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▶ 株式会社グローバル・ニュークリア・フュエル・ジャパンの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023110609
(43)【公開日】2023-08-09
(54)【発明の名称】核燃料ペレットの製造方法、および燃料集合体
(51)【国際特許分類】
G21C 3/62 20060101AFI20230802BHJP
G21C 3/328 20060101ALI20230802BHJP
G21C 3/30 20060101ALI20230802BHJP
C04B 35/01 20060101ALI20230802BHJP
【ＦＩ】
G21C3/62 700
G21C3/328 100
G21C3/30 100
C04B35/01
G21C3/62 225
G21C3/62 300
【審査請求】未請求
【請求項の数】22
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022012171
(22)【出願日】2022-01-28
(71)【出願人】
【識別番号】000229461
【氏名又は名称】株式会社グローバル・ニュークリア・フュエル・ジャパン
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100152205
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 昌司
(72)【発明者】
【氏名】松永 純治
(72)【発明者】
【氏名】安達 淳
(72)【発明者】
【氏名】後藤 大輔
(57)【要約】
【課題】製造性および経済性に優れたガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するための核燃料ペレットの製造方法、および燃料集合体を提供する。
【解決手段】実施形態に係る核燃料ペレットの製造方法は、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するために用いられる核燃料ペレットの製造方法であって、焼結助剤およびガドリニア粉末を混合、成形および焼結して、焼結体を製造する工程と、前記焼結体を粉砕して、ガドリニア入り焼結助剤粉末を生成する工程と、二酸化ウラン粉末と前記ガドリニア入り焼結助剤粉末を混合、成形および焼結して、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する工程と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態に係る核燃料ペレットの製造方法は、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するために用いられる核燃料ペレットの製造方法であって、焼結助剤およびガドリニア粉末を混合、成形および焼結して、焼結体を製造する工程と、前記焼結体を粉砕して、ガドリニア入り焼結助剤粉末を生成する工程と、二酸化ウラン粉末と前記ガドリニア入り焼結助剤粉末を混合、成形および焼結して、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する工程と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するために用いられる核燃料ペレットの製造方法であって、
焼結助剤成分およびガドリニアを含むガドリニア入り焼結助剤粉末を生成する工程と、
二酸化ウラン粉末と前記ガドリニア入り焼結助剤粉末を混合、成形および焼結して、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する工程と、
を備える、核燃料ペレットの製造方法。
焼結助剤成分およびガドリニアを含むガドリニア入り焼結助剤粉末を生成する工程と、
二酸化ウラン粉末と前記ガドリニア入り焼結助剤粉末を混合、成形および焼結して、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する工程と、
を備える、核燃料ペレットの製造方法。
【請求項2】
焼結助剤およびガドリニア粉末を混合、成形および焼結して製造した焼結体を粉砕して前記ガドリニア入り焼結助剤粉末を生成する、請求項１に記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項3】
前記焼結助剤は、酸化アルミニウム粉末および／または二酸化ケイ素粉末を含む、請求項２に記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項4】
前記焼結助剤と前記ガドリニア粉末との混合比は、モル比で焼結助剤：ガドリニア粉末＝９：１～７：３である、請求項３に記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項5】
前記焼結体を製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃である、請求項２～４のいずれかに記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項6】
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットに対する前記ガドリニア入り焼結助剤粉末の質量比は、１００～２０００ｗｔｐｐｍである、請求項１～５のいずれかに記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項7】
前記ガドリニア入り焼結助剤粉末と前記二酸化ウラン粉末を混合する際、これらに加えてガドリニア粉末および／または（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２回収材を混合する、請求項１～６のいずれかに記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項8】
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃である、請求項１～７のいずれかに記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項9】
請求項１～８のいずれかに記載の方法で製造された（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを粉砕および／または微粉化したものを二酸化ウラン粉末と混合して、ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を生成する工程と、
ＭＯＸ粉末と前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を混合、成形、焼結および研削して、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造する工程と、
を備える、核燃料ペレットの製造方法。
ＭＯＸ粉末と前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を混合、成形、焼結および研削して、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造する工程と、
を備える、核燃料ペレットの製造方法。
【請求項10】
前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末とＭＯＸ粉末を混合する際、これらに加えてＭＯＸ回収材を混合する、請求項９に記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項11】
