【事件の表示】
　特許第２８０４２０５号「燃料集合体及び炉心」の請求項１ないし１６に係る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２８０４２０５号の請求項１ないし１６に係る特許を維持する。
【理　由】
第１．手続きの経緯
　本件特許２８０４２０５号発明は、平成４年９月１８日に出願され、平成１０年７月１７日にそ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１１年１１月２日付けで訂正請求がなされたものである。      
　
第２．訂正の適否についての判断
１．訂正の内容
訂正事項ａ
　特許明細書中の特許請求の範囲の請求項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にあり；
（ｃ）前記第１の燃料棒は、充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度が燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高い複数の第３の燃料棒を含み、かつその燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高いウラン濃縮度の燃料ペレットのウラン濃縮度は全て前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度であり、前記第３の燃料棒の前記第１の燃料棒に対する本数割合は７５％以上である；
ことを特徴とする燃料集合体。」
訂正事項ｂ
　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、本発明によれば、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にあり；
（ｃ）前記第１の燃料棒は、充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度が燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高い複数の第３の燃料棒を含み、かつその燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高いウラン濃縮度の燃料ペレットのウラン濃縮度は全て前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度であり、前記第３の燃料棒の前記第１の燃料棒に対する本数割合は７５％以上である；
ことを特徴とする燃料集合体が提供される。」
訂正事項ｃ
　特許明細書中の段落番号【００２４】を下記のとおりに訂正する。
「【００２４】燃料集合体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）より高いウラン濃縮度の燃料ペレットを充填し、かつその燃料ペレットのウラン濃縮度を全て燃料ペレットの最高ウラン濃縮度とした第３の燃料棒の第１の燃料棒に対する本数割合を７５％以上とすることにより、可燃性吸収材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、燃料集合体の平均濃縮度を４ｗｔ％以上にずることができる。」
訂正事項ｄ
　特許明細書中の段落番号【００２９】を下記のとおりに訂正する。
「【００２９】第３の燃料棒の上下端部に低濃縮度領域を設けた場合は、その上下端部を除いたその他の領域のペレットウラン濃縮度を全てペレット最高濃縮度とすることにより、燃料集合体の平均濃縮度を４ｗｔ％以上にする効果が最も大きく得られる。」　
訂正事項ｅ
　特許明細書中の段落番号【００８８】を下記のとおりに訂正する。
「【００８８】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。」
　
２．訂正の目的の適否、拡張・変更の判断
　上記訂正事項ａの訂正は、特許請求の範囲の減縮を目的としたものであり、実質上特許請求の範囲を拡張又は変更するものでもない。
　また、上記訂正事項ｂ乃至ｅ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、上記訂正事項ａ乃至ｆ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
(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１６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１６により特定される次のとおりのものである。
「【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にあり；
（ｃ）前記第１の燃料棒は、充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度が燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高い複数の第３の燃料棒を含み、かつその燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高いウラン濃縮度の燃料ペレットのウラン濃縮度は全て前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度であり、前記第３の燃料棒の前記第１の燃料棒に対する本数割合は７５％以上である；
ことを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】請求項１記載の燃料集合体において、前記多数の燃料棒は、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することを特徴とする燃料集合体。
【請求項３】請求項２記載の燃料集合体において、前記上下端部の領域は天然ウランブランケットであることを特徴とする燃料集合体。
【請求項４】請求項２記載の燃料集合体において、前記その他の領域における前記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以下であることを特徴とする燃料集合体。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項記載の燃料集合体において、前記燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．５ｗｔ％以上であることを特徴とする燃料集合体。
【請求項６】請求項１〜４のいずれか１項記載の燃料集合体において、前記燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．３ｗｔ％以上であることを特徴とする燃料集合体。
【請求項７】請求項１記載の燃料集合体において、前記第２の燃料棒は前記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ことを特徴とする燃料集合体。
【請求項８】請求項２記載の燃料集合体において、前記第３の燃料棒のその他の領域に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は全て前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度であることを特徴とする燃料集合体。
【請求項９】請求項１記載の燃料集合体において、前記第３の燃料棒の前記第１の燃料棒に対する本数割合は８０％以上であることを特徴とする燃料集合体。
【請求項１０】請求項１記載の燃料集合体において、前記第１の燃料棒は、充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度が燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より低い複数の第４の燃料棒を含み、前記第４の燃料棒は前記正方格子状の配列のコーナー領域に配置されていることを特徴とする燃料集合体。
【請求項１１】請求項１記載の燃料集合体において、前記中性子減速棒の減速材横断面積は７〜１４ｃｍ２ であることを特徴とする燃料集合体。
【請求項１２】請求項１記載の燃料集合体において、前記中性子減速棒は、前記燃料棒を７〜１７本配置可能な領域に配置されていることを特徴とする燃料集合体。
