JPS63252292A

JPS63252292A - 軽水炉の炉心

Info

Publication number: JPS63252292A
Application number: JP62085748A
Authority: JP
Inventors: 精植田; 庄一渡辺; 律夫吉岡
Original assignee: Toshiba Corp; Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1987-04-09
Publication date: 1988-10-19
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: JP2523615B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は軽水炉の炉心に係り、特に運転サイクルが長く
かつ炉停止余裕の大きい軽水炉の炉心に関する。

（従来の技術）軽水炉の炉心は、多数の燃料棒を規則正しく束ねた多数
の燃料集合体から構成されており、各燃料棒間には減速
材の機能を兼ねた冷却材である軽水が、炉心の下方から
上方に向って流れており、各燃料棒から放出された熱を
除去している。このため、原子炉が高出力ないし定格出
力で運転されているときの軽水は高温高圧となっている
。ちなみに、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ＞では水温は約２
８６°Ｃ２沸騰していない状態での水の密度は約０、７
４ｇ／ｃｍ３となっている。沸騰時の気泡を含めた水の
密度は０．２〜０．３程度になる場合がある。一方、加
圧水型原子炉では水温は３１０〜３３０°Ｃにも及び、
水の密度は０．６６０／ｃｍ３　　（０，６９〜０．６
４）になる場合がある。

ところで、これらの原子炉では原子炉運転中は大多数の
制御棒が炉心から引後かれており、原子炉停止中は全て
の制御棒が挿入されている。原子炉停止中に何らかの事
情により反応度価値の最も大きい制御棒が炉心から引扱
かれた場合でも、原子炉は停止状態を保持できなければ
ならない。このことをその原子炉は停止余裕があるとい
う。

原子炉に使用される燃料は、原子力発電の経済性向上の
点から、燃料に含まれる核分裂性核種の濃度（濃縮度）
を高める方向にある。燃料の濃縮度を高めると核分裂が
起り易くなるため、その結果として停止余裕は小さく、
即ちきびしくなる傾向にある。停止余裕がなくなれば、
万一原子炉を停止しなければならない時に停止できなく
なる場合が生じることになるから、停止余裕は確保しな
ければならない。停止余裕は一般に経済性向上への要求
に逆行する性質を有している。現在でも、燃料内に可燃
性毒物を添加したり、冷却水の中にボロンを添加するな
どして停止余裕の確保の為の工夫がなされているが、一
方では経済性を向上させる要求は一段と高まっており、
これに応えるためにもなお一層の工夫が不可欠となって
きている。

次に、軽水炉に用いられた従来の燃料集合体の代表例を
図面を参照して説明する。

第６図（ａ）および第６図（ｂ）はそれぞれ従来のＢＷ
Ｒの燃料集合体の斜視図および燃料集合体を構成する燃
料棒の概略縦断面図である。同図（ａ）において、燃料
集合体は水棒（図示せず）と燃料棒２を上部タイプレー
ト４．スペーサ５．下部タイプレート６により固定し、
その外側をチャンネルボックス１で取囲むように構成さ
れている。燃料棒２は同図（ｂ）に示すように、被覆管
７内に燃料ペレット８を配設し、その上部のガスプレナ
ムにスプリング９を設け、上端に上部端栓１０を下端に
下部端栓１１を設けている。

第７図（ａ）は第６図（ａ）に示す従来の燃料集合体か
らなるＢＷＲの炉心横断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）
のセルの拡大図である。チャンネルボックス１内には６
２本の燃料棒２と２本の水棒３が配列されて燃料集合体
を構成している。水棒３は集合体内部で減速材である水
が不足するのを抑制しているが、この水棒３は軸方向に
一様であるため炉心下方では水過剰、上方では水不足に
なるという問題点がある。

一方、ＰＷＲの炉心は制御棒クラスタ付き燃料集合体１
２と制御棒クラスタ無し燃料集合体１３とが第８図に示
すように、炉心バッフル１４内に規則正しく配置されて
いる。第９図に制御棒クラスタ付き燃料集合体１２の斜
視図を、また第１０図に第９図の制御棒クラスタ付き燃
料集合体の横断面図を示している。これらの図に示すよ
うに、この燃料集合体１２は燃料棒１５と制御棒を挿脱
する制御棒案内管１６を規則正しく配置し、上部ノズル
１７．スペーサ１８．下部ノズル１９で固定されている
。このような構成のＰＷＲの炉心でも炉停止余裕ととも
に経済性を向上する要求が一段と高まってきており、こ
れに応えるための工夫が要求されている。

