(57)【要約】      （修正有）【課題】炉心冷却材が水である従来の沸騰水型原子炉は変えずに、核燃料集合体を改良してPuを安全に効率よく燃焼させる。【解決手段】切欠被覆管の表面に平面状切り欠きを入れ、切り欠き深さは被覆管厚さの2分の１以内とした切欠被覆管（１４１）に核燃料ペレットを充填して切欠核燃料棒（１３１）とする。下部端栓１（１４７）は、下部端栓軸部のの側面に突起（１４６）を付設する。新下部結合板上面部は、上面部を正方形の正方形上面板（１５３）とし、当該正方形上面板（１５３）に切込有下部端栓軸差込部を正方格子状に配列し、かつ、隣接する４個の切込有下部端栓軸差込部の中心位置に円形貫通口（１５２）を正方格子状に配列してなる。新下部結合板の切込有下部端栓軸差込部に差込んだ上記切欠核燃料棒（１３１）を多数本正方格子状に配列した束の４面をチャンネルボックスの中に覆って核燃料集合体とする。【選択図】図４
2017219481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切欠核燃料棒１（１３１）は、ジルコニウム合金またはステンレス製の内面が円筒形鞘である後記切欠被覆管（１４１）にヘリウムを充填すると共に多数個の核燃料ペレット（４４）を連続堆積し上端を上部端栓（42）で密封し下端を後記下部端栓１（１４７）で密封してなり、
切欠被覆管（１４１）は、被覆管の表面に90度間隔で平面状切り欠きが有り、
下部端栓１（１４７）は、下部端栓傘部（４８）と、下部端栓軸部の（４９）の側面に突起（１４６）を付設した突起有下部端栓軸部（１４９）とからなり、
切欠被覆管（１４１）の切り欠き面側に突起（１４６）が来るように当該下部端栓１（１４７）を切欠被覆管（１４１）下端に接続し、
新下部結合板上面部（１５０）は、下部結合板（５０）の上面部を正方形の正方形上面板（１５３）とし、当該正方形上面板（１５３）に後記切込有下部端栓軸差込部１（１５１）を正方格子状に配列し、かつ、隣接する４個の当該切込有下部端栓軸差込部１（１５１）の中心位置に断面形状が円形の貫通口である円形貫通口（１５２）を正方格子状に配列してなり、
切込有下部端栓軸差込部１（１５１）は、正方形上面板（１５３）を貫通した断面が円形の穴であり、当該穴に切込１（１５５）が連通してなり、
切込１（１５５）は上記新下部結合板上面部（１５０）の対角線方向と平行に敷設してなり、
上記新下部結合板上面部（１５０）の切込有下部端栓軸差込部１（１５１）に差込んだ上記切欠核燃料棒（１３１）を多数本正方格子状に配列した束の４面をチャンネルボックス（３５）の中に覆ったことを特徴とする切欠核燃料集合体１（1３０）。
【請求項２】
スペーサ（３４）を支持するスペーサ支持棒（１３４）をスペーサ（３４）外枠に敷設し、
切欠被覆管（１４１）下端から上に50cm以上で、かつ、臨界ボイド率が出現する最低高さから下に5cm〜10cmに１個のスペーサ（３４）を配置し、当該スペーサ（３４）から下にはスペーサ（３４）の配置を禁止し、当該スペーサ（３４）から上には10cm〜30cm間隔を空けてスペーサ（３４）を配置したことを特徴とする請求項1の切欠核燃料集合体１（1３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉に装荷する核燃料集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は沸騰水型原子炉（BWR）に装荷する、下部結合板（５０）の下部端栓軸差込部（５１）に差込んだ、核燃料を内包する核燃料棒（３１）を、多数本正方格子状に配列した核燃料棒（３１）の束の４面をチャンネルボックス（３５）の中に覆った従来の核燃料集合体（３０）の概略斜視図である。
核燃料棒（3１）の束の上端をステンレス製の上部タイプレート（２）で下端をステンレス製の下部結合板（５０）で結合支持してなる。
チャンネルボックス（３５）は、上部タイプレート（２）に結合ピン（４０）により上部で結合されている。ステンレス製の上部タイプレート（２）には核燃料集合体（３０）を移動させるためのトッテ（２１）が付設されている（非特許文献1。非特許文献２）。
