(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣り合う２面の広ギャップと、その広ギャップとそれぞれ対向し広ギャップよりも幅が小さい狭ギャップとに囲まれるように軸方向に延びて沸騰水型原子炉のＤ格子炉心を形成する燃料集合体において、
それぞれ円筒状の被覆管に核燃料物質が収められた標準長燃料棒と、前記標準長燃料棒よりも前記核燃料物質が収められた燃料有効部の上端が低い長尺部分長燃料棒と、前記長尺部分長燃料棒よりも前記燃料有効部の上端が低い短尺部分長燃料棒とを含み、正方格子状に束ねられた燃料棒と、
前記広ギャップと前記狭ギャップの２面に面する２本の前記燃料棒を結んだ線上に配置された少なくとも１つの太径水ロッドと、
を有し、
前記広ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離が前記狭ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離よりも小さい第１領域に配置される前記燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さの合計が、前記広ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離が前記狭ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離よりも大きい第２領域に配置される前記燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さの合計よりも大きく、
前記第１領域に配置される前記長尺部分長燃料棒もしくは前記短尺部分長燃料棒の配置位置が、前記第２領域に配置される前記長尺部分長燃料棒もしくは前記短尺部分長燃料棒の配置位置と、前記広ギャップと前記狭ギャップの２面に面する２本の前記燃料棒を結んだ線に対して対称であり、
前記第１領域に前記長尺部分長燃料棒が配置され、前記広ギャップと前記狭ギャップの２面に面する２本の前記燃料棒を結んだ線に対して、前記第２領域のその対称位置に、少なくとも１本の前記短尺部分長燃料棒が配置される、
ことを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】
前記太径水ロッドよりも細径で前記第２領域に配置された細径水ロッドと、を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体。
【請求項３】
前記長尺部分長燃料棒および前記短尺部分長燃料棒の前記燃料有効部より上方の少なくとも一部に、内部を水が通過可能な水ロッドが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料集合体。
【請求項４】
前記長尺部分長燃料棒および前記短尺部分長燃料棒の前記燃料有効部より上方の少なくとも一部に、中性子減速能力が水よりも高く、中性子吸収断面積が水よりも小さい固体減速材が収められていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の燃料集合体。
【請求項５】
隣り合う２面の広ギャップと、その広ギャップとそれぞれ対向し広ギャップよりも幅が小さい狭ギャップとに囲まれるように軸方向に延びて、それぞれ円筒状の被覆管に核燃料物質が収められた標準長燃料棒と、前記標準長燃料棒よりも前記核燃料物質が収められた燃料有効部の上端が低い長尺部分長燃料棒と、前記長尺部分長燃料棒よりも前記燃料有効部の上端が低い短尺部分長燃料棒とを含み、正方格子状に束ねられた燃料棒と、
前記広ギャップと前記狭ギャップの２面に面する２本の前記燃料棒を結んだ線上に配置された少なくとも１つの太径水ロッドと、
を有し、
前記広ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離が前記狭ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離よりも小さい第１領域に配置される前記燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さの合計が、前記広ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離が前記狭ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離よりも大きい第２領域に配置される前記燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さの合計よりも大きく、
前記第１領域に配置される前記長尺部分長燃料棒もしくは前記短尺部分長燃料棒の配置位置が、前記第２領域に配置される前記長尺部分長燃料棒もしくは前記短尺部分長燃料棒の配置位置と、前記広ギャップと前記狭ギャップの２面に面する２本の前記燃料棒を結んだ線に対して対称であり、
