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Die Erfindung betrifft das Zusammensetzen eines Kerns eines
Druckwasserreaktors, der nach einer Betriebspause, in der
insbesondere abgebrannte Brennelemente entfernt, erst teilweise
abgebrannte, aber defekte Brennelemente repariert und neue
Brennelemente zum Nachladen des Kerns bereitgestellt wurden,
nach einem Plan für den nachgeladenen Kern wieder in Betrieb
genommen werden soll, sowie einen entsprechend nachgeladenen
Kern.
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Häufig ist für derart nachgeladene Kerne vorgesehen, dass am
Rand des Kernes, also zumindest in der äussersten Reihe -
eventuell auch in der zweitäussersten Reihe - Brennelemente mit
einer niedrigen Reaktivität angeordnet werden, um die Rate der
Neutronen, die aus dem Kern heraus diffundieren und somit für
die Aufrechterhaltung der nuklearen Kettenreaktion und die
Wärmeerzeugung verloren gehen, gering zu halten ("Low Leakage"-
Beladung). Für diese Brennelement-Positionen am Rand des
Kernes kommen daher besonders Brennelemente in Frage, die
bereits in einem der vorangegangenen Betriebszyklen bestrahlt
wurden, sofern diese bestrahlten Brennelemente noch
wiederverwendbar sind, weil deren ursprünglich eingesetztes spaltbares
Material erst teilweise aufgebraucht ist und sie nicht defekt
oder bereits repariert sind.
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Defekte entstehen zum Beispiel durch Löcher oder ähnliche
Beschädigungen an den Hüllrohren der Brennstäbe oder an den
Abstandhaltern, wobei die beschädigten Brennstäbe oder
Abstandhalter ersetzt werden, wenn solche Reparaturen noch
wirtschaftlich vertretbar sind. Reparaturen sind stets teuer, weil
sie zum Schutz des Personals fernbedient unter Wasser
durchgeführt werden müssen.
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In der Regel sind bestrahlte Brennelemente auch verbogen,
wobei ein verbogenes Brennelement ebenfalls als defekt gilt,
wenn zu befürchten ist, dass es am Ende des nächsten
Betriebszyklus nicht mehr aus dem Kern herausgezogen werden kann (weil
es sich mit den im Kernverbund eng benachbarten Brennelementen
verhakt), oder dass die Steuerstäbe nicht mehr problemlos
innerhalb der Führungsrohre des Brennelementes verfahrbar sind.
Ein wirtschaftliches Reparaturverfahren, mit dem derart
verbogene Brennelemente wieder gerade ausgerichtet werden können,
ist gegenwärtig nicht bekannt.
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Ein erst teilweise abgebranntes Brennelement, das nicht mehr
repariert werden kann, stellt einen erheblichen
wirtschaftlichen Verlust dar. Ein Kern, dessen Brennelemente verbogen
sind, stellt darüber hinaus selbst dann einen wirtschaftlichen
Schaden dar, wenn die einzelnen Brennelemente noch nicht als
defekt gelten; die engen Spalte zwischen den im Kernverbund
benachbarten Brennelementen sind nämlich im Hinblick auf eine
hohe Leistung und optimale Ausnutzung des Brennstoffs gewählt
und sollten genau eingehalten werden. Dies ist nur noch
bedingt möglich, wenn die Brennelemente verbogen sind.
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Soweit die Schäden an Brennstäben und Abstandhaltern chemische
(z. B. Korrosion) oder mechanische Gründe (z. B. Reibung an
anderen Bauteilen und/oder eingedrungenen Fremdkörpern) haben,
werden neue Brennelemente davor durch verbesserte Materialien,
Einbau von Fremdkörper-Filtern, verändertes Design oder
ähnliche Maßnahmen geschützt. Dadurch können wirtschaftliche
Verluste zunehmend verringert werden.
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Verbiegungen können verschiedene, im einzelnen bisher nicht
genau geklärte Ursachen (z. B. eine Anisotropie in der
thermischen Ausdehnung, oder dem strahlungsinduzierten
Längenwachstum der Hüllrohre und/oder Steuerstabführungsrohre oder
Vorzugsrichtungen im Kühlwasserstrom) haben, wobei manches
Material und Design für die Abstandhalter und Führungsrohre,
einschließlich deren gegenseitiger Befestigung und der Abstützung
der Brennstäbe (also für das "Brennelement-Skelett", in dem
die Brennstäbe gehalten sind) weniger anfällig ist für
Verbiegungen des Brennelementes.
