JPH11174181A - 燃料集合体および原子炉の炉心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】原子炉の炉心に装荷された状態で燃料集合体内
の燃料棒出力ピーキングを低くして十分な熱的余裕を有
する燃料集合体および取出燃焼度を増大させて燃料経済
性を大幅に向上させた原子炉の炉心を提供する。 【解決手段】複数の燃料棒を格子状に束ねて構成され横
断面が正方形状をなす燃料集合体において、燃料集合体
は燃料集合体が四方で等間隔に配置される原子炉の炉心
に使用され、燃料集合体の上下端を除く少なくとも一部
の軸方向部位において、燃料棒に含有される核分裂性物
質濃度または可燃性毒物含有量の少なくとも一方の横断
面内分布が、前記燃料集合体横断面内の二本の対角線の
うち少なくとも一方に関して非対称であることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原子炉に用いられる
燃料集合体および原子炉の炉心に関し、特に、十分な熱
的余裕を確保した上で取出燃焼度を増大して燃料経済性
を向上させることのできる燃料集合体および原子炉の炉
心に係わる。

【０００２】

【従来の技術】原子炉が建設されて初めて炉心に装荷さ
れる初装荷燃料には、近年取出燃焼度の向上のために、
核分裂性物質濃度の異なる複数種類の燃料集合体が使用
され、さらに初装荷燃料の平均核分裂性物質濃度を高め
る設計がされている。このような炉心を高燃焼度初装荷
炉心と呼んでいる。なお、以下では核分裂性物質濃度、
すなわち核燃料物質として一般に用いられる濃縮ウラン
に対して核分裂性物質であるウラン２３５の濃度を簡単
に濃縮度と呼ぶこととする。ただし、濃縮ウランの代り
にプルトニウムとウランの混合物が核燃料物質として用
いられることもあり、その場合にはプルトニウム２３９
および２４１とウラン２３５の濃度の合計が核分裂性物
質濃度である。また前者をウラン燃料、後者をプルトニ
ウム燃料と略称する。

【０００３】このような高燃焼度初装荷炉心の例とし
て、特開平４−２２８９４号公報に、低濃縮度燃料集合
体と高濃縮度燃料集合体の２種類で炉心を構成した例が
開示されている。同公報には、初装荷燃料の濃縮度の標
準偏差が大きいほど取出燃焼度が増大することから、高
濃縮度燃料集合体の濃縮度はできるだけ高く、一方低濃
縮度燃料集合体は、濃縮度をできるだけ低く装荷体数を
少なくするのがよい旨が開示されている。

【０００４】この発明を適用した１例の原子炉炉心を図
１２に示し説明する。図１２は電気出力１３５万ｋＷの
沸騰水型原子炉（以下ＢＷＲという）の炉心の第４象限
に相当する１／４断面を図である。図中一つのマスが１
体の燃料集合体を表しており、炉心１は８７２体の燃料
集合体で構成されている。燃料集合体は全ての方向にお
いて等間隔で配置されている。内部が空白のマスは燃料
集合体平均濃縮度が３．７％の高濃縮度燃料集合体２
を、内部がＬのマスは燃料集合体平均濃縮度が１．６％
の低濃縮度燃料集合体３を示す。この炉心には、高濃縮
度燃料集合体が６４８体、低濃縮度燃料集合体が２２４
体装荷されており、初装荷燃料の平均濃縮度は３．２％
である。

【０００５】高濃縮度燃料集合体の濃縮度は、さらに高
くすることによって取出燃焼度を増大できるが、ここで
はサイクル終了時に装荷される取替燃料と同じ濃縮度に
設定している。一方低濃縮度燃料集合体の濃縮度は、初
装荷燃料の平均濃縮度を維持できる範囲内で、取出燃焼
度増大のためにできるだけ低く設定している。

【０００６】燃料集合体と燃料集合体の間には横断面が
十字状の制御棒４が挿抜され、炉心１には全部で２０５
本の制御棒が具備されている。１本の制御棒とこれを囲
む４体の燃料集合体を併せてセルと呼び、このセルの横
断面図の詳細を図１３に示す。制御棒４は、中性子吸収
材であるＢ４Ｃを充填した棒４０を、横断面が十字状に
なるように配列して構成されている。この制御棒４の周
りには燃料集合体２，３が配置されている。

【０００７】これらの燃料集合体２，３は高燃焼度用燃
料集合体の一例であり、図１４に詳細な構成を示す。燃
料集合体２，３は、長尺燃料棒６、短尺燃料棒７および
太径ウォータロッド８をスペーサ９で９行９列の正方格
子状に束ねて上部タイプレート１０および下部タイプレ
ート１１に固定して燃料棒束とし、この燃料棒束をチャ
ンネルボックス１２で包囲して構成されている。短尺燃
料棒は、燃料上部の冷却材流路を拡大して圧損を低減す
るとともに、炉停止余裕を向上させている。

【０００８】図１５は、図１２の炉心に装荷されている
燃料集合体の濃縮度および可燃性毒物の軸方向分布を示
し、（ａ）が高濃縮度燃料集合体２、（ｂ）が低濃縮度
燃料集合体３のものである。いずれの燃料集合体にも上
下端の斜線で示す領域には濃縮度が低く可燃性毒物を含
まないブランケット領域が設けられており、中性子の漏
れを低減している。高濃縮度燃料集合体２は上下端領域
を除いた濃縮度が４．１％、可燃性毒物であるガドリニ
ア入り燃料棒が１０本、平均濃縮度が３．７％であり、
低濃縮度燃料集合体３は、上下端領域を除いた濃縮度が
１．７％、ガドリニア入り燃料棒が２本、平均濃縮度が
１．６％である。

【０００９】またこの炉心では、制御棒の移動による制
御棒隣接燃料集合体の出力分布歪が緩和されるように、
濃縮度が低いかまたは燃焼が進んだ反応度の低い燃料集
合体を４体配したコントロールセルを炉内に離散的に配
置することにより、原子炉の運転中に炉心の余剰反応度
を制御棒でコントロールしている。本炉心では中心部を
丸印で示す３７個のコントロールセル５があり、各々低
濃縮度燃料集合体３が４体装荷されている。図１２の炉
心では、低濃縮度燃料はコントロールセルと、熱的余裕
や炉停止余裕を満足するために必要な最小限の位置のみ
に配置し、低濃縮度燃料集合体の装荷体数をできるだけ
少なくしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】炉心内において最大出
力を生ずる燃料集合体が低濃縮度燃料集合体と高濃縮度
燃料集合体に面している場合、一般に最大出力の燃料集
合体を構成する各燃料棒の出力は、低濃縮度燃料集合体
に面する側において高濃縮度燃料集合体に面する側より
も大きくなる。これは、各燃料棒の出力が、隣接する燃
料集合体から流れ込んでくる熱中性子量に大きく依存す
るからであり、低濃縮度燃料集合体の方が高濃縮度燃料
集合体よりも熱中性子量が多いからである。