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットに対する、前記焼結助剤に含まれるＡｌおよびＳｉの質量比は、２５～５００ｗｔｐｐｍである、請求項９または１０に記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項12】
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃である、請求項９～１１のいずれかに記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項13】
焼結助剤、ガドリニア粉末および二酸化ウラン粉末を混合、成形および焼結して、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する工程と、
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを粉砕および／または微粉化したものを二酸化ウラン粉末と混合して、ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を生成する工程と、
ＭＯＸ粉末と前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を混合、成形、焼結および研削して、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造する工程と、
を備える、核燃料ペレットの製造方法。
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを粉砕および／または微粉化したものを二酸化ウラン粉末と混合して、ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を生成する工程と、
ＭＯＸ粉末と前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を混合、成形、焼結および研削して、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造する工程と、
を備える、核燃料ペレットの製造方法。
【請求項14】
前記焼結助剤は、酸化アルミニウム粉末および／または二酸化ケイ素粉末を含む、請求項１３に記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項15】
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットに対する前記焼結助剤の質量比は、７０～２５００ｗｔｐｐｍである、請求項１３または１４に記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項16】
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃である、請求項１３～１５のいずれかに記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項17】
前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末と前記ＭＯＸ粉末を混合する際、これらに加えてＭＯＸ回収材を混合する、請求項１３～１６のいずれかに記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項18】
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットに対する、前記焼結助剤に含まれるＡｌおよびＳｉの質量比は、２５～５００ｗｔｐｐｍである、請求項１３～１７のいずれかに記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項19】
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃である、請求項１３～１８のいずれかに記載の核燃料ペレットの製造方法。
【請求項20】
沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体であって、
複数の燃料棒を備え、
前記複数の燃料棒のうち少なくとも１本には、請求項９または１３に記載の製造方法により製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットが装填され、
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットのプルトニウム富化度は１種類のみである、燃料集合体。
複数の燃料棒を備え、
前記複数の燃料棒のうち少なくとも１本には、請求項９または１３に記載の製造方法により製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットが装填され、
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットのプルトニウム富化度は１種類のみである、燃料集合体。
【請求項21】
沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体であって、
複数の燃料棒を備え、
前記複数の燃料棒のうち、コーナ位置に配置された燃料棒、および／またはコーナ位置から最外周燃料層の１燃料棒ピッチ分だけ離れた位置に配置された燃料棒には、請求項９または１３に記載の製造方法により製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットが装填されている、燃料集合体。
複数の燃料棒を備え、
前記複数の燃料棒のうち、コーナ位置に配置された燃料棒、および／またはコーナ位置から最外周燃料層の１燃料棒ピッチ分だけ離れた位置に配置された燃料棒には、請求項９または１３に記載の製造方法により製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットが装填されている、燃料集合体。
【請求項22】
前記複数の燃料棒に装填される核燃料ペレットはすべてプルトニウムを含み、使用済燃料の再処理で得られる回収ウランを除き、濃縮ウランを含む核燃料ペレットを含まない、請求項２１に記載の燃料集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、核燃料ペレットの製造方法および燃料集合体に関し、より詳しくは、ガドリニアが添加された核燃料ペレットの製造方法、および燃料集合体に関する。
【背景技術】
【0002】
日本が保有するプルトニウムを国策に従い着実に利用することが求められているところ、近い将来にプルトニウム消費を加速するためには、軽水炉におけるＭＯＸ燃料の利用を推進する必要がある。しかし、現在のＭＯＸ燃料はウラン燃料をベースに設計され、ＭＯＸ燃料として最適化されておらず、プルトニウム装荷量が大幅に制限されている。この制限の主たる要因としては、現行のＭＯＸ燃料集合体が単に二酸化ウラン（ＵＯ２）燃料棒をＭＯＸ燃料棒に置き換えたものであり、反応度制御のために添加されるガドリニア（Ｇｄ２Ｏ３）をＭＯＸ燃料棒に適用していない（すなわち、ＭＯＸペレットにガドリニアを添加していない）ことが挙げられる。
【0003】
現行の８×８型ＭＯＸ燃料集合体を９×９型ＭＯＸ燃料集合体とし、取出燃焼度を３３ＧＷｄ／ｔから４５ＧＷｄ／ｔに高燃焼度化する場合、炉心制御に必要なＧｄ反応度は約３０％増加する。このため、ガドリニア添加ＵＯ２ペレット（（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレット）の割合を約３０％増加させる必要があり、その分だけＭＯＸ燃料棒の本数が減ってしまうことになる。
【0004】
