(57)【要約】原子炉用の燃料集合体１は、第１の燃料棒グループ５ａおよび第１の燃料棒グループ５ｂを有する燃料棒の束３を備える。各燃料棒は、被覆管１５と、被覆管の中で囲まれる燃料ペレットのスタック１２を備える。燃料スタックの少なくとも主部分１３は、プルトニウムおよびトリウムを含む核分裂性の核物質を備え、軸方向穴２２とともに配置される。第１のグループの各燃料棒５ａの燃料スタックの前記主部分１３は、第１のボリュームを構成している第１の軸方向穴２２ａを備え、第２のグループの各燃料棒５ｂの燃料スタックの前記主部分１３は、第２のボリュームを構成している第２の軸方向穴２２ｂを備える。第１のボリュームと第２のボリュームとは異なる。【選択図】図２
2016535259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉用の燃料集合体（１）であり、前記燃料集合体（１）は、燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）が互いに間隔を置かれて平行に延びるように配置される前記燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）の束（３）であって、前記束（３）は、第１の燃料棒グループ（５ａ）および第２の燃料棒グループ（５ｂ）を備える、燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）の束（３）、を備え、各燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）は、被覆管（１５）と、前記被覆管（１５）の中で囲まれる燃料ペレット（２０）を含む燃料スタック（１２）とを備え、前記燃料スタック（１２）の少なくとも主部分（１３）は、プルトニウムおよびトリウムを含む核分裂性の核物質を備え、前記燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記燃料スタック（１２）の前記主部分（１３）は、前記燃料棒の長手方向軸線（Ｌ１）に沿って延びる軸方向穴（２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）を備える、原子炉用の燃料集合体（１）であって、
前記第１の燃料棒グループ（５ａ）の各燃料棒の前記燃料スタック（１２）の前記主部分（１３）は、前記燃料ペレット（２０）において第１のボリュームを構成している第１の軸方向穴（２２ａ）を備え、前記第２の燃料棒グループ（５ｂ）の各燃料棒の前記燃料スタック（１２）の前記主部分（１３）は、前記燃料ペレット（２０）において第２のボリュームを構成している第２の軸方向穴（２２ｂ）を備え、前記第１のボリュームと前記第２のボリュームとは異なる、
ことを特徴とする、原子炉用の燃料集合体（１）。
【請求項２】
前記第１のボリュームは、前記第２のボリュームよりも大きい、請求項１に記載の燃料集合体（１）。
【請求項３】
前記第１のボリュームは、前記軸方向穴（２２）のないペレット（２０）を有する対応する燃料スタック（１３）のボリュームの１〜９０％の範囲にある、請求項２に記載の燃料集合体（１）。
【請求項４】
前記第２のボリュームは、前記軸方向穴（２２）のないペレット（２０）を有する対応する燃料スタック（１３）のボリュームの０〜５０％の範囲にある、請求項２または３に記載の燃料集合体（１）。
【請求項５】
前記第１のボリュームは、前記第２のボリュームよりも小さい、請求項１に記載の燃料集合体（１）。
【請求項６】
前記第１のボリュームは、前記軸方向穴（２２）のないペレット（２０）を有する対応する燃料スタック（１３）のボリュームの０〜５０％の範囲にある、請求項５に記載の燃料集合体（１）。
【請求項７】
前記第２のボリュームは、前記軸方向穴（２２）のないペレット（２０）を有する対応する燃料スタック（１３）のボリュームの１〜９０％の範囲にある、請求項５または６に記載の燃料集合体（１）。
【請求項８】
前記核分裂性の核物質は、ウラニウムおよびプルトニウムからの酸化物の混合物を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項９】
前記燃料スタック（１３）の前記主部分は、アメリシウム、キュリウム、ネプツニウムおよびプロトアクチニウムのうちの少なくとも１つの添加剤を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項１０】
