(57)【要約】【課題】沸騰水型原子炉に装荷されるウォータチャンネルを備えた燃料集合体の熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させる。【解決手段】燃料集合体８１に、円筒状の被覆管に核燃料物質を収め、正方格子状に配列されて下部タイプレートで下端が支持された複数の燃料棒５１，５２，５３と、燃料棒５１，５２，５３が配列される正方格子の複数の格子位置を占めるように燃料棒５１，５２，５３と同じ方向に角筒状に延びて内部に冷却材が流れる下部タイプレートで下端が支持されたウォータチャンネル３８と、を備える。燃料棒５１，５２，５３は、上部タイプレートで上端が支持された標準燃料棒５１と、標準燃料棒５１よりも短く互いに長さが異なる２種類以上の部分長燃料棒５２，５３とを含む。ウォータチャンネル３８のそれぞれの側面に隣接する位置には、少なくとも１本の部分長燃料棒５２，５３が配置されている。【選択図】図１
2009250894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、
上部タイプレートと、
前記上部タイプレートと間隔を置いて配置された下部タイプレートと、
前記下部タイプレートから前記上部タイプレートに向かう方向に延びる円筒状の被覆管に核燃料物質を収め、正方格子状に配列されて前記下部タイプレートで下端が支持された複数の燃料棒と、
前記燃料棒が配列される正方格子の複数の格子位置を占めるように前記燃料棒と同じ方向に角筒状に延びて内部に冷却材が流れる前記下部タイプレートで下端が支持されたウォータチャンネルと、
を有し、
前記燃料棒は前記上部タイプレートで上端が支持された標準燃料棒とこの標準燃料棒よりも短い部分長燃料棒とを含み、前記ウォータチャンネルのそれぞれの側面に隣接する位置に少なくとも１本の前記部分長燃料棒が配置され、前記ウォータチャンネルの側面に隣接する位置に配置された前記部分長燃料棒は長尺部分長燃料棒とこの長尺部分長燃料棒よりも短い短尺部分長燃料棒とを含むことを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】
前記燃料棒が配列される正方格子の行および列の数は、９以上であ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】
前記ウォータチャンネルは、前記燃料棒が配列される正方格子の３以上の行および列の格子位置を占め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】
前記ウォータチャンネルの側面に隣接する位置に配置された前記燃料棒は、その側面の横断面方向の端部に近い方の前記燃料棒の方が長いことを特徴とする請求項３に記載の燃料集合体。
【請求項５】
前記ウォータチャンネルに隣接する前記燃料棒は、すべて前記部分長燃料棒であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料集合体。
【請求項６】
前記沸騰水型原子炉は制御棒に面する側のギャップ水領域の面積が前記制御棒に面しない側のギャップ水領域の面積よりも大きいＤ格子炉心を有するものであって、前記ウォータチャンネルの側面に隣接する位置に配置された前記燃料棒のうち、前記ウォータチャンネルの制御棒に近い側面に隣接する前記燃料棒の長さは、前記ウォータチャンネルの前記制御棒から遠い側面に対応する位置で隣接する前記燃料棒の長さよりも短いことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の燃料集合体。
【請求項７】
複数の燃料集合体が装荷された沸騰水型原子炉の炉心において、少なくとも１体の前記燃料集合体が、
上部タイプレートと、
前記上部タイプレートと間隔を置いて配置された下部タイプレートと、
前記下部タイプレートから前記上部タイプレートに向かう方向に延びる円筒状の被覆管に核燃料物質を収め、正方格子状に配列されて前記下部タイプレートで下端が支持された複数の燃料棒と、
前記燃料棒が配列される正方格子の複数の格子位置を占めるように前記燃料棒と同じ方向に角筒状に延びて内部に冷却材が流れる前記下部タイプレートで下端が支持されたウォータチャンネルと、を有し、
前記燃料棒は前記上部タイプレートで上端が支持された標準燃料棒とこの標準燃料棒よりも短い部分長燃料棒とを含み、前記ウォータチャンネルのそれぞれの側面に隣接する位置に少なくとも１本の前記部分長燃料棒が配置され、前記ウォータチャンネルの側面に隣接する位置に配置された前記部分長燃料棒は長尺部分長燃料棒とこの長尺部分長燃料棒よりも短い短尺部分長燃料棒とを含むことを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心。
【請求項８】
前記燃料集合体は、制御棒に面する側とその反対側でギャップ水領域の面積が異なるように配置され、前記ウォータチャンネルの側面に隣接する位置に配置された前記燃料棒のうち、前記ウォータチャンネルの前記制御棒に近い側面に隣接する前記燃料棒の長さは、前記ウォータチャンネルの前記制御棒から遠い側面に対応する位置で隣接する前記燃料棒の長さよりも短いことを特徴とする請求項７に記載の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】
図１８は、典型的な沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の炉心における燃料集合体の配置を示す一部拡大横断面図である。ＢＷＲの炉心は、一般的に、４体の燃料集合体１５を１組としてこれを多数配置して構成されている。燃料集合体１５は、燃料棒５０を正方格子状に配列して構成されている。燃料集合体１５は、これを取り囲む横断面矩形のチャンネルボックス３１が装着された状態で、炉心に装荷される。このチャンネルボックス３１を設けることにより、チャンネルボックス３１の外側に冷却材の軽水が沸騰せずに流れる流路となるギャップ水領域２０，２１が形成されている。このギャップ水領域には、制御棒１９が挿入されるギャップ水領域２０と制御棒１９の出し入れがないギャップ水領域２１の２種類に区分けすることができる。
【０００３】
ＢＷＲの炉心には、ギャップ水領域２０及びギャップ水領域２１の面積が等しいＣ格子炉心、Ｓ格子炉心およびＮ格子炉心、並びに、ギャップ水領域２０の面積がギャップ水領域２１の面積よりも広いＤ格子炉心がある。Ｃ格子炉心、Ｓ格子炉心およびＮ格子炉心では、燃料集合体１５は、単位セル１７の中央に配置される。Ｄ格子炉心では、燃料集合体１５は、単位セル１７の中央から制御棒１９の反対側に若干偏心して配置される。
【０００４】
燃料集合体１５の横断面の中央付近には、ウォータロッド２２が配置される場合がある。また、燃料集合体１５の上下部には、燃料棒５０およびウォータロッド２２の上下端を支持する上部タイプレートおよび下部タイプレートが位置している。またはウォータロッド２２ではなく、角型のウォータチャンネルを用いる場合もある。
【０００５】
