(57)【要約】【課題】可燃性毒物としてアクチニド-ホウ素-含有化合物(6B-6E)を使用する複数の燃料棒(10A-10D)を提供する。【解決手段】可燃性毒物として使用するアクチニド-ホウ素-含有化合物(6B-6E)は原子燃料集合体(17)中の燃料棒(10A-10C)の大部分におけるアクチニド燃料中に分布させ、集合体(17)中の燃料棒の50％超にホウ素または濃縮ホウ素を含有させる。【選択図】        図１
2008256697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子燃料集合体中に使用される複数の燃料棒であって、それぞれの燃料棒が焼結された燃料ペレットおよび焼結された燃料粒子およびそれらの混合物から成る群から選択された形態を呈し、被覆によって囲まれた燃料を含み、燃料棒の少なくとも50％が以下の成分：(1)ホウ素非含有アクチニド炭化物、ホウ素非含有アクチニド酸化物またはホウ素非含有アクチニド窒化物の燃料化合物及びそれらの混合物と、(2) ホウ素非含有アクチニド化合物間のペレットまたは粒子の中間ストリングとしての位置を占めて、一体的可燃性吸収体として作用する、BN、B4C、ZrB2、TiB2、MoB2、UB2、UB3、UB4、UB12、PuB2、PuB4、PuB12、ThB2、およびこれらの混合物から成る群から選択されたホウ素含有化合物との焼結混合物から成り、燃料棒を通して同じアクチニドが使用されるように、ホウ素非含有アクチニド化合物およびホウ素含有化合物中に同一または多様なアクチニドを使用することにより、燃料棒を通してアクチニドの一貫性を達成し、成分(2)が燃料棒の長さ1 cm当り0.1 mg乃至1.5 mgのホウ素を10Bとして含有するように構成した複数の燃料棒。
【請求項２】
アクチニド窒化物を、UN、PuN、ThNｍ(U、P)N、(U、P、Th)N、および(U、Th)Nおよびこれらの混合物から成る群から選択した請求項１に記載の複数の燃料棒。
【請求項３】
アクチニド炭化物を、UC、UC2、PuC2、ThC2、(U、P)C2、(U、P、Th)C2、および(U、Th)C2およびこれらの混合物から成る群から選択した請求項１に記載の複数の燃料棒。
【請求項４】
アクチニド酸化物を、UO2、PuO２、ThO2およびこれらの混合物から成る群から選択した請求項１に記載の複数の燃料棒。
【請求項５】
少なくとも１種類の燃料ペレット中のホウ素含有化合物が濃縮ホウ素であり、被覆が金属被覆である請求項１に記載の複数の燃料棒。
【請求項６】
ホウ素含有化合物を、BN、B4C、およびこれらの混合物から成る群から選択した請求項１に記載の複数の燃料棒。
【請求項７】
成分(2)が少なくとも１種類のペレットの形態を呈する請求項１に記載の複数の燃料棒。
【請求項８】
成分(2)が粒子の形態を呈する請求項１に記載の複数の燃料棒。
【請求項９】
成分(2)中のホウ素含有化合物が燃料棒中の燃料総量の約5 ppm乃至約5重量％の割合で、燃料粒子または燃料ペレットの形態で存在する請求項１に記載の複数の燃料棒。
【請求項１０】
成分(2)中のホウ素含有化合物が燃料棒中の燃料総量の10 ppm乃至約20,000 ppmの割合で、燃料粒子または燃料ペレットの形態で存在する請求項１に記載の複数の燃料棒。
【請求項１１】
成分(2)中のホウ素含有化合物が燃料棒中の燃料総量の約66 ppm乃至約7,000 ppmの割合で、燃料粒子または燃料ペレットの形態で存在する請求項１に記載の複数の燃料棒。
【請求項１２】
成分(2)中のホウ素含有化合物が燃料棒中の核分裂性燃料総量の約66 ppm乃至約7,000 ppmの割合で、燃料粒子または燃料ペレットの形態で存在する請求項１に記載の複数の燃料棒。
【請求項１３】
燃料集合体における燃料棒の少なくとも60乃至70％における少なくとも１種類の燃料ペレットがホウ素非含有アクチニド化合物とホウ素含有化合物との焼結混合物から成る請求項１に記載の複数の燃料棒。
【請求項１４】
燃料集合体における燃料棒の少なくとも60乃至80％における少なくとも１種類の燃料ペレットがホウ素非含有アクチニド化合物とホウ素含有化合物との焼結混合物から成る請求項１に記載の複数の燃料棒。