前記燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）は、前記燃料集合体の設計が従来のウラン酸化物燃料を用いる従来の軽水炉用に設計される燃料集合体の設計と同様であるように配置される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項１１】
前記燃料集合体（１）は、第３の複数の燃料棒グループ（５ｃ）を備え、前記第３の燃料棒グループ（５ｃ）の各燃料棒（５ｃ）の前記燃料スタック（１２）の前記主部分（１３）は、前記燃料ペレット（２０）において前記第１のボリュームと前記第２のボリュームとの中間である第３のボリュームを構成している第３の軸方向穴（２２ｃ）を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項１２】
前記燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）のうちの少なくともいくつかの前記燃料スタック（１３）の前記主部分は、異なる軸方向穴サイズを有する燃料ペレット（２０）を有する２つ以上の燃料スタック部分（１３ａ、１３ｂ）を備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項１３】
前記軸方向穴（２２）は、加圧ヘリウムガスで満たされる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項１４】
前記軸方向穴（２２）は、前記燃料ペレットの長手方向軸線（Ｌ２）に沿って延びる円形穴である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項１５】
原子炉の稼動中の前記原子炉における請求項１〜１４のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉用の燃料集合体および燃料集合体の使用に関する。燃料集合体は、燃料棒が互いに間隔を置かれて平行に延びるように配置される燃料棒の束を備える。束は、第１の燃料棒グループと、第２の燃料棒グループとを備える。各燃料棒は、被覆管と、被覆管の中で囲まれる燃料ペレットを含む燃料スタックとを備える。燃料スタックの少なくとも主部分は、プルトニウムおよびトリウムを含む核分裂性の核物質を備える。燃料棒の燃料スタックの前記主部分は、燃料棒の長手方向軸線に沿って延びる軸方向穴を備える。
【背景技術】
【０００２】
トリウム−２３２は、エネルギーを発生させるための熱中性子炉において使用されることができる。トリウム−２３２は、それ自体核分裂性ではなく、したがって、熱中性子炉においてそれ自体使用されることはできない。しかしながら、トリウム−２３２は、核分裂性物質（例えばウラニウム−２３３、ウラニウム−２３５またはプルトニウム−２３９）と共にトリウム−２３２を配置することによって、熱中性子炉において使用されることができる。そして、トリウム−２３２によって吸収されるときにトリウム−２３２をウラニウム−２３３（核分裂性の燃料物質である）に変換する中性子を提供する。特に、トリウム−２３２は、エネルギー生産のためにプルトニウムを利用する機会を提供する。その場合には、核燃料は、「Ｔｈ−ＭＯＸ」と呼ばれるトリウムおよび酸化プルトニウムの混合物を含む。
【０００３】
中性子的観点からの、Ｔｈ−ＭＯＸと従来の酸化ウラニウム（ＵＯＸ）燃料との間の大きな違いは、Ｔｈ−ＭＯＸ燃料用の重金属原子の数に対する水素原子の数の最適比（「減速比」）が、従来のＵＯＸ燃料用に比べて著しく高いということである。
【０００４】
Ｔｈ−ＭＯＸは、従来の燃料集合体の設計において導入されることができる。しかし、その燃料は、Ｔｈ−ＭＯＸと従来のＵＯＸ燃料との間の最適減速比の違いのせいで、最適に利用されない。その代わりに、Ｔｈ−ＭＯＸを用いる燃料集合体は、減速比を増加させることによって、従来の燃料集合体の設計と比較して修正されなければならない。これは、より大きい燃料棒間隔、より少ない燃料棒、より小さい燃料棒直径によって、または、水チャネルの追加、等によって達成されることができる。
【０００５】
