DE1464605A1

DE1464605A1 - Brennelementanordnung fuer einen Leistungsreaktor

Info

Publication number: DE1464605A1
Application number: DE19621464605
Authority: DE
Inventors: Crowther Russell Lee
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1961-01-25
Filing date: 1962-01-24
Publication date: 1969-02-27
Also published as: NL273960A; BE613123A; US3147191A

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennelementanordnung für einen Leistungsreaktor, bei dem Kernenergie mit wesentlich erhöhter Leistungsdichte freigesetzt wird.

Der höchste Wirkungsgrad eines Kernkraftwerkes wird dann erzielt, wenn der Kern des Beaktors mit der höchstmöglichen Leistungsdichte betrieben wird. Der Leistungsdichte, die man aufrechterhalten kann, sind Jedoch praktische Grenzen gesetzt, nämlich durch die für den Brennstoff ,das Konstruktion «material und das Kühlmittel zulässigen Höchsttemperaturen und durch den für das Kühlmittel zulässigen Höchstdruck. Keine dieser Grenzen wird an allen Stellen des Reaktorkerns gleichzeitig erreicht. Beispielsweise kann die Gesamtleistung eines Beaktorkerns dadurch auf einen unerwünscht niedrigen Wert beschränkt werden, daß die Mittelzone eines einzigen Brennstoffelementes in einem bestimmten Teil des Reaktorkerns bereite zu schmelzen beginnt, wenn die Mitteltemperaturen aller anderen Brennstoff-

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elemente noch weit unterhalb des Schmelzpunktes liegen. Der "^?eutronenfluß im Reaktorkern ist nicht einheitlich, sondern ändert sich in Längsrichtung wie eine Kosinusfunktion und in Querrichtung wie eine Besselfunktion. Bei gleichmäßiger Verteilung des spaltbaren Materials im Brennstoff ist die Leistungsdichte und die Brennstoff- ' temperatur in der Mitte des Reaktorkerns größer als in der Nähe der Aussenseite· Selbst innerhalb eines verhältnismäßig kleinen, von einer Brennstoffanordnung ausgefüllten Bereiches des Reaktorkerns kann in den in der Nähe der Aussenseite der Brennstoffanordnung liegenden Brennelementen eine anormal große Wärmemenge freigesetzt werden, so daß sich die ausaen liegenden Elemente der Brennstoffanordnung auf einer weitaus höheren Temperatur als die innen liegenden Elemente der Brenn stoff anordnung befinden. Dies kann auf eine hohe thermische Neutronen dichte zurückzuführen sein, die in einer benachbarten Neutronenmoderatorschicht oder in dem Zwischenraum zwischen unmittelbar benachbarten Brennstoff anordnungen vorhanden ist. Je nach den Eigenschaften des Brennstoffes und des Moderators kaun die Leistungsdichte und die Mittel temperatur der äusseren, in der Ifähe der Moderatorschicht en liegenden Brennstoffelemente zweieinhalbmal größer als die durchschnittliche Leistungsdichte der in ffrage kommenden Brennstoffanordnung sein.

Bs wurde bereits mehrmals versucht, diese Nachteile zu beseitigen. Bisher wurde noch kein Reaktorkern gefunden, 909809/0223 - bad oronal

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in dem heterogene Brennstoff- und Regelelemente im Moderator angeordnet werden können, ohne daß Moderatorschiohten oder andere Inhomogenitäten im Moderator-Brennstoff-Verhältnis auftreten.

Bei einem flüaaigkeitemoderierten und flüssigkeitegekühlten Reaktor wurde bereits versucht, die zwischen benachbarten BrennetoffanOrdnungen vorhandenen Moderatorschichten teilweise durch Streifen aus einem Material mit einem niedrigen Neutroneneinfangsquerschnitt, beispielsweise aus Zirkonium, zu ersetzten und die zwischen den Brennstoffanordnungen liegenden Regelelemente mit Anhängern aus einem derartigen Material zu versehen. Die bestehenden Schwierigkeiten können jedoch dadurch nicht vollständig beseitigt werden. In den zwischen den Brennstoffanordnungen und den Regelelementen erforderlichen Zwischenräumen befindet sich der flüssige Moderator, ao daß auch hier Moderatorschichten vorhanden sind, in denen NeutronenfluBspitzen auftreten. Ausseraem wird durch das zusätzlich in den Reaktorkern eingeführte Material ein wesentlicher Anteil der für die Kernreaktor zur Verfugung stehenden Neutronen nutzlos absorbiert. Die für die Regelelemente vorgesehenen Anhänger müssen bei Abnutzung öder Korrosion instand gesetzt und ersetzt werden. Die Höhe des für den Reaktor erforderlichen Behälters mui Wegen der Anhänger für die Regelelemente um die Reaktorkernhöhe vergrößert werden. Falls die Anhänger von oben in den. Kern

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eingeführt werden, ist das Nachfüllen von Brennstoff mit Schwierigkeiten verbunden, da der Brennstoff zwischen den nach Olsen aus dem Reaktorkern abstehenden Anhängern eingeführt werden muß.

