JPH1062576A - 原子炉炉心に燃料を供給する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バンドル当たりの平均取り出し燃焼度を増大
させ、熱的余裕を改善し、停止時作業を減少させ、原子
炉炉心の全寿命にわたり購入される燃料バンドルの量を
減少させ、再処理経費を低減させると共に、燃料バンド
ルの間のスペクトル・ミスマッチを最小化し又は排除す
ることのできる原子炉炉心に燃料を供給する方法を提供
する。 【解決手段】 初期炉心装荷として、燃料バンドルの再
配置替え又は取り替え装荷が要求されるよりも前に、ま
る２サイクルにわたって炉心を運転するのに十分な核分
裂性物質インベントリを有している燃料バンドルを供給
する。コントロール・セルＣ内には低濃縮度バンドル
を、非コントロール・セルＮ内には高濃縮度バンドルを
配置して、スペクトル・ミスマッチを蒙る高濃縮度バン
ドルの辺を同定することにより、スペクトル・ミスマッ
チに遭遇するバンドル数を減少させるように燃料バンド
ルを炉心内に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉の炉心の燃料バ
ンドル管理に関し、具体的には、原子炉炉心の燃料装荷
を管理する方法であって、従来の設計に比べて、バンド
ル当たりの平均取り出し燃焼度（discharge exposure）
を増大させ、熱的余裕を向上させ、停止時作業を減少さ
せ、原子炉炉心の全寿命にわたり購入される燃料バンド
ルを正味として減少させると共に、これに伴い再処理経
費を抑える方法に関する。本発明は又、各燃料バンドル
の間のスペクトル・ミスマッチ（不整合）を減少させ
る。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉及び加圧水型原子炉で
は、初期炉心装荷は従来、数バッチの燃料、即ち、数群
の燃料バンドルで形成されており、各群は異なるサイク
ル数にわたってそれぞれ運転されている。従って、初期
炉心装荷用の燃料バンドルのうちのある程度のパーセン
トは、単一の運転サイクルを充足するように設計されて
おり、その単一の運転サイクルの末期には、これらの特
定の燃料バンドルは炉心から取り外されて再処理され
る。その他の群の燃料バンドルは、２サイクル又はそれ
以上のサイクルを通して運転されるように設計されてお
り、各々のサイクルの末期には、これらの群は取り除か
れ又は炉心内で再配置替えされる。取り除かれた群は言
うまでもなく、再処理される。このように、燃料バンド
ルの群の核分裂性物質装荷量（fissile loading）は従
来、炉心内でのその固有の滞留時間、即ち、１サイク
ル、２サイクル等に見合うように設定されており、炉心
の平均核分裂性物質装荷量は、サイクルの長さを充足す
るように決定されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来な
らば第１運転サイクルの後に取り除かれていた燃料バン
ドルの群は、比較的短期間、例えば１年程度しか炉心内
に滞留していない。この燃料の群は、十分なエネルギを
発生してきておらず、従って、更なるサイクルにわたっ
て炉心に滞留する他の燃料バンドルに比べると、その取
り出し燃焼度は少ない。このように、従来の第１サイク
ルの後に取り除かれる燃料バンドルの単位質量当たり発
生される平均エネルギは、更なるサイクルにわたって炉
心に滞留する他の燃料バンドルの群に比べて少ない。
又、初期サイクルの末期に取り除かれる燃料バンドルの
群の取り出し燃焼度が少ない結果、出力発生経費は、平
均してこの初期炉心燃料の方が取り替え装荷燃料（relo
ad fuel）よりも高くなる。これは、部分的には、原子
炉炉心から取り除かれる燃料の再処理に関連して比較的
一定したある程度の経費があるからである。バンドル当
たりの燃料再処理経費は、比較的一定しており、炉心内
での滞留時間には実質的に依存していない。従来ならば
第１サイクルの後に初期炉心装荷から取り除かれていた
燃料バンドルについては、それらの燃料の再処理経費
は、多数のサイクルにまたがって用いられた燃料を再処
理する経費と実質的に同じである。従って、第１サイク
ルの後に取り除かれる燃料バンドルを再処理するための
単位発電量当たりの平均経費は、残された燃料バンドル
の経費よりも実質的に高くなる。即ち、第１サイクルの
後に初期炉心装荷から取り除かれた燃料バンドルについ
て、初期購入経費及び再処理経費を含めた単位発電量当
たりの平均経費は、多数のサイクルで用いられた燃料バ
ンドルについての平均経費よりも実質的に高くなる。

