(57)【要約】燃料集合体およびこれを組み込んだ原子炉炉心を提供する。この燃料集合体および原子炉炉心は、製造が容易であり、原子炉性能とバーンアップレートを改善する。特に、複数の燃料棒で構成される原子炉用の混合酸化物（ＭＯＸ）燃料集合体を提供する。この燃料集合体は、最大直径の燃料棒と、最小直径の燃料棒と、１以上のサイズの中間直径の燃料棒とを含み、前記集合体の表面に位置する燃料棒の２５％〜１００％は、１以上のサイズの中間直径の燃料棒で構成され、前記集合体のコーナーに位置する燃料棒は最小直径の燃料棒である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料棒で構成される原子炉用の混合酸化物燃料集合体であって、前記燃料棒は、最大直径の燃料棒と、最小直径の燃料棒と、１以上のサイズの中間直径の燃料棒とを含み、前記燃料集合体の表面に位置する燃料棒の２５％〜１００％は、前記１以上のサイズの中間直径の燃料棒で構成され、前記燃料集合体のコーナー部に位置する燃料棒は最小直径の燃料棒である核燃料集合体。
【請求項２】
前記最小直径の燃料棒のすべては、前記集合体の表面あるいは表面に隣接する位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体。
【請求項３】
前記最小直径の燃料棒は、燃料集合体で用いられる燃料棒の一般的な直径の６０％〜８５％の直径を有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料集合体。
【請求項４】
前記最小直径の燃料棒は、前記燃料集合体を構成する燃料棒の少なくとも４本を占め、かつ燃料集合体全体の１２％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料集合体。
【請求項５】
前記燃料集合体の５％〜７５％は前記１以上のサイズの中間直径の燃料棒であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料集合体。
【請求項６】
前記燃料集合体の表面に位置する燃料棒の８０％〜９５％は、前記１以上のサイズの中間直径の燃料棒であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料集合体。
【請求項７】
前記燃料集合体のコーナー部分を除いて、集合体の表面に位置する燃料棒のすべてが前記１以上のサイズの中間直径の燃料棒で構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料集合体。
【請求項８】
前記燃料集合体の表面に隣接して位置する燃料棒の０〜５０％が前記１以上のサイズの中間直径の燃料棒であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料集合体。
【請求項９】
前記燃料集合体の表面に隣接して位置する燃料棒の５０％〜１００％が単一サイズの中間直径の燃料棒であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の燃料集合体。
【請求項１０】
前記燃料集合体を構成する燃料棒の１０〜９５％が前記最大直径の燃料棒であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の燃料集合体。
【請求項１１】
前記燃料集合体を構成する燃料棒の少なくとも５０％が前記最大直径の燃料棒であり、前記集合体表面に位置する燃料棒の少なくとも１本は最大直径を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の燃料集合体。
【請求項１２】
前記集合体の表面に位置する燃料棒の５％未満が前記最大直径の燃料棒であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の燃料集合体。
