(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に燃料要素を含む燃料棒および内部を冷却材が流通するウォータロッドを包含する燃料集合体を複数装荷して構成され、運転期間が複数の燃料サイクル期間によりなる原子炉炉心において、この原子炉炉心を構成する燃料集合体は、（Ａ）  可燃性毒物が第１の燃焼サイクル期間の終了時にほぼ燃え尽きる程度に設定される第１の燃料集合体から構成される第１の燃料集合体グループ、（Ｂ）  可燃性毒物が第１の燃料サイクル以降の次サイクルまで燃え残る程度に設定される第２の燃料集合体から構成される第２の燃料集合体グループ、の少なくとも２つのグループからなり、各燃料集合体グループは少なくとも第１サイクル目の燃料集合体と第２サイクル目の燃料集合体とを含有し、かつ前記第２の燃料集合体１体に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本数は前記第１の燃料集合体１体に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本数より少なく設定され、さらに前記第２の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物の濃度は、前記第１の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物の濃度の1.2倍以上に設定されることを特徴とする原子炉炉心。
【請求項２】
前記第２の燃料集合体では、燃料集合体の最外周部および前記ウォータロッドに隣接する位置には前記可燃性毒物を含有しない燃料棒が配置され、かつ少なくとも２つの前記可燃性毒物入り燃料棒は互いに隣接して配置されることを特徴とする請求項１記載の原子炉炉心。
【請求項３】
前記第２の燃料集合体のウラン濃縮度は前記第１の燃料集合体のウラン濃縮度より高く設定されることを特徴とする請求項１記載の原子炉炉心。
【請求項４】
前記第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体は炉心最外周とコントロールセルを除く位置に配置され、かつ前記第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体の体数は前記原子炉炉心の全ての燃料集合体の体数の20％以下に設定されることを特徴とする請求項１記載の原子炉炉心。
【請求項５】
原子炉炉心の反応を制御する制御棒を中心として４体の燃料集合体で構成されるセルとして、炉心最外周に位置せずかつコントロールセルに隣接しないセルであって、セル内に第１サイクル目の燃料集合体が少なくとも２体配置される場合または第２サイクル目の燃料集合体が少なくとも２体配置される場合の何れかのときに、当該セル内に前記第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体が配置されることを特徴とする請求項１記載の原子炉炉心。
【請求項６】
前記原子炉炉心は、前記第１の燃料集合体グループおよび前記第２の燃料集合体グループに加えて、（Ｃ）  可燃性毒物が第１の燃焼サイクル期間の途中で燃え尽きる程度に設定される第３の燃料集合体から構成される第３の燃料集合体グループの少なくとも３つのグループからなり、前記第３の燃料集合体グループはコントロールセルに隣接して配置されることを特徴とする請求項１記載の原子炉炉心。
【請求項７】
運転期間が複数の燃料サイクル期間によりなる原子炉炉心を構成する燃料集合体は、内部に燃料要素を含む燃料棒および内部を冷却材が流通するウォータロッドを包含する燃料集合体を複数装荷して構成され、かつ（Ａ）  可燃性毒物が第１の燃焼サイクル期間の終了時にほぼ燃え尽きる程度に設定される第１の燃料集合体から構成される第１の燃料集合体グループ、（Ｂ）  