【００１１】従って、特開平４−２２８９４号公報に開
示された発明に基づいて、高濃縮度燃料集合体の濃縮度
を高くし、低濃縮度燃料集合体の濃縮度を低くすると、
燃料集合体内における上述した燃料棒間の出力差が拡大
することになる。通常、最大出力は高濃縮度燃料集合体
に生ずるが、この高濃縮度燃料集合体を構成する燃料棒
の内、低濃縮度燃料集合体に面している側の燃料棒の出
力が特に増大する。ここで、隣接する燃料集合体が燃料
集合体内の燃料棒出力に及ぼす影響の例を以下に説明す
る。

【００１２】図１２の炉心の大部分は、燃料集合体１６
体から構成される領域１５を単位として、その繰返しに
よって構成されている。すなわち４体の低濃縮度燃料集
合体２からなるコントロールセル５と４体の高濃縮度燃
料集合体３からなるセルが２つ、１体の低濃縮度燃料集
合体２および３体の高濃縮度燃料集合体からなるセルの
４つのセルから構成されるものである。

【００１３】図１６は、コントロールセル５のみに制御
棒４が挿入された状態での、領域１５内の燃料集合体の
下部横断面における（図１４（ｃ）の断面）の出力分布
である。図１６によれば、コントロールセル５以外に配
置された低濃縮度燃料集合体のみに隣接する高濃縮度燃
料集合体１４ａ，１４ｂの出力が１．２０となり、最も
高いことがわかる。

【００１４】次に、出力の高い高濃縮度燃料集合体の
内、上側に低濃縮度燃料集合体が面する高濃縮度燃料集
合体１４ａの燃料棒出力分布の一例を図１７に示す。図
１７（ａ）は下部断面内の濃縮度およびＧｄ分布であ
り、濃縮度は番号１の燃料棒で最も高く番号７の燃料棒
で最も低い。記号Ｇの燃料棒はＧｄを含むものである。
図１７（ｂ）は、隣接する燃料集合体の影響を最も受け
やすい最外周燃料棒の相対出力である。

【００１５】図１７に示すように、濃縮度およびＧｄ分
布は対称であるにもかかわらず、出力分布は対称から大
きくずれていることがわかる。特に図中で上方にある低
濃縮度燃料集合体に面した最外周燃料棒の出力が大き
く、面の中央にある燃料棒では他の面の対称位置の燃料
棒よりも１０％以上大きい。これは、隣接する低濃縮度
燃料集合体からは熱中性子が多く流れ込み、一方隣接す
る高濃縮度燃料集合体とはほぼ同じ熱中性子量であるた
め、こちらからの流れ込みはほとんどないからである。

【００１６】このような隣接する燃料集合体から流れ込
んでくる熱中性子の影響を、ウラン燃料よりもプルトニ
ウム燃料の方がより大きく受ける。これはプルトニウム
の方がウランよりも熱中性子吸収断面積が多いため、プ
ルトニウム燃料の方が熱中性子が少ないからである。一
例として、燃料集合体平均核分裂性物質濃度が図１７
（ａ）のウラン燃料と等しいプルトニウム燃料では、炉
心内で低濃縮度燃料集合体に隣接する側の最外周燃料棒
の出力は図１７（ｂ）よりもさらに０．０５程度増加す
る。

【００１７】本発明は上記の事情に鑑みなされたもの
で、原子炉の炉心に装荷された状態で燃料集合体内の燃
料棒出力ピーキングを低くして十分な熱的余裕を有する
燃料集合体を提供し、以って取出燃焼度を増大させて燃
料経済性を大幅に向上させた原子炉の炉心を提供するこ
とを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に対応する燃料集合体は、複数の燃料棒を
格子状に束ねて構成され横断面が正方形状をなす燃料集
合体において、前記燃料集合体は燃料集合体が四方で等
間隔に配置される原子炉の炉心に使用され、前記燃料集
合体の上下端を除く少なくとも一部の軸方向部位におい
て、前記燃料棒に含有される核分裂性物質濃度または可
燃性毒物含有量の少なくとも一方の横断面内分布が、前
記燃料集合体横断面内の二本の対角線のうち少なくとも
一方に関して非対称であることを特徴とする。

【００１９】また請求項２に対応する燃料集合体は、複
数の燃料棒を格子状に束ねて構成され横断面が正方形状
をなす燃料集合体において、前記燃料集合体は燃料集合
体が異なる間隔で配置される原子炉の炉心に使用され、
前記燃料集合体の上下端を除く少なくとも一部の軸方向
部位において、前記燃料棒に含有される核分裂性物質濃
度または可燃性毒物含有量の少なくとも一方の横断面内
分布が、前記原子炉の炉心内で隣接する燃料集合体との
距離が等しい２面が交差するコーナーを通る対角線に関
して非対称であることを特徴とする。

【００２０】これらの構成により、原子炉の炉心に装荷
された際に大きな出力を発生する燃料集合体において、
隣接する燃料集合体から流れ込んでくる熱中性子の影響
を低減することができるので、燃料棒出力が過大になる
ことを抑止することができる。

【００２１】請求項３に対応する燃料集合体は、前記燃
料集合体を構成する最外周燃料棒の核分裂性物質濃度が
非対称であることを特徴とする。一般に燃料棒の出力を
抑制するためには燃料棒の核分裂性物質濃度をあらかじ
め低く設定すればよいが、従来のように、横断面内での
対称位置にある全ての燃料棒の核分裂性物質濃度を下げ
ると、使用できる濃縮度に上限がある場合には集合体平
均濃縮度を低くすることになり、取出燃焼度の増大に支
障をもたらすことになる。従って、請求項３に記載の構
成によれば、燃料集合体の平均核分裂性物質濃度を過度
に低くすることなく、隣接する燃料集合体から流入する
熱中性子の影響を最も大きく受ける最外周燃料棒の出力
が過大になることを抑止することができる。

【００２２】請求項４に対応する燃料集合体は、前記燃
料集合体を構成する最外周または最外周から２層目の燃
料棒の可燃性毒物含有量が非対称であることを特徴とす
る。この構成により、燃料集合体の平均核分裂性物質濃
度を変更することなく、隣接する燃料集合体から流入す
る熱中性子の影響を最も大きく受ける最外周燃料棒の出
力が過大になることを抑止することができる。

【００２３】請求項５に対応する原子炉の炉心は、燃料
集合体平均核分裂性物質濃度が異なる複数種類の燃料集
合体が装荷された原子炉の炉心において、少なくとも一
部の燃料集合体が請求項１ないし請求項４に記載の燃料
集合体であることを特徴とする。

【００２４】熱中性子量は燃料集合体平均核分裂性物質
濃度に大きく依存するので、この構成により、燃料集合
体平均核分裂性物質濃度が異なる燃料集合体が装荷され
た原子炉の炉心において、隣接する燃料集合体から流れ
込んでくる熱中性子の影響により燃料棒出力が過大にな
るのを低減することができる。