この種の修正された燃料集合体の設計についての課題は、適応される燃料集合体の操作上の熱水力条件が従来の軽水炉燃料集合体の操作上の条件と異なるということである。したがって、燃料集合体の安全な使用および望ましくないイベント（例えば、隣接する燃料集合体間のクロスフロー）の回避を保証するために、修正された設計は、設計の広範囲なそして高コストの熱水力実験および変更を必要とする。広範囲な熱水力実験が実行される場合であっても、特に従来のＵＯＸ燃料集合体と共に使用される場合、炉の所有者および当局は、これらの異なる操作上の条件の観点で従来の炉において修正された燃料設計を導入するのを嫌うかもしれない。
【０００６】
減速は、燃料集合体の中で一定ではない。特に、炉における燃料集合体間の空間は、従来設計の周辺燃料棒に中心的燃料棒よりも高い減速比を与える。減速におけるこのむらは、通常、燃料棒の核分裂性の中身をグレーディングすることによって補償される。そして、周辺燃料棒により低い核分裂性の中身を与える。特に、混合酸化物燃料が関係するときに、これは、燃料製作を難しくする。
【０００７】
特許文献１には、環状核燃料ペレットおよび環状核燃料ペレットを製造する方法が開示されている。燃料ペレットは、プルトニウムおよびトリウムの混合酸化物でできていてもよい。
【０００８】
特許文献２には、プルトニウムおよびトリウムを含む環状燃料ペレットが開示されている。
【０００９】
特許文献３には、ＵＯＸの環状燃料ペレットを含む燃料棒を有する燃料要素が開示されている。燃料棒のいくつかの環状燃料ペレットの各々は、第１のサイズの環形を有する。他方で、単一のウラン−２３５強化の使用を可能にするために、燃料棒の他の環状燃料ペレットの各々は、第２のサイズの環形を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２５４８４７  Ａ１号
【特許文献２】特開平１１−２５８３７４  Ａ号
【特許文献３】米国特許第４６８７６２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、燃料集合体の中で出力および温度プロファイルを同時に制御すると共に、従来のＵＯＸ燃料用の燃料集合体と同じ設計の燃料集合体において使用するための、Ｔｈ−ＭＯＸ燃料における核分裂性プルトニウムの利用を改善することである。より多くのエネルギーがプルトニウムの負荷されたキログラム当たり発生されることができるという点で、この利用は、改善されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、請求項１による原子炉用の燃料集合体によって得られる。第１の燃料棒グループの各燃料棒の燃料スタックの前記主部分は、燃料ペレットにおいて第１のボリュームを構成している第１の軸方向穴を備え、第２の燃料棒グループの各燃料棒の燃料スタックの前記主部分は、燃料ペレットにおいて第２のボリュームを構成している第２の軸方向穴を備え、第１のボリュームと第２のボリュームとは異なることを、燃料集合体は特徴とする。
【００１３】
軸方向穴によって、それぞれの燃料棒の主部分に位置する燃料ペレットの穴の全ボリュームは、このように意味する。
【００１４】
第１および第２のボリュームがゼロに等しいことは、本発明の範囲内である。しかしながら、実施形態によれば、第１および第２のボリュームの両方は、ゼロよりも大きい。
【００１５】
従来のＵＯＸ燃料集合体の設計において使用されるときに核分裂性の成分としてＴｈ−ＭＯＸを使用して、修正された核燃料集合体の設計を展開して関連した熱水力実験を実行する必要性を除去するときに、穴の導入は、核分裂性プルトニウムの利用を改善する。さらに、第２の燃料棒グループの第２の軸方向穴よりも異なるボリュームを有する第１の燃料棒グループの第１の軸方向穴を配列することによって、減速比（および、これにより出力プロファイル）、または代わりに燃料温度プロファイルは、燃料集合体の中でバランスされることができる。
【００１６】
ここでは、そして通常の英語の意味によれば、「主部分」は、主要な部分を意味する。燃料スタックの主要な部分は、燃料スタックの大部分を意味する。そしてそれは、燃料スタックの５０％以上を意味する。好ましくは、主部分は、プルトニウムおよびトリウムを含む核分裂性物質から成る燃料スタックの全部の部分である。そしてそれは、好ましくはいわゆるブランケットペレットを除く全部の燃料スタックである。このように、主部分は、好ましくは核燃料物質を含む部分である。
【００１７】