【請求項１３】請求項１記載の燃料集合体において、前記中性子減速棒は炉心流量によって軸方向水位が変わるスペクトルシフトロッドであることを特徴とする燃料集合体。
【請求項１４】請求項１記載の燃料集合体において、前記多数の燃料棒の格子配列数が９×９又はそれ以上であることを特徴とする燃料集合体。
【請求項１５】請求項１記載の燃料集合体において、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、前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であることを特徴とする燃料集合体。
【請求項１６】軽水を冷却材とする原子炉の炉心において、請求項１〜１５のいずれか１項記載の燃料集合体を含むことを特徴とする炉心。」
　
(2)取消理由通知の記載事項
  本件請求項１、請求項６乃至請求項８、請求項１０、請求項１４乃至請求項１６に係る発明の特許は、特許法第２９条第１項第３号又は特許法第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、本件請求項２乃至請求項５、請求項９、請求項１１乃至請求項１３は、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るから、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)取消理由通知における刊行物の記載事項
・刊行物１（東芝レビュー、1989年,vol.44,No4,p.310-313「炉心・燃料技術」）には以下の点が記載されている。 
（ア）「ステップII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III燃料としては、燃焼度を４５GW・d/tへとさらにに高めた設計とし、現在開発を進めている段階である。」（第３１１頁左欄第２１行目乃至２４行目）           
　
・刊行物２（特開平１−１７８８９３号公報）には以下の点が記載されている。
（イ）第１図（ａ）には９×９の燃料集合体が示され、各燃料棒にはｅ１，ｅ２，ｅ３，Ｇ，Ｗの記号が付されている。また、第１図（ｂ）には燃料棒ｅ１，ｅ２，ｅ３，Ｇ，Ｗについて「可燃性毒物の有無」、「Ｕ−２３５濃度％」、「本数」が表として示されている。
（ウ）「すなわち、９×９燃料では、第８図に示すように局所出力ピーキング係数の基準ライン８４にまで上げることができ、それに伴なって領域１と領域２との濃縮度差を従来より高くすることができる。」（第３頁左上欄第９行目乃至１２行目）
（エ）第６図（ａ）には８×８の燃料集合体が示され、各燃料棒にはｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４，Ｇ，Ｗの記号が付されている。また、第６図（ｂ）には燃料棒ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４，Ｇ，Ｗについて「可燃性毒物の有無」、「Ｕ−２３５濃度％」、「本数」が表として示されている。
（オ）このように設計する理由は、主として局所出力ピーキングをなるべく抑制する必要があるからで、領域１の濃縮度を低下させることによって局所出力の最大値（局所出力ピーキング係数）を低く設計できる。（第２頁左上欄第９行目乃至１３行目）　
・刊行物３（特開昭６４−２８５８７号公報）には以下の点が記載されている。
（カ）「従来の設計では、ガドリ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二番目の濃縮度あるいはそれ以下としている。」（第２頁右下欄第１行目乃至４行目）
（キ）「将来的には、４５〜６０ＧＷｄ／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。」（第３頁左上欄第６行目乃至１０行目）　　　　　　 
・刊行物４（特開平１−２０１１８９号公報）には以下の点が記載されている。
（ク）第１表の「９×９型燃料棒Ｂ（本実施例）」の欄には、「ウォータロッドまたはウォーターチャネルの外径（ｃｍ）」として、「約３．８」と示されている。
(4)請求項１に係る発明（本件発明１）と各刊行物との対比・判断
　刊行物２の第６図に示された実施例について考察すると、
・１本のウォータロッドｗを有する。
・燃料ペレットの最高ウラン濃縮度は４．９ｗｔ％である。
・全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４．４９ｗｔ％である。
・全ての燃料棒に対するガドリニア燃料Ｇの本数割合は２０％であり、該ガドリニア燃料Ｇの濃縮度は、４．５ｗｔ％である。
・燃料棒ｅ１の濃縮度が４．９ｗｔ％、燃料棒ｅ２の濃縮度が４．５ｗｔ％で平均ウラン濃縮度４．４９ｗｔ％より高く、燃料棒ｅ１は最高濃縮度である。そして燃料棒ｅ１の燃料棒ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４に対する本数割合は３３．３％ある。
　そして、刊行物２記載の「ウォータロッドｗ」、「ガドリニア燃料Ｇ」は、本件発明１の「中性子減速棒」、「可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒」に相当し、　刊行物２記載の「燃料棒ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４」はガドリニアを含まないことから本件発明１の「第１の燃料棒」に相当し、刊行物２記載の「燃料棒ｅ１」はガドリニアを含まない燃料棒のうち最高濃縮度を有していることから本件発明１の「第３の燃料棒」に相当する。
　以上の考察に基づき、本件発明１と刊行物２記載の発明とを対比すると、
「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にあり；
（ｃ）前記第１の燃料棒は、充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度が燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高い複数の第３の燃料棒を含み、かつその燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高いウラン濃縮度の燃料ペレットのウラン濃縮度は全て前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度である燃料集合体。」である点で一致し、以下の点で相違する。
（相違点）
　本件発明１が「第３の燃料棒の第１の燃料棒に対する本数割合は７５％以上である」のに対して、
　刊行物２記載の発明では、燃料棒ｅ１の燃料棒（ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４）に対する本数割合が３３．３％である点
　上記相違点について検討すると、
　刊行物１には、燃焼度を４５GW・d/tへと高めるという本件発明１と同様の目的の開示はなされているが、その燃焼度を達成するための具体的な燃料集合体の構成は示されていない。
　
　刊行物２の第１図に示された実施例によれば、
・１本のウォータロッドｗ（中性子減速棒）を有する。
・燃料ペレットの最高ウラン濃縮度は４．９ｗｔ％である。
・全ての燃料棒の燃料集合体当りの平均ウラン濃縮度は４．５９ｗｔ％である。
・全ての燃料棒に対するガドリニア燃料Ｇ（可燃性吸収材を含む複数の第２の燃料棒）の本数割合は２２．２％であり、該ガドリニア燃料Ｇの濃縮度は、４．４ｗｔ％である。
・燃料棒ｅ１（第３の燃料棒）の燃料棒ｅ１，ｅ２，ｅ３（第１の燃料棒）に対する本数割合は４２．９％ある。
　点が把握できるが、本件発明１の「第３の燃料棒の第１の燃料棒に対する本数割合は７５％以上である」点の開示はなされていない。
　刊行物３には、ガドリアロッドのウラン濃縮度を低く抑えるという本件発明１と同様の目的の開示はなされているが、本件発明１の構成要件である第３の燃料棒と第１の燃料棒の本数の割合が７５％以上であることを示唆しているものではない。
　刊行物４は、ウォータロッドの外径を示すもので、本件発明１の構成要件である第３の燃料棒と第１の燃料棒の本数の割合が７５％以上であることを示唆しているものではない。