また、燃料集合体あたりのプルトニウム富化度を高めたとしても、高燃焼度化により取替燃料体数は減少するため、１炉心あたりのプルトニウムの年間消費量は高燃焼度化により低下してしまう場合がある。非特許文献１によれば、標準の９×９型ＭＯＸ燃料集合体（取出燃焼度４５ＧＷｄ／ｔ）は、燃料集合体あたりのプルトニウム富化度が高められたにもかかわらず、８×８型ＭＯＸ燃料集合体（取出燃焼度３３ＧＷｄ／ｔ）と比較してプルトニウムの年間消費量は約３０％低下すると評価されている。また、９×９型ＭＯＸ燃料集合体の燃料棒配置を最適化したとしても、プルトニウムの年間消費量は８×８型ＭＯＸ燃料集合体に比較して約１０％の向上に留まる。
【0005】
上記の課題を克服するために、これまでに以下の提案がなされている。
提案１：ガドリニアをＭＯＸペレット（（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ２）に添加する（特許文献１～３）。
提案２：ＭＯＸペレットを中空構造にして、その中心部にガドリニア棒を装荷する（特許文献４）。
提案３：ＭＯＸペレット間にガドリニアディスクを配置する（特許文献５）。
提案４：燃料棒の燃料被覆管にガドリニアを内張りする（特許文献６）。
提案５：燃料集合体のチャンネルボックスにガドリニアを埋め込む（特許文献７）。
提案１：ガドリニアをＭＯＸペレット（（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ２）に添加する（特許文献１～３）。
提案２：ＭＯＸペレットを中空構造にして、その中心部にガドリニア棒を装荷する（特許文献４）。
提案３：ＭＯＸペレット間にガドリニアディスクを配置する（特許文献５）。
提案４：燃料棒の燃料被覆管にガドリニアを内張りする（特許文献６）。
提案５：燃料集合体のチャンネルボックスにガドリニアを埋め込む（特許文献７）。
【0006】
提案１に関しては、ＭＯＸ粉末にガドリニアを混合するプロセスが従来想定されていないことから、ガドリニアをＭＯＸペレットに混合するための、独立した製造ラインをＭＯＸ工場に新たに設ける必要がある。しかし、ＭＯＸ工場を大幅に改造することとなるため、ＭＯＸ燃料のコストが上昇することが懸念される。
【0007】
また、従来、ウラン燃料にガドリニアを添加することにより、ＵＯ２ペレットの焼結性が低下することが知られている（非特許文献２）。これに対しては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの焼結助剤を用いて焼結性を改善する方法が提案されている（特許文献８～１１）。
【0008】
しかし、ＭＯＸペレットについてはＵＯ２ペレットよりも構成元素が多いため、ＭＯＸペレットの材料（ＭＯＸ粉末、ＵＯ２粉末等）にガドリニアをさらに混合してガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造する場合、その焼結性の制御はＵＯ２ペレットの場合よりも格段に難しくなることが予想される。その結果、たとえば、十分な焼結密度が得られなかったり、焼結密度のばらつきが大きくなるおそれがある。
【0009】
上記のように焼結性が低下すると、ガドリニア添加ＭＯＸペレットの製造歩留まりが低下し、燃料コストの増加につながる。また、わずかではあるが、燃料集合体あたりのプルトニウム装荷量が減少してしまうことにもなる。
【0010】
よって、従来考えられる方法でガドリニアをＭＯＸ粉末に添加してガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造することは、製造性および経済性の面で大きな課題がある。
【0011】
なお、特許文献１～３では、いずれも、複数のプルトニウム富化度またはガドリニア添加率を有するガドリニア添加ＭＯＸ燃料棒を用いている。しかし、ガドリニア添加ＭＯＸ燃料棒の種類を増やしてしまうと、製造工程で管理が必要な材料の種類が増加し、材料の貯蔵スペースが逼迫して製造工程に大きな制約が課せられる懸念がある。
【0012】
提案２～提案５に関しては、いずれも、ＭＯＸペレットにガドリニアを添加することを回避しつつ、ＭＯＸ燃料内にガドリニアを配置するための方法である。しかし、提案２および３については、ガドリニア棒およびガドリニアディスクの装填性に課題がある。提案４および５については、燃料被覆管やチャンネルボックスの融点が低下したり、耐食性が低下するといった課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特開２０１０－１２７７１８号公報
【特許文献2】特表２００１－５０１３１０号公報
【特許文献3】特表２００４－５０７７１１号公報
【特許文献4】特開平５－０１９０７８号公報
【特許文献5】特開平９－３０４５６６号公報
【特許文献6】特開２０００－２９８１８７号公報
【特許文献7】特開２０００－４６９７８号公報
【特許文献8】特許第２０１５８９３号
【特許文献9】特許第２０２１８１３号
【特許文献10】特許第１７３１６９９号
【特許文献11】特許第２６０３３８２号
【非特許文献】
【0014】
【非特許文献1】D. Goto, et al., "HIGH BURN-UP BWR MOX FUEL DESIGN WITH MAXIMIZED PLUTONIUM INVENTORY", PHYSOR 2000, May 7-12, 2000, Pittsburgh, PA, U.S.A.
【非特許文献2】M. Durazzo, et al., “Remarks on the sintering behavior of UO2-Gd2O3 fuel”, J. Nucl. Mater., 405 (2010) 203-205.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、製造性および経済性に優れたガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するための核燃料ペレットの製造方法、および燃料集合体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明の第１の態様に係る核燃料ペレットの製造方法は、
ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するために用いられる核燃料ペレットの製造方法であって、
焼結助剤成分およびガドリニアを含むガドリニア入り焼結助剤粉末を生成する工程と、
二酸化ウラン粉末と前記ガドリニア入り焼結助剤粉末を混合、成形および焼結して、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する工程と、
を備える。
ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するために用いられる核燃料ペレットの製造方法であって、
焼結助剤成分およびガドリニアを含むガドリニア入り焼結助剤粉末を生成する工程と、
二酸化ウラン粉末と前記ガドリニア入り焼結助剤粉末を混合、成形および焼結して、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する工程と、
を備える。
【0017】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
焼結助剤およびガドリニア粉末を混合、成形および焼結して製造した焼結体を粉砕して前記ガドリニア入り焼結助剤粉末を生成してもよい。
焼結助剤およびガドリニア粉末を混合、成形および焼結して製造した焼結体を粉砕して前記ガドリニア入り焼結助剤粉末を生成してもよい。
【0018】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記焼結助剤は、酸化アルミニウム粉末および／または二酸化ケイ素粉末を含んでもよい。
前記焼結助剤は、酸化アルミニウム粉末および／または二酸化ケイ素粉末を含んでもよい。
【0019】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記焼結助剤と前記ガドリニア粉末との混合比は、モル比で焼結助剤：ガドリニア粉末＝９：１～７：３であるようにしてもよい。
前記焼結助剤と前記ガドリニア粉末との混合比は、モル比で焼結助剤：ガドリニア粉末＝９：１～７：３であるようにしてもよい。
