(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウラン燃料またはウラン燃料とプルトニウム燃料を混合したＭＯＸ燃料を被覆管に充填した燃料棒と、ガドリニアを含む可燃性毒物を混入させた可燃性毒物入り燃料を被覆管に充填した可燃性毒物入り燃料棒とを有し、前記燃料棒と前記可燃性毒物入り燃料棒をチャンネルボックス内に格納した燃料集合体を有する炉心において、
可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値＝対象燃料集合体の燃料棒間の距離が最短になるよう
に隣接して配置される可燃性毒物入り燃料棒の数／
該対象燃料集合体の全可燃性毒物入り燃料棒の数
によって定義される可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が３種類以上ある燃料集合体を組み合わせて装荷したことを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心。
【請求項２】
前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が異なる少なくとも３つ以上種類の燃料集合体を有し、前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が低い順に、前記複数種類の燃料集合体を、集合体１、集合体２、集合体３，・・・，集合体Ｍ，集合体Ｍ＋１，・・・，集合体Ｎとした場合に、隣接する燃料集合体（集合体Ｍと集合体Ｍ＋１）の可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値の差分が、Ｍが大きくなるほど大きいことを特徴とする請求項１記載の沸騰水型原子炉の炉心。
【請求項３】
前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が異なる３種類の燃料集合体を有し、前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が低い順に、前記複数種類の燃料集合体を、集合体１、集合体２、集合体３とした場合に、集合体２と集合体３の可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値の差分が、集合体１と集合体２の可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値の差分のほぼ２倍であることを特徴とする請求項１記載の沸騰水型原子炉の炉心。
【請求項４】
前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が異なる３種類の燃料集合体を有し、前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が低い順に、前記複数種類の燃料集合体を、集合体１、集合体２、集合体３とした場合に、集合体１の可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値は０であり、集合体２の可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値は０．３であり、集合体３の可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値は０．９であることを特徴とする請求項１記載の沸騰水型原子炉の炉心。
【請求項５】
前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が複数種類ある燃料集合体において、各種類の燃料集合体の燃料棒および可燃性毒物入り燃料棒は、他の種類の燃料集合体の燃料棒および可燃性毒物入り燃料棒と、燃料棒については燃料棒を構成する部材およびペレット、可燃性毒物入り燃料棒については部材およびペレットおよび可燃性毒物の濃度が共通であることを特徴とする請求項１記載の沸騰水型原子炉の炉心。
【請求項６】
前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が同一の燃料集合体において、該燃料集合体のチャンネルボックスに一番近い最外周の領域に配置される可燃性毒物入り燃料棒を、チャンネルボックスのコーナーからの距離を変化させて配置することにより、該燃料集合体の燃焼反応度を調整するようにした燃料集合体を有する請求項１〜５のいずれかに記載の沸騰水型原子炉の炉心。
【請求項７】