（発明が解決しようとする問題点）上述したように、軽水炉の停止余裕を確保しようとする
と、従来の技術では原子力発電プラントの経済性向上を
これ以上望めないという不具合があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、原子炉の停止余裕を改善することによって原子力発電
プラントの経済性向上に寄与することができる軽水炉の
炉心を提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明は多数の燃料棒を規
則正しく束ねた燃料集合体の軸がそれぞれ垂直で互に平
行になるように配置された炉心と、前記各燃料棒間にそ
の燃料棒の下方から上方に向って冷却材である軽水が流
れるように構成された軽水炉の炉心において、前記炉心
の一部分または全体を上下方向に少なくとも２ケの炉心
切片に分割するごとく所定幅の核分裂性核種濃度を大幅
に低下させた介在領域を配置し、前記介在領域はその幅
が軽水炉出力運転中における熱中性子拡散距離ないしそ
の２倍の距離以内でおり、軽水炉の常温停止時における
熱中性子拡散距離ないしややそれより大きくしたことを
特徴とするものである。

（作　用）上記したように、本発明の炉心構成によると、核分裂性
物質濃度の低い領域（介在領ＶＡ）を挟んで上下の燃料
領域の中性子相互作用（結合効果）が減少し、その結果
停止中の炉の未臨界度をより大きく（深く）することが
でき、また原子炉運転中の不要な過剰反応度が抑制され
、サイクル末期で過剰反応度がなくなり結合効果がよく
なり、その結果運転サイクルを延長することができる等
により燃料の健全性が保たれる先ず、本発明の原理について説明する。

炉心の実効増倍率をｋｅｆｆとする。（ここでは簡素化
のためｋで表わし“ｅｆｆ　”を省略する）そうすると
、修正１群モデル（軽水炉のｋに関する記述として簡単
で信頼性が高い）では下記のように表わせる。

ここで、ｋ■・・・無限増倍率Ｍ２・・・中性子移動面積Ｂ２・・・バックリング（ｃｍ−２単位）ｋ■は炉心設
計では、通常、便宜的に各点（又は一定の体積点）にお
ける核分裂による中性子放出率と中性子吸収率との比と
して取扱われる。

Ｍ２はＭ２　＝τ＋Ｌ２で表わされる。τはフェルミ年
齢で、炉心設計では高速中性子の移動面積と呼ばれる。

なお、τ＝τＦ＋τＥ　（又はτ１＋τ２）であり、τ
はこのように更に高速（ｆａｓｔ）中性子と熱外（ｅｐ
ｉｔｈｅｒｍａｌ）中性子に分けることもあるが、本発
明ではここまで分けて説明する必要は殆どない。

Ｌ２は熱中性子移動面積（熱中性子拡散係数と吸収断面
積の比で与えられる）、Ｍ＝扉は中性子移動距離、Ｌ＝
　ＩＤ　は熱中性子移動距離、また、Ｂ２はバックリン
グ（ｃｍ−２単位）であり、Ｂ２−３　２　＋８　２で
表わせる。Ｂ−は半径方向バックリング、Ｂ２２は軸方
向バックリングである。

ところで、ｋの値は中性子炉物理学としては臨界近傍で
は体系全体で定義されるが、本発明では、ｋ■に空間依
存性を取り入れる炉心設計の立場に立つので、ｋ値も上
式を用い、空間依存性を取り入れたものとして取扱うこ
とにする。

また動力用原子炉では、Ｍ２Ｂ２は０．０３〜０．０５
程度、Ｂ２は０．０００１〜０．０００２　（ｃｍ−２
）程度、軸方向は通常平板状であり、炉心の高さをＺ軸
方向反射体節約（軸方向外挿距離ということもある）を
δ＝δや＋δ−（上側士下側の意）とすれば、で与えら
れる。

反応度？三に−１に未臨界度９＝−Ｓ’ｏ＝ニー１（未臨界体系を取扱うために反応度の定義で符号を変え
たもの）９の値は中性子炉物理学における臨界近傍では体系全体
で定義されるが、本発明ではに■に空間依存性を取り入
れる炉心設計の立場に立つので、（ｋ■→に→？）９値
にも空間依存性を取り入れたものとして取扱う。

