JP2000098074A - 原子炉炉心とその運転方法並びに燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料経済性や運転制御性を損なうことなく、
出力ピーキングを低減して、炉心熱特性の良好な原子炉
炉心を得る。 【解決手段】 原子炉炉心を構成する燃料集合体は、可
燃性毒物が第１の燃焼サイクル期間の終了時にほぼ燃え
尽きる程度に設定される第１の燃料集合体から構成され
る燃料集合体グループＡと、可燃性毒物が第１の燃料サ
イクル以降の次サイクルまで燃え残る程度に設定される
第２の燃料集合体から構成される燃料集合体グループＢ
とからなり、各燃料集合体グループは少なくとも第１サ
イクル目の燃料集合体と第２サイクル目の燃料集合体と
を含有し、第２の燃料集合体１体に含まれる可燃性毒物
入り燃料棒の本数は第１の燃料集合体のそれより少なく
設定され、第２の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃
性毒物の濃度は第１の燃料集合体のそれの1.2倍以上に
設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉の
燃料集合体と、これを装荷した原子炉炉心に係り、特に
高燃焼度燃料で構成された原子炉炉心に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉の燃料集合体では、燃焼
初期における過剰な反応度を抑制するために、可燃性毒
物としてガドリニア（Gd₂O₃）を用いている。ガドリニ
アは燃焼と共に急速に燃え尽きるので、燃料集合体の無
限増倍率は、燃焼初期においては増加し、ガドリニアが
燃え尽きるころにピークを迎え、以降は燃焼の進行に従
って減少する。ただし、ガドリニアがほとんど燃え尽き
たあとも、ガドリニウム（Gd）同位体の一部は平衡状態
となり、以降の燃焼期間中一定の反応度ロスとして作用
する。これを残留ガドリニア反応度という。

【０００３】燃料集合体はガドリニアを添加した燃料棒
（ガドリニア燃料棒）とその他の燃料棒により構成され
るが、例えば特許第2577367号公報に記載された発明に
代表されるように、ガドリニア燃料棒の配置具合によ
り、ガドリニアの燃え尽きる期間を遅らせる方法が知ら
れている。

【０００４】従来の燃料集合体においては、サイクル終
了時にガドリニアが燃え尽きるように、その初期濃度を
設定するのが一般的である。これはサイクル終了時にガ
ドリニアが残っていると反応度をロスすることになるか
らである。また、ガドリニア燃料棒本数は運転サイクル
を通じて余剰反応度を一定にするように決めるが、この
ようにすると、燃焼度の異なる燃料集合体で炉心を構成
したときに、運転サイクルを通じて余剰反応度を一定に
することが容易だからである。なお、ガドリニア燃料棒
本数の異なる２種類の燃料集合体を用意して、運転期間
の変動に応じて、各々の装荷割合を調節することによ
り、運転サイクル中の余剰反応度を一定に保つ方法が知
られている。この場合でも、各々の燃料集合体のガドリ
ニア濃度は第１サイクル終了時に、ほぼ燃え尽きるよう
にしてある。

【０００５】沸騰水型原子炉の炉心を構成する燃料集合
体は、一般に、炉内滞在期間（炉内滞在サイクル数）の
異なる複数のグループに分けられる。同じグループ同志
の燃料集合体を隣接させると、出力ピーキングが生じ易
いので、通常の炉心では可能な限り同じグループの燃料
集合体を隣接しないように分散して配置する。ただし、
初装荷炉心においては、燃料集合体の炉内滞在期間は全
て同じであるが、初期ウラン濃縮度の異なるグループに
分けられ、同様に分散配置される。通常運転時に使用す
る制御棒の周囲４体の燃料集合体は、燃焼の進んだ燃料
集合体で構成され、これをコントロールセルという。一
般に、炉心最外周およびコントロールセル周辺では、出
力ピーキングは小さくなり、逆にそれ以外のところで出
力ピーキングは大きくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、沸騰水型原子炉
における燃料経済性の向上と、使用済み燃料体数の削減
を目的として、１体の燃料集合体から取り出すエネルギ
ーを増大させる高燃焼度化が進められており、このた
め、１運転サイクルあたりの燃焼度増分（サイクル燃焼
度という。）は増加する傾向にある。サイクル燃焼度が
増加すると、炉内滞在サイクル数の異なる燃料集合体グ
ループ間の無限増倍率の差は大きくなるので、出力ピー
キングを増加させる。これは熱特性の悪化を招き、高燃
焼度化の阻害要因となっている。