【請求項１５】
請求項１に記載の複数の燃料棒を含む燃料集合体。
【請求項１６】
原子燃料集合体中に使用される複数の燃料棒において、それぞれの燃料棒が複数の複数の原子燃料ペレットを含有し、燃料集合体における燃料棒の少なくとも60％における少なくとも１種類のペレットが1)UC、UC2、PuC2、PuB4、ThC2、(U、P)C2、(U、P、Th)C2、(U、Th)C2、UN、PuN、ThN、(U、P)N、(U、P、Th)N、（U、Th)Nおよびこれらの混合物から成る群から選択されたアクチニド化合物と、2)BN、B4C、ZrB2、TiB2、MoB2、UB2、UB3、UB4、UB12、PuB２、PuB4、PuB12、ThB２、(U、Pu)B4、(U、Pu、Th)B2およびこれらの混合物から成る群から選択されたホウ素含有化合物との焼結混合物から成り、ホウ素含有化合物がホウ素非含有アクチニド化合物間のペレットまたは粒子の中間ストリングとしての位置を占めて一体的可燃性吸収体として作用し、ホウ素含有化合物がホウ素との同一または多様なアクチニド化合物により構成され、両方の化合物に同じアクチニドが使用されるようにホウ素非含有アクチニド化合物およびホウ素含有化合物中に同一または多様なアクチニドを使用することにより、燃料棒を通してアクチニドの一貫性を達成するように構成された複数の燃料棒。
【発明の詳細な説明】
【関連出願との相互参照】
【０００１】
本願は2004年10月14日付け米国出願第１0/965,372号の分割出願である2005年9月23日付け米国出願第１1/234,352号の一部を継続するものであり、本願はこれらの出願に基づく優先権を主張する。
【発明分野】
【０００２】
本発明は原子炉で使用される原子燃料集合体の燃料棒に係わる。燃料棒はそれぞれが原子燃料との混合物としてホウ素含有化合物を有する焼結燃料ペレットまたは焼結燃料粒子の形態を呈する燃料を含有する。
【背景技術】
【０００３】
加圧水型原子炉(PWR)、沸騰水型原子炉（BWR)または重水型原子炉（HWR)のような典型的な原子炉の炉心はそれぞれが複数の細長い燃料要素/棒から成る多数の燃料集合体を含む。燃料棒はそれぞれ、固形で円筒状の原子燃料ペレットを積層した形の、ニ酸化ウラン(UO2)、二酸化プルトニウム(PuO2)、窒化ウラン(UN)、窒化プルトニウム(PuN)またはこれらの混合物のような核分裂性物質を含む。但し、環状または粒子状の燃料が使用されることもある。燃料棒は、高い率の核分裂を、従って、多量の熱エネルギーの放出を可能にするに充分な中性子束を炉心に提供する構成の配列となるように集合させる。水または重水のような冷却材を炉心に通すことによって炉心に発生する熱を抽出し、有用な仕事を発生させる。炉心の所要のサイズ、原子炉のサイズ、原子炉のタイプおよび原子炉の運転方式に応じて、燃料集合体のサイズと設計が決定される。
【０００４】
新しい原子炉を初めて稼動させる時、炉心を、炉心での位置および/または濃縮レベルによって識別できる複数の、例えば、２つまたはそれ以上の集合体群に分けることが多い。例えば、第１バッチまたは領域をウラン-235同位体含量2.0％に濃縮し、第２バッチまたは領域を2.5％のウラン-235に濃縮し、第３バッチを3.5％のウラン-235に濃縮する。通例として、約10-24ヶ月の稼動後、原子炉を停止し、第１バッチを取り出し、より高い濃縮度（好ましくは最高濃縮レベル）の新しいバッチと交換する。尚、これらのバッチはレベルの異なる他の核分裂アクチニドを含むこともできる。以後、サイクルは約8-24ヶ月の間隔で上記シーケンスを繰返す。上記のような燃料交換を必要とするのは、燃料集合体が作用できるのは原子燃料集合体が臨界質量を維持している間だけに限られるからである。従って、原子炉は通例、約6乃至24ヶ月の所定期間に亘って稼動できるに十分な過剰反応度を燃料サイクル開始の時点で備えている。
【０００５】