【０００４】従来の原子炉炉心の燃料管理方式では、初
期炉心はその一部分にしか燃料バンドルを装荷しておら
ず、炉心内の残余の燃料バンドル位置はプラグで塞がれ
ている。第２サイクルの完了後に、プラグを取り外し、
炉心内の燃料バンドルを配置替えして、残余の位置を取
り替え装荷燃料で充填する。しかしながら、この方式に
よって、炉心の出力密度が増大すると共に、例えばプラ
グ等の核廃棄物が増加する。

【０００５】更に、従来の核燃料炉心管理では、初期燃
料装荷の装荷パターンは、取り替え装荷の場合も同様で
あるが、低濃縮度、中濃縮度及び高濃縮度の燃料バンド
ルを炉心内の様々な位置に配置している。炉心内でのそ
れらの配置については相当の配慮が払われているが、低
濃縮度及び中濃縮度の燃料バンドルが高濃縮度の燃料バ
ンドルに隣接して配置されている場合には、スペクトル
・ミスマッチ（spectral mismatch）の問題が生じてい
た。例えば、低濃縮度燃料バンドルが高濃縮度燃料バン
ドルに隣接して位置している場合に、高濃縮度バンドル
内に中性子が漏洩すると、高濃縮度バンドルの出力が増
大し、これらのバンドルに、好ましくない出力ピーク化
が発生する。標準的な燃料炉心装荷では、この増大した
熱中性子束に最高度にさらされる燃料棒は、任意の低濃
縮度バンドル又は中濃縮度バンドルに隣接している辺縁
の燃料棒である。典型的には、高濃縮度燃料バンドルは
４辺すべてにおいて低濃縮度又は中濃縮度の燃料バンド
ルによって取り巻かれているので、各々の高濃縮度バン
ドルの全４辺に位置している辺縁の燃料棒は高出力で運
転され、一方、その高濃縮度バンドルの内部の燃料棒は
出力を抑制される。このように、高濃縮度バンドルの内
部の燃料棒は、増大した熱中性子束から本質的に遮蔽さ
れているが、高濃縮度バンドルの辺縁の燃料棒は厳しい
影響を受けていた。これは又、バンドル辺縁に沿った高
濃縮度燃料棒について熱限界基準を満たすためには有害
でもある。標準的な炉心設計では、このスペクトル・ミ
スマッチの問題を解決することは困難であった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、原子炉
炉心の燃料管理の方法が提供され、この方法は、初期サ
イクルの開始時に炉心を完全に装荷することを可能に
し、燃料バンドルを取り外したり再配置替えしたりせず
に、少なくとも第２サイクルの末期までを通して運転を
行うことができる。本発明の方法は又、停止回数を減少
させ、全体のプラント能力を向上させると共に、原子炉
の全寿命にわたる全体経費を実質的に抑制する。これを
達成するために、原子炉炉心は初期には、２サイクル又
はそれ以上のサイクルの炉心内滞留時間に見合った核分
裂性物質装荷量を有している燃料バンドルで完全に装荷
される。即ち、初期炉心装荷の平均濃縮度が、１サイク
ルよりも多い運転、即ち、少なくとも２サイクルの運転
を支援するように決定され、その運転のための固有の燃
料設計が決定される。このようにして、初期炉心の核分
裂性物質インベントリは、第１サイクルと第２サイクル
との間に燃料を取り替え装荷したり配置替えしたりせず
に、２サイクル又はそれ以上のサイクルの運転を行える
ようなものとなる。これにより、初期炉心の燃料の平均
滞留時間が延長し、これに呼応して、初期炉心の取り出
し燃焼度が、第１サイクルの末期に部分的な取り替え装
荷を行う必要のあった従来式装荷の炉心の取り出し燃焼
度に比べて増大する。これにより又、スケジュール化さ
れている第１回の停止中の多くの容器内作業を省くこと
ができる。

