【事件の表示】
　特許第２９４２６２２号「原子炉用燃料集合体」の請求項１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２９４２６２２号の請求項１に係る特許を取り消す。
【理　由】
Ｉ．　手続の経緯
　特許第２９４２６２２号の請求項１に係る発明は、平成２年（１９９０年）１１月３０日に出願され、平成１１年６月１８日に設定登録され、その後、申立人原子燃料工業株式会社より特許異議の申立てがなされ、特許異議申立人への審尋に対して、平成１２年１０月２日付で回答書が提出された。
　そして、取消理由通知がなされ、その指定期間内である平成１２年１２月２２日に訂正請求がなされたものである。
　
II．　本件訂正請求の適否の検討
　平成１２年１２月２２日付訂正請求書による訂正請求の適否について以下検討する。
１．　訂正事項
　本件訂正は、つぎの訂正事項からなる。
　特許請求の範囲の請求項１の、及び、明細書７頁２行〜３行（本件特許公報２頁４欄２５行〜２６行）の、
「正方格子状に束ねた原子炉用燃料集合体において」を、
「正方格子状に束ね、かつ前記ＭＯＸ燃料棒４本分以上のウオータロッドを有してなる原子炉用燃料集合体において」
と訂正する。
　
２．訂正の目的
　上記訂正事項は、特許請求の範囲の「正方格子状に束ねた原子炉用燃料集合体」を、「ＭＯＸ燃料棒４本分以上のウオータロッド」を有してなるものに限定するものであるから、特許請求の範囲の減縮を目的とするものである。
　
３．明細書の記載事項の範囲
　本件特許発明の実施例を説明する第１図、第５図および第６図にはＭＯＸ燃料棒４本分のウォータロッドを有してなる燃料集合体が図示されており、同じく第７図にはＭＯＸ燃料棒７本分のウォータロッドを有してなる燃料集合体が図示されており、本件特許明細書に記載された実施例は全てＭＯＸ燃料棒４本分以上のウォータロッドを有してなる燃料集合体である。そして、明細書９頁５行〜１０行（本件特許公報３頁５欄２５行〜２６行）に「ＭＯＸ燃料棒が大部分を占める燃料集合体内部では、少なくとも燃料棒４本分以上の太径のウオータロッドを用いて燃料集合体中央部の中性子スペクトルを軟化させ、スペクトルの場所依存性を押さえる方が局所ピーキング係数の低減上望ましい。」と記載されている。
　したがって、この訂正事項は、願書に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内の訂正である。
　
４．　拡張・変更
　　上記訂正事項は、実質上特許請求の範囲を拡張するものでなく、そして、変更するものでもない
　
５．　訂正事項の検討結果
　以上検討したところによれば、本件訂正は、特許法１２０条の４第２項及び第３項の規定に適合している。
　
III．　本件特許発明
　本件特許発明は、本件訂正明細書の特許請求の範囲の請求項１の記載事項により構成される、次のとおりのものである。
「【請求項１】
　　プルトニウムを富化したＭＯＸ燃料棒を、正方格子状に束ね、かつ前記ＭＯＸ燃料棒４本分以上のウオータロッドを有してなる原子炉用燃料集合体において、前記ＭＯＸ燃料棒のうち、正方格子状配置における最外周位置の燃料棒に含まれる核分裂性物質量の平均値に対し、最外周位置の燃料棒を除く他の内側配置の燃料棒に含まれる核分裂性物質量の平均値を、１．８５ないし２．１５の範囲内の比率に設定したことを特徴とする原子炉用燃料集合体。」
　
IV．当審の判断
１．　取消理由通知の概要
　取消理由通知の概要は、次のとおりである。
「　引用刊行物
（１）刊行物１：特開昭５９−７２０８８号公報　
(２)刊行物２：
　IAEA−175, PLUTONIUM UTILIZATION IN THERMAL POWER REACTORS，PROCEEDINGS，KARLSRUHE，２５−２９  NOVEMBER １９７４，ｐ１５２−ｐ１６８
（３）刊行物３：特開昭５５−４７４８９号公報
（４）刊行物４：特開昭５８−２６２９２号公報
(５)刊行物５：
　STATUS OF FUEL ASSEMBLY DESIGN AND CORE MANAGEMENT EXPERIENCE WITH MOX FUEL IN THE FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY FOR SIEMENS ／ KWU TYPE LWRs， RECYCLING OF PLUTONIUM AND URANIUM IN WATER REACTOR FUELS， IAEA Meeting in CADARACHE，FRANCE，１３−１６ NOVEMBER １９８９，ｐ３０１−ｐ３０６
　
　　本件請求項１の発明は、本件出願日前に頒布された、上記刊行物１〜刊行物２に記載された発明と同一である。あるいは、本件請求項１の発明は、上記刊行物１〜刊行物５に記載の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。
　したがって、本件請求項１の発明に係る特許は、特許法２９条の規定に違反してされたものである。　」
　
２．　引用刊行物の記載事項
　前記引用刊行物には、次の事項が記載されている。
（１）　刊行物１の記載事項
（１ａ）　プルトニウム燃料（２頁右下欄１〜１５行）