前記第１領域に前記長尺部分長燃料棒が配置され、前記広ギャップと前記狭ギャップの２面に面する２本の前記燃料棒を結んだ線に対して、前記第２領域のその対称位置に、少なくとも１本の前記短尺部分長燃料棒が配置される、
燃料集合体を、全体としてほぼ円筒形に配置した、ことを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉のＤ格子炉心に装荷される燃料集合体およびそれを用いた炉心に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に装荷される燃料集合体の設計においては、高い出力を発生させることができるように可能な限り多くのウランを装荷することが求められる。一方、停止余裕、熱的余裕を確保するために、減速材による中性子減速効果を高めた設計とする必要もある。ＢＷＲでは、減速材として水が用いられる。
【０００３】
減速材による中性子減速効果は、燃料集合体中の水対ウラン比に大きく影響される。このため、燃料集合体形状の改良、水ギャップ幅の調整、燃料集合体内の水ロッド位置の調整などの対策によって、燃料集合体中の水対ウラン比を最適化することが望ましい。
【０００４】
特許文献１および２には、燃料棒配列の最外周に部分長燃料棒を配置した１０行１０列の正方格子状の燃料集合体が開示されている。これらの燃料集合体は、部分長燃料棒を燃料棒配列の最外周に配置して部分長燃料棒の上部水領域と水ギャップ部を隣接させることで、中性子減速効果を高め、反応度余裕および熱的余裕を確保しつつ、高い経済性を得ることを目的としている。
【０００５】
また、特許文献３ないし５には、標準長燃料棒、中間長燃料棒および短縮長燃料棒を有する燃料集合体が開示されている。これらの燃料集合体は、中性子減速効果を高めることによる局所出力ピーキングの平坦化、炉停止余裕の改善を目的として、中間長燃料棒および短縮長燃料棒を配置している。
【特許文献１】特開平１０−３１１８８９号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９４０８号公報
【特許文献３】特開平２−２９７７号公報
【特許文献４】特開２００５−１９５５８９号公報
【特許文献５】特開２００５−２７４５５５号公報
【特許文献６】特開平９−１５９７７７号公報
【特許文献７】特開２０００−１９３７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｄ格子炉心では、制御棒価値を高めるために、制御棒を挟む燃料集合体の間の間隙を、制御棒を挟まない燃料集合体の間の間隙に比べて広くしている。つまり、制御棒が挿入される側の領域と、その反対側の領域で水対ウラン比が非対称となる。このため、燃料ピッチが一定のＣ格子、Ｓ格子、Ｎ格子の炉心に比べて出力分布が不均一になりやすく、水ギャップ幅の調整や燃料集合体内の水ロッド位置の調整による停止余裕の向上や熱的余裕の改善が求められる。
【０００７】
しかし、特許文献１ないし５に開示された燃料集合体は、制御棒が挿入される側の領域と、制御棒が挿入される反対側の領域とで、燃料棒および水ロッドの配置がほぼ対称となっている。Ｄ格子炉心では、制御棒が挿入される側の水ギャップ幅と制御棒が挿入される反対側の水ギャップ幅が異なることから、このような燃料集合体を、Ｄ格子炉心に装荷しても、出力分布を均一にすることは困難である。
【０００８】
特許文献６には、Ｄ格子炉心用燃料集合体で、太径水チャンネルを燃料集合体の中心よりも制御棒から遠い方向にずらして配置することが記載されている。この配置は、太径水チャンネルと制御棒が挿入される反対側の狭い方の水ギャップで挟まれた領域の中性子減速効果を高め、その領域での核分裂反応を促進させることで局所出力ピーキングを平坦化することを目的としている。
【０００９】
特許文献７には、熱的余裕を小さくすることなく、制御棒が挿入される側の水ギャップ幅と、その反対側の水ギャップ幅が等しい格子（Ｃ格子）に近い燃料経済性を達成できるＤ格子用燃料集合体が開示されている。この燃料集合体は、軸心位置をチャンネルファスナー側（制御棒が挿入される側）に偏心させて保持している。これにより、制御棒が挿入される側の水ギャップ幅とその反対側の水ギャップ幅の差を小さくし、炉心特性をＣ格子に近づけている。
【００１０】
しかし、特許文献６および特許文献７に開示された燃料集合体は、軸に垂直な方向（径方向）の出力分布は平坦化できるものの、軸方向の出力分布は改善することができない。このため、燃料集合体の停止余裕および熱的余裕をあまり高めることができない。
【００１１】
