(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
核燃料物質を含む燃料棒が正方格子状に配置される燃料集合体が少なくとも２種類装荷される原子炉の炉心において、前記燃料集合体が可燃性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒を少なくとも最外周位置に有し、この可燃性毒物入り燃料棒の最外周位置が前記種類の異なる燃料集合体の間で異なり、正方格子の四隅部に近い最外周位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度が正方格子の四隅部から遠い最外周位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度よりも高いことを特徴とする原子炉の炉心。
【請求項２】
核燃料物質の濃縮度が等しい燃料棒の本数が前記種類の異なる燃料集合体の間で等しいことを特徴とする請求項１記載の原子炉の炉心。
【請求項３】
前記燃料集合体が可燃性毒物入り燃料棒を最外周位置以外の位置に有し、この最外周位置以外の位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度が当該燃料集合体の最外周位置に配置される前記可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載の原子炉の炉心。
【請求項４】
核燃料物質を含む燃料棒が正方格子状に配置される燃料集合体が少なくとも２種類装荷される原子炉の炉心において、前記燃料集合体が核分裂性プルトニウムを含むＭＯΧ燃料棒を有するとともに、可燃性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒を少なくとも最外周位置に有し、この可燃性毒物入り燃料棒の最外周位置および全プルトニウム中の核分裂性プルトニウムの含有割合が前記種類の異なる燃料集合体間で異なることを特徴とする原子炉の炉心。
【請求項５】
核燃料物質を含む燃料棒が正方格子状に配置される燃料集合体が少なくとも２種類装荷される原子炉の炉心において、前記燃料集合体が核分裂性プルトニウムを含むＭＯΧ燃料棒を有するとともに、可燃性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒を少なくとも最外周位置に有し、この可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度および全プルトニウム中の核分裂性プルトニウムの含有割合が前記種類の異なる燃料集合体で異なることを特徴とする原子炉の炉心。
【請求項６】
全プルトニウム中の核分裂性プルトニウムの含有割合が高い燃料集合体は全プルトニウム中の核分裂性プルトニウムの含有割合が低い燃料集合体に比べて、前記可燃性毒物入り燃料棒の最外周位置が正方格子の四隅部に近いことを特徴とする請求項４記載の原子炉の炉心。
【請求項７】
前記燃料集合体が可燃性毒物入り燃料棒を最外周位置以外の位置に有し、この最外周位置以外の位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の少なくとも１部が軸方向下部に可燃性毒物を含有することを特徴とする請求項１、２、４、５、または６のいずれか１項に記載の原子炉の炉心。
【請求項８】
前記燃料集合体が、上部の燃料を欠如させた短尺燃料棒を正方格子の四隅部に有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の原子炉の炉心。
【請求項９】
前記燃料集合体が、上部の燃料を欠如させた短尺燃料棒を正方格子の制御棒挿入側の三隅部に有し、制御棒挿入側と反対側の隅部に上部の燃料を欠如させない長尺燃料棒を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の原子炉の炉心。