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Beim Nachladen eines Kerns hofft man, dass der Einsatz von
frischen Brennelementen mit einem derartigen, verbiegungsarmen
Skelett verhindert, dass sich die bereits verbogenen und
wiederverwendeten Brennelemente noch stärker verbiegen und
vorzeitig ausgetauscht werden müssen, und dass sich ein
verbogener Kern sogar wieder aufrichtet, wenn nach mehreren
Nachladungen eine immer größere Zahl der Brennelemente solche
verbiegungsarmen Skelette besitzt. Bis zu diesem Zeitpunkt können
aber jene wirtschaftlichen Nachteile, die durch Abweichungen
der tatsächlichen Spaltbreite vom optimalen Design entstehen,
nicht vermieden werden und nehmen zunächst sogar noch zu, wie
anhand der Fig. 2 noch deutlich werden wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
wirtschaftliche Nachteile, die auf Verbiegungen der Brennelemente eines
Kernes im Druckwasserreaktor zurückgehen, weitgehend zu
vermeiden.
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Zur Lösung der Aufgabe setzt die Erfindung beim Zusammensetzen
des Kerns an. Wie bereits erwähnt wurde, werden bei einem
solchen Zusammensetzen auf Brennelementpositionen, für die gemäß
eines vorgegebenen Beladeplanes bestrahlte und
wiederverwendbare Brennelemente verfügbar sind, solche wiederverwendbaren
Elemente eingesetzt. Gemäß der Erfindung werden
wiederverwendbare Brennelemente, die durchgebogen sind und am Rand des
Kernes eingesetzt werden, dabei derart orientiert, dass das
Maximum ihrer Durchbiegung auf einer Außenseite des Kerns liegt.
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Bei einem solchen Kern, bei dem in Brennelementpositionen am
Rand des Kerns bestrahlte und durchgebogene Brennelemente
eingesetzt sind, sind also erfindungsgemäß diese Brennelemente
des Randes derart orientiert, dass das Maximum ihrer
Durchbiegung auf einer Aussenseite des Kerns liegt. Damit kann bereits
in kurzer Zeit, im wesentlichen sogar in einem Zyklus,
erreicht werden, dass ein Kern, der vor der Nachladung relativ
stark durchgebogene Brennelemente enthielt, wieder praktisch
gerade gerichtet wird. In dem Maße, in dem stark durchgebogene
Brennelemente, die schon mehrere Zyklen bestrahlt wurden,
aufgerichtet werden, werden dann also auch Kräfte verringert,
die von diesen Brennelementen auf frische oder noch kaum
verbogene Brennelemente ausgeübt werden und verbiegend wirken
könnten. Ferner werden zwischen den Brennelementen diejenigen
Spalte, deren Breite über dem Mittelwert liegt, verkleinert
und Spalte, die unter dem Mittelwert liegen, vergrößert. Dabei
wird daher die Spaltbreite dem geplanten Optimalwert
angenähert.
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Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass beim
Aufbau der bekannten Druckwasserreaktoren eine Kraft von der
Strömung auf die Brennelemente des Kerns ausgeübt wird, die
radial ausgerichtet ist und vom Zentrum ausgehend stetig zum
Rand zu abnimmt. Ferner kann aus den Beobachtungen und
Messungen an bestrahlten Kernen auf eine Wechselwirkung zwischen den
Brennelementen und dem Kühlwasser geschlossen werden, welche
im Kernverbund kleinere Spalte auf Kosten der größeren Spalte
vergrößert. Außerdem sind im Zentrum des Kernes die
Brennelemente anscheinend praktisch "eingefroren" in dem Sinn, dass
sie nur plastisch deformiert sind. Wenn am Rand des Kernes
Brennelemente mit einem niedrigen Restabbrand (oder jedenfalls
mit einer Masse an noch spaltbarem Material, die niedriger ist
als der Mittelwert der entsprechenden Massen aller
Brennelemente des Kerns) angeordnet sind, wie dies bei der erwähnten
"Low Leakage"-Beladung vorgesehen ist, wird während des
Reaktorbetriebes eine Flussverteilung der schnellen Neutronen
erzeugt, bei der die Flussdichte am Rand niedrig ist, so dass
dort die Brennelemente elastisch sind und noch wenig Kriechen
("Creep") zeigen.