【請求項１３】
前記最大直径は、任意の燃料集合体で用いられる燃料棒の一般的なサイズの７５％〜９８％の直径であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の燃料集合体。
【請求項１４】
前記中間直径は、任意の燃料集合体で用いられる燃料棒の一般的なサイズの７０％〜９５％の直径であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の燃料集合体。
【請求項１５】
前記燃料棒のすべてが、実質的に同一のプルトニウム富化度を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の燃料集合体。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の燃料集合体を１以上組み込んだ原子炉炉心。
【請求項１７】
最大直径を有する燃料棒と、最小直径を有する燃料棒と、１以上のサイズの中間直径の燃料棒を含む複数の燃料棒を用意し、
前記最小直径の燃料棒がコーナーに位置するように前記複数の燃料棒を組み合わせて集合体を構成し、前記集合体の表面に位置する燃料棒の２５％〜１００％が前記中間直径の燃料棒であるように配置する核燃料集合体の製造方法。
【請求項１８】
原子炉炉心に新たな燃料集合体を挿入、または補充、またはもとの燃料集合体を取り除いて新たな燃料集合体を充填する方法であって、前記新たな燃料集合体として、請求項１〜１５のいずれかに記載の燃料集合体、または請求項１６の方法により製造される燃料集合体を用いることを特徴とする原子炉炉心の搭載方法。
【請求項１９】
原子炉炉心用の燃料集合体および／または燃料集合体を組み込んだ原子炉炉心であって、前記燃料集合体における平均ピンの平均出力に対するピークピンの平均出力の割合が１．２５未満であり、前記ピンは単一の富化度を有することを特徴とする燃料集合体および／または原子炉炉心。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は核燃料に関し、特に、ＭＯＸ（ｍｉｘｅｄ ｏｘｉｄｅ：混合酸化物）燃料を組み込んだ核燃料集合体に関する。
【０００２】
【発明の背景】
原子炉、特に軽水炉（ＬＷＲ：ｌｉｇｈｔ ｗａｔｅｒ ｒｅａｃｔｏｒ）で、ＭＯＸ燃料を組み込んだ核燃料集合体の使用が増えてきている。ＭＯＸ燃料集合体の機械的設計は、現在のところ、二酸化ウラン（ＵＯ２ ）燃料集合体の設計を反映したものである。二酸化ウラン燃料の設計をそのまま利用することは、燃料集合体の製造コストの面で有利であり、また、規格が承認された既存のシステムからの逸脱が少ないという点でも都合がよい。しかし、二酸化ウランとＭＯＸ燃料という、異なる燃料の本来的な性質の相違に由来する重大な問題がある。
【０００３】
ＭＯＸ燃料集合体は、燃料集合体の表面（周縁）側に出力ピークが存在しないように慎重に設計されなければならない。これについては、燃料集合体の部位によって使用するＭＯＸ燃料の濃縮度を変える、すなわち燃料集合体のプルトニウム富化度分布を調整するという方向で研究が進められてきた。一般に、燃料集合体の表面近傍ではプルトニウムの富化度を低く設定し、集合体のコーナー部では、さらに富化度を低くする。この方法で、燃料集合体の出力操作に関する問題は対処できるが、燃料集合体の製造が複雑になる。燃料集合体のコストを決定する最も重要な要因は、製造プロセスに要するコストである。集合体の部位によって富化度を異ならせるため、燃料集合体の製造が複雑になるだけではなく、富化度を変えるたびに生産ライン全体を洗浄する必要があり、数日間におよぶダウンタイムを要する。
【０００４】