　また、刊行物１及び刊行物２の組み合わせについて検討すると、刊行物２記載の発明は、燃料系全体の局所ピーキングを低く押させる目的のために第６図及び第１図に示されている実施例ではｅ１とｅ２の燃料棒に濃縮度差をもたせることを主旨とするものであり、刊行物１に燃焼度を高くする目的自体がこの出願前に技術常識であることが示唆されているとしても、刊行物２記載の発明の技術思想と逆行してｅ２の燃料棒をｅ１と同じ最高濃縮度に設定して第３の燃料棒と第１の燃料棒の本数の割合が７５％以上にする契機とまではならないから、当業者といえども刊行物１の記載事項及び刊行物２記載の発明に基づいて本件発明１を導き出すことはできない。
　そして、本件発明１は、第３の燃料棒に充填されている、燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高いウラン濃縮度の燃料ペレットを全て最高ウラン濃縮度とし、かつその第３の燃料棒の第１の燃料棒に対する本数割合を７５％以上とすることにより、ガドリニア入り燃料棒のウラン濃縮度を余り高くしなくても済み、ガドリニア入り燃料棒に問題を生じることなく、また線出方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よりも高燃焼度化し得るという効果を奏するものである。
　よって、刊行物１乃至刊行物４に記載された発明に基づいて本件発明１を容易に発明することはできない。また、請求項２乃至請求項１６に係る発明は請求項１に係る発明をさらに減縮したものであるから同様の理由により刊行物１乃至刊行物４に記載された発明に基づいて容易に発明することはできない。
　したがって、 請求項１乃至請求項１６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である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項の規定により準用する特許法第１２６条第２項乃至第４項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
第３．特許異議の申立てについての判断
１．申立ての理由の概要
　本件の請求項１乃至請求項１６に係る特許発明は、甲第１号証（東芝レビュー、1989年,vol.44,No4,p.310-313「炉心・燃料技術」）、甲第２号証（特開平１−１７８８９３号公報）、甲第３号証（特開昭６４−２８５８７号公報）、甲第４号証（特開平１−２０１１８９号公報）に記載された発明に基づいてその発明の属する技術分野における通常の知識を有するもの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、従って、上記各発明に係る特許は何れも同法第１１３条第１項第２号により取り消すべきものである。
　
２．証拠の記載事項及び対比・判断
　甲第１号証乃至甲第４号証は上記刊行物１乃至刊行物４とそれぞれ同一刊行物であるから、甲第１号証乃至甲第４号証の記載事項は、上記３−(3)に記載したとおりである。そして、請求項１乃至請求項１６に係る発明と甲第１号証乃至甲第４号証との対比・判断は、３−(4)に記載されたとおりである。
  　　
４．以上のとおりであるから、特許異議の申立ての理由及び証拠によっては請求項１乃至請求項１６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１６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、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１２年７月１１日（２０００．７．１１）
【訂正の要旨】
　訂正の要旨
訂正事項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の請求項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にあり；
（ｃ）前記第１の燃料棒は、充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度が燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高い複数の第３の燃料棒を含み、かつその燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高いウラン濃縮度の燃料ペレットのウラン濃縮度は全て前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度であり、前記第３の燃料棒の前記第１の燃料棒に対する本数割合は７５％以上である；
ことを特徴とする燃料集合体。」
訂正事項ｂ
　明りょうでない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、本発明によれば、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にあり；
（ｃ）前記第１の燃料棒は、充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度が燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高い複数の第３の燃料棒を含み、かつその燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高いウラン濃縮度の燃料ペレットのウラン濃縮度は全て前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度であり、前記第３の燃料棒の前記第１の燃料棒に対する本数割合は７５％以上である；
ことを特徴とする燃料集合体が提供される。」
訂正事項ｃ
　明りょうでない記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００２４】を下記のとおりに訂正する。
「【００２４】燃料集合体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）より高いウラン濃縮度の燃料ペレットを充填し、かつその燃料ペレットのウラン濃縮度を全て燃料ペレットの最高ウラン濃縮度とした第３の燃料棒の第１の燃料棒に対する本数割合を７５％以上とすることにより、可燃性吸収材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、燃料集合体の平均濃縮度を４ｗｔ％以上にずることができる。」
訂正事項ｄ
　明りょうでない記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００２９】を下記のとおりに訂正する。
「【００２９】第３の燃料棒の上下端部に低濃縮度領域を設けた場合は、その上下端部を除いたその他の領域のペレットウラン濃縮度を全てペレット最高濃縮度とすることにより、燃料集合体の平均濃縮度を４ｗｔ％以上にする効果が最も大きく得られる。」
訂正事項ｅ
　明りょうでない記載の釈明を目的として、特許明細書中の段落番号【００８８】を下記のとおりに訂正する。
「【００８８】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。」
（５４）【発明の名称】
燃料集合体及び炉心
（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にあり；
　（ｃ）前記第１の燃料棒は、充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度が燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高い複数の第３の燃料棒を含み、
かつその燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高いウラン濃縮度の燃料ペレットのウラン濃縮度は全て前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度であり、
ことを特徴とする燃料集合体。
　【請求項２】
　請求項１記載の燃料集合体において、前記多数の燃料棒は、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することを特徴とする燃料集合体。
　【請求項３】
　請求項２記載の燃料集合体において、前記上下端部の領域は天然ウランブランケットであることを特徴とする燃料集合体。
