JPH0580175A

JPH0580175A - 燃料装荷方法及び原子炉炉心

Info

Publication number: JPH0580175A
Application number: JP4060703A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Nakajima; 章喜中島; Tadao Aoyama; 肇男青山; Kunitoshi Kurihara; 国寿栗原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-07-24
Filing date: 1992-03-17
Publication date: 1993-04-02
Anticipated expiration: 2014-07-05
Also published as: JP2915200B2; US5307387A

Abstract

(57)【要約】【目的】特に高燃焼度用燃料で構成した原子炉炉心の燃
料装荷方法において、使用済燃料集合体の燃焼度差を小
さくし、燃料経済性を向上する【構成】炉心周辺領域１１に装荷する燃料に対し、炉内
２サイクル滞在までは周辺領域２層間でシャッフリング
し、２サイクル滞在後に炉心最外層１３から第４層目の
周辺領域に移動することにより、炉心境界付近の径方向
出力レベルの違いによる燃焼度差を小さくする。また、
その燃料を周辺領域に３サイクル滞在後、炉心中央領域
１０のコントロールセル１２に移動すると共に、中央領
域に３サイクル滞在した燃料を炉心最外層に移動させる
ことにより、中央領域と周辺領域の出力レベルの違いに
よる中央領域に滞在した燃料と周辺領域に滞在した燃料
との燃焼度差を小さくする。以上により、使用済燃料集
合体の燃焼度差が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子炉炉心の燃料装荷方
法に係り、特に高燃焼度燃料で構成した炉心に好適な燃
料装荷方法及びその燃料装荷方法で構成した原子炉炉心
に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉の炉心は、燃料集合体を
四角格子状に配列していくことで構成される。炉心内に
は、各々炉心滞在期間（炉内滞在サイクル数）の異なる
燃料集合体が混在しており、通常、原子炉の定期検査期
間に、炉心全体の約１／４〜１／３の燃料集合体（使用
済みの燃料集合体）を新しい燃料集合体と取替える。炉
心滞在サイクル数が異なれば、燃料集合体の燃焼度及び
無限増倍率が異なる。したがって、炉心を構成する、各
サイクル目燃料の配列が同じ条件でも、注目する炉心位
置に装荷した燃料集合体の滞在サイクル数が異なれば、
燃料集合体の無限増倍率も異なるので、前記燃料集合体
の出力分担割合も異なる。通常の炉心では、炉心運転上
の熱的な制約条件を満足しやすいように、十字型制御棒
の挿入位置に隣接した４体の燃料集合体で構成される炉
心単位セルを、相異なる炉内滞在サイクル数の燃料集合
体で構成する。

【０００３】従来の炉心は、炉心最外周に最大炉内滞在
サイクル数の燃料集合体を装荷し、炉心最外周より内側
では、異なる炉内滞在サイクル数の燃料集合体を一様に
分散させて装荷するのが一般的である。このような均質
な炉心の炉心径方向出力分布は、炉心内側で平坦となる
が、炉心外側では体系の境界があるために大きく歪む。
したがって、炉心の外側に配置した燃料集合体がその位
置に留まっている場合、その燃料集合体は目標の取出燃
焼度に達しないまま、炉外に取り出されることになり、
燃料経済性が悪くなる。通常は、炉心外側に装荷した燃
料集合体を適切に炉内移動（燃料シャッフリング）する
ことで、炉外に取り出される全ての燃料集合体ができる
だけ目標の取出燃焼度に到達するようにする。燃料シャ
ッフリングは、原子炉の停止後、定期検査期間に行う。

【０００４】また、炉心径方向出力分布の炉心外側での
歪みを考慮した従来の燃料装荷方法として特開昭５６−
８７８９１号公報がある。この従来技術は、炉心周辺領
域に装荷される燃料集合体に含まれた可燃性毒物が完全
に燃焼して毒性が残らず、余剰反応度の損失がないよう
にするために、炉心を炉心中央領域と炉心周辺領域に分
け、炉心周辺領域の炉心最外層から第３層目に新燃料集
合体を装荷している。この第３層目に装荷された燃料集
合体は１運転サイクル滞在後、炉心の出力分布を平坦化
することを目的として外側層から第２層目に移動され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術では一般に、異なる炉内滞在サイクル数の燃料集合体
を一様に分散させて装荷し、燃料シャッフリングをする
ことで炉外に取り出される燃料集合体をできるだけ目標
の取出燃焼度に到達するようにしている。しかし、今
後、燃料集合体の高燃焼度化が進み、燃焼サイクル増分
燃焼度が進んでいくと、炉内滞在サイクル数が同じで
も、炉心の内側に装荷された燃料集合体と外側に装荷さ
れた燃料集合体では燃焼度の差が従来に比べ大きくな
る。すなわち、使用済みとなって取り出した燃料集合体
の燃焼度差（燃焼度のバラツキ）が拡大する。

【０００６】また、特開昭５６−８７８９１号公報に記
載の炉心では、可燃性毒物の影響による余剰反応度の損
失の低減と炉心の出力分布の平坦化を目的として新燃料
集合体及び１サイクル滞在後の燃料集合体をそれぞれ最
外層から第３層、第２層目に装荷しているが、炉心内側
に装荷された燃料集合体と外側に装荷された燃料集合体
との燃焼度差を小さくすることについては何ら配慮がさ
れていない。すなわち、この従来技術では、炉心周辺領
域で２サイクル滞在した後の燃料集合体は炉心最外層と
最外層から第４層目の両方に移動し、混在して装荷され
る。このため、炉心周辺領域に装荷された燃料集合体と
炉心中央領域に装荷された燃料集合体との間には無視で
きない取出燃焼度差が生じる。すなわち、炉心から使用
済燃料集合体として取出された燃料集合体の取出燃焼度
の差が大きくなる。

【０００７】ところで、使用済燃料集合体の取出燃焼度
の差が大きいと、取出燃焼度の大きな使用済燃料集合体
に比べて取出燃焼度の小さな使用済燃料集合体は核分裂
性物質を有効に活用しているとはいえない。このため、
燃料経済性が悪くなるという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、使用済燃料集合体の取出
燃焼度差を小さくし、燃料経済性を向上できる原子炉炉
心の燃料装荷方法及び原子炉炉心を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、炉心周辺領域に少なくとも２サイ
クル滞在した燃料集合体を前記炉心周辺領域から取出
し、この燃料集合体を前記炉心周辺領域によって取囲ま
れた炉心中央領域に装荷することを特徴とする燃料装荷
方法が提供される。具体的には、少なくとも連続する２
サイクルの間、装荷位置が変わらない複数の第１の燃料
集合体を含む炉心中央領域と、少なくとも連続する２サ
イクルの各サイクル毎に装荷位置が変わる複数の第２の
燃料集合体を含む炉心周辺領域とを有する原子炉炉心の
燃料装荷方法において、（ａ）少なくとも連続する２サ
イクルの間、前記炉心周辺領域に滞在したあ前記第２の
燃料集合体を取出す第１のステップと；（ｂ）その後、
取出した前記第２の燃料集合体を前記炉心中央領域に移
動させる第２のステップと；を備えることを特徴とする
燃料装荷方法が提供される。

【００１０】上記燃料装荷方法において、好ましくは、
前記炉心周辺領域内における隣接する２層内の第１の領
域に１サイクル滞在した前記第２の燃料集合体を、その
２層内の第２の領域に移動させる。この場合、好ましく
は、前記隣接する２層に２サイクル滞在した前記第２の
燃料集合体を、前記炉心周辺領域内にあるその２層に隣
接した内側の層に移動させる。

【００１１】また、上記燃料装荷方法において、好まし
くは、前記炉心周辺領域内における隣接する２層の一方
で１サイクル滞在した前記第２の燃料集合体を、その２
層の他方に移動させる。この場合、好ましくは、前記一
方の層は外側層とし、他方の層は内側層とする。

【００１２】更に、好ましくは、上記燃料装荷方法にお
いて、前記第２の領域に１サイクル滞在した前記第２の
燃料集合体を、前記２層内の第３の領域に移動させる。
この場合、好ましくは、前記第１及び第３の領域を前記
２層の内側層とし、前記第２の領域を前記２層の外側層
とする。