可燃性毒物が第１の燃料サイクル以降の次サイクルまで燃え残る程度に設定される第２の燃料集合体から構成される第２の燃料集合体グループ、の少なくとも２つのグループからなり、各燃料集合体グループは少なくとも第１サイクル目の燃料集合体と第２サイクル目の燃料集合体とを含有し、かつ前記第２の燃料集合体１体に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本数は前記第１の燃料集合体１体に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本数より少なく設定され、さらに前記第２の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物の濃度は、前記第１の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物の濃度の1.2倍以上に設定されており、前記燃料サイクル期間の末期に燃料交換を行う際に、まず第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体を取出し、次に第１の燃料集合体グループに属する燃料集合体を取出すことを特徴とする原子炉炉心の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉の燃料集合体と、これを装荷した原子炉炉心に係り、特に高燃焼度燃料で構成された原子炉炉心に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉の燃料集合体では、燃焼初期における過剰な反応度を抑制するために、可燃性毒物としてガドリニア（Gd2O3）を用いている。ガドリニアは燃焼と共に急速に燃え尽きるので、燃料集合体の無限増倍率は、燃焼初期においては増加し、ガドリニアが燃え尽きるころにピークを迎え、以降は燃焼の進行に従って減少する。ただし、ガドリニアがほとんど燃え尽きたあとも、ガドリニウム（Gd）同位体の一部は平衡状態となり、以降の燃焼期間中一定の反応度ロスとして作用する。これを残留ガドリニア反応度という。
【０００３】
燃料集合体はガドリニアを添加した燃料棒（ガドリニア燃料棒）とその他の燃料棒により構成されるが、例えば特許第2577367号公報に記載された発明に代表されるように、ガドリニア燃料棒の配置具合により、ガドリニアの燃え尽きる期間を遅らせる方法が知られている。
【０００４】
従来の燃料集合体においては、サイクル終了時にガドリニアが燃え尽きるように、その初期濃度を設定するのが一般的である。これはサイクル終了時にガドリニアが残っていると反応度をロスすることになるからである。
また、ガドリニア燃料棒本数は運転サイクルを通じて余剰反応度を一定にするように決めるが、このようにすると、燃焼度の異なる燃料集合体で炉心を構成したときに、運転サイクルを通じて余剰反応度を一定にすることが容易だからである。なお、ガドリニア燃料棒本数の異なる２種類の燃料集合体を用意して、運転期間の変動に応じて、各々の装荷割合を調節することにより、運転サイクル中の余剰反応度を一定に保つ方法が知られている。この場合でも、各々の燃料集合体のガドリニア濃度は第１サイクル終了時に、ほぼ燃え尽きるようにしてある。
【０００５】
沸騰水型原子炉の炉心を構成する燃料集合体は、一般に、炉内滞在期間（炉内滞在サイクル数）の異なる複数のグループに分けられる。同じグループ同志の燃料集合体を隣接させると、出力ピーキングが生じ易いので、通常の炉心では可能な限り同じグループの燃料集合体を隣接しないように分散して配置する。ただし、初装荷炉心においては、燃料集合体の炉内滞在期間は全て同じであるが、初期ウラン濃縮度の異なるグループに分けられ、同様に分散配置される。
通常運転時に使用する制御棒の周囲４体の燃料集合体は、燃焼の進んだ燃料集合体で構成され、これをコントロールセルという。一般に、炉心最外周およびコントロールセル周辺では、出力ピーキングは小さくなり、逆にそれ以外のところで出力ピーキングは大きくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、沸騰水型原子炉における燃料経済性の向上と、使用済み燃料体数の削減を目的として、１体の燃料集合体から取り出すエネルギーを増大させる高燃焼度化が進められており、このため、１運転サイクルあたりの燃焼度増分（サイクル燃焼度という。）は増加する傾向にある。サイクル燃焼度が増加すると、炉内滞在サイクル数の異なる燃料集合体グループ間の無限増倍率の差は大きくなるので、出力ピーキングを増加させる。これは熱特性の悪化を招き、高燃焼度化の阻害要因となっている。
【０００７】
また、炉心の燃料経済性を向上させるための方策として、最も無限増倍率の小さい燃料集合体グループを炉心最外周に配置する低漏洩型の原子炉が知られている。しかし、低漏洩型の原子炉においては、炉心中央部でグループ毎の燃料集合体数のバランスが崩れるので、無限増倍率の高いグループの燃料集合体同志が隣接せざるを得なくなる場合があり、これにより径方向出力ピーキングが生じる。