燃料集合体１５には、運転時、わずかに未飽和状態の冷却水が下部タイプレートの孔から燃料棒５０の間隙に流入し、燃料棒５０間を下部から上部に流れるにつれて燃料棒５０により加熱されて沸騰し、二相流となって上部タイプレートの孔から流出していく。この結果、冷却材のボイド率は、燃料集合体１５下部では０％だが、上部では７０％程度にも達する。このため、燃料集合体１５の核的な特性を決める要因である減速材対燃料比、即ち、水素対ウラン比（Ｈ／Ｕ比）は、軸方向位置で大きく異なることになる。この軸方向のＨ／Ｕ比の分布は、炉停止余裕を減少させるという影響を与える。
【０００６】
一方、燃料集合体１５のチャンネルボックス３１の外側には、制御棒１９や中性子検出器計装管（図示せず）を配置するための間隙が設けられている。前述の通り、この間隙は飽和水で満たされており、冷却材の軽水が沸騰せずに流れる流路となるギャップ水領域２０，２１を形成している。
【０００７】
このようなギャップ水領域２０，２１の存在のため、燃料集合体１５の周辺部（間隙に近い領域）に配置された燃料棒１６と、燃料集合体１５中心部の燃料棒１６とでは、飽和水による影響が異なる。すなわち、ギャップ水領域２０，２１に近い燃料集合体１５の周辺部は、中心部に比べＨ／Ｕ比が大きな領域となる。このように、核的な特性を決める要因であるＨ／Ｕ比が、燃料集合体１５内の径方向位置（横断面方向位置）で異なることになる。このＨ／Ｕ比の径方向分布は、局所出力ピーキングを増大させるという影響を与える。また、特に、制御棒１９が挿入されるギャップ水領域２０が制御棒１９の出し入れがないギャップ水領域２１の面積よりも広いＤ格子炉心では、制御棒１９が挿入されるギャップ水領域２０と制御棒１９の出し入れがないギャップ水領域２１の面積が等しいＣ格子炉心とは異なり、制御棒１９に面する側と反対側とではＨ／Ｕ比が大きく異なることになる。
【０００８】
Ｈ／Ｕ比は、中性子の平均エネルギーを決定するパラメータである。図１９は、典型的な沸騰水型原子炉の燃料集合体について、横軸にＨ／Ｕをとったときの無限増倍率の挙動を示したグラフである。図１９には、燃料集合体の平均濃縮度が低い場合を実線で、燃料集合体の平均濃縮度が高い場合を破線で示した。Ｈ／Ｕ比が増加すると、中性子スペクトルがソフトに、すなわち中性子平均エネルギーが低くなって、核燃料物質との核分裂反応が促進され、無限増倍率も増加する。しかし、中性子スペクトルがソフトになるほど、減速材（軽水）による中性子吸収反応も増大することから、あるＨ／Ｕ比で無限増倍率はピークとなり、そのＨ／Ｕ比を超えるとＨ／Ｕ比が増大するほど無限増倍率が低下するようになる。
【０００９】
したがって、できるだけ少ない燃料で高いエネルギーを得る、すなわち燃料経済性観点からは、このピークがＨ／Ｕ比の最適値となる。実際には、原子炉の安全性を確保するために反応度係数を適度に負の値にしておく観点から、このピーク位置よりも若干小さいＨ／Ｕ比が、現実的な最適値となる。
【００１０】
以上説明したように、Ｈ／Ｕ比の軸方向・径方向分布を改善し最適化することは燃料経済性の観点から非常に重要であるため、従来、種々の方法でその改善が行われている。
【００１１】
燃料集合体の軸方向のＨ／Ｕ比の改善のために、たとえば特許文献１には、燃料有効長が通常燃料棒よりも短い部分長燃料棒を設ける方法が開示されている。部分長燃料棒を設けることにより、相変化を生じない飽和水領域を増加させるとともに軸方向の燃料装荷量を調整し、軸方向のＨ／Ｕ比を改善することができる。
【００１２】
また、燃料集合体の径方向のＨ／Ｕ比の改善のために、水ロッド本数を増加させ、または、水ロッドを大型化する方法がある。このような方法により、中性子減速効果が十分でない燃料集合体の中央領域において、水ロッド領域を増大させ、径方向のＨ／Ｕ比を改善することができる。特に、Ｄ格子炉心に装荷される燃料集合体では、制御棒が位置する側のギャップ水領域とその反対側のギャップ水領域の面積が等しくないため、径方向のＨ／Ｕ比が不均一となり、局所出力ピーキングが増大する傾向にある。
【００１３】
これに対しては、燃料棒のウラン２３５の濃縮度を調整する方法がある。この方法では、熱中性子束が小さな狭いギャップ水領域に面する側の燃料棒を比較的高い濃縮度とし、熱中性子束の大きな広いギャップ水領域に面する側の燃料棒を比較的低い濃縮度とする。これにより、両者の出力差を低減し、径方向の局所出力ピーキングを抑制する。
【００１４】
沸騰水型原子炉において、プラント利用率を向上させるとともに、ウラン資源を有効に活用する方法として、燃料の高燃焼度化および長期運転サイクル化がある。燃料集合体の取出燃焼度を高めるためには濃縮度を高める必要があるため、Ｈ／Ｕ比が変化する。また、長期運転サイクル化による炉内滞在期間の延長は、Ｈ／Ｕ比が軸方向・径方向で異なるという影響を、燃料集合体が炉心内で長期間受けることを意味しており、このＨ／Ｕ比の影響がさらに拡大することになる。
【００１５】
燃料集合体におけるＨ／Ｕ比を改善するため、燃料集合体にウォータロッドやウォータチャンネルを配置する方法が開示されている（たとえば特許文献２参照）。また、Ｈ／Ｕ比を改善するため、部分長燃料棒のように、有効長の一部に燃料棒部がなく、減速材が流れることのできる燃料棒を配置する方法が開示されている（たとえば特許文献１参照）。また、ウォータロッドやウォータチャンネルおよび部分長燃料棒の配置を特定することにより、Ｈ／Ｕ比の改善ができる場合もある（たとえば特許文献３参照）。これらの方法の組み合わせた方法が、たとえば特許文献４および特許文献５に開示されている。さらに、部分長燃料棒の長さを２種類とする方法が、たとえば特許文献６および特許文献７に開示されている。
【特許文献１】特開昭５２−５０４９８号公報
【特許文献２】特開昭６２−２１７１８６号公報
【特許文献３】特開平１１−１９４１９０号公報
【特許文献４】特開平１１−１０９０７３号公報
【特許文献５】特開平１０−２６０２８１号公報
【特許文献６】特開２００５−２７４５５５号公報
【特許文献７】特開２００６−１８４１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
燃料棒が配置される正方格子の複数の位置を占めるようなウォータロッドやウォータチャンネルを燃料集合体に設けると、減速材である水が集中的に配置されることになる。このため、ウォータロッドやウォータチャンネルの近傍では、中性子の減速が促進され、結果として、燃料棒の局所的な線出力密度が大きくなる。局所的な線出力密度が大きくなると、十分な熱的余裕を確保できなくなる。そのため、局所的に線出力密度が大きくなるような位置の燃料棒に装填するウランの濃縮度を小さくする必要がある。
【００１７】
燃料集合体を高燃焼度化させるには、燃料集合体の平均的な濃縮度を増加させる必要がある。しかし、Ｈ／Ｕ比を改善するために、単にウォータロッドあるいはウォータチャンネルを設けても、熱的気余裕を確保するためには、逆にその周囲の燃料棒の濃縮度を下げる結果となる。特に、ウォータチャンネルは角筒状なので、その内部の水領域との距離が近い燃料棒の本数が、円筒状のウォータロッドに比べて多くなる。
【００１８】