【００１３】また、前記炉心中央領域に複数のコントロ
ールセルを形成した炉心では、好ましくは、前記第２の
燃料集合体を前記コントロールセルに移動させる。この
場合、上記燃料装荷方法は、更に、前記炉心中央領域に
３サイクル滞在した前記第１の燃料集合体を炉心最外層
に移動させるステップを有することが好ましい。

【００１４】また、上記燃料装荷方法は、更に、前記炉
心中央領域に３サイクル滞在した前記第１の燃料集合体
を炉心最外層及び炉心最外層に隣接した内側層に移動さ
せるステップを備えることが好ましい。

【００１５】一方、上記燃料装荷方法において、前記第
２のステップは、好ましくは、前記第２の燃料集合体を
前記炉心中央領域に分散装荷させる。

【００１６】また、前記炉心中央領域に複数のコントロ
ールセルを形成した炉心では、上記燃料装荷方法は、更
に、前記炉心中央領域に３サイクル滞在した前記第１の
燃料集合体の一部を前記コントロールセルに移動し、残
りを炉心最外層に移動させるステップを有することが好
ましい。

【００１７】更に、前記炉心中央領域に複数のコントロ
ールセルを形成した炉心では、上記燃料装荷方法は、更
に、前記炉心中央領域に３サイクル滞在した前記第１の
燃料集合体の一部を前記コントロールセルに移動し、残
りを炉心最外層に移動させるステップと、前記第２のス
テップで前記炉心中央領域に分散装荷されてこの領域で
１サイクル滞在した前記第２の燃料集合体を、前記炉心
周辺領域内において隣接する２層に隣接する外側層に移
動させるステップとを有することが好ましい。

【００１８】また、上記目的を達成するため、本発明に
よれば、少なくとも連続する２サイクルの間、装荷位置
が変わらない複数の第１の燃料集合体を含む炉心中央領
域と、少なくとも連続する２サイクルの各サイクル毎に
装荷位置が変わる複数の第２の燃料集合体を含む炉心周
辺領域とを有する原子炉炉心の燃料装荷方法において、
平均取出燃焼度に対する最大取出燃焼度の比が１．０８
以下となるように前記第２の燃料集合体を前記炉心周辺
領域から炉心中央領域に移動させることを特徴とする燃
料装荷方法が提供される。

【００１９】更に、上記目的を達成するため、本発明に
よれば、複数のコントロールセルを含む炉心中央領域
と、前記炉心中央領域を取囲み、少なくとも連続する２
サイクルで装荷位置が変わる複数の燃料集合体を含む炉
心周辺領域とを備えることを特徴とする原子炉炉心が提
供される。

【００２０】

【作用】原子炉炉心は有限体系であるので、炉心径方向
出力分布形状（径方向出力レベルの変化）はその体系境
界付近で大きく歪む。この炉心径方向出力分布形状、及
び運転を経験した各サイクル数による燃料集合体の無限
増倍率の相違から、炉心周辺領域に装荷された燃料集合
体は、そのまま同じ位置に滞在すると、（ａ）炉心境界付近（炉心周辺領域）の径方向出力レベ
ルの違いによる燃焼度差；（ｂ）炉心中央領域と炉心周辺領域の出力レベルの違い
による炉心中央領域に滞在した燃料集合体と炉心周辺領
域に滞在した燃料集合体との燃焼度差；が生じ、炉心か
ら取り出された燃料集合体に大きな燃焼度差が生じる。
本発明はこの知見に基づき、上記（ａ）及び（ｂ）の燃
焼度差を小さくして、使用済燃料の取出燃焼度差を小さ
くするものである。

【００２１】本発明では、上記（ａ）及び（ｂ）の燃焼
度差を小さくするために、以下の基本手順を用いる。

【００２２】（Ａ）炉心周辺領域に装荷された燃料集合
体相互間の上記（ａ）による燃焼度差を小さくするた
め、少なくとも２サイクル（好ましくは、炉心に装荷さ
れた後の１，２サイクル目）の間、炉心周辺領域に装荷
された燃料集合体をその炉心周辺領域に滞在させる。

【００２３】（Ｂ）上記（ｂ）の燃焼度差を小さくする
ため、炉心中央領域に比べて径方向出力レベルが低い炉
心周辺領域に滞在した燃料集合体を、径方向出力レベル
が高い炉心中央領域に移動、滞在させる。

【００２４】ここで、上記（Ａ）の基本手順では、炉心
周辺領域での上記径方向出力分布形状に着目し、好まし
くは、径方向出力レベルの差が大きく生じないように炉
心中心からの径方向距離がほぼ等しい位置に滞在させ
る。また、この基本手順では、炉心周辺領域に装荷され
た燃料集合体を少なくとも２サイクルの間、炉心周辺領
域に滞在させる（好ましくは装荷位置を変えて）ことが
重要であり、炉心周辺領域に１サイクル滞在しただけで
炉心中央領域に移動したのでは、炉心の余剰反応度を抑
制するために添加された、中性子吸収材であるガドリニ
ア（Ｇｄ₂Ｏ₃）が燃焼し、炉心装荷後の１，２サイク
ル目の運転を経験する燃料集合体の無限増倍率の変化が
大きいので、使用済燃料集合体の取出燃焼度差を小さく
することが困難である。

【００２５】また、上記（Ｂ）の基本手順に関し、コン
トロールセルの平均無限増倍率は炉心中央領域の中では
低いが、コントロールセルでの径方向出力レベルは、炉
心中央領域に移動するまでに炉心周辺領域で経験したサ
イクル数が３サイクルであり、炉心中央領域で４サイク
ル目の運転を経験する燃料集合体が装荷されるレベルと
しては高い。したがって、燃料集合体の炉心中央領域へ
の移動位置としては、運転を経験したサイクル数に応じ
てコントロールセル以外の位置またはコントロールセル
が選択される。

【００２６】また、本発明では、上記基本手順に加え
て、炉心中央領域に装荷した燃料集合体の側から上記
（ｂ）の燃焼度差を小さくするために、下記の追加手順
を選択的に用いる。（Ｃ）径方向出力レベルが高い炉心中央領域に滞在した
燃料集合体を径方向出力レベルが最も低い炉心最外層ま
たは炉心最外層とそれより１層内側の層に移動する。（Ｄ）径方向出力レベルが高い炉心中央領域に滞在した
燃料集合体を径方向出力レベルが低いコントロールセル
に移動する。

【００２７】本発明は、以上の考えに基づくものであ
る。以下、本発明の作用を順に説明する。本発明におい
て、炉心周辺領域に装荷した第２の燃料集合体を少なく
とも連続する２サイクルの間、その炉心周辺領域に滞在
させることは、上記（Ａ）の基本手順に対応し、これに
より炉心境界付近（炉心周辺領域）の径方向出力レベル
の違いによる燃焼度差、すなわち上記（ａ）の燃焼度差
を小さくする。また、炉心周辺領域に滞在後、第２の燃
料集合体を炉心中央領域に移動させる第２のステップ
は、上記（Ｂ）の基本手順に対応し、これにより炉心の
炉心中央領域と炉心周辺領域の出力レベルの違いによる
炉心中央領域に滞在した燃料集合体と炉心周辺領域に滞
在した燃料集合体との燃焼度差、すなわち上記（ｂ）の
燃焼度差を小さくする。以上により、本発明によれば、
使用済として炉心から取出される燃料集合体の燃焼度差
を小さくすることができる。

【００２８】使用済燃料集合体の取出燃焼度差を平均取
出燃焼度に対する最大取出燃焼度の比で評価すると、本
発明によれば当該比を１．０８以下とすることができ
た。比較のため、特開昭５６−８７８９１号公報に記載
の燃料装荷方法での当該比は１．１０程度である。これ
は、当該従来技術では、可燃性毒物の影響による余剰反
応度の損失の低減と炉心の出力分布の平坦化を目的とし
て新燃料集合体及び１サイクル滞在後の燃料集合体をそ
れぞれ炉心周辺領域の最外層から第３層、第２層目に装
荷し、その後その燃料集合体を同じ炉心周辺領域の炉心
最外層と最外層から第４層目の両方に移動しており、し
たがって、上記（Ｂ）に対応する手順がなく、上記
（ｂ）の燃焼度差の低減が図られていないためである。
このように本発明によれば、使用済燃料集合体の取出燃
焼度差を小さくし、燃料経済性を向上できる。