【０００７】上述の炉心管理の方法を用いることによ
り、全体的な正味の運転経費が実質的に低減される。第
１サイクルと第２サイクルとの間に燃料の取り替え装荷
を行わずに２サイクル又はそれ以上のサイクルにまたが
る運転を可能にする必要性から濃縮度をより高めたの
で、初期炉心装荷の経費は増大するが、ウランの所要質
量が減少するので、再処理経費は正味として低減され
る。例えば、従来の炉心設計において、約８００の燃料
バンドルが炉心内に初期装荷される場合には、典型的に
は１５０のバンドルが、サイクルの長さ、濃縮度等に応
じて第１サイクルの末期に取り出され得る。次いで、新
たな燃料を有する追加の１５０のバンドルが、第１サイ
クルの末期に炉心に装荷される。しかしながら、再処理
経費は、原子炉の全寿命にわたる原子炉運転の所要燃料
の質量の関数である。従って、従来の炉心管理設計で
は、第１サイクルの後に取り出された最初の１５０のバ
ンドルは、バンドル当たり実質的に一定した経費をかけ
て再処理する必要がある。再処理経費は又、平衡に達す
るまでは各々のサイクルの後にもかかる。しかしなが
ら、本発明の炉心管理設計によれば、燃料は少なくとも
第２のサイクルまでを通して炉心内に滞留するので、第
１サイクルの末期には再処理経費はかからない。従っ
て、従来の設計のように第１サイクルの末期に取り除か
れていたならば再処理されたであろう燃料バンドルの数
の分だけ再処理経費が減少する。このように再処理の経
費を切り詰めても、初期サイクルを超えて運転するため
の初期炉心装荷に必要な高めの濃縮度を有する燃料に追
加経費がかかるので、切り詰めた分はある程度までは相
殺されてしまうが、単位発生エネルギ当たりの全体経費
は低減される。即ち、より高い初期濃縮度レベルを用い
るので初期炉心燃料にかかる経費は高くつくが、初期燃
料購入経費及び再処理経費を含めた寿命全般での燃料経
費は、実質的に低減される。

【０００８】標準的な多（マルチ）濃縮度初期炉心設計
を作成する際には、装荷パターンを改変するとスペクト
ル・ミスマッチに関連した新たな問題を招くおそれがあ
るので、炉心設計を熱限界について最適化することは困
難である。本発明は又、高濃縮度燃料バンドルと低濃縮
度燃料バンドルとを互いに対して特定的に配置したコン
トロール・セル・コア方式を採用しており、この方式に
より、潜在的にスペクトル・ミスマッチを起こすおそれ
のある炉心内での位置の同定が可能になると共に、それ
らの位置を、ある低濃縮度燃料バンドルに隣接している
各々の高濃縮度燃料バンドルの１辺のみに限定してい
る。一旦同定されたら、高濃縮度バンドルを、スペクト
ル・ミスマッチを最小化する又は排除するように特別に
設計して、これにより炉心性能を向上させることができ
る。この改良された設計方式については、スペクトル・
ミスマッチに影響される燃料棒は常に同一であり、バン
ドルの内容を、熱的余裕を最適化するように設計するこ
とができる。

【０００９】従来のコントロール・セル・コア方式で
は、シム制御棒の移動は、低濃縮度バンドルによって取
り巻かれている一定の群の制御棒に限定されている。十
字形の制御棒の各々と、それを取り巻いている４つの燃
料バンドルとが、１つのコントロール・セルを構成して
いる。コントロール・セル・コア方式は、出力のピーク
化を抑え、熱的余裕を増大させると共に、ペレット−被
覆相互作用の傾向を抑える。一般的に述べると、原子炉
の運転サイクルは、このように、コントロール・セルの
制御棒によってのみ制御されている。非コントロール・
セル（non-cotrolcell）は典型的には、運転中は引き抜
かれている。本発明によれば、コントロール・セルには
低濃縮度燃料バンドルが配設されており、一方、低濃縮
度バンドルが配設されている周辺バンドルを除いたすべ
ての非コントロール・セルには、高濃縮度燃料バンドル
が配設されている。この方式で炉心を構成することによ
り、コントロール・セルは、少なくとも１つの非コント
ロール・セルによって互いに離隔されることが理解され
るであろう。又、炉心内の非コントロール・セルの高濃
縮度燃料バンドルは、その１辺のみが、コントロール・
セルの低濃縮度燃料バンドルの辺に隣接するようにして
配置されている。従って、炉心内で潜在的にスペクトル
・ミスマッチを起こすおそれのある位置が、コントロー
ル・セルの低濃縮度バンドルに側面又は辺縁で隣接して
位置している高濃縮度バンドルの上述のような辺として
初期の段階で同定される。その結果、スペクトル・ミス
マッチに関連する問題を蒙り易いバンドル数及びこれら
のバンドル内の燃料棒数が格段に減少する。即ち、コン
トロール・セルの低濃縮度バンドルに隣接した高濃縮度
バンドルについて、従来ならば典型的にはこの高濃縮度
バンドルの２辺又はそれ以上の辺が、中性子束が増大し
た結果として高出力を経験していたところを、その１辺
のみが経験するに留まる。