また、トリウムが主にトリウム−２３２の形であることは、注意すべきである。そしてそれは、核分裂性物質に変わることができる燃料親物質（むしろ核分裂性物質よりも）と通常呼ばれている。
【００１８】
好ましくは、燃料において使用されるプルトニウムが再処理された核燃料または分解された核兵器から生じて、これらの起源のために典型ないかなる同位体組成も有することができることも、注意すべきである。概して、プルトニウム−２３９は、優勢な同位元素である。しかし、他のプルトニウム同位元素（核分裂性および燃料親物質性の両方）は、存在してもよい。
【００１９】
当業者によって理解されるように、定義された燃料集合体は、原子炉において使用される新規な燃料集合体に関する。使用中に、いくらかの同位元素は、他の同位元素（または他の元素）に変わる。それによって、例えば分裂性同位元素の比率は、変化して、いくつかの新規な同位元素がつくられる。
【００２０】
上記のように、原子炉は、好ましくは熱中性子炉である。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、第２のグループの燃料棒は、平均して、第１のグループの燃料棒に対して周辺に位置する。したがって、第１の燃料棒グループは、より中心の燃料棒に関係し、そして、第２の燃料棒グループは、より周辺の燃料棒に関係する。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、第１のボリュームは、第２のボリュームよりも大きい。
【００２３】
第１の燃料棒グループの燃料スタックに第２の燃料棒グループの燃料ペレットの燃料スタックの第２の軸方向穴のボリュームよりも大きい第１の軸方向穴のボリュームを提供することによって、第１の燃料棒グループの減速比は、第２の燃料棒グループの減速比とより類似しているようになる。これにより、燃料集合体の使用開始の出力プロファイルは、より均一になる。そして、核分裂性の中身のグレーディングの必要性を減らす。加えて、核分裂性プルトニウムの利用は、燃料集合体の設計のいかなる変更なしでも改善される。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、第１のボリュームは、軸方向穴のないペレットを有する対応する燃料スタックのボリュームの１〜９０％の範囲にある。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、第２のボリュームは、軸方向穴のないペレットを有する対応する燃料スタックのボリュームの０〜５０％の範囲にある。
【００２６】
本発明の一実施形態によれば、第１のボリュームは、第２のボリュームよりも小さい。
【００２７】
また、この実施形態によれば、第１のグループの燃料棒は、平均して、燃料集合体においてより中央に位置し、そして、第２のグループの燃料棒は、平均して、燃料集合体においてより周辺に位置することが好ましい。
【００２８】
第２の燃料棒グループの燃料スタックに第１の燃料棒グループの燃料スタックの軸方向穴のボリュームよりも大きい軸方向穴のボリュームを提供することによって、第１の燃料棒グループおよび第２の燃料棒グループの燃料温度は、類似しているようになる。そして、核分裂性の中身のグレーディングの必要性を減らす。加えて、核分裂性プルトニウムの利用は、燃料集合体の設計のいかなる変更なしでも改善される。
【００２９】
本発明の一実施形態によれば、第１のボリュームは、軸方向穴のないペレットを有する対応する燃料スタックのボリュームの０〜５０％の範囲にある。
【００３０】
本発明の一実施形態によれば、第２のボリュームは、軸方向穴のないペレットを有する対応する燃料スタックのボリュームの１〜９０％の範囲にある。
【００３１】
本発明の一実施形態によれば、核分裂性の核物質は、ウラニウムおよびプルトニウムからの酸化物の混合物を含む。
【００３２】
この変形例によれば、核燃料物質は、このようにウラニウムも含む。好ましくは、ウラニウムの量は、むしろ低く、重量に関して、核燃料物質の総量の４０％以下であり、好ましくは２０％以下である。
【００３３】
好適な実施形態によれば、核燃料集合体にある核燃料物質は、重量に関して３〜４０％のＰｕＯ２、および重量に関して６０〜９７％のＴｈＯ２を含む。好ましくは、ＰｕＯ２＋ＴｈＯ２は、重量に関して、燃料集合体が含む核燃料物質の総量の少なくとも７０％、好ましくは少なくとも９０％を構成する。