したがって、本発明における未臨界度は上記した理由で
空間依存の未臨界度を論じている。炉心体系内でこのよ
うな未臨界度が小ざい（臨界に近い）場所があると、そ
こが臨界になり易いことを示す指標となる。

次に、本発明の作用を第２図を参照して説明する。第２
図（ａ）に示すように、炉心を軸方向に３分割し２個の
介在層が存在する場合について説明する。図において各
炉心片の未臨界度？＋　、　？２　。

Ｓ’３を求めると次のようになる。

９１−上−−１に１Ｂ１−８２＋８７１２Ｂ２２＝８　２十８２２２ＢＺ２２＝　（−二し−＞　２ｈ２＋６２Ｂ３２＝Ｂｐ　”　−４−３７３２Ｂ２＝（−−二一一）？２３　　　　ｈ３＋δ３ここで、δｉは上下隣接炉心片の影響を収り入れた反射
体節約、Ｂｒ２は各炉心片とも共通とする。炉心温度が
上昇すると、減速材の温度が上ったりボイドが発生する
。するとにωｉは僅かに変化しく軽水炉では平均的には
減少する）、Ｍｉ２は増加し、δｉの増加によりＢ２２
は減少する。

介在層の厚さｄｌ　、ｄ２を適切に選ぶと、δｉが著し
く増大する。そして、各炉心片は一体的に結合し、軸方
向バックリングは一体化し、Ｂ２２＝（浩）２となる。逆に炉心温度が下ると、介在層により各炉心片
が分割されたような特徴が現れてくる。これは、炉心温
度が下ると水の密度が上昇し、介在層の水が炉心を上下
に分割遮蔽する働きが現れてくるためである。このよう
に、介在層により冷温時（炉停止時）は炉心片を上下に
分離する機能が増大し、高温時は分離する機能が弱まる
（水の密度が低下するため、実質的にｄｌ　、ｄ２が小
ざくなる効果が現れる。これは結合効果といえる。）特
性を有する。ｄｌ　、ｄ２の値を適切に選定すると、高
温時の水（減速材）不足の効果を補う効果も現われて、
介在層が存在しない（ｄｌ、ｄｌ部も燃料あり）場合よ
りｋ。ｆｆ値を多少増大させることさえ可能となる。

介在層の厚さは、冷温時（炉停止時）の熱中性子の移動
距離より大きく、高温時（ＢＷＲでは更にボイド発生時
）のそれと同程度かやや小ざい程度とするのが最適であ
る。具体的な値として好ましい範囲は３〜８ｃｍ程度で
ある。２ｃｍ未満では冷態時に分離機能が発生せず、１
０ｃｍ以上では高温時の分離は能は弱まるものの、介在
層が存在しない時に比べて炉心の実効増倍率が減少し、
運転サイクルの低減を招くため不利である。ＢＷＲでは
介在層の厚さは３〜８ｃｍが好適であり、ＰＷＲでは介
在層の厚さは３〜５ｃｍが好適である。それはＢＷＲで
は冷態から高温になると水の密度は１／３になるので、
中性子移動距離は３倍となるが、ＰＷＲでは冷態から高
温になっても水の密度は０．６５程度にしか減少、従っ
て中性子移動距離も２°倍以内にしか増大しない。この
ように介在層の厚さが異なる理由の一つは、上記したよ
うに介在層が存在する近傍の減速材密度、減速材対燃料
体積比。

燃料の中の核分裂性核種濃度等によって分離・結合効果
が影響を受けるためである。

しかして、介在層が分離効果を発揮する冷態時では、３
ｚ２が急増するために、各炉心片のｋ。

が減少し、？（未臨界度）が増大する。介在層が結合効
果を発揮する高温運転時では、Ｂ　２の値は急減し、好
適状態ではほぼ介在層がない状態と等しくなり、ｋ、は
急増する（このに、は介在層なしの時とほぼ等しいかや
や大にすることができる）。