そこで、本発明は、沸騰水型原子炉に装荷されるウォータチャンネルを備えた燃料集合体の熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の目的を達成するため、本発明は、沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、上部タイプレートと、前記上部タイプレートと間隔を置いて配置された下部タイプレートと、前記下部タイプレートから前記上部タイプレートに向かう方向に延びる円筒状の被覆管に核燃料物質を収め、正方格子状に配列されて前記下部タイプレートで下端が支持された複数の燃料棒と、前記燃料棒が配列される正方格子の複数の格子位置を占めるように前記燃料棒と同じ方向に角筒状に延びて内部に冷却材が流れる前記下部タイプレートで下端が支持されたウォータチャンネルと、を有し、前記燃料棒は前記上部タイプレートで上端が支持された標準燃料棒とこの標準燃料棒よりも短い部分長燃料棒とを含み、前記ウォータチャンネルのそれぞれの側面に隣接する位置に少なくとも１本の前記部分長燃料棒が配置され、前記ウォータチャンネルの側面に隣接する位置に配置された前記部分長燃料棒は長尺部分長燃料棒とこの長尺部分長燃料棒よりも短い短尺部分長燃料棒とを含むことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、複数の燃料集合体が装荷された沸騰水型原子炉の炉心において、少なくとも１体の前記燃料集合体が、上部タイプレートと、前記上部タイプレートと間隔を置いて配置された下部タイプレートと、前記下部タイプレートから前記上部タイプレートに向かう方向に延びる円筒状の被覆管に核燃料物質を収め、正方格子状に配列されて前記下部タイプレートで下端が支持された複数の燃料棒と、前記燃料棒が配列される正方格子の複数の格子位置を占めるように前記燃料棒と同じ方向に角筒状に延びて内部に冷却材が流れる前記下部タイプレートで下端が支持されたウォータチャンネルと、を有し、前記燃料棒は前記上部タイプレートで上端が支持された標準燃料棒とこの標準燃料棒よりも短い部分長燃料棒とを含み、前記ウォータチャンネルのそれぞれの側面に隣接する位置に少なくとも１本の前記部分長燃料棒が配置され、前記ウォータチャンネルの側面に隣接する位置に配置された前記部分長燃料棒は長尺部分長燃料棒とこの長尺部分長燃料棒よりも短い短尺部分長燃料棒とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、沸騰水型原子炉に装荷されるウォータチャンネルを備えた燃料集合体の熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
［第１の実施の形態］
図２は、本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態の斜視図である。
【００２４】
本実施の形態の燃料集合体８１は、上部タイプレート４１と、この上部タイプレート４１と間隔を置いて配置された下部タイプレート４２を有している。また、燃料集合体８１は、下部タイプレート４２から上部タイプレート４１に向かう方向に延びる燃料棒５０を有している。燃料棒５０は、正方格子状に配列され、下部タイプレート４２で支持されている。
【００２５】
また、燃料集合体８１は、ウォータチャンネル３８を有している。ウォータチャンネル３８は、燃料棒５０が配列される正方格子の複数の格子位置を占め、燃料棒５０と同じ方向に角筒状に延びている。ウォータチャンネル３８の内部には、冷却材が流れるように形成されている。ウォータチャンネル３８は、下部タイプレート４２で下端が支持されている。なお、ウォータチャンネル３８は、下端から上端のすべての部分で角筒状に形成されている必要はなく、上部および下部には円筒状の管が接続されていてもよい。
【００２６】
また、燃料集合体８１には、燃料棒５０およびウォータチャンネル３８が下部タイプレート４２から離れた位置でも所定の格子位置に配置されるように、スペーサ６３を有していてもよい。スペーサ６３は、軸方向のたとえば７か所でウォータチャンネル３８によって支持される。
【００２７】
この燃料集合体８１は、両端が開放された角筒状のチャンネルボックス３１が装着されて炉心に装荷される。
【００２８】
図３は、本実施の形態における燃料棒の側面図である。
【００２９】
燃料棒５０には、標準燃料棒５１、長尺部分長燃料棒５２、および、短尺部分長燃料棒５３がある。長尺部分長燃料棒５２および短尺部分長燃料棒５３を、あわせて部分長燃料棒と呼ぶこととする。標準燃料棒５１、長尺部分長燃料棒５２、および、短尺部分長燃料棒５３は、いずれも円筒状の被覆管４８に、核燃料物質を収めたものである。被覆管４８の両端は、端栓４３で封じられている。核燃料物質は、たとえば複数の短い円柱状に焼き固められたペレット２６として被覆管４８の内部に収められている。核燃料物質が収められた領域は、燃料有効部と呼ばれる。
【００３０】
長尺部分長燃料棒５２は、標準燃料棒５１よりも短い。これに伴い、長尺部分長燃料棒５２の燃料有効部は、標準燃料棒５１よりも短い。長尺部分長燃料棒５２の燃料有効部の長さは、標準燃料棒５１の燃料有効部の長さのたとえば１６／２４である。また、短尺部分長燃料棒５３は、長尺部分長燃料棒５２よりも短い。これに伴い、短尺部分長燃料棒５３の燃料有効部は、標準燃料棒５１よりも短い。短尺部分長燃料棒５３の燃料有効部の長さは、標準燃料棒５１の燃料有効部の長さのたとえば８／２４である。なお、標準燃料棒５１、長尺部分長燃料棒５２、および、短尺部分長燃料棒５３は、いずれも下部タイプレート４２で支持されていて、燃料有効部の下端は同じ軸方向位置にある。
【００３１】
また、標準燃料棒５１は、上部タイプレート４１で上端が支持されている。つまり、標準燃料棒５１は、上端および下端が上部タイプレート４１および下部タイプレート４２で支持されている。一方、長尺部分長燃料棒５２および短尺部分長燃料棒５３の上端は、上部タイプレート４１では支持されていない。
【００３２】
図４は、本実施の形態の燃料集合体を用いた炉心の横断面図である。
【００３３】
燃料集合体８１は、４体で１つの制御棒１９を囲むように沸騰水型原子炉に装荷され、全体としてほぼ円柱状の炉心を形成する。なお、炉心の周辺部分の燃料集合体８１には、制御棒１９に面しないで配置されるものもある。また、複数の中性子検出器３０が、燃料集合体８１の間に設けられている。
【００３４】
図１は、本実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【００３５】
本実施の形態の燃料集合体８１は、制御棒１９が挿入される側のギャップ水領域２０の面積が、制御棒１９の出し入れがない領域のギャップ水領域２１の面積と等しいＣ格子炉心に装荷される燃料集合体である。なお、制御棒１９が挿入される側のギャップ水領域２０の面積が、制御棒１９の出し入れがない領域のギャップ水領域２１の面積と等しいＳ格子炉心またはＮ格子炉心に装荷してもよい。また、制御棒１９が挿入される側のギャップ水領域２０の面積が、制御棒１９の出し入れがない領域のギャップ水領域２１の面積よりも大きいＤ格子炉心に装荷してもよい。
【００３６】
この燃料集合体８１では、燃料棒５１，５２，５３は、９行９列の正方格子状に配列されている。また、ウォータチャンネル３８は、燃料集合体８１の横断面の中央部に３行３列の格子位置を占めている。
【００３７】
ウォータチャンネル３８のそれぞれの側面に対して、長尺部分長燃料棒５２および短尺部分長燃料棒５３の少なくとも１本が隣接して配置されている。本実施の形態では、ウォータチャンネル３８のそれぞれの側面の横断面方向の中央部に１本の短尺部分長燃料棒５３が配置されている。また、ウォータチャンネル３８のそれぞれの側面の横断面方向の両端部に面して長尺部分長燃料棒５２が配置されている。つまり、ウォータチャンネル３８に隣接する燃料棒は、すべて長尺部分長燃料棒５２および短尺部分長燃料棒５３のいずれかである。また、ウォータチャンネル３８の側面に隣接する位置に配置された燃料棒は、その側面の横断面方向の端部に近い方の燃料棒の方が長い。
