特許 7570297 燃料集合体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-10

(45)【発行日】2024-10-21

(54)【発明の名称】燃料集合体

(51)【国際特許分類】

   G21C 3/30 20060101AFI20241011BHJP

   G21C 3/328 20060101ALI20241011BHJP

   G21C 3/33 20060101ALI20241011BHJP

【ＦＩ】

G21C3/30 100

G21C3/328 200

G21C3/33 800

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021118864

(22)【出願日】2021-07-19

(65)【公開番号】P2023014731

(43)【公開日】2023-01-31

【審査請求日】2023-10-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 喬

(72)【発明者】

【氏名】中里 道

(72)【発明者】

【氏名】加内 雅之

(72)【発明者】

【氏名】浅野 耕司

(72)【発明者】

【氏名】左藤 大介

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－０４６２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０６１９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－００６７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２０１５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５１２５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第２６３２７２６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】国際公開第２０２０／２２９２８８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｃ ３／３０

Ｇ２１Ｃ ３／３２８

Ｇ２１Ｃ ３／３３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二酸化ウランを含むウラン燃料が封入される複数のウラン燃料棒と、
ウラン－プルトニウム混合酸化物を含むＰｕ燃料が封入される複数のＰｕ燃料棒と、
内部に燃料が封入されない複数の案内管と、
前記ウラン燃料棒、前記Ｐｕ燃料棒及び案内管が、正方格子のそれぞれのセルに配列される支持体と、を備え、
前記ウラン燃料棒は、前記セルの角が接するセルの少なくとも１つに前記案内管が配置されるセルに配置される燃料集合体。

【請求項2】

前記支持体の中央を中心として、対称に、前記ウラン燃料棒および前記Ｐｕ燃料棒が配置される請求項１に記載の燃料集合体。

【請求項3】

前記案内管は、内部に制御棒が挿入される制御棒案内管を含む請求項１または請求項２に記載の燃料集合体。

【請求項4】

前記案内管は、制御棒が挿入される制御棒案内管と、前記支持体の中央に配置され、炉内計装器が挿入される炉内計装案内管と、を有し、
前記炉内計装案内管は、前記セルの角が接するセルの少なくとも１つに前記ウラン燃料棒が配置される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料集合体。

【請求項5】

前記支持体の中央に配置され、炉内計装器が挿入される炉内計装案内管を有し、
前記炉内計装案内管は、前記セルの面または角が接するセルのいずれにも前記ウラン燃料棒が配置されない請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料集合体。

【請求項6】

前記ウラン燃料棒は、新燃料時にウラン－プルトニウム混合酸化物を含まない請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料集合体。

【請求項7】

前記Ｐｕ燃料棒は、前記Ｐｕ燃料棒と前記ウラン燃料棒の合計の本数に対する割合が、６０％以上である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃料集合体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃料集合体に関する。

【背景技術】

【0002】

原子力発電プラントの一つとして、加圧水型原子炉を有するプラントがある。この加圧水型原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させるものであり、この蒸気をタービン発電機へ送って発電することができる。

【0003】

このような、原子炉では、安全に運転を行いつつ、より多くの出力を得るために、原子炉内の各部の好適な配置が提案されている。例えば、特許文献１には、複数の種類の制御棒を用い、制御棒の配置を調整することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－８４５５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、燃料として、ＭＯＸ（ウラン・プルトニウム混合酸化物）燃料を含む燃料棒（Ｐｕ燃料棒）を用いることが検討されている。炉心に用いる燃料棒を全てＰｕ燃料棒に用いずに、Ｐｕ燃料棒とウラン燃料棒とを混合して配置することも検討されている。種類の異なる燃料棒を配置した燃料集合体を用いる場合も、安全に運転し、原子炉を停止することができると共に、効率よくエネルギーを取り出すことが求められる。