【００２９】また、炉心周辺領域内における隣接する２
層内の第１の領域に、１サイクル滞在した第２の燃料集
合体を、その２層内の第２の領域に移動させることによ
り、第２の燃料集合体は炉心中心から径方向距離がほぼ
等しい位置に装荷されるので、１，２サイクル目に炉心
周辺領域に装荷された燃料集合体相互間での燃焼度差が
小さくなる。

【００３０】そして、このとき、隣接する２層に２サイ
クル滞在した第２の燃料集合体を、炉心周辺領域にあ
る、その２層に隣接した内側の層に移動させることによ
り、炉心周辺領域に装荷された燃料集合体相互間での燃
焼度差はさらに小さくなる。これは、隣接する２層に隣
接した内側の層は炉心炉心中央領域に近く、比較的出力
レベルが高いからであり、２極化しない程度に燃焼度の
差が小さい燃料集合体を、径方向出力レベルの比較的高
い領域に移動して１サイクル滞在させることにより、そ
の１サイクル期間の燃焼で燃料集合体相互間の燃焼度差
が減少し、燃取出焼度差が更に小さくなる。

【００３１】更に、炉心周辺領域内における隣接する２
層の一方で１サイクル滞在した第２の燃料集合体を、そ
の２層の他方に移動させることにより、各層での径方向
出力レベルはほぼ同じと見做せるので、炉心周辺領域に
装荷された燃料集合体相互間での燃焼度差は自ずと小さ
くなる。

【００３２】また、炉心周辺領域に滞在する第２の燃料
集合体を、炉心中央領域のコントロールセルに移動させ
ることにより、コントロールセルでの径方向出力レベル
はここに移動されるサイクル数の燃料集合体のレベルと
しては高いので、上記（ｂ）の燃焼度差が小さくなる。

【００３３】そして、炉心中央領域に３サイクル滞在し
た第１の燃料集合体を炉心最外層に移動させる第３のス
テップは、上記（Ｃ）の追加手順に対応し、これにより
使用済燃料集合体の取出燃焼度差がさらに小さくなる。
第１の燃料集合体を、炉心中央領域に３サイクル滞在後
に炉心最外層及び炉心最外層から２層目に移動させる場
合も、同様である。

【００３４】一方、炉心周辺領域に滞在した第２の燃料
集合体を、炉心中央領域に分散装荷させることにより、
炉心中央領域での径方向出力レベルは高いので、上記
（ｂ）の燃焼度差が小さくなる。

【００３５】そして、炉心中央領域に３サイクル滞在し
た第１の燃料集合体の一部をコントロールセルに移動
し、残りを炉心最外層に移動させる第５のステップは、
上記（Ｃ）及び（Ｄ）の追加手順に対応し、これにより
使用済燃料集合体の取出燃焼度差がさらに小さくなる。

【００３６】ここで、炉心中央領域に分散装荷され、炉
心中央領域に１サイクル滞在した第２の燃料集合体を、
前記隣接する２層に隣接する外側層に移動させることに
より、上記（ｂ）の燃焼度差を更に小さくして、使用済
燃料集合体の取出燃焼度差がさらに小さくなる。

【００３７】また、炉心中央領域に３サイクル滞在した
第１の燃料集合体をコントロールセルに移動させる第８
のステップは、上記（Ｄ）の追加手順に対応し、これに
より使用済燃料集合体の取出燃焼度差がさらに小さくな
る。

【００３８】ここで、炉心中央領域に分散装荷され、そ
の炉心中央領域で１サイクル滞在した第２の燃料集合体
を、炉心最外層に移動させることにより、上記（ｂ）の
燃焼度差を更に小さくして、取出される使用済燃料集合
体の燃焼度差がさらに小さくなる。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の好適実施例を説明する。第１の実施例まず、本発明の第１の実施例を図１〜図１４により説明
する。図１は、沸騰水型原子炉に適用された本実施例の
燃料装荷方法により構成された原子炉炉心のある運転サ
イクル中における燃料装荷パターンを示している。１つ
の運転サイクルは、燃料交換終了後の原子炉起動から次
の燃料交換を行うための原子炉運転停止までの期間をい
う。図中の四角の一升は１体の燃料集合体（以下単に
「燃料」という）を示し、図１において各升内の数字は
炉内滞在サイクル数を示す。すなわち、数字１は炉内滞
在１サイクル目の燃料集合体（以下「１サイクル目燃
料」という）、数字２は炉内滞在２サイクル目の燃料集
合体（以下「２サイクル目燃料」という）、数字３は炉
内滞在３サイクル目の燃料集合体（以下「３サイクル目
燃料」という）、数字４は炉内滞在４サイクル目の燃料
集合体（以下「４サイクル目燃料」という）をそれぞれ
示す。なお、１サイクルの運転が終了したとき、１サイ
クル目燃料は１サイクルの運転を経験した燃料集合体
（以下、１サイクル滞在燃料という）、２サイクル目燃
料は２サイクルの運転を経験した燃料集合体（以下、２
サイクル滞在燃料という）、３サイクル目燃料は３サイ
クルの運転を経験した燃料集合体（以下、３サイクル滞
在燃料という）、４サイクル目燃料は４サイクルの運転
を経験した燃料集合体（以下、４サイクル滞在燃料とい
う）となる。本実施例では、４サイクル滞在燃料が使用
済燃料集合体として原子炉外に取出される。１サイクル
滞在燃料、２サイクル滞在燃料及び３サイクル滞在燃料
は、次の運転サイクルで、それぞれ２サイクル目、３サ
イクル目及び４サイクル目の各燃料になる。また、四角
の各升内の数字のうち、○で囲まれていない数字は新燃
料集合体時に炉心中央領域（後述）に装荷された燃料集
合体の炉内滞在サイクル数を示し、○で囲まれた数字は
新燃料集合体（燃焼度０ＧＷｄ／ｔ）時に炉心周辺領域
（後述）に装荷された燃料集合体の炉内滞在サイクル数
を示す。炉心中央領域の四角の太線はコントロールセル
の境界を示す。

【００４０】本実施例は、本発明を沸騰水型原子炉の炉
心に適用したものである。沸騰水型原子炉では、図１に
示すように多数の燃料集合体を配置して炉心を構成して
いる。この炉心は、横断面十字形の制御棒の挿入位置の
周囲に互いに隣接して位置する４体の燃料集合体を含む
複数のセルを有する。これらのセルは、第１及び第２セ
ルを含む。第２セルは第１セルよりも平均無限増倍率が
小さく、これをコントロールセルとよぶ。図１ではコン
トロールセルが符号１２で示されている。

【００４１】本実施例の炉心は、バッチ数を４．０とし
たものであり、連続した３サイクルの間、燃料集合体の
装荷位置が変わらない炉心中央領域１０と、連続した３
サイクルの各サイクル毎に燃料集合体の装荷位置が変わ
る炉心周辺領域炉１１とを含む。炉心中央領域１０のコ
ントロールセル１２以外の部分には図１に示すように１
〜３サイクル目燃料が各１００体一様に分散装荷されて
いる。また、炉心中央領域１０には、実質的に２５個の
コントロールセル１２が形成されている。これらのコン
トロールセル１２は、炉心中央領域内に５行５列で配置
される。コントロールセル１２は、炉心周辺領域に形成
されない。コントロールセル１２内の燃料棒は制御棒引
抜き操作に基づく出力上昇度合が小さいので、コントロ
ールセル１２には、原子炉の出力運転時に原子炉出力を
制御する制御棒が挿入される。平均無限増倍率がコント
ロールセル１２よりも大きい第１セルには、原子炉停止
時に制御棒が全挿入される（原子炉の出力運転時に制御
棒が全引抜き）。原子炉停止時には、コントロールセル
１２にも制御棒が全挿入される。５行５列のコントロー
ルセル１２の配列の４つのコーナーに位置する４つのコ
ントロールセル１２を除いた他のコントロールセル１２
には、それぞれ炉心周辺領域１１から移動した４体の４
サイクル目燃料が装荷され、４つのコーナーにある４つ
のコントロールセル１２にはそれぞれ炉心周辺領域１１
から移動した３体の４サイクル目燃料と炉心中央領域１
０から移動した１体の３サイクル目燃料が装荷されてい
る。