「　このようなプルトニウム燃料を軽水炉用を燃料として使用可能にする１つの方法は、燃料集合体１体あたりのプルトニウムを含む燃料棒の本数を少なくすることであり、このプルトニウムを含む燃料棒の本数が少ないほどプルトニウム燃料の特性はウラン燃料の特性に近付いてくることは明らかである。
　しかしながら、よく知られているようにプルトニウム同位体は化学的に毒性が強く、そのうえα線およびγ線を放出するため、プルトニウム燃料の製造および取扱いはウラン燃料の場合に比べて非常に複雑であり、従って、１つの燃料集合体にプルトニウムをできるだけ多く装荷し、これによりプルトニウムを含む燃料集合体の数をできるたけ少なくすることが望ましい。」
　
（１ｂ）  燃料集合体にプルトニウムを装荷する方法（２頁右下欄１６行〜３頁右上欄１１行）
「　従来、燃料集合体にプルトニウムを装荷する方法として、　（イ）燃料集合体内の中央付近に酸化ウランと酸化プルトニウムとからなる燃料棒（以下混合燃料棒と称す）を配置し、酸化ウランのみからなる燃料棒（以下ウラン燃料棒と称す）で周りを囲む方法、および　（ロ）中央付近にウラン燃料棒を配置して周辺部に混合燃料棒を配置する方法、の２つが主なものとして考えられてきた。
　（イ）の場合、周辺部にウラン燃料棒を配置することにより、制御棒価値の低下を小さくすることができるが、混合燃料棒を中央部付近に配置すると、必然的に燃料集合体に装荷できるプルトニウム量は制限され、ウラン燃料棒だけで構成した燃料集合体に近くなる。
　一方、（ロ）の場合、混合燃料棒を周辺部に配置するため制御棒の価値が低下するが、混合燃料棒は減速材である水ギャップに面しているので、混合燃料棒が吸収する中性子は、第１図に示された、240Ｐｕおよび243Ｐｕの共鳴吸収のピークが存在するエネルギー領域（約１〜３ｅＶ）や、第２図に示すように、239Ｐｕのη値が極小値をとり、かつ235Ｕのη値よりも小さくなるエネルギー領域よりもエネルギーの低いエネルギー領域まで減速されたものの割合が大きくなる。従って中性子は240Ｐｕおよび242Ｐｕの共鳴基吸収を逃れることができ、かつ239Ｐｕの熱中性子に対するη値が235Ｕよりも大きいという特性を生かすことができる。
　ここで、η値とは、中性子吸収断面積σａ，核分裂断面積σｆ、該分裂１回あたりの放出中性子個数νを用いて、η＝ν・σｆ／σａで定義される量であり、入射中性子１個に対する放出中性子の個数を示す値である。
　また、周辺部に混合燃料棒を配置することによつて、燃料集合体あたり装荷できるプルトニウム量を多くできる。」
　
（１ｃ）  刊行物１発明の目的（３頁右上欄１３行〜３頁左下欄２行）
「　本発明はかかる従来の事情に対処してなされたもので、制御棒挿入側の周辺部にウラン燃料棒を配置し、その他の部分には混合燃料棒を配置することにより、制御棒価値の低下を小さく抑えることができるとともに、できる限り多量のプルトニウムを装荷でき、かつ240Ｐｕおよび242Ｐｕの共鳴吸収を逃れ、かつ239Ｐｕが235Ｕよりも熱中性子に対するη値が大きいという特性を行かすことできる燃料集合体を提供することを目的とする。」
　
（１ｄ）　刊行物１発明の概要（３頁左下欄４〜１１行）
「　本発明の燃料集合体は、核分裂性物質として酸化プルトニウムと酸化ウランの混合物もしくは酸化ウランの単独を含有する燃料棒を格子状に複数配列した燃料集合体において、前記集合体内の制御棒挿入側の周辺部に酸化ウラン単独の燃料棒を配置し、その他の部分には酸化プルトニウムと酸化ウランの混合物からなる燃料棒を配置したことを特徴とするものである。」
　
（１ｅ）　刊行物１発明の燃料集合体の第１実施例（第３図）（３頁左下欄１５行〜右下欄５行）
「　第３図に本発明の燃料集合体の一実施例を示す。図において符号１は沸騰水形軽水炉の制御棒で、燃料集合体２はチャンネルボックス３、ウオーターロッド４および燃料棒５，６，７，８，９，１０，１１より構成される。
　そして、燃料集合体２の内側に配置される燃料棒のペレットには核分裂性物質が多く、外側に配置される燃料棒のべレットには核分裂性物質が少なくなるように調整される。こうすることにより燃料集合体２内の相対出力分布はかなり平坦になり、燃料集合体の健全性が保たれる。」
　
（１ｆ）　刊行物１発明の燃料集合体の第２実施例（第４図）（５頁左下欄１１〜１３行）
「　第４図は本発明の燃料集合体の第２の実施例を示す横断面図。」
　
（１ｇ）  第８図（５頁左下欄１６〜１８行）
「　第８図は第４図に示した燃料集合体をウオーターロッドに関して１８０度回転させたものを示す横断面図である。」
　
（１ｈ）  刊行物１発明の効果（５頁右上欄１０行〜左下欄４行）
「　以上の説明から明らかなように本発明の燃料集合体は、制御棒押入側の最外周第１層にウラン燃料棒が配置されているため、制御棒価値の低下が小さく抑えられるとともに、制御棒挿入側と反対側の最外周第１層には混合燃料棒が配置されているため、中性子が水ギャップによって239Ｐｕ、240Ｐｕおよび242Ｐｕの共鳴吸収があるエネルギー領域よりも低いエネルギー領域まで減速され、従ってほとんど共鳴捕獲である240Ｐｕおよび242Ｐｕの共鳴吸収を逃れることができ、かつη値が極小値となる239Ｐｕの約０．３ｅＶの共鳴吸収を逃れることにより、239Ｐｕが235Ｕよりも大きなη値を有するという特性を生かすことができる。」
　
（２）　刊行物２の記載事項
（２ａ）  全ＭＯＸ型の燃料集合体
  刊行物２の１６０頁のＦ ｉ ｇ．１には、６×６正方格子状に束ねた全ＭＯＸ型の燃料集合体が、図示されている。この全ＭＯＸ型の燃料集合体は、３５本の燃料棒と１本のウォータロッドからなっている。