【００１０】更に、炉心設計においてスペクトル・ミス
マッチを蒙り易い高濃縮度バンドルの辺を同定すること
により、高濃縮度バンドルのその辺に沿った個々の燃料
棒の濃縮度を、スペクトル・ミスマッチが減少する又は
排除されるように選択的に低下させ、一方、バンドル内
の残余の燃料棒の濃縮度は比較的高い濃縮度レベルに維
持されるようにすることができる。即ち、低濃縮度バン
ドルに隣接している辺であって、こうしなければスペク
トル・ミスマッチの問題を起こしたであろう辺を有して
いる各々の高濃縮度燃料バンドルにおいて、燃料棒の濃
縮度を選択的に低下させることにより、高出力発生燃料
棒におけるスペクトル・ミスマッチの影響が最小化さ
れ、同時に、燃料バンドルの濃縮度を、燃料炉心装荷、
特に初期炉心装荷に典型的であったレベルよりも高いレ
ベルに維持することができる。従って、スペクトル・ミ
スマッチの起こる炉心内位置を同定すると共に低濃縮度
燃料バンドルに隣接した高濃縮度燃料バンドルを改変す
ることにより、初期炉心装荷は、平均してより高い濃縮
度を有して、第１サイクルの後に燃料補給を行わずに運
転することを可能にする。

【００１１】本発明による好ましい実施例では、複数の
核燃料サイクルを有している原子炉炉心に燃料を供給す
る方法が提供され、この方法は、初期サイクルの末期に
核燃料を取り替え装荷せずに初期サイクルを超える期間
にわたり原子炉炉心を運転するのを支援するように、初
期炉心燃料装荷に関わる燃料バンドルに平均して濃縮度
を高める工程を備えている。

【００１２】本発明による好ましい更なる実施例では、
複数の核燃料バンドルを有している原子炉炉心に燃料を
供給する方法が提供され、この方法は、原子炉炉心内
に、コントロール・セルと非コントロール・セルとから
成るパターンを、コントロール・セルが少なくとも１つ
の非コントロール・セルによって互いに離隔されるよう
にして形成する工程と、コントロール・セル内に全体的
に低い濃縮度の燃料バンドルを配設する工程と、非コン
トロール・セルの燃料バンドルの間のスペクトル・ミス
マッチを実質的に回避するために、非コントロール・セ
ル内に全体的に高い濃縮度の燃料バンドルを配設する工
程と、非コントロール・セル内の高い濃縮度のバンドル
の１辺のみがコントロール・セル内の低い濃縮度の燃料
バンドルの辺と隣接して位置するように、炉心内にコン
トロール・セルと非コントロール・セルとを隣接して配
置する工程とを備えている。

【００１３】従って、本発明の主要な目的は、原子炉炉
心バンドル管理のための新規で改良された方法を提供す
ることにあり、この方法によれば、バンドル当たりの平
均取り出し燃焼度が増大し、熱的余裕が改善され、停止
時作業が減少し、原子炉炉心の全寿命にわたり購入され
る燃料バンドルの量が減少し、再処理経費が低減される
と共に、燃料バンドルの間のスペクトル・ミスマッチが
最小化され又は排除される。