【０００７】また、炉心の燃料経済性を向上させるため
の方策として、最も無限増倍率の小さい燃料集合体グル
ープを炉心最外周に配置する低漏洩型の原子炉が知られ
ている。しかし、低漏洩型の原子炉においては、炉心中
央部でグループ毎の燃料集合体数のバランスが崩れるの
で、無限増倍率の高いグループの燃料集合体同志が隣接
せざるを得なくなる場合があり、これにより径方向出力
ピーキングが生じる。よって、従来は炉内の燃料集合体
の配置を上述の低漏洩型とすることができず、このこと
が燃料経済性向上の阻害要因となっている。

【０００８】次に、熱特性の悪化について説明する。一
般に、第１サイクル目燃料の無限増倍率はサイクル初期
から末期にかけて増加する。そして第２サイクル目燃料
の無限増倍率はサイクル初期から末期にかけて減少す
る。よって、サイクル初期においては、無限増倍率の大
きい第２サイクル目燃料に出力ピーキングが生じて熱特
性が悪くなる。逆にサイクル後期になると、第１サイク
ル目燃料に出力ピーキングが生じて熱特性が悪くなる。

【０００９】熱特性の一例である線出力密度は、その値
が大きいほど安全余裕が小さい。一般に、燃料の線出力
密度が通常最も大きくなるのは、サイクル後期における
第１サイクル目燃料である。また、限界出力比の値が小
さいほど安全余裕は小さい。一般に、限界出力比が通常
最も小さいのは、第２サイクル目燃料においてサイクル
初期の期間であり、その期間は全サイクル期間の20％程
度である。したがって、この期間の出力ピーキングが特
に問題となる。

【００１０】ところで、ガドリニアの初期濃度を高めて
第１サイクル終了後の次サイクルまで燃え残るように設
定すると、無限増倍率のピークが燃焼度の進んだ側にず
れると共に、ピークの最大値が小さくなる。このため、
炉内滞在サイクル数の異なる燃料集合体間の無限増倍率
の差は小さくなり、出力ピーキングを小さくすることが
できる。特に上述した限界出力比を改善するためには、
ガドリニアがサイクル期間の1.2倍以上燃え残るよう
に、その濃度を高めればよい。また、線出力密度を改善
するには、ガドリニア濃度が高いほどよい。

【００１１】しかしこの場合には２つの問題が併せて発
生する。１つは、サイクル末期で燃え残ったガドリニア
による反応度ロスによって、燃料経済性が悪くなること
である。もう１つは、余剰反応度が運転サイクルを通じ
て一定とならず、運転制御性が悪化することである。例
えば、特開昭62−106391号公報に記載された燃料集合体
においては、燃料集合体内の一部のガドリニア濃度を高
めることによって、余剰反応度を一定に保てることが示
されている。しかしこの場合でもガドリニアによる反応
度ロスの発生が問題として残ることとなる。

【００１２】本発明はこうした事情に鑑みなされたもの
であり、燃料集合体の高燃焼度化のために、燃料経済性
や運転制御性を損なうことなく、出力ピーキングを低減
して、炉心熱特性の良好な原子炉炉心を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１記載の発明は、内部に燃料要素を
含む燃料棒および内部を冷却材が流通するウォータロッ
ドを包含する燃料集合体を複数装荷して構成され、運転
期間が複数の燃料サイクル期間によりなる原子炉炉心に
おいて、この原子炉炉心を構成する燃料集合体は、
（Ａ）可燃性毒物が第１の燃焼サイクル期間の終了時に
ほぼ燃え尽きる程度に設定される第１の燃料集合体から
構成される第１の燃料集合体グループ、（Ｂ）可燃性毒
物が第１の燃料サイクル以降の次サイクルまで燃え残る
程度に設定される第２の燃料集合体から構成される第２
の燃料集合体グループ、の少なくとも２つのグループか
らなり、各燃料集合体グループは少なくとも第１サイク
ル目の燃料集合体と第２サイクル目の燃料集合体とを含
有し、かつ第２の燃料集合体１体に含まれる可燃性毒物
入り燃料棒の本数は第１の燃料集合体１体に含まれる可
燃性毒物入り燃料棒の本数より少なく設定され、さらに
第２の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物の濃
度は、第１の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒
物の濃度の1.2倍以上に設定されることを特徴とする。