スペーサ（３４）は、正方形の外枠の中を薄板で格子状に組んで核燃料棒（３１）間の間隔を規制する。外枠はチャンネルボックス（３５）の内面に接し、核燃料棒（３１）の束が全体的に平面内で動くのを規制している。核燃料棒（３１）の高さ途中に数個位置している。
正方格子状に配列されたる核燃料棒（３１）の間隙を冷却材が流れる。
ステンレス製の上部タイプレート（２）の詳細を示す図３に記載せる上部端栓差込口（２２）には、核燃料棒（３１）の上部端栓（４２）が差込まれる。
図３に記載せるステンレス製の下部結合板（５０）の上面は、後記の下部結合板格子部（５２）及び下部端栓軸差込部（５１）からなる。下部端栓軸差込部（５１）及び下部結合板格子部（５２）とで囲まれた空隙部は冷却材流入口（５３）となっていて、冷却材である水が冷却材流入口（５３）からチャンネルボックス（３５）の内側に入る。
核燃料棒（３１）下端のステンレス製の図２に示す下部端栓（４7）が、下部端栓軸差込部（５１）に差し込まれる。下部端栓軸差込部（５１）は、下部結合板格子部（５２）によって支えられている。
核燃料集合体（３０）に流入した水は、核燃料棒（３１）から熱を吸収して液体の水の一部が飽和蒸気になる。液体である飽和水と気体である飽和蒸気が共存して流れている二相流となって上部に流れる。二相流断面において飽和蒸気が占める割合をボイド率と呼んでいる。定常出力運転時でのボイド率は核燃料集合体（３０）の下部ではゼロであり、中程では約４５％になっており、上部では約７０％になっている。
運転圧力約７０気圧での飽和蒸気温度は約286℃である。
図２は、核燃料集合体（３０）と十字形の制御棒（３６）とからなる炉心平面の部分図及び核燃料棒（3１）の縦断面図である。
核燃料集合体（３０）は正方格子状に配列してなる十字形の制御棒（３６）に隣接させて装荷される。
核燃料棒（3１）は、大気圧の約10倍程度のヘリウムを内封する直径約10mm長さ2m~4ｍの中空円筒形鞘であるジルコニウム合金製またはステンレス製の被覆管（４１）と、この被覆管（４１）の上下開口端を気密閉塞するステンレス製の上部端栓（４２）及びステンレス製の下部端栓（４７）と、上部スプリング（４５）と、上部プレナム（１６）と、被覆管（４１）内に装填される核燃料である濃縮ウランの酸化物またはウラン（ウラニウムとも呼ぶ）とプルトニウムの混合酸化物(MOX)を円柱状に焼結してなる多数個の核燃料ペレット（４４）から構成されている。
核燃料棒（３１）の間は主冷却材通路（１１）となっており、二相流が流れている。核燃料棒（３１）から発生した熱は二相流に伝達される。核燃料集合体（３０）下端から入った未飽和水は飽和水となり、飽和水の1部が蒸気となって二相流となり、核燃料集合体（３０）上端に向かって流れ出る。
隣接する核燃料集合体（３０）の間の漏洩冷却材通路（１２）には、未飽和水が下部から流入し飽和水となって上に流れている。十字形の制御棒（３６）は漏洩冷却材通路（１２）の中を上下に動ける。十字形の制御棒（３６）に敷設されている制御棒ガイドローラにより、制御棒（３６）は隣接するチャンネルボックス（３５）の間を滑らかに上下動できる。
下部端栓（４７）は2段になっていて、上側の下部端栓傘部（４８）と下側の下部端栓軸部（４９）とからなる。
下部端栓軸部（４９）は、前記下部結合板（５０）の下部端栓軸差込部（５１）に差し込まれる。
下部端栓傘部（４８）は、上は被覆管（４１）に直結している。
図3は、図1に示した核燃料集合体（３０）の下部及び上部の詳細図である。
下部結合板（５０）は、空洞容器部と上面部からなる。空洞容器部は水が充満している。上面部は、外枠形状が正方形であってチャンネルボックス（３５）で囲まれており、核燃料棒（３１）の下部端栓軸部（４９）を差し込むための正方格子状に配列されている下部端栓軸差込部（５１）と、下部端栓軸差込部（５１）を支えるための下部結合板格子部（５２）からなる。下部端栓軸差込部（５１）と下部結合板格子部（５２）とで囲まれた空隙である冷却材流入口（５３）から冷却水が核燃料集合体（３０）内に流入してくる。
下部結合板（５０）の下にはノーズ部(54)が接続されている。核燃料棒（３１）を支えるステンレス鋼鋳物である。