【0020】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記焼結体を製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃であるようにしてもよい。
前記焼結体を製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃であるようにしてもよい。
【0021】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットに対する前記ガドリニア入り焼結助剤粉末の質量比は、１００～２０００ｗｔｐｐｍであるようにしてもよい。
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットに対する前記ガドリニア入り焼結助剤粉末の質量比は、１００～２０００ｗｔｐｐｍであるようにしてもよい。
【0022】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記ガドリニア入り焼結助剤粉末と前記二酸化ウラン粉末を混合する際、これらに加えてガドリニア粉末および／または（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２回収材を混合するようにしてもよい。
前記ガドリニア入り焼結助剤粉末と前記二酸化ウラン粉末を混合する際、これらに加えてガドリニア粉末および／または（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２回収材を混合するようにしてもよい。
【0023】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃であるようにしてもよい。
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃であるようにしてもよい。
【0024】
本発明の第２の態様に係る核燃料ペレットの製造方法は、
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを粉砕および／または微粉化したものを二酸化ウラン粉末と混合して、ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を生成する工程と、
ＭＯＸ粉末と前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を混合、成形、焼結および研削して、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造する工程と、
を備える。
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを粉砕および／または微粉化したものを二酸化ウラン粉末と混合して、ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を生成する工程と、
ＭＯＸ粉末と前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を混合、成形、焼結および研削して、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造する工程と、
を備える。
【0025】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末とＭＯＸ粉末を混合する際、これらに加えてＭＯＸ回収材を混合するようにしてもよい。
前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末とＭＯＸ粉末を混合する際、これらに加えてＭＯＸ回収材を混合するようにしてもよい。
【0026】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットに対する、前記焼結助剤に含まれるＡｌおよびＳｉの質量比は、２５～５００ｗｔｐｐｍであるようにしてもよい。
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットに対する、前記焼結助剤に含まれるＡｌおよびＳｉの質量比は、２５～５００ｗｔｐｐｍであるようにしてもよい。
【0027】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃であるようにしてもよい。
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃であるようにしてもよい。
【0028】
本発明の第３の態様に係る核燃料ペレットの製造方法は、
焼結助剤、ガドリニア粉末および二酸化ウラン粉末を混合、成形および焼結して、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する工程と、
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを粉砕および／または微粉化したものを二酸化ウラン粉末と混合して、ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を生成する工程と、
ＭＯＸ粉末と前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を混合、成形、焼結および研削して、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造する工程と、
を備える。
焼結助剤、ガドリニア粉末および二酸化ウラン粉末を混合、成形および焼結して、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する工程と、
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを粉砕および／または微粉化したものを二酸化ウラン粉末と混合して、ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を生成する工程と、
ＭＯＸ粉末と前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末を混合、成形、焼結および研削して、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造する工程と、
を備える。
【0029】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記焼結助剤は、酸化アルミニウム粉末および／または二酸化ケイ素粉末を含んでもよい。
前記焼結助剤は、酸化アルミニウム粉末および／または二酸化ケイ素粉末を含んでもよい。
【0030】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットに対する前記焼結助剤の質量比は、７０～２５００ｗｔｐｐｍであるようにしてもよい。
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットに対する前記焼結助剤の質量比は、７０～２５００ｗｔｐｐｍであるようにしてもよい。
【0031】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃であるようにしてもよい。
前記（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃であるようにしてもよい。
【0032】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末と前記ＭＯＸ粉末を混合する際、これらに加えてＭＯＸ回収材を混合するようにしてもよい。
前記ガドリニア添加二酸化ウラン粉末と前記ＭＯＸ粉末を混合する際、これらに加えてＭＯＸ回収材を混合するようにしてもよい。