【0006】

本開示は、このような問題に鑑みてなされたものであり、燃料棒をより適切に配置した燃料集合体の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための燃料集合体は、二酸化ウランを含むウラン燃料が封入される複数のウラン燃料棒と、ウラン－プルトニウム混合酸化物を含むＰｕ燃料が封入される複数のＰｕ燃料棒と、内部に燃料が封入されない複数の案内管と、前記ウラン燃料棒、前記Ｐｕ燃料棒及び案内管が、正方格子のそれぞれのセルに配列される支持体と、を備え、前記ウラン燃料棒は、前記セルの面または角が接するセルの少なくとも１つに前記案内管が配置されるセルに配置される。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、Ｐｕ燃料棒とウラン燃料棒とを適切に配置することができ、原子炉を安全に停止するための能力を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、加圧水型原子炉を表す縦断面図である。

【図2】図２は、炉心を模式的に示す説明図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る燃料集合体を模式的に表した構成図である。

【図4】図４は、燃料集合体を軸方向に直交する面で切ったときの断面図である。

【図5】図５は、本実施形態の燃料集合体の燃料棒の配置の一例を模式図である。

【図6】図６は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。

【図7】図７は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。

【図8】図８は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。

【図9】図９は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。

【図10】図１０は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。

【図11】図１１は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。

【図12】図１２は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。

【図13】図１３は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。

【図14】図１４は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。

【図15】図１５は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。

【図16】図１６は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。

【図17】図１７は、Ｐｕ燃料棒の割合と制御棒価値との関係を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に添付図面を参照して、本発明に係る燃料集合体の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

【0011】

原子力発電プラントは、図示しないが、原子炉格納容器内に配置される原子炉及び蒸気発生器と、蒸気タービン発電設備とを有している。本実施形態の原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。

【0012】

図１は、加圧水型原子炉を表す縦断面図である。図１に示すように、加圧水型原子炉１０において、原子炉容器１１は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体１２とその上部に装着される原子炉容器蓋１３により構成されており、この原子炉容器本体１２に対して原子炉容器蓋１３が複数のスタッドボルト１４及びナット１５により開閉可能に固定されている。

【0013】

原子炉容器本体１２は、上部が開口し、下部が半球形状をなして閉塞された円筒形状をなしており、上部に一次冷却水（冷却材）としての軽水を供給する入口ノズル１６と、軽水を排出する出口ノズル１７が形成されている。原子炉容器本体１２は、内部に炉心槽１８が配置され、上部が原子炉容器本体１２の内壁面に支持されている。上部炉心支持板１９は、原子炉容器本体１２の内部に配置され、上部が炉心槽１８の上部に支持されている。上部炉心板２０は、複数の炉心支持ロッド２１により上部炉心支持板１９に吊下げ支持されている。

【0014】

炉心槽１８は、下方に下部炉心支持板２２が支持され、下部炉心支持板２２は、外周部が位置決め部材２３により原子炉容器本体１２の内壁面に位置決め支持されている。炉心槽１８は、下部に下部炉心板２４が支持されている。炉心２５は、多数の燃料集合体２６が配置されて構成されており、内部に多数の制御棒２７が配置され、この制御棒２７は、燃料集合体２６に挿入可能となっている。上部炉心支持板１９は、多数の制御棒クラスタ案内管２８が固定され、内部に制御棒２７が挿通可能となっている。原子炉容器蓋１３は、半球形状をなし、制御棒駆動装置２９が配置され、複数の制御棒クラスタ駆動軸３０が制御棒クラスタ案内管２８内に挿通され、下端部に制御棒２７が連結されている。制御棒駆動装置２９は、各制御棒２７を炉心２５に対して抜き差しすることで、原子炉出力を制御する。

【0015】

（炉心）
図２は、炉心を模式的に示す説明図である。図３は、本実施形態に係る燃料集合体を模式的に表した構成図である。図４は、燃料集合体を軸方向に直交する面で切ったときの断面図である。図２に示すように、原子炉には、炉心槽１８が格納されている。炉心槽１８は、複数の燃料集合体２６を含む。なお、燃料の交換は、燃料集合体２６単位で行われる。