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、燃料スタックの前記主部分は、アメリシウム、キュリウム、ネプツニウムおよびプロトアクチニウムのうちの少なくとも１つの添加剤を含む。
【００３５】
本発明の一実施形態によれば、トリウムは、主にトリウム−２３２で構成される。
【００３６】
本発明の一実施形態によれば、プルトニウムは、主にプルトニウム−２３９で構成される。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、燃料スタックの前記主部分は、主にトリウムから成る。
【００３８】
本発明の一実施形態によれば、燃料スタックの前記主部分は、０〜４０％の範囲のトリウムおよび６０〜１００％の範囲のプルトニウムを含み、可能性がある添加剤または不純物（Ｔｈ−ＭＯＸの一部をなす酸素を含む）とバランスする。
【００３９】
本発明の一実施形態によれば、燃料棒は、燃料集合体の設計が従来のウラン酸化物燃料を用いる従来の軽水炉用に設計される燃料集合体の設計と同様であるように配置される。これにより、プルトニウムおよびトリウムを含む燃料は、特別な燃料集合体の設計を必要としなくて、従来の軽水炉の燃料集合体の設計において用いられることができる。
【００４０】
本発明の一実施形態によれば、燃料集合体は、第３の複数の燃料棒グループを備え、第３の燃料棒グループの各燃料棒の燃料スタックの前記主部分は、燃料ペレット（２０）において第１のボリュームと第２のボリュームとの中間である第３のボリュームを構成している第３の軸方向穴を備える。第３の燃料棒グループは、燃料スタックの軸方向穴のボリュームの移行を提供する。
【００４１】
好ましくは、第３の燃料棒グループは、平均して、第１および第２の燃料棒グループの間に位置する。
【００４２】
燃料集合体は、異なる穴サイズを有する３つ以上の燃料棒グループを備えることもできる。
【００４３】
本発明の一実施形態によれば、燃料棒のうちの少なくともいくつかの燃料スタックの前記主部分は、異なる軸方向穴サイズを有する燃料ペレットを有する２つ以上の燃料スタック部分を備える。燃料スタックの主部分に異なる穴サイズを有する異なる部分を提供することによって、燃料棒の減速比または燃料温度は、それらの長さに沿って調整されることができる。この実施形態は、前記第１のグループのおよび／または前記第２のグループのおよび／または前記第３のグループのおよび／またはいかなるさらなる燃料棒グループの燃料棒にも適用されることができる。
【００４４】
本発明の一実施形態によれば、第１の燃料棒グループの燃料ペレットの前記主部分は、同じ穴サイズを有する燃料ペレットを有し、そして、第２の燃料棒グループの燃料ペレットの前記主部分は、同じ穴サイズであるが、第１の燃料棒グループの燃料ペレットの穴サイズと異なる穴サイズを有する燃料ペレットを有する。第１の燃料棒グループの燃料ペレットのための同じ大きさの穴、および第２の燃料棒グループの燃料ペレットのための同じ大きさの穴を用いることにより、燃料集合体の製造は、容易である。
【００４５】
本発明の一実施形態によれば、燃料ペレットを通る穴は、基本的に、燃料ペレットの長手方向軸線に沿って延びる円形穴である。
【００４６】
本発明の一実施形態によれば、軸方向穴は、加圧ヘリウムガスで満たされる。ヘリウムガスは、燃料棒の中で熱伝導率を改良する。
【００４７】
上記の目的は、軽水炉の稼動中の軽水炉における前述の実施形態のいずれかによる燃料集合体の使用によってさらに得られる。
【００４８】
本発明は、目下、本発明の異なる実施形態の説明および添付図面の参照によって、より密接に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本発明による原子炉用の燃料集合体を示す。
【図２】図２は、燃料ペレットのスタックを含む燃料集合体用の燃料棒を示す。
