【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子力プラント用の燃料集合体に関し、特に、出力ピーキングを抑制して核熱的制約を軽減することで、核燃料の経済性を向上させる燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、原子炉では、ウラン２３５に代表される核分裂性物質を燃料棒内に封入して燃焼させることによって、その燃焼エネルギーを取り出して利用している。 前記燃料棒中に封入される核燃料物質は、一般に、天然ウランを濃縮して得られる濃縮ウランが用いられている。 該濃縮ウランは、二酸化ウラン焼結の状態で燃料ペレットに成型・焼結され、正方格子形状に配列された燃料被覆管の中に収めて利用される。

【０００３】一方、近年、ウラン資源の有効利用という観点から、軽水炉から取り出された使用済みウラン燃料中のプルトニウムを、再び、軽水炉へリサイクルするプルサーマル計画が進められている。 これは、ウラン燃料集合体中のウラン燃料棒の一部あるいは大部分をプルトニウムを富化した混合酸化物(ＭｉｘｅｄＯｘｉｄｅ)燃料棒で置き換えたＭＯＸ燃料集合体を燃料として軽水炉に装荷して使用するものである。

【０００４】この時、前記ＭＯＸ燃料体の特性は、ウラン燃料に近い方が望ましい。 また、ウラン燃料の設計は、高燃焼度化の方向にあり、これに伴いＭＯＸ燃料設計も高富化度化、即ち、１体当たりのプルトニウム装荷量をできるだけ大きくすることが望ましい。 しかし、Ｍ
ＯＸ燃料集合体において、プルトニウムの装荷割合を増加させた場合、ウランとプルトニウムの核特性の違いにより、炉心特性上、ウラン炉心との差異を生じる。 即ち、核分裂性物質であるPu-239、Pu-241の熱中性子吸収断面積が、U-235より大きいことや、Pu-240による中性子共鳴吸収が大きいことなどによって、ＭＯＸ燃料の中性子束スペクトルがウラン燃料の中性子スペクトルよりも硬くなり、中性子減速効果が低下してしまう。

【０００５】原子炉においては、一定の運転期間の運転が可能になるようにあらかじめ炉心は余剰反応度を有する設計としている。 この余剰反応度を抑制するためには、通常、燃料棒内部に、ガドリニアに代表される可燃性毒物（BP）を混入する設計としている。 ＭＯＸを用いた原子炉炉心においても、燃料自身に可燃性毒物を混入した燃料棒を複数本利用することによって、余剰反応度の抑制に供している。

【０００６】一般に、中性子吸収断面積は、中性子エネルギーに対して1/v依存性を有しており、エネルギーの低い中性子ほどよく吸収される傾向がある。 そのために可燃性毒物の中性子吸収量は、中性子エネルギースペクトルが柔らかい、つまり、熱中性子の多い体系ほど多くなる。 従って、可燃性毒物の反応度抑制効果は、ＭＯＸ
を用いた原子炉炉心においては小さくなり、ウラン炉心と同等の反応度抑制効果を得ようとすれば、可燃性毒物を混入した燃料棒の使用本数を増加させねばならない。
このことに対する対応としては、特開昭60-146185号に示される技術の採用が考えられている。 これは、燃料集合体内部において、水ギャップに近い燃料集合体外周部分が熱中性子量が多く、中性子スペクトルが柔らかいことに着目し、この領域にガドリニア入り燃料棒を配置することで、ガドリニアの反応度価値を高めて、使用するガドリニア本数を減少し、燃料集合体のプルトニウムインベントリの増加、及び、使用ペレット種類の低減を図るものである。