【００１４】この構成によれば、第２の燃料集合体グル
ープにおいては、可燃性毒物がサイクル期間の1.2倍以
上の間燃え残る。したがって、サイクル初期における限
界出力比と、サイクル後期における線出力密度を改善す
ることができる。また第１の燃料集合体グループに属す
る燃料集合体については、炉内で、無限増倍率の異なる
第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体と混在さ
せて配置することにより、出力を分散させる効果が得ら
れるので、熱特性を改善することができる。一方、第２
の燃料集合体グループによる燃え残った可燃性毒物によ
る反応度ロスと、運転サイクル期間を通じての余剰反応
度への影響は、第１の燃料集合体グループが存在するこ
とで炉心全体で緩和されて小さくなる。また、第２の燃
料集合体に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本数を、第
１の燃料集合体のそれよりも少なく設定することで、可
燃性毒物総量を減らし、残留する可燃性毒物による反応
度ロスを低減することができる。

【００１５】さらに、請求項２記載の発明は、請求項１
記載の原子炉炉心において、第２の燃料集合体では、燃
料集合体の最外周部およびウォータロッドに隣接する位
置には可燃性毒物を含有しない燃料棒が配置され、かつ
少なくとも２つの可燃性毒物入り燃料棒は互いに隣接し
て配置されることを特徴とする。この構成により、可燃
性毒物が効果的に燃え残るので、可燃性毒物の総量を低
減することが可能となり、残留する可燃性毒物による反
応度ロスを低減できる。

【００１６】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の原子炉炉心において、第２の燃料集合体のウラン濃
縮度は第１の燃料集合体のウラン濃縮度より高く設定さ
れることを特徴とする。これにより、第２の燃料集合体
グループに起因する残留可燃性毒物による反応度ロスを
補うことができる。

【００１７】また、請求項４記載の発明は、請求項1記
載の原子炉炉心において、第２の燃料集合体グループに
属する燃料集合体は炉心最外周とコントロールセルを除
く位置に配置され、かつ第２の燃料集合体グループに属
する燃料集合体の体数は原子炉炉心の全ての燃料集合体
の体数の20％以下に設定されることを特徴とする。炉心
最外周とコントロールセルはもともと出力ピーキングが
低いので、当該位置を除いた出力ピーキングの高い位置
に可燃性毒物を配置することでより有効な効果を得るこ
とができる。また、炉心最外周部以外またはコントロー
ルセル以外の場所で、４体の燃料集合体からなるセルに
必ず第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体を１
体配置すると、その体数比率は炉心全体数の20％程度に
なり、このときにほぼ最大の出力ピーキング低減効果が
得られる。これ以上の装荷は、可燃性毒物の燃え残りに
よる反応度ロスを増大するという悪影響の方が大きいと
想定される。