前記可燃性毒物入り燃料棒の本数が同一の燃料集合体において、該燃料集合体のチャンネルボックスに一番近い最外周の領域に配置される可燃性毒物入り燃料棒を、チャンネルボックスのコーナーからの距離を変化させて配置することにより、該燃料集合体の燃焼反応度を調整した燃料集合体を有する請求項１〜５のいずれかに記載の沸騰水型原子炉の炉心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉における燃料集合体及びそれを用いた沸騰水型原子炉の炉心に関する。
【０００２】
特に、本発明は、「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」なるパラメーターを採用し、共通の燃料棒と可燃性毒物入り燃料棒を用いて「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」が異なる複数種類の燃料集合体を用意し、沸騰水型原子炉の運転期間の長さの変動等に柔軟に対応できるようにした沸騰水型原子炉の炉心に関する。
【背景技術】
【０００３】
現行の沸騰水型原子炉の炉心では、運転期間の長さの変動に融通性を持たせるためや、取出燃焼度の高い炉心において炉心特性を悪化させずにスムーズに移行させるためや、炉心の径方向の出力分布の平坦化を図るために、反応度特性の異なる複数の燃料集合体を取替燃料に使用している。
【０００４】
上記取替用の燃料は、各運転サイクルの運転期間等の特徴に基づき、前記反応度特性の異なる複数種類の燃料集合体の体数及びその比率を調整している。
【０００５】
現行の設計では、基準となる運転期間及び取出燃焼度を固定しており、燃料集合体の反応度特性を変える方法として、集合体平均濃縮度は同じとし、可燃性毒物入り燃料棒の本数，濃度のみを変える方法を採用している。
【０００６】
可燃性毒物は、原子炉内で核分裂反応を起こす中性子の強吸収体であり、中性子を吸収すると、核変換され（以下、この変換を「燃焼」と称する）、強吸収体でなくなっていくというものであり、代表的な物質として、ガドリニアやエルビア等の希土類酸化物が挙げられる。
【０００７】
可燃性毒物入り燃料棒の本数及び濃度を適宜変更することで、燃料集合体の中性子無限増倍率の燃焼変化を変化させることが出来る。
【０００８】
また、原子炉運転中に発生する運転管理作業は少ない方が原子炉を効率的に運転できる。その一例として、原子炉運転中に行う制御棒挿入パターン（使用する制御棒の本数及び挿入量）変更作業は少ないことが望ましい。
【０００９】
炉心に装荷する燃料は、運転開始前に計画されている運転期間の末期においても、臨界を維持できる量である必要があるため、運転期間の初期から末期までは、臨界以上の余剰な反応度が炉心に存在することになる。運転中は、主に制御棒で、この余剰反応度を打ち消し、炉心を臨界状態にするため、運転期間を通じて燃料の余剰反応度を極力一定にすることが出来れば、制御棒挿入パターンも可能な限り一定にすることが可能となる。
【００１０】
一般に、原子炉の運転期間が長いほど、制御棒挿入パターンの変更回数が多くなる傾向がある為、燃料の余剰反応度を一定にすることによる効果は、原子炉の運転期間が長いほど大きくなる。しかし、原子炉の運転期間が長いということは、炉心に装荷される新燃料の体数が増えることになり、このため、燃料の余剰反応度を一定にすることが困難になる。一方、原子炉の運転期間が計画より短縮された場合は、反応度が高い燃料が多く炉心に残ることになり、運転期間短縮後の次の運転期間における余剰反応度の適切設計が困難になる可能性がある。
【００１１】
一般的な燃料集合体の燃焼反応度特性例を図１２に示す。
【００１２】
通常、取替燃料となる燃料集合体は、可燃性毒物を含んでおり、中性子の強吸収体である可燃性毒物が存在している燃焼度範囲では、中性子無限増倍率は増加して行き、その後は、核分裂性物質の減耗に従い、単調に減少していくことが確認できる。
【００１３】
この中性子無限増倍率の燃焼特性を活かして、原子炉の余剰反応度を極力一定とする炉心設計が広く行われている。
【００１４】
具体的には、炉心の余剰反応度を一定にするために、無限増倍率が増加していく燃料と減少して行く燃料の炉心内での配置を調整する作業が広く行われている。
【００１５】
一般に、無限増倍率が増加して行く燃料とは、取替燃料として炉心に新たに装荷される新燃料であり、無限増倍率が減少していく燃料とは、ある運転期間終了後、炉心から取り出されず、炉心に残留した燃料である。
【００１６】
可燃性毒物入り燃料の本数・濃度は無限増倍率の燃焼特性に影響するが、燃料集合体内での可燃性毒物入り燃料棒の配置の調整によって炉心の無限増倍率の燃焼特性を変更できることが、特開平１１−１５３６８１及び特開平１１−６４５６１に記載されている。