【０００７】しかしながら、この方法では、燃料集合体内部の燃料内に存在する可燃性毒物を全くなくすることはできず、プルトニウムインベントリを減少するという観点からは、不十分であるとの問題があった。 前記問題に対しては、特開昭55-129790号及び特開昭59-72087号に示される技術による対応が考えられている。 後者の技術は、燃料集合体の燃料チャンネルボックス外周に反応度制御部材を着脱自在に取付けることにより、燃料ペレットに可燃性毒物を添加したり、ウラン濃縮度の調節を不要にすることができるというものである。 この場合の反応度制御部材は、不錆鋼、ジルコニウム合金などの中性子吸収材、ガドリニウム、銀、インジウム、ホウ素、
カドミウム、ハフニウム等の可燃性毒物を単体または化合物の形で不錆鋼中に分散もしくはそのまま不錆鋼で被覆したもの、ベリリウム等の反射材を不錆鋼で被覆したもの等の他、前途の中性子毒物、反射材、天然・劣化ウランなどを不錆鋼でサンドイッチ状に挟み圧延するCo-e
xtrusion加工を施したものが使用される。

【０００８】また、前記問題に対して、特開平6ー342091
号に示された技術が提案されている。 該技術は、チャンネルボックスの中央に配置される減速材棒を外管と内管の二重管とし、該内外管の間に可燃性毒物を充填したものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記特開昭
59-72087号の技術では、チャンネルボックスと反応度制御部材との間に隙間が生じ、隙間腐食やガルバニック腐食が生じやすくなる。 さらに、反応度制御部材が直接炉水に接してしまうために、反応度制御部材自体の腐食も問題になる。

【００１０】また、前述したように、原子炉燃料には、
初期の余剰反応度を抑制するために可燃性毒物が混入している。 ウランとプルトニウムの吸収断面積の中性子エネルギーに対する依存性を比較すると、第２２図に示すように、プルトニウムの方が中性子吸収が多い。 このためにプルトニウムを軽水炉で用いる場合には、制御棒材質や可燃性毒物といった反応度抑制物質が吸収する熱中性子量が減少し、ＭＯＸ燃料集合体を装荷した炉心では、制御棒価値、可燃性毒物の反応度価値が低下し、そのためにＭＯＸ燃料集合体を装荷した炉心では、使用する可燃性毒物を含んだ燃料棒の本数を多くする必要が生じていた。

【００１１】このことは、燃料集合体の１体当たりのプルトニウムインベントリが減少する事を意味し、同量のプルトニウムを消費するために製造する燃料集合体数が増加する結果となる。 これは、燃料製造費、燃料輸送費の上昇を招く。 また、原子炉燃料は、その健全性を維持するために、局所ピーキング係数を燃料寿命中にわたって適切な値を保ち、熱的な運転制限値を守るように設計しなければならない。 一般に、沸騰水型原子炉燃料では、燃料集合体の外周部、つまり水ギャップに近いところでは、熱中性子束が相対的に高くなり、外周部の燃料棒の出力が高くなる傾向がある。 そのために燃料集合体外周部に配置された燃料棒の局所ピーキング係数を低く抑えるべく、ペレットの濃縮度・富化度種類を増やして設計する必要が生じている。 前記特開平6ー342091号に示された技術では、チャンネルボックスの中央に可燃性毒物が配置されていることから、前記問題の対処としては十分でないと云える。

【００１２】ＭＯＸ燃料の製造に当たっては、燃料ペレットの成形加工を完全密封容器内で行うために、プルトニウム富化度を変える際のグローブボックスの洗浄は、
ウランの場合に比べると時間がかかり、製造時の稼働率低下が大きい。 そのため、富化度種類が増えれば、クリーンアップ回数が増加し、燃料成形加工費の上昇につながるという問題点があった。

【００１３】本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、プルトニウムを混入した燃料集合体(ＭＯＸ燃料集合体)における燃料棒内部に中性子吸収材、又は、可燃性毒物を混入することなく、余剰反応度を適切に抑制することができる原子炉用の燃料集合体のチャンネルボックスを提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係る燃料集合体は、ウラン又はプルトニウムを含有する原子燃料棒を複数本配列した燃料棒束と、該燃料棒束を囲むチャンネルボックスとを備え、前記チャンネルボックスが可燃性毒物を配備し、該可燃性毒物が直接炉水に接することのないように埋設されるか、もしくは、前記可燃性毒物が直接炉水に接することのないように前記可燃性毒物より耐食性を有する金属でコーテングされることを特徴としている。