【００４２】炉心最外層１３を除く炉心周辺領域１１に
は、１〜３サイクル目燃料が各９２体装荷されている。
すなわち、炉心最外層１３から第４層目には９２体の３
サイクル目燃料が炉心中央領域１０を取囲むように装荷
されている。炉心最外層１３から２層目と３層目には各
９２体の１サイクル目燃料（新燃料）及び２サイクル目
燃料が交互に半分つづ、炉心中央領域１０を取囲むよう
に装荷されている。炉心最外層１３には、炉心中央領域
１０から移動した９２体の４サイクル目燃料が装荷され
ている。炉心周辺領域１１に装荷された各１〜４サイク
ル目燃料は炉心径方向距離がほぼ同じ位置にある。

【００４３】次に、１つのサイクルで運転が終了した後
に行われる本実施例による燃料装荷方法を図２を用いて
説明する。そのサイクルでの運転終了後では、図１に示
された１〜４のサイクル目の核燃料集合体は、それぞ
れ、１サイクル滞在燃料、２サイクル滞在燃料、３サイ
クル滞在燃料及び４サイクル滞在燃料となる。まず、４
サイクル滞在燃料が原子炉外に取出される。また、図１
の３サイクル滞在燃料は次のようにシャッフリングされ
る。（１）炉心周辺領域１１の３サイクル滞在燃料は炉心中
央領域１０に形成したコントロールセル１２へ移動する
（図２（ａ）参照）。（２）炉心中央領域１０の３サイクル滞在燃料は炉心最
外層１３へ移動する（図２（ｂ）参照）。これらの３サイクル滞在燃料は、４サイクル滞在燃料が
あった位置に移動され、次の運転サイクルでの４サイク
ル目燃料となる。また、炉心周辺領域１１の１サイクル
及び２サイクル滞在燃料は次のようにシャッフリングさ
れる。（３）炉心周辺領域１１の２サイクル滞在燃料は炉心周
辺領域１１内で３サイクル滞在燃料のあった位置に移動
する（図２（ｃ）参照）。（４）炉心周辺領域１１の１サイクル滞在燃料は炉心周
辺領域１１内で２サイクル滞在燃料のあった位置に移動
する（図２（ｄ）参照）。

【００４４】炉心中央領域１０の３サイクル滞在燃料が
あった位置及び炉心周辺領域１１の１サイクル滞在燃料
があった位置には１サイクル目燃料となる新燃料集合体
が装荷される。炉心中央領域１０の１サイクル滞在燃料
及び２サイクル滞在燃料は同じ装荷位置に止どまる。す
なわち、炉心中央領域１０に装荷された新燃料集合体
は、連続した３サイクルの間、同じ位置にある。これに
対して、炉心周辺領域１１に装荷された新燃料集合体
は、連続した３サイクルの間で装荷位置が変わる。

【００４５】以上のようにして燃料シャッフリングを行
なうことにより、次の運転サイクルに対する図１に示す
燃料装荷パターンが得られる。上記の燃料シャッフリン
グで得られる図１の炉心は、複数の第１セル及び複数の
コントロールセル１２を有する炉心中央領域１０、この
炉心中央領域を取囲み、第１セルを含んでコントロール
セル１２を含まない炉心周辺領域１１を備える。

【００４６】次に、本実施例の作用を説明する。まず、
本実施例の燃料装荷方法によって使用済燃料集合体の取
出燃焼度差を小さくする原理を説明する。本実施例は新
しい知見、すなわち前述の（ａ）及び（ｂ）に示した各
燃焼度差を小さくし、使用済燃料集合体の取出燃焼度差
を小さくするものである。

【００４７】上記（ａ）及び（ｂ）の燃焼度差を小さく
するために、本実施例は前述した（Ａ及び（Ｂ）に示す
基本手順を用いる。すなわち、炉心周辺領域１１に少な
くとも２サイクル滞在した燃料集合体を、炉心中央領域
１０に移動する。

【００４８】また、本実施例では、上記基本手順に加え
て、炉心中央領域に装荷した燃料の側から上記（ｂ）の
燃焼度差を更に小さくするため、前述の（Ｃ）及び
（Ｄ）の追加手順を用いる。ここで、本実施例に用いた
上記（Ａ）の基本手順では、炉心周辺領域での前述の径
方向出力分布形状に着目し、径方向出力レベルの差が大
きく生じないように炉心中心からの径方向距離がほぼ等
しい位置に滞在させる。また、この基本手順では、炉心
周辺領域に装荷された燃料集合体を本実施例のように少
なくとも２サイクルの間、炉心周辺領域に滞在させるこ
とが望ましく、炉心周辺領域に１サイクル滞在しただけ
で炉心中央領域に移動したのでは、使用済燃料集合体の
取出燃焼度差を小さくすることはできない。この理由を
図４及び図５により説明する。

【００４９】図４は、ボイド率を炉心平均ボイド率４０
％で計算した燃料集合体の無限増倍率の燃焼変化を示
す。通常、燃料集合体は、炉心の余剰反応度を抑制する
ため、中性子吸収材であるガドリニア（Ｇｄ₂Ｏ₃）を
含んでいる。このため、新燃料集合体、すなわち、１サ
イクル目燃料は燃焼が進むに従い、ガドリニアが減少す
るので、無限増倍率は増加する。その後、ガドリニアが
燃えつきると、核分裂性物質の減損に伴い、無限増倍率
は減少する。すなわち、２サイクル目燃料までの無限増
倍率は相対的に大きく、１，２サイクル目燃料の無限増
倍率の変化は大きく異なる。

【００５０】今、図５に示すように、炉心炉心周辺領域
内の１サイクル滞在燃料を炉心中央領域に移動し、炉心
中央領域内の１サイクル滞在燃料を炉心周辺領域に移動
する、という燃料装荷方法を想定する。この方法では燃
料集合体の燃焼の進み具合に大きな差が生じる。これ
は、１，２サイクル目燃料の無限増倍率が大きく、これ
らの燃料集合体の無限増倍率の変化が大きく異なるの
で、炉心径方向装荷位置により中性子インポータンスが
大きく異なるためである。

【００５１】また、上記（Ｂ）の基本手順に関し、コン
トロールセル１２は炉心中央領域の中では出力レベルが
低い領域である。しかし、炉心周辺領域１１に位置して
無限増倍率が低くなった３サイクル滞在燃料を炉心中央
領域１０のコントロールセル１２内に移動する場合は、
その３サイクル滞在燃料を炉心周辺領域１１内の他の位
置に移動する場合に比べて核分裂性物質を有効に活用で
きる。これは、使用済燃料集合体の取出燃焼度の差を小
さくすることに大きく貢献する。このため、炉心周辺領
域に配置された燃料集合体は、その寿命期間中の最後の
サイクルにおける装荷位置として、炉心中央領域１０の
コントロールセル１２が選択される。

【００５２】本実施例は、以上の考え方を実施するもの
である。以下、本実施例の作用を図３、及び図６〜図９
により説明する。まず、図３において、コントロールセ
ル１２を含む炉心中央領域１０の相対出力は約１．２で
あり、炉心最外層１３の相対出力は約０．４であるか
ら、燃料シャッフリングをせずに、燃料集合体を炉心中
央領域１０に３サイクル間滞在させた後、燃料集合体を
炉心最外層にシャッフリングすると、燃料集合体の燃焼
度は４．０（サイクル増分燃焼度を１．０とする）前後
に到達する。一方、炉心周辺領域１１の相対出力は、炉
心最外層１３から第２層目、第３層目、第４層目で各々
約０．９、１．１、１．２であり、炉心中央領域１０の
コントロールセル１２の相対出力は約０．９であるか
ら、炉心周辺領域１１の最外層から第２層目に最初に装
荷された燃料集合体は、１運転サイクル毎に第３層目、
第４層目へと順にシャッフリングし、３サイクル滞在後
にコントロールセル１２へシャッフリングすると、燃料
集合体の燃焼度は、４．０前後に到達する。最外層から
第３層目に最初に装荷した燃料集合体も、同様に燃焼度
が４．０前後に到達する。したがって、炉心最外層１３
から原子炉外に取出された燃料集合体と、コントロール
セル１２から原子炉外に取出された燃料集合体の燃焼度
は、ほぼ一致させることができる。

