(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の核燃料バンドルを有している原子炉炉心に燃料を供給する方法であって、
前記原子炉の炉心内に、コントロール・セルと非コントロール・セルとから成るパターンを、前記コントロール・セルが少なくとも１つの非コントロール・セルにより互いに離隔されるようにして形成する工程と、
前記コントロール・セル内に全体的に低い濃縮度の燃料バンドルを設ける工程と、
前記非コントロール・セル内の燃料バンドルの間のスペクトル・ミスマッチを実質的に回避するために、前記非コントロール・セル内に全体的に高い濃縮度の燃料バンドルを設ける工程と、
非コントロール・セル内の高い濃縮度のバンドルの１辺のみが、コントロール・セル内の低い濃縮度の燃料バンドルの辺と隣接して位置するように、前記炉心内にコントロール・セルと非コントロール・セルとを隣接して配置する工程とを備え、
各々の燃料バンドルは、方形マトリクス状の燃料棒配列を有しており、隣接したコントロール・セル内の低い濃縮度の燃料バンドルの１辺に隣接している非コントロール・セル内の各々の高い濃縮度の燃料バンドルの第１の辺に沿った少なくともいくつかの燃料棒の濃縮度を、前記非コントロール・セル内の前記高い濃縮度の燃料バンドルの対向する辺に沿った燃料棒の濃縮度に比較して低減させて、スペクトル・ミスマッチに起因する前記第１の辺に沿った前記燃料棒の出力ピーク化を最小化することを特徴とする原子炉炉心に燃料を供給する方法。
【請求項２】
コントロール・セル内の各々の低い濃縮度の燃料バンドルの２辺のみが、隣接した非コントロール・セル内の高い濃縮度の燃料バンドルのそれぞれの辺と隣接して位置するように、前記炉心内にコントロール・セルと非コントロール・セルとを隣接して配置する工程を含んでいる請求項１に記載の原子炉炉心に燃料を供給する方法。
【請求項３】
前記高い濃縮度の燃料バンドル内のいくつかの燃料棒に、互いに異なる燃料棒濃縮度を提供する工程と、前記高い濃縮度の燃料バンドルが該燃料バンドルの対角線について対称になるように、前記燃料棒の濃縮度を高める工程とを含んでいる請求項１に記載の原子炉炉心に燃料を供給する方法。
【請求項４】
前記原子炉炉心は、複数の核燃料サイクルを有しており、初期サイクルの末期に核燃料を取り替え装荷せずに前記初期サイクルを超える期間にわたり前記原子炉炉心を運転するのを支援するように、初期炉心燃料装荷に関わる高い濃縮度の燃料バンドルに平均して濃縮度を提供する請求項１に記載の原子炉炉心に燃料を供給する方法。
【請求項５】
初期サイクルの末期に核燃料を取り替え装荷せずに前記初期サイクルを超える期間にわたり前記原子炉炉心を運転するのを支援するように、初期炉心燃料装荷に関わる燃料バンドルの濃縮度を平均して高める工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の原子炉炉心に燃料を供給する方法。
【請求項６】
前記初期サイクルの末期に前記燃料バンドルを再配置替えせずに、前記炉心内の前記燃料バンドルを維持する工程を含んでいる請求項５に記載の原子炉炉心に燃料を供給する方法。
【請求項７】
前記初期サイクルに続く１サイクルの末期に取り替え装荷用燃料バンドルを供給する工程を含んでいる請求項６に記載の原子炉炉心に燃料を供給する方法。
【請求項８】
複数の核燃料サイクルを有している原子炉炉心に複数の燃料を縦方向と横方向の格子状配列に並べて供給する方法であって、
前記炉心に複数のコントロール・セルを設ける工程と、
該コントロール・セルと前記炉心の周囲との両者に第１の平均濃縮度を備えた燃料を有している第１の燃料バンドルを設ける工程と、
前記格子の前記炉心の残部に第２の平均濃縮度を有している第２の燃料バンドルを設ける工程とを含んでおり、
前記第２の燃料バンドルは、前記第１の燃料バンドルの平均濃縮度よりも高い平均濃縮度を有している請求項５に記載の原子炉炉心に燃料を供給する方法。
【請求項９】
沸騰水型原子炉で実施される請求項１又は請求項５に記載の原子炉炉心に燃料を供給する方法。
【請求項１０】