そこで、本発明は、Ｄ格子炉心の沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体の熱的余裕を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的を達成するため、本発明は、隣り合う２面の広ギャップと、その広ギャップとそれぞれ対向し広ギャップよりも幅が小さい狭ギャップとに囲まれるように軸方向に延びて沸騰水型原子炉のＤ格子炉心を形成する燃料集合体において、それぞれ円筒状の被覆管に核燃料物質が収められた標準長燃料棒と、前記標準長燃料棒よりも前記核燃料物質が収められた燃料有効部の上端が低い長尺部分長燃料棒と、前記長尺部分長燃料棒よりも前記燃料有効部の上端が低い短尺部分長燃料棒とを含み、正方格子状に束ねられた燃料棒と、前記広ギャップと前記狭ギャップの２面に面する２本の前記燃料棒を結んだ線上に配置された少なくとも１つの太径水ロッドと、を有し、前記広ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離が前記狭ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離よりも小さい第１領域に配置される前記燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さの合計が、前記広ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離が前記狭ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離よりも大きい第２領域に配置される前記燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さの合計よりも大きく、前記第１領域に配置される前記長尺部分長燃料棒もしくは前記短尺部分長燃料棒の配置位置が、前記第２領域に配置される前記長尺部分長燃料棒もしくは前記短尺部分長燃料棒の配置位置と、前記広ギャップと前記狭ギャップの２面に面する２本の前記燃料棒を結んだ線に対して対称であり、前記第１領域に前記長尺部分長燃料棒が配置され、前記広ギャップと前記狭ギャップの２面に面する２本の前記燃料棒を結んだ線に対して、前記第２領域のその対称位置に、少なくとも１本の前記短尺部分長燃料棒が配置される、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、沸騰水型原子炉の炉心において、隣り合う２面の広ギャップと、その広ギャップとそれぞれ対向し広ギャップよりも幅が小さい狭ギャップとに囲まれるように軸方向に延びて、それぞれ円筒状の被覆管に核燃料物質が収められた標準長燃料棒と、前記標準長燃料棒よりも前記核燃料物質が収められた燃料有効部の上端が低い長尺部分長燃料棒と、前記長尺部分長燃料棒よりも前記燃料有効部の上端が低い短尺部分長燃料棒とを含み、正方格子状に束ねられた燃料棒と、前記広ギャップと前記狭ギャップの２面に面する２本の前記燃料棒を結んだ線上に配置された少なくとも１つの太径水ロッドと、を有し、前記広ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離が前記狭ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離よりも小さい第１領域に配置される前記燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さの合計が、前記広ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離が前記狭ギャップの２面に面する前記燃料棒からの距離よりも大きい第２領域に配置される前記燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さの合計よりも大きく、前記第１領域に配置される前記長尺部分長燃料棒もしくは前記短尺部分長燃料棒の配置位置が、前記第２領域に配置される前記長尺部分長燃料棒もしくは前記短尺部分長燃料棒の配置位置と、前記広ギャップと前記狭ギャップの２面に面する２本の前記燃料棒を結んだ線に対して対称であり、前記第１領域に前記長尺部分長燃料棒が配置され、前記広ギャップと前記狭ギャップの２面に面する２本の前記燃料棒を結んだ線に対して、前記第２領域のその対称位置に、少なくとも１本の前記短尺部分長燃料棒が配置される、燃料集合体を、全体としてほぼ円筒形に配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、Ｄ格子炉心の沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体の熱的余裕を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る燃料集合体の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態における横断面図である。なお、この燃料集合体と制御棒の相対的な位置関係を表すため、制御棒１１も併せて示した。
【００１７】