【0016】

燃料集合体２６は、図３及び図４に示すように、断面方形状に形成され、例えば、１７×１７のセル（マス目）７０を有する正方格子で支持体を備える。そして、１７×１７のセル７０のうち、２４個のセル７４には、それぞれ制御棒２７が挿入され、集合体中心のセル７５には、炉内核計装が挿入される。このとき、制御棒２７が挿入されるセル４０を制御棒案内管７４、炉内核計装が挿入されるセル７０を計装案内管７５という。また、その他のセル７０には、燃料棒５５がそれぞれ挿入される。燃料集合体２６が加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）に用いられる場合、燃料集合体２６は、その外側が開放されている。燃料集合体６は、外側に集合体間ギャップ７２が存在する。

【0017】

燃料集合体２６の内部は、減速材（冷却材）７３で満たされると共に、複数の制御棒および炉内核計装が挿入可能となるように構成されている。燃料棒５５は、円柱形状となる複数の燃料ペレットを軸方向に並べて配設し、その外側が被覆管によって覆われている。

【0018】

燃料集合体２６は、２６４本の燃料棒５５と、制御棒が挿入される２４本の制御棒案内管７４と、炉内計装用検出器が挿入される１本の計装案内管７５と、これらを束ねるグリッド５８とを有している。また、燃料集合体２６は、燃料棒５５の軸方向上側に設けられた上部ノズル５９と、軸方向下側に設けられた下部ノズル６０とを有し、上部ノズル５９および下部ノズル６０は、燃料棒５５、制御棒案内管７４および計装案内管７５の軸方向の上端部および下端部をそれぞれ固定している。

【0019】

図５は、本実施形態の燃料集合体の燃料棒の配置の一例を模式図である。本実施形態の燃料集合体１００は、燃料棒５５として、Ｐｕ燃料棒８０と、ウラン燃料棒８２と、を含む。Ｐｕ燃料棒８０は、二酸化プルトニウムと二酸化ウランとの混合物を所定の含有率で含むＰｕ燃料を、円柱形状のペレットに成形して燃料被覆管に封入したものである。Ｐｕ燃料棒８０は、例えば、新燃料時に、ウラン燃料棒８２の反応度と等価となるよう調合される。ウラン燃料は、例えば濃縮度４．９５重量％の二酸化ウランを含む。また、Ｐｕ燃料は、二酸化プルトニウムと二酸化ウランとの混合物を、ウラン燃料と等価の反応度となる含有率で含む。ウラン燃料棒８２は、二酸化ウラン（ＵＯ_２）を所定の含有率で含むウラン燃料を、円柱形状のペレットに成形して燃料被覆管に封入したものである。ウラン燃料は、ガドリニウムなどを含んでもよい。

【0020】

本実施形態の燃料集合体１００は、上述したように、正方格子でセルが配置された支持体の各セルにＰＵ燃料棒８０と、ウラン燃料棒８２と、制御棒案内管７４と、計装案内管７５が配置される。

【0021】

計装案内管７５は、上述したように支持体の中央のセルに配置される。制御棒案内管７４は、支持体のセルに分散して配置される。制御棒案内管７４は、最も近い制御棒案内管７４と１つ以上のセルを介して配置される。また、制御棒案内管７４は、支持体のセルに点対称かつ線対称で配置される。