【００５３】ここで、炉心周辺領域１１の最外層からそ
の第２層目に最初に装荷された燃料集合体を、１運転サ
イクル毎に炉心周辺領域１１内で第３層目、第４層目へ
と順にシャッフリングする手順は、上記（Ａ）の基本手
順に対応し、これにより炉心境界付近（炉心周辺領域）
の径方向出力レベルの違いにより生じる燃焼度差、すな
わち上記（ａ）の燃焼度差が小さくなる。また、炉心周
辺領域１１に装荷した燃料集合体をそこで３サイクル滞
在後にコントロールセル１２へシャッフリングする手順
は、上記（Ｂ）の基本手順に対応する。これにより炉心
中央領域１０と炉心周辺領域１１の出力レベルの違いに
より生じる、炉心中央領域に滞在した燃料集合体と炉心
周辺領域に滞在した燃料集合体との燃焼度差、すなわち
上記（ｂ）の燃焼度差が小さくなる。更に、燃料集合体
を炉心中央領域に３サイクル間滞在させた後、炉心最外
層にシャッフリングする手順は上記（Ｃ）の追加手順に
対応し、これにより（ｂ）の燃焼度差がさらに小さくな
る。

【００５４】図６に燃料集合体の積算燃焼度を示す。こ
の図から分かるように、炉心最外層１３から取り出した
燃料集合体と、コントロールセル１２から取出した燃料
集合体の燃焼度は、いずれもほぼ４．０に到達してい
る。また、コントロールセル１２から取出した燃料集合
体の燃焼度は、最外層と最外層から第４層目の間にある
ときの燃焼度の増加が最も大きく、炉心周辺領域に装荷
された全ての燃料集合体をこの第４層目に移動させるこ
とにより、燃焼度を大幅に高めている。

【００５５】次に、各シャッフリングステップにおける
燃料集合体の燃焼度差の変化を説明する。炉心炉心周辺
領域に装荷された燃料集合体は、炉外に取出されるまで
に次の３ステップの燃料シャッフリングを行なう。

【００５６】（１）１サイクル滞在燃料の移動（図２
（ｄ）参照）（２）２サイクル滞在燃料の移動（図２（ｃ）参照）（３）３サイクル滞在燃料の移動（図２（ａ）参照）上記（１）〜（３）の燃料シャッフリングをそれぞれ行
ない、その後１サイクル運転を経た後での２サイクル滞
在燃料、３サイクル滞在燃料、４サイクル滞在燃料の燃
焼度ヒストグラムを図７〜図９に示す。これらの図にお
いて、取出燃料とは寿命が来た使用済燃料集合体を意味
する。図中、白い部分が炉心周辺領域１１に装荷した燃
料集合体の燃焼度ヒストグラムを示し、斜線の部分が炉
心中央領域１０に装荷した燃料集合体の燃焼度ヒストグ
ラムを示す。ここで、燃料集合体の燃焼度差（バラツ
キ）を、ヒストグラムの最大値（％）／ヒストグラムの拡がり
（％）で計算すると、以下の結果が得られる。

【００５７】（ａ）２サイクル滞在燃料（図７）：１０．４（％）／１４（％）＝０．７４（ｂ）３サイクル滞在燃料（図８）：２２．９（％）／１２（％）＝１．９１（ｃ）４サイクル滞在燃料（図９）：２７．１（％）／１０（％）＝２．７１上記の指標は、数値が大きいほど燃料集合体の燃焼度の
バラツキが小さいことを意味する。計算の結果から、運
転サイクルが進むに連れて、炉心周辺領域１１に装荷し
た燃料集合体の燃焼度のバラツキは小さくなっているこ
とが分かる。

【００５８】また、本実施例では、１サイクル目燃料及
び２サイクル目燃料を炉心周辺領域１１の２層間に半分
づつ混在させているため、２サイクル滞在後の状態では
上記（ａ）のように燃焼度にバラツキが生じる。しか
し、そのバラツキは２極化しない程度であり、その後、
その燃料集合体を比較的出力レベルの高い、最外層から
第４層目に移動させ、ここで１サイクル燃焼させること
により、その燃焼度のバラツキが大きく低減する。すな
わち、燃料集合体を出力レベルの高い位置に移動して
も、そのときに燃焼度のバラツキが大きすぎたのでは、
燃焼度バラツキの低減効果が得られない。本実施例で
は、２サイクル滞在までは燃料集合体の混在範囲が炉心
周辺領域内の隣接する２層間に止どまり、２サイクル燃
焼までの間に燃焼度のバラツキが大きくならない。この
ように燃焼度のバラツキの増大を小さくした上で燃料集
合体を上記第４層目に配置することにより、燃焼度差を
小さくすることが可能となる。

【００５９】以上により、本実施例によれば、使用済燃
料集合体の取出燃焼度差を小さくすることができる。

【００６０】次に、本実施例による使用済燃料集合体の
取出燃焼度差の低減効果を具体的に数値で説明する。使
用済燃料集合体の燃焼度差を平均取出燃焼度に対する最
大取出燃焼度の比（燃焼度ピーキング）で評価すると、
本実施例の燃焼度ピーキングは、図９から分かるように
１．０６まで低減する。

【００６１】一方、従来は、一般に図１０に示すよう
に、炉心最外層に最大炉内滞在サイクル数の燃料集合体
を装荷し、炉心最外層の内側にその滞在サイクル数より
も少ない各炉内滞在サイクル数の燃料集合体を一様に分
散させて装荷する。そして、図中、丸数字以外の数字の
燃料集合体は３サイクルの間動かずに炉心内に滞在した
後、原子炉外に取出される。炉心周辺領域１１に装荷し
た丸数字３の３サイクル滞在燃料を最外層に移動させ
る。図１０に示す炉心の炉心径方向出力分布は、炉心外
側では体系の境界があるために大きく歪むので、炉心周
辺領域の燃料集合体をさらに最外層で燃焼させること
で、各燃料集合体の取出燃焼度の均一化を図っている。

【００６２】この従来技術による使用済燃料集合体の燃
焼度ヒストグラムを図１１に、本実施例との比較で示
す。この図から分かるように、従来技術では燃焼度ピー
キングが１．１０となり、本実施例の１．０６より大き
い。

【００６３】また、特開昭５６−８７８９１号公報に記
載の従来技術では、図１２に示すように、可燃性毒物の
影響による余剰反応度の損失の低減と炉心の出力分布の
平坦化を目的として新燃料集合体及び１サイクル滞在後
の燃料集合体をそれぞれ炉心周辺領域の最外層から第３
層、第２層目に装荷した後、それらの燃料集合体を同じ
炉心周辺領域の炉心最外層と最外層から第４層目の両方
に移動している。燃料集合体の取替体数は９２体で、
４．０バッチ炉心である。炉心周辺領域から炉心中央領
域への燃料集合体の移動はない。

【００６４】こ特開昭５６−８７８９１号公報に記載の
従来技術における使用済燃料集合体の燃焼度ヒストグラ
ムを図１３に示す。この図から分かるように、従来技術
では燃焼度ピーキングがやはり１．１０であり、本実施
例の１．０６より大きい。

【００６５】したがって、本実施例によれば、使用済燃
料集合体の燃焼度差が小さくなるので、目標燃焼度に到
達しないで原子炉外に取出される燃料集合体の体数が少
なくなり、燃料経済性が向上する。また、各シャッフリ
ングによる燃料集合体の移動は、移動先を事前に決めら
れるので機械的に行なえ、複雑な燃料シャッフリング作
業も回避しやすい。

【００６６】また、本実施例によれば、炉心最外層から
第２層、第３層及び第４層の各々の炉心位置には常に同
程度の燃焼履歴を持つ燃料集合体をシャッフリングさせ
て配置するので、炉心径方向燃焼度分布の運転サイクル
依存性は小さく、炉心運転管理が容易となる。

【００６７】また、本実施例では、炉心最外周から第２
層、第３層目の炉心炉心周辺領域に、燃焼度の小さい燃
料集合体を装荷するので、炉心炉心周辺領域の径方向出
力を図８に示した従来技術よりも２％程度小さくでき
る。その結果、炉心炉心中央領域の平均燃焼度がその従
来炉心より１％程度小さくなり、中性子インポータンス
を利用することで、炉心の反応度が約０．１％Δｋ向上
する。また、炉心炉心中央領域に生じる径方向出力ピー
キングも前記従来炉心に比べ、約２％低減でき、熱的余
裕が増加する。

【００６８】本実施例の炉心は、炉心中央領域１０には
第１セル及びコントロールセル１２が含まれ、炉心周辺
領域１１には第１セルが含まれるが、コントロールセル
は含まれない。炉心周辺領域１１は、燃料集合体の装荷
位置が連続する少なくとも２サイクルで異なる領域であ
る。