【００２５】請求項６に対応する原子炉の炉心は、コン
トロールセルに隣接する位置および炉心最外周位置およ
び炉心最外周から２層目位置のいずれをも除く位置に装
荷された燃料集合体平均核分裂性物質濃度が最も高い燃
料集合体の少なくとも一部が請求項１ないし請求項４に
記載の燃料集合体であることを特徴とする。

【００２６】この構成により、炉心内の燃料集合体出力
が増大しやすい位置に装荷された燃料集合体平均核分裂
性物質濃度が最も高い燃料集合体において、隣接する燃
料集合体から流れ込んでくる熱中性子の影響により燃料
棒出力が過大になるのを低減することができる。

【００２７】請求項７に対応する原子炉の炉心では、コ
ントロールセルに隣接する位置および炉心最外周位置お
よび炉心最外周から２層目位置のいずれをも除く位置に
装荷された燃料集合体平均核分裂性物質濃度が最も高い
燃料集合体の全てが、その横断面内の高々１つの面で燃
料集合体平均核分裂性物質濃度が最も低い燃料集合体と
隣接することを特徴とする。

【００２８】この構成により、隣接する燃料集合体から
流れ込んでくる熱中性子の影響を最も受けやすい燃料集
合体平均核分裂性物質濃度が最も高い燃料集合体におい
て、熱中性子量が最も多い燃料集合体平均核分裂性物質
濃度が最も低い燃料集合体と隣接する面が限定されるの
で、少ない種類の燃料集合体で炉心を構成することがで
き、燃料製造への影響が軽減される。

【００２９】請求項８に対応する原子炉の炉心は、前記
原子炉の炉心に装荷されている請求項１ないし請求項４
に記載の燃料集合体において、燃料集合体平均核分裂性
物質濃度がより低い燃料集合体に面する側の最外周燃料
棒の平均核分裂性物質濃度が、燃料集合体平均核分裂性
物質濃度がより高い燃料集合体に面する側の最外周燃料
棒の平均核分裂性物質濃度よりも低いことを特徴とす
る。

【００３０】この構成により、熱中性子量が最も多い燃
料集合体平均核分裂性物質濃度が最も低い燃料集合体か
ら流れ込んでくる熱中性子の影響により燃料棒出力が過
大になるのを低減することができる。一方、熱中性子量
が少ない燃料集合体平均核分裂性物質濃度が高い燃料集
合体燃料から流入してくる熱中性子量は少ないので、こ
れに面した最外周燃料棒の出力が過大になることはな
く、これらの面の最外周燃料棒の核分裂性物質濃度を高
くすることによって燃料集合体平均核分裂性物質濃度を
過度に低下させずにすむ。

【００３１】請求項９に対応する原子炉の炉心では、前
記原子炉の炉心に装荷されている請求項１ないし請求項
４に記載の燃料集合体において、燃料集合体平均核分裂
性物質濃度がより低い燃料集合体に面する側の最外周ま
たは最外周から２層目の燃料棒の平均可燃性毒物含有量
が、燃料集合体平均核分裂性物質濃度がより高い燃料集
合体に面する側の最外周または最外周から２層目の燃料
棒の平均可燃性毒物含有量よりも低いことを特徴とす
る。

【００３２】この構成により、燃料集合体平均核分裂性
物質濃度がより高い燃料集合体に面する側の最外周また
は最外周から２層目の燃料棒の平均可燃性毒物含有量を
多くすることができる。可燃性毒物入り燃料棒は隣接す
る燃料棒の出力を抑制するので、燃料集合体平均核分裂
性物質濃度がより高い燃料集合体に面する側の最外周燃
料棒において、出力を過大にすることなく核分裂性物質
濃度を高くすることができる。その結果、燃料集合体平
均核分裂性物資濃度を高めることができる。

【００３３】請求項１０に対応する原子炉の炉心は、前
記原子炉の炉心に装荷されている請求項１ないし請求項
４に記載の燃料集合体において、燃料集合体平均核分裂
性物質濃度がより低い燃料集合体に面する側の最外周ま
たは最外周から２層目の燃料棒の平均可燃性毒物含有量
が、燃料集合体平均核分裂性物質濃度がより高い燃料集
合体に面する側の最外周または最外周から２層目の燃料
棒の平均可燃性毒物含有量よりも高いことを特徴とす
る。

【００３４】可燃性毒物入り燃料棒は隣接する燃料棒の
出力を抑制するので、この構成により、燃料集合体平均
核分裂性物質濃度がより低い燃料集合体に面する側の最
外周燃料棒において、出力が過大になるのを抑止するこ
とができる。この場合、各燃料棒の濃縮度は変更しなく
てもよく、その場合には複数種類の燃料集合体の製造が
極めて容易になる。一方、燃料集合体平均核分裂性物質
濃度がより低い燃料集合体に面する側の最外周燃料棒の
核分裂性物質濃度を高くすることができ、その場合には
燃料集合体平均核分裂性物質濃度を高めることができ
る。

【００３５】請求項１１に対応する原子炉の炉心は、前
記原子炉の炉心において、燃料集合体平均核分裂性物質
濃度が等しい複数種類の請求項１ないし請求項４に記載
の燃料集合体が装荷され、前記複数種類の燃料集合体平
均核分裂性物質濃度が等しい燃料集合体の少なくとも一
部が、互いに燃料集合体横断面内における前記燃料棒の
核分裂性物質濃度および可燃性毒物含有量の横断面内分
布が、前記二本の対角線の少なくとも一方に関して鏡面
対称かまたは前記二本の対角線の交点を中心として回転
対称の関係にあることを特徴とする。

【００３６】この構成により、少ない種類の燃料棒で複
数種類の燃料集合体を構成することができるので、燃料
製造への影響が軽減される。請求項１２に対応する原子
炉の炉心は、複数本の燃料棒を格子状に束ねて構成され
燃料集合体が装荷された原子炉の炉心において、核分裂
性物質として濃縮ウランのみを使用した燃料集合体と核
分裂性物質としてプルトニウムとウランとを使用した燃
料集合体とが装荷され、前記核分裂性物質としてプルト
ニウムとウランとを使用した燃料集合体の少なくとも一
部が請求項１ないし請求項４に記載の燃料集合体である
ことを特徴とする。

【００３７】プルトニウムはウランに比べて、中性子吸
収断面積が大きいため熱中性子量が少ないので、隣接す
る燃料集合体からの熱中性子の流れ込みの影響をより受
けやすい。従って請求項１２に記載の構成によれば、プ
ルトニウムとウランとを使用した燃料集合体において、
隣接する燃料集合体からの熱中性子の流れ込みによる燃
料棒出力が過大になるのを抑止することができる。

【００３８】請求項１３に対応する原子炉の炉心は、複
数本の燃料棒を格子状に束ねて構成され燃料集合体が装
荷された原子炉の炉心において、核分裂性物質として濃
縮ウランのみを使用した燃料集合体と核分裂性物質とし
てプルトニウムとウランとを使用した燃料集合体とが装
荷され、最外周燃料棒平均核分裂性物質濃度の燃料集合
体平均核分裂性物質濃度に対する比が、前記濃縮ウラン
のみを使用した燃料集合体よりも前記プルトニウムとウ
ランとを使用した燃料集合体において大きいことを特徴
とする。