（２ｂ）  「最外周位置」と「内側配置」とにおける核分裂性物質量
  刊行物２のＦ ｉ ｇ．１のプルトニウムを富化したＭＯＸ燃料棒を含む燃料棒を、正方格子状に束ね、かつウオータロッドを有してなる原子炉用燃料集合体において、前記ＭＯＸ燃料棒のうち、正方格子状配置における最外周位置の燃料棒に含まれる核分裂性物質量の平均値に対し、最外周位置の燃料棒を除く他の内側配置の燃料棒に含まれる核分裂性物質量の平均値の比は、「１．９３」である、原子炉用燃料集合体が記載されている。（算出については異議申立人の提出した回答書参照。）
　
（３）　刊行物３の記載事項
　刊行物３に、８×８正方格子状のウラン燃料集合体について、第４図、第５図、第６図に図示され、正方格子状配置における最外周位置の燃料棒に含まれる核分裂性物質量の平均値に対し、最外周位置の燃料棒を除く他の内側配置の燃料棒に含まれる核分裂性物質量の平均値の比が大きな例が示されているが、ＭＯＸ燃料棒集合体については記載されていない。
  第４図、第５図、第６図の燃料集合体は、ウォータロッド１５を２本有している。
　
（４）　刊行物４の記載事項
（４ａ）  ウラン燃料集合体
　刊行物４に、８×８正方格子状のウラン燃料集合体について、第３図、第４図に図示され、集合体の燃料棒の含有物質濃度を調整して集合体の無限増倍率を調整した集合体が記載されているが、ＭＯＸ燃料棒集合体については記載されていない。
  第３図、第４図の燃料集合体は、ウォータロッド４２を２本有している。
　
（５）　刊行物５について、
（５ａ）　ＭＯＸ燃料集合体におけるウオータチャンネル（３０３頁右下欄）
「　ＢＷＲにおいても、加工、輸送、バックエンドの理由から、少数の取替燃料集合体にＭＯＸ燃料棒を集中する方法がとられている。ただし、ＭＯＸ燃料集合体でもガドリニア入り燃料棒については、特別にＵ−Ｐｕ−Ｇｄ燃料を開発するよりも、既存のＵ−Ｇｄ燃料棒を利用している。Ｆｉｇ．５は９×９−９Ｑ型ＭＯＸ燃料集合体の設計例であり、劣化ウランを母材とした、核分裂性プルトニウム濃度の異なる４種類のＭＯＸ燃料棒を用いている。１２本のＵ−Ｇｄ燃料棒は燃料中央部の燃料棒９本分の領域を占めるウオータチャンネルの周りに配置されている。ウオータチャンネルはＭＯＸ燃料における出力分布の平坦化、及び減速の改善に寄与している。また、ボイド係数、及び運転−停止反応度差の改善にも寄与している。」
　
（５ｂ）Ｆｉｇ．５のＭＯＸ燃料集合体における核分裂性物質量の比（３０４頁左上）
  　刊行物５のＦ ｉ ｇ．５の「燃料棒に含まれる核分裂性物質量」の「最外周位置」と「内側配置」とにおける平均値の比は、「１．５８」である。
　
３．　本件発明の概要
　本件発明は、本件訂正明細書に次のように説明されている。
３．１　従来の技術（第１〜２頁）
「　近年、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）では、資源の有効利用やエネルギーセキュリティ等の観点から使用済み燃料の再処理により回収されたプルトニウム（Ｐｕ）を、ウラン（Ｕ）との混合酸化物（ＭＯＸ燃料）として使用することが検討されている（以下、ＵＯ2を用いた燃料棒、燃料集合体をウラン燃料棒、ＵＯ2燃料と記す一方、ＭＯＸを用いた燃料棒、燃料集合体をそれぞれＭＯＸ燃料棒、ＭＯＸ燃料と記す）。
　ただし、プルトニウムは被曝防止や核不拡散の立場から、保守管理、計量管理が厳重であり、取扱いには多くの配慮を払わなければならない。したがって、プルトニウムを含む燃料集合体は、炉心運転上の安全性を損なわない範囲内で燃料集合体１体当りに含まれるプルトニウムの割合をできるだけ高くし、取扱う燃料集合体の数を減らすことが望まれる。
　この意味では、ガドリニウム（Ｇｄ）入り燃料棒（Ｇｄ棒）を除く全てのウラン燃料棒（ＵＯ2棒）をプルトニウムで富化し、いわゆる全ＭＯＸ型燃料とすることが有利であり、現在、この全ＭＯＸ型の燃料集合体を用いる計画が進められている。なお、Ｇｄ棒にプルトニウムを富化しない理由は、過去の照射実績がないこと、および燃料成型加工費の増加を避けるためである。
　全ＭＯＸ型の燃料集合体は例えば８×８型で、６０本の燃料棒（ＭＯＸ棒が４６本、Ｇｄ棒が１４本）と、一本のウオータロッドとを、チャンネルボックス内に配置した構成とされている。
　燃料集合体と他の燃料集合体の間には、十字型の制御棒あるいは計装管を配置するため、一定の幅を持つ水ギャップ領域が形成される。
　チャンネルボックス内の冷却材は、運転時には蒸気を含んだ二層流となるが、水ギャップ領域の冷却材は燃料棒で直接加熱されないため、蒸気は発生しない。このため、水ギャップ領域における水素の原子数密度が大きく、これにより、ＢＷＲの燃料集合体の熱中性子束は場所によって大きく異なる（第４図参照）。」
　
３．２　発明が解決しようとする課題（第２〜３頁）
「　一般にＭＯＸ燃料では、239Ｐｕ，241Ｐｕ等の熱核分裂性のプルトニウム（Ｐｕｆ）が、235Ｕよりも熱中性子吸収断面積が大きいことにより、水ギャップ領域で減速された熱中性子が、最外周の燃料棒に吸収され易く、燃料集合体内部まで届きにくくなる。したがって、ＵＯ2燃料と比べて熱中性子の勾配（第４図参照）が増加し、出力の場所による違いが大きくなるため、ＭＯＸ燃料の方が局所ピーキング係数（集合体燃料棒の平均出力に対する最大出力の比）（ＬＰＦ）が大きくなる。