【００１７】
特開平１１−１５３６８１には、可燃性毒物入り燃料棒を、燃料集合体内で隣接配置することで、可燃性毒物の干渉効果により、可燃性毒物の反応度価値が低下して、可燃性毒物の燃焼による減耗が遅れるという技術が記載されている。
【００１８】
また、特開平１１−６４５６１には、集合体内最外周に配置する可燃性毒物入り燃料棒の位置を変え、同時に、可燃性毒物の濃度も変えることで、可燃性毒物による反応度価値を変えるという技術が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−１５３６８１号公報
【特許文献２】特開平１１−６４５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
一般に、沸騰水型原子炉の炉心において、取替燃料の種類が多いほど、炉心設計の自由度が増し、余剰反応度の適切化が容易になることが知られている。
【００２０】
特に、運転期間の変動が大きくなる場合にはその効果は顕著となる。
【００２１】
例えば、長い運転期間を予定し、多数の取替燃料を装荷し、結果として運転期間が予定より短く終了してしまうと、次の運転サイクルのサイクル初期には、当初の予定よりも核分裂性物質の多い燃料が炉心に存在するので、余剰反応度は高くなってしまう。この場合、可燃性毒物による反応度抑制効果がより大きい反応度特性を持つ取替燃料タイプがあると便利である。
【００２２】
このように、反応度特性の異なる燃料集合体タイプを多数準備することは、炉心設計の自由度を上げることに繋がる。
【００２３】
しかし、反応度特性の異なる燃料集合体タイプを多数準備するためには、多数の燃料ペレット及び燃料棒を準備する必要がある。
【００２４】
このことは製造コストの増加に繋がるため、燃料ペレット及び燃料棒を共通化させつつ、複数の反応度特性を有する燃料集合体を設計することができるようにすることが、炉心設計の自由度向上及び製造コスト低減の両者の観点から望まれる。
【００２５】
そこで、本発明の解決しようとする一つの課題は、燃料ペレット及び燃料棒種類を増やすことなく、複数の反応度特性を有する燃料集合体を装荷することができる沸騰水型原子炉を提供することにある。
【００２６】
また、特開平１１−６４５６１には、最外周に配置する可燃性毒物入り燃料棒の位置と、可燃性毒物濃度を調整することにより、可燃性毒物入り燃料棒の本数を変えることなく、可燃性毒物による反応度が相対的に低い燃料の燃焼特性と、可燃性毒物による反応度が相対的に高い燃料の燃焼特性を有する燃料集合体を設計する技術について説明している。
【００２７】
しかし、特開平１１−６４５６１記載の技術は、集合体内最外周に配置する可燃性毒物入り燃料棒の位置を変えると同時に、それらの可燃性毒物の濃度も変えるため、共通の可燃性毒物入り燃料棒用いることができない。
【００２８】
そこで、本発明の解決しようとするもう一つの課題は、燃料集合体内の最外周の領域で、共通の可燃性毒物入り燃料棒の位置を変更するだけで、燃料集合体の燃焼反応度を調整でき、運転期間が計画から大きく変動した場合に対応できる沸騰水型原子炉の炉心を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明による沸騰水型原子炉の炉心は、
ウラン燃料またはウラン燃料とプルトニウム燃料を混合したＭＯＸ燃料を被覆管に充填した燃料棒と、ガドリニアを含む可燃性毒物を混入させた可燃性毒物入り燃料を被覆管に充填した可燃性毒物入り燃料棒とを有し、前記燃料棒と前記可燃性毒物入り燃料棒をチャンネルボックス内に格納した燃料集合体を有する炉心において、
可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値＝対象燃料集合体の燃料棒間の距離が最短になるよう
に隣接して配置される可燃性毒物入り燃料棒の数／
該対象燃料集合体の全可燃性毒物入り燃料棒の数
によって定義される可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が３種類以上ある燃料集合体を組み合わせて装荷したことを特徴とする。
【００３０】
前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が異なる少なくとも３つ以上種類の燃料集合体を有し、前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が低い順に、前記複数種類の燃料集合体を、集合体１、集合体２、集合体３，・・・，集合体Ｍ，集合体Ｍ＋１，・・・，集合体Ｎとした場合に、隣接する燃料集合体（集合体Ｍと集合体Ｍ＋１）の可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値の差分が、Ｍが大きくなるほど大きいようにすることができる。