【００３９】初装荷炉心から始まって燃料交換を繰返し
て到達する取替炉心では、燃料集合体はいろいろな面で
いろいろな燃料集合体と隣接することになる。取替炉心
では通常、濃縮ウランのみを使用した燃料集合体の場合
には隣接する燃料集合体からの熱中性子の流入は大きな
問題とはならないが、プルトニウムとウランとを使用し
た燃料集合体においては依然として問題となる。従って
請求項１３に記載の構成によれば、プルトニウムとウラ
ンとを使用した燃料集合体において、どのような燃料集
合体がどの面で隣接しても、隣接する燃料集合体からの
熱中性子の流れ込みによる燃料棒出力が過大になるのを
抑止することができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）（請求項
１，３，５，６，７，８，１１対応） 本発明の第１の実施の形態に係る原子炉の炉心の１／４
断面を図１に示す。図中、従来の技術と同一部分には同
一符号を付し説明は省略する。図１に示す原子炉の炉心
には、燃料集合体平均濃縮度が３．７％の高濃縮度燃料
集合体６４８体と燃料集合体平均濃縮度が１．６％の低
濃縮度燃料集合体２２４体とが等間隔で装荷されてお
り、初装荷燃料の平均濃縮度は３．２％である。これら
の平均濃縮度および各燃料集合体の濃縮度、ガドリニア
の軸方向分布（以下Ｇｄ分布という）は図１２ないし図
１４に示す従来の技術と同じである。

【００４１】図１において、高濃縮度燃料集合体はＡな
いしＤまたは空白のマスで示す５種類があり、各々の燃
料集合体平均濃縮度は等しい。空白のマスで示された高
濃縮度燃料集合体は図１７（ａ）で示したものと同一で
あるが、高濃縮度燃料集合体ＡないしＤは上下端を除く
軸方向中央部での濃縮度およびＧｄ分布に各々特徴があ
る。

【００４２】これらの燃料集合体の下部断面内の濃縮度
およびＧｄ分布を図２ないし図３に示し、 説明する。図
中、燃料棒内に付された番号は燃料棒の種類を示し、１
から７で示されたものは夫々７種類の濃縮度であるウラ
ン燃料棒であり、Ｇで示されたものはガドリニウム入り
燃料棒（以下Ｇｄ棒という）である。なお、濃縮度は数
字が小さいほど高くなっている。

【００４３】高濃縮度燃料集合体Ａ１４は、図２（ａ）
に示すように、図１７（ａ）に示す燃料集合体と比べ
て、低濃縮度燃料集合体と隣接する側の最外周燃料棒の
濃縮度を低く（平均３．２％）、残り３面の最外周燃料
棒の濃縮度を高くしており（平均３．６％）、相対値で
１０％以上の差がついている。

【００４４】また、低濃縮度燃料集合体と隣接する側の
最外周燃料棒ではコーナーに近い燃料棒よりも遠い燃料
棒において濃縮度をより低く、一方残り３面の最外周燃
料棒ではコーナーに近い燃料棒よりも遠い燃料棒におい
て濃縮度をより高くしている。これは、図１７（ｂ）に
示す燃料棒出力分布にみられるように、コーナーに近い
燃料棒よりも面の中央の燃料棒で変化が大きいからであ
る。その結果、燃料集合体横断面における濃縮度および
Ｇｄ分布が、２本の対角線ＩおよびIIに関して非対称な
分布となっている。

【００４５】高濃縮度燃料集合体Ｂ１９は図２（ｂ）に
示すように、高濃縮度燃料集合体Ａ１４と対角線Ｉに関
して、高濃縮度燃料集合体Ｃ２０は図３（ａ）に示すよ
うに高濃縮度燃料集合体Ａ１４と対角線ＩＩに関して、
高濃縮度燃料集合体Ｄ２１は図３（ｂ）に示すように高
濃縮度燃料集合体Ｂ１９またはＣ２０と対角線ＩＩまた
はＩに関して、各々鏡面対称の関係にある。すなわち高
濃縮度燃料集合体ＡないしＤは同種の燃料棒を同数だけ
使用しており、実質的には１種類の燃料集合体を用意す
ればよいので、製造への影響を最小限にすることができ
る。

【００４６】図１において、高濃縮度燃料集合体Ａない
しＤは、太線１８で区切られた炉心最外周と炉心最外周
から２層目とを除いた炉心内部領域内でコントロールセ
ル５に隣接しない位置であって、しかも低濃縮度燃料集
合体に隣接する位置に装荷されている。高濃縮度燃料集
合体ＡないしＤが装荷されているこれらの位置は、炉心
内において出力が高く、しかも隣接する低濃縮度燃料集
合体からの熱中性子の流入が大きい位置である。

【００４７】これらの位置において、高濃縮度燃料集合
体ＡないしＤは低濃縮度燃料集合体が隣接する方向によ
って使い分けられている。本実施の形態の効果として、
従来の技術と比較するために、図１６に示した従来の原
子炉炉心内の位置１４ａと同じ位置にある高濃縮度燃料
集合体の下部断面の燃料棒出力分布を図４に示す。この
位置には高濃縮度燃料集合体Ａが装荷されており、図１
７（ｂ）に示した従来の出力分布と比べると、出力分布
が平坦化されピーキングを約４％低減できることがわか
る。

【００４８】また、図１に示す原子炉の炉心では、Ｌを
丸で囲って示した（以下（Ｌ）という）３６体の低濃縮
度燃料集合体の装荷位置が、図１２に示す従来の炉心と
異なっている。すなわち（Ｌ）で示す低濃縮度燃料集合
体は互いに桂馬跳びの位置またはこれより遠くに装荷さ
れ、高濃縮度燃料集合体は高々１体の低濃縮度燃料集合
体と隣接するようにしている。

【００４９】この構成により、本実施の形態の４種類の
高濃縮度燃料集合体ＡないしＤは、２つの面両方の最外
周燃料棒の出力を抑制することができる。すなわち、上
述したように、炉心内において出力が高くしかも隣接す
る低濃縮度燃料集合体からの熱中性子の流入を受けやす
い高濃縮度燃料集合体は、斜線１８よりも内部の領域で
コントロールセル５に隣接せずしかも低濃縮度燃料集合
体に隣接する位置に装荷されている燃料集合体である。
このような位置にある高濃縮度燃料集合体が、その横断
面内で２つの面が低濃縮度燃料集合体に隣接すると、本
実施の形態の高濃縮度燃料集合体ＡないしＤでは、２つ
の面両方の最外周燃料棒の出力を抑制することができな
くなるため、本実施の形態では高濃縮度燃料集合体は高
々１体の低濃縮度燃料集合体と隣接するようにしている
ものである。