【図３】図３は、図２の燃料棒の燃料ペレットを示す。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態による燃料集合体の燃料棒格子配列を示す。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態による燃料集合体の燃料棒格子配列を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１は、本発明による原子炉用の燃料集合体１を示す。燃料集合体１は、燃料棒５の束３を備える。燃料棒５は、燃料棒５が互いに間隔を置かれて基本的に平行に延びるように配置される。開示された実施例において、燃料集合体１は、加圧水型原子炉アセンブリである。しかしながら、本発明は、沸騰水型原子炉用の燃料集合体１、または軽水炉において使用する他のタイプの燃料集合体にも適用できることを理解すべきである。
【００５１】
燃料集合体は、下部ノズル７および上部ノズル９を備える。燃料棒５は、下部ノズル７と上部ノズル９との間に配置される。燃料集合体は、下部ノズル７と上部ノズル９との間で燃料棒５の長さに沿って分配して配置される複数のスペーサ要素１１を備える。スペーサ要素１１は、燃料棒５を保持して、燃料棒５が互いに離されることを確実にする。
【００５２】
図２は、燃料集合体１用の燃料棒５を示す。燃料棒５は、被覆管１５の中で囲まれる円筒状の燃料ペレット２０を含む燃料スタック１２を備える。燃料スタック１２の燃料ペレット２０は、燃料棒の長手方向軸線Ｌ１に沿って配置される。燃料スタックの少なくとも主部分１３は、原子炉において熱を発生させるために使用されるプルトニウムおよびトリウムを含む核分裂性核物質を備える。燃料スタック１２の残りの部分は、燃料スタック１２の主部分１３を被覆管１５に位置決めするために用いられるいわゆるブランケットペレットを備える。
【００５３】
図３は、図２の燃料棒５の円筒状燃料ペレット２０のうちの１つの詳細を示す。燃料ペレット２０は、プルトニウムおよびトリウムを含む核分裂性核物質を備える。燃料ペレット２０は、燃料ペレット２０の下面から上面まで燃料ペレット２０の長手方向軸線Ｌ２に沿って延びる軸方向穴２１とともに配置される。燃料スタック１２の前記主部分１３において、燃料ペレット２０は、燃料スタック１２の主部分１３が燃料棒５の長手方向軸線Ｌ１に沿って延びる軸方向穴２２とともに形成されるように、互いに積み重なって配置される。
【００５４】
開示された実施形態において、燃料スタック１２の主部分１３は、互いに上に配置される第１の燃料スタック部分１３ａおよび第２の燃料スタック部分１３ｂを備える。第１の燃料スタック部分１３ａおよび第２の燃料スタック部分１３ｂは、異なる軸方向穴サイズ２１を有する燃料ペレット２０を備える。燃料スタック１２の主部分１３を異なる穴サイズを有する異なる部分１３ａ、１３ｂに配置することによって、燃料棒５の減速または燃料温度は、燃料棒５の長さに沿って調整されることができる。
【００５５】
図４は、本発明の第１実施形態による燃料集合体１の燃料棒格子配列を示す。燃料棒５の束３は、格子に配置される。燃料棒の束３は、沸騰水型軽水炉用の燃料集合体において配置される。燃料棒５の束３は、第１の複数の燃料棒グループ５ａと、第２の複数の燃料棒グループ５ｂと、第３の複数の燃料棒グループ５ｃとを備える。第２の燃料棒グループ５ｂは、第１の燃料棒グループ５ａに対して周辺に配置される。第３の燃料棒グループ５ｃは、第１の燃料棒グループ５ａと第２の燃料棒グループ５ｂとの間に配置される。
【００５６】
第１の燃料棒グループ５ａの各燃料棒５ａの燃料スタック１２の前記主部分１３が第１のボリュームを構成している第１の軸方向穴２２ａとともに配置されるように、そして、第２の燃料棒グループ５ｂの各燃料棒５ｂの燃料スタック１２の前記主部分１３が第２のボリュームを構成している第２の軸方向穴２２ｂとともに配置されるように、燃料集合体１は配置される。
【００５７】
第３の燃料棒グループ５ｃの各燃料棒５ｃの燃料スタック１３の前記主部分は、第３のボリュームを構成している第３の軸方向穴２２ｃとともに配置される。第３の軸方向穴２２ｃのサイズは、第３のボリュームが第１および第２のボリュームの間にあるように構成される。これにより、第３の燃料棒グループ５ｃは、第１の燃料棒グループ５ａと第２の燃料棒グループ５ｂとの間に軸方向穴ボリュームの移行を提供する。開示された実施例において、この移行は、燃料棒５の束３の対角線に沿って設けられる。
【００５８】