この燃料集合体５１は、沸騰水型原子炉に装荷されるものである。それぞれの燃料集合体５１は、正方形の燃料配置領域３１の内部に配置される。燃料集合体５１は、燃料棒２１，２２，２３を１０行１０列の正方格子状に配列し、その中央付近には燃料棒２１，２２，２３の４本分の格子位置をそれぞれ占める２本の太径水ロッド１２が配置されている。燃料棒２１，２２，２３には、標準長燃料棒２１、長尺部分長燃料棒２２、および、短尺部分長燃料棒２３の３種類がある。また、燃料集合体５１には、角筒状のチャンネルボックス２４が装着される。なお、燃料集合体５１とチャンネルボックス２４を合わせて燃料集合体と呼ぶ場合もある。
【００１８】
燃料集合体５１は、燃料配置領域３１の一つの頂点３２に偏って配置される。したがって、燃料集合体５１の外面と燃料配置領域３１の側面との間には、間隔が狭い狭ギャップ３４が２か所と、間隔が広い広ギャップ３５が２か所形成される。燃料配置領域３１は、狭ギャップ３４は狭ギャップ３４と隣り合い、広ギャップ３５は広ギャップ３５と隣り合うように、隙間なく配置される。このため、沸騰水型原子炉に装荷された複数の燃料集合体５１は、全体としてほぼ円筒形のＤ格子炉心を形成する。制御棒１１の挿入位置は、燃料集合体５１が近づいた側の頂点３２に対して反対側の頂点３３を中心とする。なお、炉心を形成する燃料集合体５１のうち、最外周部に位置する燃料集合体５１には、制御棒１１と面しないように配置されるものもある。
【００１９】
本実施の形態の燃料集合体５１は、水ギャップ３４，３５に面する最外周の辺の中央に、それぞれ２本ずつ、長尺部分長燃料棒２２または短尺部分長燃料棒２３を配置している。これらの部分長燃料棒のうち、広ギャップ３５に面するものは長尺部分長燃料棒２２としている。また、太径水ロッド１２の近傍に、合計６本の短尺部分長燃料棒２３を配置している。
【００２０】
図２は、本実施の形態における燃料棒の軸方向の位置関係を示す側面図である。
【００２１】
燃料棒２１，２２，２３のそれぞれは、円筒状の被覆管２８に、円柱状の核燃料物質のペレット２９を装填し、その上下端を端栓２７で封止したものである。核燃料物質が収められた領域は、燃料有効部と呼ばれる。標準長燃料棒２１の燃料有効部は、最も長く、その長さは、約３．７ｍである。長尺部分長燃料棒２２の燃料有効部の上端は、標準長燃料棒２１に比べて低い。また、短尺部分長燃料棒２３の燃料有効部の上端は、長尺部分長燃料棒２２に比べて低い。
【００２２】
長尺部分長燃料棒２２および短尺部分長燃料棒２３の燃料有効部の下端は、たとえば標準長燃料棒の燃料有効部の下端と同じ高さとする。なお、長尺部分長燃料棒２２および短尺部分長燃料棒２３の燃料有効部の下端より下方に、たとえばペレットを支持する支持体を設けてガスプレナム部とし、燃料有効部の下端を標準長燃料棒２１よりも高い位置としてもよい。
【００２３】
このように長尺部分長燃料棒２２および短尺部分長燃料棒２３を配置することにより、第１領域４１に配置された燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さの合計が、第２領域４２に配置された燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さよりも長くなるようにしている。ここで、第１領域４１とは、２つの広ギャップ３５に面するコーナーロッド２５からの距離が、２つの狭ギャップ３４に面するコーナーロッド２６からの距離よりも短くなる領域である。第２領域４２とは、２つの広ギャップ３５に面するコーナーロッド２５からの距離が、２つの狭ギャップ３４に面するコーナーロッド２６からの距離よりも長くなる領域である。なお、第１領域４１と第２領域４２を分割する直線上に配置された燃料棒は、第１領域４１と第２領域４２の両方に属するものとしてもよいし、両方に属さないとしてもよい。
【００２４】
以下の説明では、図２に記載した通り、燃料棒２１，２２，２３の燃料有効部の下端から短尺部分長燃料棒２３の燃料有効部の上端までの領域を下部断面と呼ぶこととする。また、短尺部分長燃料棒２３の燃料有効部の上端から長尺部分長燃料棒２２の燃料有効部の上端までの領域を中央断面と呼ぶこととする。長尺部分長燃料棒２２の燃料有効部の上端から標準長燃料棒２１の燃料有効部の上端までの領域を上部断面と呼ぶこととする。
【００２５】
図３は、本実施の形態の燃料集合体の代表断面における出力運転時の無限増倍率の燃焼変化を示すグラフである。図４は、本実施の形態の燃料集合体の代表断面における低温時の無限増倍率の燃焼変化を示すグラフである。ここで、代表断面とは、中央断面である。なお、図３および図４には、比較用燃料集合体についても併せて示した。図１３は、本実施の形態の燃料集合体に対する比較用燃料集合体の横断面図である。
【００２６】