　従来の一般的なＵＯ2燃料では、サイクル初期のみの局所ピーキング係数を低減すれば、サイクル全体を通じての局所ピーキング係数は略満足できる燃料が得られた。しかしながら、前述のように、ＭＯＸ燃料は、ＵＯ2燃料に比べてサイクル全体を通じて局所ピーキング係数が増加しやすく、特にサイクル初期のみの局所ピーキング係数を低減する従来の設計手法では、サイクル後半の局所ピーキング係数を悪化させる場合があった。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、運転サイクル全体を通じて、最大線出力密度の制限を満足できる望ましい局所ピーキング係数の燃焼変化が得られる原子炉用燃料集合体を提供することを目的とする。」
　
３．３　課題を解決するための手段および作用（第３頁７〜２６行）
「　ＭＯＸ燃料では、ＵＯ2燃料よりも熱中性子の吸収量が増加し、中性子のエネルギスペクトルが硬くなるため、熱中性子の吸収体であるＧｄ棒の反応度価値が小さくなる。したがって、運転サイクル初期の反応度をＵＯ2燃料の場合と同程度とするためにはＧｄ棒の本数を増す必要があるが、これは燃料集合体内のＧｄ棒による出力の窪みを増加させ、サイクル初期（ＢＯＬ）の局所ピーキング係数を悪化させることになる。なお、通常の設計では、ＵＯ2燃料およびＭＯＸ燃料のいずれの場合でも、サイクル初期においては、スペクトルが軟らかい燃料集合体周辺部の燃料棒で出力のピークが出る場合が多い。
　一方、冷却材から離れた燃料集合体内部の燃料棒はスペクトルが硬く、燃焼が進まない（同時に、238Ｕから239Ｕへの転換が進む）ため、サイクル後半においては、スペクトルが軟らかく、燃焼の進んだ燃料集合体周辺部の燃料棒に比べて相対出力が大きくなる。ＭＯＸ燃料の場合は、ＵＯ2燃料と比べて、中性子のスペクトルの場所依存性が強いため、燃料集合体周辺部と内部との燃焼の進み方の差がさらに大きくなり、サイクル後半において、燃料集合体内部の燃料棒の局所ピーキング係数が増加し、設計上で問題となる場合が生じ易い。
　そこで、ＭＯＸ燃料の設計時においては、最大線出力密度の制限を満足させるため、核分裂物質の配置、特にサイクル初期で局所ピーキングの大きい燃料集合体周辺部の核分裂物質量と、サイクル後期で局所ピーキングの大きい燃料集合体内部の核分裂物質量との関係について、ＵＯ2燃料の場合よりもさらに注意を払う必要がある。」
　
３．４  最外周位置と内側配置とにおける燃料棒に含まれる核分裂性物質量の平均値の比（第３頁２７行〜第４頁２５行）
「　本発明は以上の知見に基づいて完成されたものである。すなわち本発明に係る原子炉燃料集合体は、プルトニウムを富化したＭＯＸ型燃料棒を、正方格子状に束ね、かつ前記ＭＯＸ燃料棒４本分以上のウオータロッドを有してなる原子炉用燃料集合体において、前記ＭＯＸ型燃料棒のうち、正方格子状配置における最外周位置の燃料棒に含まれる核分裂性物質（235Ｕ，239Ｐｕおよび241Ｐｕ）量の平均値に対し、最外周位置の燃料棒を除く燃料集合体の内側配置の燃料棒に含まれる核分裂性物質量の平均値を、１．８５ないし２．１５の範囲内の比率に設定したことを特徴とする。
　前記比率が１．８５よりも小さいと、燃料集合体周辺部に核燃料（235Ｕ，239Ｐｕおよび241Ｐｕ等）を多く配置することになり、サイクル初期での局所ピーキング係数が厳しくサイクル初期の最大線密度が大きくなる。
　逆に、前記比率が２．１５を越えると、燃料集合体内部に核燃料を多く配置することになり、サイクル初期だけでなく、サイクル後半の局所ピーキング係数が増加し、サイクル全体の最大線密度が大きくなる。つまり、前記比率が高過ぎると、反応度価値の低い燃料集合体内部の核分裂物質量が増加することになるので、炉心平均燃焼後時の無限増倍率を損失することになり、核燃料の燃焼効率が低下する。
　なお、前記燃料棒としては、Ｇｄ棒は除外する。通常Ｇｄ棒は相対出力が小さく、局所ピーキング係数上ほとんど問題とはならないから、前記比率の計算対象から除くこととする。
　このように構成された本発明の燃料集合体によると、冷却材密度が高く、スペクトルが軟らかい燃料集合体外周部での燃焼と、冷却材密度が低くスペクトルが硬い燃料集合体内部での燃焼とが、燃焼期間を通じてバランスよく進み、局所ピーキング係数の燃焼変化が望ましい形となる。
　したがって、本発明の燃料集合体を装荷した炉心での最大線出力密度は、運転サイクル全体を通じて略平坦となり、サイクルを通じての最大値が小さくなる望ましい燃焼変化を示すようになる。　これにより、熱的余裕を増加することができ、設計の自由度、運転の融通性を高めることができる。」
　
３．５  燃料棒４本分以上の太径のウオータロッド（第４頁２７行〜第５頁２行）
「　なお、現行プラントのＵＯ2燃料と同様にウオータロッドの面積を燃料棒２本分とする構成では、燃料集合体中央部の熱中性子の落込みが大きい（第４図参照）。そこで、ＭＯＸ燃料棒が大部分を占める燃料集合体内部では、少なくとも燃料棒４本分以上の太径のウオータロッドを用いて燃料集合体中央部の中性子スペクトルを軟化させ、スペクトルの場所依存性を押さえる方が局所ピーキング係数の低減上望ましい。」
　
４．　本件特許発明と刊行物１記載の発明との対比
４．１　　対応関係
　ここで、本件特許発明と刊行物１記載の発明とを対比する。
（１）  原子炉用燃料集合体
