５．０ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２３のペレットウラン濃縮度は３．６ｗｔ％であり、燃料棒２２３に隣接する８本の燃料棒２１３のペレットウラン濃縮度は４．３ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３３は２４本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４５ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３３はそのうちの１／２以上の１８本がウォータロッド３０３に面して配置されている。また、Ｇｄ棒２３３は燃料棒の正方格子状配列の最外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブランケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ％である。」
　
ｏ．特許明細書中の段落番号【００７５】を下記のとおりに訂正する。
「【００７５】
　図１２において、本実施例の燃料集合体１５は、複数の燃料棒２０５，２１５，２２５，２３５，４０５と、３本の太径ウォータロッド３０５とを有し、これら燃料棒２０５〜２３５，４０５及びウォータロッド３０５はチャンネルボックス３１内に配置されている。これら燃料棒のうち、燃料棒２１５，２２５は燃料集合体１５の４つのコーナー領域にある燃料棒であり、燃料棒２３５は可燃性吸収材、即ちガドリニアを含むＧｄ棒であり、燃料棒２０５，４０５はそれ以外の燃料棒である。燃料棒２０５〜２３５は、燃料有効部の２／２４の上端部と１／２４の下端部を除いた２１／２４の領域に一様なウラン濃縮度の燃料ペレットが充填され、２／２４の上端部と１／２４の下端部に天然ウランを燃料とするブランケットが形成されている。一方、燃料棒４０５は燃料棒２０５?２３５より短い部分長燃料棒であり、本実施例では燃料棒有効長部分、即ち燃料ペレットが充填されている部分は、他の燃料棒の軸方向１４／２４に位置する。部分長燃料棒４０５にはブランケットは設けられていない。」
　
ｐ．特許明細書中の段落番号【００７６】を下記のとおりに訂正する。
「【００７６】
　燃料棒２０５は４６本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２５のペレットウラン濃縮度は３．５ｗｔ％であり、燃料棒２２５に隣接する８本の燃料棒２１５のペレットウラン濃縮度は４．５ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３５は２０本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．５ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３５は燃料棒の正方格子状配列の最外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブランケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ％である。部分長燃料棒４０５は１２本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％即ち燃料棒２０５と同じ最高ウラン濃縮度である。」
　
ｑ．特許明細書中の段落番号【００８３】を下記のとおりに訂正する。
「【００８３】
　燃料棒２０７は３８本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２７のペレットウラン濃縮度は３．２ｗｔ％であり、燃料棒２２７に隣接する８本の燃料棒２１７のペレットウラン濃縮度は４．２ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３７は１６本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３７は燃料棒の正方格子状配列の最外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブランケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ％である。部分長燃料棒４０７は８本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％即ち燃料棒２０７と同じ最高ウラン濃縮度である。」
　
ｒ．特許明細書中の段落番号【００９７】を下記のとおりに訂正する。
「【００９７】
　燃料棒２０９は４４本あり、そのペレットウラン濃縮度は５．０ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２９のペレットウラン濃縮度は３．６ｗｔ％であり、燃料棒２２９に隣接する８本の燃料棒２１９のペレットウラン濃縮度は４．３ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３９は１６本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４５ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３９は燃料棒の正方格子状配列の最外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブランケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ％である。」
　
（２）訂正の目的の適否、拡張・変更の判断
　上記（１）のａ乃至ｄの訂正は、特許請求の範囲の減縮を目的としたものであって、実質的に特許請求の範囲を拡張又は変更するものでない。
　また、上記（１）のｅ乃至ｒの訂正は、明りょうでない記載の釈明を目的としたものである。
  そして、上記（１）のａ乃至ｒの訂正は、願書
に添付した明細書または図面の記載事項の範囲内の訂正と認められる。
　
（３）独立特許要件
（３）−１　訂正明細書に係る発明
  訂正明細書の請求項１乃至請求項４に係る発明は、訂正明細書及び図面の記載からみて、その特許請求の範囲に記載された請求項１乃至請求項４により特定されるものである。
【請求項１】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．５ｗｔ％以上であり；
（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されていることを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１１以下であり；
（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されていることを特徴とする燃料集合体。
【請求項３】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．３ｗｔ％以上であ
り；
（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒であることを特徴とする燃料集合体。
【請求項４】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラ
ン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１６以下であり；
（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒であることを特徴とする燃料集合体。
　
（３）−２　取消理由通知の概要
  本件請求項１乃至請求項４に係る発明の特許は、刊行物１（特開平１−１７８８９３号）に記載された発明に基づい当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができないものであり、特許法１１３条第１項第２号の規定により取り消されるべきものである。
　
（３）−３　刊行物の記載事項
・刊行物１には、次の事項が記載されている。
ア）「本発明はかかる状況に対処してなされたもので、局所出力ピーキングの制約内にあって燃料経済性を向上せしめた沸騰水型燃料集合体を提供することをその目的とするものである。」
（２頁左下欄８行〜１２行）
イ）第１図のａ）には、燃料集合体の中央部にウォーターロッドを配置し、その周りをｅ1，ｅ２，ｅ３，Ｇで標記された燃料棒を配置することがみてとれる。また、第１図（ｂ）には、ｅ1，ｅ２，ｅ３，Ｇで標記された燃料棒の「可燃性毒物を有無」、「Ｕ−２５３濃度％」、「本数」が示されている。
　
（３）−４　対比・判断
　請求項１乃至請求項４に係る発明と上記刊行物１に記載された発明とを対比すると、請求項１及び請求項２に係る発明に共通して含まれている「前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されている」点と、請求項３及び請求項４に係る発明に共通して含まれている「前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒である」点は、上記刊行物１に記載も示唆もされていない。
　すなわち、上記記載事項（イ）に基づき刊行物１の第１図に示された燃料集合体について考察すると、以下の点が把握できる。
・本件各発明の「中性子減速棒」に相当する「ウォーターロッド」を有する。
・本件各発明の「第２の燃料棒」に相当する「可燃性毒物入り燃料Ｇ」を複数有する。
・平均ウラン濃縮度は約4.51wt%である。
・最高ウラン濃縮度はｅ１が示す4.9wt%である。
・全ての燃料棒に対する可燃性毒物入り燃料の本数割合は、22.2％である。
・可燃性毒物入り燃料に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は4.4wt%であり、全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度4.9wt%と最低ウラン濃縮度3.4wt%の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度4.9wt%の0.898である。
　 以上の考察により刊行物１の第１図に示された燃料集合体は、「燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり、前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６である燃料集合体。」であることが把握できる。
　しかしながら、最高濃縮度であるｅ１の燃料棒は、最外層及び中間層には含まれているが、一番内側の層には含まれていない。そもそも刊行物１記載の発明は、外側の層と内側の層との間に濃縮度差を設けることが主旨であり、燃焼度を向上させること自体が周知の課題であるとしても、刊行物１の技術思想と逆行して全ての層にｅ１燃料棒を配置することには困難性がある。
　そして、請求項１乃至請求項４に係る発明は、上記構成を採用することにより、「本発明によれば、最高ウラン濃縮度に５．０ｗｔ％という制約が課せられた場合に、ガドリニア入り燃料棒に問題を生じることなく、また線出力密度などの熱的制限値を満足しながら、平均ウラン濃縮度を高めて取出平均燃焼度を４５ＧＷｄ／ｔよりも高燃焼度化することが可能となり、またこの高燃焼度化によって燃料経済性向上、使用済燃料発生量低減を達成できる。」という効果を奏するものである。
　
　よって、請求項１乃至請求項４に係る発明は刊行物１に記載された発明から容易に発明をすることができたものとすることができない。
  したがって、請求項１乃至請求項４に係る発明は、特許出願の際独立して特許を受けることができない発明とすることはできない。
 （４）むすび
以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法第１２０条の４第２項及び同第３項の規定について、平成６年改正法附則第６条第１項の規定によりなお従前の例によるとされた改正前の特許法第１２６条第１項ただし書乃至第３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
３．特許異議申立についての判断
（１）申立ての理由の概要