次に、介在層が分離効果および結合効果を発揮する具体
的計算例を示す。

ＢＷＲにおいて、初期平均濃縮度３．７％、燃焼度２８
ＧＷｄ／ｌの体系で、制御棒は部分挿入されていないも
のとする。

このようなりＷＲでは、炉心上端から１／４　良付近で
炉停止中に未臨界度が最も小さくなるので、その部分に
介在層を全炉心に亙っで水平に配置し、介在層の厚さを
変えて計算した。計算体系は冷態時（２０℃）と高温運
転時（２８６℃、ボイド分布あり）の２種類とし、また
画体系それぞれに対して、介在層の厚さをゼロとしたと
きの炉心の実効増倍率ｋ。ｆｆを基準とした。この計算
例を示したのが第２図（ｂ）のグラフである。このグラ
フから次のことが分る。

■冷態時においては、〜５ｃｍ（これが分離効果が顕著
に増加する範囲となる）まで急に減少、それから飽和状
態に向かう。この漸近値は炉心切片（本例では炉心下方
３７４部）のｋｅｆｆ値になる。

■高温時においては、＜１０ｃｍまではｋ。ｆｆ値は介
在層によって殆ど減少しない。これが結合効果によるも
ので、特に、３〜５ｃｍ付近ではかえってｋｅｆｆが増
大している。これは高温ボイド時の減速材不足による熱
中性子束不足を介在層から補給する作用が有効に作用す
るためである。

（実施例）本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図（ａ）は本発明の一実施例の概略縦断面図、同図
（ｂ）は炉心軸方向のボイド割合および未臨界度分布を
示した図である。

本実施例は８ＷＲの例である。ＢＷＲでは、第１図（ｂ
）に示すように、炉心の中央高さより上方で未臨界度が
浅くなるので、高さの中央よりやや上方（ｈｌ　　＜ｈ
２　）に本発明の介在領域が挿入されている。すなわち
、本実施例では全ての燃料集合体の同じ高さに介在領域
が設けられている。この介在領域の幅（上下ｄ１方向）
は３〜８ｃｍ程度である。

介在領域の幅ｄ１を一定とした場合ｈ１　、　ｈ２夫々
の炉心切片に対する実効増倍率に１　、　ｋ２がほぼ等
しくなるようｈｌ　とｈ２の値を決定すれば、ｋ　＋　
　（ｉ−１−２＞がほぼ等しくなるので、本実施例によ
れば、同図（ｂ）の二点鎖線で示すように、未臨界度？
ｔ　、　Ｓ’２がほぼ等しくなり、最も効果的に未臨界
度を大きくすることができる。

第３図（ａ）は本発明の第２の実施例の概略縦断面図、
同図（ｂ）は炉心軸方向のボイド割合および未臨界度分
布を示した図である。

本実施例と前記実施例との違いは、介在領域を２段に設
けた点にある。ｈｌ　、　ｈ２　、　ｈ３に対応する炉
心の切片の実効増倍率に１　、　ｋ２　、　ｋ３が運転
サイクルを通じて最もきびしくなる時点でほぼ等しくな
るようにｈｉ　、　ｈ２　、　ｈ３の値が決められる。

運転中のボイド割合が上方で高いため、未臨界度が小さ
く（浅く）なるので、ｈｌ　＜ｈｌ＜ｈ３の順になる。

ｄｌ　とｄ２の値は３〜８ｃｍ程度であるが、ｄ２はｄ
ｌよりやや小ざく選定してもよい。本実施例の場合も同
図（ｂ）の二点鎖線で示すように、未臨界度を炉心全長
に亙って効果的に大ぎくすることができる。

第４図（ａ）は本発明の第３の実施例の概略縦断面図、
同図（ｂ）は炉心軸方向の核分裂核種濃度および未臨界
度分布を示した図である。

本実施例はＰＷＲの例である。ＰＷＲではボイドの発生
はなく、軸方向の減速材の温度変化（幅〜４０℃）に伴
う密度変化は小さい（０，６９〜０．６４間の変化）。

また、軸方向の出力分布も上下で大凡対称であるため、
核分裂性核種濃度も上下で大凡対称である。従って、未
臨界度分布も大凡一定で上下はぼ対称である。このよう
な場合、ｈｌ　、　ｈｌ、ｈ３の大きざは大凡等しいが
、ｈｌは上下両側からの炉心切片の影響（結合作用）の
ためｈｌおよびｈｌより通常小とするのが好適である。

このように介在領域を２段挿入することによって、炉心
冷態時は上下方向に３つの切片に分けられ、介在領域が
炉心切片間の結合作用を抑制している。高温運転時は水
の密度が低下し、その結果炉心切片相互間の中性子結合
効果が強められる。