そこで、本発明は、低コストで製造が容易であり、かつ反応炉中心での燃焼操作を良好に行うことのできる燃料集合体の提供を目的とする。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の第１の側面では、少なくとも２つの異なる直径を含む複数の燃料棒で構成される核燃料集合体を提供する。何種類の直径を使用するかについて、特に限定はないが、２種類、３種類、４種類程度の直径が好ましい。
【０００６】
燃料棒の直径は、燃料集合体の種類に応じて、その集合体で一般に用いられる燃料棒の直径と同程度、あるいはそれ以下とするのが望ましい。
【０００７】
燃料集合体のうち、最大直径（燃料棒の一般的な直径より小さい場合もあり得る）の燃料棒の占める割合は１０〜９５％の範囲であり、好ましくは５０〜９０％、さらに好ましくは６０〜８０％である。理想的には、燃料集合体を構成する燃料棒の６５〜７５％が最大直径のものであるのが望ましい。その他の燃料棒は、１種類以上のより小さい直径の燃料棒とする。
【０００８】
一方、最小直径の燃料棒については、集合体を構成する燃料棒の少なくとも１本は最小直径を有し、燃料棒全体の１２％以下を占める。好ましくは燃料棒の０．３〜８％、さらに好ましくは１．４〜４．２％が最小直径の燃料棒である。
【０００９】
燃料集合体を構成する燃料棒の５〜７５％は、１以上のサイズの中間直径（最大直径と最小直径の間）を有する燃料棒である。中間直径の燃料棒は、好ましくは全体の１０〜４０％、より好ましくは１５〜３０％である。
【００１０】
良好な実施の形態としては、最小直径の燃料棒が１〜３％、中間直径の燃料棒が１５〜３０％、残りが最大直径の燃料棒で燃料集合体を構成する。
【００１１】
燃料集合体を構成する燃料棒アレイのサイズが１７×１７である場合、各アレイにつき、１〜１２本の最小直径の燃料棒と、３０〜１５０本の中間直径の燃料棒と、１００〜２５０本の最大直径燃料棒を配置し、燃料棒の総数が２８９本を越えないようにする。総数が２８９本に満たない場合は、残りの部分にガイド管や計測を配置してアレイを充填する。
【００１２】
１４×１４の燃料棒アレイを用いる場合は、各アレイにつき、１〜１２本の最小直径の燃料棒と、２４〜１２０本の中間直径の燃料棒と、８０〜１９６本の最大直径燃料棒を配置し、燃料棒の総数が１９６本を越えないようにする。この場合も、燃料棒の総数が１９６本に満たない場合は、ガイド管や計測管でアレイを充填する。
【００１３】
さらに、９×９の燃料棒アレイを用いる場合は、各アレイにつき、１〜８本の最小直径の燃料棒と、８〜４２本の中間直径の燃料棒と、２８〜８１本の最大直径燃料棒を配置し、燃料棒の総数が８１本を越えないようにする。総数が８１本に満たない場合は、残りをガイド管や計測管とする。
【００１４】
６×６の燃料棒アレイを用いる場合は、各アレイにつき、１〜４本の最小直径の燃料棒と、４〜１６本の中間直径の燃料棒と、１０〜３６本の最大直径燃料棒を配置し、燃料棒の総数が３６本を越えないようにする。燃料棒の総数が３６本に満たない場合は、ガイド管や計測管でアレイを充填する。
【００１５】
最大直径の燃料棒の直径は、同じ型の燃料集合体で通常使用される燃料棒の直径の７５〜９８％程度であり、好ましくは８５〜９３％である。
【００１６】
最小直径の燃料棒の直径は、同じ型の燃料集合体で通常使用される燃料棒の直径の４０〜９０％程度であり、好ましくは６０〜８５％、理想としては７５〜８５％である。
【００１７】
中間直径の燃料棒の直径は、同じ型の燃料集合体で通常使用される燃料棒の直径の７０〜９５％程度であり、好ましくは８０〜８５％である。
【００１８】
ＭＯＸ燃料集合体で通常使用される燃料棒の一般的な直径は、１．５ｃｍ〜０．８５ｃｍである。
【００１９】
最小直径の燃料棒は、燃料集合体の表面またはその近傍に位置する。特に最小直径の燃料棒を燃料集合体のコーナー部分に配置するのが好ましい。
【００２０】
表面（最も外側の列）から少なくとも１列おいて内側に配置される燃料棒の少なくとも９０％が最大直径の燃料棒であるのが望ましい。逆に、燃料集合体の表面では、最大直径の燃料棒の割合は１９％未満、好ましくは５％未満である。理想としては最外側の列には最大直径の燃料棒をまったく含まないのが望ましいが、最大２５％まで最大直径で構成することも可能である。