【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（以下、ΒＷＲという。）の燃料集合体と炉心に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、原子力発電の経済性向上のために、燃料の高燃焼度化が進められている。このような高燃焼度用燃料集合体の一例を図７（ａ）〜（ｃ）により説明する。なお、図７（ａ）は燃料集合体の全体構造を示し、（ｂ）は（ａ）のＢ−Β矢視断面を、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面を示している。
【０００３】
燃料集合体１は、通常の長尺燃料棒２、上部の燃料を欠如させた短尺燃料棒３、および太径ウォータロッド６をスペーサ８で９行９列に正方格子状に束ねて（以下、９×９正方格子という。）、これを上部タイプレート４および下部タイプレート５に固定して燃料棒束とし、この燃料棒束をチャンネルボックス７で包囲して構成される。長尺燃料棒２と上部タイプレート４との間には外部スプリング９が介在する。
【０００４】
図８は、図７に示した燃料集合体１の構成でウラン燃料集合体を設計した場合の例を示すもので、（ａ）は燃料棒の配置構成を、（ｂ）は燃料棒タイプによる軸方向の濃縮度分布を示す。このウラン燃料集合体は、燃料集合体平均濃縮度 3.9wt％、可燃性毒物であるガドリニア（Ｇｄ2 Ｏ3 ）を添加した可燃性毒物入り燃料棒（以下、Ｇｄ燃料棒という。）１６本（Ｇｄ2 Ｏ3 濃度 5.5wt％）で、運転期間１８か月程度、取出燃焼度 45GWd/t程度を目標としたものである。図８（ａ）において、升目に付した数字１〜７は、ウラン燃料棒のタイプを示し、Ｗはウォーターロッド、Ｃ／Ｒは制御棒挿入側を示している。
【０００５】
この燃料集合体においては、図８（ｂ）に示すように、１〜５のタイプの燃料棒は、記号ａを最高としてｅを最低とするウラン235 濃縮度をもつ長尺ウラン燃料棒であり、６は濃縮度ａの短尺燃料棒、７は濃縮度ｃのＧｄ燃料棒である。ここでは、濃縮度種類数はａ〜ｅの５種類であり、軸方向の濃縮度分布は、上下の天然ウランブランケット領域を除き、一様分布となっている。
【０００６】
現行の炉心では、▲１▼運転期間（長さ）の変動に対し融通性を持たせるため、▲２▼取出燃焼度の高い炉心に炉心特性を悪化させずスムーズに移行させるため、▲３▼炉心の径方向出力分布を平坦化し熱的特性を改善するために、反応度特性が異なる２種類の燃料集合体を併用している。すなわち、各運転サイクルごとに炉心に装荷する各燃料集合体の体数を調整し、適切な炉心特性（熱的特性、余剰反応度など）を実現している。
【０００７】
現行の設計では、基準となる運転期間・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Ｇｄ本数、濃度のみを変える方法」が採用されている。先に示した図８は、１種類の燃料から炉心を作ると想定して設計した例であるので、これを基にＧｄ本数が２種類の燃料集合体群を設計すると、図９、図１０のような燃料集合体群が得られる。ここで、図９は、Ｇｄ本数が少なくＧｄ反応度価値が低い燃料集合体（以下、低Ｇｄ燃料と略す。）、図１０は、Ｇｄ本数が多くＧｄ反応度価値が高い燃料集合体（以下、高Ｇｄ燃料と略す。）である。図８から図１０の下部断面の40％ボイド状態での無限増倍率を比べると、図１１のようになる。図１１において、曲線Ａは図９に示す低Ｇｄ燃料、曲線Ｂは図８に示す基準燃料、曲線Ｃは図７に示す高Ｇｄ燃料のそれぞれ無限増倍率の燃焼変化を示している。これより、図９の低Ｇｄ燃料と図１０の高Ｇｄ燃料の燃料集合体群を50％ずつ炉心に装荷した場合の余剰反応度は、図８の燃料集合体を全部炉心に装荷した場合とはほぼ同程度になることがわかる。現在の炉心管理では、これらの燃料集合体群を用いて、▲１▼運転期間が基準より長くなる場合は高Ｇｄ燃料の装荷割合を増加させ（逆に、運転期間が短くなる場合は低Ｇｄ燃料の装荷割合を増加させ）、▲２▼取出燃焼度の高い炉心に移行する場合は、低Ｇｄ燃料の装荷割合を増加させ、▲３▼炉心の径方向出力分布を平坦化し熱的特性を改善する場合は、径方向出力の高い位置に高Ｇｄ燃料を配置するなどを行って、良好な反応度特性、熱的特性を実現している。