加圧水型原子炉で実施される請求項１又は請求項５に記載の原子炉炉心に燃料を供給する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、原子炉の炉心の燃料バンドル管理に関し、具体的には、原子炉炉心の燃料装荷を管理する方法であって、従来の設計に比べて、バンドル当たりの平均取り出し燃焼度（discharge exposure）を増大させ、熱的余裕を向上させ、停止時作業を減少させ、原子炉炉心の全寿命にわたり購入される燃料バンドルを正味として減少させると共に、これに伴い再処理経費を抑える方法に関する。本発明は又、各燃料バンドルの間のスペクトル・ミスマッチ（不整合）を減少させる。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉及び加圧水型原子炉では、初期炉心装荷は従来、数バッチの燃料、即ち、数群の燃料バンドルで形成されており、各群は異なるサイクル数にわたってそれぞれ運転されている。従って、初期炉心装荷用の燃料バンドルのうちのある程度のパーセントは、単一の運転サイクルを充足するように設計されており、その単一の運転サイクルの末期には、これらの特定の燃料バンドルは炉心から取り外されて再処理される。その他の群の燃料バンドルは、２サイクル又はそれ以上のサイクルを通して運転されるように設計されており、各々のサイクルの末期には、これらの群は取り除かれ又は炉心内で再配置替えされる。取り除かれた群は言うまでもなく、再処理される。このように、燃料バンドルの群の核分裂性物質装荷量（fissile loading）は従来、炉心内でのその固有の滞留時間、即ち、１サイクル、２サイクル等に見合うように設定されており、炉心の平均核分裂性物質装荷量は、サイクルの長さを充足するように決定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来ならば第１運転サイクルの後に取り除かれていた燃料バンドルの群は、比較的短期間、例えば１年程度しか炉心内に滞留していない。この燃料の群は、十分なエネルギを発生してきておらず、従って、更なるサイクルにわたって炉心に滞留する他の燃料バンドルに比べると、その取り出し燃焼度は少ない。このように、従来の第１サイクルの後に取り除かれる燃料バンドルの単位質量当たり発生される平均エネルギは、更なるサイクルにわたって炉心に滞留する他の燃料バンドルの群に比べて少ない。又、初期サイクルの末期に取り除かれる燃料バンドルの群の取り出し燃焼度が少ない結果、出力発生経費は、平均してこの初期炉心燃料の方が取り替え装荷燃料（reload fuel）よりも高くなる。これは、部分的には、原子炉炉心から取り除かれる燃料の再処理に関連して比較的一定したある程度の経費があるからである。バンドル当たりの燃料再処理経費は、比較的一定しており、炉心内での滞留時間には実質的に依存していない。従来ならば第１サイクルの後に初期炉心装荷から取り除かれていた燃料バンドルについては、それらの燃料の再処理経費は、多数のサイクルにまたがって用いられた燃料を再処理する経費と実質的に同じである。従って、第１サイクルの後に取り除かれる燃料バンドルを再処理するための単位発電量当たりの平均経費は、残された燃料バンドルの経費よりも実質的に高くなる。即ち、第１サイクルの後に初期炉心装荷から取り除かれた燃料バンドルについて、初期購入経費及び再処理経費を含めた単位発電量当たりの平均経費は、多数のサイクルで用いられた燃料バンドルについての平均経費よりも実質的に高くなる。
【０００４】
従来の原子炉炉心の燃料管理方式では、初期炉心はその一部分にしか燃料バンドルを装荷しておらず、炉心内の残余の燃料バンドル位置はプラグで塞がれている。第２サイクルの完了後に、プラグを取り外し、炉心内の燃料バンドルを配置替えして、残余の位置を取り替え装荷燃料で充填する。しかしながら、この方式によって、炉心の出力密度が増大すると共に、例えばプラグ等の核廃棄物が増加する。
【０００５】