【００３８】
図５は、沸騰水型原子炉の通常運転時のボイド率の軸方向変化の例を示すグラフである。
【００３９】
沸騰水型原子炉では、炉心の下方から流入した冷却材は、核分裂により発生した熱によって加熱されながら上方に流れていく。加熱された冷却材は、上方に流れる途中で沸騰し、ボイドが発生する。冷却材が流れる断面積に対するボイドの断面積の割合、すなわちボイド率は、炉心の上方に行くにしたがって大きくなる。
【００４０】
沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体では、安定性の確保のために、ボイドが存在する領域、すなわち２相流部の圧力損失をある程度低減した方が好ましい。したがって、安定性の確保のために、ある程度２相流部の燃料棒を削減する必要がある。つまり、２相流部が欠損した燃料棒が、ある程度の本数必要である。２相流部の燃料棒の欠損長さが決まると、総燃料有効長さ、つまり核燃料物質の装荷量（インベントリー）がほぼ決まる。
【００４１】
燃料集合体８１の下部では、ボイド率が低いため、ウォータチャンネル３８による中性子減速効果は相対的に、ボイド率が高い上部に比べて小さい。しかし、ボイド率が高くなって、ウォータチャンネル３８による中性子減速効果が高まると、ウォータチャンネル３８の近傍の燃料棒５１，５２，５３の線出力密度が相対的に高くなる。また、ウォータチャンネル３８による中性子減速効果の影響は、ウォータチャンネル３８の４つの側面のそれぞれの横断面方向の中央部付近が最も大きい。このため、ウォータチャンネル３８に隣接する位置の燃料棒５１，５２，５３では、特に、ボイド率が高い軸方向の上部において、線出力密度を抑制するために核分裂性物質の量を抑制しなければならない場合がある。
【００４２】
図６は、部分長燃料棒の長さを１種類とした場合の燃料棒に収められたウランの濃縮度の例を、部分長燃料棒の長さを２種類とした場合と比較して模式的に示す図である。図６において、（ａ）および（ｃ）は部分長燃料棒の長さを２種類とした場合の長尺部分長燃料棒、（ｂ）は部分長燃料棒の長さを２種類とした場合の短尺部分長燃料棒、（ｄ）ないし（ｆ）は部分長燃料棒の長さを１種類とした場合の部分長燃料棒を示す。また、図６において、（ａ）ないし（ｃ）および（ｄ）ないし（ｆ）は、ウォータチャンネル３８側から見た順番に並べている。
【００４３】
図６において点線で示す２相流部の燃料棒の欠損部の長さを部分長燃料棒の長さを２種類とした場合と同じにするためには、部分長燃料棒の長さを１種類とした場合の部分長燃料棒（（ｄ）、（ｅ）、（ｆ））の長さは、短尺部分長燃料棒（ｂ）よりも長く、長尺部分長燃料棒（（ａ）、（ｃ））よりも短くする必要がある。部分長燃料棒の長さを１種類とすると、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面する部分長燃料棒（ｅ）の上部では、ボイド率が高くなるため、ウォータチャンネル３８による中性子減速効果が大きくなり、４．９重量％の濃縮度のウランを装填すると、線出力密度が高くなりすぎる場合がある。このため、この部分には、濃縮度が４．９重量％よりも低いウランしか装填できない場合がある。
【００４４】
また、核燃料加工工場では、ペレットの識別性を確保する観点から、そこで取り扱うウランの濃縮度は、非連続的である。また、設計の簡略化、および、製造の容易化のために、同一の濃縮度のペレットを装填する軸方向領域は長い方が好ましい。よって、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面する部分長燃料棒（ｅ）の上部では、ある程度の長さの領域が、４．９重量％よりもある程度異なり、たとえば３．９重量％の濃縮度のウランを装填することとなる。このため、部分長燃料棒の長さを１種類としておくと、燃料集合体８１の全体におけるウラン濃縮度の平均が小さくなり、燃料経済性が低下する。
【００４５】
しかし、部分長燃料棒の長さを２種類とした場合には、特にウォータチャンネル３８による中性子減速効果が大きい、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面する部分長燃料棒（ｂ）を、短尺の部分長燃料棒としておくことができる。これにより、いずれの部分長燃料棒にもウラン２３５の濃縮度が４．９重量％のウランを装填しても、熱的余裕を確保して、安全上問題がない設計とすることができる。特に、平均的なウラン２３５の濃縮度が３．９重量％以上の燃料集合体において、効果が大きい。
【００４６】
また、本実施の形態では、長尺部分長燃料棒５２の燃料有効長を標準燃料棒５１の１６／２４、短尺部分長燃料棒５３の燃料有効長を標準燃料棒５１の８／２４としているが、部分長燃料棒５２，５３の長さはこれらに限定されるものではない。たとえば、軸方向のボイド率分布に応じて、適宜長いものあるいは短いものを用いることができる。
【００４７】
このように本実施の形態の燃料集合体では、ウォータチャンネルに隣接する位置に２種類の長さの部分長燃料棒を用いて、これらを場所に応じて適宜使い分けることにより、燃料棒に収めるウランの濃縮度を低下させずに、安全性を維持している。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料集合体の全体におけるウラン濃縮度の平均を高めて、燃料経済性を向上させることができる。
【００４８】
［第２の実施の形態］
図７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燃料棒の配置を示す横断面図である。
【００４９】
本実施の形態の燃料集合体８２は、制御棒１９が挿入される側のギャップ水領域２０の面積が、制御棒１９の出し入れがない領域のギャップ水領域２１の面積よりも大きいＤ格子炉心に装荷される燃料集合体である。この燃料集合体８２でも、長尺部分長燃料棒５２と短尺部分長燃料棒５３の２種類の部分長燃料棒が用いられている。
【００５０】
この燃料集合体８２では、燃料棒５１，５２，５３は、９行９列の正方格子状に配列されている。また、ウォータチャンネル３８は、燃料集合体８１の横断面の中央部に３行３列の格子位置を占めている。
【００５１】
長尺部分長燃料棒５２は、制御棒１９から遠い方のウォータチャンネル３８の側面に隣接して１本ずつ配置されている。これらの長尺部分長燃料棒５２は、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面して配置されている。短尺部分長燃料棒５３は、制御棒１９に近い方のウォータチャンネル３８の側面に隣接して１本ずつ配置されている。これらの短尺部分長燃料棒５３は、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面して配置されている。
【００５２】
ウォータチャンネル３８の側面に隣接する位置では、燃料棒の線出力密度が高くなる傾向があるものの、他の燃料棒に収めるウランの濃縮度などの設計によっては、これらの位置にもウランの濃縮度を低下させずに標準燃料棒５１を配置できる場合がある。そこで、本実施の形態の燃料集合体８２では、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の両端部に面する位置には、標準燃料棒５１を配置している。