　本件発明の「燃料集合体」は、「プルトニウムを富化したＭＯＸ燃料棒を、正方格子状に束ね、かつ前記ＭＯＸ燃料棒４本分以上のウオータロッドを有してなる原子炉用燃料集合体」である。
  刊行物１発明の「燃料集合体」は、「核分裂性物質として酸化プルトニウムと酸化ウランの混合物もしくは酸化ウランの単独を含有する燃料棒を格子状に複数配列した燃料集合体」であり（前記（１ｄ）参照）、「ウオーターロッド４」を有する（前記（１ｅ）参照）。
　刊行物１に記載された「ウオーターロッド４」は、燃料棒２本分であり、刊行物１には、「ＭＯＸ燃料棒４本分以上のウオータロッド」について記載されていない。
　
（２）  ウラン燃料の配置
　本件特許発明は、「全ＭＯＸ燃料を使用することが有利であり、現在、この全ＭＯＸ型燃料を用いる計画が進められている」という状況下でされた発明であり（本件特許公報３欄１行〜４行参照）、本件特許発明では、「酸化ウラン単独の燃料棒を配置」することを必須の構成とするものでなく、本件特許発明の第１実施例の態様（第３図）では、「ウラン燃料棒Ｕ１、Ｕ2」は「前記集合体内の周辺部」に配置されていない。
　一方、刊行物１記載の発明は、「前記集合体内の制御棒挿入側の周辺部に酸化ウラン単独の燃料棒を配置」することを必須の構成としているものである。
　しかしながら、本件特許発明は、全ＭＯＸ型燃料を使用するものに限定されるものでなく、第２実施例の態様（第５図）では、「ウラン燃料棒Ｕ１、Ｕ2」は「前記集合体内の制御棒挿入側の周辺部に」配置されている。
　そして、特許権者も、本件特許発明が全ＭＯＸ型燃料を使用するものに限定されるものでないことは、特許異議意見書において認めているところである。（同書第３頁２２〜２７行参照）
　
（３）  集合体内の内側、外側配置
　本件特許発明は、「ＭＯＸ燃料棒のうち、正方格子状配置における最外周位置の燃料棒に含まれる核分裂性物質量の平均値に対し、最外周位置の燃料棒を除く他の内側配置の燃料棒に含まれる核分裂性物質量の平均値を、１．８５ないし２．１５の範囲内の比率」に設定するものである。
　本件特許発明は、「燃料集合体周辺部の核分裂性物質量に対する燃料集合体内部の核分裂性物質量の平均値の比率」を調整することにより、燃料集合体の外周部と内部とにおける燃焼をバランスよく進ませ、局所ピーキング係数の燃焼変化を望ましい形とすることができ、最大線出力密度を運転サイクル全体を通じて略平坦で小さくすることができる。これにより、熱的余裕を増加することができ、設計の自由度、運転の融通性を高めることができる、という効果を奏するものである（前記３．４参照）。
　
  一方、刊行物１の第３図の「燃料集合体２」の「内側に配置される燃料棒」のペレットには核分裂性物質が多く、「外側に配置される燃料棒」のペレットには核分裂性物質が少なくなるように調整され、こうすることにより「燃料集合体２」内の相対出力分布はかなり平坦になり、燃料集合体の健全性が保たれる（前記（１ｅ）参照）。
  そして、特許異議申立人提出の回答書にも計算されているように、「前記ＭＯＸ燃料棒のうち、『正方格子状配置における最外周位置の燃料棒』に含まれる核分裂性物質量の平均値に対し、『最外周位置の燃料棒を除く他の内側配置の燃料棒』に含まれる核分裂性物質量の平均値」は、刊行物１の第１実施例（第３図）では、「２．０７」であり、刊行物１の第２実施例（第３図）では、「２．０２」である。
　
４．２　一致点
　そうすると、本件特許発明は、刊行物１記載の発明と、次の点で一致する。
＜一致点＞
「　プルトニウムを富化したＭＯＸ燃料棒を、正方格子状に束ね、かつウオータロッドを有してなる原子炉用燃料集合体において、前記ＭＯＸ燃料棒のうち、正方格子状配置における最外周位置の燃料棒に含まれる核分裂性物質量が多く、最外周位置の燃料棒を除く他の内側配置の燃料棒に含まれる核分裂性物質量が少なくなるように調整された、原子炉用燃料集合体。」
　
４．３　相違点
　そして、本件特許発明と刊行物１発明とは、次の点で一応相違する。
＜相違点１＞
　「最外周位置」の燃料棒に含まれる核分裂性物質量と「内側配置」の燃料棒に含まれる核分裂性物質量との調整について、本件特許発明では、両者の燃料棒中における核分裂性物質量の平均値で、「１．８５ないし２．１５の範囲内の比率」に設定するのに対し、刊行物１におけるその平均値はこの範囲内にあるが、刊行物１には、その範囲の上限、下限の数値が記載されていない点。
＜相違点２＞
　原子炉集合体中の「ウオータロッド」が、本件特許発明において、「ＭＯＸ燃料棒４本分以上」であるのに対し、刊行物１に記載のものは、燃料棒２本分である点。
　
４．４　相違点についての検討
（１）　相違点１について
　本件特許発明で、「最外周位置」と「内側配置」とにおける「核分裂性物質量」の調整は、運転サイクル全体を通じて、最大線出力密度の制限を満足できる望ましい局所ピーキング係数の燃焼変化が得られる原子炉用燃料集合体を提供することを目的とするものである。これに対して、刊行物１記載の発明での調整は、燃料集合体内の相対出力分布はかなり平坦になり、燃料集合体の健全性が保たれる、というものである（前記（１ｅ）参照）。
　両発明の目的を対照すると、刊行物１記載の「核分裂性物質量」の調整による、かなり平坦になる「燃料集合体内の相対出力分布」や、「燃料集合体の健全性」がサイクル初期のみに限られる作用効果であると解すべき記載は刊行物１にはなく、燃料棒の「最外周位置」と「内側配置」とにおける「核分裂性物質量」の調整において、燃料集合体内の相対出力分布を平坦化し、燃料集合体の健全性を保つという点で、両発明は軌を一にしている。そして、刊行物１記載の発明における「核分裂性物質量」の「最外周位置」と「内側配置」とにおける平均値の比は、「２．０７」又は「２．０２」であり、本件特許発明の平均値比の範囲内にある。