【０００８】
一般に、高燃焼度化のための燃料集合体平均濃縮度の増加は、反応度調整に必要なＧｄ燃料棒本数（以下、Ｇｄ本数と略す。）を増加させる。すなわち、出力運転時の余剰反応度を保つために、平均濃縮度増加による反応度上昇を抑えるようＧｄの負の反応度価値を高める必要があり、通常の設計はＧｄ本数を増加している。また、濃縮度の増加はウラン235 による熱中性子の吸収量を増加させ、その分Ｇｄによる熱中性子の吸収量が減少してＧｄ燃料棒１本あたりの負の反応度価値が減少するので、これを補うためにＧｄ本数をより増加しなければならない。しかしながら、一般に、Ｇｄ本数の増加は燃焼初期の局所出力ピーキング（ＬＰＦ）を増加させる傾向がある。また、通常、Ｇｄ燃料棒は熱伝導率がウラン燃料棒より劣るので濃縮度を下げウラン燃料棒より局所出力を下げた設計を行っており、燃料集合体平均濃縮度を増加するためにはＧｄ燃料棒以外の燃料棒の濃縮度を高める必要がある。この場合、集合体最外周の燃料棒の濃縮度を増加させた場合は燃焼初期の局所出力ピーキングが、また集合体内部の燃料棒の濃縮度を増加させた場合は燃焼後期の局所出力ピーキングが増加する可能性がある。さらに、先述の高Ｇｄ燃料の場合は、Ｇｄ本数が増加し過ぎ、Ｇｄ燃料棒の配置の自由度が少なくなり燃料設計が難しくなる場合がある。
【０００９】
Ｇｄ本数を減らすには、例えば、特開平７−３０１６８８号公報記載の燃料のように、燃料集合体の最外周位置にＧｄ燃料棒を配置する（以下、最外周Ｇｄと略す。）のが有効である。なぜなら、燃料集合体最外周位置はチャンネルボックス間の非沸騰水領域（以下、水ギャップ領域という。）で減速された熱中性子が流入するのでＧｄ燃料棒１本あたりの負の反応度価値が大きいので、その分、Ｇｄ本数を低減できるからである。ただし、最外周Ｇｄでは、Ｇｄ燃料棒１本あたりの負の反応度価値が大きいので、場合によっては、これだけで所要の反応度に調整できる場合がある。この場合、仮に、運転期間変更などで反応度を高めるような設計変更が必要となった場合、１本あたりの反応度価値が大きい最外周Ｇｄを削除しては反応度が上がり過ぎるし、最外周Ｇｄを削除したことで周囲の局所出力が高くなる場合が考えられる。つまり、最外周Ｇｄは１本あたりの反応度価値が大きいためにＧｄ本数を減らすのには有用であるが、反応度価値が大き過ぎる場合は設計の融通性にかけるところがあり、また、削除した最外周Ｇｄの周囲の燃料棒の局所出力を高くする。したがって、ＬＰＦを悪化させずに反応度を調整する何らかの方法が必要である。
【００１０】
また、特開平７−３０１６８８号公報に記載された核分裂性プルトニウムを含むＭＯΧ燃料集合体で、高Ｇｄ燃料、低Ｇｄ燃料を考えた場合、Ｇｄを含有する燃料棒は照射実績のあるウラン燃料棒を用いているので、高Ｇｄ燃料の方が燃料集合体１体あたりのプルトニウム装荷量が減少することとなり、プルトニウムの消費の観点からは望ましくない。さらに、特開平７−２４４１８１号公報に記載されているようにＭＯＸ燃料集合体のプルトニウムの組成は再処理時の使用済み燃料や再処理後の冷却期間に依存して変動しており、プルトニウムの組成に応じて反応度特性が変わるので、良好な炉心特性を維持するためにプルトニウムの組成に応じてＧｄ反応度価値を調整する必要がある。一般に、核分裂性プルトニウムの割合が高い（以下、高Ρｕｆ組成という。）場合は、反応度の燃焼勾配が急となり、核分裂性プルトニウムの割合が低い（以下、低Ｐｕｆ組成という。）場合は、反応度の燃焼勾配が緩やかとなる傾向があるので、炉心特性に大きな影響を与えないよう、プルトニウム組成に応じて燃料集合体平均ＰｕＯ2 富化度や、Ｇｄ燃料棒設計を調節する必要がある。しかしながら、最外周Ｇｄは、１本あたりの反応度価値が大きいために、Ｇｄ本数を減らしプルトニウム装荷量を高めるのには有用である一方、抑制反応度の微調整がしにくくなる。