【００１８】また、請求項５記載の発明は、請求項1記
載の原子炉炉心において、原子炉炉心の反応を制御する
制御棒を中心として４体の燃料集合体で構成されるセル
として、炉心最外周に位置せずかつコントロールセルに
隣接しないセルであって、セル内に第１サイクル目の燃
料集合体が少なくとも２体配置される場合または第２サ
イクル目の燃料集合体が少なくとも２体配置される場合
の何れかのときに、当該セル内に第２の燃料集合体グル
ープに属する燃料集合体が配置されることを特徴とす
る。この構成により、炉心最外周のセルまたはコントロ
ールセルに隣接するセルにおいては、第１サイクル目の
燃料集合体が２体以上である場合、または第２サイクル
目燃料集合体が２体以上である場合でも、制御棒の反応
度価値がそれほど大きくならない。よってかかる位置以
外のセル内に可燃性毒物を配置することで、より有効な
効果を得ることができる。また、かかる位置以外のセル
を構成する４体の燃料集合体の中心に配置される制御棒
は、その反応度価値が大きくなる。しかし第２の燃料集
合体グループに属する燃料集合体によれば、可燃性毒物
が燃え残っているために、かかる制御棒の反応度価値を
小さくすることによって、炉停止余裕を改善することが
できる。

【００１９】また、請求項６記載の発明は、請求項１記
載の原子炉炉心において、第１の燃料集合体グループお
よび第２の燃料集合体グループに加えて、（Ｃ） 可燃
性毒物が第１の燃焼サイクル期間の途中で燃え尽きる程
度に設定される第３の燃料集合体から構成される第３の
燃料集合体グループの少なくとも３つのグループからな
り、第３の燃料集合体グループはコントロールセルに隣
接して配置されることを特徴とする。第３の燃料集合体
の無限増倍率の最大値は、第１の燃料集合体グループよ
りも大きくなる。一方、コントロールセル周辺の出力ピ
ーキングは低いので、この構成により、第３の燃料集合
体グループに属する燃料集合体によって出力ピーキング
を増加すれば、炉心全体の出力バランスが変えることに
より、他の場所の高い出力ピーキングを低減することが
できる。また、第２の燃料集合体グループに起因する燃
え残りの可燃性毒物による反応度ロスを補うことができ
る。

【００２０】また、請求項７記載の発明は、請求項１記
載の原子炉炉心の運転方法に関するものであり、燃料サ
イクル期間の末期に燃料交換を行う際に、まず第２の燃
料集合体グループに属する燃料集合体を取出し、次に第
１の燃料集合体グループに属する燃料集合体を取出すこ
とを特徴とする。かかる方法が有効であるのは、第２の
燃料集合体に属する燃料集合体は、残留する可燃性毒物
による反応度が大きいため、これを先に取出した方が余
剰反応度は大きくなる。

【００２１】また、請求項１記載の発明においては、上
述した以外の構成のほかに、さらに以下のような構成を
追加して実施することが好適である。第１に、互いに炉
内滞在期間がほぼ同じであるような、第１の燃料集合体
グループに属する燃料集合体と第２の燃料集合体グルー
プに属する燃料集合体とが、隣接して配置されるのが好
適である。この２者の燃料集合体では、炉内滞在期間が
同じであっても、無限増倍率が異なるので、隣接して配
置しても出力ピーキングを生じないためである。第２
に、第２の燃料集合体グループに属する燃料集合体に隣
接する４体の燃料集合体のうち、少なくとも２体が第１
サイクル目または第２サイクル目の燃料集合体であるよ
うに配置されるのが好適である。第１または第２サイク
ル目の燃料集合体を集中させる配置では出力ピーキング
が生じ易いので、かかる位置に燃料集合体グループに属
する燃料集合体を配置すれば、出力ピーキングを低減す
る効果が大きくなる。

【００２２】また、請求項８記載の発明は、運転期間が
複数の燃料サイクル期間によりなる原子炉炉心に装荷さ
れ内部に可燃性毒物を含む燃料要素を包含する燃料集合
体において、可燃性毒物は第１の燃料サイクル以降の次
サイクルまで燃え残る程度に設定され、この燃料集合体
の最外周部およびウォータロッドに隣接する位置には可
燃性毒物を含有しない燃料棒が配置され、かつ少なくと
も２つの可燃性毒物入り燃料棒は互いに隣接して配置さ
れることを特徴とする。この構成により、可燃性毒物が
効果的に燃え残るので、可燃性毒物の総量を減らすこと
で、残留する可燃性毒物による反応度ロスを低減するこ
とができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本実施の形態におけ
る原子炉炉心の燃料配置を示す断面図である。この図は
１／４炉心を示しているが、本実施形態においては炉心
は１／４回転対称に燃料を配置することとする。図1に
示した炉心は、以下で詳述する異なる２種の燃料集合体
グループから構成されている。