Auch wurde bereits versucht, die Anreicherung (Konzentration der durch thermische Neutronen spaltbaren Atome, beispielsweise U235, in Bezug auf die brütbaren Atome, beispielsweise U238) der normalerweise heißesten Brennstoffelemente gegenüber den anderen Elementen der Brennstoff anordnung, zu verringern. Da die Brennstofftemperatur direkt proportional air leistungsdichte und diese wiederum direkt proportional zum Produkt aus thermischen Neutronenfluß und Anreicherung ist, wurde angenommen, daß eine Verringerung der Anreicherung¹ entsprechend der im heißesten.Element auftretenden Flußspitze das Problem 10 sen würde. Wird jedoch' die Brenn eto ff anreicherung verringert, dann nimmt auch die Neutronenabsorption ab, so daß der Neutronenfluß in dem Gebiet geringerer Anreicherung entsprechend zunimmt und daher die durch Verringerung der Anreicherung erzielten Vorteile geschmälert werden. Bei Verringerung der Anreicherung bei nur leicht angereicherten Brennstoffelementen, die beträchtliche Mengen Brutstoff enthalten, erhöht eich ausserdem wegen der verringerten Neutronenabsorption des Spaltstoffee in bezug, auf den Brutstoff die Umwandlung des Brute toffee in neuen Spaltstoff· Durch den erhöhten Zuwachs an Spaltstoff

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in den Elementen mit. geringerer Anreicherung entsteht also soviel neuer Sfpaltstoff, daß irgendwelche am Anfang vorhandenen, durch geringere Anreicherung gewonnenen Vorteile im Laufe der Bestrahlung der Elemente im Reaktor "beträchtlich geringer oder sogar Kompensiert werden. Der große thermische Spaltquerschnitt von Pu239» das aus dem tfranisotop TF* durch Heutroneneinfang entsteht, trägt beträchtlich dazu bei, daß die durch Verringerung der Urananreicherung erzielten Vorteile sich im Laufe der Zeit herausheben.

Weiterhin wurde auch bereits versucht, das Problem durch Entfernung einiger zentraler Brennstoffelemente in jeder Brennstoffanordnung und durch Einführung von zusätzlichem Moderator in den frei werdenden Baum zu 18sen. Dadurch entsteht jedoch in der Mittelzone der Brennstoffanordnung ähnlich wie in den die Brenn stoff anordnung umgebenden Moderator schichten eine Neutronenfluß spitze. Zwar wird dadurch das relative Neutronenfluß verhältnis von Spitzenwert zu Durchschnittswert in den Brennelementen zwischen diesen Moderatorkörpern wirksam verringert, jedoch ergaben sich auch eine Hei he von schwerwiegenden Wachteilen. Falls das flüssige Kühlmittel als Moderator dient, strömt

^J das Kühlmittel durch die zentrale Öffnung, falls dies

oo nicht durch einen rohrförmigen Strömungskanal verhindert

to wird. Barch einen derartigen Kanal würde die Fremd-

f^ stoffmenge im Reaktor und daher die nutzlose Neutronen-_ω absorption im Komi erhöht werden. Durch fleutronenabsorptio: in dem in der Mittelöffnung befindlichen Moderator wird _G(NAL

die fieaktivität erniedrigt. Zwar kann dadurch die Brennstoffmenge verringert werden, jedoch nimmt auch die für die Wärmeabfuhr zur Verfugung stehende Brennstoff oberfläche ab. Damit das gleiche Moderator-Brennstoff-Verhältnis in einer derartigen Anordnung aufrecht erhalten werden kann, mufl der Brennelementabstand kleiner gemacht werden, so daß das Brennelementgitter kleiner wird, und dadurch die" Abstandshalter und Abstützelemente für die Brennstoffelemente wesentlich komplizierter werden. Weiterhin ist auch die Querschnittsfläche für den am Brennstoff vorbeiflieflenden Kühlmittelstrom geringer.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor mit wesentlich höherer Leistung und Leistungsdichte zu schaffen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Element, welches einen ersten Brennstoff enthält, der Ursprunglieh aus U ^J und einem durch thermische Neutronen spaltbaren Material bestellt und nach Bestrahlung durch Neutronen des thermischen Energie spektrums einer nicht gleichförmigen thermischen Neutronenfluß verteilung ausgesetzt ist, die lokale Bereiche mit verhältnismäßig hohem thermischen Neutronenfluß besitzt, dem ein Teil des Elementes ausgesetzt ist, durch ein zweites Brennstoffmateriai verbessert werden, das in dem Element in dem lokalen Bereich mit verhältnismäßig hohem thermisehen Neutronenfluß angeordnet 1st, ursprünglich Th

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und ein durch thermische Neutronen spaltbares Material enthält und deseen Z^ a ursprünglich nicht kleiner ale das ^ a dee ersten Brennstoffmaterials ist.