ここで、比較用燃料集合体５０とは、本実施の形態の燃料集合体５１の外周部に位置する短尺部分長燃料２３を長尺部分長燃料２２に置き換えたものである。すなわち、本実施の形態の燃料集合体５１と比較用燃料集合体５０とは、中央断面において狭ギャップ３４に面する外周位置に燃料棒が存在するか否かが異なる。このため、この断面を代表断面としている。また、短尺部分長燃料棒２３の配置による中性子減速の効果は、周りに減速材が多い広ギャップ３５に面する位置が最も大きいと考えられる。このため、本実施の形態の燃料集合体５１は、短尺部分長燃料棒２３の配置による中性子減速の効果を示す代表的な例と言える。
【００２７】
図３から、本実施の形態の燃料集合体５１では、出力運転時の無限増倍率のピーク値が比較用燃料集合体５０に比べて高いことがわかる。これは、第２領域４２に配置された燃料棒の燃料有効長の合計が、第１領域４１に配置された燃料棒の燃料有効長の合計より小さくすることで、第２領域の減速材体積が大きくなり、第２領域における水による中性子減速効果が向上しているためである。このため、第２領域では、中性子核分裂が促進され、出力運転時の無限増倍率のピーク値が高くなり、低温時の無限増倍率は低くなる。また、図４から、本実施の形態の燃料集合体５１では、低温時の無限増倍率は比較用燃料集合体５０に比べて低いことがわかる。
【００２８】
図５は、本実施の形態の燃料集合体の代表断面におけるホット−コールドスイングの燃焼変化を示すグラフである。なお、図５には、比較用燃料集合体についても併せて示した。
【００２９】
出力運転時の無限増倍率と低温時の無限増倍率の差は、ホット−コールドスイングと呼ばれる。本実施の形態の燃料集合体５１のホット−コールドスイングは、比較用燃料集合体５０よりも小さい。ホット−コールドスイングが小さい燃料集合体は、余剰反応度特性および原子炉停止余裕特性が優れている。つまり、本実施の形態の燃料集合体５１は、比較用燃料集合体５０に比べて、反応度余裕および停止余裕が向上している。
【００３０】
図６は、本実施の形態の燃料集合体の代表断面における出力運転時の局所出力ピーキング係数の燃焼変化を示すグラフである。図７は、本実施の形態の燃料集合体の代表断面における低温時の局所出力ピーキング係数の燃焼変化を示すグラフである。なお、図６および図７には、比較用燃料集合体についても併せて示した。
【００３１】
本実施の形態の燃料集合体５１の局所出力ピーキング係数は、比較用燃料集合体５０に比べて小さくなっている。これは、本実施の形態の燃料集合体５１では第２領域４２での水による中性子減速効果が大きくなるため、比較用燃料集合体５０では第１領域４１で高い出力分布が平坦化されるためである。これにより、本実施の形態の燃料集合体５１では、比較用燃料集合体５０に比べて熱的余裕が大きくなる。
【００３２】
図８は、本実施の形態の燃料集合体が装荷された炉心でのサイクル初期の出力運転時の炉心平均軸方向出力分布を示すグラフである。図９は、本実施の形態の燃料集合体が装荷された炉心の平衡サイクル中の余剰反応度の燃焼変化を示すグラフである。図１０は、本実施の形態の燃料集合体が装荷された炉心の平衡サイクル中の炉停止余裕の燃焼変化を示すグラフである。図１１は、本実施の形態の燃料集合体が装荷された炉心の平衡サイクル中の最大線出力密度の燃焼変化を示すグラフである。図１２は、本実施の形態の燃料集合体が装荷された炉心の平衡サイクル中の最小限界出力比の燃焼変化を示すグラフである。なお、図８ないし図１２には、比較用燃料集合体が装荷された比較用炉心についても併せて示した。また、燃料装荷パターン、制御棒パターンは、代表的なものを用いた。この代表的な燃料装荷パターンおよび制御棒パターンは、比較用燃料集合体５０に対して最適化したものであり、本実施の形態の燃料集合体５１に対しては最適化の余地がある。
【００３３】
本実施の形態の燃料集合体５１は、比較用燃料集合体５０に対して、中央断面での径方向出力分布が改善されている。また、本実施の形態の燃料集合体５１は、比較用燃料集合体５０に対して、中央断面での核燃料物質の装荷量が小さい。このため、図８に示すように、特にサイクル初期では、本実施の形態の燃料集合体５１を装荷した炉心では、上部断面における出力が高くなり、軸方向出力分布が平坦化される。このため、熱的余裕が改善される。
【００３４】
図９からわかるように、本実施の形態の燃料集合体５１を装荷した炉心のサイクル末期での余剰反応度は、比較用炉心とほぼ同等である。したがって、本実施の形態の燃料集合体５１は、核燃料物質の装荷量が比較用燃料集合体に比べて少ないにも関わらず、同等のサイクル長さを維持できる。また、図１０からわかるように、本実施の形態の燃料集合体５１を装荷した炉心の炉停止余裕は、比較用炉心に比べて大きい。
【００３５】
また、図１１からわかるように、本実施の形態の燃料集合体５１を装荷した炉心の最大線出力密度は、比較用炉心とほぼ同等である。図１２からは、本実施の形態の燃料集合体５１を装荷した炉心の最小限界出力比は、運転制限値に対する余裕が最も小さくなるサイクル初期で、比較用炉心と比べて大きいことがわかる。このように、本実施の形態の燃料集合体５１を装荷した炉心の熱的余裕は、比較用炉心に対して同等以上である。