原子炉は必然的にやや臨界超過の状態で作動するから、サイクル開始時に供給される過剰反応度を抑制しなければならない。初期過剰反応度を抑制する種々の方法が考案されており、炉心に制御棒を挿入する方法や燃料棒に中性子吸収要素を添加する方法がその例である。当業界で「可燃性毒物」または「可燃性吸収材」と呼称されているこの種の中性子吸収材としては、ホウ素、ガドリニウム、カドミウム、サマリウム、エルビウムおよびユーロピウム化合物が挙げられる。このような燃料要素の初期作用段階において、過剰な中性子は可燃性毒物によって吸収されるが、この可燃性毒物は中性子の利用度が比較的低い使用寿命の後期において燃料要素の反応度に殆ど影響を及ぼさない、中性子吸収断面積が小さい元素に変質するのが好ましい。
【０００６】
可燃性毒物を混入させた原子燃料は公知である。例えば、米国特許第３、349,152号(Takaaki Watanabe et al.)；第３,520,958号（Geert Versteeg, et al.)；および第４,774,051号(Peehs et al.)を参照されたい。しかしながら、ホウ素の可燃性吸収材と燃料との混合物を含む原子燃料ペレットは、ホウ素が燃料と反応する懸念があり、しかもホウ素の使用は反応に伴うヘリウムの蓄積から燃料棒中に高圧を発生させると考えられるため、大規模な地上設置原子炉に採用されていない。
【０００７】
10B + 1ｎ → 11B（励起状態）→ 4He + 7Li
幾つかの例において、ペレットの表面を、想定される燃料との反応を回避するZrB2のようなホウ素含有化合物で被覆するという方法が試みられている。しかし、それぞれの燃料棒に含有させることができるコーティングの量には限界があり、この方法では昇圧の問題を解決することはできない。10B含有量が比較的低い多数の燃料棒を使用しなければならないから、夥しい数の燃料棒を処理し、コーティングする必要があるが、これは結果として総経費の増大を招く。コーティングを施した燃料とコーティングの無い燃料を別々に製造し、別々に集合させる必要上、製造作業が複雑化する。実際には、ペレットのコーティングに要するコストがその使用を制限しており、上述した昇圧の問題を考慮して、できるだけ少数の燃料棒にだけこの方法を採用することになる。これまでの実績に照らして、このような方策が許容されてきた。即ち、燃料サイクルが比較的短かったこと、235Uの濃縮レベルが比較的低かったこと、および原子炉の総熱出力が比較的低かったからである。
【０００８】
その他の化合物、例えば、Gd2O3やEr2O3をペレットに直接添加してもよいが、長寿命、高断面積残留反応性物質が残るため、また強力な中性子吸収材であるため、ホウ素と比較すれば好ましくない。
【０００９】
可燃性毒物を含む炉心構成は既に公知である。例えば、米国特許第５,075,075号明細書(Kapil)は核分裂性物質を含有するが可燃性吸収材は含有しない第１グループの燃料棒と、核分裂性物質とともに可燃性毒物をも含有する第２グループの燃料棒とを有し、第１グループの燃料棒の本数が第２グループの燃料棒の本数よりも多い炉心構成を開示している。可燃性毒物はエルビウム化合物とホウ素化合物の組み合わせから成る。米国特許第５,337,337号明細書(Aoyama et al.)は中性子吸収断面積が比較的小さい可燃性毒物元素（例えば、ホウ素）を含有する燃料棒を炉心の、中性子エネルギーがソフトで熱中性子束が大きい領域に配置し、中性子吸収断面積が比較的大きい可燃性毒物（例えば、ガドリニウム）を有する燃料棒を炉心の、平均的な中性子エネルギー・スペクトルを有する領域に配置するように構成された燃料集合体を開示している。これらいずれの先行特許も、燃料集合体において大多数の燃料棒が可燃性毒物としてホウ素だけを含有する燃料棒構成を開示してはいない。また、いずれも500 メガワットを超える熱出力を発生させる原子炉に好適な集合体構成を開示してはいない。
【００１０】