【００１４】

【実施例】ここで図面、具体的には図１を参照すると、
同図には原子炉が、全体的に参照番号１０を付して模式
的に示されている。原子炉１０は、その炉心に配置され
た複数の燃料バンドル１２を有しており、燃料バンドル
１２はすべて、着脱自在のヘッド（頭部）１６を有して
いる原子炉容器１４内に包含されている。本発明によれ
ば、図１（Ａ）は、初期燃料装荷された原子炉炉心を示
しており、各燃料バンドルは、２サイクル又はそれ以上
のサイクルの炉心内滞留時間に見合った核燃料物質装荷
量を有している。このように、初期炉心装荷の平均濃縮
度は、第１サイクルと第２サイクルとの間に燃料を取り
替え装荷したり再配置替えしたりせずに、少なくとも２
サイクル又はそれ以上にわたって運転するのを支援して
いる。第１運転サイクルの末期が図１（Ｂ）に示されて
おり、ここでは、容器のヘッドは取り外されていない。
しかしながら、図示のように、燃料バンドルは一切、配
置替えされたり取り替え装荷されたりしていない。図１
（Ｃ）は、第２サイクル又はその後のサイクルの末期に
おける原子炉を示しており、ここでは、燃料バンドルは
取り除かれており、その後のサイクルで使用される新た
な燃料バンドルが炉心内に装荷されている。

【００１５】この構成の結果として、２サイクル又はそ
れ以上のサイクルにまたがって運転する必要性から濃縮
度をより高くした結果、初期燃料装荷の経費は高くなる
が、ウランの質量が減少しているので、再処理経費は正
味として低減される。即ち、燃料は、第２サイクル又は
更なるサイクルを通して原子炉内に滞留するので、第１
サイクルの末期での再処理経費がかからない。従って、
初期炉心装荷は、初期サイクルの末期に核燃料を取り替
え装荷せずに、初期サイクルを超える期間にわたり原子
炉炉心を運転するのを支援するように、平均して濃縮度
を高められている。定義のために付け加えておくと、
「サイクル」とは、原子炉の寿命中において、スケジュ
ール化された順次的な停止と停止との間の時間の長さの
ことであり、各停止は従来、燃料交換を含んでいた。

【００１６】次いで図２に移ると、同図には、従来の多
濃縮度装荷パターンが原子炉炉心の４分の１区画につい
て示されている。縦軸及び横軸に沿った数字は、炉心内
でのバンドルの位置を定義している。この図面の目的の
ためとして、文字Ｃはコントロール・セルを示し、文字
Ｎは非コントロール・セルを示し、番号１を付した燃料
バンドルは、周辺燃料バンドルを示している。加えて、
文字Ｃ及び文字Ｎの直後の数字は、その数字が示されて
いる位置の燃料バンドルの平均濃縮度レベルに対応して
いる。従って、数字２、３、４及び５は、低濃縮度、中
濃縮度、高濃縮度／高ガドリニウム、及び高濃縮度／低
ガドリニウムの燃料バンドルをそれぞれ示している。数
字１は、平均的低濃縮度を有している周辺燃料バンドル
を示している。図面の斜線は、この従来の炉心装荷にお
いてスペクトル・ミスマッチによって影響される燃料バ
ンドルを示している。番号１〜５を付した燃料バンドル
についての濃縮度の典型的な実例は、次の通りである。
「１」＝０．７１、「２」＝１．２、「３」＝２．２、
「４」＝３．７、「５」＝３．７である。番号１〜５を
付した燃料バンドルについての濃縮度の範囲は、典型的
には次の通りである。「１」の場合は０．７１〜１．
２、「２」の場合は１．００〜１．５、「３」の場合は
２．０〜２．５、「４」及び「５」の場合は３．５〜
４．０である。

【００１７】図２に示す炉心について検討するとわかる
ように、番号４及び番号５を付された高濃縮度燃料バン
ドルのうちの相当数が、低濃縮度バンドルに隣接した辺
を有している。例えば、横軸１４、縦軸８に示すＮ４と
付された高濃縮度バンドルは、４辺すべてが中濃縮度又
は低濃縮度の燃料バンドルに辺縁で隣接している。従っ
て、この位置の燃料バンドルＮ４は、スペクトル・ミス
マッチ、即ち、隣接した低濃縮度バンドルからの中性子
漏洩が増大して、出力がより高くなるといったスペクト
ル・ミスマッチを蒙り易く、臨界熱限界に到達するおそ
れがある。このように、図２で示した従来の炉心パター
ンには、スペクトル・ミスマッチを蒙る相当数の燃料バ
ンドルが存在している。

【００１８】従来のコントロール・セル方式によれば、
コントロール・セルには低濃縮度の燃料バンドルが配設
されており、これらは、図２では一貫してＣ２と付され
ている。各々のコントロール・セル内で４つの低濃縮度
バンドルＣ２を離隔している十字形の制御棒は、原子炉
の制御棒としての役割を果たしている。非コントロール
・セルに付設された制御棒は、運転中は典型的には引き
抜かれている。