Weiterhin zeichnet sich ein Brennelement, das zusammen mit einem Moderator in Br ennelemen tan Ordnungen mit heterogener Struktur verwendet werden kann, in welchen eine durch thermische Neutronen induzierte, sich selbst erhaltende Kernspalfeingskettenreaktion aufrechterhalten werden kann und in welchen strukturelle Inhomogenitäten im Moderator-Brennstoff -Verhältnis eine nicht gleichmäßige thermische Neutronenflußverteilung zur Folge haben, die örtliche Bereiche mit verhältnismäßig hohem thermischen Neutronenfluß besitzt, dem ein Teil des Brennstoffelementes ausgesetzt ist, nach der vorliegenden Erfindung dadurch aus, iTafl es wenigstens einen Abschnitt besitzt, In dem sich ein Brennstoffkörper befindet, der aus einem ersten Brennstoffmaterial, welches ursprünglich TT* und ein durch thermische Neutronen spaltbares Material enthält und einem zweiten Brennstoffmaterial besteht, welches ursprünglich Th ^J und ein durch thermische Neutronen spaltbares Material enthält und dessen £- ti ursprünglich _φ nicht geringer als das ^. a des ersten Materials 1st co vaxA von dem der größte !Teil In de» Abschnitt in wenigstens

oo - ' ' . ..■■ ■ ^;

<=> einem lokalen Bereich mit verhältnismäßig hohem thermischen

^ Neutronenfluß angeordnet let.

"° · Nach der vorliegenden Erfindung kann weiterhin eine

Brennelementanordnung für einen Kernreaktor, in welcher BAD ORIGINAL

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durch strukturelle Inhomogenitäten im Moderator-Brennstoff-Verhältnis eine ungleichmäßige thermische Neutronenflußverteilung auftritt, die örtliche Stellen mit verhältnismäßig hohem thermischen Neutronenfluß enthält, dem einige wenige Teile der Brennstoffanordnung ausgesetzt elnd, die aus länglichen, im bestimmten Abstand voneinander angeordneten Brennstoffelementen besteht, dadurch verbessert werden, daß jedes Brennstoffelement wenigstens einen Brennstoffkörper . enthält, der wenigstens aus einem ersten Brennstoffmaterial, das ursprünglich U ^J und ein durch thermische Neutronen spaltbares Material enthält, und aus einem zweiten Brennstoff-

2^2 material zusammengesetzt ist, welches ursprünglich Th ^J und

^; ein durch thermische Neutronen spaltbares Material enthält, so-

2^2

viel Th ^J und spaltbares Material im zweiten Brennstoffmaterial vorhanden ist, daß das £.a des zweiten Brennstoffmaterials ursprünglich nicht kleiner als dae t2L a des ersten Brennstoffmaterials ist, wenigstens der größte Teil des zweiten Brennstoffmaterials in den Elementen der Brennstoffanordnung angeordnet ist, die sich in den lokalen Bereichen mit verhältnismäßig hohem thermischen ITeutronenfluß befinden, und wenigstens der größte Teil des ersten Brennstoffmaterialβ in den an anderen Stellen der Brennetoffanordnung angeordneten

Brennelementen befindet.
co

u> Di· nach der vorliegenden Erfindung aufgebauten Brennelement· oo

und Brenn Bto ff anordnungen können zusammen mit einem Moderator ·' ο iti eine* Reaktorkern rerelnlft werden, deseen Inhalt an spalt*

μ . '■'";"■■· - ■ .

k> tartn Xattri&l und an Moderator mit m tan· «ur lufreohttrhaltun«

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einer Kernspaltungskettenreaktion ausreicht. In den Zeichnungen zeigern

Pig. 1 einen Querschnitt durch eine Gruppe aus vier an sich "bekannten Brennstoffanordnungen, in denen die Brennstoffstäbe in Form eines quadratischen Husters angeordnet sind,

Fig. 2 den Verlauf des thermischen Neutronenflusses und der Leistungsdichte eriSLang der Diagonale der in Pig· 1 gezeigten Gruppe und entlang der Diagonale der in Pig. gezeigten Gruppe aus vier erfindungsgeaiäfien Brennstoffen-Ordnungen,