　申立人原子燃料工業株式会社は、本件の請求項１乃至請求項４に係る発明は、甲第１号証乃至甲第３号証に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第２９条２項の規定により特許を受けることができないものであり、同法１１３条第１項第２号により取り消されるべきものである。
（２）証拠の記載事項
・甲第１号証（東芝レビュー（vol.44,No.4）「炉心・燃料技術」宮本俊樹ほか,p.310-313,1989年）には、次の事項が記載されている。
ウ）「ステップ２燃料は現在，先行使用燃料を製造し，実炉での照射を始めた段階である。その後の高燃焼度ステップ３燃料としては，燃焼度を４５ＧＷ・ｄ／ｔへとさらに高めた設計とし，現在開発を進めている段階である。」（３１１頁左欄２１行〜２４行）　
　
・甲第２号証（特開平１−１７８８９３号）は、上記刊行物１と同一文献であり、その記載事項は「（３）−３刊行物の記載事項」に記載されたとおりである。
　
・甲第３号証（特開昭６４−２８５８７号公報）には、次の事項が記載されている。
エ）「第１表に示すように、ガドリニアロッドのウラン濃縮度はウランロッドのウラン濃縮度よりも低くなるように設計されている。これは、ガドリニアを添加した燃料ペレットは酸化ウランのみの燃料ペレットに比べて熱伝導度が低下するからである。燃料ペレットの熱伝導度が低下すると、燃料ペレットの温度が上昇し、核分裂生成物が放出されるために燃料棒の内圧が上昇するので、被覆管の破損に至る確率がより一層高くなる。このような事態を避けるために、従来の設計では、ガドリニアロッドのウラン濃縮度は、燃料集合体全体で使用されている濃縮ウランの中で第２番目の濃縮度あるいはそれ以下としている。」（２頁左下欄５行〜同頁右下欄４行）
オ）「将来的には、４５〜６０ＧＷ・ｄ／ｔにまで高めることが計画されており、この燃焼度を達成するためには燃料集合体の平均濃縮度を４．５〜６．０重量％にまで高めなければならない。」（３頁左上欄６行〜１０行）
　
（３）対比、判断
  請求項１乃至請求項４に係る発明と甲第２号証に記載された発明との対比・判断は、上記「２．（３）−４」で述べたとおりである。
　さらに、甲第１号証及び甲第３号証に記載された事項を検討しても、本件各発明の特徴点である「前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されている」構成及び「前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒である」構成は存在しない。
　したがって、請求項１乃至請求項４に係る発明を甲第１号証乃至甲第３号証に記載された発明に基づき、当業者が容易に発明をすることができたものとはいえない。
（４）以上のとおりであるから、特許異議申立書の理由及び証拠によっては請求項１乃至請求項４に係る発明の特許を取り消すことはできない。
　また、他に請求項１乃至請求項４に係る発明の特許を取り消すべき理由を発見しない。
　よって、結論のとおりに決定する。
【異議決定日】
平成１２年８月２２日（２０００．８．２２）
【訂正の要旨】
訂正の要旨
　ａ．特許請求の範囲の減縮を目的として、特許明細書中の特許請求の範囲における請求項１を下記のとおりに訂正する。
「【請求項１】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かっ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．５ｗｔ％以上であり；
（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されていることを特徴とする燃料集合体。」
ｂ．特許請求の範囲の減縮を目的として、特許明細書中の特許請求の範囲における請求項２を下記のとおりに訂正する。
「【請求項２】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１１以下であり；
（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレツトを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されていることを特徴とする燃料集合体。」
ｃ．特許請求の範囲の減縮を目的として、特許明細書中の特許請求の範囲における請求項３を下記のとおりに訂正する。
「【請求項３】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．３ｗｔ％以上であ
り；
（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒であることを特徴とする燃料集合体。」
ｄ．特許請求の範囲の減縮を目的として、特許明細書中の特許請求の範囲における請求項４を下記のとおりに訂正する。
「【請求項４】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラ
ン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１６以下であり；　　（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒であることを特徴とする燃料集合体。」
ｅ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【０００４】を下記の通り訂正する。
「【０００４】
　特開昭６３−１３３０８６号公報
　この従来技術では、高濃縮度化の中で最高濃縮度を低くすることなどを目的として、ガドリニア入り燃料棒を燃料集合体の最外周及びウォータロッド周囲の一部に配置することで、燃料棒の濃縮度の種類を２種類または３種類に減らし、最高濃縮度の燃料棒本数を増やすことによって最高濃縮度の値を低くしている。具体的には、その公報の第１図の実施例では、燃料棒の濃縮度を７．２ｗｔ％と５．４ｗｔ％の２種類とし、ガドリニア入り燃料棒のウラン濃縮度を最低の５．４ｗｔ％とし、かつそのガドリニア入り燃料棒を燃料集合体の最外周とウォータロッドの周囲に配置している。また、第１０図の実施例では、燃料棒の濃縮度を６．６ｗｔ％と６．２ｗｔ％と５．２ｗｔ％の３種類とし、ガドリニア入り燃料棒のウラン濃縮度を最高の６．６ｗｔ％とし、かつそのガドリニア入り燃料棒を燃料集合体の最外周とウォータロッドの周囲に配置している。」
ｆ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００１４】を下記のとおりに訂正する
「【００１４】
　【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．５ｗｔ％以上であり；（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されているものとする。」
　ｇ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００１５】を下記のとおりに訂正する。
ものとする。
「【００１５】
　また、上記目的を達成するために、本発明は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１１以下であり；（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されているものとする。」
ｈ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００１６】を下記のとおりに訂正する。
「【００１６】更に、上記目的を達成するために、本発明は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．３ｗｔ％以上であり；（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒であるものとする。」
ｉ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００１７】を下記のとおりに訂正する。
「【００１７】
　また、上記目的を達成するために、本発明は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１６以下であり；（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒であるものとする。」
ｊ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００２１】を下記のとおりに訂正する。
「【００２１】
　燃料棒の上下端部に平均ウラン濃縮度が低い領域を設けるとき、その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度は４．５ｗｔ％以上又は４．３ｗｔ％以上にするか、その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度と上記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比を１．１１以下又は１．１６以下にするとともに、第１の燃料棒を最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有するものとし、この最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を、立方格子状の燃料棒配列のうち、２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置するか、正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、中性子減速棒周りの位置、及び第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てを、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒とすることにより、燃料集合体の平均濃縮度を４ｗｔ％以上にできる。」
ｋ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００２２】を下記のとおりに訂正する。
「【００２２】
　即ち、天然ウランブランケットを上端部に２／２４ノード、下端に１／２４ノード設けた場合、上記のように第１の燃料棒を構成、配列し、その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度と上記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比を１．１１以下にすれば燃料集合体の平均濃縮度が４ｗｔ％以上にできる。このとき当該その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度は４．５ｗｔ％以上となる。一方、天然ウランブランケットを上下端部に１／２４ノードずつ設けた場合、上記のように第１の燃料棒を構成、配列し、その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度と上記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比を１．１６以下にすれば燃料集合体の平均濃縮度を４ｗｔ％以上になる。このとき当該その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度は４．３ｗｔ％以上となる。」
ｌ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００２５】を下記のとおりに訂正する。
「【００２５】
　燃料棒２０は５６本あり、そこに充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度（以下、適宜「ペレットウラン濃縮度」という）は５．０ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２のペレットウラン濃縮度は３．６ｗｔ％であり、燃料棒２２に隣接する８本の燃料棒２１のペレットウラン濃縮度は４．３０ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３は２０本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４５ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３はそのうちの１／２以上の１２本がウォータロッド３０に面して配置されている。また、Ｇｄ棒２３は燃料棒の正方格子状の配列の最外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブランケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ％である。」