ＰＷＲではＢＷＲの高温ボイド時に比べて水の密度は２
倍程度大きいので、ｄｌ　　：ｄ２の値はＢＷＲの３〜
８ｃｍ程度よりやや狭く、３〜５ｃｍ程度が好適となる
。本実施例の場合も同図（ｂ）の二点鎖線で示すように
、未臨界度を炉心全長に互って効果的に大きくすること
ができる。

第５図（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るそれぞれ異なる燃
料棒の縦断面図である。

すなわち、同図（ａ）で示す燃料棒は被覆管２０内に燃
料物質を含まない領域をもち、この領域は５ｃｍ程度と
され、グラファイト２１が挿入されている。

グラファイト２１は高温特性が優れており、かつ熱中性
子の吸収が少なく、減速材としての機能も有する最適な
例の一つである。低密度（多孔質）の１！ｚ　０３　、
Ｚｒ０ｚ等は、減速特性は優れていないものの耐熱特性
がよく、中性子吸収の少ない物質を用いることもできる
。中実のグラファイトの代りに、中空グラファイト、中
空Ａ、＋！２０３　。

ＺｒＯ２，中空天然ウラン、中空減損ウランなどを用い
、中空部をガスプレナムとして利用してもよい。

この領域に要求される特性で最も重要な点は、サイクル
末期で熱中性子吸収率がこの領域を挟む燃料領域より小
さいことである。このグラフフィト２１に隣接する燃料
物質では、２ｃｍ程度（多くても５ｃｍ）の範囲で出力
ピーク（スパイク）が生じ、燃料の健全性上不利である
ため、軸心近傍にのみ可燃性毒物を含むペレット２２が
それぞれ２ケ（約２ｃｍ）ずつ配置されている。これら
のペレット２２は外周には毒物が含まれていないため、
出力は運転ナイクル全般にわたって比較的変動が少ない
。

サイクル末期に近づくにつれて毒物の吸収特性が消滅し
、この部分の出力が緩やかに上昇するように設計する。

この時、グラフフィトを挟んだ上下の熱中性子の相互作
用（結合効果）が上昇し、炉心の余剰反応度（ｋｅＸｃ
ｅｓｓ）が回復する。この結果、原子炉はより長い期間
運転を続けることができる、すなわち運転サイクルの長
期化が可能になる。

しかして、サイクルの終り頃、余剰反応度（ｋｅｘｃｅ
ｓｓ）は減少するのが通常であるが、本発明では減少が
始まる時点で、グラファイトを挟む上下の結合効果がこ
の可燃性毒物の毒物作用消滅により上昇し、この結果ｋ
ｅｘｃｅｓｓが上昇するというユニークな現象を引き起
こすことができる。なお、２３は燃料ペレットである。

核分裂性核種濃度の低い領域（以下介在領域という）を
挟んだ上下の燃料領域の中性子相互作用（結合効果）が
減少し、その結果停止中の炉の未臨界度をより大きくす
ることが出来る。

第５図（ｂ）に示す燃料棒と同図（ａ）の燃料棒との違
いは、グラファイト２１の代りに熱中性子吸収断面積の
小ざいジルカロイ製の管２４を挿入した点にある。この
例では多くの変形が考えられる。すなわら、（１）ガスプレナムとして利用する場合は非密封管とす
る。

（２）ＺｒＨ２（ジルコニウムハイドライド、水素化ジ
ルコニウム等と呼ぶ）を高密度充填する場合ではＺｒＨ
２は正確にはＺｒ１−１ｘ　（０＜Ｘ＜２＞と書くべき
で、Ｘが大きい捏水発明の目的には望ましいが、Ｘが大
きくなると脆くなり易いので一般には管に密封しておく
のが望ましい。管内には比較的小さな空隙を、ＺｒＨ２
から僅かに放出されるＨ２のガスプレナムとして使うた
めに設ける。