Fig· 3 eine scheme ti sehe Darstellung zur Erläuterung der räumlichen Änderung der Leistungsdichte in den Brennstoff stäben der rechten Brennstoffanordnung in Pig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Gruppe von vier benachbarten Brenn stoff anordnungen nach der vorliegenden Erfindung, bei dem die thoriumhaltigen Brennstoffstäbe mit T bezeichnet sind,

Fig. 5 eine schema ti sehe Darstellung der Iieben Änderung der relativen Leistungsdichte In der Brenn-

Q stoffanordnung nach Fig. 4,

^ Pig. 6 eine graphische Darstellung der Änderung

^. des Maximalwertes der relativen Leistungsdichte in Abhingig-

ro keit von der Bestrahlung oder Lebensdauer der stm Stand

der Technik gehörenden Brennstoffanordnungen und der

Brenn stoff an Ordnungen, BAD ORIGINAL

Fig. 7 eine graphische Darstellung der ÜbereehuS-reaktivität^ k/k als Funktion der Bestrahlung oder Lebensdauer von zum Stande der Technik gehörenden Brennntoffanördnungen und von Brennstoff an Ordnungen nach der vorliegenden Erfindung,

Pig· 8 einen Querschnitt einer Gruppe aus vier Brennstoff anordnungen, die voneinander durch verbaltnisraäSig große, mit flüssigem Moderator gefüllte Zwischenräume getrennt sind, in denen ein kreuzförmiges Regelelement verschiebbar ist,

Fig. 9 einen Querschnitt einer großen erfindungsgemäßen "Brennstoffanordnung mit ungefähr 100 einzelnen stabföriaigen Brennelementen,

Pig. 10 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennet off anordnung, die oine hexagonal« Form hat und in welcher die stabföraigen Brenn β to ff elemente in Form eines dreieekförmigen Musters angeordnet sind*

Fig. 11 einen Querschnitt einer plattenförmigen Brennstoff anordnung nach der vorliegenden Erfindung, bei welcher Leistungsspitzen an den Ecken vermieden werden,

,Fig. 12 einen Querschnitt einer anderen erfindunge-

o geN&Sen Ausführungsform einer plattenförmigen Brennetoff-

α» anordnung, bei welcher rund üb die Ümfangsfltche keine ^ Leistungsspitzen auftreten»

t° Fig. 13 einen Schnitt einee der inneren Ärennstoff-

^ω platten der in Wf · 12 gezeigten Anordnung entlang der

13-13,

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Fig· 14 einen ähnlichen Schnitt einer anderen Ausführungsform einer Brennstoffplatte und

flg. 15 und 16 einen Querschnitt einer aus etabförmlgen Brennelementen aufgebauten Brennstoffanordnung und einer aus plattenförmigen Brennelementen aufgebauten Brennetoffanordnung, wobei das thoriumhaltige Material getrennt vom Breimetoff im Strukturmaterial der Brennstoffanordnung angeordnet ist»

Fig. 1 seigt einen Querschnitt durch eine Gruppe von ▼ier benachbarten Strömungekanälen 20, von denen jeder 6x6 Brennelemente enthält. Die Gruppe ist swisohen vier kreuzförmigen Hegelelementen 34 angeordnet· Als Brennstoff wM verhältnismlLiig niedrig angereichertes Uran verwendet. In den Zwischenräumen 112 «wischen benachbarten Strömungekanälen 20 befindet sich leichtes Wasser, da· als Moderator verwendet wird und in form von dünnen, plattenförmigen Schichten in diesen Zwischenräumen vorliegt· In den Zwischenräumen 110, in denen die kreusf&rmigen Regelelemente 34 angeordnet sind, sind jedoch verbaltnismäilg dioke, plattenförmige Moderatorsohlenten vorhanden·

Bei jedem thermischen Reaktor ist in einer Zone, in der sieh kein Brennstoff befindet» sondern die mit Moderator gefällt ist» UWW Yerbältnie der lfeutronenmoderation eur tmtrmieehen lemtresienabeorf ti on wesentlich gröter als das eatapreoheaet Tfrtältnie in eder in der Hähe vtm einseinen Brennelement·«· In den Moderaterseaieaten tritt also eine ■<* Am§lmfung vtm «aandsehen leitrtnen ft*f, und es tntetthen

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lokale Bereiche mit verhältnismäßig hohem thermischen Neutronen« fluß. Eine derartige Flußspitze wirkt eich wenigstens noch auf den Bereich aua£n dem sich die äusseren Brennelemente der benachbarten Brenn st off anordnung befinden. Der Neutronenfluß und daher die Leistung in diesen äusseren Brennelementen ist daher wesentlich höher als der durchschnittliche Fluß und die durchschnittliche Leistung aller Brennstäbe der Brennstoffanordnung·