【００３１】
前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が異なる３種類の燃料集合体を有し、前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が低い順に、前記複数種類の燃料集合体を、集合体１、集合体２、集合体３とした場合に、集合体２と集合体３の可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値の差分が、集合体１と集合体２の可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値の差分のほぼ２倍であるようにすることができる。
【００３２】
前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が異なる３種類の燃料集合体を有し、前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が低い順に、前記複数種類の燃料集合体を、集合体１、集合体２、集合体３とした場合に、集合体１の可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値は０であり、集合体２の可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値は０．３であり、集合体３の可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値は０．９であるようにすることができる。
【００３３】
前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が複数種類ある燃料集合体において、各種類の燃料集合体の燃料棒および可燃性毒物入り燃料棒は、他の種類の燃料集合体の燃料棒および可燃性毒物入り燃料棒と共通であるようにすることができる。
【００３４】
前記可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値が同一の燃料集合体において、該燃料集合体のチャンネルボックスに一番近い最外周の領域に配置される可燃性毒物入り燃料棒を、チャンネルボックスのコーナーからの距離を変化させて配置することにより、該燃料集合体の燃焼反応度を調整するようすることができる。
【００３５】
前記可燃性毒物入り燃料棒の本数が同一の燃料集合体において、該燃料集合体のチャンネルボックスに一番近い最外周の領域に配置される可燃性毒物入り燃料棒を、チャンネルボックスのコーナーからの距離を変化させて配置することにより、該燃料集合体の燃焼反応度を調整した燃料集合体を有するようにすることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明は、「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」（＝対象燃料集合体の燃料棒間の距離が最短になるように隣接して配置される可燃性毒物入り燃料棒の数／該対象燃料集合体の全可燃性毒物入り燃料棒の数）というパラメーターに注目し、「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」が異なることにより燃料集合体の反応度特性が異なるということを利用し、「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」が異なる３種類以上の燃料集合体を用意し、それらを組み合わせて沸騰水型原子炉の炉心に装荷している。
【００３７】
このようにすることにより、反応度特性が異なる３種類以上の燃料集合体を任意に組み合わせることができるので、本発明によれば、運転期間の長さの変動に融通性を持たせることができ、取出燃焼度の高い炉心において炉心特性を悪化させずにスムーズに移行させることができる。
【００３８】
また、上記「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」を異ならせるためには、単に、対象燃料集合体の燃料棒間の距離が最短になるように隣接配置する可燃性毒物入り燃料棒の数を調整すればよい。このため、本発明によれば、燃料ペレット及び燃料棒種類を共通化させることができ、製造コストの増加を抑えつつ、簡単に複数の反応度特性を有する燃料集合体を設計することができ、炉心設計の自由度向上及び製造コスト低減の両者を同時に満たすことができる。