【００６９】炉心周辺領域１１にコントロールセル１２
を配置した場合、炉心半径方向において炉心周辺領域１
１、特にコントロールセル１２付近の出力が低くなる。
このため、炉心周辺領域に配置された各燃料集合体（特
にコントロールセル１２付近に配置された燃料集合体）
の燃焼が阻害され、炉心中央領域１０のコントロールセ
ル１２内に移動するときには、本実施例の場合に比べて
核分裂性物質が多く残っている。このため、コントロー
ルセル１２の平均無限増倍率が本実施例よりも増大し、
制御棒引抜き操作に伴うコントロールセル１２内の燃料
棒の出力上昇度合が増大する。本実施例では、このよう
な問題が生じない。

【００７０】また、炉心周辺領域に装荷された新燃料集
合体の２サイクル目の装荷位置をその領域内で変え、炉
心周辺領域内の炉心中央領域付近での出力を高めている
ので、炉心周辺領域１１から炉心中央領域１０の各コン
トロールセル１２内に装荷した３サイクル滞在燃料の燃
焼を有効に行うことができる。これは、使用済燃料集合
体の燃焼度差の低減に寄与する。

【００７１】第２の実施例本発明の第２の実施例を図１４により説明する。本実施
例は、コントロールセルの数と共に、一様分散装荷で構
成される炉心中央領域を取り囲む炉心周辺領域が小さく
なったものである。図１４のコントロールセル１２Ｃの
配置は、特公昭６２−４４６３２号公報の第１図に示す
炉心構成での技術思想を適用したものである。図１４の
ように９個のコントロールセル１２Ｃを配置することに
よって、特公昭６２−４４６３２号公報に示すように、
９本の少ない制御棒で原子炉運転中の出力制御を行うこ
とができるので、制御棒操作が著しく単純化され、制御
棒全引抜きの状態でも炉心半径方向での出力分布の平坦
化が図れる。

【００７２】本実施例の炉心も、バッチ数は第１の実施
例と同様４．０であり、連続する２サイクルの間、燃料
集合体の装荷位置が変わらない炉心中央領域１０Ｃと、
連続した３サイクルの各サイクル毎に燃料集合体の装荷
位置が変わる炉心周辺領域炉１１Ｃとで構成されてい
る。

【００７３】本実施例では、炉心中央領域１０Ｃに形成
するコントロールセル１２Ｃの数が少なく、炉心中央領
域１０Ｃから炉心周辺領域１１Ｃへ移動する３サイクル
滞在燃料が多いため、炉心周辺領域１１Ｃは炉心最外層
から第２層の一部と第３層から構成されている。また、
炉心周辺領域１１Ｃと炉心中央領域１０Ｃとの境界部に
ある燃料集合体の出力ピーキングを考慮し、炉心中央領
域１０Ｃと隣接する炉心周辺領域１１Ｃには、新燃料集
合体または３サイクル目燃料を配置する。そして、炉心
周辺領域１１Ｃの新燃料集合体と隣接する炉心中央領域
１０Ｃには、２サイクル以上滞在した燃料集合体、すな
わち本実施例では、３サイクル目燃料を配置している。
このため、炉心中央領域１０Ｃに分散装荷された燃料集
合体は、２サイクルの間同じ位置に滞在した後、３サイ
クル目で図１４の３サイクル目燃料の滞在位置に移動さ
れる。この移動により空いた位置には新燃料集合体が装
荷される。移動後の燃料集合体は１サイクル滞在後、炉
心最外層１３Ｃとそれから第１層の一部に移動、装荷さ
れる。

【００７４】炉心周辺領域１１Ｃでは、最外層から第３
層目で１，３サイクル目の運転を経験し、最外層から第
２層目で２サイクル目の運転を経験することとなり、炉
心周辺領域に属するどの燃料集合体も、ほぼ同じ炉心径
方向距離で各運転サイクルを経験する。

【００７５】このように、本実施例でも、前述した基本
手順（Ａ）及び（Ｂ）と追加手順（Ｃ）を実施してい
る。すなわち、炉心中央領域にあるコントロールセル１
２Ｃの数が第１の実施例と異なった場合でも、本実施例
を適用し、使用済燃料集合体の燃焼度差を小さくでき
る。本実施例での最大取出燃焼度と平均取出燃焼度の
比、すなわち燃焼度ピーキングは、第１の実施例と同程
度の１．０６である。また、本実施例は第１の実施例の
効果も生じる。更に、本実施例は、第１の実施例に比べ
て炉心中央領域１０Ｃが広いので、シャッフリングによ
り移動する燃料集合体の数が少なくなる。

【００７６】本実施例は、すべてのコントロールセル１
２Ｃが炉心周辺領域１１Ｃと第１セルを介在して対向し
ているので、炉心外周領域１１Ｃからコントロールセル
１２Ｃ内に移動された３サイクル滞在燃料に含まれる核
分裂性物質を有効に活用できる。

【００７７】第３の実施例本発明の第３の実施例を図１５〜図１７により説明す
る。本実施例は、炉心周辺領域１１Ａに装荷した燃料集
合体を、２サイクル滞在後に炉心中央領域１０Ａに一様
にシャッフリングするものである。炉心のバッチ数は
４．２である。本実施例の燃料シャッフリングを図１６
及び図１７により説明する。まず、３サイクル滞在燃料
は次のようにシャッフリングする。（１）炉心中央領域１０Ａに装荷された燃料集合体のう
ち周辺部の燃料集合体は、そこに３サイクル滞在したあ
後に炉心中央領域１０Ａのコントロールセル１２Ａへと
移動される（図１６（ａ）参照）。（２）炉心中央領域１０Ａに装荷された燃料集合体のう
ち中心部の燃料集合体は、そこで３サイクル滞在した後
に炉心最外層１３Ａへ移動される（図１６（ｂ）参
照）。（３）また、炉心中央領域１０Ａに炉心周辺領域１１Ａ
より移動してきた３サイクル滞在燃料は、炉心中央領域
１０Ａに１サイクル滞在した後、炉心最外層１３Ａから
第２層目に移動される（図１７（ａ）参照）。

【００７８】また、炉心周辺領域１１Ａ内の１サイクル
及び２サイクル滞在燃料は次のようにシャッフリングさ
れる。（４）炉心周辺領域１１Ａにある２サイクル滞在燃料は
炉心中央領域１０Ａに移動され、そこに分散させて装荷
される（図１７（ｂ）参照）。（５）１サイクル滞在燃料は２サイクル滞在燃料のあっ
た位置、すなわち炉心最外から第４層目に移動される
（図１７（ｃ）参照）。

【００７９】そして、炉心最外層１３Ａの４サイクル滞
在燃料は同じ炉心最外層へ移動される（図１６（ｃ）参
照）。コントロールセル１２Ａ内の４サイクル滞在燃料
及び炉心最外周１３Ａに配置された５サイクル滞在燃料
は原子炉外に取出される。炉心中央領域１０Ａで３サイ
クル滞在燃料があった位置には新燃料集合体が装荷され
る。また、最外層１３Ａから第２層目にある４サイクル
滞在燃料は原子炉外に取出される。最外層から第３層目
の１サイクル滞在燃料があった位置には、新燃料集合体
が装荷される。

【００８０】以上の手順において、１サイクル滞在燃料
を炉心最外層から第４層目に移動する手順は、前述した
（Ａ）の基本手順に対応し、これにより炉心境界付近
（炉心周辺領域）の径方向出力レベルの違いにより生じ
る燃焼度差、すなわち前述した（ａ）の燃焼度差が小さ
くなる。また、炉心周辺領域１１Ａにある２サイクル滞
在燃料を炉心中央領域１０Ａに移動し、分散させて装荷
する手順は、前述した（Ｂ）の基本手順に対応し、これ
により炉心の炉心中央領域と炉心周辺領域の出力レベル
の違いにより生じる炉心の炉心中央領域に滞在した燃料
集合体と炉心周辺領域に滞在した燃料集合体との燃焼度
差、すなわち前述した（ｂ）の燃焼度差が小さくなる。
更に、炉心中央領域１０Ａの周辺部に装荷した燃料集合
体を、３サイクル滞在後にコントロールセル１２Ａへ移
動する手順は、前述した（Ｄ）の追加手順に対応する。
炉心中央領域１０Ａに中心部に装荷された燃料集合体
を、３サイクル滞在後に炉心最外層１３Ａへ移動する手
順は前述した（Ｃ）の追加手順に対応する。これらによ
り（ｂ）の燃焼度差がさらに小さくなる。