　そうすると、「核分裂性物質量」の「最外周位置」と「内側配置」とにおける「平均値」の比という点では、両発明は実質的に一致している、というのが相当である。刊行物１に、その「平均値」の比の範囲の上限値、下限値が記載されていないことは、実質的な相違点ということができない。
　
（２）　相違点２について
  本件特許発明において、「ＭＯＸ燃料棒４本分以上」とする構成をとるのは、「現行プラントのＵＯ2燃料と同様にウオータロッドの面積を燃料棒２本分とする構成では、燃料集合体中央部の熱中性子の落込みが大きい（第４図参照）。」という従来技術の問題点の解決を図るものであり、「ＭＯＸ燃料棒が大部分を占める燃料集合体内部では、少なくとも燃料棒４本分以上の太径のウオータロッドを用いて燃料集合体中央部の中性子スペクトルを軟化させ、スペクトルの場所依存性を押さえる方が局所ピーキング係数の低減上望ましい。」という理由による（前記３．５参照）。
  ところで、刊行物５には、ＭＯＸ燃料棒集合体において、燃料中央部の燃料棒９本分の領域を占めるウオータチャンネルが配置されている。そして、このウオータチャンネルはＭＯＸ燃料における出力分布の平坦化、及び減速の改善に寄与している、ことが開示されている（前記（５ａ）参照）。本件特許発明において、「太径のウオータロッド」を用いて、「燃料集合体中央部の中性子スペクトルを軟化させ、スペクトルの場所依存性を押さえ、局所ピーキング係数の低減する」ということは、刊行物５に記載の「燃料中央部のウオータチャンネル」により「ＭＯＸ燃料における出力分布の平坦化、及び減速の改善」を図るということに相当する。
　
（３）　相違点の検討結果
　そうすると、少なくともウラン燃料棒を併用する態様の本件特許発明は、刊行物１に記載されたＭＯＸ燃料棒を束ねた「原子炉用燃料集合体」の発明に、刊行物５に開示された「ＭＯＸ燃料棒集合体」における「太径のウオータロッド」の技術を適用して改善を図ったものに相当するものであり、本件特許発明は、刊行物１および刊行物５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。
　
５．まとめ
　  したがって、本件特許発明に係る特許は、特許法第２９条第２項の規定に違反してされたものである。
　
Ｖ．　むすび
　以上のとおりであるから、本件請求項１に係る発明についての特許は、特許法第１１３条第２号に該当し、取り消されるべきものである。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１３年３月１６日（２００１．３．１６）
【訂正の要旨】
　訂正の要旨
　特許請求の範囲の請求項１の、及び、明細書７頁２行〜３行（本件特許公報２頁４欄２５行〜２６行）の、
「正方格子状に束ねた原子炉用燃料集合体において」を、
「正方格子状に束ね、かつ前記ＭＯＸ燃料棒４本分以上のウオータロッドを有してなる原子炉用燃料集合体において」
と訂正する。
（５４）【発明の名称】
原子炉用燃料集合体
（５７）【特許請求の範囲】
［請求項１］
　プルトニウムを富化したＭＯＸ燃料棒を、正方格子状に束ね
、かつ前記ＭＯＸ燃料棒４本分以上のウォータロッドを有してなる
【発明の詳細な説明】
　〔発明の目的〕
　（産業上の利用分野）
　本発明は、原子炉用燃料集合体に係り、特にプルトニウムを富化した燃料棒を有する原子炉用燃料集合体に関する。
　（従来の技術）
　近年、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）では、資源の有効利用やエネルギーセキュリティ等の観点から、使用済み燃料の再処理により回収されたプルトニウム（Ｐｕ）を、ウラン（Ｕ）との混合酸化物（ＭＯＸ燃料）として使用することが検討されている（以下、ＵＯ２を用いた燃料棒，燃料集合体をそれぞれウラン燃料棒，ＵＯ２燃料と記す一方、ＭＯＸを用いた燃料棒，燃料集合体をそれぞれＭＯＸ燃料棒、ＭＯＸ燃料と記す）。
　ただし、プルトニウムは被曝防止や核不拡散の立場から、保守管理、計量管理が厳重であり、取扱いには多くの配慮を払わなければならない。したがって、プルトニウムを含む燃料集合体は、炉心運転上の安全性を損なわない範囲内で燃料集合体１体当りに含まれるプルトニウムの割合をできるだけ高くし、取扱う燃料集合体の数を減らすことが望まれる。
　この意味では、ガドリニウム（Ｇｄ）入り燃料棒（Ｇｄ棒）を除く全ての燃料棒をＭＯＸ燃料棒で構成し、いわゆる全ＭＯＸ型燃料とすることが有利であり、現在、この全ＭＯＸ型の燃料集合体を用いる計画が進められている。なお、Ｇｄ棒にプルトニウムを富化しない理由は、過去の照射実績がないこと、および燃料成型加工費の増加を避けるためである。
　全ＭＯＸ型の燃料集合体は例えば８×８型で、６０本の燃料棒（ＭＯＸ棒が４６本、Ｇｄ棒が１４本）と、一本のウォータロッドとを、チャンネルボックス内に配置した構成とされている。
　燃料集合体と他の燃料集合体の間には、十字型の制御棒あるいは計装管を配置するため、一定の幅を持つ水ギャップ領域が形成される。