【0022】

燃料集合体１００は、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の総数に対するＰｕ燃料棒８０の割合が８２％となる。Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２は、セルのうち、制御棒案内管７４と計装案内管７５とが配置されていないセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、支持体の周方向の４カ所にそれぞれ配置される。ウラン燃料棒８２は、配置されるセルの角または辺で接するセル、つまり、縦横斜めのいずれかに隣接する８つのセルの少なくとも１つに制御棒案内管７４が配置される。つまり、ウラン燃料棒８２は、制御棒案内管７４が配置されたセルと接するセルに配置される。また、燃料集合体１００は、ウラン燃料棒８２が配置されている領域に４つの制御棒案内管７４がそれぞれ配置される。燃料集合体１００は、４カ所のウラン燃料棒８２が配置される領域を囲むセルにＰｕ燃料棒８２配置がされる。

【0023】

次に、図６から図１６を用いて、燃料の配置の他の例を説明する。ここで、図６から図１６は、制御棒案内管７４と計装案内管７５の位置は、燃料集合体１００と同じであり、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の総数に対するＰｕ燃料棒８０の割合、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の配置位置が異なる例である。

【0024】

図６は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。図６に示す燃料集合体１００ａは、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の総数に対するＰｕ燃料棒８０の割合が７９％となる。Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２は、セルのうち、制御棒案内管７４と計装案内管７５とが配置されていないセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、計装案内管７５に最も近い４本の制御棒案内管７４、図中、計装案内管７５の前後左右に配置され最も近い４本制御棒案内管７４の周囲の８つのセルに配置される。また、ウラン燃料棒８２は、計装案内管７５から最も遠い４本の制御棒案内管７４の周囲の８のセルのうち、２つの計装案内管７５と接する６つのセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、配置されるセルの角または辺で接するセルの少なくとも１つに制御棒案内管７４が配置される。つまり、ウラン燃料棒８２は、制御棒案内管７４が配置されたセルと接するセルに配置される。燃料集合体１００ａは、ウラン燃料棒８２が配置される領域を囲むセルにＰｕ燃料棒８２が配置される。

【0025】

図７は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。図７に示す燃料集合体１００ｂは、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の総数に対するＰｕ燃料棒８０の割合が８０％となる。Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２は、セルのうち、制御棒案内管７４と計装案内管７５とが配置されていないセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、支持体の周方向の４カ所にそれぞれ配置される。ウラン燃料棒８２は、燃料集合体１００で配置された位置に加え、ウラン燃料棒８２と接する制御棒案内管７４のうち、計装案内管７５から遠い側に配置された制御棒案内管７４に接するセルに配置される。燃料集合体１００ｂは、４カ所のウラン燃料棒８２が配置される領域を囲むセルにＰｕ燃料棒８２が配置される。

【0026】

図８は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。図８に示す燃料集合体１００ｃは、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の総数に対するＰｕ燃料棒８０の割合が８０％となる。Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２は、セルのうち、制御棒案内管７４と計装案内管７５とが配置されていないセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、計装案内管７５を中心としたリング形状、つまり、計装案内管７５から所定距離離間した位置のセルで、かつ、制御棒案内管７４と接するセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、接している制御棒案内管７４を含めて、リング形状となる。燃料集合体１００ｃは、リング状に配置されたウラン燃料棒８２の内側と外側のセルにＰｕ燃料棒８２が配置される。

【0027】

図９は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。図９に示す燃料集合体１００ｄは、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の総数に対するＰＵ燃料棒８０の割合が８０％となる。Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２は、セルのうち、制御棒案内管７４と計装案内管７５とが配置されていないセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、計装案内管７５を中心としたリング形状、つまり、計装案内管７５から所定距離離間した位置のセルで、かつ、制御棒案内管７４と接するセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、接している制御棒案内管７４を含めて、リング形状となる。燃料集合体１００ｄのウラン燃料棒８２は、燃料集合体１００ｃよりも内側のセルに配置され、配置されているセルの支持体外側の部分が直線となる。燃料集合体１００ｄは、リング状に配置されたウラン燃料棒８２の内側と外側のセルにＰｕ燃料棒８２が配置される。