【００１５】また、ウォーターロッドを備えた燃料集合体は、ウォーターロッドが可燃性毒物を配備し、該可燃性毒物は直接炉水に接することのないように前記可燃性毒物より耐食性を有する金属でコーテングされていることを特徴としている。 前記金属としてはジルカロイが挙げられ、該ジルカロイは後述するジルカロイ４が好ましい。 本発明の具体的態様としては、前記チャンネルボックスとウォーターロッドの前記可燃性毒物が、金属、合金、金属間化合物もしくはセラミックスであり、該金属、合金、金属間化合物もしくはセラミックスが、カドミウム，サマリウム，ホウ素，ガドリニウム，銀，インジウム，ハフニウムのうち少なくても一つを含有することを特徴としている。 可燃性毒物はジルコニウム又はジルカロイとの合金が好ましく、その含有量は１０重量％
以下が好ましい。

【００１６】また、前記可燃性毒物は、カドミウム，サマリウム，ホウ素，ガドリニウム，銀，インジウム，ハフニウムのうち少なくても一つを，ジルコニウム又はジルコニウム基合金に，合金元素として添加，金属、金属間化合物、酸化物、水素化物、窒化物のうちの少なくとも一つとして分散，又は、過飽和状態に固溶せしめた金属、合金、金属間化合物もしくはセラミックスであることを特徴としている。

【００１７】更に、本発明の燃料集合体のチャンネルボックスへの可燃性毒物の配備の形態は、該可燃性毒物が、長手方向から見たチャンネルボックスの断面で，不均一に配置され、コーナー近傍に多く配備され、かつ、
対称に配置されると共に、前記可燃性毒物が、チャンネルボックスの長手方向に不均一に配置され、かつ、長手方向の下部に多く上部に少なく配置されていることを特徴としている。

【００１８】そして、本発明の前記燃料集合体のチャンネルボックスの製造方法としては、チャンネルボックスの一枚の素材板にへこみを設けると共に、該へこみ内に可燃性毒物の板を係合配置し、チャンネルボックスの他の一枚の素材板を該二枚の素材板内に前記可燃性毒物が埋め込まれるように接合し、該接合部を電子ビーム溶接もしくは溶接をせずに、熱間圧延もしくはホットプレスし、その後、冷間圧延とアニールとを適宜回数繰り返すことを特徴とし、製造方法の他の態様としては、チャンネルボックスの二枚の素材板の間に可燃性毒物の板を介在させ、該三枚の板を熱間圧延して圧着し、端部を真空中で電子ビーム溶接もしくは溶接せずに、冷間圧延とアニールとを適宜回数繰り返すことを特徴としている。

【００１９】前述の如く構成された本発明の燃料集合体は、沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体の燃料チャンネルボックスに中性子吸収材または可燃性毒物を配備することで、燃料に含まれるガドリニア量を減少、またはなくするとともに、燃料集合体の局所ピーキング係数を低減させることのできるものである。 チャンネルボックスに、中性子吸収材または可燃性毒物であるBP部材を配備し、特に、該BP部材としてGd ₂ O ₃を使用することによる反応度抑制、及び、局所ピーキング係数の低減は、
以下に述べるようになる。

【００２０】中性子照射量に伴う制御価値の変化は、図２３に示すようになるので、初期の余剰反応度を抑制すること、即ち、１サイクル目（照射量：〜1.0×10 ²² nv
t）の反応度を制御するには、その材料としてGd ₂ O ₃が最適であることがわかる。 また、燃料集合体においては、集合体の内部よりも、水ギャップ部分の方が熱中性子量が多く、中性子スペクトルは柔らかくなっている。
これは、集合体の内部よりも外周部の方が相対的に水の量が多いことと、燃料集合体の内部の核分裂製物質による熱中性子の吸収との２つのことに起因している。

【００２１】一方、可燃性毒物、中性子吸収材は、図２
４に示す１／ｖの依存性の中性子吸収断面積を有し、熱中性子が多いほど反応度抑制効果が大きい。 ＭＯＸ燃料では、プルトニウムによる中性子の吸収がウランのそれよりも大きいために、燃料集合体内部の中性子スペクトルはいっそう硬くなっており、可燃性毒物の反応度抑制効果は小さくなってしまう。 そのために、可燃性毒物を燃料に混入するよりも、水ギャップ部分、即ち、チャンネルボックスの内部に配備した方が、反応度抑制効果を大きくすることができる。