【００１１】
さらに、最外周Ｇｄを採用した場合、採用しない場合に比べ、燃料集合体の軸方向上下の反応度差が大きくなる傾向がある。というのは、ボイド率の低い燃料集合体下部領域では、Ｇｄを最外周に配置しようが内部に配置しようがＧｄ反応度価値は大きく変わらないが、ボイド率の高い燃料集合体上部領域では、非沸騰水領域に近い最外周にＧｄを配置した方がＧｄの反応度価値は大きくなるからである。したがって、最外周Ｇｄを用いない従来までの設計に比べて軸方向上下反応度差が大きくなり、軸方向出力分布の下部ピークが大きくなる傾向がある。
【００１２】
一方、通常、燃料集合体の非制御棒挿入側のコーナー付近の非沸騰水領域には計装管があり、熱中性子を計測している。特開平７−３０１６８８号公報記載の燃料では、最外周Ｇｄと制御棒の干渉効果による低温時制御棒価値の低下（炉停止余裕の悪化）を打ち消すために、コーナー位置に上部の燃料を欠如させた短尺燃料棒（以下、コーナーＰＬＲという。）を配置していた。つまり、コーナー位置の水の中性子吸収反応で、低温時の反応度自体を下げることができたが、短尺燃料棒の上端で熱中性子分布が大きく歪むため、コーナー位置に隣接した熱中性子検出器では燃料集合体全体の平均的な軸方向出力分布を計測するのが難しくなる恐れがある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
高燃焼度化（平均濃縮度増加）に起因したＧｄ本数の増加に伴う熱的特性の悪化を改善するために導入した最外周Ｇｄ配置型の燃料の場合、Ｇｄ燃料棒１本あたりの反応度価値が大きいこと、最外周Ｇｄと燃料集合体内部のＧｄの燃焼速度が異なること、また、軸方向上下の反応度差が大きくなることなどにより、軸方向の反応度特性が良好で、かつ、運転期間変動に対する融通性確保などのために導入された反応度特性の異なる２種類の燃料集合体を設計するのが難しくなる。特に、種々のプルトニウム組成をもつΜＯΧ燃料集合体では、最外周Ｇｄの採用により、プルトニウム組成に応じて反応度調整を行った設計が難しくなる場合がある。また、最外周Ｇｄによる低温時制御棒価値低下に伴う炉停止余裕の悪化を防ぐために導入したコーナーΡＬＲを有する燃料では、燃料集合体全体の平均的な軸方向出力分布を計測するのが難しくなる場合がある。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、最外周Ｇｄ配置型の燃料でも、反応度特性の異なる燃料集合体群を容易に設計可能な原子炉の炉心を提供することを目的とする。
【００１５】
また本発明は、コーナーＰＬＲ型の燃料でも、燃料集合体全体の平均的な軸方向出力分布を問題なく計測可能であるような原子炉用燃料集合体および原子炉の炉心を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１記載の本発は、核燃料物質を含む燃料棒が正方格子状に配置される燃料集合体が少なくとも２種類装荷される原子炉の炉心において、前記燃料集合体が可燃性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒を少なくとも最外周位置に有し、この可燃性毒物入り燃料棒の最外周位置が前記種類の異なる燃料集合体の間で異なり、正方格子の四隅部に近い最外周位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度が正方格子の四隅部から遠い最外周位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度よりも高いことを特徴とする。
【００１７】