【００８１】また、本実施例では、炉心最外層１３Ａか
ら第２層、第３層及び第４層の同じ位置に炉心周辺領域
１１Ａに装荷された全ての燃料集合体を燃料交換時に移
動させるので、全ての燃料集合体の燃焼履歴が同じとな
り、炉心周辺領域に装荷した燃料相互間の燃焼度差が自
ずと小さくなる。また、炉心周辺領域に装荷された燃料
集合体はそこに２サイクル滞在した後に、最外層１３Ａ
より第４層目から中央に位置する、相対出力の高い炉心
中央領域１０Ａに移動されるので、第１の実施例の第４
層目に移動したのと同様の大きな燃焼度の増加が得られ
る。

【００８２】以上により、本実施例でも、最大取出燃焼
度と平均取出燃焼度の比（燃焼度ピーキング）が１．０
８となり、使用済燃料集合体の取出燃焼度差を従来より
小さくできる。また、炉心径方向燃焼度分布の運転サイ
クル依存性は小さく、炉心運転管理が容易となる。

【００８３】また、本実施例では、炉心最外層１３Ａと
炉心最外層から第２層目に、燃焼の進んだ燃料集合体を
集中して装荷しているので、炉心からの中性子の漏れを
低減することもできる。

【００８４】第４の実施例本発明の第４の実施例を図１８により説明する。本実施
例の炉心のバッチ数は３．７であり、第２の実施例とバ
ッチ数が異なった例である。炉心周辺領域１１Ｂの２サ
イクル滞在燃料については、第２に実施例と同様に炉心
中央領域１０Ｂに移動し、分散装荷する。炉心中央領域
１０Ｂ内の３サイクル滞在燃料については、図中で斜線
を施した、周辺部の３サイクル滞在燃料をコントロール
セル１２Ｂへシャッフリングして、中心部の３サイクル
滞在燃料を原子炉外へ取出す。炉心周辺領域１１Ｂで
は、新燃料集合体は最外層１３Ｂから第２層目に装荷
し、１サイクル滞在燃料は最外層１３Ｂから第３層目に
移動する。炉心中央領域１０Ｂに移動して分散装荷され
た燃料集合体は３サイクル滞在後に最外層１３Ｂに移動
する。

【００８５】このように、本実施例では、前述した基本
手順（Ａ）及び（Ｂ）と追加手順（Ｄ）を実施してい
る。本実施例でも、最大取出燃焼度と平均取出燃焼度の
比（燃焼度ピーキング）は第２の実施例と同程度の１．
０８となり、使用済燃料集合体の取出燃焼度差を従来よ
り小さくできる。

【００８６】なお、以上の実施例において、コントロー
ルセルに挿入する十字形制御棒を利用して、炉心炉心中
央領域の相対出力をコントロールすることで、炉心炉心
中央領域から取出される燃料集合体の燃焼度をコントロ
ールしてもよい。また、図１１に示した通常の一様分散
装荷パターンの炉心を上記の各実施例の炉心に移行させ
るには、炉心炉心周辺領域にある燃料集合体を一度炉外
に取出し、各サイクル目燃料の順に、再び炉心内に装荷
して行けばよい。また、沸騰水型原子炉を例に各実施例
を説明したが、本発明はその他の軽水炉炉心や高速増殖
炉炉心にも適用できる。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
使用済燃料集合体の取出燃焼度差を小さくでき、燃料経
済性が向上する。また、複雑な燃料シャッフリング作業
を回避できる。さらに、各運転サイクル間で同じような
炉心運転特性を得ることができるので、炉心運転管理が
容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による原子炉炉心のある
運転サイクル終了時の燃料装荷パターンを示す図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施例の燃料シャッフリングの
概略を示す図である。