図４において、第１のボリュームは、第２のボリュームよりも大きい。これにより、第１の燃料棒グループの減速比は、第２の燃料棒グループの減速比に対してより類似しているようになる。これにより、燃料集合体の使用開始の出力プロファイルは、より均一になる。そして、核分裂性の中身のグレーディングの必要性を減らす。加えて、ＵＯＸ核燃料用に設計された燃料集合体においてＴｈ−ＭＯＸ燃料の核分裂性の成分として使用されるときに、核分裂性プルトニウムの利用は改善される。これは、修正された核燃料集合体の設計を提供する必要性、そして関連した熱水力実験および／または適応を実行する必要性を除去する。
【００５９】
図５は、本発明の第２実施形態による燃料集合体１の燃料棒格子配列を示す。燃料棒の束３は、沸騰水型軽水炉用の燃料集合体において配置される。燃料棒５の束３は、第１の燃料棒グループ５ａおよび第２の燃料棒グループ５ｂを備える。
【００６０】
第１の燃料棒グループ５ａの各燃料棒５ａの燃料スタック１２の前記主部分１３が第１のボリュームを構成している第１の軸方向穴２２ａとともに配置されるように、そして、第２の燃料棒グループ５ｂの各燃料棒５ｂの燃料スタック１２の前記主部分１３が第２のボリュームを構成している第２の軸方向穴２２ｂとともに配置されるように、燃料集合体１は配置される。図５において、第１の燃料棒グループ５ａの各燃料棒５ａの燃料スタック１２の前記主部分１３は、環状穴を欠いている。したがって、第１の軸方向穴２２ａは、ゼロであり、このように第２の燃料棒グループ５ｂの各燃料棒５ｂの燃料スタック１２の前記主部分１３の軸方向穴２２ｂよりも小さい。
【００６１】
また、本実施形態において、燃料集合体は、第３の複数の燃料棒グループ５ｃを備える。第３のグループの各燃料棒５ｃの燃料スタックの主部分は、第１のボリュームと第２のボリュームとの中間である第３のボリュームを構成している第３の軸方向穴２２ｃを備える。本実施形態において、第１のグループの燃料棒は、平均して、より周辺に位置する第２のグループの燃料棒と比べてより中央に位置する。第３のグループの燃料棒は、平均して、第１および第２のグループの燃料棒の間に位置する。
【００６２】
異なるグループの燃料棒の主部分にこのように異なるボリュームを有する穴を提供することによって、燃料棒の異なるグループの燃料温度は、類似しているようになる。そして、核分裂性の中身のグレーディングの必要性を減らす。本実施形態において、軽水炉用のＵＯＸ核燃料用に設計された燃料集合体においてＴｈ−ＭＯＸ燃料の核分裂性の成分として使用されるときに、核分裂性プルトニウムの利用は改善される。これは、修正された核燃料集合体の設計を提供する必要性、そして、関連した熱水力実験および／または適応を実行する必要性を除去する。
【００６３】
本発明は、開示された実施形態に制限されなくて、以下の請求項の範囲内で変更されてよく、修正されてもよい。
【図１】
2016535259.tif 000003
【図２】
2016535259.tif 000004
【図３】
2016535259.tif 000005
【図４】
2016535259.tif 000006
【図５】
2016535259.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月23日(2016.9.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉用の燃料集合体（１）であり、前記燃料集合体（１）は、燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）が互いに間隔を置かれて平行に延びるように配置される前記燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）の束（３）であって、前記束（３）は、第１の燃料棒グループ（５ａ）および第２の燃料棒グループ（５ｂ）を備える、燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）の束（３）、を備え、各燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）は、被覆管（１５）と、前記被覆管（１５）の中で囲まれる燃料ペレット（２０）を含む燃料スタック（１２）とを備え、前記燃料スタック（１２）の少なくとも主部分（１３）は、プルトニウムおよびトリウムを含む核分裂性の核物質を備え、前記燃料スタックの前記主部分は、主にトリウムを含み、前記トリウムは、主にトリウム−２３２で構成され、前記燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記燃料スタック（１２）の前記主部分（１３）は、前記燃料棒の長手方向軸線（Ｌ１）に沿って延びる軸方向穴（２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）を備える、原子炉用の燃料集合体（１）であって、