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Daher wirken die Kräfte, die von einer Brennelement-Reihe am
Rand des Kerns ausgeübt werden, ins Innere des Kerns. Zu einem
Gleichgewichtszustand mit den angegebenen, willkommenen
Wirkungen kommt es, wenn die äußeren Brennelemente nach außen
durchgebogen sind. Deshalb werden gemäß der Erfindung bewusst
und vom Anfang des neuen Betriebszyklus an am Rand des
Brennelementes bestrahlte Brennelemente eingesetzt, die bereits
entsprechend durchgebogen sind.
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Dabei wird ein Brennelement als "durchgebogen" bezeichnet,
wenn seine vertikale Mittellinie ungefähr C-förmig gebogen
ist; (dies ist die normale Form eines bestrahlten
Brennelementes). Entsprechend wird als "Maximum der Durchbiegung" der
Abstand des Scheitelpunktes dieser C-förmigen Mittellinie von
der Mittellinie eines auf der gleichen Position eingesetzten,
unverbogenen Brennelementes bezeichnet, und als "mittlere
Durchbiegung" der Mittelwert der Abstände aller Punkte auf der
C-förmigen Mittellinie. Die Definitionen sind auch übertragbar
auf andere Verbiegungen, bei denen sich am oberen und/oder
unteren Ende einer c-förmigen Verbiegung noch eine deutlich
geringere Verbiegung in irgendeiner Richtung anschließt.
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Eine Brennelement-Position "liegt am Rand des Kerns", wenn das
in dieser Position eingesetzte Brennelement eine Seite
besitzt, die einem auf einer anderen Position im Kern
eingesetzten Brennelement benachbart ist, und die dieser Seite
diametral gegenüberliegende Seite des Brennelementes keinem auf
einer Brennelementposition des Kerns eingesetzten Brennelement
benachbart ist.
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Die Erfindung schließt nicht aus, dass einige Brennelemente am
Rand des Kernes nicht durchgebogen sind oder jedenfalls kein
ausgeprägtes Maximum der Durchbiegung besitzen. In jedem Fall
sieht die Erfindung aber eine Gruppe von durchgebogenen
Brennelementen vor, wobei alle Brennelemente am Rand, deren
maximale Durchbiegung über einem gewissen Grenzwert liegen, diese
Gruppe bilden und auf die angegebene Weise orientiert sind.
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Sind die für den Rand vorgesehenen Brennelemente sehr
unterschiedlich stark durchgebogen, so werden bevorzugt die etwa
gleich durchgebogenen Brennelemente möglichst äquidistant über
den Rand verteilt. Es ist aber auch unschädlich wenn
vereinzelte Positionen am Rand von Brennelementen besetzt werden,
die praktisch nicht durchgebogen sind.
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Bevorzugt werden auch in Brennelementpositionen, die einer
Randposition benachbart sind, durchgebogene Brennelemente
mit einer in gleicher Richtung orientierten Durchbiegung
eingesetzt.
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Entscheidend ist, dass die am Rand eingesetzten Brennelemente
so eingesetzt werden sollen, dass das Maximum ihrer
Durchbiegung nicht in das Kerninnere zeigt, falls sie überhaupt ein
ausgeprägtes Maximum der Durchbiegung haben. Sollte also ein
Brennelement derart verbogen sein, dass das Maximum der
Durchbiegung seiner vertikalen Mittellinie nicht auf eine seiner
vier Seiten sondern auf eine Ecke zwischen zwei Seiten seines
quadratischen Querschnittes weist, so ist darauf zu achten,
dass mindestens eine dieser zwei Seiten eine Außenseite des
Kernes ist (d. h. keinem weiteren Brennelement benachbart ist).
Auch ein derartig orientiertes Brennelement wird als ein
Brennelement bezeichnet, dessen Maximum der Durchbiegung auf
der Außenseite des Kernes liegt.