Sie Flufi- und Leistungsspitzen sind besonders kritisch in der Nähe einer Ecke einer Brennstoffanordnung, wo eines oder mehrere Brennelemente in der Nähe des Schnittpunktes von zwei plattenförmigen Moderatorsohlchten angeordnet sind» und inebesondere dann, wenn die an der Ecke angeordneten Brennelemente in einzelne Absohnitt unterteilt sind, so daß gleichzeitig drei Moderatorschichten zusammenstoßen. Diese Eckelemente sind die heißesten Elemente in der Brennstoffanordnung und befinden sich auf Betriebstemperaturen, welche die Leistungsabgabe der ganzen Brenn stoff anordnung und möglicherweise des gesamten Reaktorkerne begrenzen.

Die Inneren Eokelemente UO befinden sich auf einer etwas höheren Temperatur als der Durchschnitt aller Brennelemente und als ein einzelnes Element 142 im inneren der Brennstoff anordnung· Das Brennelement 140 befindet sich an der Stoß stelle-▼on zwei verhältnismäßig dünnen Moderatorsohiohten 112. Andere. Bokelemente, beispielsweise da· Element 144, befinden sich an der 3tol stelle tiner verhältnismäßig dioken Moderatorsohloht

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110 und einer verhältnismäßig dünnen Moderatorschicht 112 und haben daher eine etwas höhere Temperatur als die innersten Eckelemente 140. Sie äussersten Eokelemente 146 befinden sich an der Stoßstelle von zwei verhältnismäßig dicken Moderatorsohiohten 110. Biese Brennelemente sind unter allen anderen Brennelementen die heißesten, wenn die benachbarten Hegelelemente 34 ausgefahren sind. BIe thermische Neutronendichte ist in und in der Nähe dieser Moderatorschicht sehr hoch und daher ist die Leistung dieser benachbarten Eckelemente 144 wesentlich höher als die Leistung irgendwelcher ende» τβτ Brennelemente in der Brenn stoff anordnung.

Bie in Fig. 2 dargestellte graphische Barstellung liegt senkrecht unterhalb den Pig· 1 und 4 und dient zur Erläuterung der Änderung des relativen thermischen Neutronenflusses und der relativen Leistung entlang den Biagonalen 148 und 188 der in Flg. 1 und 4 gezeigten Gruppen aus vier Brennstoffanordnungen. BIe in Fig. 1 gezeigten Brennstoffanordnungen gehören sum Stand der Teohnik, während die in Fig· 4 gezeigten Brennstoff anordnungen entsprechend der Lehrt der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sind. Bie relative Leistung ist das Verhältnis der durchschnittlichen Leistung des gegebenen Brennelement·« zur durchschnittlichen Leistung aller Brennelement· der inirag· kommenden Gruppe. Bie gezeigten Kurven sind symmetrisch zur senkrechten Mittellinie 149»

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die mit dem Schnittpunkt zweier dünner Moderatorschichten in Fig. 1 und Fig. 4 zusammenfällt· Es ist lediglich eine Hälfte der Fluß- und Leistungskurven in Fig. 2 dargestellt. Die fehlende Hälfte verläuft spiegelbildlich zu der gezeigten Hälfte der entsprechenden Kurve. Der Verlauf des thermischen Neutronenflussee ist links von der Mittellinie

149 und der Verlauf der Leistung iet rechts von der Mittellinie 149 in Fig. 2 dargestellt.

Die Kurve 160 im linken Teil der Fig. 1 zeigt den geglätteten Verlauf dee thermischen Neutronenflueses entlang der Diagonale 148 einer Brennstoffanordnung· Der thermische Neutronenfluss ist verhältnismäßig hoch im Bareioh

150 (und 152), in dem sich gro&Q Moderatorschichten befinden. Der thermische Neutronenfluß ist auch verhältnismäßig hooh im Mittelbereich 154, welcher der Stoflstelle zweier schmaler Modoratorschichten entspricht. Im Bereich 156 (und 158) ist der thermische Neutronenfluß verhältnismäßig niedrig» da in diesem Bereich die einzelnen Brennelemente die thermischen Neutronen sehr stark absorbieren· Aus der Kurve 160 ist ersichtlich, daß der Neutronenfluß in den Funkten 162 und 164 wesentlich größer ist als der durchschnittliche Neutronenfluß. Die Punkte 162 und 164 geben die Stellen an» an welchen sich das aus sere und innere Eokelement 146 und 140 befinden·

Die Kurve 166 Ib rechten fell der Fig· 1 zeigt den geglätteten Verlauf der relativen Leistung entlang der sechs

Brennelemente auf der Diagonale 146 einer Brennstoffan-

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Ordnung· Da keine wesentliche Energiemenge in den Moderator sehioht en freigesetzt wird, endigt die Kurve 166 in der ffähe der Punkte 168 und 170, welche den Stellen entsprechen, an denen sich das innere Eokelement 140 und das äussere Eokelement 146 befindet. Die waagerechte Linie 172 gibt die durchschnittliche Leistung der seehs auf der Diagonale liegenden Elemente an. Aus der Kurve 166 ist ersichtlich, daß die Leistung des inneren Eokelement β β ungefähr um 22 ^ und die Leistung des aus sera Eokelementes ungefähr um 51 ^ höher ist als die Durchschnittsleistung.