よって、従来は炉内の燃料集合体の配置を上述の低漏洩型とすることができず、このことが燃料経済性向上の阻害要因となっている。
【０００８】
次に、熱特性の悪化について説明する。一般に、第１サイクル目燃料の無限増倍率はサイクル初期から末期にかけて増加する。そして第２サイクル目燃料の無限増倍率はサイクル初期から末期にかけて減少する。よって、サイクル初期においては、無限増倍率の大きい第２サイクル目燃料に出力ピーキングが生じて熱特性が悪くなる。逆にサイクル後期になると、第１サイクル目燃料に出力ピーキングが生じて熱特性が悪くなる。
【０００９】
熱特性の一例である線出力密度は、その値が大きいほど安全余裕が小さい。一般に、燃料の線出力密度が通常最も大きくなるのは、サイクル後期における第１サイクル目燃料である。
また、限界出力比の値が小さいほど安全余裕は小さい。一般に、限界出力比が通常最も小さいのは、第２サイクル目燃料においてサイクル初期の期間であり、その期間は全サイクル期間の20％程度である。したがって、この期間の出力ピーキングが特に問題となる。
【００１０】
ところで、ガドリニアの初期濃度を高めて第１サイクル終了後の次サイクルまで燃え残るように設定すると、無限増倍率のピークが燃焼度の進んだ側にずれると共に、ピークの最大値が小さくなる。このため、炉内滞在サイクル数の異なる燃料集合体間の無限増倍率の差は小さくなり、出力ピーキングを小さくすることができる。特に上述した限界出力比を改善するためには、ガドリニアがサイクル期間の1.2倍以上燃え残るように、その濃度を高めればよい。また、線出力密度を改善するには、ガドリニア濃度が高いほどよい。
【００１１】
しかしこの場合には２つの問題が併せて発生する。１つは、サイクル末期で燃え残ったガドリニアによる反応度ロスによって、燃料経済性が悪くなることである。もう１つは、余剰反応度が運転サイクルを通じて一定とならず、運転制御性が悪化することである。例えば、特開昭62−106391号公報に記載された燃料集合体においては、燃料集合体内の一部のガドリニア濃度を高めることによって、余剰反応度を一定に保てることが示されている。しかしこの場合でもガドリニアによる反応度ロスの発生が問題として残ることとなる。
【００１２】
本発明はこうした事情に鑑みなされたものであり、燃料集合体の高燃焼度化のために、燃料経済性や運転制御性を損なうことなく、出力ピーキングを低減して、炉心熱特性の良好な原子炉炉心を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１記載の発明は、内部に燃料要素を含む燃料棒および内部を冷却材が流通するウォータロッドを包含する燃料集合体を複数装荷して構成され、運転期間が複数の燃料サイクル期間によりなる原子炉炉心において、この原子炉炉心を構成する燃料集合体は、
（Ａ）可燃性毒物が第１の燃焼サイクル期間の終了時にほぼ燃え尽きる程度に設定される第１の燃料集合体から構成される第１の燃料集合体グループ、
（Ｂ）可燃性毒物が第１の燃料サイクル以降の次サイクルまで燃え残る程度に設定される第２の燃料集合体から構成される第２の燃料集合体グループ、
の少なくとも２つのグループからなり、
各燃料集合体グループは少なくとも第１サイクル目の燃料集合体と第２サイクル目の燃料集合体とを含有し、
かつ第２の燃料集合体１体に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本数は第１の燃料集合体１体に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本数より少なく設定され、
さらに第２の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物の濃度は、第１の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物の濃度の1.2倍以上に設定されることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、第２の燃料集合体グループにおいては、可燃性毒物がサイクル期間の1.2倍以上の間燃え残る。したがって、サイクル初期における限界出力比と、サイクル後期における線出力密度を改善することができる。また第１の燃料集合体グループに属する燃料集合体については、炉内で、無限増倍率の異なる第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体と混在させて配置することにより、出力を分散させる効果が得られるので、熱特性を改善することができる。一方、第２の燃料集合体グループによる燃え残った可燃性毒物による反応度ロスと、運転サイクル期間を通じての余剰反応度への影響は、第１の燃料集合体グループが存在することで炉心全体で緩和されて小さくなる。