【００５３】
また、Ｄ格子炉心に装荷された燃料集合体８２では、制御棒１９に近いほど面積が広いギャップ水領域２０に近い。このため、制御棒１９に近い方のウォータチャンネル３８の側面に隣接する燃料棒の方が、制御棒１９から遠い方のウォータチャンネル３８の側面に隣接する燃料棒に比べて、線出力密度が高くなる傾向にある。
【００５４】
そこで、本実施の形態の燃料集合体８２では、制御棒１９に近い方のウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面する位置には、ウランの濃縮度を低下させずに長尺部分長燃料棒５２を配置している。このように、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面する位置では、制御棒１９からの距離に応じて部分長燃料棒の長さを変化させることにより、そこに配置された燃料棒の線出力密度を抑制し、熱的余裕を確保し、安全性を維持している。
【００５５】
このように本実施の形態の燃料集合体では、ウォータチャンネルに隣接する位置に標準燃料棒および２種類の長さの部分長燃料棒を用いて、これらを場所に応じて適宜使い分けることにより、燃料棒に収めるウランの濃縮度を低下させずに、安全性を維持している。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料集合体の全体におけるウラン濃縮度の平均を高めて、燃料経済性を向上させることができる。
【００５６】
［第３の実施の形態］
図８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燃料棒の配置を示す横断面図である。
【００５７】
本実施の形態の燃料集合体８３は、制御棒１９が挿入される側のギャップ水領域２０の面積が、制御棒１９の出し入れがない領域のギャップ水領域２１の面積よりも大きいＤ格子炉心に装荷される燃料集合体である。この燃料集合体８３でも、長尺部分長燃料棒５２と短尺部分長燃料棒５３の２種類の部分長燃料棒が用いられている。
【００５８】
この燃料集合体８３では、燃料棒５１，５２，５３は、９行９列の正方格子状に配列されている。また、ウォータチャンネル３８は、燃料集合体８１の横断面の中央部に３行３列の格子位置を占めている。
【００５９】
長尺部分長燃料棒５２は、制御棒１９に近い方のウォータチャンネル３８の側面に隣接して２本ずつ配置されている。これらの長尺部分長燃料棒５２は、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の両端部に面して配置されている。短尺部分長燃料棒５３は、制御棒１９から遠い方のウォータチャンネル３８の側面に隣接して１本ずつ配置されている。これらの短尺部分長燃料棒５３は、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面して配置されている。
【００６０】
Ｄ格子炉心に装荷された燃料集合体８２では、制御棒１９に近いほど面積が広いギャップ水領域２０に近い。このため、制御棒１９に近い方のウォータチャンネル３８の側面に隣接する燃料棒の方が、制御棒１９から遠い方のウォータチャンネル３８の側面に隣接する燃料棒に比べて、線出力密度が高くなる傾向にある。
【００６１】
このため、制御棒１９から遠い方のウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の両端部に面する位置では、ウランの濃縮度を低下させずに標準燃料棒５１を用いることができる場合がある。また、制御棒１９から遠い方のウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面する位置では、ウランの濃縮度を低下させずに長尺部分長燃料棒５２を用いることができる場合がある。
【００６２】
一方、制御棒１９に近い方のウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の両端部に面する位置では、ウランの濃縮度を低下させずに長尺部分長燃料棒５２または標準燃料棒５１を用いると、軸方向の上部で線出力密度が高くなりすぎる場合がある。そこで、この燃料集合体８２では、これらの位置に短尺部分長燃料棒５３を配置している。このため、これらの短尺部分長燃料棒５３には、高い濃縮度のウランを装填することができる。
【００６３】
また、制御棒１９から遠い方のウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面する位置には、濃縮度が低いウランを装填した標準燃料棒５４を配置している。これにより、制御棒１９から遠い方のウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面する位置に配置された燃料棒の線出力密度を抑制し、安全性を維持している。
【００６４】
このように、本実施の形態の燃料集合体８２では、濃縮度が低いウランを装填する燃料棒の本数を抑制している。このため、燃料集合体８２の全体におけるウラン濃縮度の平均を高め、燃料経済性を向上させることができる。
【００６５】
なお、制御棒１９から遠い方のウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面する位置には、短尺部分長燃料棒５３よりもさらに短い部分長燃料棒を用いてもよい。この場合、短尺部分長燃料棒５３よりもさらに短い部分長燃料棒のウランの濃縮度を低下させずに熱的余裕を確保できる可能性がある。
【００６６】
このように本実施の形態の燃料集合体では、ウォータチャンネルに隣接する位置に標準燃料棒および２種類の長さの部分長燃料棒を用いて、これらを場所に応じて適宜使い分けることにより、燃料棒に収めるウランの濃縮度を低下させずに、安全性を維持している。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料集合体の全体におけるウラン濃縮度の平均を高めて、燃料経済性を向上させることができる。
【００６７】
［第４の実施の形態］
図９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燃料棒の配置を示す横断面図である。
【００６８】
この燃料集合体８４は、燃料棒５１，５２，５３は、１０行１０列の正方格子状に配列したものである。また、ウォータチャンネル３８は、燃料集合体８１の横断面の中央部から制御棒１９から離れる方に偏心して配置され、３行３列の格子位置を占めている。
【００６９】
本実施の形態の燃料集合体８４は、Ｃ格子炉心に装荷される。なお、この燃料集合体８４を、Ｓ格子炉心またはＮ格子炉心、あるいは、Ｄ格子炉心に装荷してもよい。
【００７０】
１０行１０列に燃料棒５１，５２，５３を配置した燃料集合体８４であっても、ウォータチャンネル３８の側面に隣接する位置では、燃料棒の線出力密度が高くなる傾向がある。また、この傾向は、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面する位置が最も大きい。
【００７１】