【００２１】
表面側の燃料棒に隣接して位置する燃料棒の０〜５０％、好ましくは０〜１０％は、１以上のサイズの中間直径の燃料棒である。また、表面側燃料棒に隣接して位置する燃料棒の５０〜１００％を、単一のサイズの中間直径の燃料棒で構成してもよい。
【００２２】
表面側燃料棒の２５〜１００％、好ましくは８０〜９５％を、１以上のサイズの中間直径の燃料棒で構成する。また、コーナーに位置する燃料棒を除くすべての表面側燃料棒を中間直径の燃料棒で構成してもよい。さらに、表面側燃料棒のすべてを最小サイズまたは中間サイズの燃料棒としてもよい。中間直径のサイズとして複数段階のサイズを有することができる。
【００２３】
表面側燃料棒あるいはそれに隣接する燃料棒を除いては、最小サイズの燃料棒を集合体の内側に用いないことが望ましい。できれば、表面側燃料棒に隣接する燃料棒にも、最小サイズを用いないのが望ましい。逆に、表面側燃料棒の１〜１００％、好ましくは１〜２０％を最小サイズの燃料棒とするのが好ましい。集合体のコーナー部に位置する燃料棒は、最小サイズの燃料棒である。
【００２４】
燃料棒スペースの５〜１５％のスペースを、制御棒および／または計量管で占めてもよい。
【００２５】
燃料はＭＯＸ型燃料であるのが好ましい。燃料中のプルトニウム含有量は３〜２０％であり、より好ましくは６〜１０％である。燃料棒の０〜９７％を燃えにくい（非核分裂）物質で構成してもよい。燃えにくい物質とは、添加剤、あるいは、二酸化プルトニウムと二酸化ウラン以外のその他の物質である。その他の物質として、たとえば減損ウランを用いてもよい。燃料自体は均質化しているのが望ましい。
【００２６】
燃えやすい（核分裂）物質を含むすべての燃料棒は、同一種類の燃料、たとえばＭＯＸ燃料を含有することが望ましい。集合体を構成する燃料棒の富化度、特にプルトニウムの富化度は実質的に同一であるのが望ましい。すなわち、各燃料棒の半径方向および／または軸方向の富化度と、その燃料レベルの少なくとも一方はすべての燃料棒において同一であるのが望ましい。
【００２７】
燃料棒は、正方形あるいは六角形（ＶＶＥＲ）のアレイに配置されてもよいし、同心円状に配置されて燃料集合体の束を構成してもよい。
【００２８】
このような燃料集合体の種類としては、ＡＧＲ（ａｄｖａｎｃｅｄ ｇａｓ ｒｅａｃｔｏｒ：改良型ガス冷却炉）型、ＣＡＮＤＵ型、六角断面型（たとえばＶＶＥＲ型）、ＢＷＲ（ｂｏｉｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｒｅａｃｔｏｒ：沸騰水炉）型、ＰＷＲ（ｐｒｅｓｓｕｒｅｄ ｗａｔｅｒ ｒｅａｃｔｏｒ：加圧水炉）型を採用し得る。
【００２９】
燃料棒の直径という場合は、燃料棒の外径のことを意味するものとする。
【００３０】
燃料集合体を用いる炉の種類としては、ＡＧＲ型原子炉、ＣＡＮＤＵ型原子炉、ＶＶＥＲ型原子炉、ＢＷＲ型原子炉、ＰＷＲ型原子炉などが挙げられる。
【００３１】
本発明の第２の側面では、第１の側面で説明した燃料集合体を１以上組み込んだ炉心を提供する。
【００３２】
上記第２の側面において炉心に組み込まれる燃料集合体は、第１の側面で説明し、本明細書中に記載される特徴、選択肢、可能な変形代替、詳細をすべて含むものとする。
【００３３】
このような炉心は、ＭＯＸ燃料と二酸化ウラン燃料を含むことができる。
【００３４】
本発明の第３の側面では、原子炉で用いられる燃料集合体の製造方法を提供する。この燃料集合体には少なくとも２つの異なる直径の複数の燃料棒が挿入されている。
【００３５】
上記第３の側面において製造される燃料集合体は、本明細書中に記載される特徴、選択肢、可能な変形代替、詳細をすべて含むものとする。
【００３６】