　【請求項４】
　請求項２記載の燃料集合体において、前記その他の領域における前記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以下であることを特徴とする燃料集合体。
　【請求項５】
　請求項１〜４のいずれか１項記載の燃料集合体において、前記燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．５ｗｔ％以上であることを特徴とする燃料集合体。
　【請求項６】
　請求項１〜４のいずれか１項記載の燃料集合体において、前記燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．３ｗｔ％以上であることを特徴とする燃料集合体。
　【請求項７】
　請求項１記載の燃料集合体において、前記第２の燃料棒は前記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ことを特徴とする燃料集合体。
　【請求項８】
　請求項２記載の燃料集合体において、前記第３の燃料棒のその他の領域に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は全て前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度であることを特徴とする燃料集合体。
　【請求項９】
　請求項１記載の燃料集合体において、前記第３の燃料棒の前記第１の燃料棒に対する本数割合は８０％以上であることを特徴とする燃料集合体。
　【請求項１０】
　請求項１記載の燃料集合体において、前記第１の燃料棒は、充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度が燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より低い複数の第４の燃料棒を含み、前記第４の燃料棒は前記正方格子状の配列のコーナー領域に配置されていることを特徴とする燃料集合体。
　【請求項１１】
　請求項１記載の燃料集合体において、前記中性子減速棒の減速材横断面積は７〜１４ｃｍ２であることを特徴とする燃料集合体。
　【請求項１２】
　請求項１記載の燃料集合体において、前記中性子減速棒は、前記燃料棒を７〜１７本配置可能な領域に配置されていることを特徴とする燃料集合体。
　【請求項１３】
　請求項１記載の燃料集合体において、前記中性子減速棒は炉心流量によって軸方向水位が変わるスペクトルシフトロッドであることを特徴とする燃料集合体。
　【請求項１４】
　請求項１記載の燃料集合体において、前記多数の燃料棒の格子配列数が９×９又はそれ以上であることを特徴とする燃料集合体。
　【請求項１５】
　請求項１記載の燃料集合体において、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、前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６であることを特徴とする燃料集合体。
　【請求項１６】
　軽水を冷却材とする原子炉の炉心において、請求項１〜１５のいずれか１項記載の燃料集合体を含むことを特徴とする炉心。
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　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及び炉心に関する。
　【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】
　▲１▼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。
　【０００５】
　▲２▼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】
　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６３−１３３０８６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、平均濃縮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及び炉心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、本発明によれば、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にあり；（ｃ）前記第１の燃料棒は、充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度が燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高い複数の第３の燃料棒を含み、
かつその燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高いウラン濃縮度の燃料ペレットのウラン濃縮度は全て前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度であり、
　【００１５】
　上記燃料集合体において、好ましくは、前記多数の燃料棒は、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ている。この場合、好ましくは、上下端部の領域は天然ウランブランケットである。また、好ましくは、前記その他の領域における前記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以下である。また、好ましくは、前記燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度が４．５ｗｔ％以上である。この燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度は４．３ｗｔ％以上であってもよい。
　【００１６】
　また、上記燃料集合体において、好ましくは、前記第２の燃料棒は前記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。
　【００１７】
　また、好ましくは、前記第３の燃料棒のその他の領域に充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度は全て前記燃料ペレットの最高ウラン濃縮度である。
　【００１８】
　また、好ましくは、前記第３の燃料棒の前記第１の燃料棒に対する本数割合は８０％以上である。
　【００１９】
　また、好ましくは、前記第１の燃料棒は、充填されている燃料ペレットのウラン濃縮度が燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より低い複数の第４の燃料棒を含み、前記第４の燃料棒は前記正方格子状の配列のコーナー領域に配置されている。
　【００２０】
　更に、上記燃料集合体において、好ましくは、前記中性子減速棒の減速材横断面積は７〜１４ｃｍ２である。また、好ましくは、前記中性子減速棒は、前記燃料棒を７〜１７本配置可能な領域に配置されている。前記中性子減速棒は炉心流量によって軸方向水位が変わるスペクトルシフトロッドであってもよい。
　【００２１】
　また、上記燃料集合体において、好ましくは、前記多数の燃料棒の格子配列数が９×９又はそれ以上である。
　更に、上記燃料集合体において、好ましくは、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、前記最高ウラン濃縮度の０．８４〜０．９６である。
　【００２２】
　【作用】
　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。
　【００２３】
　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。
　【００２４】
　燃料集合体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）より高い
ウラン濃縮度の燃料ペレットを充填し、かつその燃料ペレットのウラン濃縮度を全て燃料ペレットの最高ウラン濃縮度とした
　【００２５】