【００１９】図３を参照するとわかるように、非コント
ロール・セルに高濃縮度燃料バンドル（Ｈ）と中濃縮度
燃料バンドル（Ｍ）とが混在している従来の炉心では、
非コントロール・セル内の相当数の高濃縮度バンドルが
スペクトル・ミスマッチを経験する。このように、図３
でわかるように、例えば（横軸，縦軸）がそれぞれ（１
２，１４）である位置では、高濃縮度バンドルは、４辺
すべてをより低い濃縮度のバンドル（Ｌ）及び（Ｍ）に
よって取り巻かれており、従って、この高濃縮度バンド
ルの４つの辺又は縁の各々に沿って位置している燃料棒
は、スペクトル・ミスマッチを蒙る。同様に、（１３，
１５）に位置している高濃縮度バンドルも、その４つの
辺においてスペクトル・ミスマッチを蒙る。又、図３に
示した以外の高濃縮度バンドルも同様に、４つの辺すべ
てにおいてスペクトル・ミスマッチを蒙る。従って、こ
れらの高濃縮度バンドルにおいては、出力ピーク化問題
が起こる。

【００２０】次いで図４を参照すると、本発明による炉
心構成が示されている。同図でわかるように、コントロ
ール・セルには低濃縮度バンドルが配設されており、非
コントロール・セルには、周辺のセルを除き、すべて高
濃縮度バンドルが配設されている。後者は、高濃縮度／
低ガドリニウム型又は高濃縮度／高ガドリニウム型のい
ずれかのバンドルである。番号１を付された周辺バンド
ルはすべて、低濃縮度である。本構成では、低濃縮度バ
ンドルに辺縁で隣接しているそれらの位置の故に、スペ
クトル・ミスマッチを蒙る高濃縮度燃料バンドルの数
は、実質的に減少して、図２に示したものの数の約３分
の１になっている。又、スペクトル・ミスマッチを蒙る
高濃縮度燃料バンドルは、炉心座標系の横軸線と縦軸線
とに沿って、各コントロール・セルの間において明確に
同定される。更に又、特記しておくと、従来構成では高
濃縮度バンドルはしばしば４辺でスペクトル・ミスマッ
チを蒙っていたが、上述の構成を用いると、高濃縮度バ
ンドルの１辺のみしかスペクトル・ミスマッチを蒙らな
い。従って、位置（１２，１３）、（１２，１４）、
（１３，１５）及び（１４，１５）において、低濃縮度
コントロール・セルのバンドルに隣接した辺上に位置す
る燃料棒は、スペクトル・ミスマッチを蒙り易くなる。
４辺すべてがスペクトル・ミスマッチを蒙るような非コ
ントロール・セル内の高濃縮度燃料バンドルは、一切存
在しない。

【００２１】スペクトル・ミスマッチを蒙る非コントロ
ール・セルの辺が同定されているので、本発明によれ
ば、低濃縮度バンドルに辺縁で隣接した高濃縮度バンド
ル内の燃料棒であって、スペクトル・ミスマッチを蒙る
燃料棒の濃縮度を低下させることができ、同時に、高濃
縮度燃料バンドルの濃縮度レベルは高いレベルに維持し
ておくことができる。このようにして、出力ピーク化の
問題と臨界熱限界の問題との両者を回避し、同時に、燃
料バンドルの濃縮度は高レベルに維持され、この高レベ
ルの濃縮度は、燃料を再配置替えしたり取り替え装荷し
たりせずに、まる２サイクル又はそれ以上のサイクルに
またがる運転を行うのに十分な核分裂性物質インベント
リを初期炉心装荷に対して十分に提供することができ
る。

【００２２】例えば、ある高濃縮度燃料バンドル及びそ
の燃料バンドルの辺縁が、スペクトル・ミスマッチを蒙
る燃料棒を有しているものと同定された場合には、これ
らの燃料棒の燃料濃縮度を低下させることができる。例
えば、その高濃縮度バンドル内に９×９の燃料棒配列が
設けられているときに、より低い濃縮度のバンドルに辺
縁で隣接している燃料棒を３つ１組としてその最初及び
最後の組の濃縮度を低下させることができる。例えば、
このような燃料棒の濃縮度を１５％〜２０％だけ低下さ
せて、これにより、その辺縁に沿った出力ピーク化問題
を軽減することができる。対称性を維持するために、隣
接する１辺もこれに沿って同様の濃縮度を有する燃料棒
で構成して、燃料バンドルがバンドルの対角線、例えば
図面の左上から右下にかけての対角線に沿って対称にな
るようにする。