Aue Tig· 3 ist die relative Leistung jedes einseinen Brennstoffelementes der in Pig. 1 gen« rechts angeordneten Brennstoffanordnung ersichtlich. Die relative Leistung ist das Verhältnis der durchschnittlichen Leistung (fiber die Länge eines gegebenen Elementes) lur durchschnittlichen Leistung aller Elemente der Brennstoffanocdnung· Der vom Durohströmungskanal 20 umschlossene Bereioh in Fig· 3 iet durch gestrichelte Linien in 36 elnselne Bereiche unterteilt, die den von den 36 eineeinen Brennelementen der Brennstoffanordnung eingenommenen Bereiohen entsprechen. Die in jedem Bereioh angegebene Zahl gibt die relative Leistung an, bei welcher das in diesem Bereich befindliche Brennelement betrieben wird·

Wie aa« Hg· 3 ersichtlich ist, hat das im Bereioh

180 befindliehe inner· Eckelement eine relativ· Leistung

von 1,06, die nur 6 % über dem Bürohschnitt lie*t_ßAD original

Bas äuesere Eokelement« dae im Bereich 162 an der Stoß stelle der dicken Moder a tor «schichten 110 liegt, hat die höchste relative Leistung» nämlich 1,39. Dieser Wert liegt 39 £ über dem Durchschnitt. Die anderen beiden Eckelemente in den Bereichen 184 und 186 haben dazwischenliegende Werte von ungefähr 1,22. Fig. 3 zeigt, daß die relative Leistung der in der Nähe einer Moderatorschicht liegenden Brennelemente beträchtlich höher ist ale der Durchschnitt einer gegebenen Brennstoff anordnung« Weiterhin ist ersichtlich, daß die relative Leistung der äuseeren in der Nähe einer Moderatorschicht 110 liegenden Brennelemente höher ist als diejenige der im Inneren der Brennstoff anordnung liegenden stabförmigen Elemente.

• fig» 4 eeigt einen Querschnitt durch eine Gruppe von vier erfindung !gemäß en Brennstoff anordnungen, von denen jede 6x6 Brennelemente enthält. Die Geometrie dieser Gruppe entspricht der in flg. 1 geieigten, sum Stande der Technik gehörenden Gruppe. Die Brennstoffanordnungen unterscheiden sich von den bekannten Anordnungen dadurch, dal jede erfindungsgemäf e Brennetoffanordnung 7 thoriumhaltige Zompeneationselemente enthält· Diese thoriumhaltigen lompeneationeelemente sind das äuseere Eckelement 19O₉ die seiden unmittelbar »enaohbartan Elemente 192 un* 194t «it lckelemente 196 und 196 un· die unmitttltar srn itm verftasAattm !lementen »anaektortea WlmmH tOO mi tot· AUt Eewyensatlenselemeate ein« im ami ti·« «tkitlismiaji ιμηνι lr«mAel«iemtr«lli«m ee*t-

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ordnet und durch ein von einem Kreis umschlossenes T bezeichnet. Bas innerste Eckelement 204 und alle anderen Elemente der Brennstoffanordnung sind normale uranhaltige Elemente, die als Brutstoff größtenteils U ·* und einen Spaltstoff, "beispielsweise U-, enthalten. Diese Elemente sind nicht kompensiert und sind aus Vergleiohsgrttnden in jeder Hinsicht identisch mit den in Fig. 1 dargestellten Uranbrennelementen· Die sieben thoriumhaltigen Kompensationselemente sind identisch mit den unkompensierten Elementen, enthalten aber ala Brutstoff anstelle von Uran Th .und können einen durch thermische Neutronen spaltbaren Stoff, bei spielsweieeU -" enthalten· Sie Bestimmung der Spaltetoffmenge der Kompen sation eel ement ist weiter unten näher angeführt· Jedes der thoriumhaltigen Kompensationselemente hat einen makroskopischen thermischen Neutronenabsorption« querschnitt^ a, der ungefähr 21 f> größer ist als der makroskopische thermische Neutronenabsorptionsquerschnitt der normalen Uranelenente· Alle Kompensationselemente sind in der Nähe der relativ dicken ModeratorBchiohten In Bereichen der BrennθtoffanOrdnung angeordnet, in denen normalerweise ein hoher thermischer Neutronen-» % flue vorhanden let. Wegen ihres wesentlich höheren » thermleohen NeutronenabeorptionstiuereohnitteB absorbieren

° dieee thoriumhaltigen Kompensationselemente ungefähr

19 + mehr Neutronen als die unkompensierten Elemente.