【００３９】
また、本発明は、「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」の変化に加えて、燃料集合体内の最外周領域に配置する可燃性毒物入り燃料棒の位置を変更するだけで、複数の反応度特性を有する燃料集合体を得るようにしている。
【００４０】
燃料集合体内の最外周領域に配置する可燃性毒物入り燃料棒の位置を変更する場合には、可燃性毒物入り燃料棒の種類を変える必要がないため、燃料ペレット及び燃料棒種類を共通化させることができ、炉心設計の自由度向上及び製造コスト低減の両者を同時に満たすことができる。
【００４１】
更に、本発明の炉心を使用することにより、運転計画が突然変更された場合においても、変更前に準備した共通化した部材を使用して、次の運転期間の余剰反応度を適切にすることが容易な燃料集合体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明の第１の実施形態を、図１，図２及び図３を参照して説明する。
【００４３】
この第１の実施形態は、可燃性毒物入り燃料棒の隣接の程度を変更することによって、複数の反応度特性を有する燃料集合体を得るものである。
【００４４】
図１，図２，図３に記載される燃料集合体は、何れも９×９正方格子状に燃料棒を配置した燃料集合体であり、使用する燃料ペレットは共通化されており、前記共通化された燃料ペレットを装填した燃料棒も共通化されている。
【００４５】
単に「燃料棒」というときは、ウラン燃料を被覆管に充填した燃料棒、または、ウラン燃料とプルトニウム燃料を混合したＭＯＸ燃料を被覆管に充填した燃料棒をいう。
【００４６】
図１，図２，図３に記載される燃料集合体は、集合体平均のウラン２３５濃縮度も同じになっている。
【００４７】
図１は、燃料集合体内において、ガドリニアが存在する可燃性毒物入り燃料棒（以下、「Ｇｄ棒」と称する、Ｇｄ棒は可燃性毒物入り燃料棒の下位概念である）が１６本配置され、Ｇｄ棒同士が、燃料棒間の距離が最短になる形での隣接、即ち、正方格子における縦、もしくは、横方向で隣接する（以下、本形式での隣接を単に隣接と称する）ことがないことを特徴とする燃料集合体である。
【００４８】
図２は、１５本のＧｄ棒を有し、そのうち５本のＧｄ棒が、Ｇｄ棒同士で隣接配置されていることを特徴とする燃料集合体である。
【００４９】
図３は、１５本のＧｄ棒を有し、そのうちの１３本のＧｄ棒がＧｄ棒同士で隣接配置されていることを特徴とする燃料集合体である。
【００５０】
ここで、以下の式で定義される「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」なる指標を導入する。
可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値＝対象燃料集合体の燃料棒間の距離が最短になるよう
に隣接して配置される可燃性毒物入り燃料棒の数／
該対象燃料集合体の全可燃性毒物入り燃料棒の数
【００５１】
「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」は、可燃性毒物入り燃料棒の隣接の程度を表現しており、「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」の低い順に、図１，２，３の燃料集合体を、それぞれ集合体１、集合体２、集合体３と言う。集合体１の「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」は０、集合体２の「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」は０．３、集合体３の「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」は０．９となっている。
【００５２】
ガドリニアは中性子の強吸収体であるため、Ｇｄ棒を隣接配置すると、隣接配置周辺領域の中性子数が減少する。このため、Ｇｄ棒を隣接配置した周辺領域では、Ｇｄ棒による反応度抑制効果が低下すると共に、ガドリニアの燃焼が遅れ、Ｇｄ棒による反応度抑制効果が長く持続することになる。
【００５３】
集合体１，集合体２，集合体３では、Ｇｄ棒の隣接の程度が異なるため、燃料ペレット及び燃料棒を共通化した状態であっても、複数の燃焼特性を有する集合体を得ることが出来る。
【００５４】
図４に、集合体１，集合体２及び集合体３の燃料集合体の中性子無限増倍率燃焼変化を示す。
【００５５】