ｍ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００６１】を下記のとおりに訂正する。
「【００６１】
　上述したように、本発明では局所出力ピーキングを低減しながら平均ウラン濃縮度を高めるため、ペレットウラン濃縮度が燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度より高い燃料棒のガドリニア入り燃料棒を除いたその他の燃料棒に対する本数割合を７５％以上にすることが必要である。このためには、燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度より高いペレットウラン濃縮度を有する燃料棒の本数を可能な限り増加させることが重要である。この観点から、本実施例では、
　（１）燃料集合体外周部、即ち最外層の燃料棒、特に４コーナー領域にある４〜１２本の燃料棒（各コーナー３本づつ）；
　（２）ウォータロッド周りの燃料棒；
　（３）可燃性吸収材を含む燃料棒；を除いた燃料棒２０のウラン濃縮度を天然ウランブランケットを除いた部分で５．０ｗｔ％のペレット最高ウラン濃縮度とし、その他の燃料棒のペレットウラン濃縮度をこれよりも小さくしている。」
ｎ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００６９】を下記のとおりに訂正する。
「【００６９】
　燃料棒２０３は６８本あり、ペレットウラン濃縮度は５．０ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２３のペレットウラン濃縮度は３．６ｗｔ％であり、燃料棒２２３に隣接する８本の燃料棒２１３のペレットウラン濃縮度は４．３ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３３は２４本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４５ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３３はそのうちの１／２以上の１８本がウォータロッド３０３に面して配置されている。また、Ｇｄ棒２３３は燃料棒の正方格子状配列の最外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブランケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ％である。」
ｏ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００７５】を下記のとおりに訂正する。
「【００７５】
　図１２において、本実施例の燃料集合体１５は、複数の燃料棒２０５，２１５，２２５，２３５，４０５と、３本の太径ウォータロッド３０５とを有し、これら燃料棒２０５〜２３５，４０５及びウォータロッド３０５はチャンネルボックス３１内に配置されている。これら燃料棒のうち、燃料棒２１５，２２５は燃料集合体１５の４つのコーナー領域にある燃料棒であり、燃料棒２３５は可燃性吸収材、即ちガドリニアを含むＧｄ棒であり、燃料棒２０５，４０５はそれ以外の燃料棒である。燃料棒２０５〜２３５は、燃料有効部の２／２４の上端部と１／２４の下端部を除いた２１／２４の領域に一様なウラン濃縮度の燃料ペレットが充填され、２／２４の上端部と１／２４の下端部に天然ウランを燃料とするブランケットが形成されている。一方、燃料棒４０５は燃料棒２０５□２３５より短い部分長燃料棒であり、本実施例では燃料棒有効長部分、即ち燃料ペレットが充填されている部分は、他の燃料棒の軸方向１４／２４に位置する。部分長燃料棒４０５にはブランケットは設けられていない。」
ｐ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００７６】を下記のとおりに訂正する。
「【００７６】
　燃料棒２０５は４６本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２５のペレットウラン濃縮度は３．５ｗｔ％であり、燃料棒２２５に隣接する８本の燃料棒２」１５のペレットウラン濃縮度は４．５ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３５は２０本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．５ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３５は燃料棒の正方格子状配列の最外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブランケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ％である。部分長燃料棒４０５は１２本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％即ち燃料棒２０５と同じ最高ウラン濃縮度である。」
ｑ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００８３】を下記のおりに訂正する。
「【００８３】
　燃料棒２０７は３８本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２７のペレットウラン濃縮度は３．２ｗｔ％であり、燃料棒２２７に隣接する８本の燃料棒２１７のペレットウラン濃縮度は４．２ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３７は１６本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３７は燃料棒の正方格子状配列の最外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブランケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ％である。部分長燃料棒４０７は８本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％即ち燃料棒２０７と同じ最高ウラン濃縮度である。」
ｒ．不明りょうな記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００９７】を下記のとおりに訂正する。
「【００９７】
　燃料棒２０９は４４本あり、そのペレットウラン濃縮度は５．０ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２９のペレットウラン濃縮度は３．６ｗｔ％であり、燃料棒２２９に隣接する８本の燃料棒２１９のペレットウラン濃縮度は４．３ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３９は１６本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４５ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３９は燃料棒の正方格子状配列の最外周を除いた領域に配置されている。上下端部のブランケット領域における天然ウランの濃縮度は０．７１ｗｔ％である。」
（５４）【発明の名称】
燃料集合体
（５７）【特許請求の範囲】
　　【請求項１】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
　（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
　（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
　（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．５ｗｔ％以上であ
り；
　（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されてい
　　【請求項２】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
　（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
　（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
　（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１１以下であ
り；
　（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されてい
　　【請求項３】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
　（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
　（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
　（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．３ｗｔ％以上であ
り；
　（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒である
　　【請求項４】
　燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
　（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；
　（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；
　（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１６以下であ
り；
　（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒である
【発明の詳細な説明】
　　　【０００１】
　　【発明の属する技術分野】
　本発明は沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）用燃料集合体に係わり、特に、適用できるウラン最高濃縮度に制約があるときに、高燃焼度化によって燃料経済性向上を達成するのに好適な燃料集合体に関する。
　　　【０００２】
　　【従来の技術】
　近年、軽水型原子炉では燃料経済性向上と廃棄物量低減（燃料体取出数低減）が重要な課題となっている。この燃料経済性向上と燃料体取出数低減には、燃料集合体の取出燃焼度を大きくすること（高燃焼度化）が効果的である。
　　　【０００３】
　燃料集合体の取出燃焼度を大きくするためには、炉心に装荷する新燃料集合体ウランペレットのウラン−２３５割合を大きくする、すなわち新燃料集合体平均のウラン濃縮度を高めること（高濃縮度化）が必要である。高燃焼度化のためウラン濃縮度を高めることに関する従来技術として以下のものがある。
　　　【０００４】
　
　特
　この従来技術では、高濃縮度化の中で最高濃縮度を低くすることなどを目的として、ガドリニア入り燃料棒を燃料集合体の最外周及びウォータロッド周囲の一部に配置することで、燃料棒の濃縮度の種類を２種類または３種類に減らし、最高濃縮度の燃料棒本数を増やすことによって最高濃縮度の値を低くしている。具体的には、その公報の第１図の実施例では、燃料棒の濃縮度を７．２ｗｔ％と５．４ｗｔ％の２種類とし、ガドリニア入り燃料棒のウラン濃縮度を最低の５．４ｗｔ％とし、かつそのガドリニア入り燃料棒を燃料集合体の最外周とウォータロッドの周囲に配置している。また、第１０図の実施例では、燃料棒の濃縮度を６．６ｗｔ％と６．２ｗｔ％と５．２ｗｔ％の３種類とし、ガドリニア入り燃料棒のウラン濃縮度を最高の６．６ｗｔ％とし、かつそのガドリニア入り燃料棒を燃料集合体の最外周とウォータロッドの周囲に配置している。