本発明の第４の側面では、新規に燃料集合体を挿入する炉心の搭載方法、あるいは使用済みの燃料集合体を取り除いて新しい燃料集合体を再充填する炉心の搭載方法を提供する。この方法において、新しい燃料集合体は、本発明の第１の側面で説明した燃料集合体、あるいは第３の側面にかかる方法で製造された燃料集合体である。
【００３７】
本発明の第５の側面では、平均燃料棒の平均出力に対するピーク燃料棒の平均出力の比が１．２５よりも小さくなるように設計された燃料集合体および／または燃料集合体を組み込んだ炉心を提供する。このような燃料集合体および／または燃料集合体を組み込んだ炉心は、単一の富化度を有する。
【００３８】
好ましくは、上述した平均燃料棒に対するピーク燃料棒の平均出力の比は１．２３より小さく、さらに好ましくは１．２２より小さい。理想的には１．２１よりも小さく、さらには１．２０５よりも小さいのが望ましい。
【００３９】
好ましくは、燃料集合体は、１以上のＭＯＸ燃料棒を含む。燃料集合体を構成する燃料棒のうち、コーナーに位置する燃料棒の１またはすべてがピーク出力を生じさせる燃料棒となり得る。
【００４０】
本発明の第６の側面では、少なくとも部分的に、減速材対燃料の体積比が２より大きい炉心用ＭＯＸ燃料集合体、および／またはこのようなＭＯＸ燃料集合体を組み込んだ原子炉炉心を提供する。
【００４１】
減速材対燃料の体積比は、２．１より大きいのが望ましく、より好ましくは２．５より大きい。理想としては３より大きいのが好ましく、３．５を超えてもよい。
【００４２】
燃料集合体全体として見た場合、減速材対燃料の体積比は２より大きい。特に、表面（最外側）に位置する燃料棒と、これに隣接する燃料棒の少なくとも一方においては、減速材対燃料比は２より大きい。
【００４３】
以下で図面を参照して、本発明の例示としての種々の実施形態を詳細に説明する。
【００４４】
【発明の実施の形態】
原子炉の核燃料として、二酸化ウラン（ＵＯ２）燃料集合体が広く使用されてきたが、このような燃料集合体の一部にＭＯＸ燃料を使用することが増えている。図１に示すように、二酸化ウラン、さらにはＭＯＸ燃料用に使用される燃料集合体は、支持格子１０に保持される平行に配置される同一直径の多数の燃料棒１により構成される。同一の燃料棒を使用する限り、燃料棒や集合体を新たに設計、製造する必要がなく、またすでに証明済みのフォーマットに基づくので、新たなフォーマットを打ち立てる場合と比較して、統制規則に基づく厳格な調査、監視の負担が少ない。
【００４５】
しかし、ＭＯＸ燃料の性質上から、燃料集合体を通して単一の富化度のみを採用することは困難である。図２は、すべての燃料棒を同一とした場合に生じる出力ピークについての重大な問題を示している。出力ピークは、集合体を構成する燃料棒のうち、平均的な燃料棒の平均出力に対するピークピンの平均出力の比で表わされる。図２のグラフでは、ピークピンの出力は、平均的なピン出力の１．５倍であり、許容限度を超える高さである。
【００４６】
このような問題点を解決するために、同一直径の燃料棒集合体の内部で富化度分布を変化させるシステムが採用されてきた。すなわち、集合体の中心部分よりもエッジ側の燃料棒の富化度を低く設定し、その中でも、コーナーの燃料棒の富化度をさらに低く設定する。このような設計により、図３に示す出力プロファイルが得られ、出力ピークは１．２４２にまで低減されている。
【００４７】
このように燃料棒の富化度分布を変えることにより、ある程度は出力ピークの問題は解決されるものの、製造面における困難さは、依然残っている。現在の原子炉の燃料に上述した設計を採用する場合、少なくとも３種類の異なる富化度のＭＯＸ燃料棒を生産する必要がある。これを実行するには、まず第１の富化度に設定してプラントを稼動させ、製造を終えたらプラントを停止して洗浄し、次に第２の富化度のためのラインを立ち上げる。第２のラインが終了したら、停止、洗浄を繰り返し、第３の富化度の燃料棒製造ラインを準備する。各ステージでのシャットダウンにそれぞれ数日を要し、製造コストに影響する。