更に、従来の核燃料炉心管理では、初期燃料装荷の装荷パターンは、取り替え装荷の場合も同様であるが、低濃縮度、中濃縮度及び高濃縮度の燃料バンドルを炉心内の様々な位置に配置している。炉心内でのそれらの配置については相当の配慮が払われているが、低濃縮度及び中濃縮度の燃料バンドルが高濃縮度の燃料バンドルに隣接して配置されている場合には、スペクトル・ミスマッチ（spectral mismatch）の問題が生じていた。例えば、低濃縮度燃料バンドルが高濃縮度燃料バンドルに隣接して位置している場合に、高濃縮度バンドル内に中性子が漏洩すると、高濃縮度バンドルの出力が増大し、これらのバンドルに、好ましくない出力ピーク化が発生する。標準的な燃料炉心装荷では、この増大した熱中性子束に最高度にさらされる燃料棒は、任意の低濃縮度バンドル又は中濃縮度バンドルに隣接している辺縁の燃料棒である。典型的には、高濃縮度燃料バンドルは４辺すべてにおいて低濃縮度又は中濃縮度の燃料バンドルによって取り巻かれているので、各々の高濃縮度バンドルの全４辺に位置している辺縁の燃料棒は高出力で運転され、一方、その高濃縮度バンドルの内部の燃料棒は出力を抑制される。このように、高濃縮度バンドルの内部の燃料棒は、増大した熱中性子束から本質的に遮蔽されているが、高濃縮度バンドルの辺縁の燃料棒は厳しい影響を受けていた。これは又、バンドル辺縁に沿った高濃縮度燃料棒について熱限界基準を満たすためには有害でもある。標準的な炉心設計では、このスペクトル・ミスマッチの問題を解決することは困難であった。
【特許文献１】
特開平07-270562
【特許文献２】
特開平07-234293
【特許文献３】
特開平05-209980
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、原子炉炉心の燃料管理の方法が提供され、この方法は、初期サイクルの開始時に炉心を完全に装荷することを可能にし、燃料バンドルを取り外したり再配置替えしたりせずに、少なくとも第２サイクルの末期までを通して運転を行うことができる。本発明の方法は又、停止回数を減少させ、全体のプラント能力を向上させると共に、原子炉の全寿命にわたる全体経費を実質的に抑制する。これを達成するために、原子炉炉心は初期には、２サイクル又はそれ以上のサイクルの炉心内滞留時間に見合った核分裂性物質装荷量を有している燃料バンドルで完全に装荷される。即ち、初期炉心装荷の平均濃縮度が、１サイクルよりも多い運転、即ち、少なくとも２サイクルの運転を支援するように決定され、その運転のための固有の燃料設計が決定される。このようにして、初期炉心の核分裂性物質インベントリは、第１サイクルと第２サイクルとの間に燃料を取り替え装荷したり配置替えしたりせずに、２サイクル又はそれ以上のサイクルの運転を行えるようなものとなる。これにより、初期炉心の燃料の平均滞留時間が延長し、これに呼応して、初期炉心の取り出し燃焼度が、第１サイクルの末期に部分的な取り替え装荷を行う必要のあった従来式装荷の炉心の取り出し燃焼度に比べて増大する。これにより又、スケジュール化されている第１回の停止中の多くの容器内作業を省くことができる。
【０００７】
上述の炉心管理の方法を用いることにより、全体的な正味の運転経費が実質的に低減される。第１サイクルと第２サイクルとの間に燃料の取り替え装荷を行わずに２サイクル又はそれ以上のサイクルにまたがる運転を可能にする必要性から濃縮度をより高めたので、初期炉心装荷の経費は増大するが、ウランの所要質量が減少するので、再処理経費は正味として低減される。例えば、従来の炉心設計において、約８００の燃料バンドルが炉心内に初期装荷される場合には、典型的には１５０のバンドルが、サイクルの長さ、濃縮度等に応じて第１サイクルの末期に取り出され得る。次いで、新たな燃料を有する追加の１５０のバンドルが、第１サイクルの末期に炉心に装荷される。しかしながら、再処理経費は、原子炉の全寿命にわたる原子炉運転の所要燃料の質量の関数である。従って、従来の炉心管理設計では、第１サイクルの後に取り出された最初の１５０のバンドルは、バンドル当たり実質的に一定した経費をかけて再処理する必要がある。再処理経費は又、平衡に達するまでは各々のサイクルの後にもかかる。しかしながら、本発明の炉心管理設計によれば、燃料は少なくとも第２のサイクルまでを通して炉心内に滞留するので、第１サイクルの末期には再処理経費はかからない。従って、従来の設計のように第１サイクルの末期に取り除かれていたならば再処理されたであろう燃料バンドルの数の分だけ再処理経費が減少する。このように再処理の経費を切り詰めても、初期サイクルを超えて運転するための初期炉心装荷に必要な高めの濃縮度を有する燃料に追加経費がかかるので、切り詰めた分はある程度までは相殺されてしまうが、単位発生エネルギ当たりの全体経費は低減される。即ち、より高い初期濃縮度レベルを用いるので初期炉心燃料にかかる経費は高くつくが、初期燃料購入経費及び再処理経費を含めた寿命全般での燃料経費は、実質的に低減される。