【００５０】また、本実施の形態における各燃料棒の濃
縮度は、上下端を除いて軸方向に一様であるが、低濃縮
度燃料集合体と隣接する側の最外周燃料棒を、上下端を
除く中央部領域をさらに２領域に分けて上下で濃縮度を
異ならせてもよい。すなわち、下部断面は図２（ａ），
（ｂ）または図３（ａ），（ｂ）と同様とし、上部断面
では低濃縮度燃料集合体と隣接する側の最外周燃料棒の
濃縮度を他の３面の最外周燃料棒と同一に高める。

【００５１】ＢＷＲの軸方向出力分布は下方に歪むの
で、この構成により、少なくとも下部断面における横断
面内の燃料棒出力分布を平坦にしておくことができる。
さらに、下部の平均濃縮度が上部の平均濃縮度よりも低
くなるので、軸方向出力分布が平坦になる。なお上下の
境界位置は、図１４における（ｂ）断面と（ｃ）断面と
の境界に一致させる必要はなく、下端からその全長の１
／３ないし２／３の範囲にあればよい。

【００５２】（第２の実施の形態）（請求項１，４，
５，６，７，１０，１１対応） 本発明の第２の実施の形態である原子炉の炉心の１／４
断面は図１と同一である。本実施の形態では、高濃縮度
燃料集合体ＡないしＤの横断面内の濃縮度およびＧｄ分
布が、第１の実施の形態と異なる。

【００５３】本実施の形態で用いられる高濃縮度燃料集
合体Ａ１４の下部断面を図５（ａ）に示す。図１７
（ａ）に示す従来のものと比べて、低濃縮度燃料集合体
と隣接する側の最外周から２層目に４本のＧｄ棒が配置
されており、残り３面の最外周から２層目には各々２本
のＧｄ棒が配置されている。最外周燃料棒の濃縮度分布
は従来と同じく対称であり、燃料集合体平均濃縮度も同
じである。

【００５４】なお、図示していないが、高濃縮度燃料集
合体Ｂは高濃縮度燃料集合体Ａと対角線Ｉに関して、高
濃縮度燃料集合体Ｃは高濃縮度燃料集合体Ａと対角線Ｉ
Ｉに関して、高濃縮度燃料集合体Ｄは高濃縮度燃料Ｂま
たはＣと対角線ＩまたはＩＩに関して、各々鏡面対称の
関係にある。

【００５５】本実施の形態の効果として、図１６内の位
置１４ａに高濃縮度燃料集合体Ａを配置した際の下部断
面の燃料棒出力分布を図５（ｂ）に示す。図１７（ｂ）
の従来のものと比べると、出力分布が平坦化されピーキ
ングを約４％低減できることがわかる。

【００５６】本実施の形態は、図１７（ａ）に示す従来
の燃料集合体の中心付近にある２本のＧｄ棒を移動させ
ただけのものである。従って、図１で空白のマスで示し
た従来の高濃縮度燃料集合体も含めて、Ｇｄ棒配置の変
更だけで全ての高濃縮度燃料集合体を製造できるので、
製造への影響が大幅に軽減される。なおＧｄ棒は、この
ように最外周から２層目にあっても十分な効果を発揮す
ることができるが、最外周に配置することによってさら
に最外周燃料棒の出力を抑制することができる。

【００５７】（第３の実施の形態）（請求項１，４，
５，６，７，９，１１対応） 本発明の第３の実施の形態である原子炉の炉心の１／４
断面は図１と同一である。本実施の形態では、高濃縮度
燃料集合体ＡないしＤの横断面内の濃縮度およびＧｄ分
布が、第１または第２の実施の形態と異なる。

【００５８】第３の実施の形態で用いられる高濃縮度燃
料集合体Ａの下部断面を図６（ａ）に示す。図１７
（ａ）に示す従来ものと比べて、低濃縮度燃料集合体と
隣接する側の最外周燃料棒の濃縮度を低くすると同時に
（平均３．２％）、残りの３面の最外周燃料棒の濃縮度
を高する（平均３．７％）。特に、低濃縮度燃料集合体
と隣接する面と平行する反対側の面の最外周燃料棒の濃
縮度は残りの２面よりもさらに高い。その結果、燃料集
合体平均濃縮度は従来例よりも０．０６％高い。

【００５９】なお、図示しないが、高濃縮度燃料集合体
Ｂは高濃縮度燃料集合体Ａと対角線Ｉに関して、高濃縮
度燃料集合体Ｃは高濃縮度燃料集合体Ａと対角線ＩＩに
関して、高濃縮度燃料集合体Ｄは高濃縮度燃料集合体Ｂ
またはＣと対角線ＩまたはＩＩに関して、各々鏡面対称
の関係にある。

【００６０】本実施の形態の効果として、図１６内の位
置１４に高濃縮度燃料集合体Ａを配置した際の下部断面
の燃料棒出力分布を図６（ｂ）に示す。本実施の形態で
は、平均濃縮度を高くすることができた上に、図１７
（ｂ）に示す従来のものと比べると、出力分布が平坦化
されピーキングを約５％低減できることがわかる。

【００６１】（第４の実施の形態）（請求項１，４，
５，６，７，１０，１１対応） 本発明の第４の実施の形態である原子炉の炉心の１／４
断面は図１と同一である。ただし、本実施の形態は、高
濃縮度燃料集合体ＡないしＤの横断面内の濃縮度および
Ｇｄ分布が、第１ないし第３の実施の形態と異なる。

【００６２】本実施の形態で用いられる高濃縮度燃料集
合体ＡないしＤの下部断面を図７および図８に示す。図
７（ａ）には高濃縮度燃料集合体Ａ１４および高濃縮度
燃料集合体Ｂ１９，（ｂ）には高濃縮度燃料集合体Ｃ２
０および高濃縮度燃料集合体Ｄ２１が示されている。こ
れらは対角線Ｉに関して互いに鏡面対称の関係にあり、
２つの対角線Ｉ，ＩＩの交点について回転対称でもあ
る。本実施の形態では、対角線Ｉに関して同じ側にある
二つの面のいずれが低濃縮度燃料集合体と隣接してもよ
いように構成されており、１つの燃料集合体が、第１な
いし第３の実施の形態における２つの燃料集合体を兼ね
ている。すなわち、低濃縮度燃料集合体と隣接する側の
２つの面では最外周燃料棒の濃縮度を低するとともに最
外周から２層目のＧｄ棒を多くしている。

【００６３】本実施の形態によれば、第１ないし第３の
実施の形態に比べて燃料集合体の種類が少なくてすむた
め燃料製造への影響が軽減される。しかも、これら高濃
縮度燃料集合体が２面で低濃縮度燃料集合体と隣接する
場合にも有効である。例えば図１における位置２２に図
７（ｂ）に示す高濃縮度燃料集合体Ｂ２０を装荷すれ
ば、隣接するコントロールセル２３に制御棒が挿入され
ない場合であっても、出力ピーキングが過大になるのを
抑止することができる。