【００２４】燃料集合体グループＡは、ガドリニアが第
１サイクルの終了前に燃え尽きるように設定された燃料
集合体２から構成され、さらにその炉内滞在サイクル数
により４種類に分類される。図１では、燃料集合体グル
ープＡのうち第１サイクル目の燃料をA1と表し、第２サ
イクル目、第３サイクル目、第４サイクル目の燃料をそ
れぞれA2，A3，A4と表している。また、燃料集合体グル
ープＢは、第１サイクル終了後も次サイクル以降までガ
ドリニアが燃え残るように設定された燃料集合体３から
構成され、さらにその炉内滞在サイクル数により３種類
に分類される。つまり、燃料集合体３は燃料集合体２に
比べてガドリニア含有量が多く設定されている。燃料集
合体グループＢの燃料集合体うち第１サイクル目、第２
サイクル目、第３サイクル目の燃料をそれぞれB1，B2，
B3と表している。

【００２５】図１において符号10で示される太線により
囲まれた部分はコントロールセルである。燃焼の進んだ
第３サイクル目、第４サイクル目の燃料集合体A3，A4に
より構成されている。図２は、これらの燃料集合体グル
ープＡ，Ｂを構成する燃料集合体２，３の無限増倍率の
燃焼変化を示すグラフである。実線４Ａが燃料集合体２
（燃料集合体グループＡ）を、破線４Ｂが燃料集合体３
（燃料集合体グループＢ）を示している。また、ｄ1，
ｄ2は、それぞれ第１サイクル、第２サイクルの期間の
凡その範囲を示す。

【００２６】燃料集合体グループＡにおいては、燃料集
合体２のガドリニアが第１サイクル終了時に燃え尽きる
ので、実線４Ａに示すように、無限増倍率は第1サイク
ル末期で最大となる。一方燃料集合体グループBにおい
ては、ガドリニアが次サイクル以降まで燃え残る。よっ
て、破線４Ｂに示すように、燃料集合体グループＡと比
較すると、燃料集合体グループＢの１サイクル目燃料B1
と２サイクル目燃料B2とでの無限増倍率の差は小さい。
すなわち、燃料集合体グループＢにおいては、サイクル
初期の限界出力比とサイクル後期の線出力密度が改善さ
れる。また燃料集合体グループＡについては、無限増倍
率の異なる燃料集合体グループＢと混在して炉心を構成
することにより、出力を分散させる効果が得られるの
で、熱特性を改善することができる。

【００２７】図３および図４は、それぞれ燃料集合体グ
ループＡおよびＢを構成する燃料集合体２および３の燃
料棒配置の一例を示す断面図である。ここに示した燃料
集合体２，３は、ともにチャンネルボックス９内に燃料
棒７が10行10列に配置され、燃料棒７の総数は92本であ
る。また、中央部に内部を冷却材が流通するウォータロ
ッド８が２本配置される。図３においては、燃料棒７に
付された燃料棒番号のうち１，２，３はウラン燃料棒
を、G1，G2はガドリニア入りの燃料棒を示し、ともに燃
料棒番号が若いいほどウラン濃縮度が大きいことを示し
ている。図３に示す燃料集合体グループＡの燃料棒72本
のうち16本をしめるガドリニア入り燃料棒G1のガドリニ
ア濃度は6wt％となっており、サイクル燃焼度が14GWd／
tの時点でほぼ燃え尽きるように設定されている。

【００２８】一方、図４においても燃料棒番号１，２，
３で示されるウラン燃料棒とG1，G2，G3で示されるガド
リニア入り燃料棒が併存している。図４に示す燃料集合
体グループＢのガドリニア入り燃料棒のなかで最もガド
リニア濃度の高い燃料棒G1のガドリニア濃度は10wt％で
あり、燃料集合体グループＡのガドリニア入り燃料棒G1
のガドリニア濃度（6wt％）の約1.7倍である。また、燃
料集合体グループＡの燃料集合体内の平均ガドリニア濃
度は、燃料集合体グループＢのそれに比べて1.2倍以上
に設定するのが好適である。