【０００８】
標準的な多（マルチ）濃縮度初期炉心設計を作成する際には、装荷パターンを改変するとスペクトル・ミスマッチに関連した新たな問題を招くおそれがあるので、炉心設計を熱限界について最適化することは困難である。本発明は又、高濃縮度燃料バンドルと低濃縮度燃料バンドルとを互いに対して特定的に配置したコントロール・セル・コア方式を採用しており、この方式により、潜在的にスペクトル・ミスマッチを起こすおそれのある炉心内での位置の同定が可能になると共に、それらの位置を、ある低濃縮度燃料バンドルに隣接している各々の高濃縮度燃料バンドルの１辺のみに限定している。一旦同定されたら、高濃縮度バンドルを、スペクトル・ミスマッチを最小化する又は排除するように特別に設計して、これにより炉心性能を向上させることができる。この改良された設計方式については、スペクトル・ミスマッチに影響される燃料棒は常に同一であり、バンドルの内容を、熱的余裕を最適化するように設計することができる。
【０００９】
従来のコントロール・セル・コア方式では、シム制御棒の移動は、低濃縮度バンドルによって取り巻かれている一定の群の制御棒に限定されている。十字形の制御棒の各々と、それを取り巻いている４つの燃料バンドルとが、１つのコントロール・セルを構成している。コントロール・セル・コア方式は、出力のピーク化を抑え、熱的余裕を増大させると共に、ペレット−被覆相互作用の傾向を抑える。一般的に述べると、原子炉の運転サイクルは、このように、コントロール・セルの制御棒によってのみ制御されている。非コントロール・セル（non-cotrol cell）は典型的には、運転中は引き抜かれている。本発明によれば、コントロール・セルには低濃縮度燃料バンドルが配設されており、一方、低濃縮度バンドルが配設されている周辺バンドルを除いたすべての非コントロール・セルには、高濃縮度燃料バンドルが配設されている。この方式で炉心を構成することにより、コントロール・セルは、少なくとも１つの非コントロール・セルによって互いに離隔されることが理解されるであろう。又、炉心内の非コントロール・セルの高濃縮度燃料バンドルは、その１辺のみが、コントロール・セルの低濃縮度燃料バンドルの辺に隣接するようにして配置されている。従って、炉心内で潜在的にスペクトル・ミスマッチを起こすおそれのある位置が、コントロール・セルの低濃縮度バンドルに側面又は辺縁で隣接して位置している高濃縮度バンドルの上述のような辺として初期の段階で同定される。その結果、スペクトル・ミスマッチに関連する問題を蒙り易いバンドル数及びこれらのバンドル内の燃料棒数が格段に減少する。即ち、コントロール・セルの低濃縮度バンドルに隣接した高濃縮度バンドルについて、従来ならば典型的にはこの高濃縮度バンドルの２辺又はそれ以上の辺が、中性子束が増大した結果として高出力を経験していたところを、その１辺のみが経験するに留まる。
【００１０】
更に、炉心設計においてスペクトル・ミスマッチを蒙り易い高濃縮度バンドルの辺を同定することにより、高濃縮度バンドルのその辺に沿った個々の燃料棒の濃縮度を、スペクトル・ミスマッチが減少する又は排除されるように選択的に低下させ、一方、バンドル内の残余の燃料棒の濃縮度は比較的高い濃縮度レベルに維持されるようにすることができる。即ち、低濃縮度バンドルに隣接している辺であって、こうしなければスペクトル・ミスマッチの問題を起こしたであろう辺を有している各々の高濃縮度燃料バンドルにおいて、燃料棒の濃縮度を選択的に低下させることにより、高出力発生燃料棒におけるスペクトル・ミスマッチの影響が最小化され、同時に、燃料バンドルの濃縮度を、燃料炉心装荷、特に初期炉心装荷に典型的であったレベルよりも高いレベルに維持することができる。従って、スペクトル・ミスマッチの起こる炉心内位置を同定すると共に低濃縮度燃料バンドルに隣接した高濃縮度燃料バンドルを改変することにより、初期炉心装荷は、平均してより高い濃縮度を有して、第１サイクルの後に燃料補給を行わずに運転することを可能にする。