また、第２の燃料集合体に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本数を、第１の燃料集合体のそれよりも少なく設定することで、可燃性毒物総量を減らし、残留する可燃性毒物による反応度ロスを低減することができる。
【００１５】
さらに、請求項２記載の発明は、請求項１記載の原子炉炉心において、第２の燃料集合体では、燃料集合体の最外周部およびウォータロッドに隣接する位置には可燃性毒物を含有しない燃料棒が配置され、かつ少なくとも２つの可燃性毒物入り燃料棒は互いに隣接して配置されることを特徴とする。
この構成により、可燃性毒物が効果的に燃え残るので、可燃性毒物の総量を低減することが可能となり、残留する可燃性毒物による反応度ロスを低減できる。
【００１６】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の原子炉炉心において、第２の燃料集合体のウラン濃縮度は第１の燃料集合体のウラン濃縮度より高く設定されることを特徴とする。これにより、第２の燃料集合体グループに起因する残留可燃性毒物による反応度ロスを補うことができる。
【００１７】
また、請求項４記載の発明は、請求項1記載の原子炉炉心において、第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体は炉心最外周とコントロールセルを除く位置に配置され、かつ第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体の体数は原子炉炉心の全ての燃料集合体の体数の20％以下に設定されることを特徴とする。
炉心最外周とコントロールセルはもともと出力ピーキングが低いので、当該位置を除いた出力ピーキングの高い位置に可燃性毒物を配置することでより有効な効果を得ることができる。また、炉心最外周部以外またはコントロールセル以外の場所で、４体の燃料集合体からなるセルに必ず第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体を１体配置すると、その体数比率は炉心全体数の20％程度になり、このときにほぼ最大の出力ピーキング低減効果が得られる。これ以上の装荷は、可燃性毒物の燃え残りによる反応度ロスを増大するという悪影響の方が大きいと想定される。
【００１８】
また、請求項５記載の発明は、請求項1記載の原子炉炉心において、原子炉炉心の反応を制御する制御棒を中心として４体の燃料集合体で構成されるセルとして、炉心最外周に位置せずかつコントロールセルに隣接しないセルであって、セル内に第１サイクル目の燃料集合体が少なくとも２体配置される場合または第２サイクル目の燃料集合体が少なくとも２体配置される場合の何れかのときに、当該セル内に第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体が配置されることを特徴とする。
この構成により、炉心最外周のセルまたはコントロールセルに隣接するセルにおいては、第１サイクル目の燃料集合体が２体以上である場合、または第２サイクル目燃料集合体が２体以上である場合でも、制御棒の反応度価値がそれほど大きくならない。よってかかる位置以外のセル内に可燃性毒物を配置することで、より有効な効果を得ることができる。また、かかる位置以外のセルを構成する４体の燃料集合体の中心に配置される制御棒は、その反応度価値が大きくなる。しかし第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体によれば、可燃性毒物が燃え残っているために、かかる制御棒の反応度価値を小さくすることによって、炉停止余裕を改善することができる。
【００１９】
また、請求項６記載の発明は、請求項１記載の原子炉炉心において、第１の燃料集合体グループおよび第２の燃料集合体グループに加えて、