　以上により、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も、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る。
　【００２６】
　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。
　【００２７】
　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が４ｗｔ％以上になる。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、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４．５ｗｔ％以上にする必要がある。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、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％以上にする必要がある。
　【００２８】
　可燃性吸収材を含む第２の燃料棒を正方格子状の配列の最外周を除いた領域に配置することにより、制御棒価値の低下が防止される。
　【００２９】
　第３の燃料棒の上下端部
に低濃縮度領域を設けた場合は、その上下端部
　【００３０】
　第３の燃料棒の第１の燃料棒に対する本数割合を８０％以上とすることにより、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を４ｗｔ％以上にする効果が増大する。
　【００３１】
　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低い複数の第４の燃料棒を正方格子状の配列のコーナー領域に配置することにより、比較的中性子減速が起こりやすく出力が大きくなりやすいコーナー領域付近のローカルピーキング係数が小さくなる。
　【００３２】
　中性子減速棒の減速材横断面積を７〜１４ｃｍ２とすることにより、ウラン濃縮度を増した燃料集合体において減速材対燃料比が大きくなり、このため燃料集合体の中性子無限増倍率はその濃縮度における最大値付近となり、燃料経済性が向上する。
　【００３３】
　中性子減速棒を燃料棒を７〜１７本配置可能な領域に配置することにより、ウォオータロッド領域を、隣接する４つの燃料格子のうち少なくとも２つ以上にウォータロッド領域が位置するように配置することで、１０×１０の燃料棒配列を有する燃料集合体では２×２相当の大きさの大型円形ウォータロッドが３本又は４本配置でき、９×９の燃料棒配列の燃料集合体では２本配置できる。また、１１×１１の燃料棒配列を有する燃料集合体では３×３相当の大きさの大型円形ウォータロッドが２本配置できる。このため、燃料棒冷却効果の小さな冷却材流路面積が減少し、限界出力が増大する。
　【００３４】
　中性子減速棒を炉心流量によって軸方向水位が変わるスペクトルシフトロッドにすることにより、炉心流量によって中性子減速効果が調整され、反応度制御あるいは出力制御に活用できる。
　【００３５】
　燃料棒の格子配列数が９×９又はそれ以上にすることにより、燃料集合体を構成する燃料棒の層の数が増えるため、燃料を燃料集合体内に分布させる自由度が高くなる。このため、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を４ｗｔ％以上にするのに必要な構成を採用すること、即ち、可燃性吸収材を含む第２の燃料棒を最外周に配置せずに燃料棒全本数の２０％〜３０％とすることや、燃料集合体の一横断面での平均ウラン濃縮度より高いペレット濃縮度を有する第３の燃料棒を第１の燃料棒の全本数の７５％以上とすることが容易となる。
　【００３６】
　【実施例】
　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。
　【００３７】
　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。
　【００３８】
　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は制御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。
　【００３９】
　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％間にある。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。
　【００４０】
　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。
　【００４１】
　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。
　【００４２】
　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。
　【００４３】
　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。
　【００４４】
　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。
　【００４５】
　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。
　【００４６】
　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を４．５ｗｔ％以上にすれば、燃料集合体平均ウラン濃縮度は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。
　【００４７】
　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。
　【００４８】
　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。
　【００４９】
　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。
　【００５０】
　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。
　【００５１】
　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。
　【００５２】
　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。
　【００５３】
　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。
　【００５４】
　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。
　【００５５】
　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。
　【００５６】
　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。
　【００５７】
　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。
　【００５８】
　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。
　【００５９】
　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。
　【００６０】
　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。
　【００６１】
　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。
　【００６２】
　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。
　【００６３】
　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。
　【００６４】
　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。
　【００６５】