【００３６】
このように、本実施の形態の燃料集合体５１は、Ｄ格子炉心に装荷された際に制御棒が挿入される幅が広い水ギャップから遠い領域（第２領域４２）に、短尺部分長燃料棒２３を配置して、径方向出力分布および軸方向出力分布を平坦化している。このため、熱的余裕が向上している。また、この燃料集合体５１を装荷した炉心の炉停止余裕も向上している。
【００３７】
また、本実施の形態では、長尺部分長燃料棒２２および短尺部分長燃料棒２３の燃料有効部の上方は、冷却水が自由に流れる空間となっている。これにより、燃料集合体５１の上部での圧力損失を小さくすることができる。
【００３８】
圧力損失の観点で問題がなければ、長尺部分長燃料棒２２および短尺部分長燃料棒２３の上方に、減速領域を設けてもよい。この減速領域は、たとえば長尺部分長燃料棒２２および短尺部分長燃料棒２３の上端に、水ロッドを設けることにより形成することができる。水ロッドには、その内部に水が通過可能なようにしておく。このような水ロッドを設けることにより、長尺部分長燃料棒２２および短尺部分長燃料棒２３の上方での水密度を高めることができ、中性子の減速効果を高めることができる。
【００３９】
あるいは、長尺部分長燃料棒２２および短尺部分長燃料棒２３の被覆管２８を延ばして、あるいは別の管を結合して、その内部に固体減速材を収めてもよい。この固体減速材としては、中性子減速能力が水よりも高く、中性子吸収断面積が水よりも小さい物質を用いる。このように固体減速材を用いることにより、長尺部分長燃料棒２２および短尺部分長燃料棒２３の上方における中性子の減速効果を、高めることができる。また、中性子の吸収断面積が水よりも小さいものを用いておくことにより、中性子の吸収による熱中性子の減少を抑制することができる。
【００４０】
［第２の実施の形態］
図１４は、本発明に係る燃料集合体の第２の実施の形態における横断面図である。
【００４１】
本実施の形態の燃料集合体５２は、燃料棒２１，２２，２３を９行９列の正方格子状に配列し、その中央付近には燃料棒２１，２２，２３の７本分の格子位置を占める２本の太径水ロッド１２が配置されている。この燃料集合体５２では、水ギャップ３４，３５に面する最外周から１層内側に、長尺部分長燃料棒２２または短尺部分長燃料棒２３を合計８本配置している。
【００４２】
これらの部分長燃料棒のうち、２つの狭ギャップ３４に面するコーナーロッド２６に最も近い燃料棒を短尺部分長燃料棒２３としている。このように長尺部分長燃料棒２２および短尺部分長燃料棒２３を配置することにより、第１領域４１に配置された燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さの合計が、第２領域４２に配置された燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さよりも長くなるようにしている。
【００４３】
このような燃料集合体５２であっても、Ｄ格子炉心に装荷された際に制御棒が挿入される幅が広い水ギャップから遠い領域（第２領域４２）に、短尺部分長燃料棒２３を配置して、径方向出力分布および軸方向出力分布を平坦化している。このため、第１の実施の形態の燃料集合体５１（図１参照）と同様に、熱的余裕が向上し、この燃料集合体５２を装荷した炉心の炉停止余裕は向上する。
【００４４】
［第３の実施の形態］
図１５は、本発明に係る燃料集合体の第３の実施の形態における横断面図である。
【００４５】
本実施の形態の燃料集合体５３は、燃料棒２１，２２，２３を１０行１０列の正方格子状に配列し、その中央付近には燃料棒２１，２２，２３の９本分の格子位置を占める角筒状の水ロッド１３が配置されている。この水ロッド１３は、２つの広ギャップ３５に面するコーナーロッド２５よりも、２つの狭ギャップ３４に面するコーナーロッド２６に近くなるように偏心して配置されている。
【００４６】
また、この燃料集合体５３では、水ギャップ３４，３５に面する最外周の辺の中央に、それぞれ２本ずつ、長尺部分長燃料棒２２または短尺部分長燃料棒２３を配置している。これらの部分長燃料棒のうち、広ギャップ３５に面するものは長尺部分長燃料棒２２としている。また、水ロッド１３の近傍に、合計６本の短尺部分長燃料棒２３を配置している。
【００４７】
このように、水ロッド１３、長尺部分長燃料棒２２および短尺部分長燃料棒２３を配置することにより、第１領域４１に配置された燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さの合計が、第２領域４２に配置された燃料棒の燃料有効部の軸方向の長さよりも長くなるようにしている。
【００４８】
このため、径方向出力分布および軸方向出力分布が平坦化され、第１の実施の形態の燃料集合体５１（図１参照）と同様に、熱的余裕が向上し、この燃料集合体５３を装荷した炉心の炉停止余裕は向上する。
【００４９】