【００２２】更に、燃料集合体での熱中性子束分布を見ると、図２５のように、相対的に水の多い燃料集合体の外周部で熱中性子が盛り上がっており、逆に、燃料集合体の中心部では、熱中性子束は低くなっている。 そのため、局所ピーキング係数も、燃料集合体の外周部で高くなる傾向がある。 この局所ピーキング係数の高くなる領域に近い、燃料チャンネルボックス部分に可燃性毒物や中性子吸収材を混入することで、効果的に燃料集合体外周部の局所ピーキング係数を抑制することが可能となる。

【００２３】更にまた、チャンネルボックスの長手方向に、可燃性毒物や中性子吸収材を分布させることの機能は次のとおりである。 沸騰水型原子炉では、原子炉炉心内部でその冷却水が沸騰しながら原子炉炉心下部から上部に向かって流れているために、原子炉炉心軸方向に水蒸気泡（ボイド）が分布しており、しかも、このボイドの量は、炉心上部に向かうにつれて増加する傾向にある。 軽水減速型原子炉では、減速材（水）の密度が核分裂反応を制御しており、減速材密度が大きいほど核分裂反応が促進するように設計されている。 したがって、炉心軸方向の出力分布を考えた場合、ボイドの少ない炉心下部の方が、ボイドの多い炉心上部よりも出力が大きくなる傾向がある。 これに対しては、チャネルボックス内に存在する中性子吸収材や可燃性毒物の量を、軸方向で反応度の大きい下部領域で多く、上部領域に行くに従って少なくなるように分布させることで、効果的に対応できるようになる。

【００２４】更に、軸方向上部領域は、ボイド率が高いために中性子スペクトルも硬くなっているために、可燃性毒物や中性子吸収材の減損も下部領域に比べて遅くなる傾向があり、可燃性毒物、中性子吸収材を軸方向に分布させることで、軸方向での減損が均等に進行する。 更にまた、本発明においては、可燃性毒物をチャンネルボックス内に埋設、もしくは、可燃性毒物をジルカロイ等の金属でコーテングしたことによって、該可燃性毒物が直接炉水に接することがなくなったことで、可燃性毒物自体腐食及びチャンネルボックスと可燃性毒物との間の隙間腐食やガルバニック腐食が生じなくなる。

【００２５】更にまた、本発明は、チャンネルボックスを形成する前段の製造行程の素材板の状態で、該素材板の内部に可燃性毒物を埋設させたので、外部に可燃性毒物が露出しないすっきりとしたチャンネルボックスを構成できると共に、本発明のチャンネルボックスの製造方法を採用することによって、可燃性毒物を埋設したチャンネルボックスが容易に製造でき、かつ、チャンネルボックスの素材板間の剥離等の現象をなくすることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の燃料集合体Ａの第１の実施形態を示したものであり、図（ａ）（ｂ）の上部の図はチャンネルボックス長手方向から見た断面図、下部の図はチャンネルボックス長手方向から見た側面図である。 該ＭＯＸ燃料集合体Ａは、チャンネルボックス１、多数の燃料棒２の束、ウオータロッド３、及び、前記チャンネルボックス１の四囲の部材内に配置された可燃性中性子吸収毒物（BP）を含有するBP部材４等から形成されている。 BP部材４は、チャンネルボックス１の四囲側面のコーナー近傍に長手方向に埋め込まれて配置されている。 図１（ａ）はウオータロッド３が二つであり、図１（ｂ）は、ウオータロッド３が一つである、その他は図（ａ）（ｂ）はその実施形態を同じくしている。 図２は、第２の実施形態であり、BP部材４がチャンネルボックス１の側面のコーナー部の長手方向に埋め込まれて配置されている。 ＭＯＸ燃料はＰｕ量が１．
５〜１０重量％を含むウラン２３８燃料からなるものである。 Ｐｕ量の多いものをチャンネルボックスの内側、
その少ないものをその外側に配置するのが好ましい。