冷却水はノーズ部(54)から下部結合板（５０）の空洞容器部を通って下端核燃料集合体（３０）内に取り込まれる。
上部タイプレート（２）には核燃料集合体（３０）を移動させるためのトッテ（２１）が付設されている。
上部タイプレート（２）底面には、前記の上部端栓（４２）を差込むための上部端栓差込口（２２）が貫通している。上部タイプレート（２）の所々に冷却材である水と蒸気が流出するための冷却材通路が開いている。
上部タイプレート（２）と下部結合板（５０）は、多数の核燃料棒（３１）の内の数本のタイロッド核燃料棒（３１）で結合されている。タイロッド核燃料棒の下部端栓軸差込部（５１）と上部端栓（４２）は、ネジ山が施されている例がある。
【非特許文献１】：同文書院、1982年、三島良積「核燃料工学」
【非特許文献２】：オーム社、1989年、浅田他「原子力ハンドブック」。
【０００３】
核燃料であるウラン（U）やプルトニウム（Pu）の中性子との反応は中性子の速度によって変わり、中性子の速度は減速材である水の量により変わる。したがって、ボイド率の違いは水の量の違いであるから、ボイド率の違いは核燃料と中性子との反応の結果生じる出力に変化をもたらし、逆に出力の変化はボイド率に違いをもたらす。
核燃料は遅い中性子とは激しく反応するため、少ない量の核燃料でも大きな出力を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
限りあるウランの使用に問題が生じつつあることや使用済燃料から出てきた原爆の原料となり易いプルトニウム（Pu）の蓄積量が顕著になってきたこととあいまって、プルトニウムの有効利用が必要になってきた。Puを効率よく安全に燃焼させるには高速中性子を利用するのがよい。そのためには、減速材でもある冷却水の割合を減らしボイドの割合を増加させたい。
従来の沸騰水型原子炉では、最高ボイド率は７０％を暗黙の了解事項としていた。しかし、プルトニウムを効率よく燃焼させるためには最高ボイド率は７０％以上が望ましい。炉心流量を少なくし、かつ、核燃料棒間隙を狭くしてボイド率を高めることが考えられる。
ただし、減速材でもある冷却水の割合が減りボイドの割合が増加し、臨界ボイド率（特許文献１）になると局所的に冷却不足から被覆管温度が局所的に急上昇する。核燃料棒の健全性が失われる恐れがある。臨界ボイド率において、最も早く蒸気に晒される被覆管部は、正方格子状に隣接する4本の核燃料棒の中心位置を中心とする円の円弧が被覆管に接する箇所である。
【特許文献１】：特願２００9−276095
【課題を解決するための手段】
【０００５】
手段１を以下に記述する。
沸騰水型原子炉に装荷せる、下部結合板に差込んだ核燃料を内包する核燃料棒を多数本正方格子状に配列した核燃料棒の束の４面をチャンネルボックス（３５）の中に覆った核燃料集合体に関わる。
切欠核燃料棒１（１３１）は、ジルコニウム合金またはステンレス製の内面が円筒形鞘である後記切欠被覆管（１４１）にヘリウムを充填すると共に多数個の核燃料ペレット（４４）を連続堆積し上端を上部端栓（42）で密封し下端を後記下部端栓１（１４７）で密封してなる。
切欠被覆管（１４１）は、被覆管の表面に90度間隔で平面状切り欠きが有り、切り欠き深さは被覆管厚さの2分の１以内とする。
下部端栓１（１４７）は、下部端栓傘部（４８）と、下部端栓軸部の（４９）の側面に突起（１４６）を付設した突起有下部端栓軸部（１４９）とからなる。
切欠被覆管（１４１）の切り欠き面側に突起（１４６）が来るように当該下部端栓１（１４７）を切欠被覆管（１４１）下端に接続する。
新下部結合板上面部（１５０）は、下部結合板（５０）の上面部を正方形の正方形上面板（１５３）とし、当該正方形上面板（１５３）に後記切込有下部端栓軸差込部１（１５１）を正方格子状に配列し、かつ、隣接する４個の当該切込有下部端栓軸差込部１（１５１）の中心位置に断面形状が円形の貫通口である円形貫通口（１５２）を正方格子状に配列してなる。
切込有下部端栓軸差込部１（１５１）は、正方形上面板（１５３）を貫通した断面が円形の穴であり、当該穴に切込１（１５５）が連通している。
切込１（１５５）は上記新下部結合板上面部（１５０）の対角線方向と平行に敷設してなる。