最外周Ｇｄ（最外周位置の可燃性毒物入り燃料棒）を削除する方法は、１本あたりの反応度価値が大きいため、反応度調整には適していないが、最外周Ｇｄの位置をずらす方法は反応度調整に適している。すなわち、水ギャップ領域の大きい燃料集合体コーナー位置に近づくほどＧｄ反応度価値が大きくなるので、最外周Ｇｄの位置の変化で反応度調整が可能となる。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１の原子炉の炉心において、核燃料物質の濃縮度が等しい燃料棒の本数が前記種類の異なる燃料集合体の間で等しいことを特徴とする。
【００１９】
核燃料物質の濃縮度が等しい燃料棒の本数を、種類の異なる燃料集合体の間で等しくすることにより、Ｇｄ燃料棒のＧｄ濃度を変えるだけで低Ｇｄ燃料と高Ｇｄ燃料を作り分けることができ、運転期間の変動などで低Ｇｄ燃料と高Ｇｄ燃料の炉心装荷体数が変化されても容易に対応することができる。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１または２の原子炉の炉心において、前記燃料集合体が可燃性毒物入り燃料棒を最外周位置以外の位置に有し、この最外周位置以外の位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度が当該燃料集合体の最外周位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度よりも小さいことを特徴とする。
【００２１】
燃料集合体内部の可燃性毒物入り燃料棒は、水ギャップ領域から離れており、最外周Ｇｄ（最外周位置の可燃性毒物入り燃料棒）に比べて、燃焼速度が遅くなる。したがって、燃料集合体内部の可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度を最外周Ｇｄより小さくすることで、運転サイクル末期における可燃性毒物の燃え残りによる反応度損失を防ぐことができる。
【００２２】
請求項４の発明は、核燃料物質を含む燃料棒が正方格子状に配置される燃料集合体が少なくとも２種類装荷される原子炉の炉心において、前記燃料集合体が核分裂性プルトニウムを含むＭＯΧ燃料棒を有するとともに、可燃性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒を少なくとも最外周位置に有し、この可燃性毒物入り燃料棒の最外周位置および全プルトニウム中の核分裂性プルトニウムの含有割合が前記種類の異なる燃料集合体間で異なることを特徴とする。
【００２３】
種々のプルトニウム組成をもつＭＯΧ燃料集合体では、核分裂性プルトニウムの組成比に応じて最外周Ｇｄの位置を調整することにより、どの組成の燃料を装荷しても炉心の反応度特性に大きな影響を与えないようにすることができる。
【００２４】
請求項５の発明は、核燃料物質を含む燃料棒が正方格子状に配置される燃料集合体が少なくとも２種類装荷される原子炉の炉心において、前記燃料集合体が核分裂性プルトニウムを含むＭＯΧ燃料棒を有するとともに、可燃性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒を少なくとも最外周位置に有し、この可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度および全プルトニウム中の核分裂性プルトニウムの含有割合が前記種類の異なる燃料集合体で異なることを特徴とする原子炉の炉心。
【００２５】
種々のプルトニウム組成をもつＭＯΧ燃料集合体では、核分裂性プルトニウムの組成比に応じて最外周Ｇｄの可燃性毒物濃度を調整することにより、どの組成の燃料を装荷しても炉心の反応度特性に大きな影響を与えないようにすることができる。
【００２６】
請求項６の発明は、請求項４の原子炉の炉心において、全プルトニウム中の核分裂性プルトニウムの含有割合が高い燃料集合体は全プルトニウム中の核分裂性プルトニウムの含有割合が低い燃料集合体に比べて、前記可燃性毒物入り燃料棒の最外周位置が正方格子の四隅部に近いことを特徴とする。