【００２９】図４に示す燃料集合体グループＢのガドリ
ニア入り燃料棒は16本であり、図３に示す燃料集合体グ
ループＡのガドリニア入り燃料棒本数20本よりも少なく
設定したために、残留ガドリニア反応度ロスが低減され
る。また、図４に示す燃料集合体グループＢのガドリニ
ア入り燃料棒16本は、最外周部以外およびウォーターロ
ッド周辺部以外に配置されており、かつこのうち12本は
互いに隣接して配置されている。これにより、ガドリニ
アを効果的に燃え残すことが可能となり、残留ガドリニ
ア反応度ロスが低減される。さらに、図４に示す燃料集
合体グループＢの平均ウラン濃縮度は4.45％であり、図
３に示す燃料集合体グループＡの平均ウラン濃縮度4.38
%よりも高く設定されている。これにより残留ガドリニ
ア反応度ロスを補うことができる。

【００３０】本実施の形態の作用について、実証結果と
してグラフを参照して説明する。図５は、燃焼に伴う余
剰反応度の変化を示すグラフである。破線５Ａは、燃料
集合体グループＡを構成する燃料集合体２のみによって
炉心が構成された場合、すなわち図１におけるB1，B2，
B3をそれぞれA1，A2，A3で置き換えたときの余剰反応度
を示している。この場合の余剰反応度はサイクル期間中
ほぼ一定の値で、サイクル末期の反応度も足りている。

【００３１】また図５の破線５Ｂは、逆に燃料集合体グ
ループＢを構成する燃料集合体３のみによって炉心が構
成された場合の余剰反応度を示している。この場合は、
サイクル期間中に余剰反応度が大きく変化し、サイクル
末期で反応度が足りていない。図５の実線６は図１に示
す本実施の形態にかかる原子炉炉心１の余剰反応度を示
している。原子炉炉心1の全燃料集合体数368体のうち、
燃料集合体グループＢに属するものは24体であり、その
全体に占める比率は7％以下となっている。このため、
炉心１の余剰反応度変化に与える燃料集合体グループＢ
の影響は、実線６で示すように、炉心全体で緩和されて
小さいものとなる。

【００３２】原子炉炉心１の座標を図１に示す（I，J）
で示すこととする。（I，J）＝（11，9）位置にある燃
料集合体は、燃料集合体グループＡの第２サイクル目燃
料Ａ２である。また、それに制御棒11を介して隣接する
（11，10）位置にある燃料集合体は、燃料集合体グルー
プＢの第２サイクル目燃料Ｂ２である。これらの隣接す
る燃料集合体Ａ２とＢ２は、炉内滞在期間がほぼ同じで
あるが、無限増倍率が異なるので、出力ピーキングは発
生しない。（11，９）位置の燃料集合体Ａ２に隣接する
４体の燃料集合体のうち、３体（A1，A1，B2）が第１サ
イクル目または第２サイクル目の燃料集合体である。こ
のような位置では出力ピーキングが発生し易いので、
（11，９）位置にある燃料集合体A2による出力ピーキン
グ低減効果も大きい。

【００３３】図１に示す制御棒11を中心として構成され
る４体の燃料集合体のうちには、第２サイクル目燃料集
合体が３体（A2，A2，B2）位置しており、上記（11，
９）位置の燃料集合体A2も含まれる。この燃料集合体A2
が存在するために、制御棒11の反応度価値は小さくな
り、炉停止余裕が改善される。また、原子炉を運転する
際には、炉心１において、各サイクル末期には、燃料集
合体グループＢを燃料集合体グループＡより優先して取
出すこととする。つまり、燃料集合体グループＢを取出
した後に、燃料集合体グループＡを取出すという、選択
的に２段階に分けて燃料交換のための取出しを行うこと
とする。これにより、残留ガドリニア反応度ロスを小さ
くすることができる。図６および図７は、それぞれ本実
施の形態における線出力密度および限界出力比を示すグ
ラフである。図６の実線12で示すように、本実施の形態
にかかる炉心１の線出力密度は、破線13で示される従来
の炉心の場合よりも、とくにサイクル中期において改善
されていることがわかる。同様に、図７の実線14で示す
ように、本実施の形態に係る炉心１の限界出力比も、破
線15で示される従来の場合よりも改善されており、特に
運転初期の運転サイクル期間の約20％の期間において改
善効果が大きいことがわかる。