本発明の手段１は、上記新下部結合板上面部（１５０）の切込有下部端栓軸差込部１（１５１）に差込んだ上記切欠核燃料棒（１３１）を多数本正方格子状に配列した束の４面をチャンネルボックス（３５）の中に覆ったことを特徴とする切欠核燃料集合体１（1３０）である。
円形貫通口（１５２）の数は適宜増加してよい。
核燃料棒の重量が十分重いから、核燃料棒の浮き上がりは心配ないから切込有下部端栓軸差込部１（１５１）は貫通してもよい。核燃料棒の浮き上がり対策としては、切込有下部端栓軸差込部１（１５１）下端を閉じ、チャンネルボックス（３５）の制御棒と反対側の上端を上部炉心格子に接続した板で押えればよい。
或は、円形貫通口（１５２）の穴の直径を小さくして冷却材流量を減少させればよい。
切欠被覆管（１４１）は、正方格子状に隣接する4本の切欠核燃料棒（１３１）の中心位置を中心とする円の円弧状切り欠きを被覆管の表面に入れ、切り欠き深さは被覆管厚さの2分の１以内としてもよい。
突起（１４６）を板バネとすれば、切欠核燃料棒（１３１）の振動が抑制できる。
切欠被覆管（１４１）において、切欠き部分と円形部分との境界は鋭角を避けるために面取りをしておく。
切欠核燃料棒（１３１）をタイロッド核燃料棒とするには、切込下部端栓軸部（１４９）にノッチ式爪を敷設する。
或は、タイロッド核燃料棒無しとして、チャンネルボックス（３５）下端を新下部結合板上面部（１５０）の下側の空洞容器部側面にネジ止めする。或は、溶接する。或は、新下部結合板上面部（１５０）の下側の胴部分上面外側に返しを施し、チャンネルボックス（３５）下端よりやや上内側に爪を施し、チャンネルボックス（３５）を新下部結合板上面部（１５０）に焼き嵌める。
チャンネルボックス（３５）に隣接する切欠核燃料棒（１３１）は、チャンネルボックス（３５）と反対側に向いている切欠被覆管（１４１）表面に2か所切欠きを入れればよい。チャンネルボックス（３５）は殆ど発熱しないから、チャンネルボックス（３５）と当該切欠核燃料棒（１３１）の間を流れる冷却水は蒸気になる割合が少ない。
チャンネルボックス（３５）の角に隣接する切欠核燃料棒（１３１）は、チャンネルボックス（３５）角と反対方向に向いている切欠被覆管（１４１）表面に１か所切欠きを入れればよい。
切欠被覆管（１４１）の高さ方向の切欠長さは、下端が当該被覆管下端から５0cmで、ここから上に向かって80cmまでが有効である。当該被覆管下端から５0cm以下では中性子が核燃料棒の下の方に漏洩するため、中性子割合が少ないから核燃料の核分裂反応が少なくなり、核燃料棒の発熱が少ない。したがって、たとえ、５0cm以下で臨界ボイド率になっても被覆管は局所的に高温になり難い。
特許文献１によれば、蒸気ボイド率が高くなるほど蒸気ボイド速度は速くなる。当該被覆管下端から80cm以上では蒸気速度が速くなるため蒸気冷却が有効になるから、被覆管は局所的に高温になり難い。50cmから80cmになる間に蒸気ボイド率が大きくなる。蒸気速度は上昇するから蒸気冷却は大きくなる。
切欠被覆管（１４１）の高さ方向の切欠長さは、当該被覆管下端から上端まででもよい。製造し易い。切欠の無い部分は、減速材でもある冷却水を排除する効果がある。
切り欠き深さは被覆管厚さの2分の１以内としたのは、被覆管内で生成される気体状核分裂生成物の内圧に耐えられるようにするためである。更に、運転初期では気体状核分裂生成物が少ないため冷却水による外圧に耐えられるようにするためでもある。なお、気体状核分裂生成物は熱伝導率が小さいため、熱伝導率が大きいヘリウムを予め被覆管内に封じ込めている。
切欠被覆管（１４１）の高さ方向の切欠長さの部分の核燃料ペレット（４４）は、ウラン235の濃縮度またはプルトニウムの富化度を小さくしておけば核分裂反応が低くなるため、発熱が小さく抑えられる。
従来は下部結合板格子部（５２）の間の広い冷却材流入口（５３）から大量の冷却水量を得ていた。しかし、プルトニウムを効率よく燃焼させるために蒸気ボイドを多くしようとするには不都合である。そこで、正方形上面板（１５３）に円形貫通口（１５２）を開けて、冷却水量を減らしている。