【００２３】代表的な実例として、図６及び図７を参照
する。図６には、典型的な初期炉心における高濃縮度／
高ガドリニウムについての従来の核分裂性物質装荷量が
示されている。特に、燃料棒１、２及び３の装荷量に注
目されたい。図７では、炉心内の同じ位置での高濃縮度
／高ガドリニウム燃料バンドルは、図６に示したものと
は異なる核分裂性物質装荷量を有している。具体的に
は、コントロール・セル内の低濃縮度燃料バンドルに辺
縁で隣接している燃料棒の核分裂性物質装荷量は、こう
しなければ起きたであろうスペクトル・ミスマッチを緩
和するように減少させられている。燃料棒１Ａ、２Ａ及
び３Ａの核分裂性物質装荷量を、図６の燃料棒１、２及
び３の装荷量と比較されたい。濃縮度が低下したこれら
の燃料棒１Ａ、２Ａ及び３Ａは、スペクトル・ミスマッ
チを減少させ又は排除し、一方、燃料バンドルを、全体
的に高い濃縮度を有するようにして維持すると共に、炉
心内で少なくとも初期運転サイクルとその後の１運転サ
イクルとのための反応度を提供するのに十分な核分裂性
物質インベントリを有するようにして維持する。

【００２４】現時点で最も実用的で好適な実施例である
と考えられる事柄と関連させて本発明を記載してきた
が、本発明は、ここに開示した実施例に限定されるもの
ではなく、逆に、特許請求の範囲の要旨に包含される種
々の改変及び均等構成を網羅しているものと理解された
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、多数のサイクルに
わたって運転される原子炉の概略図である。

【図２】原子炉炉心の４分の１を表す概略図であって、
従来の炉心装荷設計による燃料バンドル装荷を示す図で
ある。

【図３】図２に示す炉心の一部の概略図であって、図２
の燃料バンドルの間のスペクトル・ミスマッチを示す図
である。

【図４】図２と同様の図であって、本発明に従って構成
されている炉心を示す図である。

【図５】図３と同様の図であって、図４の炉心の一部を
示す図である。

【図６】従来の燃料バンドルについて、燃料バンドルの
核分裂性物質装荷量を示す概略図である。

【図７】スペクトル・ミスマッチを回避する本発明の燃
料バンドルについて、燃料バンドルの核分裂性物質装荷
量を示す概略図である。

【符号の説明】

１０ 原子炉 １２ 燃料バンドル １４ 原子炉容器 １６ ヘッド

フロントページの続き (72)発明者 スティーブン・ジョセフ・ピータース アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ウィルミントン、ハンプシャイア、3440番 (72)発明者 ラッセル・モーガン・ファウセット アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ウィルミントン、ホリングスワース・ドラ イブ、609番 (72)発明者 ジェラルド・ディーン・クヴァール，ジュ ニア アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サ ン・ノゼ、ザ・ウッズ・ドライブ，アパー トメント183、4300番 (72)発明者 ローレンス・リー・チー アメリカ合衆国、カリフォルニア州、フレ モント、ロス・ピノス・プレース、691番