（Ｃ）  可燃性毒物が第１の燃焼サイクル期間の途中で燃え尽きる程度に設定される第３の燃料集合体から構成される第３の燃料集合体グループ
の少なくとも３つのグループからなり、
第３の燃料集合体グループはコントロールセルに隣接して配置されることを特徴とする。
第３の燃料集合体の無限増倍率の最大値は、第１の燃料集合体グループよりも大きくなる。一方、コントロールセル周辺の出力ピーキングは低いので、この構成により、第３の燃料集合体グループに属する燃料集合体によって出力ピーキングを増加すれば、炉心全体の出力バランスが変えることにより、他の場所の高い出力ピーキングを低減することができる。また、第２の燃料集合体グループに起因する燃え残りの可燃性毒物による反応度ロスを補うことができる。
【００２０】
また、請求項７記載の発明は、請求項１記載の原子炉炉心の運転方法に関するものであり、燃料サイクル期間の末期に燃料交換を行う際に、まず第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体を取出し、次に第１の燃料集合体グループに属する燃料集合体を取出すことを特徴とする。かかる方法が有効であるのは、第２の燃料集合体に属する燃料集合体は、残留する可燃性毒物による反応度が大きいため、これを先に取出した方が余剰反応度は大きくなる。
【００２１】
また、請求項１記載の発明においては、上述した以外の構成のほかに、さらに以下のような構成を追加して実施することが好適である。
第１に、互いに炉内滞在期間がほぼ同じであるような、第１の燃料集合体グループに属する燃料集合体と第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体とが、隣接して配置されるのが好適である。この２者の燃料集合体では、炉内滞在期間が同じであっても、無限増倍率が異なるので、隣接して配置しても出力ピーキングを生じないためである。
第２に、第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体に隣接する４体の燃料集合体のうち、少なくとも２体が第１サイクル目または第２サイクル目の燃料集合体であるように配置されるのが好適である。第１または第２サイクル目の燃料集合体を集中させる配置では出力ピーキングが生じ易いので、かかる位置に燃料集合体グループに属する燃料集合体を配置すれば、出力ピーキングを低減する効果が大きくなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本実施の形態における原子炉炉心の燃料配置を示す断面図である。この図は１／４炉心を示しているが、本実施形態においては炉心は１／４回転対称に燃料を配置することとする。図1に示した炉心は、以下で詳述する異なる２種の燃料集合体グループから構成されている。
【００２４】
燃料集合体グループＡは、ガドリニアが第１サイクルの終了前に燃え尽きるように設定された燃料集合体２から構成され、さらにその炉内滞在サイクル数により４種類に分類される。図１では、燃料集合体グループＡのうち第１サイクル目の燃料をA1と表し、第２サイクル目、第３サイクル目、第４サイクル目の燃料をそれぞれA2，A3，A4と表している。
また、燃料集合体グループＢは、第１サイクル終了後も次サイクル以降までガドリニアが燃え残るように設定された燃料集合体３から構成され、さらにその炉内滞在サイクル数により３種類に分類される。つまり、燃料集合体３は燃料集合体２に比べてガドリニア含有量が多く設定されている。燃料集合体グループＢの燃料集合体うち第１サイクル目、第２サイクル目、第３サイクル目の燃料をそれぞれB1，B2，B3と表している。
【００２５】
図１において符号10で示される太線により囲まれた部分はコントロールセルである。燃焼の進んだ第３サイクル目、第４サイクル目の燃料集合体A3，A4により構成されている。
図２は、これらの燃料集合体グループＡ，Ｂを構成する燃料集合体２，３の無限増倍率の燃焼変化を示すグラフである。実線４Ａが燃料集合体２（燃料集合体グループＡ）を、破線４Ｂが燃料集合体３（燃料集合体グループＢ）を示している。また、ｄ1，ｄ2は、それぞれ第１サイクル、第２サイクルの期間の凡その範囲を示す。
【００２６】