冷却水循環ポンプを強力にすれば冷却水速度を上げることができる。隣接する核燃料棒間隙を狭くして冷却水速度を上げれば、蒸気ボイド速度も上がるから、蒸気冷却能力が向上する。その結果、被覆管表面が蒸気に晒されても急激に温度上昇するのが緩和できる。場合によっては（例えば、最初に蒸気に晒される高さ近傍の核燃料ペレット（４４）のプルトニウム富化度を下げるかウラン２３５の濃縮度を下げる。）被覆管に切欠きを入れなくても被覆管の健全性をたもつことができる。
【０００６】
スペーサ（３４）を支持するスペーサ支持棒（１３４）をスペーサ（３４）外枠に敷設する。
切欠被覆管（１４１）下端から上に50cm以上で、かつ、臨界ボイド率が出現する最低高さから下に5cm〜10cmに１個のスペーサ（３４）を配置し、当該スペーサ（３４）から下にはスペーサ（３４）の配置を禁止し、当該スペーサ（３４）から上には10cm〜30cm間隔を空けてスペーサ（３４）を配置したことを特徴とする請求項1の切欠核燃料集合体１（1３０）。
スペーサ（３４）は二相流を乱すタービュレンス・プロモータの役割をする。チャンネルボックス（３５）内面とスペーサ（３４）の外枠との隙間でもタービュレンス・プロモータの役割を果たせる。場合によっては被覆管に切欠が不要になる。
臨界ボイド率が出現してからではタービュレンス・プロモータの意味がない。そこで、臨界ボイド率が出現する最低高さから下に5cm〜10cmに１個のスペーサ（３４）を配置する。更に安全性を高めるために、最低高さの当該スペーサ（３４）から上に10cm〜30cm間隔を空けてスペーサ（３４）を配置すればボイド率は臨界ボイド率よりも十分高くなっているから被覆管温度が局所的に急上昇することはない。30cm以上離したら途中で乱流の効果がなくなってしまう。
臨界ボイド率が出現する高さは特許文献１の式によって計算される。特許文献１では被覆管温度計算の式も記述されている。したがって、原子炉運転開始に先立つ設計段階で予測計算をしておけばスペーサ（３４）配置高さが決定できる。したがって、核燃料集合体の製造段階で計算結果に基づいた高さにスペーサ（３４）を敷設する。
BWRでは、原子炉運転計画（制御棒配置や核燃料集合体の配置で核燃料の健全性に問題が無いことを予め計算で確かめる）に基づいて核燃料集合体の製造が行われる。したがって、スペーサ（３４）の配置も決定できている。実運転においては、臨界ボイド率が出現する最低高さを、下端スペーサ（３４）の高さから上10cm〜30cmであるように運転監視し、制御棒操作と炉心流量操作によって切欠核燃料集合体１（1３０）の健全性は確保できる。
前述にもあるように、当該被覆管下端から５0cm高さ以下では中性子が核燃料の下の方に漏洩するため、当該被覆管下端から５0cm高さまでは中性子割合が少ないから核燃料の核分裂反応が少なくなり、核燃料棒の発熱が少ない。特許文献１によれば、蒸気ボイド率が高くなるほど蒸気ボイド速度は速くなる。そこで、本発明のように当該被覆管下端から50cm〜80cmになる間に蒸気ボイド率が大きくなる。50cmから80cmになる間に蒸気速度は上昇するから蒸気冷却は大きくなる。
プルトニウムを効率よく燃焼させるために核燃料棒の太さを太くし、核燃料棒の間隙を1mmとし全長200cm（これ以上長くすると重すぎて扱いに困る）として正方格子状に配列し、炉心冷却水流量≒炉心出口蒸気流量とし、炉心冷却水流入速度を5mとすることが考えられる。
蒸気ボイド割合を高めるために冷却水流量を減らすと、被覆管下端から50cmから80cm近傍に臨界ボイド率が出現させることができる。
被覆管下端から50cmの高さにスペーサ（３４）を敷設し、10cm上の60cmにもう１個敷設すれば臨界ボイド率が出現する高さに変動があっても50cm〜60cm+10cmに亘って乱流にすることができるから、被覆管が局部的に蒸気に晒され難くなり、蒸気に晒されたにしても蒸気速度が高まっているから蒸気冷却能力が高まり被覆管温度の急上昇を緩和することが出来る。
念を入れるならば、スペーサ（３４）を被覆管下端から50cm、60cm、70cm、80cmの高さに敷設すればよい。これ以上の高さでは蒸気ボイド率が臨界ボイド率よりも十分大きいため乱流の効果が低いからスペーサ（３４）配置間隔を30cm以上に広げてもよい。