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Diese und weitere bevorzugte Ausbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Figuren. Es zeigen:
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Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Kern eines
Druckwasserreaktors;
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Fig. 2 drei in einem bestrahlten Kern nebeneinander
sitzende Brennelemente;
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Fig. 3 die Situation der Fig. 2 nach Ersetzen des
mittleren bestrahlten Brennelementes durch ein
unverbogenes, frisches Brennelement;
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Fig. 4 ein Beispiel einer quer durch den Kern laufenden
Reihe aus 14 Brennelementen;
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Fig. 5 das Maximum der Durchbiegung der in Fig. 4
gezeigten Brennelemente im Gleichgewichtszustand als
Funktion ihrer Position, berechnet aus einem
ersten, einem frischen Kern entsprechenden Satz von
Anfangswerten der Durchbiegung;
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Fig. 6 die aus dem für Fig. 5 berechneten
Gleichgewichtszustand folgende Breite der Spalte
zwischen den Brennelementen als Funktion ihrer
Position;
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Fig. 7 und 8 die den Fig. 5 und 6 entsprechenden Funktionen
für einen aus einem zweiten Satz von Anfangswerten
berechneten Gleichgewichtszustand;
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Fig. 9 und 10 die den Fig. 5 und 6 entsprechenden
Funktionen für einen aus einem dritten Satz von
Anfangswerten berechneten Gleichgewichtszustand,
wobei dieser dritte Satz der Anfangswerte die
Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Kerns
belegt,
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Fig. 11 und 12 die den Fig. 7 und 8 entsprechenden
Funktionen, wenn der Gleichgewichtszustand ohne
Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen
Brennelementen und dem Wasser berechnet wird; und
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Fig. 13 ein Schema für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Der in Fig. 1 beispielhaft gezeigte Kern enthält 15 Reihen R1
bis R15 und 15 dazu senkrechte Spalten S1 bis S15 mit
Positionen von Brennelementen. Gemäß dem Beladeplan wird an den
Positionen RP am Rand des Kerns (bzw. an den Positionen RC im
Zentrum) ein Fluß von etwa 1.exp 13 (bzw. 3.exp 14)/(sek.cm2)
schneller Neutronen erzeugt. Hierzu werden die Positionen RP
sowie die dazu benachbarten Positionen RP' mit bestrahlten
Brennelementen besetzt, die einen relativ geringen Rest-
Abbrand besitzen, während mindestens mehrere andere
Positionen, insbesondere Positionen RC, mit frischen, hochaktiven
Brennelementen besetzt werden. Der ganze Kern ist von einer
Kernumfassung KU innerhalb des (nicht dargestellten)
Reaktordruckbehälters umgeben.
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Der Beladeplan hat optimierte Verhältnisse bei
Betriebstemperaturen zum Ziel und geht davon aus, dass die Brennelemente
mit ihrem Brennelement-Fuß in einem Norm-Abstand voneinander
auf der unteren Kerngitterplatte verankert sind und geradlinig
nach oben stehen, so dass sich ein Spalt konstanter Norm-
Breite g (hier: g = 1 mm) ergibt. In Fig. 2 sind drei
nebeneinander angeordnete bestrahlte und daher verbogene Brennelemente
BA1, BA2, BA3 dargestellt, die zunächst gleichsinnig verbogen
sind, jedoch unterschiedliche mittlere Durchbiegungen
aufweisen, so dass die Spalte im Längsschnitt einer konkav-konvexen
Linse gleichen.
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Die Länge der Brennelemente beträgt etwa 4 m, sodass eine
maximale Durchbiegung von 4 mm eine hohe mechanische Festigkeit
erfordert. Solche und noch höhere Durchbiegungen werden häufig
beobachtet. So haben schon Brennelemente, die zu Beginn eines
Zyklus um 4 mm nach einer Seite durchgebogen waren, innerhalb
eines einzigen Zyklus eine Durchbiegung von 6 mm nach der
anderen Seite erreicht.
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Der Mittelwert der Spaltbreite unterscheidet sich wegen des
konkav-konvexen Längsschnitts weit weniger von der Norm-
Breite g. Dies ändert sich jedoch, wenn das mittlere
Brennelement durch ein frisches oder jedenfalls praktisch gerades
Brennelement ersetzt wird, wie Fig. 3 zeigt. Die Spalte zu
beiden Seiten des geraden Brennelements erzeugen wegen ihrer
jetzt sehr unterschiedlichen Breiten eine Anisotropie, die
dazu führen kann, dass die vorgesehene Leistung deutlich
überschritten wird.