【００６４】また、本実施の形態は対角線Ｉに関して互
いに鏡面対称な関係にある２種類の高濃縮度燃料集合体
を使用しているが、本実施の形態の濃縮度およびＧｄ分
布を横断面内で９０°回転して得られる２種類の高濃縮
度燃料集合体を使用してもよい。いずれを選ぶかは、炉
心内での低濃縮度燃料集合体と高濃縮度燃料集合体との
配置関係による。あるいは両者を併せて４種類の高濃縮
度燃料集合体を使用してもよい。

【００６５】（第５の実施の形態）（請求項１，４，
５，６，７，１０，１１対応） 本発明の第５の実施の形態である原子炉の炉心の１／４
断面は図１と同一である。本第５の実施の形態は、高濃
縮度燃料集合体ＡないしＤの横断面内の濃縮度およびＧ
ｄ分布が、第１ないし第４の実施の形態と異なる。

【００６６】本実施の形態で用いられる高濃縮度燃料集
合体ＡないしＤの下部断面を図９に示す。図９（ａ）に
は高濃縮度燃料集合体Ａ１４および高濃縮度燃料集合体
Ｄ２１、（ｂ）には高濃縮度燃料集合体Ｂ１９および高
濃縮度燃料集合体Ｃ２０を示す。これらは対角線Ｉに関
して互いに鏡面対称の関係にある。

【００６７】本実施の形態は、平行する面のいずれが低
濃縮度燃料集合体と隣接してもよいように構成されてお
り、１つの高濃縮度燃料集合体が、第１ないし第３の実
施の形態における２つの高濃縮度燃料集合体を兼ねてい
る。なお、図８（ａ）に示す高濃縮度燃料集合体Ａ，Ｄ
は軸IIIに関して、また図８（ｂ）に示す高濃縮度燃料
集合体Ｂ，Ｃは軸IVに関して、各々鏡面対称性を有して
いる。

【００６８】（第６の実施の形態）（請求項２対応） 上述した第１ないし第５の実施の形態では、図１に示さ
れた原子炉の炉心内において全ての燃料集合体が等間隔
で配置される例を示している。このような炉心は、一般
にＮ，Ｄ，Ｃ格子と呼ばれており、この他に燃料集合体
同士が異なる間隔で配置されるＤ格子と呼ばれる炉心が
ある。このようなＤ格子炉心は具体的には、図１２に示
すセルにおいて制御棒４側の燃料集合体間隙は広く、そ
の反対側では燃料集合体間隙は狭い。例えば特開昭６１
−２４０１９３号公報の第６図および第７図には、Ｄ格
子炉心に使用される従来の燃料集合体の濃縮度およびＧ
ｄ分布が開示されており、燃料集合体間隙が広い側の燃
料棒において、チャンネルボックス外の非沸騰水領域が
大きいため出力が増加しやすいので濃縮度を低くしたも
のが開示されている。その結果、制御棒を通らない対角
線ＩＩに関して非対称な分布となっている。

【００６９】このようなＤ格子炉心に使用される本発明
の第６の実施の形態に係る高濃縮度燃料集合体の下部断
面の濃縮度およびＧｄ分布を図９に示す。本実施の形態
の高濃縮度燃料集合体では、隣り合った２面のいずれが
低濃縮度燃料集合体と隣接してもよく、図９（ａ）に示
す高濃縮度燃料集合体と（ｂ）に示す高濃縮度燃料集合
体とは対角線Ｉに関して互いに鏡面対称の関係にある。
このように本実施の形態の燃料集合体では、従来例が対
角線ＩＩのみに関して非対称であったのに対して、対角
線Ｉに関しても非対称である。

【００７０】なお、従来の燃料集合体の濃縮度分布は、
ある燃料集合体が四方でその燃料集合体と同じ種類の燃
料集合体と隣接する場合の燃料棒出力分布を平坦にする
ためのものである。これに対して本実施の形態では、濃
縮度またはＧｄ分布を適宜設定した上で複数種類の燃料
集合体を使用することによって、炉心に装荷された状態
での燃料棒出力分布を平坦にするものであり、四方で同
じ種類の燃料集合体と隣接する場合の燃料棒出力分布は
平坦ではなくなる。

【００７１】（第７の実施の形態）（請求項１２対応） 次に本発明の第７の実施の形態を説明する。第７の実施
の形態は、プルトニウム燃料とウラン燃料とを同時に炉
心に装荷する場合に、少なくともプルトニウム燃料とし
て、第１ないし第６の実施の形態で示した特徴を有する
高濃縮度燃料集合体を使用するものである。さらに、い
ずれの燃料集合体においても核分裂性物質濃度や可燃性
毒物含有量が第１ないし第６の実施の形態の燃料集合体
のように非対称性を有するようにし、プルトニウム燃料
をウラン燃料よりもより一層非対称にしてもよい。

【００７２】従来の技術で説明したように、プルトニウ
ム燃料は、ウラン燃料に比べて、隣接する核分裂性物質
濃度が低い燃料からの熱中性子の流れ込みの影響を受け
やすいため、このような構成とすることにより、その影
響を低減することができる。

【００７３】（第８の実施の形態）（請求項１３対応） 以上の実施の形態においては、初装荷炉心を対象として
説明してきた。燃料集合体平均核分裂性濃度が大きく異
なる燃料集合体が装荷された初装荷炉心において、隣接
する燃料集合体からの熱中性子の流れ込みが顕著だから
である。

【００７４】一方、燃料交換を繰返して到達する取替炉
心では、燃料集合体平均核分裂性物質濃度は等しいが燃
焼度が異なる多数の燃料集合体が装荷されている。この
ような取替炉心では、燃焼が進んだ燃料集合体ほど熱中
性子量が多く、核分裂性物質濃度が低い燃料集合体と同
様の作用をする。すなわち、新しく炉心に装荷された新
燃料集合体において、燃焼が進んだ燃料集合体と面する
側の最外周燃料棒の出力が増大する。

【００７５】従って、このような取替炉心においても、
本発明を適用することができる。ただし燃焼が進んだ燃
料集合体であっても当初の核分裂性物質含有量が等しい
ので、初装荷炉心に比べると取替炉心における隣接する
燃料集合体からの熱中性子の流れ込みの影響は小さい。

【００７６】また、初装荷炉心では燃料集合体装荷位置
をあらかじめ特定できるのに対して、取替炉心では新燃
料集合体のどの面がどの燃料集合体と隣接するか一概に
は決まらない。従って、このような取替炉心において隣
接する燃焼度が進んだ燃料集合体からの熱中性子の流れ
を常に十分に低減するには、燃料集合体横断面内で、全
ての最外周燃料棒の核分裂性物質含有量を十分に低くし
ておくか、あるいは全ての面の最外周または最外周から
２層目に多くの可燃性毒物を配置しておく必要がある。