　　　【０００５】
　　⌒特開昭６４−２８５８７号公報
　この従来技術では、燃料集合体の平均濃縮度を高めるため、ガドリニア入り燃料棒のウラン濃縮度を燃料集合体で使用されているウランの中で最高濃縮度とし、かつガドリニア入り燃料棒の燃料有効長を短くして、ウラン濃縮度を最高としたために生じる出力上昇による内圧の上昇を抑制している。
　　　【０００６】
　　【発明が解決しようとする課題】
　上記のように、高燃焼度化のためには燃料集合体のウラン濃縮度を高めなければならないが、ウラン濃縮度を高めるためには種々の観点からの検討が必要である。
　　　【０００７】
　例えば、高燃焼度化するためウラン濃縮度を高くすると、燃料集合体内の出力ピーキング、つまりローカルピーキング係数が大きくなる。特に、燃料集合体の最外層、特にそのコーナー領域付近のローカルピーキング係数が大きくなる。このため、例えば比較的中性子減速が起こりやすく、同じウラン濃縮度としても出力が大きくなりやすい燃料集合体の最外層、特にそのコーナー領域付近の燃料棒の濃縮度を低くするなど、燃料集合体のウラン濃縮度の分布をコントロールしてローカルピーキング係数が一定の値以下になるようにしている。
　　　【０００８】
　また、減速材対燃料比を大きくしないで濃縮度を上げたのでは、中性子のエネルギスペクトルが硬化してしまい、燃料集合体の無限増倍率はその濃縮度における無限増倍率の最大値とはならず、またボイド反応度係数の絶対値が大きくなり過ぎて過渡時の炉心の応答が厳しくなる。このため、ウォータロッドの水領域を増やす必要がある。一方、ウォータロッドの水領域増加させていくと、８×８格子のままでは燃料棒本数が減少し、熱的余裕が小さくなる。このため、燃料棒配列を９行×９列の格子とすることにより、ウォータロッド配置の自由度を増すと共に、燃料棒の平均線出力密度を低減させることによって熱的余裕を確保することが考えられている。
　　　【０００９】
　また、サイクル初期の余剰反応度を押さえるため、可燃性吸収材例えばガドリニアを添加した燃料棒（ガドリニア入り燃料棒）が用いられるが、高燃焼度化のためウラン濃縮度を増すと、ガドリニアによって抑制しなければならない反応度量が増加し、かつその期間が伸びるので、ガドリニア入り燃料棒の本数も増やす必要がある。このガドリニア入り燃料棒は燃料集合体の最外周に配置すると、反応度を制御する制御棒の近くに同じ吸収材が位置することになって制御棒のきき（制御棒価値）が悪くなるので、通常、ガドリニア入り燃料棒は最外周より内側に配置される。また、ガドリニア入り燃料棒は、ウランのみの燃料棒に比べ燃料棒の熱伝導度が数％悪くなる。このため、たとえ出力が同じ場合でも燃料棒中心温度が高くなり燃料健全性を損なう方向にあるので、ウラン濃縮度を低くしている。
　　　【００１０】
　以上の技術背景の下、上記の特開昭６３−１３３０８６号公報及び特開昭６４−２８５８７号公報に記載の従来技術が提案されている。しかし、これら従来技術には以下の問題点がある。
　　　【００１１】
　上記のように、現在の燃料ペレットの製造技術では、燃料集合体に適用できる最高ウラン濃縮度に５．０ｗｔ％という制約がある。特開昭６４−２８５８７号公報に記載の従来技術は、最高濃縮度として７．２ｗｔ％（第１図の実施例）、６．６ｗｔ％（第１０図の実施例）を挙げており、当該制約下で平均濃縮度を高めることを考えていない。また、第１図及び第１０図の実施例では、ウランの高濃縮度化に対応してガドリニア入り燃料棒の本数を増しており、この場合ガドリニア入り燃料棒の一部は必ず燃料集合体の最外周に配置することを条件としている。しかし、このようにガドリニア入り燃料棒を燃料集合体の最外周に配置することは、上述したように制御棒価値を低下させ、炉停止性能が損なわれる。したがって、できればガドリニア入り燃料棒を燃料集合体の最外周に配置することなく、平均濃度を高めることが望まれる。
　　　【００１２】
　特開昭６４−２８５８７号公報に記載の従来技術は、最高ウラン濃縮度に５．０ｗｔ％という制約が課せられた場合に高燃焼度化を図る手段を提供している。しかし、この従来技術では、ガドリニア入り燃料棒のウラン濃縮度を最高濃縮度とするため、その燃料有効長を短くするという犠牲を払っており、今までの仕様の燃料棒が使用できなくなるなどの設計上の不都合が生じる上、燃料装荷量が減少する問題があった。また、熱伝導度が悪いガドリニア入り燃料棒の中心温度の上昇は防止できないので、線出力密度などの熱的制限値をクリアできなくなる。
　　　【００１３】
　本発明の目的は、最高ウラン濃縮度に５．０ｗｔ％という制約が課せられた場合に、可燃性吸収材を添加した燃料棒に問題を生じることなく平均ウラン濃縮度を高め、４５ＧＷｄ／ｔの取出平均燃焼度よりも高燃焼度化をめざした沸騰水型原子炉用の燃料集合体を提供することである。
　　　【００１４】
　　【課題を解決するための手段】
　上記目的を達成するために、本発明は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、
（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．５ｗｔ％以上であ
り；（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されてい
　　　【００１５】
　また、上記目的を達成するために、本発明は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１１以下であ
り；（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、該最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒が、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置されてい
　　　【００１６】
　更に、上記目的を達成するために、本発明は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．３ｗｔ％以上であ
り；（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒である
　　　【００１７】
　また、上記目的を達成するために、本発明は、燃料ペレットが充填され正方格子状に配列された多数の燃料棒と、少なくとも１本の中性子減速棒とを有し、前記多数の燃料棒に充填されている燃料ペレットの最高ウラン濃縮度が５ｗｔ％以下であり、かつ前記多数の燃料棒は可燃性吸収材を含まない複数の第１の燃料棒と、可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒とを有している燃料集合体において、（ａ）前記正方格子状に配列された全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４ｗｔ％以上であり；（ｂ）前記全ての燃料棒に対する第２の燃料棒の本数割合は２０％〜３０％であり、かつ前記第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は前記全ての燃料棒における燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であり；（ｃ）前記正方格子状に配列された燃料棒は、上下端部にその他の領域より燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が低い領域を有し、この上下端部を除いた領域における燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度と前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比が１．１６以下であ
り；（ｄ）前記第１の燃料棒が前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有し、前記正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、前記中性子減速棒周りの位置、及び前記第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てが、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒である
　　　【００１８】
　以上のように構成した本発明において、多数の燃料棒（全燃料棒）の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度（以下、適宜「燃料集合体の平均ウラン濃縮度」という）を４ｗｔ％以上とすることにより、燃料集合体の取出平均燃焼度は４５ＧＷｄ／ｔよりも高燃焼度化できる。
　　　【００１９】
　可燃性吸収材を含む第２の燃料棒の全燃料棒に対する本数割合を２０％〜３０％とすることにより、燃料集合体の平均ウラン濃縮度の増大に対して余剰反応度が適切に制御される。第２の燃料棒の濃縮度に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度（以下、適宜「ペレットウラン濃縮度」という）を燃料ペレットの最高ウラン濃縮度と最低ウラン濃縮度の間であって、かつ第２の燃料棒に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度を前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６にすることにより、熱伝導度が悪い可燃性吸収材を含む第２の燃料棒の中心温度をその他の可燃性吸収材を含まない第１の燃料棒の中心温度と同等とし、かつ平均ウラン濃縮度の４ｗｔ％以上の増大に寄与する。
　　　【００２０】
　燃料棒の上下端部にその他の領域より燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度が低い領域、例えば天然ウランブランケットを設けることにより、中性子の洩れを少なくし効率良く燃料を燃やし、一層の高燃焼度化が図れる。
　　　【００２１】
　燃料棒の上下端部に平均ウラン濃縮度が低い領域を設けるとき、その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度は４．５ｗｔ％以上又は４．３ｗｔ％以上にするか、その他の領域での燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度と上記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度の比を１．１１以下又は１．１６以下にする
とともに、第１の燃料棒を最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を有するものとし、この最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒を、正方格子状の燃料棒配列のうち、第２の燃料棒が配置されている位置を除いて、最外層及びその内側の全ての層に配置するか、正方格子状の燃料棒配列のうち、最外層のコーナー領域、中性子減速棒周りの位置、及び第２の燃料棒が配置されている位置を除いた領域に配置されている燃料棒の全てを、前記最高ウラン濃縮度の燃料ペレットを含む燃料棒とする
　　　【００２２】
　即ち、天然ウランブランケットを上端部に２／２４ノード、下端に１／２４ノード設けた場合、
上記のように第１の燃料棒を構成、配列し、
上記のように第１の燃料棒を構成、配列し、
　　　【００２３】
　　【発明の実施の形態】
　以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。まず、本発明の第１の実施例を図１〜図９により説明する。本実施例は、燃料棒配列が１０行１０列の燃料集合体１０において燃料ペレットの最高ウラン濃縮度を５．０ｗｔ％とした場合のものである。
　　　【００２４】