【００４８】
本発明はこのような問題を解決し、燃料集合体を製造するに際して燃料棒の富化度を変えて製造する必要性を解消する。しかも、より燃料集合体の構成自体を簡易にするので、複雑な燃料集合体を生産することによるコストの上昇を引き起こすこともない。また、本発明の燃料集合体を炉心に組み込むことによって、炉内燃料性能、エネルギー生成、プルトニウムの燃焼等と関連する原子炉の動作特性も向上される。
【００４９】
図４は、本発明の一実施形態に係る燃料集合体の断面図であり、異なる直径の燃料棒の配置例を示す。図４の例では、３種類の直径の異なる燃料棒を採用している。燃料棒の直径は、燃料集合体を構成する燃料棒として一般に採用されている直径（すなわち半径０．４０９６ｃｍ）に対する相対比で表わし、直径に応じて集合体内部の特定のゾーンに配置される。
【００５０】
一実施形態において採用する３種類の直径は、
ｉ）　０．９×一般直径（□で表わす）
ｉｉ）　０．８２５×一般直径（□に×印をつけたもの）
ｉｉｉ）　０．８×一般直径（□にハッチングしたもの）
である。
【００５１】
最小直径の燃料棒は、燃料集合体のコーナー５０に配置される。最大直径の燃料棒５５は、中心側に配置される。中間直径の燃料棒６０は、コーナーを除く集合体表面に配置される。計量管／ガイド棒６５に一般の規定に従って配置される。
【００５２】
図３のような平均的なＭＯＸ出力レベルで運転する場合、図４の配置構成の燃料集合体を用いると、出力ピーク比は１．２０９になる。これは、従来の富化度分布を持たせた燃料集合体の出力ピーク比である１．２４２に比べてかなり低く、出力が均一化されていることを示す。
【００５３】
出力ピーク比の向上に加え、燃料棒の直径を段階的に低減して集合体中の燃料の有効量を低減することによって、減速材対燃料比が高くなり、反応度の関係においてプルトニウムのより有効な使用態様が実現できる。
【００５４】
燃料棒の一般直径（燃料棒の外径）とは、その燃料棒が組み込まれる集合体の種類に応じて、その集合体で通常使用されるサイズと考えられている寸法である。たとえば、炉の種類に応じて一般直径は以下のようになる。
【００５５】
ＰＷＲ型燃料棒　　　　　　　０．８〜１．５ｃｍ
ＢＷＲ型燃料棒　　　　　　　０．９〜１．５ｃｍ
ＶＶＥＲ型燃料棒　　　　　　０．９〜１．５ｃｍ
ＣＡＮＤＵ型燃料棒　　　　　１．３〜１．６ｃｍ
ＰＨＷＲ型燃料棒　　　　　　１．５２ｃｍ
ＡＧＲ型燃料棒　　　　　　　１．４〜１．６ｃｍ
図５は、二酸化ウラン（ＵＯ２）燃料集合体１００と、ＭＯＸ燃料集合体１０２について、減速材対燃料比と寿命平均反応度（ＬＡＲ：ｌｉｆｅｔｉｍｅ ａｖｅｒａｇｅ ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ）の関係を示すグラフである。
【００５６】
ＵＯ２ 燃料集合体の現状の設計では、燃料に対する減速材の比は、点線１０４で示されるようにピーク反応度のやや左側に位置する。これは、集合体中の減速材の急激な損失が起こった場合など、減速材対燃料比の変化によって反応度がグラフの左端に向けてカーブ状に下がり、ピーク１０６から離反するためである。
【００５７】
ＵＯ２ 燃料と機械的に等化な燃料集合体にＭＯＸ燃料を使用した場合、上述した減速材対燃料比の効果により、ＭＯＸ燃料の寿命平均反応度（ＬＡＲ）が、カーブ１０２と点線１０４の交点に位置してしまう。この交点位置での寿命平均反応度は、ＭＯＸ燃料集合体によって理想的とは言いがたい。燃料棒の機械的構成によって決まる減速材対燃料比に関する制限のせいで、ＭＯＸ燃料集合体の反応度と、これに基づくエネルギー出力が損なわれてしまう。
【００５８】