【００１１】
本発明による好ましい実施例では、複数の核燃料サイクルを有している原子炉炉心に燃料を供給する方法が提供され、この方法は、初期サイクルの末期に核燃料を取り替え装荷せずに初期サイクルを超える期間にわたり原子炉炉心を運転するのを支援するように、初期炉心燃料装荷に関わる燃料バンドルに平均して濃縮度を高める工程を備えている。
【００１２】
本発明による好ましい更なる実施例では、複数の核燃料バンドルを有している原子炉炉心に燃料を供給する方法が提供され、この方法は、原子炉炉心内に、コントロール・セルと非コントロール・セルとから成るパターンを、コントロール・セルが少なくとも１つの非コントロール・セルによって互いに離隔されるようにして形成する工程と、コントロール・セル内に全体的に低い濃縮度の燃料バンドルを配設する工程と、非コントロール・セルの燃料バンドルの間のスペクトル・ミスマッチを実質的に回避するために、非コントロール・セル内に全体的に高い濃縮度の燃料バンドルを配設する工程と、非コントロール・セル内の高い濃縮度のバンドルの１辺のみがコントロール・セル内の低い濃縮度の燃料バンドルの辺と隣接して位置するように、炉心内にコントロール・セルと非コントロール・セルとを隣接して配置する工程とを備えている。
【００１３】
従って、本発明の主要な目的は、原子炉炉心バンドル管理のための新規で改良された方法を提供することにあり、この方法によれば、バンドル当たりの平均取り出し燃焼度が増大し、熱的余裕が改善され、停止時作業が減少し、原子炉炉心の全寿命にわたり購入される燃料バンドルの量が減少し、再処理経費が低減されると共に、燃料バンドルの間のスペクトル・ミスマッチが最小化され又は排除される。
【００１４】
【実施例】
ここで図面、具体的には図１を参照すると、同図には原子炉が、全体的に参照番号１０を付して模式的に示されている。原子炉１０は、その炉心に配置された複数の燃料バンドル１２を有しており、燃料バンドル１２はすべて、着脱自在のヘッド（頭部）１６を有している原子炉容器１４内に包含されている。本発明によれば、図１（Ａ）は、初期燃料装荷された原子炉炉心を示しており、各燃料バンドルは、２サイクル又はそれ以上のサイクルの炉心内滞留時間に見合った核燃料物質装荷量を有している。このように、初期炉心装荷の平均濃縮度は、第１サイクルと第２サイクルとの間に燃料を取り替え装荷したり再配置替えしたりせずに、少なくとも２サイクル又はそれ以上にわたって運転するのを支援している。第１運転サイクルの末期が図１（Ｂ）に示されており、ここでは、容器のヘッドは取り外されていない。しかしながら、図示のように、燃料バンドルは一切、配置替えされたり取り替え装荷されたりしていない。図１（Ｃ）は、第２サイクル又はその後のサイクルの末期における原子炉を示しており、ここでは、燃料バンドルは取り除かれており、その後のサイクルで使用される新たな燃料バンドルが炉心内に装荷されている。
【００１５】
この構成の結果として、２サイクル又はそれ以上のサイクルにまたがって運転する必要性から濃縮度をより高くした結果、初期燃料装荷の経費は高くなるが、ウランの質量が減少しているので、再処理経費は正味として低減される。即ち、燃料は、第２サイクル又は更なるサイクルを通して原子炉内に滞留するので、第１サイクルの末期での再処理経費がかからない。従って、初期炉心装荷は、初期サイクルの末期に核燃料を取り替え装荷せずに、初期サイクルを超える期間にわたり原子炉炉心を運転するのを支援するように、平均して濃縮度を高められている。定義のために付け加えておくと、「サイクル」とは、原子炉の寿命中において、スケジュール化された順次的な停止と停止との間の時間の長さのことであり、各停止は従来、燃料交換を含んでいた。
【００１６】