　図１において、本実施例の燃料集合体１０は、複数の燃料棒２０，２１，２２，２３と、４本の太径ウォータロッド３０とを有し、これら燃料棒２０〜２３及びウォータロッド３０はチャンネルボックス３１内に配置されている。これら燃料棒のうち、燃料棒２１，２２は燃料集合体１０の４つのコーナー領域にある燃料棒であり、燃料棒２３は可燃性吸収材、即ちガドリニアを含む燃料棒（以下、「Ｇｄ棒」という）であり、燃料棒２０はそれ以外の燃料棒である。これら燃料棒２０〜２３は、燃料有効部の２／２４ノードの上端部と１／２４ノードの下端部を除いた２１／２４ノードの領域に一様なウラン濃縮度の燃料ペレットが充填され、２／２４ノードの上端部と１／２４ノードの下端部に天然ウランを燃料とするブランケットが形成されている。
　　　【００２５】
　燃料棒２０は５６本あり、そこに充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度（以下、適宜「ペレットウラン濃縮度」という）は５．０ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２のペレットウラン濃縮度は３．６ｗｔ％であり、燃料棒２２に隣接する８本の燃料棒２１のペレットウラン濃縮度は４．３０ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３は２０本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４５ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３はそのうちの１／２以上の１２本がウォータロッド３０に面して配置されている。また、Ｇｄ棒２３は
燃料棒
　　　【００２６】
　燃料棒２０，２１，２２，２３の総本数は８８本であり、Ｇｄ棒の全燃料棒に対する本数割合は２０／８８＝２３％である。Ｇｄ棒２３のペレットウラン濃縮度の４．４５ｗｔ％は、ペレット最高濃縮度の５．０ｗｔ％とペレット最低濃縮度の３．６ｗｔ％問にある。Ｇｄ棒２３を除いた燃料棒本数は６８本であり、このうち、ペレット最高ウラン濃縮度の燃料棒２０の本数割合は５６／６８＝８２％である。このとき、全燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度（以下、適宜「燃料集合体の平均ウラン濃縮度」という）は４．２５ｗｔ％である。また、上下端部のブランケット領域を除いた濃縮燃料部における燃料集合体１０の一横断面での平均ウラン濃縮度（以下、適宜「燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度」という）は４．７５ｗｔ％であり、ペレット最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａｘ／ｅｍｅａｎは５／４．７５＝１．０５である。
　　　【００２７】
　ウォータロッド３０は各々２×２相当の大きさの横断面円形のウォータロッドであり、その減速材横断面積の合計は１０ｃｍ２である。これらウォータロッド３０は燃料棒が１２本配置可能な領域に配置されている。
　　　【００２８】
　図２に上記燃料集合体１０の全体構成を示す。燃料棒２０，２１，２２，２３及びウォータロッド３０は上端を上部タイプレート７に支持され、下端を下部タイプレート８に支持され、かつ中間部の７箇所を１〜７段のスペーサ９により保持されている。チャンネルボックス３１はこれら燃料棒及びウォータロードで構成された燃料バンドルを取り囲んでいる。
　　　【００２９】
　図３に、上記燃料集合体１０の炉心での配置状況を示す。十字型制御棒３５を取り囲んで、本実施例の燃料集合体１０が４体配置され、１つの燃料ユニットを構成している。この燃料ユニットの１つのコーナに隣接して中性子検出器計測管１１が配置されている。この燃料ユニットが多数集まって炉心が構成される。
　　　【００３０】
　次に、本実施例の燃料集合体の作用を説明する。現在の燃料ペレットの製造技術では、燃料集合体に適用できる燃料ペレットの最高ウラン濃縮度に５．０ｗｔ％という制約がある。本実施例は、このような制約の下で可燃性吸収材を添加した燃料棒に問題を生じることなく、出力ピーキングを小さく押さえながら平均ウラン濃縮度を高め、４５ＧＷｄ／ｔよりも高い取出平均燃焼度を達成せんとするものである。以下、このことを説明する。
　　　【００３１】
　燃料集合体の取出燃焼度を大きくするためには、炉心に装荷する新燃料集合体の燃料ペレットのウラン濃縮度を高めることが必要である。図４に、燃料集合体の平均ウラン濃縮度と取出燃焼度との関係を示す。本発明では、取出燃焼度として４５ＧＷｄ／ｔよりも高い燃焼度を狙っており、図４から取出燃焼度を４５ＧＷｄ／ｔよりも高くするためには燃料集合体の平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上とすることが必要であることが分かる。本実施例の燃料集合体１０では、上記のようにその平均ウラン濃縮度は４．２５ｗｔ％であり、取出燃焼度は約５０ＧＷｄ／ｔを達成可能である。
　　　【００３２】
　ところで、本実施例では、燃料棒の上下端部に天然ウランのブランケットが設けられている。このように天然ウランブランケットを設けることにより、中性子の洩れを少なくして効率良く燃料を燃やし、一層の高燃焼度化が図れる。
　　　【００３３】
　一方、このように上下端部に天然ウランブランケットを設けたとき、設計上重要なのは上下端部のブランケットを除いた濃縮燃料部のウラン濃縮度である。本実施例では、上下端部の天然ウラン（濃縮度０．７１ｗｔ％）がそれぞれ２／２４ノード、１／２４ノードずつある。この場合、濃縮燃料部の燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度は４．５ｗｔ％以上にすれば、燃料集合体平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上になる。このとき、その燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度のペレット最高濃縮度に対する比ｅｍａｘ／ｅｍｅａｎは５／４．５＝１．１１以下となる。
　　　【００３４】
　また、一般に、上下端部の天然ウランブランケットとしてはそれぞれ１／２４ノードずつ付けることも行われている。この場合、濃縮燃料部の燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度は４．３ｗｔ％以上にすれば、燃料集合体平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上になり、ペレット最高濃縮度に対する比ｅｍａｘ／ｅｍｅａｎは５／４．３＝１．１６以下となる。
　　　【００３５】
　本実施例では、上記のように濃縮燃料部の燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度は４．７５ｗｔ％であり、ペレット最高濃縮度に対する比ｅｍａｘ／ｅｍｅａｎは１．０５であり、それぞれ上下端部に２／２４ノード、１／２４ノードずつブランケットを設けた場合の上記の４．５ｗｔ％以上、１．１１以下となっている。
　　　【００３６】
　次に、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上に高める場合に配慮しなければならない点として、可燃性吸収材即ちガドリニアを添加したＧｄ棒２３の本数がある。Ｇｄ棒２３はサイクル初期の余剰反応度を押さえるために用いられるが、高燃焼度化のためウラン濃縮度を増すと、ガドリニアによって抑制しなければならない反応度量が増加するので、ガドリニア入り燃料棒の本数も増やす必要がある。このことは一般に知られているが、今まで、ウラン濃縮度の増加とそれに応じて増やす必要のあるＧｄ棒の適性本数についての定量的な関係については検討されていない。
　　　【００３７】
　本願発明者等は、燃料集合体の平均ウラン濃縮度の増加とガドリニア入り燃料棒の本数割合とを調べた結果、図５に示す関係を得た。ここで、ガドリニア入り燃料棒の本数割合とは、燃料集合体に含まれる全燃料棒本数に占める余剰反応度制御に必要なガドリニア入り燃料棒本数の割合である。この図から、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上にするとき、その余剰反応度制御に必要なガドリニア入り燃料棒の本数割合は２０％以上であることが分かる。
　　　【００３８】
　ガドリニア入り燃料棒の本数割合は、図５に示すように、燃料集合体の平均ウラン濃縮度に依存する。燃料ペレットの最高ウラン濃縮度を５ｗｔ％以下とした本発明の場合、燃料集合体の横断面平均ウラン濃縮度は、最大５ｗｔ％となる。しかし、後述するように、可燃性吸収材を含む燃料棒やコーナー部燃料棒のローカルピーキングを抑制するため、燃料集合体の横断面平均ウラン濃縮度の最大値は４．８ｗｔ％となる。
　　　【００３９】
　天然ウランブランケットを設置しない場合を想定すると、燃料集合体の平均ウラン濃縮度の最大値は、横断面平均ウラン濃縮度の最大値である４．８ｗｔ％程度まで増大できる。したがって、図５に示すように、本発明で対象とする燃料集合体の余剰反応度を制御するためには、全燃料棒に対するガドリニア入り燃料棒の本数割合を２０％〜３０％とすることが必要である。
　　　【００４０】
　本実施例の燃料集合体１０では、平均ウラン濃縮度が４．２５ｗｔ％であり、その余剰反応度制御に必要なガドリニア入り燃料棒本数の割合は２２％であるのに対して、上記のようにＧｄ棒２３の本数割合は２３％であるので、余剰反応度を適切に制御することができる。
　　　【００４１】
　ここで、ガドリニア入り燃料棒は燃料集合体の最外周に配置すると、反応度を制御する制御棒の近くに同じ減速材が位置することになって制御棒のきき（制御棒価値）が悪くなる。したがって、本実施例では、従来の一般的な考えに従い、Ｇｄ棒２３は正方格子状の配列の最外周を除いた領域に配置し、制御棒価値の低下を防止する。
　　　【００４２】
　次に、本実施例において、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を４ｗｔ％以上の４．２５ｗｔ％とするために採用した構成について説明する。まず、本発明の基本的な考え方を説明する。
　　　【００４３】
　図６は取出平均燃焼度とウラン濃縮度の関係を示す図である。図中の白丸は燃料集合体の平均ウラン濃縮度であり、その上下に伸びる縦線はウラン濃縮度分布（ウラン濃縮度スプリット）を示す。沸騰水型原子炉の燃料集合体では、燃料棒にウラン濃縮度の差をつけることにより局所出力ピーキングの低減を図る。特に、局所出力ピーキングが発生するのは、中性子減速効果が大きい燃料集合体コーナー領域の燃料棒、ウォータロッドに面した燃料棒である。このため、これらの燃料棒のウラン濃縮度を下げる必要がある。また、前述のようにサイクル初期の余剰反応度を抑えるために、ガドリニアを添加した燃料棒では、ウランのみの燃料棒に比べ燃料棒の熱伝導度が数％悪くなる。このため、たとえ出力が同じでも燃料棒中心温度が高くなり、安全上好ましくないので、ウラン濃縮度を低くする必要がある。一方、目標とする取出平均燃焼度を達成しようとする場合には、平均ウラン濃縮度を保つため前記燃料棒以外の燃料棒のウラン濃縮度を高める必要がある。このように局所出力ピーキングを低減しかつ平均ウラン濃縮度を保つためには、図６に示すようにある程度のウラン濃縮度分布を燃料棒毎につけることが必要である。
　　　【００４４】
　ところで、取出燃焼度を増加させるためにはウラン濃縮度の増加が必要であり、全ての燃料棒のウラン濃縮度を必要濃縮度まで増加させればよい。しかし、実際には外周部やウォータロッド隣接部、ガドリニア入り燃料棒のウラン濃縮度を下げる必要があることは上に述べた通りである。したがって、ウラン濃縮度を増加させるためには燃料集合体の平均ウラン濃縮度より高いウラン濃縮度を有する燃料棒の割合を増加させることが必要である。
　　　【００４５】
　ここで、燃料ペレット製造設備は、その製造能力として扱えるウラン濃縮度に５．０ｗｔ％という上限がある。したがって、平均ウラン濃縮度を増加させていく場合、同じ濃縮度スプリットのまま増加させると、ペレット最高ウラン濃縮度はこの製造限界値を越える。この様子を同じく図６に示す。現状では、ペレット最高ウラン濃縮度の製造限界値を５．０ｗｔ％以上に引き上げることは許されない。したがって、ペレット最高ウラン濃縮度が製造限界値を越えずに平均ウラン濃縮度を高める方法として、濃縮度スプリットを減らし、ペレット最低ウラン濃縮度を増加させて、より一様な濃縮度分布に近づけて平均ウラン濃縮度を増加させる方法が考えられる。この様子も同じく図６に示す。しかし、燃料棒には線出力密度などの熱的制限値があり、局所出力ピーキングは一定値以下に押さえなければならないので、ペレット最低ウラン濃縮度を増加させることは得策ではない。そこで、本発明では、局所出力ピーキングを低減しながら平均ウラン濃縮度を高めることを基本とする。