　チャンネルボックス内の冷却材は、運転時には蒸気を含んだ二相流となるが、水ギャップ領域の冷却材は燃料棒で直接加熱されないため、蒸気は発生しない。このため、水ギャップ領域における水素の原子数密度が大きく、これにより、ＢＷＲの燃料集合体の熱中性子束は場所によって大きく異なる（第４図参照）。
　（発明が解決しようとする課題）
　一般にＭＯＸ燃料では、２３９Ｐｕ，２４１Ｐｕ等の熱核分裂性のプルトニウム（Ｐｕｆ）が、２３５Ｕよりも熱中性子吸収断面積が大きいことにより、水ギャップ領域で減速された熱中性子が、最外周の燃料棒に吸収され易く、燃料集合体内部まで届きにくくなる。したがって、ＵＯ２燃料と比べて熱中性子の勾配（第４図参照）が増加し、出力の場所による違いが大きくなるため、ＭＯＸ燃料の方が局所ピーキング係数（集合体燃料棒の平均出力に対する最大出力の比）（ＬＰＦ）が大きくなる。
　従来の一般的なＵＯ２燃料では、サイクル初期のみの局所ピーキング係数を低減すれば、サイクル全体を通じての局所ピーキング係数は、おおむね満足できる燃料が得られた。しかしながら、前述のように、ＭＯＸ燃料は、ＵＯ２燃料に比べてサイクル全体を通じて局所ピーキング係数が増加しやすく、特にサイクル初期のみの局所ピーキング係数を低減する従来の設計手法では、サイクル後半の局所ピーキング係数を悪化させる場合があった。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、運転サイクル全体を通じて、最大線出力密度の制限を満足できる望ましい局所ピーキング係数の燃焼変化が得られる原子炉用燃料集合体を提供することを目的とする。
　〔発明の構成〕
　（課題を解決するための手段および作用）
　ＭＯＸ燃料では、ＵＯ２燃料よりも熱中性子の吸収量が増加し、中性子のエネルギスペクトルが硬くなるため、熱中性子の吸収体であるＧｄ棒の反応度価値が小さくなる。したがって、運転サイクル初期の反応度をＵＯ２燃料の場合と同程度とするためにはＧｄ棒の本数を増す必要があるが、これは燃料集合体内のＧｄ棒による出力の窪みを増加させ、サイクル初期（ＢＯＬ）の局所ピーキング係数を悪化させることになる。なお、通常の設計では、ＵＯ２燃料およびＭＯＸ燃料のいずれの場合でも、サイクル初期においては、スペクトルが軟らかい燃料集合体周辺部の燃料棒で出力のピークが出る場合が多い。
　一方、冷却材から離れた燃料集合体内部の燃料棒はスペクトルが硬く、燃焼が進まない（同時に、２３８Ｕから２３９Ｕへの転換が進む）ため、サイクル後半においては、スペクトルが軟らかく、燃焼の進んだ燃料集合体周辺部の燃料棒に比べて相対出力が大きくなる。ＭＯＸ燃料の場合は、ＵＯ２燃料と比べて、中性子のスペクトルの場所依存性が強いため、燃料集合体周辺部と内部との燃焼の進み方の差がさらに大きくなり、サイクル後半において、燃料集合体内部の燃料棒の局所ピーキング係数が増加し、設計上で問題となる場合が生じ易い。
　そこで、ＭＯＸ燃料の設計時においては、最大線出力密度の制限を満足させるため、核分裂性物質の配置、特にサイクル初期で局所ピーキングの大きい燃料集合体周辺部の核分裂性物質量と、サイクル後期で局所ピーキングの大きい燃料集合体内部の核分裂性物質量との関係について、ＵＯ２燃料の場合よりもさらに注意を払う必要がある。
　本発明は以上の知見に基づいて完成されたものである。すなわち本発明に係る原子炉用燃料集合体は、プルトニウムを富化したＭＯＸ燃料棒を、正方格子状に束ね
、かつ前記ＭＯＸ燃料棒４本分以上のウォータロッドを有してなる
　前記比率が１．８５よりも小さいと、燃料集合体周辺部に核分裂性物質（２３５Ｕ，２３９Ｐｕおよび２４１Ｐｕ）を多く配置することになり、サイクル初期での局所ピーキング係数が厳しくサイクル初期の最大線密度が大きくなる。
　逆に、前記比率が２．１５を越えると、燃料集合体内部に核分裂性物質を多く配置することになり、サイクル初期だけでなく、サイクル後半の局所ピーキング係数が増加し、サイクル全体の最大線密度が大きくなる。さらに、前記比率が高過ぎると、反応度価値の低い燃料集合体内部の核分裂性物質量が増加することになるので、炉心平均燃焼後時の無限増倍率を損失することになり、核燃料の燃焼効率が低下する。
　なお、前記燃料棒としては、Ｇｄ棒は除外する。通常、Ｇｄ棒は相対出力が小さく、局所ピーキング係数上ほとんど問題とはならないから、前記比率の計算対象から除くこととする。
　このように構成された本発明の燃料集合体によると、冷却材密度が高く、スペクトルが軟らかい燃料集合体外周部での燃焼と、冷却材密度が低くスペクトルが硬い燃料集合体内部での燃焼とが、燃焼期間を通じてバランスよく進み、局所ピーキング係数の燃焼変化が望ましい形となる。
　したがって、本発明の燃料集合体を装荷した炉心での最大線出力密度は、運転サイクル全体を通じて略平坦となり、サイクルを通じての最大値が小さくなる望ましい燃焼変化を示すようになる。これにより、熱的余裕を増加することができ、設計の自由度、運転の融通性を高めることができる。
　なお、現行プラントのＵＯ２燃料と同様にウォータロッドの面積を燃料棒２本分とする構成では、燃料集合体中央部の熱中性子の落込みが大きい（第４図参照）。そこで、ＭＯＸ燃料棒が大部分を占める燃料集合体内部では、少なくとも燃料棒４本分以上の太径のウォータロッドを用いて燃料集合体中央部の中性子スベクトルを軟化させ、スペクトルの場所依存性を押さえる方が局所ピーキング係数の低減上望ましい。
　（実施例）