そこで、本実施の形態の燃料集合体８４では、ウォータチャンネル３８のそれぞれの側面の横断面方向の中央部に１本の短尺部分長燃料棒５３を配置している。また、ウォータチャンネル３８のそれぞれの側面の横断面方向の両端部に面して長尺部分長燃料棒５２が配置されている。このため、第１の実施の形態などと同様に、ウォータチャンネル３８のそれぞれの側面に隣接する燃料棒に装填するウランの濃縮度を低下させずに、熱的余裕を確保することができる。
【００７２】
このように本実施の形態の燃料集合体では、ウォータチャンネルに隣接する位置に２種類の長さの部分長燃料棒を用いて、これらを場所に応じて適宜使い分けることにより、燃料棒に収めるウランの濃縮度を低下させずに、安全性を維持している。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料集合体の全体におけるウラン濃縮度の平均を高めて、燃料経済性を向上させることができる。
【００７３】
［第５の実施の形態］
図１０は、本発明に係る燃料集合体の第５の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【００７４】
本実施の形態の燃料集合体８５は、第４の実施の形態の燃料集合体８４（図９参照）の外周の４辺に位置する標準燃料棒５１のうち、４辺のそれぞれの中央部に位置する２本ずつを短尺部分長燃料棒５３としたものである。
【００７５】
燃料集合体８５の周囲にはギャップ水領域２０，２１が存在するため、燃料集合体８５の最外周の位置では、燃料棒５１，５２，５３の線出力密度が高くなる傾向にある。このため、燃料集合体８５の最外周に配置される燃料棒５１，５２，５３に装填するウランは、熱的余裕を確保して、安全性を維持するために濃縮度を低くする場合がある。
【００７６】
一方、本実施の形態の燃料集合体８５では、軸方向の上部で相対的な線出力密度が大きくなる燃料集合体８５の最外周位置の一部に、短尺部分長燃料棒５３を配置している。このため、この最外周に位置する短尺部分長燃料棒５３のウランの濃縮度をあまり低下させなくても、熱的余裕を確保することができる場合がある。
【００７７】
また、他の燃料棒に収めるウランの濃縮度などの設計によっては、この最外周に位置する短尺部分長燃料棒５３を長尺部分長燃料棒５２とすることができる場合もある。したがって、部分長燃料棒の長さを２種類としておくことにより、設計の自由度が向上し、これに伴い、燃料経済性を向上させることもできる。
【００７８】
このように、ウォータチャンネル３８に隣接する位置以外にも、部分長燃料棒を配置することにより、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性をさらに向上させることができる。
【００７９】
［第６の実施の形態］
図１１は、本発明に係る燃料集合体の第６の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【００８０】
本実施の形態の燃料集合体８６は、第４の実施の形態の燃料集合体８４（図９参照）の外周の４隅に位置する標準燃料棒５１を、短尺部分長燃料棒５３としたものである。
【００８１】
燃料集合体８６の周囲にはギャップ水領域２０，２１が存在するため、燃料集合体８６の最外周の位置では、燃料棒５１，５２，５３の線出力密度が高くなる傾向にある。このため、燃料集合体８６の最外周に配置される燃料棒５１，５２，５３に装填するウランは、安全性を維持するために濃縮度を低くする場合がある。この傾向は、ギャップ水領域２０，２１に面する面積が最も大きい最外周の４隅において、最も大きい。
【００８２】
そこで、本実施の形態の燃料集合体８６では、軸方向の上部で相対的な線出力密度が大きくなる燃料集合体８６の最外周の４隅に、短尺部分長燃料棒５３を配置している。このため、軸方向の上部での線出力密度の上昇を抑制する必要がなく、最外周の４隅に位置する短尺部分長燃料棒５３のウランの濃縮度をあまり低下させなくても、安全性を維持することができる場合がある。
【００８３】
また、他の燃料棒に収めるウランの濃縮度などの設計によっては、この最外周に位置する短尺部分長燃料棒５３を長尺部分長燃料棒５２とすることができる場合もある。したがって、部分長燃料棒の長さを２種類としておくことにより、設計の自由度が向上し、これに伴い、燃料経済性を向上させることもできる。
【００８４】
このように、ウォータチャンネル３８に隣接する位置以外にも、部分長燃料棒を配置することにより、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性をさらに向上させることができる。
【００８５】
［第７の実施の形態］
図１２は、本発明に係る燃料集合体の第７の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【００８６】
本実施の形態の燃料集合体８７は、第６の実施の形態の燃料集合体８６（図１１参照）と、ウォータチャンネル３８に隣接する燃料棒の配置が異なる。本実施の形態の燃料集合体８７では、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面する位置に、長尺部分長燃料棒５２または短尺部分長燃料棒５３を配置している。また、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の両端部に面する位置には、標準燃料棒５１を配置している。
【００８７】
１０行１０列に燃料棒５１，５２，５３を配置した燃料集合体８７に、３行３列の格子位置を占めるウォータチャンネル３８を設ける場合、ウォータチャンネル３８は必然的に偏心して配置されることとなる。なお、燃料集合体８７は、制御棒１９の中心に最も近い角から最も遠い角を結ぶ対角線に対しては、対称性を維持させることが一般的なので、ウォータチャンネル３８の中心はこの対角線上に位置する。
【００８８】
したがって、ウォータチャンネル３８の４つの側面は、ギャップ水領域２０，２１に近い２つの側面と、ギャップ水領域２０，２１から遠い２つの側面に区分することができる。ウォータチャンネル３８のギャップ水領域２０，２１に近い２つの側面に隣接する位置では、水ギャップ領域２０，２１から遠い２つの側面に隣接する位置に比べて、水ギャップ領域２０，２１での冷却材による中性子減速効果の影響が大きい。このため、ウォータチャンネル３８のギャップ水領域２０，２１に近い２つの側面に隣接する位置に配置された燃料棒は、ギャップ水領域２０，２１から遠い２つの側面に隣接する位置に配置された燃料棒に比べて、線出力密度が高くなる傾向にある。
【００８９】
そこで、本実施の形態の燃料集合体８７では、ウォータチャンネル３８のギャップ水領域２０，２１に近い２つの側面に隣接する位置には短尺部分長燃料棒５３を配置し、ウォータチャンネル３８のギャップ水領域２０，２１から遠い２つの側面に隣接する位置には、長尺部分長燃料棒５２を配置している。つまり、燃料集合体８７の内部での燃料棒の配置に必然的に生じる非対称性に対応させて、２種類の部分長燃料棒を配置している。このため、燃料棒に装填されるウランの濃縮度をあまり低下させることなく、安全性を維持することができる。
【００９０】