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Für eine Modellrechnung wird in Fig. 4 eine Reihe von
Brennelementen Q1 bis Q14 betrachtet, die zwischen den Wänden K und
K' der Kernumfassung verläuft. Die Position der Brennelemente
ist durch die Normlage der Brennelement-Füße gegeben, bei der
alle Abstände gleich g angenommen werden. Das Modell
betrachtet einen Schnitt etwa auf halber Höhe der Elemente, wo die
Elemente Qn (n = 1, . . ., 14) eine Durchbiegung Xn besitzen. Für
das statistische Gleichgewicht wird angesetzt:
Brennelement Q1
F1 + Fk,1 + α.(g - X2 - X1 - g - X1) - C.(X1 - X1,0) = 0
Brennelement Qn
Fn + Fk,n + α.(g - Xn+1 - Xn - g - Xn + Xn-1) = 0
Brennelement Q14
F14 + Fk,14 + α.(g - X14 - g - X14 + X13) - C.(X14 - X14,0) = 0
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Das Kühlwasser übt eine globale äußere Kraft auf die Elemente
aus, die im Kern radial nach außen wirkt und erfahrungsgemäß
in der Kernmitte etwa 30 N beträgt und am Rand (Q1 und Q14)
verschwindet. Wenn das Brennelement irgendwo anstößt, tritt
eine Kontaktkraft Fk,n auf. Bisher sind solche Kontakte zwischen
den Brennelementen nur selten beobachtet worden, denn
offensichtlich tritt eine derartige Wechselwirkung zwischen den
Brennelementen und dem Kühlwasser auf, dass die Spalte
zwischen den Elementen vergrößert werden, wenn sie kleiner als
die mittlere Spaltbreite sind, und verkleinert, wenn sie
größer sind (bei der Geometrie des Modells ist die mittlere
Spaltbreite zwangsläufig gleich der Normbreite g). Diese
Wechselwirkung kann viele Befunde erklären, die sonst nicht
erklärbar sind; im Modell wird angenommen, dass diese Kraft
proportional ist zur Differenz der Spaltbreiten zu beiden Seiten
des Brennelements. Der entsprechende Wechselwirkungsparameter
α wird mit dem Wert 50 N/mm angesetzt, was - in
Übereinstimmung mit Experimenten und Erfahrung - für benachbarte Spalte
von 1/9 mm eine Kraft von 400 N ergibt.
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Ferner kann aus der Erfahrung und aus Messungen geschlossen
werden, dass die Brennelemente im Bereich des hohen
Neutronenflusses in der Kernmitte keine Elastizität mehr besitzen (sie
sind "eingefroren") und nur noch eine plastische Verformung
zeigen, die durch die höhere Neutronendichte möglich ist und
im Gleichgewicht mit den äußeren Kräften steht. Im Bereich
kleiner Flußdichte (also am Rand) ändert sich die
entsprechende plastische Durchbiegung X1,0 und X14,0 der Brennelemente Q1
und Q14, die bereits von diesen bestrahlten Brennelementen in
den Beginn des Betriebszyklus mitgebracht werden, nicht
wesentlich, jedoch muß in diesem Bereich die Elastizität
berücksichtigt werden, z. B. durch einen Parameter C der Steifigkeit
werden (C = 250 N/mm).
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Offensichtlich hängt dann aber der Gleichgewichtszustand des
Kernes insgesamt nur noch von den global wirkenden äußeren
Kräften Fn und den von den äußeren Brennelementen bereits am
Beginn des Zyklus mitgebrachten plastischen Durchbiegungen X1,0
und X14,0 ab.
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Werden am Rand unverbogene (also frische) Brennelemente
eingesetzt, so ist demnach X1,0 = 0 und X14,0 = 0 zu setzen. Die
Ergebnisse der Rechnung zeigt Fig. 5 für die Durchbiegung Xn der
Brennelemente Q1 bis Q14 am Ende des Zyklus: die Elemente sind
alle durchgebogen, die Elemente Q1 und Q14 am Rand am
wenigsten. Von der Kernmitte ausgehend, haben die Durchbiegungen auf
den beiden Seiten den gleichen Betrag, aber entgegengesetztes
Vorzeichen (Richtung), sie sind radial nach außen gerichtet.
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Wie Fig. 6 zeigt, haben dabei die Spalte GP0/1 (zwischen der
Wand K und dem Element Q1) und GP14/0 (zwischen Q14 und K')
praktisch die Normbreite g und beim Mittelspalt GP7 (zwischen
den Brennelementen Q7 und Q8) nimmt die mittlere Spaltbreite G
einen Maximalwert Gmax = ca. 2,5.g an (d. h. knapp 2,5 mm).