【００７７】このような観点からなされた本発明の第８
の実施の形態について説明する。本実施の形態である原
子炉の炉心の１／４断面を図１０に示す。同図は、図１
と同じＢＷＲにおいて、プルトニウム燃料とウラン燃料
とを同時に装荷した取替炉心である。図中、マス内に示
されたＵはウランのみを使用した新燃料集合体、Ｍはプ
ルトニウムとウランとを使用した新燃料集合体、２は２
サイクル目燃料集合体、３は３サイクル目燃料集合体、
４は４サイクル目燃料集合体である。なお、２，３，４
サイクル目燃料集合体では、ウラン燃料とプルトニウム
燃料とを区別していない。

【００７８】本実施の形態で使用される燃料集合体の下
部断面の濃縮度およびＧｄ分布を図１１に示す。図１１
（ａ）はプルトニウム燃料、（ｂ）はウラン燃料を示
す。また、プルトニウム燃料で使用されている各燃料棒
のプルトニウム富化度は、番号の燃料棒で最も高く、番
号 の燃料棒で最も低い。記号ＧはＧｄ棒であることを
示す。これらの最外周燃料棒の平均核分裂性物質濃度は
プルトニウム燃料では２．４％、ウラン燃料では３．５
％であり、燃料集合体平均核分裂性物質濃度はいずれの
燃料集合体も４．１％である。

【００７９】従って最外周燃料棒の平均核分裂性物質濃
度の燃料集合体平均に対する比は、プルトニウム燃料で
は０．５９、ウラン燃料では０．８５である。さらに、
プルトニウム燃料ではＧｄ棒を最外周から２層目に１６
本配置しており、一方ウラン燃料ではＧｄ棒を最外周か
ら２層目に８本配置している。

【００８０】これらの結果、各々が新燃料集合体として
炉心に装荷された状態で、ほぼ等しい燃料棒出力ピーキ
ングを達成することができる。本実施の形態では、最外
周燃料棒の平均核分裂性物質濃度の燃料集合体平均に対
する比は、プルトニウム燃料でウラン燃料の０．７倍で
ある。プルトニウム燃料のウラン燃料に対するこの比率
は、使用する燃料の燃料集合体平均核分裂性物質濃度な
どの諸条件に依存するが、少なくとも０．９倍以下とす
ることが望ましい。なお図１０では、プルトニウム燃料
はコントロールセルの隣接位置と炉心周辺に選択的に配
置してあり、燃料集合体出力が過大になることを抑止し
ている。

【００８１】（その他の実施の形態）上記した第１ない
し第５の実施の形態では、平均濃縮度が異なる２種類の
燃料集合体が装荷された初装荷炉心について説明した
が、これらの中間濃縮度の燃料集合体を加えた３種類あ
るいはそれ以上の種類の燃料集合体を使用してもよい。
このような場合、熱中性子量が最も多いのは最低濃縮度
燃料集合体であり、隣接する燃料集合体からの熱中性子
の流入の影響を最も受けやすい燃料集合体は最高濃縮度
燃料集合体である。従って、本発明をこれら最高濃縮度
燃料集合体と最低濃縮度燃料集合体に適用すれば十分な
効果が得られる。

【００８２】また第１図に示した初装荷炉心では最外周
に高濃縮度燃料集合体を装荷したが、低濃縮度燃料集合
体あるいは中間濃縮度の燃料集合体を装荷してもよい。
上記実施の形態でも述べたように、最外周から２層目に
装荷された高濃縮度燃料集合体は過大な出力を出すこと
はないので、最外周に装荷された燃料集合体は本発明の
適用性に影響しない。さらに以上の実施の形態ではＢＷ
Ｒについて説明してきたが、本発明が加圧水型原子炉
（ＰＷＲ）にも適用できることは明白である。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、炉心に装荷された状態
で燃料棒出力ピーキングを十分に低減することができ
る。従って、熱的余裕を損なうことなく、初装荷燃料の
平均濃縮度を高めて取出燃焼度を増大し燃料経済性を大
幅に向上することができる。また取替炉心においても、
十分な熱的余裕を確保することができる。さらにまた燃
料棒の種類を過度に増加させることがないので、製造上
の影響も小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である沸騰水型原子
炉の初装荷炉心の燃料配置を示す１／４平面図。

【図２】本発明の第１の実施の形態で使用される高濃縮
度燃料集合体の下部断面の濃縮度およびＧｄ分布を示す
断面図であり、（ａ）は高濃縮度燃料集合体Ａ、（ｂ）
は高濃縮度燃料集合体Ｂを示す断面図。

【図３】本発明の第１の実施の形態で使用される高濃縮
度燃料集合体の下部断面の濃縮度およびＧｄ分布を示す
断面図であり、（ａ）は高濃縮度燃料集合体Ｃ、（ｂ）
は高濃縮度燃料集合体Ｄを示す断面図。

【図４】本発明の第１の実施の形態で使用される高濃縮
度燃料集合体Ａの炉心内での燃料棒出力分布を示す図。

【図５】（ａ）は本発明の第２の実施の形態で使用され
る高濃縮度集合体Ａの下部断面の濃縮度およびＧｄ分布
を示す断面図、（ｂ）は高濃縮度燃料集合体Ａの炉心内
での燃料棒出力分布を示す図。

【図６】（ａ）は本発明の第３の実施の形態で使用され
る高濃縮度燃料集合体Ａの下部断面の濃縮度およびＧｄ
分布を示す断面図、（ｂ）は高濃縮度燃料集合体Ａの炉
心内での燃料棒出力分布を示す図。

【図７】本発明の第４の実施の形態で使用される高濃縮
度燃料集合体の下部断面の濃縮度およびＧｄ分布を示す
断面図であり、（ａ）は高濃縮度燃料集合体Ａおよび
Ｂ、（ｂ）は高濃縮度燃料集合体ＣおよびＤを示す断面
図。

【図８】本発明の第５の実施の形態で使用される高濃縮
度燃料集合体の下部断面の濃縮度およびＧｄ分布を示す
断面図であり、（ａ）は高濃縮度燃料集合体Ａおよび
Ｄ、（ｂ）は高濃縮度燃料集合体ＢおよびＣを示す断面
図。

【図９】本発明の第６の実施の形態で使用される高濃縮
度燃料集合体の下部断面の濃縮度およびＧｄ分布を示す
断面図。

【図１０】本発明の第８の実施の形態である沸騰水型原
子炉の取替炉心の燃料配置を示す１／４平面図。

【図１１】本発明の第８の実施の形態で使用される燃料
集合体の下部断面の濃縮度およびＧｄ分布を示す断面図
であり、（ａ）はプルトニウム燃料、（ｂ）はウラン燃
料を示す断面図。

【図１２】従来の沸騰水型原子炉の初装荷炉心の燃料配
置を示す１／４平面図。

【図１３】制御棒と４体の燃料集合体とで構成されるセ
ルの断面図。

【図１４】部分長燃料棒を有する高燃焼度用燃料集合体
の一例の断面図。

【図１５】従来および本発明の第１および第２の実施の
形態で使用される燃料集合体の軸方向濃縮度およびＧｄ
分布を示す図。（ａ）は高濃縮度燃料、（ｂ）は低濃縮
度燃料。