このように、本実施の形態の燃料集合体８７では、２種類の長さの部分長燃料棒をウォータチャンネル３８に隣接させることにより、燃料集合体８７の内部に必然的に生じる非対称性に対応させた設計が可能となる。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。
【００９１】
［第８の実施の形態］
図１３は、本発明に係る燃料集合体の第８の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【００９２】
本実施の形態の燃料集合体８８は、第６の実施の形態の燃料集合体８６（図１１参照）と、ウォータチャンネル３８に隣接する燃料棒の配置が異なる。本実施の形態の燃料集合体８８では、ウォータチャンネル３８の制御棒１９に近い方の側面の横断面方向の中央部に面する位置に、短尺部分長燃料棒５３を配置している。ウォータチャンネル３８の制御棒１９に近い方の側面の横断面方向の両端部に面する位置には、標準燃料棒５１を配置している。ウォータチャンネル３８の制御棒１９から遠い方の側面の横断面方向の両端部に面する位置には、長尺部分長燃料棒５２を配置している。また、ウォータチャンネル３８の制御棒１９から遠い方の側面の横断面方向の中央部に面する位置には、濃縮度が低いウランを装填した標準燃料棒５４を配置している。
【００９３】
１０行１０列に燃料棒５１，５２，５３を配置した燃料集合体８８に、３行３列の格子位置を占めるウォータチャンネル３８を設ける場合、ウォータチャンネル３８は必然的に偏心して配置されることとなる。ウォータチャンネル３８のギャップ水領域２０，２１に近い２つの側面に隣接する位置に配置された燃料棒は、ギャップ水領域２０，２１から遠い２つの側面に隣接する位置に配置された燃料棒に比べて、線出力密度が高くなる傾向にある。
【００９４】
そこで、本実施の形態の燃料集合体８８では、ウォータチャンネル３８のギャップ水領域２０，２１から遠い２つの側面の横断面方向の中央部に面する位置には短尺部分長燃料棒５３を配置しているのに対して、ウォータチャンネル３８のギャップ水領域２０，２１に近い２つの側面の横断面方向の中央部に面する位置には、ウランの濃縮度を低下させた標準燃料棒５４を配置している。これにより、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面する位置に配置された燃料棒の線出力密度を抑制している。
【００９５】
また、ウォータチャンネル３８のギャップ水領域２０，２１から遠い２つの側面の横断面方向の両端部に面する位置には標準燃料棒５１を配置しているのに対して、ウォータチャンネル３８のギャップ水領域２０，２１に近い２つの側面の横断面方向の両端部に面する位置には、短尺部分長燃料棒５３よりも長い長尺部分長燃料棒５２を配置している。これにより、安全性を維持したまま、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の両端部に面する位置に配置された燃料棒に装荷される核燃料物質の量を増加させることができる。
【００９６】
このように、本実施の形態の燃料集合体８８では、２種類の長さの部分長燃料棒をウォータチャンネル３８に隣接させることにより、燃料集合体８７の内部に必然的に生じる非対称性に対応させた設計が可能となる。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。
【００９７】
［第９の実施の形態］
図１４は、本発明に係る燃料集合体の第９の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【００９８】
本実施の形態の燃料集合体８９は、第８の実施の形態の燃料集合体８８（図１３参照）のウォータチャンネル３８の周りの燃料棒５１，５２，５３の配置を、燃料集合体８８の制御棒１９の中心を通らない方の対角線に対して対称に入れ替えたものである。
【００９９】
第８の実施の形態の燃料集合体８８をＤ格子炉心に装荷すると、ウォータチャンネル３８の制御棒１９に近い方の側面に面する燃料棒の方が、他の燃料棒に装荷されるウランの濃縮度などの設計によっては、ウォータチャンネル３８の制御棒１９に近い方の側面に面する燃料棒よりも線出力密度が高くなってしまう場合がある。そこで、本実施の形態の燃料集合体８９では、ウォータチャンネル３８の制御棒１９から遠い２つの側面の横断面方向の中央部に面する位置には短尺部分長燃料棒５３を配置しているのに対して、ウォータチャンネル３８の制御棒１９に近い２つの側面の横断面方向の中央部に面する位置には、ウランの濃縮度を低下させた標準燃料棒５４を配置している。これにより、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の中央部に面する位置に配置された燃料棒の線出力密度を抑制している。
【０１００】
また、ウォータチャンネル３８の制御棒１９から遠い２つの側面の横断面方向の両端部に面する位置には標準燃料棒５１を配置しているのに対して、ウォータチャンネル３８の制御棒１９に近い２つの側面の横断面方向の両端部に面する位置には、短尺部分長燃料棒５３よりも長い長尺部分長燃料棒５２を配置している。これにより、熱的余裕を確保して、安全性を維持したまま、ウォータチャンネル３８の側面の横断面方向の両端部に面する位置に配置された燃料棒に装荷される核燃料物質の量を増加させることができる。
【０１０１】
このように、本実施の形態の燃料集合体８９では、２種類の長さの部分長燃料棒をウォータチャンネル３８に隣接させることにより、燃料集合体８９の内部に必然的に生じる非対称性に対応させた設計が可能となる。また、Ｄ格子炉心に装荷される燃料集合体８９における非対称性に対応させた設計が可能となる。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。
【０１０２】
［第１０の実施の形態］
図１５は、本発明に係る燃料集合体の第１０の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【０１０３】
本実施の形態の燃料集合体９０は、第９の実施の形態の燃料集合体８９（図１４参照）のウォータチャンネル３８の制御棒１９に近い方の側面に隣接する燃料棒を変更したものである。この燃料集合体８９のウォータチャンネル３８の制御棒１９に近い方の側面の横断面方向の中央部に面する位置には、ウランの濃縮度が低い標準燃料棒５４が配置される。また、ウォータチャンネル３８の制御棒１９に近い方の側面の横断面方向の両端部に面する位置には、短尺部分長燃料棒５３が配置される。
【０１０４】
第９の実施の形態の燃料集合体８９では、ウォータチャンネル３８の制御棒１９に近い方の側面に隣接する燃料棒の線出力密度が高すぎる場合がある。このような場合には、本実施の形態のように短尺部分長燃料棒５３およびウランの濃縮度が低い標準燃料棒５４を配置することにより、これらの線出力密度を抑制することができる。
【０１０５】
このように、本実施の形態の燃料集合体９０では、２種類の長さの部分長燃料棒をウォータチャンネル３８に隣接させることにより、燃料集合体９０の内部に必然的に生じる非対称性に対応させた設計が可能となる。また、Ｄ格子炉心に装荷される燃料集合体９０における非対称性に対応させた設計が可能となる。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。
【０１０６】
［第１１の実施の形態］