燃料集合体グループＡにおいては、燃料集合体２のガドリニアが第１サイクル終了時に燃え尽きるので、実線４Ａに示すように、無限増倍率は第1サイクル末期で最大となる。一方燃料集合体グループBにおいては、ガドリニアが次サイクル以降まで燃え残る。よって、破線４Ｂに示すように、燃料集合体グループＡと比較すると、燃料集合体グループＢの１サイクル目燃料B1と２サイクル目燃料B2とでの無限増倍率の差は小さい。
すなわち、燃料集合体グループＢにおいては、サイクル初期の限界出力比とサイクル後期の線出力密度が改善される。また燃料集合体グループＡについては、無限増倍率の異なる燃料集合体グループＢと混在して炉心を構成することにより、出力を分散させる効果が得られるので、熱特性を改善することができる。
【００２７】
図３および図４は、それぞれ燃料集合体グループＡおよびＢを構成する燃料集合体２および３の燃料棒配置の一例を示す断面図である。ここに示した燃料集合体２，３は、ともにチャンネルボックス９内に燃料棒７が10行10列に配置され、燃料棒７の総数は92本である。また、中央部に内部を冷却材が流通するウォータロッド８が２本配置される。
図３においては、燃料棒７に付された燃料棒番号のうち１，２，３はウラン燃料棒を、G1，G2はガドリニア入りの燃料棒を示し、ともに燃料棒番号が若いいほどウラン濃縮度が大きいことを示している。図３に示す燃料集合体グループＡの燃料棒72本のうち16本をしめるガドリニア入り燃料棒G1のガドリニア濃度は6wt％となっており、サイクル燃焼度が14GWd／tの時点でほぼ燃え尽きるように設定されている。
【００２８】
一方、図４においても燃料棒番号１，２，３で示されるウラン燃料棒とG1，G2，G3で示されるガドリニア入り燃料棒が併存している。図４に示す燃料集合体グループＢのガドリニア入り燃料棒のなかで最もガドリニア濃度の高い燃料棒G1のガドリニア濃度は10wt％であり、燃料集合体グループＡのガドリニア入り燃料棒G1のガドリニア濃度（6wt％）の約1.7倍である。また、燃料集合体グループＡの燃料集合体内の平均ガドリニア濃度は、燃料集合体グループＢのそれに比べて  1.2倍以上に設定するのが好適である。
【００２９】
図４に示す燃料集合体グループＢのガドリニア入り燃料棒は16本であり、図３に示す燃料集合体グループＡのガドリニア入り燃料棒本数20本よりも少なく設定したために、残留ガドリニア反応度ロスが低減される。
また、図４に示す燃料集合体グループＢのガドリニア入り燃料棒16本は、最外周部以外およびウォーターロッド周辺部以外に配置されており、かつこのうち12本は互いに隣接して配置されている。これにより、ガドリニアを効果的に燃え残すことが可能となり、残留ガドリニア反応度ロスが低減される。
さらに、図４に示す燃料集合体グループＢの平均ウラン濃縮度は4.45％であり、図３に示す燃料集合体グループＡの平均ウラン濃縮度4.38%よりも高く設定されている。これにより残留ガドリニア反応度ロスを補うことができる。
【００３０】
本実施の形態の作用について、実証結果としてグラフを参照して説明する。図５は、燃焼に伴う余剰反応度の変化を示すグラフである。破線５Ａは、燃料集合体グループＡを構成する燃料集合体２のみによって炉心が構成された場合、すなわち図１におけるB1，B2，B3をそれぞれA1，A2，A3で置き換えたときの余剰反応度を示している。この場合の余剰反応度はサイクル期間中ほぼ一定の値で、サイクル末期の反応度も足りている。
【００３１】
また図５の破線５Ｂは、逆に燃料集合体グループＢを構成する燃料集合体３のみによって炉心が構成された場合の余剰反応度を示している。この場合は、サイクル期間中に余剰反応度が大きく変化し、サイクル末期で反応度が足りていない。
図５の実線６は図１に示す本実施の形態にかかる原子炉炉心１の余剰反応度を示している。原子炉炉心1の全燃料集合体数368体のうち、燃料集合体グループＢに属するものは24体であり、その全体に占める比率は7％以下となっている。このため、炉心１の余剰反応度変化に与える燃料集合体グループＢの影響は、実線６で示すように、炉心全体で緩和されて小さいものとなる。
【００３２】
原子炉炉心１の座標を図１に示す（I，J）で示すこととする。（I，J）＝（11，9）位置にある燃料集合体は、燃料集合体グループＡの第２サイクル目燃料Ａ２である。また、それに制御棒11を介して隣接する（11，10）位置にある燃料集合体は、燃料集合体グループＢの第２サイクル目燃料Ｂ２である。これらの隣接する燃料集合体Ａ２とＢ２は、炉内滞在期間がほぼ同じであるが、無限増倍率が異なるので、出力ピーキングは発生しない。