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X1,0 = 4 mm, X14,0 = 0 mm bedeutet, dass das Brennelement Q1
(stellvertretend für die Mehrzahl oder alle Brennelemente auf
dieser Seite des Kern-Randes) zu Beginn des Zyklus
entsprechend seiner Vorgeschichte um 4 mm zum anderen Kernrand
gebogen ist. Das entsprechende Brennelement Q14 auf der anderen
Seite des Kernrands ist dabei als gerade angenommen. Die
Rechenergebnisse sind in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellt: alle
Durchbiegungen haben das gleiche Vorzeichen, gehen also (im
Gegensatz zur radialsymmetrischen Verteilung nach Fig. 5)
alle in die gleiche Richtung. Ein solches Verhalten ist
realistisch und bei vielen Kernen am Ende eines Zyklus beobachtet
worden. Das bereits anfangs durchgebogene Rand-Brennelement Q14
zeigt die maximale Durchbiegung. An diesem Rand des Kerns
tritt auch die maximale Spaltbreite Gmax auf. Sie beträgt
4,2 mm.
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Wird aber das verbogene Rand-Brennelement Q1 mit
entgegengesetzter Orientierung seiner Durchbiegung eingesetzt, (d. h.
vorher um 180° um seine Längsachse gedreht), so ist
X1,0 = -4 mm, X14,0 = 0 mm. Die Durchbiegung zeigt also jetzt nach
außen, wie dies in der Erfindung vorgesehen ist. Das Ergebnis
(Fig. 9 und 10) zeigt jetzt nicht mehr die Orientierung
"alle in eine Richtung" wie im Fall der Fig. 7 und 8, sondern
wieder eine Radialsymmetrie wie bei einem frischen Kern (Fig.
5 und 6). Diese Radialsymmetrie wird also auch in der
spiegelbildlichen Situation mit X1,0 = 0 mm, X14,0 = 4 mm erzeugt, bei
der das Brennelement Q14 entgegengesetzt durchgebogen (d. h.
aus dem Inneren des Kernes heraus) ist.
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Daher ergeben sich die Verhältnisse der Fig. 9 und 10 erst
recht bei X1,0 = -4 mm, X14,0 = 4 mm - oder allgemein: wenn
Durchbiegungen, soweit sie am Rand des Kerns vorhanden sind,
stets nach außen orientiert werden, wie in der Erfindung
vorgesehen ist.
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Die Fig. 9 und 10 erscheinen ebenfalls realistisch, denn ein
solches Gleichgewicht, das sich als besonders resistent gegen
Verbiegungen zeigt, ist tatsächlich bereits bei mindestens
einem Kern beobachtet worden. Die protokollierten Daten über
Verbiegungen und Spaltbreiten am Ende des Zyklus sowie aus der
Vorgeschichte dieses Reaktors sind konsistent mit der Annahme,
dass hier zumindest in die überwiegende Anzahl der
Brennelement-Positionen am Rand des Kernes bestrahlte Brennelemente
eingesetzt waren, deren Durchbiegungen nach außen orientiert
waren und zu einem Verhalten nach den Fig. 9 und 10 geführt
haben.
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Ebenso lässt sich aus dem Vergleich von Messungen die aus
dieser Modellrechnung folgende Behauptung bestätigen, dass ein
qualitativer Übergang von einer Verbiegung "radial nach außen"
zu einer Verbiegung "alles in eine Richtung" auftritt, wenn
für einige Rand-Brennelemente von einer Orientierung ihrer
anfänglichen Durchbiegung auf eine lediglich um 180° gedrehte
Anfangs-Orientierung übergegangen wird.
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Nach Fig. 9 ist die maximale Durchbiegung gegenüber der Fig.
7 verringert, und sogar stark verringert gegenüber der bereits
mitgebrachten und zu Beginn vorliegenden plastischen
Durchbiegung X1,0 = 4 mm des Rand-Brennelements Q1. Die maximale
Spaltbreite Gmax (Fig. 10) ist gegenüber Fig. 8 ebenfalls von etwa
4,2 mm (am Kernrand) auf etwa 2,5 mm (in der Kern-Mitte)
verringert.