本発明では、核燃料棒の下端が新下部結合板上面部（１５０）によって拘束され、上端は上部タイプレート（２）によって拘束されているから、スペーサ（３４）を１個敷設すれば核燃料棒の配置は十分拘束できる。
スペーサ（３４）の支持は、従来は水棒、或は被覆管の表面に突起を付設して、スペーサ（３４）が下にズレ落ちるのを防いでいた。本発明では、減速材でもある冷却水が貫通する水棒は装荷しない。被覆管表面に突起を敷設すると、核燃料棒の熱水力的な健全性を実験等で確認しなければならなくなり、面倒である。スペーサ支持棒（１３４）はスペーサ（３４）外枠に敷設したため、チャンネルボックス（３５）内面に接した近傍にあるから核燃料棒への影響が少ない。
図９にスペーサ支持棒（１３４）の敷設例を示した。平面を固定するには３点支持の三角形の中に重心があればよいから本例では３本敷設した。１本でも支持ができる（スペーサ（３４）の格子状に組んだ薄板と被覆管とが接触している）。スペーサ（３４）を配置する時、スペーサ支持棒（１３４）が外周にあるからスペーサ（３４）の組み立てに際して容易に目視できる。
実際は、格子状に組んだ薄板の空隙部には核燃料棒が装荷されている。新下部結合板上面部（１５０）の切込有下部端栓軸差込部１（１５１）に全切欠核燃料棒（１３１）を差込んで正方格子状に配列してから、スペーサ（３４）及びスペーサ支持棒（１３４）を敷設する。
【０００７】
手段２を以下に記述する。
従来の核燃料集合体において、核燃料棒は手段1の切欠被覆管（１４１）と下部端栓１（１４７）とからなる切欠核燃料棒１（１３１）を使用する。
切込有下部端栓軸差込部２（２５１）は、従来の様に下部結合板格子部（５２）に支持された下部端栓軸差込部（５１）に切込２（２５５）を下部結合板（５０）上部の対角線方向と平行に敷設してなる。
本発明の核燃料集合体は、上記切込有下部端栓軸差込部１（２５１）に差込んだ上記切欠核燃料棒（１３１）を多数本正方格子状に配列した束の４面をチャンネルボックス（３５）の中に覆ったことを特徴とする切欠核燃料集合体２（２３０）である。
【０００８】
手段３を以下に記述する。
切欠核燃料棒３（３３１）は、手段１の切欠被覆管（１４１）にヘリウムを充填すると共に多数個の核燃料ペレット（４４）を連続堆積し上端を上部端栓（42）で密封し下端を下部端栓３（３４７）で密封してなっている。
下部端栓３（３４７）は、下部端栓傘部（４８）と、下部端栓軸部の（４９）の断面形状を丸形正方形とした正方下部端栓軸部（３４９）とからなる。
前記切欠核燃料棒３（３３１）における上記正方下部端栓軸部（３４９）の丸形正方形の頂点部が切欠被覆管（１４１）の切り欠き面側に来るように、当該下部端栓３（３４７）を切欠被覆管（１４１）下端に接続する。
手段１の正方形上面板（１５３）に断面形状が丸形正方形の貫通口である正方形下部端栓軸差込部（３５１）を正方格子状に配列し、かつ、隣接する４個の当該正方下部端栓軸差込部（３５１）の中心位置に正方格子状に手段１の円形貫通口（１５２）を配列する。
当該正方下部端栓軸差込部（３５１）の辺部を前記正方形上面板（１５３）の縁部と平行になるように正方格子状に配列する。
正方形下部端栓軸差込部（３５１）に差込んだ上記切欠核燃料棒２（３３１）を多数本正方格子状に配列した束の４面をチャンネルボックス（３５）の中に覆ったことを特徴とする切欠核燃料集合体３（３３０）である。
正方形下部端栓軸部（３４９）には、正方下部端栓軸差込部（３５１）との間の隙間による振動を抑制するために、下端バネ（３６１）を敷設する。隙間を考慮すると、左上角正方下部端栓軸差込部（３５１）を若干下側右側に移動した位置にし、当該左上角正方下部端栓軸差込部（３５１）を基準にして残りの正方下部端栓軸差込部（３５１）を正方格子に配列する。
下端バネ（３６１）は、正方形下部端栓軸部（３４９）の右辺と下辺に、または右下角に敷設する。
正方形下部端栓軸部（３４９）により切欠核燃料棒３（３３１）は回転することがなく向きが一定しているから、隣接する切欠核燃料棒３（３３１）の切欠の向きも一定している。
【発明の効果】
【０００９】