【0028】

図１０は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。図１０に示す燃料集合体１００ｅは、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の総数に対するＰｕ燃料棒８０の割合が８０％となる。Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２は、セルのうち、制御棒案内管７４と計装案内管７５とが配置されていないセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、計装案内管７５及び、計装案内管７５に近い制御棒案内管７４の周囲に配置される。ウラン燃料棒８２は、中心側、つまり計装案内管７５側の面は、他のウラン燃料棒８２、計装案内管７５または制御棒案内管７４と接する。ウラン燃料棒８２は、中心側に密集して配置される。燃料集合体１００ｃは、ウラン燃料棒８２の外側のセルにＰｕ燃料棒８２が配置される。

【0029】

図１１は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。図１１に示す燃料集合体１００ｆは、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の総数に対するＰＵ燃料棒８０の割合が８０％となる。Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２は、セルのうち、制御棒案内管７４と計装案内管７５とが配置されていないセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、制御棒案内管７４の周囲に平均的に配置される。本実施形態の制御棒案内管７４は、接するセルの少なくとも１つにウラン燃料棒８２が配置される。Ｐｕ燃料棒８２は、ウラン燃料８２が配置されていないセルに配置される。

【0030】

図１２は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。図１２に示す燃料集合体１００ｇは、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の総数に対するＰＵ燃料棒８０の割合が６１％となる。Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２は、セルのうち、制御棒案内管７４と計装案内管７５とが配置されていないセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、制御棒案内管７４と計装案内管７５との周囲に平均的に配置される。本実施形態の制御棒案内管７４及び計装案内管７５とは、接するセルの少なくとも４つのセルにウラン燃料棒８２が配置される。Ｐｕ燃料棒８２は、ウラン燃料８２が配置されていないセルに配置される。

【0031】

図１３は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。図１３に示す燃料集合体１００ｈは、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の総数に対するＰｕ燃料棒８０の割合が３２％となる。Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２は、セルのうち、制御棒案内管７４と計装案内管７５とが配置されていないセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、制御棒案内管７４と計装案内管７５との周囲の全てのセルに配置される。本実施形態の制御棒案内管７４及び計装案内管７５とは、接するセルの全てにウラン燃料棒８２が配置される。Ｐｕ燃料棒８２は、ウラン燃料８２が配置されていないセルに配置される。

【0032】

図１４は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。図１０に示す燃料集合体１００ｉは、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の総数に対するＰｕ燃料棒８０の割合が８３％となる。Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２は、セルのうち、制御棒案内管７４と計装案内管７５とが配置されていないセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、計装案内管７５に近い制御棒案内管７４の周囲に配置される。また、ウラン燃料棒８２は、計装案内管７５と接するセルに配置されない。ウラン燃料棒８２は、中心側に密集して配置される。燃料集合体１００ｃは、ウラン燃料棒８２の外側のセルと、計装案内管７５と接するセルにＰｕ燃料棒８２が配置される。燃料集合体１００ｉは、ウラン燃料棒８２が、リング状に配置される。

【0033】

図１５は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。図１６に示す燃料集合体１００ｊは、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の総数に対するＰＵ燃料棒８０の割合が６４％となる。Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２は、セルのうち、制御棒案内管７４と計装案内管７５とが配置されていないセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、制御棒案内管７４の周囲に平均的に配置される。本実施形態の制御棒案内管７４は、接するセルの少なくとも４つのセルにウラン燃料棒８２が配置される。また、ウラン燃料棒８２は、計装案内管７５と接するセルに配置されない。Ｐｕ燃料棒８２は、ウラン燃料８２が配置されていないセルに配置される。

【0034】

図１６は、燃料集合体の燃料棒の配置の他の例を示す模式図である。図１６に示す燃料集合体１００ｋは、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２の総数に対するＰｕ燃料棒８０の割合が３５％となる。Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２は、セルのうち、制御棒案内管７４と計装案内管７５とが配置されていないセルに配置される。ウラン燃料棒８２は、制御棒案内管７４の周囲の全てのセルに配置される。本実施形態の制御棒案内管７４は、接するセルの全てにウラン燃料棒８２が配置される。また、ウラン燃料棒８２は、計装案内管７５と接するセルに配置されない。Ｐｕ燃料棒８２は、ウラン燃料８２が配置されていないセルに配置される。