【００３４】以下、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図８は本実施の形態にかかる原子炉炉心16の
燃料配置を示す１／４回転対称の断面図である。第１の
実施の形態と異なる点は、図８においてC1，C2で示され
る燃料集合体グループＣを導入した点にある。

【００３５】この燃料集合体グループＣを構成する燃料
集合体では、ガドリニアがサイクル途中で燃え尽きるよ
うに設定している。図９は、この燃料集合体グループＣ
を構成する燃料集合体の無限増倍率の燃焼変化を、図２
に重ねて示したものである。これによれば、破線４Ｃに
示すように、無限増倍率は第1サイクル途中で最大とな
る。燃料集合体グループCはコントロールセルに隣接し
て配置しているので、この位置の出力ピーキングが増加
し、炉心全体の出力バランスが変わるので、他の場所の
高い出力ピーキングを低減することができる。またこの
燃料集合体グループＣにより、燃料集合体グループBが
第１サイクル末期においても含有する燃え残りのガドリ
ニアによる反応度ロスを補うことができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、燃
料経済性や運転制御性を損なうことなく、出力ピーキン
グを低減して、炉心熱特性の良好な原子炉炉心を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる原子炉炉心
の燃料配置を示す１／４回転対称の断面図である。

【図２】図１に示した燃料集合体グループＡ，Ｂの無限
増倍率の燃焼変化を示す特性図である。

【図３】図１に示した燃料集合体グループＡを構成する
燃料集合体２の燃料棒配置を示す断面図である。

【図４】図１に示した燃料集合体グループＢを構成する
燃料集合体３の燃料棒配置を示す断面図である。

【図５】図１に示した原子炉炉心の無限増倍率の燃焼変
化を示す特性図である。

【図６】図１に示した原子炉炉心の線出力密度の燃焼変
化を示す特性図である。

【図７】図１に示した原子炉炉心の限界出力比の燃焼変
化を示す特性図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態にかかる原子炉炉心
の燃料配置を示す１／４回転対称の断面図である。