従来よりも長い燃料サイクルと従来よりも高い235U濃縮またはPuを採用するには、コストに見合う効果を有し、しかも燃料寿命の末期において中性子を吸収する余計な反応性物質を発生させることなく燃料寿命を伸ばすことができる原子燃料および原子燃料集合体の開発が必要である。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、上記の必要性を満たすため、原子燃料集合体中に使用される複数の燃料棒であって、それぞれの燃料棒が焼結された燃料ペレットおよび焼結された燃料粒子およびそれらの混合物から成る群から選択された形態を呈し、且つ被覆によって囲まれた燃料を含有し、燃料棒の少なくとも50％が以下の成分：(1)ホウ素非含有アクチニド炭化物、ホウ素非含有アクチニド酸化物またはホウ素非含有アクチニド窒化物、好ましくはホウ素非含有アクチニド炭化物またはホウ素非含有アクチニド窒化物と、(2)BN、B4C、ZrB2、TiB2、MoB2、UB2、UB3、UB4、UB12、PuB2、PuB4、PuB12、ThB2、およびこれらの混合物、好ましくはUB4、UB12、B4CおよびBN,最も好ましくはB4CおよびBNから成る群から選択され、一体的可燃性吸収材として作用するホウ素含有化合物との焼結混合物から成り、ホウ素化合物を含有する燃料棒が燃料棒の長さ1 cm当り0.1 mg乃至1.5 mgのホウ素を10Bとして含有し、ホウ素との同一または多様なアクチニド化合物はホウ素なしで使用される１つまたは多様なアクチニドと同一である複数の燃料棒を提供する。
【００１２】
ホウ素は他の可燃性吸収材と比較してその寄生吸収断面積が小さいから、典型的には、燃料棒の50％超にホウ素含有燃料ペレットまたは粒子を入れなければならない。ところが予想に反して、ホウ素は原子燃料と相互作用せず、発生するヘリウムの量を燃料の使用中に放出される他の核分裂ガスの量と比較した場合、ホウ素が燃料棒中の昇圧現象の主因ではないことが判明した。
【００１３】
しかも、ホウ素混入燃料の製造は低コストで実現できる。従って、従来よりも多数の燃料棒にホウ素含有燃料ペレットまたは粒子を混入することにより、全体としては従来と等量または従来よりも多量の、しかし、燃料棒ごとには従来よりも少量のホウ素を入れて昇圧の問題を回避することができる。コーティング加工ペレットを使用する場合と比較して、ペレットまたは粒子に直接ホウ素を使用する本発明では、燃料棒の長さ1 cm当りの10Bを25％節減することになる。本発明における焼結粒子の使用は特に燃料が高放射性再処理燃料から製造されている場合に極めて有益であるが、それは運動する機械部品やプレスなどの必要性が低いからである。
【００１４】
即ち、比較的低いレベルのホウ素含有化合物を燃料棒中に広く配分させることが本発明の利点につながる。当業者には明らかなように、これらの利点は、水冷式原子炉において炉心の熱出力が500 メガワットを超える場合に最も顕著になる。
【００１５】
上述のように天然または濃縮ホウ素を添加することにより、現行の方法と同等またはそれ以上の反応度抑制を、従来よりもはるかに低いコストで達成できる。さらに、ホウ素を含有する燃料棒の数を増やすことで10Bに起因する燃料棒内部の圧力を現行の方法よりも２倍または３倍軽減することができる。
【００１６】
現在使用されているGd2O3およびEr2O3の代わりにホウ素を沸騰水型原子炉燃料に使用すれば、さらに有益な成果が得られる。製造を簡単にし、燃料棒の昇圧を軽減するだけでなく、燃料ペレットにおいてGd2O3およびEr2O3が占めるスペースを現在よりも多量のUO2（またはその他のアクチニド酸化物、アクチニド炭化物またはアクチニド窒化物）で占めることで、所与のサイズの炉心により多量の燃料を充填することができる。これら希土類酸化物の熱伝導率が低いため、燃料棒毎に現在課せられている濃縮上の制約が完全に回避されるから、原子燃料の製造が著しく簡略化される。
【００１７】
本発明の詳細を、添付の図面を参照しながら以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図面の説明からも明らかなように、本発明はそれぞれが複数の原子燃料ペレットまたは複数の/多量の原子燃料粒子の形態で燃料を含有する複数の燃料棒から成り、燃料集合体における燃料棒の少なくとも50％が、(1)いずれもホウ素を含有しないアクチニドの酸化物、炭化物または窒化物と、(2)特定のホウ素含有化合物、最も好ましくはB4CおよびBNおよびその混合物との焼結混合物から成る。ホウ素含有化合物は燃料中の可燃性毒物として機能する。ここでは燃料棒に装荷される燃料の個々の焼結ペレットを「燃料ペレット」と呼称する。ペレットの形態を取らない燃料の微細な焼結粒子をここでは「燃料粒子」と呼称する。好ましくは燃料棒の少なくとも60％から70％、最も好ましくは60％から95％がホウ素を含有しないアクチニドの酸化物、炭化物または窒化物と、ホウ素含有化合物との混合物とを含有する。最も好ましくは、燃料棒全体(100％)がいくらかの量のホウ素含有化合物を含有していることである。このように大多数の燃料棒にホウ素化合物を使用すると燃料棒中に発生するヘリウムに起因する圧力が実質的に緩和される。