前記第１の燃料棒グループ（５ａ）の各燃料棒の前記燃料スタック（１２）の前記主部分（１３）は、前記燃料ペレット（２０）において第１のボリュームを構成している第１の軸方向穴（２２ａ）を備え、前記第２の燃料棒グループ（５ｂ）の各燃料棒の前記燃料スタック（１２）の前記主部分（１３）は、前記燃料ペレット（２０）において第２のボリュームを構成している第２の軸方向穴（２２ｂ）を備え、前記第１のボリュームと前記第２のボリュームとは異なる、
ことを特徴とする、原子炉用の燃料集合体（１）。
【請求項２】
前記第１のボリュームは、前記第２のボリュームよりも大きい、請求項１に記載の燃料集合体（１）。
【請求項３】
前記第１のボリュームは、前記軸方向穴（２２）のないペレット（２０）を有する対応する燃料スタック（１３）のボリュームの１〜９０％の範囲にある、請求項２に記載の燃料集合体（１）。
【請求項４】
前記第２のボリュームは、前記軸方向穴（２２）のないペレット（２０）を有する対応する燃料スタック（１３）のボリュームの０〜５０％の範囲にある、請求項２または３に記載の燃料集合体（１）。
【請求項５】
前記第１のボリュームは、前記第２のボリュームよりも小さい、請求項１に記載の燃料集合体（１）。
【請求項６】
前記第１のボリュームは、前記軸方向穴（２２）のないペレット（２０）を有する対応する燃料スタック（１３）のボリュームの０〜５０％の範囲にある、請求項５に記載の燃料集合体（１）。
【請求項７】
前記第２のボリュームは、前記軸方向穴（２２）のないペレット（２０）を有する対応する燃料スタック（１３）のボリュームの１〜９０％の範囲にある、請求項５または６に記載の燃料集合体（１）。
【請求項８】
前記核分裂性の核物質は、ウラニウムおよびプルトニウムからの酸化物の混合物を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項９】
前記燃料スタック（１３）の前記主部分は、アメリシウム、キュリウム、ネプツニウムおよびプロトアクチニウムのうちの少なくとも１つの添加剤を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項１０】
前記燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）は、前記燃料集合体の設計が従来のウラン酸化物燃料を用いる従来の軽水炉用に設計される燃料集合体の設計と同様であるように配置される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項１１】
前記燃料集合体（１）は、第３の複数の燃料棒グループ（５ｃ）を備え、前記第３の燃料棒グループ（５ｃ）の各燃料棒（５ｃ）の前記燃料スタック（１２）の前記主部分（１３）は、前記燃料ペレット（２０）において前記第１のボリュームと前記第２のボリュームとの中間である第３のボリュームを構成している第３の軸方向穴（２２ｃ）を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項１２】
前記燃料棒（５、５ａ、５ｂ、５ｃ）のうちの少なくともいくつかの前記燃料スタック（１３）の前記主部分は、異なる軸方向穴サイズを有する燃料ペレット（２０）を有する２つ以上の燃料スタック部分（１３ａ、１３ｂ）を備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項１３】
前記軸方向穴（２２）は、加圧ヘリウムガスで満たされる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項１４】
前記軸方向穴（２２）は、前記燃料ペレットの長手方向軸線（Ｌ２）に沿って延びる円形穴である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）。
【請求項１５】
原子炉の稼動中の前記原子炉における請求項１〜１４のいずれか１項に記載の燃料集合体（１）の使用。
【国際調査報告】
2016535259.tif 000008
2016535259.tif 000009