次いで図２に移ると、同図には、従来の多濃縮度装荷パターンが原子炉炉心の４分の１区画について示されている。縦軸及び横軸に沿った数字は、炉心内でのバンドルの位置を定義している。この図面の目的のためとして、文字Ｃはコントロール・セルを示し、文字Ｎは非コントロール・セルを示し、番号１を付した燃料バンドルは、周辺燃料バンドルを示している。加えて、文字Ｃ及び文字Ｎの直後の数字は、その数字が示されている位置の燃料バンドルの平均濃縮度レベルに対応している。従って、数字２、３、４及び５は、低濃縮度、中濃縮度、高濃縮度／高ガドリニウム、及び高濃縮度／低ガドリニウムの燃料バンドルをそれぞれ示している。数字１は、平均的低濃縮度を有している周辺燃料バンドルを示している。図面の斜線は、この従来の炉心装荷においてスペクトル・ミスマッチによって影響される燃料バンドルを示している。番号１〜５を付した燃料バンドルについての濃縮度の典型的な実例は、次の通りである。「１」＝０．７１、「２」＝１．２、「３」＝２．２、「４」＝３．７、「５」＝３．７である。番号１〜５を付した燃料バンドルについての濃縮度の範囲は、典型的には次の通りである。「１」の場合は０．７１〜１．２、「２」の場合は１．００〜１．５、「３」の場合は２．０〜２．５、「４」及び「５」の場合は３．５〜４．０である。
【００１７】
図２に示す炉心について検討するとわかるように、番号４及び番号５を付された高濃縮度燃料バンドルのうちの相当数が、低濃縮度バンドルに隣接した辺を有している。例えば、横軸１４、縦軸８に示すＮ４と付された高濃縮度バンドルは、４辺すべてが中濃縮度又は低濃縮度の燃料バンドルに辺縁で隣接している。従って、この位置の燃料バンドルＮ４は、スペクトル・ミスマッチ、即ち、隣接した低濃縮度バンドルからの中性子漏洩が増大して、出力がより高くなるといったスペクトル・ミスマッチを蒙り易く、臨界熱限界に到達するおそれがある。このように、図２で示した従来の炉心パターンには、スペクトル・ミスマッチを蒙る相当数の燃料バンドルが存在している。
【００１８】
従来のコントロール・セル方式によれば、コントロール・セルには低濃縮度の燃料バンドルが配設されており、これらは、図２では一貫してＣ２と付されている。各々のコントロール・セル内で４つの低濃縮度バンドルＣ２を離隔している十字形の制御棒は、原子炉の制御棒としての役割を果たしている。非コントロール・セルに付設された制御棒は、運転中は典型的には引き抜かれている。
【００１９】
図３を参照するとわかるように、非コントロール・セルに高濃縮度燃料バンドル（Ｈ）と中濃縮度燃料バンドル（Ｍ）とが混在している従来の炉心では、非コントロール・セル内の相当数の高濃縮度バンドルがスペクトル・ミスマッチを経験する。このように、図３でわかるように、例えば（横軸，縦軸）がそれぞれ（１２，１４）である位置では、高濃縮度バンドルは、４辺すべてをより低い濃縮度のバンドル（Ｌ）及び（Ｍ）によって取り巻かれており、従って、この高濃縮度バンドルの４つの辺又は縁の各々に沿って位置している燃料棒は、スペクトル・ミスマッチを蒙る。同様に、（１３，１５）に位置している高濃縮度バンドルも、その４つの辺においてスペクトル・ミスマッチを蒙る。又、図３に示した以外の高濃縮度バンドルも同様に、４つの辺すべてにおいてスペクトル・ミスマッチを蒙る。従って、これらの高濃縮度バンドルにおいては、出力ピーク化問題が起こる。
【００２０】
次いで図４を参照すると、本発明による炉心構成が示されている。同図でわかるように、コントロール・セルには低濃縮度バンドルが配設されており、非コントロール・セルには、周辺のセルを除き、すべて高濃縮度バンドルが配設されている。後者は、高濃縮度／低ガドリニウム型又は高濃縮度／高ガドリニウム型のいずれかのバンドルである。番号１を付された周辺バンドルはすべて、低濃縮度である。本構成では、低濃縮度バンドルに辺縁で隣接しているそれらの位置の故に、スペクトル・ミスマッチを蒙る高濃縮度燃料バンドルの数は、実質的に減少して、図２に示したものの数の約３分の１になっている。又、スペクトル・ミスマッチを蒙る高濃縮度燃料バンドルは、炉心座標系の横軸線と縦軸線とに沿って、各コントロール・セルの間において明確に同定される。更に又、特記しておくと、従来構成では高濃縮度バンドルはしばしば４辺でスペクトル・ミスマッチを蒙っていたが、上述の構成を用いると、高濃縮度バンドルの１辺のみしかスペクトル・ミスマッチを蒙らない。従って、位置（１２，１３）、（１２，１４）、（１３，１５）及び（１４，１５）において、低濃縮度コントロール・セルのバンドルに隣接した辺上に位置する燃料棒は、スペクトル・ミスマッチを蒙り易くなる。４辺すべてがスペクトル・ミスマッチを蒙るような非コントロール・セル内の高濃縮度燃料バンドルは、一切存在しない。