そこで、燃料棒の直径を変えることによって、燃料集合体における減速材対燃料の体積比を増大する。減速材対燃料比が高くなるということは、図５のグラフの横軸の値が右側にシフトして反応度が上昇する。これは、減速材によって減速される中性子が増大し、核分裂性同位体が分裂する確立が高まるからである。これにより出力効率を向上することができる。本発明を１７×１７のＰＷＲ（加圧水炉）型燃料集合体に適用した場合、減速材対燃料の体積比で２．８が容易に達成される。
【００５９】
さらに、減速材対燃料比が高くなって寿命平均反応度が高くなるという効果は、原子炉でのプルトニウム消費率にも好ましい影響を与える。図６は、減速材対燃料比と、プルトニウムの出力／入力比との関係を示すグラフである。減速材燃料比が２の場合、同値が３の場合にくらべて、Ｐｕ出力／Ｐｕ入力比が高い。減速材対燃料比が２のとき、一般的な原子炉サイクルでプルトニウムの燃焼は約２５％でありが、減速材対燃料比が３になると４０％の燃焼率になる。このように、本発明の燃料集合体によれば、集合体中のプルトニウム消費効率が増大することがわかる。これは、プルトニウムの富化度の高い放射性廃棄物の処理という問題に鑑みるなら、非常に望ましい結果である。
【００６０】
図７は、８×８のＢＷＲ（沸騰水炉）型燃料集合体において、直径分布の別の例を示す例である。最小直径燃料棒５０は、集合体のコーナーに配置される。第１の中間直径燃料棒６０は、コーナーを除く集合体表面に沿って配置される。第１の中間直径よりも大きな第２の中間直径燃料棒６２は、表面側燃料棒に隣接する列のコーナー以外の領域に配置される。比較的直径の大きな燃料棒５５は、中心部に配置される。集合体のその他の位置には、ガイド棒６４と一般半径のウォーターロッド６６が配置される。もちろん、本発明の範囲内で、図７以外の配置構成が可能である。
【００６１】
表１は、ＰＷＲ型、ＡＧＲ、マグノックス型原子炉における直径分布型のＭＯＸ燃料集合体と、富化度分布によるＭＯＸ燃料集合体の比較結果を示す表である。
【００６２】
【表１】
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表１のシミュレーション結果から、以下のことが理解される。
ａ）すべてのタイプの原子炉において、直径分布型のＭＯＸ燃料を用いたほうが、富化度分布型のＭＯＸ燃料に較べてサイクル長が大きい。
ｂ）最大出力ピンの平均パワーＦΔＨ は、すべてのケースにおいて許容範囲内にある。
ｃ）ピーク出力ピンは、ＭＯＸ集合体に隣接するＵＯ２ 燃料集合体中に存在しており、ＵＯ２ 燃料集合体の動作レベルや安全性については、すでに膨大な情報が蓄積されているので、安全性も確保される。
ｄ）直径分布型の燃料集合体のトータルの制御量は、富化度分布型の燃料集合体の制御量よりも高く、シャットダウンセイフティマージンをＵＯ２ 燃料集合体と同等以上のレベルにまで向上する。
ｅ）ホウ素係数パラメータは満足されており、必要とされるホウ素濃度は、富化度分布型の燃料集合体よりも低い。
ｆ）減速材温度係数も、許容範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料集合体の斜視図である。
【図２】富化度分布のないＭＯＸ燃料集合体のピン出力分布を示すグラフである。
【図３】同一直径の燃料棒を用いた富化度分布を有するＭＯＸ燃料集合体のピン出力分布を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料集合体の、燃料棒の直径に応じた帯域分布を示す概略断面図である。
【図５】ＵＯ２ 燃料集合体とＭＯＸ燃料集合体のそれぞれについて、減速材対燃料の体積比と、寿命平均反応度の関係を示すグラフである。
【図６】減速材対燃料の体積比と、プルトニウム（Ｐｕ）出力対プルトニウム（Ｐｕ）入力比との関係を示すグラフである。
【図７】ＭＯＸ燃料集合体の直径分布の別の例を示す図である。
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004507711.tif 000032