（３）Ｂｅ、ＢｅＯは毒物があるので、管に入れるのが
好適である。Ｂｅも中性子との反応でＨｅガスを発生す
るので、小さなＨｅガス用プレナム（間隙）を設ける。

ジルカロイ製管２４と燃料ペレット２３との間には小さ
な断熱材ペレット２５．Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２゜減損ウ
ラン等を介在させて燃料健全性の向上を図っている。断
熱材ペレット２５は熱中性子吸収特性が運転サイクル末
期において小さいものとすべきである。従って可燃性毒
物を添加したＡｊｚＯ：＋−Ｇｄｚ　０３　、減損ウラ
ンＵＯ２−Ｇｄ２０３ペレツトのようなものが好適であ
る。ジルカロイ製管２４の軸方向に隣接する燃料ペレッ
トでは、その端面から２ｃｍ程度（長くて５ｃｍ程度）
までは可燃性毒物を入れたペレット２２を配置するのが
好適である。図（ｂ）では細径Ｇｄペレットを挿入した
燃料ペレット２２を示しているが、ペレット全体にＧｄ
を混入してもよく、同図（ａ）および同図（Ｃ）に示す
燃料棒についても同様にペレット全体にＧｄを混入して
もよい。

第５図（Ｃ）に示す燃料棒と同図（ｂ）の燃料棒との違
いは水を導入する構成にしている点である。

すなわち、同図（ｂ）の燃料棒のジルカロイ製管がある
部分の被覆管２０に通水孔２６を上下に設けるとともに
この通水孔２６の上下にそれぞれ中間プラグ２７と断熱
材ペレット２５を配置し、ざらに上方と下方に可燃性毒
物を入れたペレット２２を設けてから上下それぞれに燃
料ペレット２３を配置したことである。

第５図（ｄ）に示す燃料棒と同図（ａ）の燃料棒との違
イハグラ７Ｆイト（１！２０３　、Ｚｒ０ｚ　。

１２０３−ＺｒＯ２などでもよい）に可燃性毒物を添加
した介在層２８を設けた点である。この実施例によると
、燃料に可燃性毒物を入れないので、製造上のメリット
が生じる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば以下に記載したよ
うな効果を奏する。

（１）原子炉停止時は水温も低くく水の密度が高いので
、７熱中性子の拡散距離は小さいが、本発明の炉心構成
によると、核分裂性物質濃度の低い領域（介在領域）を
挟んで上下の燃料領域の中性子相互作用（結合効果）が
減少し、その結果停止中の炉の未臨界度をより大ぎくす
ることができる。

（２）高温運転時は、水の平均密度が大幅に低下し、そ
の結果、熱中性子拡散距離が大幅（２〜３倍）に延びる
。その結果、介在領域を挟んだ結合効果が向上し、実効
増倍率は核分裂性物質濃度が著しく減少した領域がある
にもかかわらず、反って僅かではあっても増大させるこ
とさえできる。

介在領域の導入により不利にならない。

（３）介在領域ないしそれに隣接する部分の限定した範
囲に可燃性毒物を添加し、運転サイクル末期が近付いた
頃に毒作用が消滅するように設計することは容易であり
、その場合、サイクル末期に近付くまでは、その可燃性
毒物が熱中性子を吸収して高温運転中でも結合効果が抑
えられる。即ち、運転中の不要な過剰反応度が抑制され
、サイクル末期で過剰反応度がなくなり、やむをえずサ
イクルを終了させざるを得ないような時点で結合効果が
よくなり、過剰反応度が供給される。この結果運転サイ
、タルを延長することができる。

（４）本発明では、介在領域またはそれに軸方向に隣接
する燃料の限られた部分に可燃性毒物が効果的に配置さ
れるので、局所的な出力ピーク（出力スパイク）は発生
せず、従って燃料の健全性が保たれる。

（５）介在領域を各炉心切片毎の実効増倍率が、運転サ
イクル中の停止余裕がきびしくなる時点で夫々はぼ等し
くなる位置に配置するので、限られた介在領域の体積で
、最大限に未臨界度を増大でき、停止余裕をより充分な
ものとすることができる。