【００１９】
上記ホウ素を含有しないアクチニドの酸化物、炭化物または窒化物と、ホウ素含有化合物との混合物として燃料を含む燃料棒に、これも上述したように、最大限燃料棒中のペレットまたは粒子全体の100％まで任意の数のホウ素含有燃料ペレットまたは任意の量の粒子を使用することができる。
【００２０】
ホウ素含有化合物は、選択された特定の原子燃料と適合し、密度、熱安定性、物理的安定性などに関する燃料仕様を満たす限り、ホウ素含有化合物を使用することができる。好適なホウ素含有化合物としては、BN、B4C、ZrB2、TiB2、MoB2、UB2、UB3、UB4、UB12、PuB2、PuB4、PuB12、ThB2、およびこれらの組み合わせが挙げられる。好ましいホウ素含有化合物はUB4、UB12、B4C、およびBN、およびこれらの組み合わせ、および最も好ましいB4CおよびBNおよびこれらの組み合わせ（混合物）である。
【００２１】
ホウ素含有化合物＋酸化アクチニド、炭化アクチニドまたは窒化アクチニドの混合物を調製し、これを圧縮し、焼結処理して燃料ペレットを製造するか、またはローリング、焼結、粉砕および篩い分け処理することによって粒子を得る。天然ホウ素またはホウ素濃縮同位体10Bを使用することができ、天然レベルよりも高い濃縮度の10Bが好適である。濃縮度の高いホウ素を使用すれば、ホウ素含有化合物の総必要量が10Bのレベル上昇に比例して軽減され、これに伴い、燃料装荷を増大させることができる。しかしながら、濃縮ホウ素は天然ホウ素よりも高価であり、濃縮ホウ素の使用量は燃料設計上の他の観点とバランスさせるコストの問題である。
【００２２】
従って、(1)ホウ素非含有アクチニド化合物と、(2)ホウ素含有化合物との混合物を含有し；燃料ペレットまたはこれに等しい体積の粒子の形で存在するホウ素含有アクチニド化合物の量は、（粒子のペレットの「体積」は5 ´ 10-3 cm3 乃至3 cm3の範囲にある）燃料ペレットまたは燃料粒子中の核分裂性燃料成分の総量に対して約5 ppm乃至約5重量％、より好ましくは約10 ppm乃至20，000 ppmであり、使用量はウラニウム濃縮レベル、ホウ素濃縮レベル、およびその他の要因に応じて異なる。
【００２３】
例えば、（中性子的に許容されるとして）もし同一バッチのすべての燃料棒に等量の天然ホウ素を使用するなら、約66 ppm乃至7,000 ppmのホウ素レベルが必要であるが、100％濃縮ホウ素を使用すれば、必要ホウ素レベルは約13 ppm乃至1200 ppmまで低下することになる。現在の毒物配分方法の場合と同様に、個々の燃料棒に選択的にホウ素を組み込むことが中性子的に好ましいと認められる。天然ホウ素だけ、濃縮ホウ素だけ、または両者の組み合わせを含む燃料ペレットまたは燃料粒子を有する燃料棒はいずれも本発明の範囲内に含まれるものと考えられる。燃料棒内に占めるホウ素含有化合物の位置は最も高い中性子束が占める位置とほぼ一致する。
【００２４】
ホウ素含有化合物は「好適な原子燃料」と併用することができる。「好適な原子燃料」の例としては、アクチニド酸化物、アクチニド炭化物およびアクチニド窒化物が挙げられる。例えば、好ましい燃料としては、UO2、PuO2、ThO2およびこれらの混合物のようなアクチニド酸化物、UC、UC2、PuC2、ThC2、(U、P)C2、(U、P、Th)C2および(U、Th)C2 およびこれらの混合物のようなアクチニド炭化物、およびUN、PuN、ThN、(U、P)N、(U、P、 Th)N、(U、Th)Nおよびこれらの混合物のようなアクチニド窒化物が挙げられる。炭化物と窒化物が種々の理由から好ましい。
【００２５】