【0033】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットに対する、前記焼結助剤に含まれるＡｌおよびＳｉの質量比は、２５～５００ｗｔｐｐｍであるようにしてもよい。
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットに対する、前記焼結助剤に含まれるＡｌおよびＳｉの質量比は、２５～５００ｗｔｐｐｍであるようにしてもよい。
【0034】
また、前記核燃料ペレットの製造方法において、
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃であるようにしてもよい。
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するための焼結温度は、１７００～１８００℃であるようにしてもよい。
【0035】
本発明の第１の態様に係る燃料集合体は、
沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体であって、
複数の燃料棒を備え、
前記複数の燃料棒のうち少なくとも１本には、前記製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットが装填され、
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットのプルトニウム富化度は１種類のみである。
沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体であって、
複数の燃料棒を備え、
前記複数の燃料棒のうち少なくとも１本には、前記製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットが装填され、
前記ガドリニア添加ＭＯＸペレットのプルトニウム富化度は１種類のみである。
【0036】
本発明の第２の態様に係る燃料集合体は、
沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体であって、
複数の燃料棒を備え、
前記複数の燃料棒のうち、コーナ位置に配置された燃料棒、および／またはコーナ位置から最外周燃料層の１燃料棒ピッチ分だけ離れた位置に配置された燃料棒には、前記製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットが装填されている。
沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体であって、
複数の燃料棒を備え、
前記複数の燃料棒のうち、コーナ位置に配置された燃料棒、および／またはコーナ位置から最外周燃料層の１燃料棒ピッチ分だけ離れた位置に配置された燃料棒には、前記製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットが装填されている。
【0037】
また、前記燃料集合体において、
前記複数の燃料棒に装填される核燃料ペレットはすべてプルトニウムを含み、使用済燃料の再処理で得られる回収ウランを除き、濃縮ウランを含む核燃料ペレットを含まないようにしてもよい。
前記複数の燃料棒に装填される核燃料ペレットはすべてプルトニウムを含み、使用済燃料の再処理で得られる回収ウランを除き、濃縮ウランを含む核燃料ペレットを含まないようにしてもよい。
【発明の効果】
【0038】
本発明によれば、製造性および経済性に優れたガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するための核燃料ペレットの製造方法、および燃料集合体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】第１の実施形態に係るガドリニア添加ＭＯＸペレットの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図2】第２の実施形態に係るガドリニア添加ＭＯＸペレットの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図3】第１の実施形態に係る燃料集合体の全体構造を表す縦断面図である。
【図4】第２の実施形態に係る燃料集合体における燃料配置を模式的に示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0040】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0041】
まず、第１および第２の実施形態に係るガドリニア添加ＭＯＸペレットの製造方法について説明する。その後、製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットを使用した燃料集合体に係る２つの実施形態について説明する。
【0042】
＜ガドリニア添加ＭＯＸペレット（第１の実施形態）＞
第１の実施形態に係るガドリニア添加ＭＯＸペレットの製造方法について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る製造フローは、ステップＳ１１～ステップＳ１５を含む。このうち、ステップＳ１１～Ｓ１３は、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するために用いられる（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する工程である。（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットは、Ｇｄ２Ｏ３添加ＵＯ２ペレットであり、二酸化ウラン（ＵＯ２）にガドリニウム（Ｇｄ）を固溶させた核燃料ペレットである。
第１の実施形態に係るガドリニア添加ＭＯＸペレットの製造方法について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る製造フローは、ステップＳ１１～ステップＳ１５を含む。このうち、ステップＳ１１～Ｓ１３は、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するために用いられる（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する工程である。（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットは、Ｇｄ２Ｏ３添加ＵＯ２ペレットであり、二酸化ウラン（ＵＯ２）にガドリニウム（Ｇｄ）を固溶させた核燃料ペレットである。
【0043】
以下、図１に沿って、第１の実施形態の製造方法について説明する。
【0044】
ステップＳ１１：焼結助剤およびガドリニア粉末を混合、成形および焼結して、焼結体を製造する。焼結助剤は、酸化アルミニウム粉末（Ａｌ２Ｏ３）および／または二酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ２）を含む。すなわち、焼結助剤は、酸化アルミニウム粉末のみを含んでよく、二酸化ケイ素粉末のみを含んでよく、あるいは、酸化アルミニウム粉末と二酸化ケイ素粉末の両方を任意の割合で含んでもよい。
【0045】
焼結助剤とガドリニア粉末を混合する際において、焼結助剤とガドリニア粉末との混合比は、所要の焼結性を確保する観点から、モル比で焼結助剤：ガドリニア粉末＝９：１～７：３であることが好ましい。
【0046】
上記のように焼結助剤およびガドリニア粉末を混合した後、円柱状等の所定の形状に成形する。その後、成形体を加熱、焼結して焼結体を製造する。焼結温度は、共晶温度以上の温度である。
【0047】