【００２７】このようにBP部材４をチャンネルボックス１内に埋め込んで配置することにより、BP部材４が直接炉水に接することがないため、隙間腐食やガルバニック腐食等を防止することができる。 更に、BP部材４をチャンネルボックス１のコーナー部及びコーナー近傍部に配置したことにより、燃料集合体Ａのコーナー部の局所ピーキング係数を効果的に抑制することが可能となる。 図２６は上述のチャンネルボックスを使用したＢＷＲ燃料集合体の部分断面図である。 ＢＷＲ燃料集合体は、図に示すように、多数の燃料棒１１とそれらを相互の所定の間隔で保持するスペーサ１２、更に、それらを収納する角筒チャンネルボックス１、燃料被膜管内に燃料ペレットが入った燃料棒１１の両端を保持する上部タイプレート１４、及び、下部タイプレート１５、並びに全体を搬送するためのハンドル１３から構成される。

【００２８】図３〜５は、前記第１の実施形態の燃料集合体Ａのチャンネルボックス１の製造方法を示している。 まず、図３に示されているようにチャンネルボックス１となるジルカロイ４素材板に深さ0.1mm〜0.4mm程度のへこみを板の長手方向に形成し、該へこみに、そのへこみと同じ大きさのBP部材４をはめ込み、他の薄いジルカロイ素材板を貼り合わせ、合わせ目を真空中で電子ビーム溶接する。 その後、600〜700度で熱間圧延、冷間圧延、焼鈍（アニール）を数回行い、完全な一枚板にする。 前記熱間圧延するのに代えて、前記素材を最高１２
２０度まで加熱してホットプレスで圧延して一枚板にする方法もある。 また、素材板間の剥離等がないならば、
電子ビーム溶接を省くこともでき、特に、ホットプレスで圧延した場合には、該電子ビーム溶接を省略する可能性が高い。 前記一枚板にした後、チャンネルボックス１
の形状とするために、曲げ加工をし、図４に示すように、曲げ加工した二枚の板を突き合わせて溶接し、矩形のチャンネルボックス１を作り、その後、特殊熱処理、
熱処理整形、及び、オートクレーブ処理を実施して、チャンネルボックスを完成させる。 ジルカロイ４は重量で、Ｓｎ１．２０〜１．７０％，Ｆｅ０．１８〜０．２
４％，Ｃｒ０．０７〜０．１３％，酸素０．１０〜０．
１６％，残部ＺｒからなるＺｒ基合金である。

【００２９】また、この際もう一つの方法としては、図５に示されるように、BP板材４をジルカロイ４素材板１、１で挟んだものを600〜700℃で熱間圧延を施して圧着し、両端部を真空中で電子ビーム溶接した後、冷間圧延、焼鈍を繰り返して一枚板にする方法がある。 この場合も、素材板１、１の剥離等の問題がなければ、真空中での電子ビーム溶接を省くことができる。 そして、BP部材４は、図５で示されるように完全にジルカロイ４素材（Zry）１で覆われており、外部に接しないものとする。 その後の製造工程は、図３、図４に示されるのと同様ような従来の工程をへてチャンネルボックスを製造する。

【００３０】図６は、第３の実施形態であり、BP部材４
をチャンネルボックス１のくぼみににはめ込んで、外側をジルカロイ素材（Zry）の薄板５で被覆した場合である。 チャンネルボックス１の外側のコーナー部及びコーナー部近傍にへこみを作っておき、そこにBP部材４をはめ込んだ後、チャンネルボックス１の側面の一部あるいは側面全体をZry製の薄板５で覆い、溶接して直接BP部材４を炉水に直接触れさせないようにした場合である。

【００３１】図6（ａ）は、BP部材４をチャンネルボックス１のコーナー部に配置した場合で、該BP部材の外側のみを薄板５で覆ったものであり、図６（ｂ）は、チャンネルボックス１の四囲全体を薄板５で覆った場合である。 図７（ａ）、（ｂ）は、第４の実施形態であり、BP
部材４をコーナー近傍部に配置した場合であり、それ以外は図６の実施形態と同じである。