また、本実施の形態では、長尺部分長燃料棒２２と短尺部分長燃料棒２３の配置を調整することに加えて、水ロッド１３を偏心して配置することで、水による中性子減速効果をより大きくしている。これにより、本実施の形態の燃料集合体５３では、さらに熱的余裕が向上し、この燃料集合体５３を装荷した炉心の炉停止余裕は向上する。
【００５０】
［第４の実施の形態］
図１６は、本発明に係る燃料集合体の第４の実施の形態における横断面図である。
【００５１】
本実施の形態の燃料集合体５４は、第１の実施の形態の燃料集合体５１（図１参照）の標準長燃料棒２１のうち第２領域４２の中央付近のものを細径水ロッド１４に置き換えたものである。この細径水ロッド１４は、太径水ロッド１２よりも径が細く、燃料棒２１，２２，２３とほぼ同じ径を有する。
【００５２】
この燃料集合体５４では、細径水ロッド１４を第２領域４２に配置することで、水による中性子減速効果をより大きくすることができる。このため、このため、径方向出力分布および軸方向出力分布が平坦化され、第１の実施の形態の燃料集合体５１（図１参照）よりも、さらに熱的余裕が向上し、この燃料集合体５４を装荷した炉心の炉停止余裕は向上する。
【００５３】
［他の実施の形態］
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態における横断面図である。
【図２】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態における燃料棒の軸方向の位置関係を示す側面図である。
【図３】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態の代表断面における出力運転時の無限増倍率の燃焼変化を示すグラフである。
【図４】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態の代表断面における低温時の無限増倍率の燃焼変化を示すグラフである。
【図５】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態の代表断面におけるホット−コールドスイングの燃焼変化を示すグラフである。
【図６】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態の代表断面における出力運転時の局所出力ピーキング係数の燃焼変化を示すグラフである。
【図７】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態の代表断面における低温時の局所出力ピーキング係数の燃焼変化を示すグラフである。
【図８】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態が装荷された炉心でのサイクル初期の出力運転時の炉心平均軸方向出力分布を示すグラフである。
【図９】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態が装荷された炉心の平衡サイクル中の余剰反応度の燃焼変化を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態が装荷された炉心の平衡サイクル中の炉停止余裕の燃焼変化を示すグラフである。
【図１１】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態が装荷された炉心の平衡サイクル中の最大線出力密度の燃焼変化を示すグラフである。
【図１２】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態が装荷された炉心の平衡サイクル中の最小限界出力比の燃焼変化を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態に対する比較用燃料集合体の横断面図である。
【図１４】本発明に係る燃料集合体の第２の実施の形態における横断面図である。
【図１５】本発明に係る燃料集合体の第３の実施の形態における横断面図である。
【図１６】本発明に係る燃料集合体の第４の実施の形態における横断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１…制御棒、１２…太径水ロッド、１３…水ロッド、１４…細径水ロッド、２１…標準長燃料棒、２２…長尺部分長燃料棒、２３…短尺部分長燃料棒、２４…チャンネルボックス、２５，２６…コーナーロッド、２７…端栓、２８…被覆管、２９…ペレット、３１…燃料配置領域、３４…狭ギャップ、３５…広ギャップ、４１…第１領域、４２…第２領域、５０…比較用燃料集合体、５１，５２，５３，５４…燃料集合体
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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