Ａｌ２Ｏ３－Ｇｄ２Ｏ３系の結晶では、共晶温度は１７２０℃と報告されている（水野他、“Al2O3-Eu2O3およびAl2O3-Gd2O3系の高温状態図”,窯業協会誌 85[11] 1977 543-548）。また、Ｇｄ２Ｏ３－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２系では１４００℃付近に共晶点があると報告されている（U.Kolitsch, et al., “Phase relationships in the system Gd2O3-Al2O3-SiO2”, J. Alloys Compd. 257 (1997) 104-114）。これらの点を考慮して、ステップＳ１１の焼結温度は、たとえば１７００～１８００℃とする。
【0048】
ステップＳ１２：ステップＳ１１で得られた焼結体を粉砕して、ガドリニア入り焼結助剤粉末を生成する。このように、ステップＳ１１の焼結体を粉砕することにより、ガドリニアが添加された焼結助剤粉末が得られる。
【0049】
ステップＳ１３：二酸化ウラン粉末（ＵＯ２粉末）と、ステップＳ１２で得られたガドリニア入り焼結助剤粉末とを混合、成形、焼結および研削して、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する。
【0050】
二酸化ウラン粉末（ＵＯ２粉末）と、ステップＳ１２で得られたガドリニア入り焼結助剤粉末とを混合させる際、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットに対するガドリニア入り焼結助剤粉末の質量比は、たとえば、１００～２０００ｗｔｐｐｍである。質量比の下限値（１００ｗｔｐｐｍ）は、直径１５μｍの真球と仮定した（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２またはＭＯＸ結晶の粒を１ｎｍ厚さで被覆するために必要なガドリニア入り焼結助剤粉末の量と、実験結果に基づいて決定した値である。質量比の上限値（２０００ｗｔｐｐｍ）は、ガドリニア入り焼結助剤粉末をそれ以上添加しても、ガドリニア添加ＭＯＸペレットの結晶粒径および固溶性がさらに改善されることがないことが実験結果から確かめられていることから決定した値である。なお、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットの所要のガドリニウム濃度に応じて、上記質量比を２０００ｗｔｐｐｍ以上としてもよい。
【0051】
ステップＳ１３において、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造するための焼結温度は、たとえば１７００～１８００℃である。
【0052】
ステップＳ１３では、焼結により得られた焼結体（たとえば鼓状）を所定の形状（たとえば円柱状）に研削する。なお、研削工程は、必須ではなく適宜省略してもよい。
【0053】
なお、ステップＳ１３において、ガドリニア入り焼結助剤粉末と二酸化ウラン粉末を混合する際、これらに加えてガドリニア粉末および／または（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２回収材を混合してもよい。（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２回収材とは、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットの製造工程で生じる不良ペレット（スクラップペレット）を粉砕および／または微粉化した粉末のことである。また、「粉砕」は粉砕機等の機械を用いて焼結体を粉砕することを意味し、「微粉化」は焼結体を酸化により粉化することを意味する。粉砕と微粉化の両方を行ってもよい。
【0054】
ステップＳ１４：ステップＳ１３において製造された（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを粉砕および／または微粉化したものを、ガドリニア濃度調整用の二酸化ウラン粉末と混合して、ガドリニア添加二酸化ウラン粉末（ＵＯ２＋（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２粉末）を生成する。
【0055】
以上のステップＳ１１～Ｓ１４を経て、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するために用いられるガドリニア添加二酸化ウラン粉末が得られる。
【0056】
上記のステップＳ１１～Ｓ１４ではプルトニウムを扱わないため、ステップＳ１１～Ｓ１４は、ＭＯＸ工場を大幅に改造することなく、従来の希釈用ＵＯ２粉末製造施設またはウラン燃料成形加工施設で行うことができる。なお、ＭＯＸ工場内のプルトニウムを扱わないエリアでステップＳ１１～Ｓ１４を行ってガドリニア添加二酸化ウラン粉末を製造してもよい。
【0057】
なお、ガドリニア入り焼結助剤粉末は、焼結助剤成分（Ａｌ２Ｏ３および／またはＳｉＯ２）とガドリニアを含むものであれば、上記以外の方法で生成されてもよい。たとえば、焼結助剤、ガドリニア粉末および二酸化ウラン粉末を混合、成形および焼結して製造された焼結体を粉砕および／または微粉化することにより、ガドリニア入り焼結助剤粉末を生成してもよい。
【0058】
次に、上記のようにして製造されたガドリニア添加二酸化ウラン粉末を用いて、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造する工程について説明する。
【0059】
ステップＳ１５：ＭＯＸ粉末と、ステップＳ１４で得られたガドリニア添加二酸化ウラン粉末とを混合、成形、焼結および研削して、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造する。ここで、ＭＯＸ粉末とは、ウラン（Ｕ），プルトニウム（Ｐｕ），アメリシウム（Ａｍ）を含有する二酸化物粉末のことである。ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するための焼結温度は、たとえば１７００～１８００℃である。
【0060】
ステップＳ１５の混合工程においては、従来のＭＯＸペレットの製造と同様に、たとえば、一次混合、および凝集体をメッシュで取り除く篩い分けを行った後、最終的なプルトニウム濃度に調整するための二次混合を行う。研削工程では、焼結工程で得られた焼結体を研削して円柱状のペレットとする。
【0061】
なお、ガドリニア添加二酸化ウラン粉末とＭＯＸ粉末を混合する際、これらに加えてＭＯＸ回収材を混合してもよい。ＭＯＸ回収材とは、ＭＯＸペレットの製造工程で生じる不良ペレット（スクラップペレット）を粉砕および／または微粉化した粉末のことである。
【0062】
以上説明したステップＳ１１～Ｓ１５を経て、ガドリニア添加ＭＯＸペレットが製造される。
【0063】
第１の実施形態に係る核燃料ペレットの製造方法では、ＭＯＸ粉末と希釈用のＵＯ２粉末とを混合する前に、焼結助剤（Ａｌ２Ｏ３および／またはＳｉＯ２）をガドリニア粉末と共晶温度以上で予め反応させておき（ステップＳ１１）、その後、ステップＳ１１の焼結体に基づいて得られるガドリニア添加二酸化ウラン粉末（ＵＯ２＋（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２粉末）をＭＯＸ粉末に添加する（ステップＳ１５）。このように焼結助剤粉末をガドリニア粉末と予め反応させておくことで、ガドリニア粉末をＭＯＸ粉末に直接添加する場合に比べて、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するための焼結の際において、焼結性の低下を緩和することができる。
【0064】
より詳しくは、焼結助剤は単体ではＭＯＸ粉末との焼結時に溶融せず液相を生じないが、予めガドリニアと共晶反応することでステップＳ１５の焼結温度で液相が生じやすくなる。このように焼結助剤をガドリニア粉末と予め共晶反応させておくことで、ステップＳ１５の焼結の際に液相焼結を実現することができる。焼結中に液相が生じることで粒成長が促進されるため、焼結性（すなわち、粒径および均一性）を高めることが可能となる。焼結性が改善することによって、ガドリニア添加ＭＯＸペレットの歩留まりが向上して製造コストの低減を図ることができたり、プルトニウム装荷量の改善を図ることができる。