^ Daduroh wir* die thermieohe NeutronenfluÄepit»β verringert, Alt eonet Im Bereich der dioken Moderator-BAD ORipiNAL

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schichten 110 und in den benachbarten Brennelementreihen auftritt.

Aus Pig. 2 ist die Wirkung der Kompensationeelemente ■ auf den thermischen Neutronenfluß und die relative Leistung ersichtlich. Die untere Kurve 210 im linken Teil der Pig, 1 zeigt den geglätteten Verlauf des thermischen Neutronenflusses entlang der Diagonale 188 in Fig. 4· Der thermische Neutronenflufl im Bereich 150 der JIg. 2 ist ungefähr 5 $> niedriger als der thermische Neutronenflufi, der eich bei Verwendung von bekannten Uranbrennelementen ergibt und duroh die Kurve 160 dargestellt ist. Das Auamafl der Verringerung dee thermischen Neutronenflusses nimmt entlang der Diagonale mit küraer werdendem Abstand vom Punkt 164 ab, der die Stelle angibt, an welcher eich das innerste, nicht kompensierte, stabförmige Brennelement befindet. Die untere Kurve 214 im linken Teil der Fig. 2 zeigt den Verlauf der relativen Leistung entlang der Diagonale 188 in Pig. 4. Die Leistungskurve 214 endigt aus den in Zusammenhang mit den Funkten 168 und 170 angegebenen (!runden in der Nähe der Punkte und 218. Die relative Leistung dee neuesten äueeeren Eckelemente3 ist im vorliegenden Falle um ungefähr 25 Jt auf einen Wert verringert worden, der nurmehr 14 £ ttber dem Durchschnitt liegt. Im (legen sate dasu liegt bei der bekannten Brenn stoff anordnung dieser Wert um 39 J* über dem Durchschnittswert. Aus FIf· 5 1st dl· relative Leistung

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Jedes dor 36 Brenntlemente der In Fig· 4 rechts Hegenden Brennetoff anordnung ersichtlich· Aus einem Vergleich der Hg« 5 »it der Hg. 3 ergibt sich, daß die relatire Lei* ■tang der eineeinen Bienen te der erfindungegemäAen Brennstoff anordnung wesentlich geringer 1st· Die sieben thoriumhaltifren Xompensationselemente sind in den Bereichen 220, 222» 224» 226, 228» 230 und 232 der Fig. 5 angeordnet· In allen übrigen Bereichen befinden sich unkompenslerte üranelemente· Bas innerste , unkompeneierte Eckelement 1» Bereich 234 be ei tat einen relativen Leletungewert von 1 »14» der etwas höher ist als die Leistungswerte der «eisten anderen unkompeneierten Elenente« Bae äueserste lokeleaent la Bereich 226 hat einen relativen Lelstungawert von 1 »14» der um 25 + niedriger ist» als der relative Leistungswert im Bereich 182 der «Lg. 3· -

In den folgenden Beispielen 1 bis 7 ist der Einflul auf die Ausgangsleistung und die Lebensdauer des Brennstoffes näher erlftutert» der sich ergibt» wenn man in einem Leistungsreektor den üblichen, unkondensiert en Qranbrennstoff durch den erflndungsgemftien thorlumkompensi ertön Brennstoff er se ti t.

•Ine in Vif· 1 dargestellte, bokaante,

besteht a«s $$ stabfirmlgoa

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a toff element en, die eine Gesamtlänge von drei Meter haben und in Form einer aus sechs Zellen und sechs Spalten bestehenden Anordnung an den GHtterpunkten eines quadratischen Gittere angeordnet sind, wobei der Gitterabstand 1,8 cm beträgt. Jedes Brennelement besteht aus vier Teilen, die axial miteinander durch Schraubfassungen verbunden sind· Jeder Teil ist ungefähr 70 cm lang und besteht aus einem Hüllrohr aus Zirkoniumlegierung mit einem Durchmesser von 12,7 mm und einer Wandstärke von 0,64 mm, das gesinterte UOg-Brennstoffpellets mit einer Dichte von wenigstens 95 # der theoretischen Dichte von UO₂ enthält. Der Brennstoff setzt sich aus 98,5 Gewichtsprozent U ^J Og und aus 1,5 Gewichtsprozent U ^ Og zusammen. Die Brennstoffanordnung befindet eich In einem offenen rohrförmigen Strömungekanal aus Zirkoniumlegierung· Der Strömungskanal besitzt einen quadratischen Querschnitt und hat eine Länge von 3 m, eint Wandstärke von 1,5 mm und eine Breite (gemessen swisohen den Aussenflächen gegenüberliegender Wände) von 11,2 om»