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Für die hier betrachteten Effekte erscheint wesentlich, dass
zwischen den Skeletten der eingesetzten Brennelemente und dem
Kühlwasser-Strom eine Wechselwirkung (hier durch den Parameter
in die Modellrechnung eingeführt) besteht. Setzt man für X1,0
= 4 mm und X14,0 = 0 (also den Fall der Fig. 7 und 8) diesen
Parameter zu Null, so ergibt die Modellrechnung die Fig. 11
und 12 - ein Verhalten, das nie beobachtet wurde, während das
beobachtete Verhalten vieler Kerne den Fig. 7 und 8
gleicht.
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Zum erfindungsgemäßen Zusammensetzen des Kernes ist es
erforderlich, die Durchbiegungen der Rand-Brennelemente der
bestrahlten Kerne zu kennen. Entsprechende Messungen können
durchgeführt werden, wenn die Brennelemente, deren Rest-
Aktivität entsprechend dem Beladungsplan für eine
Wiederverwendung geeignet erscheint, in einer Inspektionsstation auf
Defekte untersucht werden, wie das bereits in der
Patentliteratur beschrieben ist. Es ist aber auch möglich, das
Brennelement in dem Zeitpunkt, in dem es aus dem alten Reaktorkern
herausgehoben und/oder anschließend in die für den neuen Kern
vorgesehen Position gefahren wird, an optischen oder
Ultraschall Sensoren vorbei zu bewegen, die seine Außenabmessungen
(z. B. die Position seiner Abstandhalter) in vertikaler
Längsrichtung abtasten.
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Insgesamt ergibt sich dann beispielsweise das in Fig. 13
schematisch gezeigte Verfahren: Nach dem Abschalten des Reaktors
und dem Ende des letzten Betriebszyklus werden die
Brennelemente in einem Schritt St1 mittels einer Brennelement-
Lademaschine aus dem innerhalb des Reaktordruckbehälters
angeordneten, alten Reaktorkern RC' heraus angehoben und in einem
Schritt St2 wird ihre Verbiegung gemessen, falls sie am Rand
des neu zusammenzusetzenden Kernes wiederverwendet werden
sollen. In einem Schritt St3 werden die Brennelemente in die
gemäß dem Beladeplan vorgesehene Position gebracht und dabei
entsprechend der erfindungsgemäß vorgesehenen Orientierung
gegebenenfalls um ihre Längsachse gedreht. Anschließend werden
sie wieder in den Reaktordruckbehälter abgesenkt
(Schritt St4), nämlich auf die sich aus dem Beladeplan
ergebende Brennelement-Position in dem neu zusammenzusetzenden
Kern. Auf die anderen Position des neuen Kernes werden teils
ebenfalls dem alten Kern entnommene Brennelemente, teils
frisch hergestellte Brennelemente eingesetzt, wie durch
Schritt St5 angedeutet ist.
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Wie bereits erwähnt, ist der im Zyklus auftretende
Gleichgewichtszustand von den Anfangsbedingungen für die Deformation
der Rand-Brennelemente, aber nicht von den entsprechenden
Anfangsbedingungen im Inneren des Kernes abhängig. Solange die
inneren Brennelemente wenigstens zu Beginn des Zyklus noch ein
störungsfreies Einfahren der Steuerstäbe erlauben und ohne
Probleme zwischen die benachbarten Brennelemente eingesetzt
werden können, brauchen sie nicht als defekt angesehen und
ersetzt zu werden, vielmehr kann erwartet werden, dass sie sich
bei Anwendung der Erfindung (aufgrund der nachgewiesenen
Wechselwirkung mit dem Kühlwasser) auf ein tolerierbares Maß
zurück biegen. Auf ihre Durchbiegung braucht also nicht geachtet
zu werden.
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Ebenso geht aus der Modellbetrachtung hervor, dass nicht alle
Rand-Brennelemente eine deutliche und nach außen gerichtete
Durchbiegung besitzen müssen. Es scheint nicht zu stören,
wenn einige - wie aus Gründen des Anlagenschutzes manchmal
vorgesehen ist - unverbogene Dummy-Brennelemente oder
Brennelemente mit geringer Aktivität, die (z. B. aufgrund einer aus
anderen Gründen erfolgten Reparatur) nicht nennenswert
verbogen sind, am Rand eingesetzt werden.