【0065】
さらに、本実施形態では、ＭＯＸペレット製造前において二段階の焼結工程（すなわち、ステップＳ１１とステップＳ１３）を行うことにより、ＵＯ２へのＧｄの固溶反応を予め進めておくことができる。その結果、ステップＳ１５の焼結の際に、焼結性をより高めることができる。
【0066】
また、中間材であるガドリニア添加二酸化ウラン粉末の製造においてはプルトニウムを取り扱わないため、従来の希釈用ＵＯ２粉末製造施設またはウラン燃料成形加工施設を用いてガドリニア添加二酸化ウラン粉末を製造することができる。このため、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するためにＭＯＸ工場を大幅に改造する必要がない。すなわち、ＭＯＸ工場では、従来の希釈用ウラン粉末とＭＯＸ粉末を混合する設備を用いて、ガドリニア添加二酸化ウラン粉末（ＵＯ２＋（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２粉末）とＭＯＸ粉末を混合すればよい。よって、本実施形態によれば、ガドリニア添加ＭＯＸペレットの製造性および経済性を向上させることができる。
【0067】
また、本実施形態の製造方法により製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットを用いて燃料集合体を構成することで、燃料集合体あたりのプルトニウムの装荷量を増加させることができる。その結果、プルトニウム消費を加速することができるようになる。
【0068】
＜ガドリニア添加ＭＯＸペレット（第２の実施形態）＞
次に、第２の実施形態に係るガドリニア添加ＭＯＸペレットの製造方法について説明する。図２に示すように、本実施形態に係る製造フローは、ステップＳ２１～ステップＳ２３を含む。このうち、ステップＳ２１は、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するために用いられる（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する工程である。第１の実施形態との相違点は、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットの製造方法である。
次に、第２の実施形態に係るガドリニア添加ＭＯＸペレットの製造方法について説明する。図２に示すように、本実施形態に係る製造フローは、ステップＳ２１～ステップＳ２３を含む。このうち、ステップＳ２１は、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するために用いられる（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する工程である。第１の実施形態との相違点は、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットの製造方法である。
【0069】
以下、図２に沿って、第２の実施形態の製造方法について説明する。
【0070】
ステップＳ２１：焼結助剤、ガドリニア粉末および二酸化ウラン粉末を混合、成形、焼結および研削して、（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造する。焼結助剤は、第１の実施形態と同様に、酸化アルミニウム粉末および／または二酸化ケイ素粉末を含む。
【0071】
（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットに対する焼結助剤の質量比は、７０～２５００ｗｔｐｐｍである。質量比の下限値（７０ｗｔｐｐｍ）は、直径１５μｍの真球と仮定した（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２またはＭＯＸ結晶の粒を１ｎｍ厚さで被覆するために必要な焼結助剤粉末の量と、実験結果に基づいて決定した値である。質量比の上限値（２５００ｗｔｐｐｍ）は、焼結助剤粉末をそれ以上添加しても、ガドリニア添加ＭＯＸペレットの結晶粒径および固溶性がさらに改善されることがないことが実験結果から確かめられていることから決定した値である。
【0072】
（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを製造するための焼結温度は、共晶温度以上の温度であり、たとえば１７００～１８００℃である。
【0073】
ステップＳ２１では、焼結により得られた焼結体（たとえば鼓状）を円柱状に研削する。なお、研削工程は、必須ではなく適宜省略してもよい。
【0074】
ステップＳ２２：ステップＳ２１で製造された（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２ペレットを粉砕および／または微粉化したものを、ガドリニア濃度調整用の二酸化ウラン粉末と混合して、ガドリニア添加二酸化ウラン粉末（ＵＯ２＋（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２粉末）を生成する。ステップＳ２２は、第１の実施形態で説明したステップＳ１４と同様である。
【0075】
ステップＳ２３：ＭＯＸ粉末と、ステップＳ２２で得られたガドリニア添加二酸化ウラン粉末とを混合、成形、焼結および研削して、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造する。ステップＳ２３は、第１の実施形態で説明したステップＳ１５と同様である。
【0076】
なお、ガドリニア添加二酸化ウラン粉末とＭＯＸ粉末を混合する際、これらに加えてＭＯＸ回収材を混合してもよい。
【0077】
また、ガドリニア添加ＭＯＸペレットに対する、焼結助剤に含まれるＡｌおよびＳｉの質量比は、２５～５００ｗｔｐｐｍである。
【0078】
以上説明したステップＳ２１～２３を経て、ガドリニア添加ＭＯＸペレットが製造される。
【0079】
第２の実施形態の製造方法では、ＭＯＸ粉末と希釈用のＵＯ２粉末とを混合する前に、焼結助剤（Ａｌ２Ｏ３および／またはＳｉＯ２）をガドリニア粉末および二酸化ウラン粉末と共晶温度以上の温度で予め反応させておき（ステップＳ２１）、その後、ステップＳ２１の焼結体に基づいて得られるガドリニア添加二酸化ウラン粉末（ＵＯ２＋（Ｕ，Ｇｄ）Ｏ２粉末）をＭＯＸ粉末に添加する（ステップＳ２３）。このように焼結助剤粉末をガドリニア粉末およびＵＯ２粉末と予め反応させておくことで、ガドリニア粉末をＭＯＸ粉末に直接添加する場合に比べて、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するための焼結の際において、焼結性の低下を緩和することができる。すなわち、焼結助剤をガドリニア粉末および二酸化ウラン粉末と予め共晶反応させておくことで、ステップＳ２３の焼結の際に液相焼結を実現できる。その結果、第１の実施形態の場合と同様に、ガドリニア添加ＭＯＸペレットの焼結性（すなわち、粒径および均一性）を高めることが可能となる。焼結性が改善することによって、製造コストの低減およびプルトニウム装荷量の改善を図ることができる。
【0080】
さらに、本実施形態では、ＭＯＸペレット製造前において焼結工程（すなわち、ステップＳ２１）を行うことにより、ＵＯ２へのＧｄの固溶反応を予め進めておくことができる。その結果、ステップＳ２３の焼結の際に、焼結性をより高めることができる。
【0081】
また、中間材であるガドリニア添加二酸化ウラン粉末の製造においてプルトニウムを取り扱わないため、従来の希釈用ＵＯ２粉末製造施設またはウラン燃料成形加工施設を用いてガドリニア添加二酸化ウラン粉末を製造することができる。このため、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するためにＭＯＸ工場を大幅に改造する必要がない。よって、ガドリニア添加ＭＯＸペレットの製造性および経済性を向上させることができる。
【0082】