上述した燃料集合体に使用する場合、上記燃料棒は加圧水型原子炉(PWR)、沸騰水型原子炉(BWR)および加圧重水型原子炉(PHWRまたはCANDU)を含めた軽水炉または重水炉のような熱的核分裂原子炉に使用するのに好適であり、経済的でもある。上記いずれのタイプの原子炉においても、炉心の熱出力は水冷式原子炉の場合、500 メガワット熱出力超であることが好ましい。
【００２６】
以下の説明において、すべての図面を通して類似の参照番号は類似のまたは対応する部分を表わす。また、以下の説明において、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」などは便宜上の語であり、本発明を制限する語ではない。
【００２７】
図１および２から明らかなように、（図２に具体的に図示する）燃料集合体17を構成する燃料棒10A、10B、10Cおよび10D（一括して参照番号10を付し、両外側燃料棒には参照番号23を付してある）はいずれも細長い中空被覆管12を有し、これに上端プラグ13および下端プラグ14が取り付けられ、被覆管12の密封両端部が密閉チェンバー（一括して参照番号15を付してある)を画定するという点で同一の構成を有する。燃料形態として燃料ペレットを採用する実施態様では、燃料棒10Aおよび10Cにおける多数の原子燃料ペレット6A、6B、6D、および図２における16は端部と端部とを突き合わせて配置、即ち、チェンバー15内に積重された状態で配置され、チェンバー15内のペレット積層体の頂部と上端プラグ13の間に配置されたバネ18の作用によって下端プラグ14に向かって偏倚させられている。別の実施態様では、燃料棒10Bに示すように、燃料形態として燃料粒子6F、6C、および6Eが採用される。
【００２８】
横方向支持グリッドを参照番号20で図２に示す。煩雑さを避けるため、図１では支持グリッド20を省いてある。これらの支持グリッドは複数の燃料棒10、例えば、10A、10B、10C および10Dの長さに沿って軸方向に間隔を保って配置されている。図２には計測管22、頂部ノズル24および底部ノズル26をも示す。
【００２９】
図１は本発明の燃料棒の幾つかの好ましい実施態様を示す。図１から明らかなように、10A、10C、および10Dのような燃料棒10はその燃料ペレット積層体の上下端部分に、軸方向上下ブランケットとしてホウ素化合物非含有焼結燃料ペレット6Aを、端部と端部とを突き合わせた状態、またはセグメント/ストリング状に充填された状態で含み；燃料棒10にはまた、積層体の中間部分にストリング状に充填された高レベルのホウ素含有化合物を含む焼結燃料ペレット6Bおよび、状況に応じて、低レベルのホウ素含有化合物をペレット6Dとして含む。燃料棒10Dでは、燃料ペレット6Aはいずれもホウ素化合物を含有しない。
【００３０】
状況に応じて、燃料棒10Bが高レベルのホウ素含有化合物および、これも状況に応じて、低濃縮ホウ素含有化合物を含有する焼結粒子6E、即ち、「低ホウ素セグメント」を含むことができる。粒子6Fはホウ素を含まない粒子区間を示す。
【００３１】
低濃縮ホウ素含有ペレットまたは粒子は高ホウ素レベル材料の両側に配置することが好ましい。図１から明らかなように、燃料棒10Bにおいて、ホウ素非含有燃料の粒子30を白丸で、ホウ素含有燃料の粒子32を黒丸で示す。その他の燃料棒、例えば、10Dは燃料棒10Dにおいてペレット6Aだけが使用されるように、全くホウ素を含有しないペレットまたは粒子だけを含むように構成することができる。粒子を含む燃料棒10Aにおける低ホウ素区間6Dまたは燃料棒10Bにおける低ホウ素区間6Eの位置は高ホウ素区間の上方でも下方でもよく、上方と下方の双方であってもよい。
【００３２】
燃料ペレット6Bおよび6Dにおけるホウ素化合物の相対濃度を、高ホウ素含有ペレット６Bを幅広の黒い領域34で示し、低ホウ素含有ペレット6Dを幅狭の黒い領域36で示すことによって明らかにする。
【００３３】