【００３２】また、後述するような他の金属でコーテイングされたBP部材４を使用する場合には、Zry製薄板で被覆する必要はない。 図８は、BP部材４の形状を示しており、図８（ａ）は、チャンネルボックス長手方向の下部におけるBP部材４の幅を上部に比べて不連続的に広くした場合であり、図８（ｂ）は、チャンネルボックス１
の長手方向の下部におけるBP部材４の幅を上部に比べて連続的に広くした場合である。

【００３３】図９は、BP部材４をチャンネルボックス１
の長手方向で分割した場合である。 この場合、等しい長さのBP部材４を等間隔に配置した場合と、図で示されるようにチャンネルボックス１の下部ほど長いBP部材４を間隔を狭めて配置した場合とがある。 ここで、炉心軸方向の出力分布を考えてみると、原子炉の炉芯軸方向に水蒸気泡（ボイド）が存在し、炉心上部にいくほど増加するため、炉心軸方向の出力分布は、図１０の曲線aのようにボイドの少ない炉心下部の方が、ボイドの多い炉心上部よりも大きくなる。 そこで前記のように、BP部材４
の量を上部に少なく、下部に多く配置することにより、
炉心軸方向の出力分布を曲線bのように平坦化させることができる。

【００３４】図１１は、チャンネルボックス１の長手方向のBP部材４の幅を均一にした場合である。 該図１１
は、チャンネルボックス１の長手方向のBP部材４の長さを燃料棒２の有効長の80〜100％の長さにした場合である。 図１２〜１４は、BP部材４の製造方法を示している。 前記BP部材４には、カドミウム（Cd）、サマリウム（Sm）、ホウ素（B）、ガドリニウム（Gd）、銀（A
g）、インジウム（In）、ハフニウム（Hf）のうち少なくとも一つが含有されており、それらは金属、合金、金属間化合物またはセラミックスのいずれかの形態と成っている。 BP部材の中のBP金属の含有量は、例えば、ガドリニウムの場合、初期反応度を制御するためには、チャンネルボックスの総重量に対して２〜８wt％必要である。 また、Gd/Zryー４合金をBP部材として使用する場合の合金成分の一例として、錫：1.20-1.70、鉄：0.18-0.
24、クロム：00.7-0.13、酸素：0.10-0.16、ガドリニウム：5-80、ジルコニウム：残り（ｗｔ％）が挙げられる。 この場合、BP部材の大きさ、個数によりガドリニウムの割合は変化する。

【００３５】図１２の（1）（a）は、Zryよりも融点の低いBP金属（Gd,Cdなど）の上にZry粉末を置き、BP金属の融点まで真空中で加熱し、BP金属をZry粉末の空隙に含侵させて、BP部材４を形成する方法である。 図１２の（1）（b）は、逆に、Zry板あるいスポンジジルコニウムの上に、Zryよりも融点の高いBP金属あるいはBP酸化物の粉末を配置してZrの融点以上の温度（1860℃）まで真空中で加熱し、ZryをBP粉末の空隙に含侵させて、BP
部材４を形成する方法である。

【００３６】図１２の（2）(a)は、BP板材４をメッキ、
あるいは、蒸着などによりZryでコーテイングする方法であり、 図１２の（2）(b)は、これとは逆にZry板材をBP金属でコーテイングする方法である。 図１３は、ジルカロイでコーテングされたBPブロック材４の製造工程示したものであって、図示されるように、BP粉末とZry
粉末をＭＡ（Mecanical Alloing)法によって強加工を加え、BP（金属、酸化物）を過飽和に固溶したＭＡ合金粉末とする。 ＭＡ方法としては、Fritsch製遊星型ボールミルP-5/4を使用し、デイスクの回転数を200rpmに一定にし、Arガス雰囲気中、室温において100〜150時間にわたって加工を行う。 その後、作製したＭＡ合金粉末を1,
000℃以上でHIP（等方静水圧加工）により焼結し、図１
３に（Ａ）として示されているような焼結体のBP部材４
を完成させる。 該焼結体のBP部材４を、更に、ジルカロイでコーテングする場合には、Zry製容器６内に該焼結体を入れ、真空封入した後、HIPにより押し固めることによって、図１３に（Ｂ）として示されているようなジルカロイでコーテングされたBPブロック材４を製造することができる。 このメカニカルアローイング法を用いることにより、室温での固溶量以上のBP金属、および、BP
酸化物をジルカロイ中に過飽和に固溶させることが可能となる。