【００２７】
核分裂性プルトニウムの含有割合が高いＭＯΧ燃料集合体は燃焼初期の反応度が高いため、最外周Ｇｄをコーナー位置に近づけることにより、Ｇｄ反応度価値を高めて適切な反応度特性が得られる。
【００２８】
請求項７の発明は、請求項１、２、４、５、または６の原子炉の炉心において、前記燃料集合体が可燃性毒物入り燃料棒を最外周位置以外の位置に有し、この最外周位置以外の位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の少なくとも１部が軸方向下部に可燃性毒物を含有することを特徴とする。
【００２９】
軸方向下部のみに可燃性毒物を混入させた燃料棒を用いることで、最外周Ｇｄ配置型の燃料に見られる軸方向出力分布の下部ピークを抑制することができる。
【００３０】
請求項８の発明は、請求項１ないし７の原子炉の炉心において、前記燃料集合体が、上部の燃料を欠如させた短尺燃料棒を正方格子の四隅部に有することを特徴とする。
【００３１】
コーナーＰＬＲは、最外周Ｇｄ配置型の燃料における低温時制御棒価値低下に伴う炉停止余裕の悪化を改善することができる。
【００３２】
請求項９の発明は、請求項１ないし７の原子炉の炉心において、前記燃料集合体が、上部の燃料を欠如させた短尺燃料棒を正方格子の制御棒挿入側の三隅部に有し、制御棒挿入側と反対側の隅部に上部の燃料を欠如させない長尺燃料棒を有することを特徴とする。
【００３３】
中性子検出器に近いコーナー位置のみの燃料棒を長尺燃料棒とするので、炉停止余裕を大きく悪化させずに燃料集合体全体の平均的な軸方向出力分布を正確に計測することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態の炉心に装荷される反応度特性が異なる２種類の原子炉用燃料集合体（９×９正方格子）を示すもので、図１が低Ｇｄ燃料の設計例を、図２が高Ｇｄ燃料の設計例をそれぞれ示している。また、図１（ａ）および図２（ａ）は燃料集合体の断面構成を示し、図１（ｂ）および図２（ｂ）はそれぞれ燃料集合体を構成する燃料棒の各タイプの濃縮度およびサイズを示すとともに、燃料集合体の軸方向の濃縮度分布を併記している。
【００４３】
図１に示す低Ｇｄ燃料と図２に示す高Ｇｄ燃料では、ともに燃料集合体平均濃縮度 3.9wt％、Ｇｄ燃料棒（タイプ６、７）１２本、最外周Ｇｄ（タイプ７）８本、タイプ６のＧｄ燃料棒のＧｄ2 Ｏ3 濃度 4.0％濃度であり、タイプ１〜６の燃料棒の仕様（ウラン235 濃縮度ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ、Ｇｄ2 Ｏ3 濃度、燃料棒サイズ等）は同じである。
【００４４】
しかしながら、タイプ７の最外周ＧｄのＧｄ2 Ｏ3 濃度は低Ｇｄ燃料（図１）では 8.0wt％であり、高Ｇｄ燃料（図２）では10.0wt％と高くなっている。また、最外周Ｇｄを除くＧｄ燃料棒（タイプ６）のＧｄ2 Ｏ3 濃度はともに 4.0％と変わらないが、最外周Ｇｄと比較すると低く設定されている。
【００４５】
さらに、低Ｇｄ燃料と高Ｇｄ燃料の異なる点は、図１（ａ）と図２（ａ）を比較して明らかなように、高Ｇｄ燃料の最外周Ｇｄが正方格子のコーナーにより近い位置に配置されている。
【００４６】
本実施の形態の低Ｇｄ燃料と高Ｇｄ燃料の下部断面の40％状態での無限増倍率を比べると、図３のようになる。図３において、曲線Ｌは低Ｇｄ燃料の無限増倍率の燃焼変化、曲線Ｈは高Ｇｄ燃料の無限増倍率の燃焼変化をそれぞれ示している。図３に示す本実施の形態の無限増倍率の燃焼変化（曲線Ｌ、Ｈ）は、図１１に示す従来のＧｄ本数を変える手法で設計した場合の無限増倍率の燃焼変化（曲線Ａ、Ｃ）とほぼ同程度となっている。
【００４７】
このことから、Ｇｄ本数を変えずに最外周Ｇｄの位置を変えるだけで反応度調整を行うことができることがわかる。
【００４８】
また、図１（ａ）および図２（ａ）からも明らかなように、取出燃焼度が増加したり運転期間が短くなりＧｄ本数を増加しなければならなくなっても、Ｇｄ配置の自由度は十分にある。