図４に示すように、Ｇｄ棒の隣接の程度、すなわち「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」が大きいほど、Ｇｄ棒による反応度抑制持続期間が長いことが分かる。
【００５６】
図５に、第1実施形態の集合体１，２，３を炉心に装荷した場合の炉心の余剰反応度（図５中に「第1実施例」と示す）を示す。
【００５７】
第１実施形態の燃料集合体を使用することで、原子炉の運転期間初期から後半まで余剰反応度をほぼ一定にすることが可能であることが確認出来る。
【００５８】
上記第1実施例と比較するために、図５において「現行設計例」を示している。
【００５９】
図６、図７，図８に、上記「現行設計例」に使用する燃料集合体を示す。
【００６０】
図６、図７，図８の燃料集合体は、燃料集合体の燃料棒を共通化させないで、自由度の高い設計を行ったもの、すなわち、Ｇｄ棒の本数、及び、ガドリニアの濃度を必要に応じて変化させたものである。
【００６１】
図６，図７，図８の燃料集合体は、何れも上記で定義した「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」は０であり、ウラン燃料棒種類は共通化しているが、Ｇｄ棒種類は、第１実施例の３種類に対し、５種類と多くなっている。
【００６２】
この現行設計例の燃料集合体を炉心に装荷した場合の余剰反応度を図５に示しているが、図５に示すように第１実施例の燃料集合体を用いた場合の余剰反応度は、現行設計例の燃料集合体を用いた場合と同等の結果となっていることが分かる。
【００６３】
しかし、製造コストの面から見れば、本発明の第１実施例は、現行設計例に比べ、燃料ペレット数、燃料棒種類数が少ないため、同等の余剰反応度特性を得つつ、製造コストを抑制することができる。
【００６４】
また、３個以上の複数の反応度特性を持つ取替燃料集合体を設計する場合、各燃料集合体間の反応度特性の差は等しいことが、炉心設計の容易さの観点からは望ましいということがある。
【００６５】
例えば、炉心の燃料装荷パターンを設計する際に、ある燃料集合体を基準として、この場合は、反応度抑制効果を１段階弱めた燃料を１段階強めた燃料に交換すれば運転特性が良くなる等の判断がし易くなる。
【００６６】
このとき、異なる反応度特性の数が奇数の場合、ある燃料集合体を中心として、両側に等しく反応度特性の異なる燃料が設計されることになるが、本発明の第1実施例においても、集合体２の無限増倍率特性が、集合体１と集合体３のほぼ中間となっていることが図４から確認できる。
【００６７】
Ｇｄ棒隣接指標値（Ｇｄ棒を使用した場合の「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」の下位概念の指標値である）において、集合体２と集合体３の差は、集合体１と集合体２の差の約２倍と大きい。これは、Ｇｄ棒は中性子の強吸収体であるため、Ｇｄ棒を集中して配置すると、その反応度抑制効果が弱まることとなり、その結果、反応度抑制効果をより小さくしたい場合は、反応度抑制効果の減少割合よりも大きな増加割合で、Ｇｄ棒隣接指標値を高めることが必要となるからである。したがって、集合体２を中間の反応度特性の燃料集合体にするには、集合体１と集合体２のＧｄ棒隣接指標値の差よりも、集合体２と集合体３のＧｄ棒隣接指標値の差を大きくすることが必要となる。
【００６８】
次に、本発明の第２の実施形態の燃料集合体を、図９、図１０に示す。
【００６９】
以降、図９の燃料集合体を集合体９、図１０の燃料集合体を集合体１０と言う。
【００７０】
第２の実施形態では、第１の実施形態とは異なり、Ｇｄ棒隣接指標値を変更させて配置するのではなく、Ｇｄ棒隣接指標値は同じであっても、燃料集合体の最外周領域におけるＧｄ棒の位置を変更することで、反応度特性を変更させるというものである。
【００７１】
本発明の第２の実施形態においては、燃料集合体の最外周領域におけるＧｄ棒の位置を変更するという概念と、「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」を変更させるという概念とを組み合わせることが好ましい。
【００７２】
集合体９、集合体１０は、共に、９×９正方格子状に燃料棒を配置する燃料集合体であり、使用する燃料ペレットは共通化されており、燃料ペレットを装填した燃料棒も共通化されている。また、燃料集合体内に配置する燃料棒種類毎の本数も同じであり、燃料集合体内の最外周の領域、すなわちチャンネルボックスの周壁にもっとも近い場所に８本のＧｄ棒を配置している。
【００７３】
集合体９は、燃料集合体のコーナーに近い場所に８本のＧｄ棒を配置したものであり、集合体１０は、集合体９の最外周に配置した８本のＧｄ棒を、集合体９よりも燃料集合体のコーナーから遠ざけたものである。