【００３７】図１４は、Zry粉末、BP金属粉末あるいはB
P酸化物粉末を混合した粉体を押し固め、ブロック状にした後、適当な低融点金属の液体に浸して、コーテイングされたBPブロック材７を製造する方法である。 前記記載のBPブロック材４の製造方法以外に、ジルコニウム、
又はジルカロイとBP金属を合金化する方法もある。 ただしこの場合、現用ジルカロイ合金に比して機械的特性および耐食性が低下する事が考えられるため、添加元素を添加する事により、改善をはかる必要がある。

【００３８】また、金属間化合物としてBP金属をジルカロイ中に析出させて合金を作る方法もある。 ジルコニウムと金属間化合物を作るBP金属としては、カドミウム、
ホウ素、銀、インジウムなどが挙げられる。 以上、本発明のいくつかの実施形態について詳説したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。

【００３９】前記した如きBP部材４をチャンネルボックス１に埋め込む手段以外に、次の方法がある。 即ち、図１５に示されるように、他の金属でコーテイングされた
BP部材４を使用する場合には、該BP部材４をチャンネルボックス１に埋め込まずに、その側面に取付ける手段が考えられる。 図１５（ａ）（ｂ）は、前記コーテングされたBP部材４がチャンネルボックス１の外側面のコーナー近傍に長手方向に配置された場合であり、図１６
（ａ）は、コーテングされたBP部材４がチャンネルボックス１の内側面のコーナー近傍に長手方向に配置された場合であり、図１６の（ｂ）は、BP部材４がチャンネルボックス１の外側面のコーナー部に長手方向に配置された場合である。

【００４０】また、図１７は、コーテングされたBP部材４がチャンネルボックス１の内側面のコーナー部に長手方向に配置された場合であり、この場合のチャンネルボックス１へのBP部材４の取付け方法が図１８に示されている。 該図１８（ａ）は、ＢＰ部材４をジルカロイ製あるいはステンレス製のリベット８を用いて取付ける方法である。 この場合、リベット８によって、ＢＰ部材４をチャンネルボックス１の内外側のどちらに取付けてもよい。 図１８（ｂ）は、コーテングされたBP部材４をチャンネルボックス１の側面に直接溶接して取付ける方法である。

【００４１】更に、図１９は、ジルカロイ製あるいはステンレス製の固定具９によって、コーテングされたBP部材４を取付ける方法である。 図２０は、ウオータロッド３内にコーテングされたBP部材４を配備した場合である。 図２０に示されるようにウオータロッド３の中に、
コーテングされたBP金属製の管１０を配置して二重構造にした場合と、該BP金属管１０のさらに内側にZry製管１１を配置して三重構造にした場合がある。

【００４２】図２１は、BP含有のZry合金で作成したチャンネルボックス１である。 チャンネルボックス１の形状は、図２１の（ａ）（ｂ）で示されるように、コーナー部の肉厚を厚くすることにより、燃料集合体Ａのコーナー部の局所ピーキング係数を効果的に抑制し、更に、
中性子照射下で生じるクリープ変形に起因するチャンネルボックス１のコーナー部の膨れ変形も同時に抑制することが可能となる。 また、表面をBPを含有しないZry４
からなる高耐食性合金でコーテングすることにより直接可燃性毒物が炉水に接することがなく、耐食性を高めることができる。 チャンネルボックスの全体をGd/Zry-4合金で作製する場合の合金成分の一例として、錫：1.20-
1.70、鉄：0.18-0.24、クロム：00.7-0.13、酸素：0.10
-0.16、ガドリニウム：2.0-8.0、ジルコニウム：残り（ｗｔ％）が挙げられる。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発明のプルトニウムを混入した燃料集合体(ＭＯＸ燃料集合体)は、燃料棒内部に中性子吸収材又は可燃性毒物を混入することなく、余剰反応度を適切に抑制することができる。 また、可燃性毒物を燃料に混入しないので、燃料集合体当たりのプルトニウム装荷量を減少させることなく、プルトニウムの軽水炉利用が実現できる。