【図１６】従来の炉心の一部分における燃料集合体出力
分布を示す図。

【図１７】（ａ）は従来の高濃縮度燃料集合体の下部断
面の濃縮度およびＧｄ分布を示す断面図、（ｂ）は高濃
縮度燃料集合体の炉心内での燃料棒出力分布を示す図。

【符号の説明】

１…原子炉の炉心、２，３，１４，１９，２０，２１…
燃料集合体、４…制御棒、５…コントロールセル、６…
長尺燃料棒、７…短尺燃料棒、８…ウォータロッド、９
…スペーサ、１０…上部タイプレート、１１…下部タイ
プレート、１２…チャンネルボックス

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の燃料棒を格子状に束ねて構成され
   横断面が正方形状をなす燃料集合体において、前記燃料
   集合体は燃料集合体が四方で等間隔に配置される原子炉
   の炉心に使用され、前記燃料集合体の上下端を除く少な
   くとも一部の軸方向部位において、前記燃料棒に含有さ
   れる核分裂性物質濃度または可燃性毒物含有量の少なく
   とも一方の横断面内分布が、前記燃料集合体横断面内の
   二本の対角線のうち少なくとも一方に関して非対称であ
   ることを特徴とする燃料集合体。
2. 【請求項２】 複数の燃料棒を格子状に束ねて構成され
   横断面が正方形状をなす燃料集合体において、前記燃料
   集合体は燃料集合体が異なる間隔で配置される原子炉の
   炉心に使用され、前記燃料集合体の上下端を除く少なく
   とも一部の軸方向部位において、前記燃料棒に含有され
   る核分裂性物質濃度または可燃性毒物含有量の少なくと
   も一方の横断面内分布が、前記原子炉の炉心内で隣接す
   る燃料集合体との距離が等しい２面が交差するコーナー
   を通る対角線に関して非対称であることを特徴とする燃
   料集合体。
3. 【請求項３】 前記燃料集合体を構成する最外周燃料棒
   の核分裂性物質濃度が非対称であることを特徴とする請
   求項１または請求項２に記載の燃料集合体。
4. 【請求項４】 前記燃料集合体を構成する最外周または
   最外周から２層目の燃料棒の可燃性毒物含有量が非対称
   であることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載
   の燃料集合体。
5. 【請求項５】 燃料集合体平均核分裂性物質濃度が異な
   る複数種類の燃料集合体が装荷された原子炉の炉心にお
   いて、少なくとも一部の燃料集合体が請求項１ないし請
   求項４に記載の燃料集合体であることを特徴とする原子
   炉の炉心。
6. 【請求項６】 コントロールセルに隣接する位置および
   炉心最外周位置および炉心最外周から２層目位置のいず
   れをも除く位置に装荷された燃料集合体平均核分裂性物
   質濃度が最も高い燃料集合体の少なくとも一部が、請求
   項１ないし請求項４に記載の燃料集合体であることを特
   徴とする請求項５に記載の原子炉の炉心。
7. 【請求項７】 コントロールセルに隣接する位置および
   炉心最外周位置および炉心最外周から２層目位置のいず
   れをも除く位置に装荷された燃料集合体平均核分裂性物
   質濃度が最も高い燃料集合体の全てが、その横断面内の
   高々１つの面で燃料集合体平均核分裂性物質濃度が最も
   低い燃料集合体と隣接することを特徴とする請求項６に
   記載の原子炉の炉心。
8. 【請求項８】 前記原子炉の炉心に装荷されている請求
   項１ないし請求項４に記載の燃料集合体において、燃料
   集合体平均核分裂性物質濃度がより低い燃料集合体に面
   する側の最外周燃料棒の平均核分裂性物質濃度が、燃料
   集合体平均核分裂性物質濃度がより高い燃料集合体に面
   する側の最外周燃料棒の平均核分裂性物質濃度よりも低
   いことを特徴とする請求項５ないし請求項７に記載の原
   子炉の炉心。
9. 【請求項９】 前記原子炉の炉心に装荷されている請求
   項１ないし請求項４に記載の燃料集合体において、燃料
   集合体平均核分裂性物質濃度がより低い燃料集合体に面
   する側の最外周または最外周から２層目の燃料棒の平均
   可燃性毒物含有量が、燃料集合体平均核分裂性物質濃度
   がより高い燃料集合体に面する側の最外周または最外周
   から２層目の燃料棒の平均可燃性毒物含有量よりも低い
   ことを特徴とする請求項８に記載の原子炉の炉心。
10. 【請求項１０】 前記原子炉の炉心に装荷されている請
    求項１ないし請求項４に記載の燃料集合体において、燃
    料集合体平均核分裂性物質濃度がより低い燃料集合体に
    面する側の最外周または最外周から２層目の燃料棒の平
    均可燃性毒物含有量が、燃料集合体平均核分裂性物質濃
    度がより高い燃料集合体に面する側の最外周または最外
    周から２層目の燃料棒の平均可燃性毒物含有量よりも高
    いことを特徴とする請求項５ないし請求項８に記載の原
    子炉の炉心。
11. 【請求項１１】 前記原子炉の炉心において、燃料集合
    体平均核分裂性物質濃度が等しい複数種類の請求項１な
    いし請求項４に記載の燃料集合体が装荷され、前記複数
    種類の燃料集合体平均核分裂性物質濃度が等しい燃料集
    合体の少なくとも一部が、互いに燃料集合体横断面内に
    おける前記燃料棒の核分裂性物質濃度および可燃性毒物
    含有量の横断面内分布が、前記二本の対角線の少なくと
    も一方に関して鏡面対称かまたは前記二本の対角線の交
    点を中心として回転対称の関係にあることを特徴とする
    請求項５ないし請求項１０に記載の原子炉の炉心。
12. 【請求項１２】 複数本の燃料棒を格子状に束ねて構成
    され燃料集合体が装荷された原子炉の炉心において、核
    分裂性物質として濃縮ウランのみを使用した燃料集合体
    と核分裂性物質としてプルトニウムとウランとを使用し
    た燃料集合体とが装荷され、前記核分裂性物質としてプ
    ルトニウムとウランとを使用した燃料集合体の少なくと
    も一部が請求項１ないし請求項４に記載の燃料集合体で
    あることを特徴とする請求項５ないし請求項１１に記載
    の原子炉の炉心。
13. 【請求項１３】 複数本の燃料棒を格子状に束ねて構成
    され燃料集合体が装荷された原子炉の炉心において、核
    分裂性物質として濃縮ウランのみを使用した燃料集合体
    と核分裂性物質としてプルトニウムとウランとを使用し
    た燃料集合体とが装荷され、最外周燃料棒平均核分裂性
    物質濃度の燃料集合体平均核分裂性物質濃度に対する比
    が、前記濃縮ウランのみを使用した燃料集合体よりも前
    記プルトニウムとウランとを使用した燃料集合体におい
    て大きいことを特徴とする原子炉の炉心。