（６）全炉心に限らず、炉心の一部分に本発明の介在領
域を設けただけでも上記した（１）〜（５）の効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１の実施例の概略縦断面図、
同図（ｂ）は炉心軸方向のボイド割合および未臨界度分
布を示した図、第２図（ａ）および（ｂ）は本発明に係
わる炉心の特性を説明するための図、第３図（ａ）は本
発明の第２の実施例の概略縦断面図、同図（ｂ）は炉心
軸方向のボイド割合および未臨界度分布を示した図、第
４図（ａ）は本発明の第３の実施例の概略縦断面図、同
図（ｂ）は炉心軸方向の核分裂核種濃度び未臨界度分布
を示した図、第５図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明に
係る燃料棒の異なる縦断面図、第６図（ａ）および（ｂ
）はそれぞれ従来のＢＷＲ燃料集合体の斜視図および同
燃料集合体を構成する燃料棒の概略縦断面図、第７図（
ａ）は第６図（ａ）に示す従来の燃料集合体からなるＢ
ＷＲの炉心横断面図、第７図（ｂ）は同図（ａ）のセル
の拡大図、第８図は従来のＰＷＲの炉心の横断面図、第
９図は第８図の制御棒クラスタ付き燃料集合体の斜視図
、第１０図に第９図の制御棒クラスタ付き燃料集合体の
横断面図である。１・・・チＶンネルボックス２・・・燃料棒　　　　　３・・・水棒７・・・被覆管
　　　　　８・・・燃料ペレット１２・・・制御棒クラ
スタ付き燃料集合体１３・・・制御棒クラスタ無し燃料
集合体２０・・・被覆管　　　　　２１・・・グラフフ
ィト２２・・・可燃料毒物を含むペレット２３・・・燃料ペレット２４・・・ジルカロイ製管２５・・・断熱材ペレット２６・・・通水孔　　　　　２７・・・中間プラグ２８
・・・介在物（８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ばか　
１名）第　Ｍ　図第　３　図Ｎ□ 紀釦本ａで匁脩−紀メｗヶ譲Ｗ禦棺鍼（ｂ）　　　　　　　　　　　　　　（ａ）第４図（ａ）　　　　　　（ｂ）　　　　　　（ｃ）　　　　
　　（ｄ）第５図（ａ）（ｂン第　７　ｒＡ第８１！２第　１０ｍ第９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多数の燃料棒を規則正しく束ねた燃料集合体の軸
がそれぞれ垂直で互に平行になるように配置された炉心
と、前記各燃料棒間にその燃料棒の下方から上方に向っ
て冷却材である軽水が流れるように構成された軽水炉の
炉心において、前記炉心の一部分または全体を上下方向
に少なくとも２ヶの炉心切片に分割するごとく所定幅の
核分裂性核種濃度を大幅に低下させた介在領域を配置し
、前記介在領域はその幅が軽水炉出力運転中における熱
中性子拡散距離ないしその２倍の距離以内であり、軽水
炉の常温停止時における熱中性子拡散距離ないしややそ
れより大きくしたことを特徴とする軽水炉の炉心。
（２）炉心上端と上端に最も近い前記介在領域とで挟ま
れた炉心切片、炉心下端と下端に最も近い前記介在領域
とで挟まれた炉心切片あるいは隣接する二つの介在領域
に挟まれた炉心切片の幅は、原子炉運転期間内で原子炉
停止余裕がきびしくなる時点において各炉心切片ごとの
実効増倍率がそれぞれ互にほぼ等しくなるように構成さ
れたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の軽水
炉の炉心。
（３）前記介在領域は燃料棒の内部にグラファイト、ベ
リリウム、水素化ジルコニウムなどの固体減速材が充填
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の軽水炉の炉心。
（４）前記介在領域は燃料棒の内部に燃料ペレット間隔
を保持するスペーサの機能を有するガスプレナムが構成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の軽水炉の炉心。
（５）前記介在領域は燃料棒の内部に減速材としての水
を導入したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の軽水炉の炉心。
（６）前記介在領域は原子炉運転サイクル末期に近づく
につれて中性子吸収特性が燃焼してほとんど消滅する濃
度の可燃性毒物を添加したグラファイト、ベリリウム、
水素化ジルコニウム、アルミナ、ジルコニア等を燃料棒
内部に充填したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の軽水炉の炉心。
（７）前記介在領域は原子炉運転サイクル末期の中性子
吸収特性を抑制した多孔質の低密度アルミナあるいはジ
ルコニア等のセラミックを燃料棒内部に充填したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項または第６項記載の軽
水炉の炉心。
（８）前記介在領域に隣接する燃料棒内の１ｃｍないし
５ｃｍ以内の燃料ペレットに原子炉運転サイクル末期に
近づくにつれて中性子吸収特性が燃焼してほとんど消滅
する濃度の可燃性毒物を含有させたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の軽水炉の炉心。