【００４４】更に、ペレット富化度種類を増加することなく、燃料集合体の外周部分の局所ピーキングを効果的に低減することが可能になり、これにより、燃料集合体を構成するペレットの富化度種類を減少させることができる。 更にまた、可燃性毒物をチャンネルボックス内に埋設、もしくは、可燃性毒物をジルカロイ等の金属でコーテングしたことによって、可燃性毒物自体腐食及びチャンネルボックスと可燃性毒物との間の隙間腐食やガルバニック腐食が生じなくなると共に、該可燃性毒物自体が直接炉水に接することがないので、該可燃性毒物の炉水内への溶出を防止できる。

【００４５】また、外部に可燃性毒物が露出しないすっきりとしたチャンネルボックスを構成できると共に、可燃性毒物を埋設したチャンネルボックスが容易に製造でき、かつ、チャンネルボックスの素材板間の剥離等の現象をなくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のBP部材埋め込み型（コーナー近傍）のチャンネルボックスの断面図と側面図。

【図２】本発明の第２の実施形態のBP部材埋め込み型（コーナー部）のチャンネルボックスの断面図と側面図。

【図３】図１、図２の実施形態のチャンネルボックスの製造工程（前段行程）を示す構成図。

【図４】図１、図２の実施形態のチャンネルボックスの製造工程（後段行程）を示す構成図。

【図５】図１、図２の実施形態のチャンネルボックスの他の製造工程を示す構成図。

【図６】本発明の第３の実施形態のBP部材埋め込み型（コーナー部）のチャンネルボックスの断面図と斜視図。

【図７】本発明の第４の実施形態のBP部材埋め込み型（コーナー近傍）のチャンネルボックスの断面図と斜視図。

【図８】本発明の他の実施形態のBP部材のチャンネルボックスへの配置構造を示す側面図。

【図９】本発明の更に他の実施形態のBP部材のチャンネルボックスへの配置構造を示す側面図。

【図１０】炉心軸方向の出力分布図。

【図１１】本発明の更に他の実施形態のBP部材のチャンネルボックスへの配置構造を示す側面図。

【図１２】本発明のBP部材の構造を示す図。

【図１３】本発明のBP部材の製造工程を示す構成図。

【図１４】本発明のBP部材の他の製造工程を示す構成図。

【図１５】本発明の他の実施形態のBP部材（コーナー近傍）のチャンネルボックスの断面図と側面図。

【図１６】本発明の更に他の実施形態のBP部材のチャンネルボックスの断面図と側面図。

【図１７】本発明の更に他の実施形態のBP部材のチャンネルボックスの断面図と側面図。

【図１８】本発明のBP部材のチャンネルボックスへの取付構造を示す断面図と側面図。

【図１９】本発明のBP部材のチャンネルボックスへの他の取付構造を示す断面図と側面図。

【図２０】本発明のBP部材のウオータロッドへの取付構造を示す斜視図。

【図２１】本発明のBP含有のジルコニウム合金製のチャンネルボックスの斜視図。

【図２２】ウランとプルトニウムの吸収断面積の中性子エネルギーに対する依存性を比較した線図。

【図２３】中性子照射量の伴う制御価値の変化を示す図。

【図２４】可燃性毒物、中性子吸収材の中性子吸収断面積と中性子エネルギーとの関係を示す線図。

【図２５】燃料集合体での熱中性子束分布図。

【図２６】チャンネルボックスを使用したＢＷＲ燃料集合体の部分断面図。

【符号の説明】

１ チャンネルボックス ２ 燃料棒 ３ ウオータロッド ４ BP部材（可燃性毒物）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西野 由高 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 山下 淳一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 山中 章広 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 伊東 賢一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 中島 潤二郎 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 瀬戸 武裕 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内