即ち、図１は金属またはセラミックの被覆に囲まれ、ホウ素非含有アクチニドとホウ素含有化合物、好ましくはBNまたはB4Cとの混合物から成る焼結燃料ペレットおよび焼結燃料粒子を簡略化して示している。ホウ素含有ペレット6B、6Dまたは粒子6C、6Eにおけるホウ素濃度は黒い帯状領域34（高）および36（低）または黒丸32（高）および33（低）によって示されており、既に述べたように、燃料棒の長さ1 cm当り0.1乃至1.5 mgのホウ素を10B元素ホウ素の形で含む。ホウ素材料はペレットまたは単位容積の粒子中に高濃度または低濃度で均一に分布される。図１に示すように、燃料棒の少なくとも50％、ここでは燃料棒10A、10Bおよび10Cがそうであるように75％はホウ素混合物を含有する。燃料棒10Dはホウ素を含有しない焼結燃料ペレット6Aだけを含有する。
【００３４】
例として、下記の表１は本発明の集合体と従来技術との比較情報を示す。この例から明らかなように、本発明はホウ素全体の濃度および10B濃度を著しく低くする。結果として、燃料中のウラン量を増大することができる。
【００３５】
表  1
*IFBA-コーティングされた      UB4を含む燃料棒
燃料を含むオリジナルな        （本発明）
燃料棒(ZrB2)
ホウ素含有量                      10 mg/inch                325.5 ppm
ZrB2-コーティングされた、          60％                      100％      
または UB4を含有する
燃料棒の％
ペレットの直径                    0.37 inch                   0.37 inch
UO2の密度                          10.47gm/cm3              10.47gm/cm3
UO2の含有量                        18.43gm UO2/inch           18.43gm  UO2/inch
10Bの含有量                        108.5 ppm                  65.1 ppm
ホウ素総量における10Bのレベル      20％                        20％
汚れた10Bの含有量                  65.1 ppm                    65.1 ppm
Bの総含有量                        524.5 ppm                  325.5 ppm
UB4の含有量                                                   2119 ppm
IFBAまたはUB4を含むペレットの％     100％                      100％
*比較例
【００３６】
本発明の特定の実施態様の詳細を以上に説明したが、当業者には明らかなように、本願明細書のすべての教示内容に照らして、これらの実施態様の細部に対する種々の変更を開発することは可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を解り易く図解する図１は図２に示すような燃料集合体において使用することができる複数の燃料棒を長手方向に部分的に切り欠いてそれぞれ４つの燃料棒区間に分割することによって全長を短縮し、簡略化して示す軸心に沿った縦断面図であり、図示のように、燃料棒は中間部にホウ素含有燃料ペレットまたは燃料粒子から成る単数または複数の「ストリング」はホウ素含有燃料ペレットまたは燃料粒子を含み、上下端のストリングを形成する燃料ペレットまたは燃料粒子はホウ素を含有しない。
【図２】種々の原子炉に使用可能な原子燃料集合体の１つのタイプを一部破断し、必ずしも図１に示す区間と同じではない３つの区間に区分した燃料棒部分の立面図である。
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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1. Abstract
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2. Representative Drawing
Fig. 1
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