　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０．８４〜０．９６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。
　【００６６】
　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。
　【００６７】
　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。
　【００６８】
　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。
　【００６９】
　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。
　【００７０】
　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。
　【００７１】
　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。
　【００７２】
　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。
　【００７３】
　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。
　【００７４】
　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。
　【００７５】
　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。
　【００７６】
　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。
　【００７７】
　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。
　【００７８】
　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。
　【００７９】
　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。
　【００８０】
　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。
　【００８１】
　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。
　【００８２】
　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は制御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。
　【００８３】
　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。
　【００８４】
　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。
　【００８５】
　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。
　【００８６】
　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。
　【００８７】
　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。
　【００８８】
　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，
　【００８９】
　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は制御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。
　【００９０】
　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。
　【００９１】
　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。
　【００９２】
　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。
　【００９３】
　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。
　【００９４】
　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。
　【００９５】
　　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。
　【００９６】
　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は制御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。
　【００９７】
　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。
　【００９８】
　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。
　【００９９】
　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。
　【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。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、特開平５−２３２２７３号公報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。
　【０１０１】
　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。
　【０１０２】
　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。
　【０１０３】
　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。
　【０１０４】
　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。
　【０１０５】
　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１７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。
　【０１０６】
　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。
　【０１０７】
　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。
　【０１０８】
　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。
　【０１０９】
　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。
　【０１１０】
　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は制御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。
　【０１１１】
　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のぺ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。
　【０１１２】
　横断面矩形のウォータロッド３０９は３×３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。
　【０１１３】
　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。
　【０１１４】
　【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