【００４９】
また、図１と図２ではＧｄ以外の燃料棒本数は同じで、Ｇｄ燃料棒のＧｄ濃度を変えるだけで低Ｇｄ燃料と高Ｇｄ燃料を作り分けることができるので、運転期間の変動などで低Ｇｄ燃料と高Ｇｄ燃料の炉心装荷体数が変更されても容易に対応することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、タイプ６の燃料棒は燃料集合体内部に配置されているので、ここでは、Ｇｄ濃度がタイプ７の最外周Ｇｄ燃料棒の半分以下となっている。
【００５１】
図４および図５は、本発明の第２の実施の形態の炉心に装荷されるＭＯＸ燃料集合体（９×９正方格子）を示すもので、図４が低Ρｕｆ組成の燃料集合体（以下、低Ρｕｆ組成燃料という。）の設計例を、図５が高Ｐｕｆ組成の燃料集合体（以下、高Ρｕｆ組成燃料という。）の設計例をそれぞれ示している。また、図４（ａ）および図５（ａ）は燃料集合体の断面構成を示し、図４（ｂ）および図図５（ｂ）はそれぞれ燃料集合体を構成する燃料棒の各タイプの濃縮度およびサイズを示し、燃料集合体の軸方向の濃縮度分布を併記している。
【００５２】
図４において、低Ρｕｆ組成燃料は集合体平均ウラン235 濃縮度 0.9wt％、集合体平均ＰｕＯ2 富化度 6.6wt％、プルトニウム組成の核分裂性プルトニウム割合59.4％、ＭＯＸ燃料棒母材濃縮度 0.2wt％であり、タイプ１、５、６はＵＯ2 燃料棒（ウラン235 濃縮度ａ＜ｂ）、タイプ２、３、４はＭＯＸ燃料棒（ＰｕＯ2 富化度Ａ＞Ｂ）である。また、タイプ１、４は上部が欠けた短尺燃料棒であり、タイプ５はＧｄ2 Ｏ3 濃度 5.0wt％の最外周Ｇｄ燃料棒、タイプ６は軸方向下部のみＧｄ2 Ｏ3 を 1.0wt％濃度で含むＧｄ燃料棒である。
【００５３】
また図５において、高Ρｕｆ組成燃料は集合体平均ウラン235 濃縮度 0.9wt％、集合体平均ＰｕＯ2 富化度 5.2wt％、プルトニウム組成の核分裂性プルトニウム割合67.0％、ＭＯＸ燃料棒母材濃縮度 0.2wt％であり、タイプ１、５、６はＵＯ2 燃料棒（ウラン235 濃縮度ａ＜ｂ）、タイプ２、３、４はＭＯＸ燃料棒（ＰｕＯ2 富化度Ａ＞Ｂ）である。また、タイプ１、４は上部が欠けた短尺燃料棒であり、タイプ５はＧｄ2 Ｏ3 濃度 6.0wt％のＧｄ燃料棒、タイプ６は軸方向下部のみＧｄ2 Ｏ3 を 1.0wt％濃度で含むＧｄ燃料棒である。
【００５４】
さらに図６に、本実施の形態の低Ρｕｆ組成燃料（曲線ｌ）と高Ρｕｆ組成燃料（曲線ｈ）の中央部断面の40％ボイド状態での無限増倍率の燃焼変化を示す。これらの燃料集合体群は、炉心平均燃焼度（約 28GWd/t）時の無限増倍率が同じになるように燃料集合体平均ＰｕＯ2 富化度を調整してある。
【００５５】
また図１２に、図４に示す低Ρｕｆ組成燃料と燃料棒の配置構成が同じ高Ρｕｆ組成燃料の設計例を示す。この高Ρｕｆ組成燃料は、図５に示す高Ρｕｆ組成燃料とは最外周Ｇｄの位置が異なるだけで他の仕様は全く同じである。この図１２に示す高Ρｕｆ組成燃料の無限増倍率の燃焼変化を図４の低Ρｕｆ組成燃料（曲線ｌ）と比較して図１３に曲線ｈ′で示す。図１３において、高Ρｕｆ組成燃料と低Ρｕｆ組成燃料の無限増倍率が交差しており、特に燃焼初期において無限増倍率の差が大きい。
【００５６】
図１３に示すように、高Ρｕｆ組成燃料の方が低Ρｕｆ組成燃料より反応度の燃焼勾配が急で、Ｇｄ燃料棒がない状態では燃焼初期での無限増倍率が高くなるので、本実施の形態の高Ρｕｆ組成燃料では、図５（ａ）に示すようにＧｄ反応度価値が高くなる燃料集合体コーナー位置に最外周Ｇｄを４本近づけて配置している。
【００５７】
これにより、図６からも明らかなように、プルトニウムの組成比にかかわらず高Ρｕｆ組成燃料と低Ρｕｆ組成燃料の無限増倍率の燃焼変化を近づけることができる。ただし、反応度の燃焼勾配が異なるので両者を完全に一致させることは難しい。