【図９】図８に示した燃料集合体グループＡ，Ｂ，Ｃの
無限増倍率の燃焼変化を示す特性図である。

【符号の説明】

１，１６…原子炉炉心，２，３…燃料集合体，７…燃料
棒，８…ウォータロッド，９…チャンネルボックス，10
…コントロールセル，11…制御棒。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に燃料要素を含む燃料棒および内部
   を冷却材が流通するウォータロッドを包含する燃料集合
   体を複数装荷して構成され、運転期間が複数の燃料サイ
   クル期間によりなる原子炉炉心において、この原子炉炉
   心を構成する燃料集合体は、（Ａ） 可燃性毒物が第１
   の燃焼サイクル期間の終了時にほぼ燃え尽きる程度に設
   定される第１の燃料集合体から構成される第１の燃料集
   合体グループ、（Ｂ） 可燃性毒物が第１の燃料サイク
   ル以降の次サイクルまで燃え残る程度に設定される第２
   の燃料集合体から構成される第２の燃料集合体グルー
   プ、の少なくとも２つのグループからなり、各燃料集合
   体グループは少なくとも第１サイクル目の燃料集合体と
   第２サイクル目の燃料集合体とを含有し、かつ前記第２
   の燃料集合体１体に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本
   数は前記第１の燃料集合体１体に含まれる可燃性毒物入
   り燃料棒の本数より少なく設定され、さらに前記第２の
   燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物の濃度は、
   前記第１の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物
   の濃度の1.2倍以上に設定されることを特徴とする原子
   炉炉心。
2. 【請求項２】 前記第２の燃料集合体では、燃料集合体
   の最外周部および前記ウォータロッドに隣接する位置に
   は前記可燃性毒物を含有しない燃料棒が配置され、かつ
   少なくとも２つの前記可燃性毒物入り燃料棒は互いに隣
   接して配置されることを特徴とする請求項１記載の原子
   炉炉心。
3. 【請求項３】 前記第２の燃料集合体のウラン濃縮度は
   前記第１の燃料集合体のウラン濃縮度より高く設定され
   ることを特徴とする請求項１記載の原子炉炉心。
4. 【請求項４】 前記第２の燃料集合体グループに属する
   燃料集合体は炉心最外周とコントロールセルを除く位置
   に配置され、かつ前記第２の燃料集合体グループに属す
   る燃料集合体の体数は前記原子炉炉心の全ての燃料集合
   体の体数の20％以下に設定されることを特徴とする請求
   項１記載の原子炉炉心。
5. 【請求項５】 原子炉炉心の反応を制御する制御棒を中
   心として４体の燃料集合体で構成されるセルとして、炉
   心最外周に位置せずかつコントロールセルに隣接しない
   セルであって、セル内に第１サイクル目の燃料集合体が
   少なくとも２体配置される場合または第２サイクル目の
   燃料集合体が少なくとも２体配置される場合の何れかの
   ときに、当該セル内に前記第２の燃料集合体グループに
   属する燃料集合体が配置されることを特徴とする請求項
   １記載の原子炉炉心。
6. 【請求項６】 前記原子炉炉心は、前記第１の燃料集合
   体グループおよび前記第２の燃料集合体グループに加え
   て、（Ｃ） 可燃性毒物が第１の燃焼サイクル期間の途
   中で燃え尽きる程度に設定される第３の燃料集合体から
   構成される第３の燃料集合体グループの少なくとも３つ
   のグループからなり、前記第３の燃料集合体グループは
   コントロールセルに隣接して配置されることを特徴とす
   る請求項１記載の原子炉炉心。
7. 【請求項７】 運転期間が複数の燃料サイクル期間によ
   りなる原子炉炉心を構成する燃料集合体は、内部に燃料
   要素を含む燃料棒および内部を冷却材が流通するウォー
   タロッドを包含する燃料集合体を複数装荷して構成さ
   れ、かつ（Ａ） 可燃性毒物が第１の燃焼サイクル期間
   の終了時にほぼ燃え尽きる程度に設定される第１の燃料
   集合体から構成される第１の燃料集合体グループ、
   （Ｂ） 可燃性毒物が第１の燃料サイクル以降の次サイ
   クルまで燃え残る程度に設定される第２の燃料集合体か
   ら構成される第２の燃料集合体グループ、の少なくとも
   ２つのグループからなり、各燃料集合体グループは少な
   くとも第１サイクル目の燃料集合体と第２サイクル目の
   燃料集合体とを含有し、かつ前記第２の燃料集合体１体
   に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本数は前記第１の燃
   料集合体１体に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本数よ
   り少なく設定され、さらに前記第２の燃料集合体に初装
   荷時に含まれる可燃性毒物の濃度は、前記第１の燃料集
   合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物の濃度の1.2倍以
   上に設定されており、前記燃料サイクル期間の末期に燃
   料交換を行う際に、まず第２の燃料集合体グループに属
   する燃料集合体を取出し、次に第１の燃料集合体グルー
   プに属する燃料集合体を取出すことを特徴とする原子炉
   炉心の運転方法。
8. 【請求項８】 運転期間が複数の燃料サイクル期間によ
   りなる原子炉炉心に装荷され内部に可燃性毒物を含む燃
   料要素を包含する燃料集合体において、前記可燃性毒物
   は第１の燃料サイクル以降の次サイクルまで燃え残る程
   度に設定され、この燃料集合体の最外周部および前記ウ
   ォータロッドに隣接する位置には前記可燃性毒物を含有
   しない燃料棒が配置され、かつ少なくとも２つのガドリ
   ニア入り燃料棒は互いに隣接して配置されることを特徴
   とする燃料集合体。