　　　【００４６】
　まず、本発明の局所出力ピーキングを低減する考え方を説明する。燃料集合体周辺部では、比較的中性子減速が起こりやすく、同じウラン濃縮度としても出力が出やすい。この効果は、燃料集合体の４コーナー領域にある１２本の燃料棒（各コーナー３本づつ）、特に各コーナーの合計４本で顕著である。この中性子減速効果を考慮して、線出力密度などの熱的制限値を満足し、出力ピーキングを他の位置にあるウランのみを含む燃料棒と同等にするためには、燃料集合体の４コーナーの合計４本の燃料棒２２の平均ウラン濃縮度が最高ウラン濃縮度の０．６０から０．７６の間となるようにするか、又は４コーナー付近にある１２本の燃料棒２１，２２の平均ウラン濃縮度が最高ウラン濃縮度の０．７０から０．８６の間となるようにする必要があることが分かった。
　　　【００４７】
　本実施例ではコーナー領域にある４本の燃料棒２２のペレットウラン濃縮度は３．６０ｗｔ％であり、ペレット最高ウランの濃縮度の０．７２としている。また、４コーナー領域に位置する燃料棒２２に隣接する各２本の燃料棒２１のペレットウラン濃縮度を４．３０ｗｔ％とした。このとき、４コーナー付近にある合計１２本の燃料棒２１及び２２の平均ウラン濃縮は４．０７ｗｔ％であり、前記最高ウランの濃縮度の０．８１となっている。
　　　【００４８】
　また、可燃性吸収材（Ｇｄなど）を添加した燃料棒では、既に述べたように燃料棒の熱伝導度が数％悪くなるため、安全上、その他の可燃性吸収材を含まない通常のウラン燃料棒出力と同じ燃料棒中心温度とするためには、可燃性吸収材を含む燃料棒のローカルピーキングは可燃性吸収材が燃え尽きる第１サイクルの末期において、その他の燃料棒のローカルピーキングより数％以上小さくなるようにすることが効果的である。このため、可燃性吸収材を含む燃料棒の平均ウラン濃縮度は最高ウラン濃縮度の０．８４から０．９６の間となるように構成するのがよいことが分かった。
　　　【００４９】
　本実施例では、Ｇｄ棒２３のペレットウラン濃縮度を４．４５ｗｔ％とした。このとき、Ｇｄ棒２３の濃縮度はペレット最高ウラン濃縮度の０．８９となっている。これによりＧｄ棒２３の中心温度はガドリニアを含まない燃料棒と同等の温度とすることができる。
　　　【００５０】
　図７に第１の実施例になる燃料集合体１０のローカルピーキング係数の分布を示す。図７（ａ）は第１サイクルの初期、即ち燃焼度０．０ＧＷｄ／ｔにおけるローカルピーキング分布である。本図より、ローカルピーキング係数はコーナー領域が最も大きくなることが分る。しかしながら、ピーキング係数は１．５程度の押さえられており、この値は線出力密度などの熱的制限の観点から許容できる範囲にある。図７（ｂ）は第１サイクル末期、即ち燃焼度１３．２ＧＷｄ／ｔにおけるローカルピーキング係数の分布を示す。Ｇｄ棒２３のローカルピーキング係数の最大値は１．００６であり、その他の燃料棒のローカルピーキング係数の最大値１．１２５より小さな値となっている。
　　　【００５１】
　次に、本発明の平均ウラン濃縮度を高める考え方を説明する。本発明では、上記のように局所出力ピーキングを小さくしながら平均ウラン濃縮度を高めるものであり、そのためにガドリニア入り燃料棒を最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６の低濃縮度にすること、コーナー領域の燃料棒を最高ウラン濃縮度の０．７０〜０．８６の低濃縮度にすることや、ガドリニア入り燃料棒の本数割合は３０％まで増加することを想定している。また、中性子の洩れを少なくして効率良く燃料を燃やすため、天然ウランブランケットを設けることが望ましいと考えている。一方、上端部に２ノード下端部に１ノードの天然ウランブランケットを設けた場合、平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上にするためには、燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度を４．５ｗｔ％以上にすることが必要である。即ち、本発明では、ガドリニア及び天然ウランブランケットなどの低濃縮度燃料を最大に使用する条件下においても、燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度を４．５ｗｔ％以上にすることが必要である。
　　　【００５２】
　図８は、局所出力ピーキングを従来以下とするために、ガドリニア入り燃料棒のウラン濃縮度を上記範囲０．８４〜０．９５の下限である８４％、コーナー領域の燃料棒の濃縮度を上記範囲０．７０〜０．８６の下限である７０％とし、残りの燃料棒をペレット最高ウラン濃縮度とした場合のガドリニア入り燃料棒を除くその他の燃料棒のうち、ペレット最高ウラン濃縮度を有する燃料棒の本数割合と燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度の関係を示したものである。この図から、ペレット最高ウラン濃縮度を有する燃料棒の割合を約７５％以上にすれば燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度が４．５ｗｔ％以上になることが分かる。即ち、ペレットウラン濃縮度が燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度より高い燃料棒のガドリニア入り燃料棒を除いたその他の燃料棒に対する本数割合を７５％以上にすれば、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上にすることができる。
　　　【００５３】
　本実施例では、上記のように局所出力ピーキングの起きやすいコーナー領域の合計１２本の外周燃料棒２１，２２とＧｄ棒２３以外の燃料棒２０を全て製造上限の濃縮度である最高ウラン濃縮度５．０ｗｔ％とし、Ｇｄ棒２３を除いた全ての燃料棒２０，２１，２２のうち燃料棒２０の本数割合は８２％である。したがって、本実施例によれば、燃料集合体の断面平均ウラン濃縮度を４．５ｗｔ％以上の４．７５ｗｔ％が達成でき、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上の４．２５ｗｔ％が達成できる。
　　　【００５４】
　平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上に高める場合に配慮しなければならない更に他の点として、減速材領域（非沸騰水領域）の大きさ（面積）がある。即ち、濃縮度を増すとき、減速材対燃料比を大きくしないで濃縮度を上げたのでは、中性子のエネルギスペクトルが硬化してしまい、燃料集合体の無限増倍率はその濃縮度における無限増倍率の最大値とはならず、またボイド反応度係数の絶対値が大きくなり過ぎて過渡時の炉心の応答が厳しくなる。このため、減速材領域を増やす必要がある。しかし、８×８格子のままでは燃料棒本数が減少し、熱的余裕が小さくなる。このため、本実施例ではウォータロッド３０の横断面積の合計を１０ｃｍ２とし、１０×１０の格子配列を採用している。以下、ウォータロッドの横断面積等の最適化について説明する。
　　　【００５５】
　図９に、燃料棒の格子配列数を１０×１０とした燃料集合体において、燃料装荷量を一定として、ウォータロッド領域（内側領域の減速材）を増大させた場合と、チャンネルボックス外側のギャップ水領域（外側領域の減速材）を増大させた場合の反応度の変化を比較して示す。横軸にはウォータロッド領域又はギャップ水領域の増分（非沸騰水領域の増分）と、ウォータロッド領域の増分に関しチャンネルボックス内横断面積に対するウォータロッド内横断面積の割合の２つの指標を示し、縦軸には現在使用されているウォータロッド内横断面積である３ｃｍ２　（１．７％）を基準とした中性子無限増倍率の差を示す。この図より、中性子無限増倍率の向上にはチャンネルボックスに面した燃料集合体の外側領域より、燃料集合体の内側領域の方が効果的である（感度が高い）ことが分かる。これは、中性子束分布の平坦化により、減速材による中性子吸収が減少するためである。熱中性子束分布の平坦化は、燃料経済性だけでなく局所出力分布にも影響を及ぼすため、熱的余裕を確保する点からも重要である。
　　　【００５６】
　このように、１０×１０格子配列の燃料集合体においては、燃料経済性向上のためにはウォータロッド内横断面積を増加することが効果があり、そのためにウォータロッド内横断面積を現在の３ｃｍ２（１．７％）から増大することが必要である。一方、ウォータロッド領域の燃料格子数を増大することは、燃料棒本数の減少になり、高燃焼度化に反することになる。燃料集合体の対称性を考慮すると、１０×１０格子燃料集合体では、ウォータロッド領域の燃料格子数は、現在の２本に対して８本〜１６本（４倍〜８倍）の範囲が妥当である。１０×１０格子燃料集合体の燃料単位格子の面積が、現在の８×８格子の６０％程度になること、またウォータロッド領域の燃料格子数が上記より４倍〜８倍になることを考えると、ウォータロッド内横断面積としては７（４％）〜１４（８％）ｃｍ２の範囲が適切である。
　　　【００５７】
　本実施例では、上記のようにウォータロッド３０の横断面積の合計は７〜１４ｃｍ２の範囲内の約１０ｃｍ２であり、これにより反応度を高め、燃料経済性を向上できる。
　　　【００５８】
　また、ウォータロッドの横断面積を増加するには、大型ウォータロッドの採用が、犠牲にしなくてはならない燃料棒本数を減少できる点、更に燃料棒冷却効果の小さな冷却材流路面積が減少できる（限界出力を増大する）点で有利である。ウォータロッドとウォータロッドに隣接する燃料棒との間隔を一定とすると、円形ウォータロッドの場合には、上記スペースの有効利用の点で２×２の燃料格子をウォータロッドにすることが最も優れている。
　　　【００５９】
　したがって、本実施例では、中性子減速効果が小さな燃料集合体中央領域の１２本の燃料棒が配置可能な領域をウォータロッド領域とし、２×２相当の大きさの大型で円形のウォータロッド３０を４本配置し、燃料棒冷却効果の小さな冷却材流路面積が減少した構成となっている。これは、限界出力を増大することになる。
　　　【００６０】
　次に、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を４．０ｗｔ％以上に高めるための燃料棒の配列について説明する。
　　　【００６１】
　上述したように、本発明では局所出力ピーキングを低減しながら平均ウラン濃縮度を高めるため、ペレットウラン濃縮度が燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度より高い燃料棒のガドリニア入り燃料棒を除いたその他の燃料棒に対する本数割合を７５％以上にすることが必要である。このためには、燃料集合体横断面平均ウラン濃縮度より高いペレットウラン濃縮度を有する燃料棒の本数を可能な限り増加させることが重要である。この観点から、本実施例では、
　（１）燃料集合体外周部
、即ち最外層
　（２）ウォータロッド周りの燃料棒；
　（３）可燃性吸収材を含む燃料棒；を除いた燃料棒２０のウラン濃縮度を天然ウランブランケットを除いた部分で５．０ｗｔ％のペレット最高ウラン濃縮度とし、その他の燃料棒のペレットウラン濃縮度をこれよりも小さくしている。
　　　【００６２】
　また、本実施例では、可燃性吸収材入り燃料棒をウォータロッド周りに配置することで、上記（２）及び（３）の構成を実現している。即ち、ウォータロッドの周りでも、中性子減速効果が大きく、ウォータロッド隣接燃料棒の局所出力ピーキングが増加することになるので、濃縮度の低減を図ることが望まれ、一方で既に述べたように可燃性吸収材入り燃料棒では燃料熱伝導の観点からウラン濃縮度を低くしなければいけない。本実施例では、可燃性吸収材入り燃料棒をウォータロッド周りに配置することにより、出力は比較的大きくなりやすい位置での出力ピーキングを低く押さえるとともに、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を高められるという効果が得られる。
　　　【００６３】