【００２１】
スペクトル・ミスマッチを蒙る非コントロール・セルの辺が同定されているので、本発明によれば、低濃縮度バンドルに辺縁で隣接した高濃縮度バンドル内の燃料棒であって、スペクトル・ミスマッチを蒙る燃料棒の濃縮度を低下させることができ、同時に、高濃縮度燃料バンドルの濃縮度レベルは高いレベルに維持しておくことができる。このようにして、出力ピーク化の問題と臨界熱限界の問題との両者を回避し、同時に、燃料バンドルの濃縮度は高レベルに維持され、この高レベルの濃縮度は、燃料を再配置替えしたり取り替え装荷したりせずに、まる２サイクル又はそれ以上のサイクルにまたがる運転を行うのに十分な核分裂性物質インベントリを初期炉心装荷に対して十分に提供することができる。
【００２２】
例えば、ある高濃縮度燃料バンドル及びその燃料バンドルの辺縁が、スペクトル・ミスマッチを蒙る燃料棒を有しているものと同定された場合には、これらの燃料棒の燃料濃縮度を低下させることができる。例えば、その高濃縮度バンドル内に９×９の燃料棒配列が設けられているときに、より低い濃縮度のバンドルに辺縁で隣接している燃料棒を３つ１組としてその最初及び最後の組の濃縮度を低下させることができる。例えば、このような燃料棒の濃縮度を１５％〜２０％だけ低下させて、これにより、その辺縁に沿った出力ピーク化問題を軽減することができる。対称性を維持するために、隣接する１辺もこれに沿って同様の濃縮度を有する燃料棒で構成して、燃料バンドルがバンドルの対角線、例えば図面の左上から右下にかけての対角線に沿って対称になるようにする。
【００２３】
代表的な実例として、図６及び図７を参照する。図６には、典型的な初期炉心における高濃縮度／高ガドリニウムについての従来の核分裂性物質装荷量が示されている。特に、燃料棒１、２及び３の装荷量に注目されたい。図７では、炉心内の同じ位置での高濃縮度／高ガドリニウム燃料バンドルは、図６に示したものとは異なる核分裂性物質装荷量を有している。具体的には、コントロール・セル内の低濃縮度燃料バンドルに辺縁で隣接している燃料棒の核分裂性物質装荷量は、こうしなければ起きたであろうスペクトル・ミスマッチを緩和するように減少させられている。燃料棒１Ａ、２Ａ及び３Ａの核分裂性物質装荷量を、図６の燃料棒１、２及び３の装荷量と比較されたい。濃縮度が低下したこれらの燃料棒１Ａ、２Ａ及び３Ａは、スペクトル・ミスマッチを減少させ又は排除し、一方、燃料バンドルを、全体的に高い濃縮度を有するようにして維持すると共に、炉心内で少なくとも初期運転サイクルとその後の１運転サイクルとのための反応度を提供するのに十分な核分裂性物質インベントリを有するようにして維持する。
【００２４】
現時点で最も実用的で好適な実施例であると考えられる事柄と関連させて本発明を記載してきたが、本発明は、ここに開示した実施例に限定されるものではなく、逆に、特許請求の範囲の要旨に包含される種々の改変及び均等構成を網羅しているものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、多数のサイクルにわたって運転される原子炉の概略図である。
【図２】原子炉炉心の４分の１を表す概略図であって、従来の炉心装荷設計による燃料バンドル装荷を示す図である。
【図３】図２に示す炉心の一部の概略図であって、図２の燃料バンドルの間のスペクトル・ミスマッチを示す図である。
【図４】図２と同様の図であって、本発明に従って構成されている炉心を示す図である。
【図５】図３と同様の図であって、図４の炉心の一部を示す図である。
【図６】従来の燃料バンドルについて、燃料バンドルの核分裂性物質装荷量を示す概略図である。
【図７】スペクトル・ミスマッチを回避する本発明の燃料バンドルについて、燃料バンドルの核分裂性物質装荷量を示す概略図である。
【符号の説明】
１０  原子炉
１２  燃料バンドル
１４  原子炉容器
１６  ヘッド
【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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