（11，９）位置の燃料集合体Ａ２に隣接する４体の燃料集合体のうち、３体（A1，A1，B2）が第１サイクル目または第２サイクル目の燃料集合体である。このような位置では出力ピーキングが発生し易いので、（11，９）位置にある燃料集合体A2による出力ピーキング低減効果も大きい。
【００３３】
図１に示す制御棒11を中心として構成される４体の燃料集合体のうちには、第２サイクル目燃料集合体が３体（A2，A2，B2）位置しており、上記（11，９）位置の燃料集合体A2も含まれる。この燃料集合体A2が存在するために、制御棒11の反応度価値は小さくなり、炉停止余裕が改善される。
また、原子炉を運転する際には、炉心１において、各サイクル末期には、燃料集合体グループＢを燃料集合体グループＡより優先して取出すこととする。つまり、燃料集合体グループＢを取出した後に、燃料集合体グループＡを取出すという、選択的に２段階に分けて燃料交換のための取出しを行うこととする。これにより、残留ガドリニア反応度ロスを小さくすることができる。
図６および図７は、それぞれ本実施の形態における線出力密度および限界出力比を示すグラフである。図６の実線12で示すように、本実施の形態にかかる炉心１の線出力密度は、破線13で示される従来の炉心の場合よりも、とくにサイクル中期において改善されていることがわかる。同様に、図７の実線14で示すように、本実施の形態に係る炉心１の限界出力比も、破線15で示される従来の場合よりも改善されており、特に運転初期の運転サイクル期間の約20％の期間において改善効果が大きいことがわかる。
【００３４】
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。図８は本実施の形態にかかる原子炉炉心16の燃料配置を示す１／４回転対称の断面図である。第１の実施の形態と異なる点は、図８においてC1，C2で示される燃料集合体グループＣを導入した点にある。
【００３５】
この燃料集合体グループＣを構成する燃料集合体では、ガドリニアがサイクル途中で燃え尽きるように設定している。図９は、この燃料集合体グループＣを構成する燃料集合体の無限増倍率の燃焼変化を、図２に重ねて示したものである。これによれば、破線４Ｃに示すように、無限増倍率は第1サイクル途中で最大となる。燃料集合体グループCはコントロールセルに隣接して配置しているので、この位置の出力ピーキングが増加し、炉心全体の出力バランスが変わるので、他の場所の高い出力ピーキングを低減することができる。またこの燃料集合体グループＣにより、燃料集合体グループBが第１サイクル末期においても含有する燃え残りのガドリニアによる反応度ロスを補うことができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、燃料経済性や運転制御性を損なうことなく、出力ピーキングを低減して、炉心熱特性の良好な原子炉炉心を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる原子炉炉心の燃料配置を示す１／４回転対称の断面図である。
【図２】図１に示した燃料集合体グループＡ，Ｂの無限増倍率の燃焼変化を示す特性図である。
【図３】図１に示した燃料集合体グループＡを構成する燃料集合体２の燃料棒配置を示す断面図である。
【図４】図１に示した燃料集合体グループＢを構成する燃料集合体３の燃料棒配置を示す断面図である。
【図５】図１に示した原子炉炉心の無限増倍率の燃焼変化を示す特性図である。
【図６】図１に示した原子炉炉心の線出力密度の燃焼変化を示す特性図である。
【図７】図１に示した原子炉炉心の限界出力比の燃焼変化を示す特性図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態にかかる原子炉炉心の燃料配置を示す１／４回転対称の断面図である。
【図９】図８に示した燃料集合体グループＡ，Ｂ，Ｃの無限増倍率の燃焼変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１，１６…原子炉炉心，２，３…燃料集合体，７…燃料棒，８…ウォータロッド，９…チャンネルボックス，10…コントロールセル，11…制御棒。
【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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