　このように、上記（１）のコーナー領域にある４〜１２本の燃料棒、上記（２）のウォータロッド周りの燃料棒及び上記（３）の可燃性吸収材を含む燃料棒を除いた燃料棒のウラン濃縮度を一様に燃料集合体で最高の値とし、その他の燃料棒のウラン濃縮度をこれより小さくすると共に、上記（２）のウォータロッド周りの燃料棒として可燃性吸収材を含む燃料棒を配置することが、最高ウラン濃縮度に制約が課せられた場合に、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を高めて高燃焼度化を図るのに効果がある。
　　　【００６４】
　また、高燃焼度化した場合には、燃料集合体内の可燃性吸収材入り燃料棒の本数が増え、ウォータロッドの周りにできるだけ多くの可燃性吸収材入り燃料棒を配置する方が上記の平均ウラン濃縮度を高める等の効果が大きい。燃料棒の配列が１０行１０列以上の燃料集合体では、ウォータロッドの周りにできるだけ多くの可燃性吸収材入り燃料棒を配置すると、その本数は可燃性吸収材入り燃料棒の総本数の１／２以上となる。
　　　【００６５】
　以上の理由により、本実施例では、Ｇｄ棒２３の１／２以上をウォータロッド３０の周りに配置し、燃料集合体１０の４コーナー領域にある１２本の燃料棒２１，２２及びＧｄ棒２３を除いた燃料棒２０のウラン濃縮度を５．０ｗｔ％のペレット最高ウラン濃縮度としており、これにより最高ウラン濃縮度に５．０ｗｔ％という制約が課せられた場合に、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を高めて高燃焼度化を図ることができる。
　　　【００６６】
　したがって、本実施例によれば、最高ウラン濃縮度に５．０ｗｔ％という制約が課せられた場合に、ガドリニア入り燃料棒に問題を生じることなく、また線出力密度などの熱的制限値を満足しながら、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を高めて取出平均燃焼度を４５ＧＷｄ／ｔよりも高燃焼度化することが可能となり、またこの高燃焼度化によって燃料経済性向上、使用済燃料発生量低減を達成できる。
　　　【００６７】
　本発明の第２の実施例を図１０により説明する。第１の実施例では、燃料棒配列を１０行１０列とした燃料集合体に本発明を適用したが、本実施例は燃料棒配列を１１行１１列とした燃料集合体１３においてペレット最高ウラン濃縮度を５．０ｗｔ％とした場合のものである。
　　　【００６８】
　図１０において、本実施例の燃料集合体１３は、複数の燃料棒２０３，２１３，２２３，２３３と、２本の太径ウォータロッド３０３とを有し、これら燃料棒２０３〜２３３及びウォータロッド３０３はチャンネルボックス３１内に配置されている。これら燃料棒のうち、燃料棒２１３，２２３は燃料集合体１３の４つのコーナー領域にある燃料棒であり、燃料棒２３３は可燃性吸収材、即ちガドリニアを含むＧｄ棒であり、燃料棒２０３はそれ以外の燃料棒である。これら燃料棒２０３〜２３３は、燃料有効部の２／２４の上端部と１／２４の下端部を除いた２１／２４の領域に一様なウラン濃縮度の燃料ペレットが充填され、２／２４の上端部と１／２４の下端部に天然ウランを燃料とするブランケットが形成されている。
　　　【００６９】
　燃料棒２０３は６８本あり、ペレットウラン濃縮度は５．０ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２３のペレットウラン濃縮度は３．６ｗｔ％であり、燃料棒２２３に隣接する８本の燃料棒２１３のペレットウラン濃縮度は４．３ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３３は２４本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４５ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３３はそのうちの１／２以上の１８本がウオータロッド３０３に面して配置されている。また、Ｇｄ棒２３３は
燃料棒
　　　【００７０】
　燃料棒２０３，２１３，２２３，２３３の総本数は１０４本であり、Ｇｄ棒の全燃料棒に対する本数割合は２４／１０４＝２３％である。Ｇｄ棒２３３のペレットウラン濃縮度４．４５ｗｔ％は、ペレット最高ウラン濃縮度の５．０ｗｔ％とペレット最低ウラン濃縮度の３．６ｗｔ％間にある。Ｇｄ棒２３３を除いた燃料棒本数は８０本であり、このうち、ペレット最高ウラン濃縮度の燃料棒２０３の本数割合は６８／８０＝８５％である。このとき、燃料集合体１３の平均ウラン濃縮度は４．２６ｗｔ％まで高くすることができ、更なる高燃焼度化が図れる。また、燃料集合体１３の上下端部のブランケット領域を除いた濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮度は４．７７ｗｔ％であり、ペレット最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａｘ／ｅｍｅａｎは５／４．７７＝１．０５である。
　　　【００７１】
　ウォータロッド３０３は各々３×３相当の大きさの横断面円形のウォータロッドであり、その減速材横断面積の合計は１０ｃｍ２である。これらウォータロッド３０３は燃料棒が１７本配置可能な領域に配置されている。
　　　【００７２】
　本実施例によっても、第１の実施例と同様の効果が得られる。
　　　【００７３】
　本発明の第３の実施例を図１１により説明する。本実施例は上記第２の実施例の変形例である。即ち、本実施例の燃料集合体１３Ａは、図１０に示す燃料集合体１３において、コーナー領域の燃料棒２２３に隣接する燃料棒２１３をペレット最高ウラン濃縮度５．０ｗｔ％の燃料棒２０３に置き換えたものである。燃料棒配列を１１行１１列にすると、燃料棒１本の熱的負担が少なくなるので、コーナー領域の燃料棒２２３に隣接する燃料棒のウラン濃縮度を低下させないことも可能であり、これにより４コーナー領域の４本の燃料棒２２３、Ｇｄ棒以外の燃料棒２０３の本数を７６本に増やせる。即ち、ペレット最高ウラン濃縮度の燃料棒２０３の本数割合は７６／８０＝９５％である。このとき、燃料集合体１３Ａの平均ウラン濃縮度は４．３１ｗｔ％まで高くすることができ、更なる高燃焼度化が図れる。また、燃料集合体１３Ａの上下端部のブランケット領域を除いた濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮度は４．８２ｗｔ％であり、ペレット最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａｘ／ｅｍｅａｎは５／４．８２＝１．０４である。
　　　【００７４】
　本発明の第４の実施例を図１２により説明する。本実施例は燃料棒配列を１０行１０列とした燃料集合体１５においてペレット最高ウラン濃縮度を４．９５ｗｔ％とした場合のものである。
　　　【００７５】
　図１２において、本実施例の燃料集合体１５は、複数の燃料棒
２０５，２１５
　　　【００７６】
　燃料棒２０５は４６本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２５のペレットウラン濃縮度は３．５ｗｔ％であり、燃料棒２２５に隣接する８本の燃料棒２１５のペレットウラン濃縮度は４．５ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３５は２０本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．５ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３５は
燃料棒
　　　【００７７】
　燃料棒２０５，２１５，２２５，２３５，４０５の総本数は９０本であり、Ｇｄ棒２３５の全燃料棒に対する本数割合は２０／９０＝２２％である。Ｇｄ棒２３５のウラン濃縮度４．５ｗｔ％は、ペレット最高ウラン濃縮度の４．９５ｗｔ％とペレット最低ウラン濃縮度の３．５ｗｔ％間にある。Ｇｄ棒２３５を除いた燃料棒本数は７０本であり、このうち、最高ウラン濃縮度を有する燃料棒２０５，４０５の本数割合は５８／７０＝８３％である。このとき、燃料集合体１５の平均ウラン濃縮度は４．２９ｗｔ％まで高くすることができる。また、燃料集合体１５の上下端部のブランケット領域を除いた濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮度は４．７５ｗｔ％であり、ペレット最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａｘ／ｅｍｅａｎは４．９５／４．７５＝１．０４である。
　　　【００７８】
　部分長燃料棒４０５の燃料有効長部よりも上方の横断面では、Ｇｄ棒２３５を除いた燃料棒本数は５８本であり、このうち、最高ウラン濃縮度の燃料棒２０５の本数割合は４６／５８＝７９％である。このとき、燃料集合体１５の上下端部のブランケット領域を除いた濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮度は４．７１ｗｔ％であり、ペレット最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａｘ／ｅｍｅａｎは４．９５／４．７１＝１．０５である。
　　　【００７９】
　ウォータロッド３０５は各々２×２相当の大きさの横断面円形のウォータロッドであり、その減速材横断面積の合計は１０ｃｍ２である。これらウォータロッド３０５は燃料棒が１０本配置可能な領域に配置されている。
　　　【００８０】
　本実施例によっても、第１の実施例と同様の効果が得られる。
　　　【００８１】
　本発明の第５の実施例を図１３により説明する。本実施例は燃料棒配列を９行９列とした燃料集合体１７においてペレット最高ウラン濃縮度を４．９５ｗｔ％とした場合のものである。
　　　【００８２】
　図１３において、本実施例の燃料集合体１７は、複数の燃料棒２０７，２１７，２２７，２３７，４０７と、２本の太径ウォータロッド３０７とを有し、これら燃料棒２０７〜２３７，４０７及びウォータロッド３０７はチャンネルボックス３１内に配置されている。これら燃料棒のうち、燃料棒２１７，２２７は燃料集合体１７の４つのコーナー領域にある燃料棒であり、燃料棒２３７は可燃性吸収材、即ちガドリニアを含むＧｄ棒であり、燃料棒２０７，４０７はそれ以外の燃料棒である。燃料棒２０７〜２３７は、燃料有効部の２／２４の上端部と１／２４の下端部を除いた２１／２４の領域に一様なウラン濃縮度の燃料ペレットが充填され、２／２４の上端部と１／２４の下端部に天然ウランを燃料とするブランケットが形成されている。一方、燃料棒４０７は燃料棒２０７〜２３７より短い部分長燃料棒であり、本実施例では燃料棒有効長部分、即ち燃料ペレットが充填されている部分は、他の燃料棒の軸方向１４／２４に位置する。部分長燃料棒４０７にはブランケットは設けられていない。
　　　【００８３】
　燃料棒２０７は３８本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．９５ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２７のペレットウラン濃縮度は３．２ｗｔ％であり、燃料棒２２７に隣接する８本の燃料棒２１７のペレットウラン濃縮度は４．２ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３７は１６本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３７は
燃料棒
　　　【００８４】
　燃料棒２０７，２１７，２２７，２３７，４０７の総本数は７４本であり、Ｇｄ棒２３７の全燃料棒に対する本数割合は１６／７４＝２２％である。Ｇｄ棒２３７のペレットウラン濃縮度４．４ｗｔ％は、ペレット最高ウラン濃縮度の４．９５ｗｔ％とペレット最低ウラン濃縮度の３．２ｗｔ％間にある。Ｇｄ棒２３７を除いた燃料棒本数は５８本であり、このうち、ペレット最高ウラン濃縮度を有する燃料棒２０７，４０７の本数割合は４６／５８＝７９％である。このとき、燃料集合体１７の平均ウラン濃縮度は４．１９ｗｔ％まで高くすることができる。また、燃料集合体１７の上下端部のブランケット領域を除いた濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮度は４．６６ｗｔ％であり、ペレット最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａｘ／ｅｍｅａｎは４．９５／４．６６＝１．０７である。