【図３】炉心径方向出力分布を示す図である。

【図４】燃料集合体の無限増倍率の燃焼度変化を示す図
である。

【図５】炉心炉心周辺領域に装荷した燃料集合体を１サ
イクル滞在後に炉心中央領域に移動させる燃料シャッフ
リングを説明する図である。

【図６】本発明の第１の実施例による燃料集合体の積算
燃焼度（相対値）を示す図である。

【図７】本発明の第１の実施例の２サイクル滞在燃料の
燃焼度ヒストグラムを示す図である。

【図８】本発明の第１の実施例の３サイクル滞在燃料の
燃焼度ヒストグラムを示す図である。

【図９】本発明の第１の実施例の４サイクル滞在燃料の
燃焼度ヒストグラムを示す図である。

【図１０】従来の原子炉炉心の燃料装荷パターンを示す
図である。

【図１１】図１０に示す燃料装荷パターンによる取出燃
焼度ヒストグラムを示す図である。

【図１２】他の従来の原子炉炉心の燃料装荷パターンを
示す図である。

【図１３】図１２に示す燃料装荷パターンによる取出燃
焼度ヒストグラムを示す図である。

【図１４】本発明の第２の実施例による原子炉炉心のあ
る運転サイクル終了時の燃料装荷パターンを示す図であ
る。

【図１５】本発明の第３の実施例による原子炉炉心のあ
る運転サイクル終了時の燃料装荷パターンを示す図であ
る。

【図１６】図１５に示す実施例の炉心中央領域の燃料シ
ャッフリングの概略を示す図である。

【図１７】図１５に示す実施例の炉心周辺領域の燃料シ
ャッフリングの概略を示す図である。

【図１８】本発明の第４の実施例による原子炉炉心のあ
る運転サイクル終了時の燃料装荷パターンを示す図であ
る。

【符号の説明】

１０炉心中央領域１１炉心周辺領域１２コントロールセル１３炉心最外層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉心周辺領域に少なくとも２サイクル滞
在した燃料集合体を前記炉心周辺領域から取出し、この
燃料集合体を前記炉心周辺領域によって取囲まれた炉心
中央領域に装荷することを特徴とする燃料装荷方法。
【請求項２】コントロールセルを含む炉心中央領域を
取囲んでいる炉心周辺領域から、そこに少なくとも２サ
イクル滞在した燃料集合体を取出し、この燃料集合体を
前記炉心中央領域に装荷することを特徴とする燃料装荷
方法。
【請求項３】少なくとも連続する２サイクルの間、装
荷位置が変わらない複数の第１の燃料集合体を含む炉心
中央領域と、少なくとも連続する２サイクルの各サイク
ル毎に装荷位置が変わる複数の第２の燃料集合体を含む
炉心周辺領域とを有する原子炉炉心の燃料装荷方法にお
いて、（ａ）少なくとも連続する２サイクルの間、前記炉心周
辺領域に滞在した前記第２の燃料集合体を取出す第１の
ステップと；（ｂ）その後、取出した前記第２の燃料集合体を前記炉
心中央領域に移動させる第２のステップと；を有するこ
とを特徴とする燃料装荷方法。
【請求項４】請求項３記載の原子炉炉心の燃料装荷方
法において、更に、（ｃ）前記炉心周辺領域内における隣接する２層内の第
１の領域に１サイクル滞在した前記第２の燃料集合体
を、その２層内の第２の領域に移動させる第３のステッ
プ；を有することを特徴とする燃料装荷方法。
【請求項５】請求項４記載の原子炉炉心の燃料装荷方
法において、更に、（ｄ）前記隣接する２層に２サイクル滞在した前記第２
の燃料集合体を、前記炉心周辺領域内にあるその２層に
隣接した内側の層に移動させるステップ；を有すること
を特徴とする燃料装荷方法。
【請求項６】請求項３記載の原子炉炉心の燃料装荷方
法において、前記炉心周辺領域内における隣接する２層
の一方で１サイクル滞在した前記第２の燃料集合体を、
その２層の他方に移動させることを特徴とする燃料装荷
方法。
【請求項７】請求項６記載の原子炉炉心の燃料装荷方
法において、前記２層の一方は前記２層内の外側層であ
り、前記２層の他方はその２層内の内側層であることを
特徴とする燃料装荷方法。
【請求項８】請求項４記載の原子炉炉心の燃料装荷方
法において、更に、（ｅ）前記第２の領域に１サイクル滞在した前記第２の
燃料集合体を、前記２層内の第３の領域に移動させるス
テップ；を有することを特徴とする燃料装荷方法。
【請求項９】請求項８記載の原子炉炉心の燃料装荷方
法において、前記第１及び第３の領域は前記２層のうち
の内側層にあり、前記第２の領域は前記２層のうちの外
側層にあることを特徴とする燃料装荷方法。
【請求項１０】請求項３または５記載の原子炉炉心の
燃料装荷方法において、前記第２のステップは、前記第
２の燃料集合体を、前記炉心中央領域内に形成されたコ
ントロールセルに移動させることを特徴とする燃料装荷
方法。
【請求項１１】請求項３または１０記載の原子炉炉心
の燃料装荷方法において、更に、（ｆ）前記炉心中央領域に３サイクル滞在した前記第１
の燃料集合体を、炉心最外層に移動させるステップ；を
有することを特徴とする燃料装荷方法。
【請求項１２】請求項８記載の原子炉炉心の燃料装荷
方法において、前記第２のステップは、前記第２の燃料
集合体を、前記炉心中央領域内に形成されたコントロー
ルセルに移動させることを特徴とする燃料装荷方法。
【請求項１３】請求項３または１２記載の原子炉炉心
の燃料装荷方法において、更に、（ｇ）前記炉心中央領域に３サイクル滞在した前記第１
の燃料集合体を、炉心最外層及び炉心最外層に隣接した
内側層に移動させるステップ；を有することを特徴とす
る燃料装荷方法。
【請求項１４】請求項３記載の原子炉炉心の燃料装荷
方法において、前記第２のステップは、前記第２の燃料
集合体を前記炉心中央領域に分散装荷させることを特徴
とする燃料装荷方法。
【請求項１５】請求項３または１４記載の原子炉炉心
の燃料装荷方法において、更に、（ｈ）前記炉心中央領域に３サイクル滞在した前記第１
の燃料集合体の一部を、前記炉心中央領域内に形成され
たコントロールセルに移動し、残りを炉心最外層に移動
させるステップ；を有することを特徴とする燃料装荷方
法。
【請求項１６】請求項６記載の原子炉炉心の燃料装荷
方法において、前記第２のステップは、前記第２の燃料
集合体を前記炉心中央領域に分散装荷させることを特徴
とする燃料装荷方法。
【請求項１７】請求項１６記載の原子炉炉心の燃料装
荷方法において、更に、（ｉ）前記炉心中央領域に３サイクル滞在した前記第１
の燃料集合体の一部を、前記炉心中央領域内に形成され
たコントロールセルに移動し、残りを炉心最外層に移動
させるステップと；（ｊ）前記第２のステップで前記炉心中央領域に分散装
荷されてこの領域で１サイクル滞在した前記第２の燃料
集合体を、前記炉心周辺領域内において隣接する２層に
隣接する外側層に移動させるステップと；を有すること
を特徴とする燃料装荷方法。
【請求項１８】少なくとも連続する２サイクルの間、
装荷位置が変わらない複数の第１の燃料集合体を含む炉
心中央領域と、少なくとも連続する２サイクルの各サイ
クル毎に装荷位置が変わる複数の第２の燃料集合体を含
む炉心周辺領域とを有する原子炉炉心の燃料装荷方法に
おいて、平均取出燃焼度に対する最大取出燃焼度の比が１．０８
以下となるように前記第２の燃料集合体を前記炉心周辺
領域から炉心中央領域に移動させることを特徴とする燃
料装荷方法。
【請求項１９】請求項１８記載の燃料装荷方法におい
て、前記移動させる第２の燃料集合体は、前記炉心周辺
領域に少なくとも連続する２サイクル滞在した燃料集合
体であることを特徴とする燃料装荷方法。
【請求項２０】請求項１９記載の原子炉炉心の燃料装
荷方法において、前記移動された第２の燃料集合体は、
前記炉心中央領域に形成されたコントロールセルに配置
することを特徴とする燃料装荷方法。
【請求項２１】請求項１９記載の原子炉炉心の燃料装
荷方法において、前記移動された第２の燃料集合体は、
前記炉心中央領域に分散装荷することを特徴とする燃料
装荷方法。
【請求項２２】請求項１９または２０記載の原子炉炉
心の燃料装荷方法において、更に、前記炉心中央領域に
３サイクル滞在した前記第１の燃料集合体を、少なくと
も炉心最外層に移動させることを特徴とする燃料装荷方
法。
【請求項２３】複数のコントロールセルが形成され、
少なくとも連続する２サイクルの間、装荷位置が変わら
ない複数の第１の燃料集合体を含む炉心中央領域と、少
なくとも連続する２サイクルの各サイクル毎に装荷位置
が変わる複数の第２の燃料集合体を含む炉心周辺領域と
を有する原子炉炉心の燃料装荷方法において、（ａ）前記炉心周辺領域に３サイクル滞在した前記第２
の燃料集合体を前記コントロールセルに移動させる第１
のステップと；（ｂ）前記炉心中央領域に３サイクル滞在した前記第１
の燃料集合体を、少なくとも炉心最外層に移動させる第
２のステップと；を有することを特徴とする燃料装荷方
法。
【請求項２４】請求項２３記載の原子炉炉心の燃料装
荷方法において、更に、（ｃ）前記炉心周辺領域内における隣接する２層内の第
１の領域に１サイクル滞在した前記第２の燃料集合体
を、その２層内の第２の領域に移動させる第３のステッ
プ；有することを特徴とする燃料装荷方法。
【請求項２５】請求項２４記載の原子炉炉心の燃料装
荷方法において、更に、（ｄ）前記第２の領域に１サイクル滞在した前記第２の
燃料集合体を、前記２層内の第３の領域に移動させるス
テップ；を有することを特徴とする燃料装荷方法。
【請求項２６】請求項２５記載の原子炉炉心の燃料装
荷方法において、前記第１及び第３の領域は前記２層の
うちの内側層にあり、前記第２の領域は前記２層のうち
の外側層にあることを特徴とする燃料装荷方法。
【請求項２７】請求項１〜２６のいずれか１項記載の
燃料装荷方法で構成したことを特徴とする原子炉炉心。
【請求項２８】複数のコントロールセルを含む炉心中
央領域と、前記炉心中央領域を取囲み、少なくとも連続
する２サイクルで装荷位置が変わる複数の燃料集合体を
含む炉心周辺領域とを備えることを特徴とする原子炉炉
心。
【請求項２９】請求項２８記載の原子炉炉心におい
て、前記炉心中央領域の前記コントロールセル以外の部
分には、少なくとも連続する２サイクルで装荷位置の変
わらない燃料集合体が配置されていることを特徴とする
原子炉炉心。
【請求項３０】請求項２９記載の原子炉炉心におい
て、前記コントロールセルと前記炉心周辺領域との間
に、前記２サイクルで装荷位置の変わらない燃料集合体
が配置されていることを特徴とする原子炉炉心。
【請求項３１】少なくとも連続する２サイクルの間、
装荷位置が変わらない複数の第１の燃料集合体を含む炉
心中央領域と、少なくとも連続する２サイクルの各サイ
クル毎に装荷位置が変わる複数の第２の燃料集合体を含
む炉心周辺領域とを有する原子炉炉心において、（ａ）前記炉心周辺領域は、前記第２の燃料集合体とし
て、少なくとも連続する２サイクルの間、前記炉心周辺
領域に滞在する複数の燃料集合体を含み；（ｂ）前記炉心中央領域は、前記第１の燃料集合体に加
え、前記炉心周辺領域から移動してきた前記第２の燃料
集合体を含む；ことを特徴とする原子炉炉心。
【請求項３２】少なくとも連続する２サイクルの間、
装荷位置が変わらない複数の第１の燃料集合体を含む炉
心中央領域と、少なくとも連続する２サイクルの各サイ
クル毎に装荷位置が変わる複数の第２の燃料集合体を含
む炉心周辺領域とを有し、前記炉心中央領域には複数の
コントロールセルが形成された原子炉炉心において、（ａ）前記炉心周辺領域は、前記第２の燃料集合体とし
て、連続した３サイクルの間、その炉心周辺領域に滞在
する複数の燃料集合体を含み；（ｂ）前記炉心中央領域は、前記第１の燃料集合体に加
え、前記炉心周辺領域から移動してきて前記コントロー
ルセルに配置された前記第２の燃料集合体を含み；（ｃ）少なくとも炉心最外層には、前記炉心中央領域か
ら移動してきた前記第１の燃料集合体が配置されてい
る；ことを特徴とする原子炉炉心。