【００５８】
また、本実施の形態では、最外周Ｇｄによる低温時制御棒価値の低下による炉停止余裕の悪化を防ぐために、短尺燃料棒（タイプ１）をコーナー位置に配置している。
【００５９】
また、軸方向下部領域にＧｄを有する燃料棒（タイプ６）を用いることで、軸方向出力分布の下部ピークを抑えることができる。
【００６０】
なお、図４および図５において正方格子の四隅に短尺燃料棒を配置しているが、非制御棒挿入側コーナー部（図４および図５の斜線部）には、通常の長尺ウラン燃料棒を配置することもできる。これにより、中性子検出器に近いコーナー位置において、短尺燃料棒による熱中性子分布の歪みを防ぐことができ、燃料集合体全体の平均的な軸方向出力分布を正確に計測することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳しく述べてきたように、本発明によれば、最外周Ｇｄ配置型の燃料でも、最外周Ｇｄの位置および濃度の変更により、反応度価値の異なる燃料集合体群を容易に設計することができ、運転期間の変動に対する融通性、取出燃焼度の高い炉心へのスムーズな移行、径方向出力ピーキングの平坦化による熱的特性の改善、ＭＯΧ燃料集合体におけるプルトニウム組成に応じた反応度調整が可能となり、良好な炉心特性を実現することができる。
【００６２】
また、コーナーΡＬＲ型の燃料でも、非制御棒挿入側コーナー部の短尺燃料棒のみを長尺燃料棒とすることにより、炉停止余裕を大きく悪化させずに燃料集合体全体の軸方向平均出力分布を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の沸騰水型原子炉の炉心に装荷されるウラン燃料集合体の低Ｇｄ燃料の設計例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の沸騰水型原子炉の炉心に図１の低Ｇｄ燃料とともに装荷されるウラン燃料集合体の高Ｇｄ燃料の設計例を示す図である。
【図３】図１の低Ｇｄ燃料と図２の高Ｇｄ燃料の無限増倍率の燃焼変化を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の沸騰水型原子炉の炉心に装荷されるＭＯＸ燃料集合体の低Ｐｕｆ組成燃料の設計例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の沸騰水型原子炉の炉心に装荷されるＭＯＸ燃料集合体の高Ｐｕｆ組成燃料の設計例を示す図である。
【図６】図４の低Ｐｕｆ組成燃料と図５の高Ｐｕｆ組成燃料の無限増倍率の燃焼変化を示す図である。
【図７】沸騰水型原子炉の高燃焼度用燃料集合体の縦断面、Β−Ｂ矢視断面およびＣ−Ｃ矢視断面を示す図である。
【図８】従来の沸騰水型原子炉用ウラン燃料集合体の設計例を示す図である。
【図９】従来の沸騰水型原子炉用ウラン燃料集合体の低Ｇｄ燃料の設計例を示す図である。
【図１０】従来の沸騰水型原子炉用ウラン燃料集合体の高Ｇｄ燃料の設計例を示す図である。
【図１１】図８〜図９に示す燃料集合体の無限増倍率の燃焼変化を示す図である。
【図１２】図５に対する沸騰水型原子炉用ΜΟＸ燃料集合体の高Ｐｕｆ燃料の比較設計例を示す図である。
【図１３】図４の低Ｐｕｆ組成燃料と図１２の高Ｐｕｆ組成燃料の無限増倍率の燃焼変化を示す図である。
【符号の説明】
１………高燃焼度用燃料集合体
２………長尺燃料棒
３………短尺燃料棒
４………上部タイプレート
５………下部タイプレート
６………太径ウォータロッド
７………チャンネルボックス
８………スペーサ
９………外部スプリング
【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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【図１３】
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