【００７４】
図１１に、集合体９と集合体１０の無限増倍率の燃焼特性を示すが、集合体１０よりも集合体９の方がＧｄ棒による反応度抑制効果が大きいことが分かる。これは、集合体内コーナーに近いほど、周囲の減速材密度が多いため、熱中性子が多くなり、コーナー近傍に配置したＧｄ棒に含まれるガドリニアによる熱中性子の吸収が多くなるためである。
【００７５】
このように、燃料集合体の最外周領域におけるＧｄ棒の配置のみを変更することによっても、複数の燃焼特性を有した燃料集合体を得られることになり、これらの燃料を炉心に装荷することでも、余剰反応度を適切設計にすることが可能となる。
【００７６】
製造コストの面から見れば、集合体９と集合体１０は、燃料集合体の最外周領域に配置するＧｄ棒の位置のみが異なるものであり、燃料集合体を製造するのに必要な燃料棒はその種類も個数も共通化することができる。このため、現行設計例に比べて、製造コストの削減が見込めることとなる。また、燃料集合体内におけるＧｄ棒の配置のみを変更するだけであるため、ある特定の共通化した部材で、短時間に複数の反応度特性を持つ燃料集合体を製造することが可能となる。
【００７７】
したがって、原子炉の運転期間が当初の計画から突然変更され、変更時点にて既に準備済みの部材が、それまで炉心に装荷してきた燃料用部材である状況下においても、次の運転期間に適切な反応度特性を持つ燃料を既に準備済みの部材から製造することが可能となる。
【００７８】
一般に、運転期間が短くなると、炉心に残留する燃料の反応度が高いままであるため、次の運転期間の余剰反応度が高くなるが、この場合、種類、個数共に共通の燃料棒を用いても、Ｇｄ棒を燃料集合体の最外周領域でコーナーから近い位置に配置することで、ガドリニアによる反応度抑制効果を大きくすることが出来、サイクル初期の余剰反応度を下げることができ、運転期間を通じて余剰反応度を一定にすることを容易にすることが出来る。
【００７９】
第１実施形態の「可燃性毒物入り燃料棒隣接指標値」を変更させるという概念と組み合わせ、燃料集合体を共通の燃料棒で構成し、原子炉の運転計画に対応する形で、ガドリニアの反応度抑制効果を大きくしたい場合は、燃料集合体の最外周領域でコーナー近傍にＧｄ棒を配置し、ガドリニア反応度抑制効果を小さくしたい場合は、Ｇｄ棒を隣接して配置することで、運転計画に対し、より柔軟な取替燃料を提供することが可能となる。
【００８０】
また、長期期間運転等で、Ｇｄ棒の反応度抑制効果を長く持続させたい場合は、Ｇｄ棒隣接指標値を高めた燃料集合体を用いることになるが、この場合、燃焼初期には、反応度抑制効果が小さくなってしまうため、当該燃料を炉心に装荷した場合、サイクル初期の炉心の余剰反応度が高くなる傾向がある。このような場合には、燃料集合体のコーナー近傍にＧｄ棒を配置した燃料集合体も併せて炉心に装荷することにより、炉心の余剰反応度を平坦化することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の燃料集合体のうちのＧｄ棒隣接指標値が１番目に小さい燃料集合体を示す構成図。
【図２】本発明に係る第１の実施形態の燃料集合体のうちのＧｄ棒隣接指標値が２番目に小さい燃料集合体を示す構成図。
【図３】本発明に係る第１の実施形態の燃料集合体のうちのＧｄ棒隣接指標値が３番目に小さい燃料集合体を示す構成図。
【図４】本発明の第１実施形態の集合体１，集合体２，集合体３の無限増倍率の燃焼変化図。
【図５】本発明の第１実施形態の集合体１，集合体２，集合体３を炉心に装荷した場合の炉心の余剰反応度燃焼変化図。
【図６】現行設計例の燃料集合体のうちのＧｄ棒の本数が１番目に多い燃料集合体。
【図７】現行設計例の燃料集合体のうちのＧｄ棒の本数が２番目に多い燃料集合体。
【図８】現行設計例の燃料集合体のうちのＧｄ棒の本数が３番目に多い燃料集合体。
【図９】本発明の第２実施形態による燃料集合体のうちのチャンネルボックスの最外周領域でチャンネルボックスのコーナー近くにＧｄ棒を配置した燃料集合体の構成図。
【図１０】本発明の第２実施形態による燃料集合体のうちのチャンネルボックスの最外周領域でチャンネルボックスのコーナーから離れてＧｄ棒を配置した燃料集合体の構成図。
【図１１】本発明の第２実施形態の燃料集合体である集合体９と集合体１０の無限増倍率の燃焼度変化図。
【図１２】従来設計による燃料集合体の無限増倍率燃焼特性図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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