図１６は、本発明に係る燃料集合体の第１１の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【０１０７】
本実施の形態の燃料集合体９１は、第５の実施の形態の燃料集合体８５（図１１参照）のウォータチャンネル３８の制御棒１９から遠い方の側面の横断面方向の両端部に面する位置に配置される燃料棒を変更したものである。この燃料集合体９１のウォータチャンネル３８のギャップ水領域２０，２１に近い方の側面の横断面方向の中央部に面する位置には、標準燃料棒５１が配置される。また、ウォータチャンネル３８の制御棒１９に近い方の側面の横断面方向の両端部に面する位置には、短尺部分長燃料棒５３が配置される。
【０１０８】
ウォータチャンネル３８に隣接する燃料棒をこのように配置しても、他の燃料棒のウランの濃縮度などの設計を適切に行うことにより、それぞれの燃料棒５１，５２，５３の線出力密度を適切に平均化できる場合がある。つまり、２種類の長さの部分長燃料棒をウォータチャンネル３８に隣接させることにより、燃料集合体９０の内部に必然的に生じる非対称性に対応させた設計が可能となる。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。
【０１０９】
［第１２の実施の形態］
図１７は、本発明に係る燃料集合体の第１２の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【０１１０】
本実施の形態の燃料集合体９２は、第１１の実施の形態の燃料集合体９１（図１６参照）のウォータチャンネル３８の周りの燃料棒５１，５２，５３の配置を、燃料集合体９１の制御棒１９の中心を通らない方の対角線に対して対称に入れ替えたものである。
【０１１１】
ウォータチャンネル３８に隣接する燃料棒をこのように配置しても、他の燃料棒のウランの濃縮度などの設計を適切に行うことにより、それぞれの燃料棒５１，５２，５３の線出力密度を適切に平均化できる場合がある。つまり、２種類の長さの部分長燃料棒をウォータチャンネル３８に隣接させることにより、燃料集合体９０の内部に必然的に生じる非対称性に対応させた設計が可能となる。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。
【０１１２】
［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。たとえば、上述の各実施の形態では、部分長燃料棒として、長尺部分長燃料棒と短尺部分長燃料棒の２種類を用いているが、互いに長さが異なる３種類以上の部分長燃料棒を用いてもよい。この場合、長尺部分長燃料棒および短尺部分長燃料棒と長さが異なる部分長燃料棒は、長尺部分長燃料棒よりも長いものでも、短尺部分長燃料棒よりも短いものでも、長尺部分長燃料棒よりも短くかつ短尺部分長燃料棒よりも長いものであってもよい。つまり、ウォータチャンネルのそれぞれの側面に隣接する位置に少なくとも１本の部分長燃料棒が配置されていて、ウォータチャンネルの側面に隣接する位置に配置された部分長燃料棒に互いに長さが異なる２種類の部分長燃料棒が含まれていればよい。また、本発明を混合酸化物燃料（ＭＯＸ燃料）に適用することもできる。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】
【０１１３】
【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燃料棒の配置を示す横断面図である。
【図２】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態の斜視図である。
【図３】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態における燃料棒の側面図である。
【図４】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態を用いた炉心の横断面図である。
【図５】沸騰水型原子炉の通常運転時のボイド率の軸方向変化の例を示すグラフである。
【図６】部分長燃料棒の長さを１種類とした場合の燃料棒に収められたウランの濃縮度の例を、部分長燃料棒の長さを２種類とした場合と比較して模式的に示す図である。
【図７】本発明に係る燃料集合体の第２の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【図８】本発明に係る燃料集合体の第３の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【図９】本発明に係る燃料集合体の第４の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【図１０】本発明に係る燃料集合体の第５の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【図１１】本発明に係る燃料集合体の第６の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【図１２】本発明に係る燃料集合体の第７の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【図１３】本発明に係る燃料集合体の第８の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【図１４】本発明に係る燃料集合体の第９の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【図１５】本発明に係る燃料集合体の第１０の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【図１６】本発明に係る燃料集合体の第１１の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【図１７】本発明に係る燃料集合体の第１２の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
【図１８】典型的な沸騰水型原子炉の炉心における燃料集合体の配置を示す一部拡大横断面図である。
【図１９】典型的な沸騰水型原子炉の燃料集合体について、横軸にＨ／Ｕをとったときの無限増倍率の挙動を示したグラフである。
【符号の説明】
【０１１４】
１５…燃料集合体、１９…制御棒、２０…ギャップ水領域、２１…ギャップ水領域、２２…ウォータロッド、２６…ペレット、３０…中性子検出器、３１…チャンネルボックス、３８…ウォータチャンネル、４１…上部タイプレート、４２…下部タイプレート、４３…端栓、４８…被覆管、５０…燃料棒、５１…標準燃料棒、５２…長尺部分長燃料棒、５３…短尺部分長燃料棒、５４…標準燃料棒、６３…スペーサ、８１…燃料集合体、８２…燃料集合体、８３…燃料集合体、８４…燃料集合体、８５…燃料集合体、８６…燃料集合体、８７…燃料集合体、８８…燃料集合体、８９…燃料集合体、９０…燃料集合体、９１…燃料集合体、９２…燃料集合体
【図１】
2009250894.tif 000003
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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