　以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
　＜実施例１＞
　第１図に本実施例による全ＭＯＸ型の燃料集合体を模式的に示す。この全ＭＯＸ型の燃料集合体１は８×８型で、６０本の燃料棒（Ｐｉ（ｉ＝１〜６）で示したＭＯＸ燃料棒２が４６本、Ｇｄ棒３が１４本）と、一本のウォータロッド４とを、チャンネルボックス５内に配置した構成とされている。
　燃料集合体１と他の燃料集合体との間には、十字型の制御棒６あるいは計装管が配置される。そこで、一定の幅を持つ水ギャップ領域７が形成されている。
　本実施例では、各チャンネルボックス５間の水ギャップ領域７が制御棒６のある側で大きい構造となっている。この燃料集合体１は水ギャップ領域７が非対称なので、制御棒６側のスペクトルが軟らかくなる。
　第８図（Ａ）の表に、この燃料の富化度分布を示す。この場合の燃料集合体周辺部の核分裂性物質量に対する燃料集合体内部の核分裂性物質量の平均値の比率は、１．９６である。この時、炉心での最大線出力密度は、運転サイクル全体を通じて略平坦となり、１１．９ｋＷ／ｆｔ程度の値となる。このような富化度分布の偏りによって、局所出力ピーキング係数が低下している。
　以上の燃料を基準燃料として、同じスプリットパターンで、核分裂性物質量の平均値の比率を変えた場合の燃料の局所ピーキング係数の燃焼変化を第２図に示す。
　第２図に示すように、基準燃料よりも核分裂性物質量の比率が小さい場合（第８図（Ｂ）の表参照）には、燃料集合体周辺部に核分裂性物質を多く配置することになり、サイクル初期での局所ピーキング係数が厳しくサイクル初期の最大線密度が大きくなる。
　逆に、前記比率が大きい場合（第８図（Ｃ）の表参照）には、燃料集合体内部に核分裂性物質を多く配置することになり、サイクル初期だけでなく、サイクル後半の局所ピーキング係数が増加し、サイクル全体の最大線密度が大きくなる。
　これらのＭＯＸ燃料を、それぞれ同一の炉心装荷パターンおよび制御棒パターンで運転した時の、サイクル全体を通じての最大線出力密度の最大値と、核分裂性物質量の比率との関係を第３図に示す。
　同図は、第８図（Ｂ）および同図（Ｃ）の表と同様に、比率を変えて調べたものである。これにより、最大線出力密度の設計目標値１２．２ｋＷ／ｆｔを満足させるためには、核分裂性物質量の比率を１．８５から２．１５の範囲に設定するのが望ましいことがわかる。
　なお、比率が大き過ぎると、反応度価値の低い燃料集合体内部の核分裂性物質量が増加することになるので、第４図に示したように、炉心平均燃焼時の無限増倍率を損失することになり、燃料の燃焼効率が低下する。
　＜実施例２＞
　第５図に実施例２による燃料集合体を模式的に示し、第９図にこの燃料の富化度分布を示す。なお、核分裂性物質量の比率は２．０３である。
　本実施例では、ＭＯＸ燃料棒の種類を減少させるために、燃料集合体コーナ部分にウラン燃料棒（Ｕ１，Ｕ２）を配置している。
　この場合の局所ピーキング係数における燃焼変化の形は最も望ましく、炉心での最大線出力密度は、１２．０ｋＷ／ｆｔとなる。
　＜実施例３＞
　第６図に実施例３による燃料集合体を模式的に示し、第１０図にこの燃料の富化度分布を示す。なお、核分裂性物質量の比率は１．９２である。
　本実施例では、チャンネルボックス間の水ギャップ領域が等間隔な燃料集合体の実施例を示す。炉心での最大線出力密度は、１２．０ｋＷ／ｆｔ程度となる。
　＜実施例４＞
　第７図に実施例４による燃料集合体を模式的に示し、第１１図にこの燃料の富化度分布を示す。なお、核分裂性物質量の比率は２．０１である。
　本実施例では、燃料集合体平均富化度を高めるため、９×９型としている。
　この場合も前記各実施例と同様に、局所ピーキング係数の燃焼変化は望ましい形となる。
　以上の各実施例で示したように、燃料集合体周辺部の核分裂性物質量に対する燃料集合体内部の核分裂性物質量の平均値の比率を１．８５から２．１５の範囲に設定することにより、望ましい局所ピーキング係数の燃焼変化を実現することが可能となる。
　〔発明の効果〕
　本発明によれば、燃料集合体周辺部の核分裂性物質量に対する燃料集合体内部の核分裂性物質量の平均値の比率を調整することにより、燃料集合体の外周部と内部とにおける燃焼をバランスよく進ませ、局所ピーキング係数の燃焼変化を望ましい形とすることができ、最大線出力密度を運転サイクル全体を通じて略平坦で小さくすることができる。これにより、熱的余裕を増加することができ、設計の自由度、運転の融通性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
　第１図は本発明に係る燃料集合体の実施例１による構成を示す模式図、第２図はその燃料集合体周辺部に対する燃料集合体内部の核分裂性物質量の平均値の比率を変えた３種類の燃料集合体の局所ピーキング係数の燃焼変化を示す特性図、第３図は核分裂性物質量の比率とサイクル全体を通じての最大線出力密度の最大値、および炉心平均燃焼度時の無限増倍率との関係を示す特性図、第４図はＭＯＸ燃料集合体の水平断面における熱中性子束分布を示す特性図、第５図は実施例２の構成を示す模式図、第６図は実施例３の構成を示す模式図、第７図は実施例４の構成を示す模式図、第８図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜第１１図はそれぞれ核分裂性物質量を示す表である。
　１…燃料集合体、２…燃料棒。