未飽和で流入した液体の水が、核燃料棒から受熱して蒸気ボイドになり、液体相と蒸気相が分離した二相流となって上昇していくと考えられる。液体相が核燃料棒に密着して流れ、蒸気相は隣接する4本の核燃料棒の間を流れるものと考えると、対角線方向に隣接する核燃料棒の対角線上表面から蒸気ボイド（蒸気ボイド割合が約65%）に晒され始める。晒され始める箇所の被覆管表面に切欠きを入れておけば、切欠核燃料棒表面が蒸気ボイドに晒され始める蒸気ボイドは高い（約70%）から、蒸気速度は高くなっていて蒸気の熱伝達は良好になる。したがって、切欠核燃料棒表面の温度上昇が緩和される。核燃料棒の健全性が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
プルトニウムが効率よく燃焼できて、かつ燃料棒の健全性が高い核燃料集合体が提供できた。
【実施例１】
【００１１】
図４は、手段１における切欠核燃料棒１（１３１）の概観図である。当該図の右上側に隣接する4本の切欠核燃料棒（１３１）の断面図を示した。当該図の左上側にA-A方向から見た切欠核燃料棒（１３１）の縦断面図を示した。
切欠被覆管（１４１）は内面が円筒形の鞘である。切欠被覆管（１４１）の中にヘリウムを充填すると共に多数個の核燃料ペレット（４４）を連続堆積し上端を上部端栓（42）で密封し下端を下部端栓１（１４７）で密封している。
切欠被覆管（１４１）は、90度間隔で被覆管の表面に平面状切り欠きが有り、切り欠き深さは被覆管厚さの2分の１以内とする。
当該図の右上側で、切欠きを際立たせるために点線で示した。
下部端栓１（１４７）は、下部端栓傘部（４８）と、下部端栓軸部の（４９）の側面に突起（１４６）を付設した突起有下部端栓軸部（１４９）とからなる。
上記突起有下部端栓軸部（１４９）の突起（１４６）は、切欠被覆管（１４１）の切り欠き面側に来るように当該下部端栓１（１４７）を切欠被覆管（１４１）下端に接続する。
当該図の下側に切欠被覆管（１４１）の表面に円弧状欠きを入れた例を示した。
図５は、手段１における新下部結合板上面部（１５０）（上面部）の概観図である。
新下部結合板上面部（１５０）は、従来の下部結合板（５０）の上面部を正方形の正方形上面板（１５３）とし、当該正方形上面板（１５３）に後記切込有下部端栓軸差込部１（１５１）を正方格子状に配列し、かつ、隣接する４個の当該切込有下部端栓軸差込部１（１５１）の中心位置に断面形状が円形の貫通口である円形貫通口（１５２）を正方格子状に配列してなる。
切込有下部端栓軸差込部１（１５１）は、正方形上面板（１５３）を貫通した断面が円形の穴である。
切込有下部端栓軸差込部１（１５１）に切込１（１５５）が連通している。
切込１（１５５）は上記新下部結合板上面部（１５０）の対角線方向と平行である。
冷却水が円形貫通口（１５２）の下から上に向かって入ってくる。
【実施例２】
【００１２】
図６は手段２に関わる。
手段1の切欠核燃料棒１（１３１）を差込むための下部結合板上面部２（２５０）の概観図である。
従来の核燃料集合体において、核燃料棒は手段1の切欠被覆管（１４１）と下部端栓１（１４７）とからなる切欠核燃料棒１（１３１）を使用する。
切込有下部端栓軸差込部２（２５１）は、従来の下部結合板（５０）における下部結合板格子部（５２）に支持された下部端栓軸差込部（５１）に切込２（２５５）を連通させている。切込２（２５５）は下部結合板（５０）上部の対角線方向と平行に切込を入れる。
冷却水が冷却材流入口（５３）から下から上に向かって入ってくる。切込有下部端栓軸差込部２（２５１）は、下部結合板格子部（５２）によって支持されている。
下部結合板（５０）は燃料支持金具によって支持されている。燃料支持金具に具備された冷却水流入口を狭くすれば冷却水流入流量を減らすことが出来る。
【実施例３】
【００１３】
図７は、手段３に関わる切欠核燃料棒３（３３１）の概観図である。
当該図の右上側に、隣接する4本の切欠核燃料棒３（３３１）の断面図を示した。当該図の左上側に、B-B方向から見た切欠核燃料棒３（３３１）の縦断面図を示した。
切欠核燃料棒３（３３１）は、切欠被覆管（１４１）にヘリウムを充填すると共に多数個の核燃料ペレット（４４）を連続堆積し上端を上部端栓（42）で密封し下端を後記下部端栓３（３４７）で密封してなる。