【0035】

燃料集合体１００（１００、１００ａから１００ｋ）は、以上のように、ウラン燃料棒８０を制御棒案内管７４に接して配置することで、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２を適切に配置することができ、出力を安定させつつ、制御性及び炉停止能力も高くすることができる。つまり、原子炉を安全に停止するための能力を高めることができる。

【0036】

図１７は、Ｐｕ燃料棒割合と制御棒価値との関係を示す概略図である。図１７のグラフは、横軸がＰｕ棒割合であり、縦軸がＰｕ燃料棒割合０％の場合の制御棒価値に対する相対値である。Ｔで示す線は、Ｐｕ燃料棒割合に対する制御棒価値である。図１７に示すように、Ｐｕ燃料棒割合が増えると、燃料棒価値が低下することが分かる。例えば、図５の燃料配置とした場合、燃料棒価値はＴと同等以上となっている。なお、制御棒価値は、燃料集合体について２次元集合体計算により計算されたものである。制御棒価値の計算には、制御棒の材料に炭化ホウ素を用いている。また、既存の炉心の制御棒価値Ｔの計算では、ウラン燃料を燃料とし、制御棒の材料はＡＩＣ（銀－インジウム－カドニウム）を用いている。

【0037】

図１７に示すように、ウラン燃料棒８２の割合が高くなると、制御棒価値が低下、つまり制御棒による炉心停止能力が低下する。これに対して、燃料集合体１００は、Ｐｕ燃料棒８０とウラン燃料棒８２とを混合した燃料とすることで、制御棒価値の低下を抑制することができる。さらに、燃料集合体１００は、制御棒の制御に対する堪能がより高いウラン燃料を制御棒案内管７４に接して配置することで、制御棒価値を高くすることができる。制御棒価値を高くできることで、炉心停止能力を向上することができる。これにより、設計要求を満足する制御棒価値を備える燃料配置とすることができ、かつ、燃料としてより多くのＰｕ燃料棒を用いることができる。

【0038】

また、燃料集合体は、支持体の中央を中心として、対称に、ウラン燃料棒およびＰｕ燃料棒が配置されることが好ましい。このように、燃料集合体の燃料を対象配置とすることで、出力分布を安定させることができる。制御棒案内管も対称に配置することが好ましい。

【0039】

また、燃料集合体は、制御棒案内管７４と計装案内管７５の両方を案内管として、案内管に隣接して、ウラン燃料棒を配置してもよいが、制御棒案内管７４のみを案内管として、ウラン燃料棒を配置することが好ましい。ウラン燃料棒を制御棒案内管７４のみに接する配置とすることで、制御棒価値をより高くすることができ、出力をより安定させることができる。これにより、原子炉を安全に停止するための能力を高めることができる。

【0040】

ここで、燃料集合体は、配列される全燃料棒の本数に対するＰｕ燃料棒の本数の割合は、６０％以上とすることが好ましい。これにより燃料集合体は、より多くのＰｕ燃料を使用することができる。

【符号の説明】

【0041】

１０ 加圧水型原子炉
１１ 原子炉容器
１２ 原子炉容器本体
１３ 原子炉容器蓋
１８ 炉心槽
１９ 上部炉心支持板
２０ 上部炉心板（支持部材）
２５ 炉心
２６ 燃料集合体
２７ 制御棒
５５ 燃料棒
５８ グリッド
５９ 上部ノズル
６０ 下部ノズル
７０ セル
７２ 集合体間ギャップ
７３ 冷却材
７４ 制御棒案内管
７５ 計装案内管
８０ Ｐｕ燃料棒
８２ ウラン燃料棒

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】