以上説明したように、第１および第２の実施形態によれば、製造性および経済性に優れたガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造することが可能となる。
【0083】
また、本実施形態の製造方法により製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットを用いて燃料集合体を構成することで、燃料集合体あたりのプルトニウムの装荷量を増加させることができる。その結果、プルトニウム消費を加速することができるようになる。
【0084】
次に、第１および第２の実施形態に係る製造方法により製造されるガドリニア添加ＭＯＸペレットを用いた燃料集合体に係る２つの実施形態について説明する。
【0085】
＜燃料集合体（第１の実施形態）＞
図３は、第１の実施形態に係る燃料集合体１１の全体構造を表す縦断面図である。
図３は、第１の実施形態に係る燃料集合体１１の全体構造を表す縦断面図である。
【0086】
燃料集合体１１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）または改良型ＢＷＲ（Ａｄｖａｎｃｅｄ－ＢＷＲ：ＡＢＷＲ）に装荷されるように構成されている。
【0087】
燃料集合体１１は、正方格子状に配列された複数の燃料棒１２と、複数の燃料棒１２の水平面内の中央領域に配置されたウォータロッド１３（ここでは２本）と、燃料棒１２およびウォータロッド１３を束ね、軸方向に隔設された複数のスペーサ１４と、燃料棒１２およびウォータロッド１３の上端を保持する上部タイプレート１５と、燃料棒１２およびウォータロッド１３の下端を保持する下部タイプレート１６と、スペーサ１４で束ねられた燃料棒１２の束を取り囲み、上部タイプレート１５に取り付けられたチャンネルボックス１７と、を備える。なお、ウォータロッド１３は複数の燃料棒１２の中央領域に配置される場合に限られず、中央領域以外の領域に配置されてもよい。
【0088】
各燃料棒１２は、燃料被覆管を有し、その中に複数の核燃料ペレットが装填されている。燃料被覆管の両端は端栓で気密に塞がれている。
【0089】
燃料集合体１１が有する複数の燃料棒１２のうち少なくとも１本には、第１または第２の実施形態に係る製造方法により製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットが装填されている。
【0090】
また、燃料集合体１１に使用されるガドリニア添加ＭＯＸペレットの種類は１種類のみである。すなわち、燃料集合体１１に使用されるガドリニア添加ＭＯＸペレットのプルトニウム富化度は１種類のみである。プルトニウム富化度は、たとえば５ｗｔ％以上である。
【0091】
上記のように、本実施形態に係る燃料集合体１１では、ガドリニア添加ＭＯＸペレットのプルトニウム富化度を１種類のみとすることで、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを製造するＭＯＸ工場において取り扱う材料の種類の増加をできる限り抑制することができる。すなわち、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを採用する場合、製造工程で管理が必要な材料の種類が増加し、製造工程の制約となるおそれがあるところ、本実施形態の燃料集合体によれば、ガドリニア添加ＭＯＸペレットのプルトニウム富化度を１種類のみとすることにより、ＭＯＸ工場において取り扱う材料の種類が増えることをできる限り抑制することができる。
【0092】
＜燃料集合体（第２の実施形態）＞
次に、第１または第２の実施形態に係る製造方法により製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットを用いた燃料集合体に係る第２の実施形態について説明する。第１の実施形態の燃料集合体との相違点は、ウラン燃料棒（ＵＯ２燃料棒）を排除し、燃料棒をすべてＭＯＸ燃料棒とした点である。
次に、第１または第２の実施形態に係る製造方法により製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットを用いた燃料集合体に係る第２の実施形態について説明する。第１の実施形態の燃料集合体との相違点は、ウラン燃料棒（ＵＯ２燃料棒）を排除し、燃料棒をすべてＭＯＸ燃料棒とした点である。
【0093】
図４は、第２の実施形態に係る燃料集合体２１における燃料配置を模式的に示す横断面図である。図４において、１０行１０列の各格子は燃料棒を示している。燃料棒Ｇ１はコーナ位置に配置された燃料棒であり、燃料棒Ｇ２はコーナ位置から最外周燃料層の１燃料棒ピッチ分だけ離れた位置に配置された燃料棒である。燃料棒Ｐは、部分長（短尺）の燃料棒である。また、図４において、符号ＷＲはウォータロッドを示し、符号３０は制御棒を示している。
【0094】
燃料集合体２１は、ＢＷＲまたはＡＢＷＲに装荷されるように構成されている。燃料集合体２１の概略的な構造は、図３を参照して説明した燃料集合体１１と同様である。すなわち、燃料集合体２１は、複数の燃料棒１２と、ウォータロッド１３と、複数のスペーサ１４と、上部タイプレート１５と、下部タイプレート１６と、チャンネルボックス１７と、を備える。
【0095】
燃料棒Ｇ１および／または燃料棒Ｇ２には、第１または第２の実施形態に係る製造方法により製造されたガドリニア添加ＭＯＸペレットが装填されている。本実施形態では、燃料棒Ｇ１，Ｇ２には、プルトニウム富化度が比較的低いガドリニア添加ＭＯＸペレットが装填されている。
図４に示すように、ウォータロッドＷＲに近い中央領域には、プルトニウム富化度が比較的高いＭＯＸ燃料棒が配置されている。
図４に示すように、ウォータロッドＷＲに近い中央領域には、プルトニウム富化度が比較的高いＭＯＸ燃料棒が配置されている。
【0096】
図４の燃料配置を採った燃料集合体のみを改良型ＢＷＲの炉心に装荷した場合における、核分裂性プルトニウムの消費量（Ｐｕｆ消費量）の評価結果（計算結果）を表１に示す。核分裂性プルトニウムの年間消費量は従来のＭＯＸ燃料を使用する場合と比較して約２０％増加することが分かる。なお、他のＢＷＲ炉型や集合体設計であっても、プルトニウム消費量は増加すると考えられる。
【表1】
【0097】
なお、図４では１０行１０列の構成例を示したが、これに限られず、８行８列、９行９列、１１行１１列等の構成であってもよい。また、図４の燃料棒の配置は一例に過ぎず、ガドリニア添加ＭＯＸペレットが装填された燃料棒を反応度制御の必要性が比較的高い位置に配置するものであれば、これに限られない。
【0098】
また、燃料集合体２１の複数の燃料棒に装填される核燃料ペレットはすべてプルトニウムを含み、使用済燃料の再処理で得られる回収ウランを除き、濃縮ウランを含む核燃料ペレットを含まないようにしてもよい。これにより、材料の種類を最小限に抑え、燃料集合体の製造コストを低減させることができる。
【0099】
上記のように、第２の実施形態に係る燃料集合体２１では、ＵＯ２燃料棒を排除し、すべての燃料棒をＭＯＸ燃料棒とし、ガドリニア添加ＭＯＸペレットを装填した燃料棒Ｇ１，Ｇ２をコーナ位置等、一部の位置に配置するようにした。これにより、上記評価例から分かるように、プルトニウム消費量を増加させることができる。
【0100】
また、第２の実施形態によれば、ＵＯ２燃料棒を用いないため、ＭＯＸ工場のみで燃料集合体を製造することが可能となる。
【0101】
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【0102】
１１，２１ 燃料集合体
１２ 燃料棒
１３ ウォータロッド
１４ スペーサ
１５ 上部タイプレート
１６ 下部タイプレート
１７ チャンネルボックス
３０ 制御棒
１２ 燃料棒
１３ ウォータロッド
１４ スペーサ
１５ 上部タイプレート
１６ 下部タイプレート
１７ チャンネルボックス
３０ 制御棒
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