下部端栓３（３４７）は、下部端栓傘部（４８）と、下部端栓軸部の（４９）の断面形状を丸形正方形とした正方下部端栓軸部（３４９）とからなる。
図８は、手段３に関わる新下部結合板上面部３（３５０）の概観図である。
正方下部端栓軸部（３４９）の丸形正方形の頂点部が切欠被覆管（１４１）の切り欠き面側に来るように、下部端栓３（３４７）を切欠被覆管（１４１）下端に接続する。
新下部結合板上面部３（３５０）は、手段１の正方形上面板（１５３）に断面形状が丸形正方形の貫通口である丸形正方形下部端栓軸差込部（３５１）を正方格子状に配列し、かつ、隣接する４個の当該正方下部端栓軸差込部（３５１）の中心位置に正方格子状に円形貫通口（１５２）を配列してなる。
当該正方下部端栓軸差込部（３５１）の辺部を前記正方形上面板（１５３）の縁部と並列になるように正方格子状に配列する。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
現行沸騰水型原子炉（BWR）でも、核燃料集合体を改良するだけでプルトニウムを効率よく燃焼させることができる。プルトニウムを効率よく消滅させることができる。
従来のBWRは、PWRの設計に囚われていた。炉心流量が多すぎた。
米国は、今後核兵器開発に１．３兆ドルを擁するとの案が出ている。敵対国への牽制の意味もあろうが、注目すべきことである。核兵器の核燃料を製造するためには、微濃縮ウランが大量に発生することと、再処理燃料から発生するプルトニウムが問題になる。これ等は、軽水炉の運転なしには解決できない。敵対国勢力後援の環境問題、表面由来エネルギーの活用を絡めて反原発運動が盛んになろうが原発の稼働は多くなろう。空母・潜水艦・駆逐艦以外の種々の艦船エンジン、大型飛行船・輸送機エンジン、駐屯地のエネルギー源何が出てくるか興味が有る所である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の核燃料集合体（３０）の概略斜視図。
【図２】核燃料集合体（３０）と十字形の制御棒（３６）とからなる炉心平面の部分図及び核燃料棒（3１）の縦断面図。
【図３】従来の下部結合板（５０）の関連機器との取り合い、概観、上面。
【図４】本発明の手段１に関わる切欠核燃料棒１（１３１）の概観図。
【図５】本発明の手段１に関わる新下部結合板上面部（１５０）（上面部）の概観図。
【図６】本発明の手段２に関わる、切欠核燃料棒１（１３１）を差込むための下部結合板上面部２（２５０）の概観図。
【図７】本発明の手段３に関わる切欠核燃料棒３（３３１）の概観図。
【図８】本発明の手段３に関わる新下部結合板上面部３（３５０）の概観図。
【図９】本発明のスペーサ支持棒（１３４）の敷設例。
【符号の説明】
【００１６】
２は上部タイプレート。
１１は主冷却水通路。
１２は漏洩水通路。
１６は上部プレナム。
２１はトッテ。
２２は上部端栓差込口。
３０は核燃料集合体。
３１は核燃料棒。
３２は上部結合板。
３４はスペーサ。
３５はチャンネルボックス。
３６は十字形の制御棒。
４０は結合ピン。
４１は被覆管。
４２は上部端栓。
４４は核燃料ペレット。
４５はスプリング。
４７は下部端栓。
４８は下部端栓傘部。
４９は下部端栓軸部。
５０は下部結合板。
５１は下部端栓軸差込部。
５２は下部結合板格子部。
５３は冷却材流入口。
５４はノーズ部。
１３１は切欠核燃料棒１。
１４１は切欠被覆管。
１３４はスペーサ支持棒。
１４６は突起。
１４７は下部端栓１。
１４９は突起有下部端栓軸部。
１５０は新下部結合板上面部。
１５１は切込有下部端栓軸差込部。
１５２は円形貫通口。
１５３は正方形上面板。
１５５は切込。
２５０は下部結合板２上面部。
２５１は切込有下部端栓軸差込部２。
２５５は切込２。
３３１は切欠核燃料棒３。
３４７は下部端栓３。
３４９は正方下部端栓軸部。
３５０は新下部結合板３上面部。
３５１は正方下部端栓軸差込部。
３６１は下端バネ。
【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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