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の核燃料サイクルを有している原子
   炉炉心に燃料を供給する方法であって、 初期サイクルの末期に核燃料を取り替え装荷せずに前記
   初期サイクルを超える期間にわたり前記原子炉炉心を運
   転するのを支援するように、初期炉心燃料装荷に関わる
   燃料バンドルの濃縮度を平均して高める工程を備えた原
   子炉炉心に燃料を供給する方法。
2. 【請求項２】 前記初期サイクルの末期に前記燃料バン
   ドルを再配置替えせずに、前記炉心内の前記燃料バンド
   ルを維持する工程を含んでいる請求項１に記載の原子炉
   炉心に燃料を供給する方法。
3. 【請求項３】 前記初期サイクルに続く１サイクルの末
   期に取り替え装荷用燃料バンドルを供給する工程を含ん
   でいる請求項２に記載の原子炉炉心に燃料を供給する方
   法。
4. 【請求項４】 前記炉心に複数のコントロール・セルを
   設ける工程と、該コントロール・セルと前記炉心の周囲
   との両者に第１の平均濃縮度を備えた燃料を有している
   第１の燃料バンドルを設ける工程と、前記炉心の残部に
   第２の平均濃縮度を有している第２の燃料バンドルを設
   ける工程とを含んでおり、前記第２の燃料バンドルは、
   前記第１の燃料バンドルの平均濃縮度よりも高い平均濃
   縮度を有している請求項１に記載の原子炉炉心に燃料を
   供給する方法。
5. 【請求項５】 沸騰水型原子炉で実施される請求項１に
   記載の原子炉炉心に燃料を供給する方法。
6. 【請求項６】 加圧水型原子炉で実施される請求項１に
   記載の原子炉炉心に燃料を供給する方法。
7. 【請求項７】 複数の核燃料バンドルを有している原子
   炉炉心に燃料を供給する方法であって、 前記原子炉の炉心内に、コントロール・セルと非コント
   ロール・セルとから成るパターンを、前記コントロール
   ・セルが少なくとも１つの非コントロール・セルにより
   互いに離隔されるようにして形成する工程と、 前記コントロール・セル内に全体的に低い濃縮度の燃料
   バンドルを設ける工程と、 前記非コントロール・セル内の燃料バンドルの間のスペ
   クトル・ミスマッチを実質的に回避するために、前記非
   コントロール・セル内に全体的に高い濃縮度の燃料バン
   ドルを設ける工程と、 非コントロール・セル内の高い濃縮度のバンドルの１辺
   のみが、コントロール・セル内の低い濃縮度の燃料バン
   ドルの辺と隣接して位置するように、前記炉心内にコン
   トロール・セルと非コントロール・セルとを隣接して配
   置する工程とを備えた原子炉炉心に燃料を供給する方
   法。
8. 【請求項８】 コントロール・セル内の各々の低い濃縮
   度の燃料バンドルの２辺のみが、隣接した非コントロー
   ル・セル内の高い濃縮度の燃料バンドルのそれぞれの辺
   と隣接して位置するように、前記炉心内にコントロール
   ・セルと非コントロール・セルとを隣接して配置する工
   程を含んでいる請求項７に記載の原子炉炉心に燃料を供
   給する方法。
9. 【請求項９】 各々の燃料バンドルは、方形マトリクス
   状の燃料棒配列を有しており、隣接したコントロール・
   セル内の低い濃縮度の燃料バンドルの１辺に隣接してい
   る非コントロール・セル内の各々の高い濃縮度の燃料バ
   ンドルの第１の辺に沿った少なくともいくつかの燃料棒
   の濃縮度を、前記非コントロール・セル内の前記高い濃
   縮度の燃料バンドルの対向する辺に沿った燃料棒の濃縮
   度に比較して低減させて、スペクトル・ミスマッチに起
   因する前記第１の辺に沿った前記燃料棒の出力ピーク化
   を最小化する請求項１に記載の原子炉炉心に燃料を供給
   する方法。
10. 【請求項１０】 前記高い濃縮度の燃料バンドル内のい
    くつかの燃料棒に、互いに異なる燃料棒濃縮度を提供す
    る工程と、前記高い濃縮度の燃料バンドルが該燃料バン
    ドルの対角線について対称になるように、前記燃料棒の
    濃縮度を高める工程とを含んでいる請求項９に記載の原
    子炉炉心に燃料を供給する方法。
11. 【請求項１１】 前記原子炉炉心は、複数の核燃料サイ
    クルを有しており、初期サイクルの末期に核燃料を取り
    替え装荷せずに前記初期サイクルを超える期間にわたり
    前記原子炉炉心を運転するのを支援するように、初期炉
    心燃料装荷に関わる高い濃縮度の燃料バンドルに平均し
    て濃縮度を提供する請求項７に記載の原子炉炉心に燃料
    を供給する方法。
12. 【請求項１２】 沸騰水型原子炉で実施される請求項７
    に記載の原子炉炉心に燃料を供給する方法。
13. 【請求項１３】 加圧水型原子炉で実施される請求項７
    に記載の原子炉炉心に燃料を供給する方法。