　　　【００８５】
　部分長燃料棒４０７の燃料有効長部よりも上方の横断面では、Ｇｄ棒２３７を除いた燃料棒本数は５０本であり、このうち、最高ウラン濃縮度の燃料棒２０７の本数割合は３８／５０＝７６％である。このとき、燃料集合体１７の上下端部のブランケット領域を除いた濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮度は４．６２ｗｔ％であり、ペレット最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａｘ／ｅｍｅａｎは４．９５／４．６２＝１．０７である。
　　　【００８６】
　ウォータロッド３０７は各々２×２相当の大きさの横断面円形のウォータロッドであり、その減速材横断面積の合計は９ｃｍ２である。これらウォータロッド３０７は燃料棒が７本配置可能な領域に配置されている。
　　　【００８７】
　本実施例によっても、第１の実施例と同様の効果が得られる。また、本実施例では、部分長燃料棒４０７を最外層に配置したので、特願平４−２１０５３９に記載のようにボイド係数の低減効果が得られ、反応度制御性が向上する。
　　　【００８８】
　本発明の第６の実施例を図１４〜図１７により説明する。本実施例は、図１３の実施例において、ウォータロッド３０７を、炉心流量によって軸方向水位が変わる所謂スペクトルシフトロッド３０７Ａに変更したものである。
　　　【００８９】
　スペクトルシフトロッド３０７Ａの詳細構造を図１５及び図１６に示す。スペクトルシフトロッド３０７Ａは、特開昭６３−７３１８７号公報に記載のように、内管３０、外管３１及びスペーサ３２から構成される。外管３１と内管３０とは同心円状に配置され、外管３１が内管３０の外周を取り囲んでいる。外管３１の上端はカバー部３３にて密封されており、カバー部３３の上部が上部タイプレート７内に挿入されて保持される。カバー部３３は、内管３０の上端との間に間隙を形成するように内管３０の上端を絞っている。内管３０の上端部は、スペクトルシフトロッド３０７Ａの軸心から放射状に配置された板状のスペーサ３２を介して外管３１の内面に固定される。外管３１の下端は封鎖部３４にて封鎖される。内管３０の下端部は、封鎖部３４を貫通してそれよりも下方に突出している。内管３０の下端部は、下部タイプレート８の燃料棒支持部１４を貫通している。内管３０の下端に形成された冷却水流入口３８は、下部タイプレート８の空間１５に開口している。内管３０の内部が冷却水上昇流路３５を形成し、内管３０と外管３１との間に形成される環状通路が冷却水下降流路３６を形成している。外管３１の下端部の管壁に、周方向に複数の冷却水吐出口３９が形成される。これ等の冷却水吐出口３９は、周方向に等間隔に設けられている。冷却水吐出口３９は、燃料棒支持部１４よりも上方の領域に開口している。本実施例では、燃料棒支持部１４が抵抗体の機能を有している。冷却水上昇流路３５と冷却水下降流路３６とは、スペクトルシフトロッド３０７Ａの上端部に形成された反転部３７によって連結されている。このようにスペクトルシフトロッド３０７Ａは、内部に冷却水上昇流路３５、冷却水下降流路３６及び反転部３７からなる逆Ｕ字状の冷却水流路を有している。
　　　【００９０】
　本実施例の燃料集合体１７Ａを沸騰水型原子炉の炉心内に装荷して（全燃料集合体が燃料集合体１７Ａ）沸騰水型原子炉を運転すると、冷却水の大部分は、下部タイプレート８の内部空間及び燃料棒支持部１４に設けられた貫通口１８を通って炉心に装荷された燃料集合体１７Ａの燃料棒相互間に直接導入される。下部タイプレート８の内部空間に流入した冷却水の残りの部分は、冷却水流入口３８からスペクトルシフトロッド３０７Ａの冷却水上昇流路３５内に流入し、更に反転部３７及び冷却水下降流路３６を介して冷却水吐出口３９から燃料棒支持部１４より上方の領域に吐出される。冷却水吐出口３９から吐出される冷却水は、冷却水流入口３８からスペクトルシフトロッド３０７Ａ内に流入する冷却水の流量の多少に応じて液体又は気体（蒸気）となる。本実施例は、炉心流量１００％以下で冷却水上昇流路３５内に液面ができる状態がスペクトルシフトロッド３０７Ａ内に生じ、炉心流量１１０％で冷却水上昇流路３５及び冷却水下降流路３６内はほとんど単相流となる状態がスペクトルシフトロッド３０７Ａ内に生じるように、燃料棒支持部１４の圧力損失、内管３０及び外管３１の仕様が予め設定されている。
　　　【００９１】
　スペクトルシフトロッド３０７Ａは、このように炉心流量によってスペクトルシフトロッド内の水位を変えることにより中性子減速効果を調整でき、その結果、反応度制御あるいは出力制御に活用できる。この作用の詳細は特開昭６３−７３１８７号公報に記載されている。
　　　【００９２】
　ところで、ＢＷＲ燃料集合体では、前記のように余剰反応度をガドリニアで制御している。したがって、運転サイクル初期では、新燃料に含まれるガドリニアとスペクトルシフトロッドの相互作用を考慮する必要がある。図１６は、炉心流量を燃焼初期から徐々に増やしスペクトルシフトロッド３０７Ａ内の蒸気体積率を１００％から０％に変化したときの、中性子無限増倍率の変化を示している。ガドリニアが存在する寿命初期は、スペクトルシフトロッド内の水位が下がることで中性子無限増倍率が逆に上がることがわかる。これは、中性子減速効果が損なわれることで、ガドリニアによる熱中性子吸収が減少した結果である。即ち、スペクトルシフトロッド内の水位による反応度制御あるいは出力制御を効果的に行うためには、ガドリニア量を減少する必要がある。
　　　【００９３】
　本実施例では、第５の実施例で述べたように部分長燃料棒４０７の配置により反応度制御効果が向上し、炉停止余裕が改善されるので、ガドリニア量を減少することが可能である。その結果、燃料経済性が向上すると共に、スペクトルシフトロッドの効果を最大限に引き出すことができる。
　　　【００９４】
　本発明の第７の実施例を図１８により説明する。本実施例は、図１３の実施例において、部分長燃料棒４０７の配置を変えたものである。即ち、図１８において、本実施例の燃料集合体１７Ｂに用いられる部分長燃料棒４０７は全て格子状燃料配列の最外層から２層目に配置されている。他の構成は図１３の実施例と同じである。本実施例によっても、第１の実施例と同様の効果が得られる。
　　　【００９５】
　本発明の第８の実施例を図１９により説明する。本実施例は燃料棒配列を９行９列とした燃料集合体１９において最高ウラン濃縮度を５．０ｗｔ％とし、ウォータロードの横断面を矩形とした場合のものである。
　　　【００９６】
　図１９において、本実施例の燃料集合体１９は、複数の燃料棒２０９，２１９，２２９，２３９と、１本の横断面矩形の太径ウォータロッド３０９とを有し、これら燃料棒２０７〜２３７，４０７及びウォータロッド３０７はチャンネルボックス３１内に配置されている。これら燃料棒のうち、燃料棒２１９，２２９は燃料集合体１７の４つのコーナー領域にある燃料棒であり、燃料棒２３９は可燃性吸収材、即ちガドリニアを含むＧｄ棒であり、燃料棒２０９はそれ以外の燃料棒である。燃料棒２０９〜２３９は、燃料有効部の２／２４の上端部と１／２４の下端部を除いた２１／２４の領域に一様なウラン濃縮度の燃料ペレットが充填され、２／２４の上端部と１／２４の下端部に天然ウランを燃料とするブランケットが形成されている。
　　　【００９７】
　燃料棒２０９は４４本あり、そのペレットウラン濃縮度は５．０ｗｔ％、即ち最高ウラン濃縮度であり、４つのコーナー領域に位置する４本の燃料棒２２９のペレットウラン濃縮度は３．６ｗｔ％であり、燃料棒２２９に隣接する８本の燃料棒２１９のペレットウラン濃縮度は４．３ｗｔ％である。また、Ｇｄ棒２３９は１６本あり、そのペレットウラン濃縮度は４．４５ｗｔ％である。Ｇｄ棒２３９は
燃料棒
　　　【００９８】
　燃料棒２０９，２１９，２２９，２３９の総本数は７２本であり、Ｇｄ棒２３９の全燃料棒に対する本数割合は１６／７２＝２２％である。Ｇｄ棒２３９のペレットウラン濃縮度４．４５ｗｔ％は、ペレット最高ウラン濃縮度の５．０ｗｔ％とペレット最低ウラン濃縮度の３．６ｗｔ％間にある。Ｇｄ棒２３９を除いた燃料棒本数は５６本であり、このうち、ペレット最高ウラン濃縮度を有する燃料棒２０９の本数割合は４４／５６＝７９％である。このとき、燃料集合体１９の平均ウラン濃縮度は４．２２ｗｔ％まで高くすることができる。また、燃料集合体１９の上下端部のブランケット領域を除いた濃縮度燃料部の平均ウラン濃縮度は４．７２ｗｔ％であり、ペレット最高ウラン濃縮度に対する比ｅｍａｘ／ｅｍｅａｎは５．０／４．７２＝１．０６である。
　　　【００９９】
　横断面矩形のウォータロッド３０９は３又３相当の大きさを有し、その減速材横断面積は１４ｃｍ２である。このウォータロッド３０９は燃料棒が９本配置可能な領域に配置されている。
　　　【０１００】
　本実施例によっても、第１の実施例と同様の効果が得られる。
　　　【０１０１】
　　【発明の効果】
　本発明によれば、最高ウラン濃縮度に５．０ｗｔ％という制約が課せられた場合に、ガドリニア入り燃料棒に問題を生じることなく、また線出力密度などの熱的制限値を満足しながら、平均ウラン濃縮度を高めて取出平均燃焼度を４５ＧＷｄ／ｔよりも高燃焼度化することが可能となり、またこの高燃焼度化によって燃料経済性向上、使用済燃料発生量低減を達成できる。
【図面の簡単な説明】
　　【図１】
　本発明の第１の実施例による燃料集合体の横断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。
　　【図２】
　図１に示す燃料集合体の全対向製を示す縦断面図である。
　　【図３】
　図１に示す燃料集合体の炉心での配置状況を示す図である。
　　【図４】
　燃料集合体の平均ウラン濃縮度と取出燃焼度との関係を示す図である。
　　【図５】
　燃料集合体の平均ウラン濃縮度とガドリニア入り燃料棒本数割合との関係を示す図である。
　　【図６】
　ウラン濃縮度ど取出平均燃焼度の関係図を示す図である。
　　【図７】
　図１に示す燃料集合体のローカルピーキング分布図である。
　　【図８】
　ガドリニア入り燃料棒を除くその他の燃料棒のうち、ペレット最高ウラン濃縮度を有する燃料棒の割合と燃料集合体断面平均ウラン濃縮度の関係を示す図である。
　　【図９】
　減速材領域の増大による反応度向上効果を示す図である。
　　【図１０】
　本発明の第２の実施例による燃料集合体の横断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。
　　【図１１】
　本発明の第３の実施例による燃料集合体の横断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。
　　【図１２】
　本発明の第４の実施例による燃料集合体の横断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。
　　【図１３】
　本発明の第５の実施例による燃料集合体の横断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。
　　【図１４】
　本発明の第６の実施例による燃料集合体の横断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。
　　【図１５】
　スペクトルシフトロッドの構造を示す部分断面正面図である。
　　【図１６】
　図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。
　　【図１７】
　スペクトルシフトロッド内の蒸気体積率が１００％から０％に変化したときの中性子無限増倍率と燃焼度との関係を示す図である。
　　【図１８】
　本発明の第７の実施例による燃料集合体の横断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。
　　【図１９】
　本発明の第８の実施例による燃料集合体の横断面図及びその燃料棒の構成を示す図である。
　　【符号の説明】
　１０；１３；１３Ａ；１５；１７；１７Ａ；１７Ｇ；１９　燃料集合体
　２０；２０３；２０５；２０７；２０９　最高ウラン濃縮度の燃料棒
　２１，２２；２１３，２２３；２１５，２２５；２１７，２２７２１９，２２９　低濃縮度の燃料棒
　２３；２３３；２３５；２３７；２３９　ガドリニア入り燃料棒
　３０；３０３；３０５；３０７；３０７Ａ；３０９　ウォータロッド