Beispiel 2

Der In Beispiel 1 näher erläuterte Brennstoff kann in •inta bekannten Siedewasserreaktor verwendet werden. Der Reaktorkern besteht aus 452 Brenn stoff anordnungen, der in Bt tipi el 1 beschriebenen Art, dl« in Form «inte geraden KrtiMjrHne·!»· al« einem Büro totster von uaftfäJu· J, 13 a an#tti*n«t sind. Jtwtil· vier Irtanetoffenerdnengtn «la«

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zu einer quadratischen Gruppe zusammengefaßt. Benachbarte Strömungskanalflächen haben innerhalb der Gruppe einen Abstand von 1 cm und der Zwischenraum zwischen benachbarten Strömungskanalflächen ist von einer schmalen, länglichen Waaserschicht auegefüllt. Die verschiedenen aus vier Brennstoffanordnungen bestehenden Gruppen haben von benachbarten Gruppen einen Abstand von 1,9 cm und die auf diese Weise zwischen den Gruppen entstehenden Zwischenräume sind mit breiten, länglichen Wasserschichten gefüllt, innerhalb denen 80 kreuzförmige Regelelemente verschiebbar angeordnet sind· Der Reaktorkern enthält insgesamt 61 t UOg und das Verhältnis des gesamten Moderatorvolumens zum gesamten Brennstoffvolumen im ganzen Kern beträgt in Abwesenheit von Dampfblasen 2,17. Die Regelelemente bestehen aus rostfreiem Stahl mit einem Borgehalt von 2 Ί* und haben «ine Länge von ungefähr 3 m, eine Sohenkeldioke von 9,5 mm und eine Schenkelbreite von 16,5 cm· Die Regelelemente sind in der Mittelzone des Reaktorkerns in der in Hg« 1 gezeigten Welse verteilt· Der Reaktorkern ist Innerhalb eines Druckgefäßes aus Stahl angeordnet, das alt rostfreiem Stahl auegekleidet ist und tine Höhe von 11,85 m, einen Innendurchmesser von 3,66 m und ein« Wandstärke von 14»2 cm hat·

Als Neutronenmoderator und Reaktorkühlmittel wird entmineralisiertee leiohtes fasser verwendet· Das leichte Wasser wird in den unteren Teil des Druckbehälter» mit einer Temperatur von 263° eingeführt, die ungefähr 22° unterhalb der Sättigunge-

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temperatur liegt, die bei einem Druck von 70 kg/cm ungefähr 285° beträgt. Das Wasser strömt durch die Strömungakanäle nach oben» so daß ein unmittelbarer Wärmeaustausch zwisohen dem Wasser und den in den Strömungskanälen angeordneten Brennstoffanordnungen stattfinden kann. Dadurch wird das Wasser auf den Siedepunkt erwärmt und verdampft teilweise. In der oberhalb des Reaktorkerne liegenden Zone sammelt sich eine Mischung aus siedendem Wasser und Dampf, die dann aus dem Reaktorbehälter in eine Abscheidetrommel strömt· In dieser wird das Wasser vom Dampf abgetrennt und der Dampf der Hochdruckeinlaßleitung einer zweistufigen Dampfturbine zugeführt«

Die maximale relative Leistung innerhalb einseiner Brennstoffanordnungen dieses Beispiels beträgt 2,16. Dieser Wert ergibt sich bei der Multiplikation dreier Größen. Aus der axialen Flußverteilung im Kern ergibt sich der Beitrag von 1,4-, ein Beitrag von 1,1 1st einer örtlichen SpItee zuzuschreiben, die an den Enden der einzelnen Teile der Brennelemente auftritt und auf eine zwischen den Enden der einzelnen Teile quer durch die Brennstoffanordnung verlaufende Wasserechicht zurückzuführen let, und ein Beitrag von 1,4 ergibt sich aus der Örtlichen Spitse für das heißeste Eckel ement. Die maximale relative Leistung für den gesamten Kern beträgt 3,6. Dieser Wert ergibt sich aus der Multiplikation des Wertes 2,16 mit der uröße 1,67, die dem Beitrag der radialen Fluß verteilung angibt. Diese Maximalwerte treten bei einem sauberen Kern auf, wenn sloh dieser im Siedezustand befindet und dabei die Regel-

bad origin;

elemente teilweise ausgefahren sind.

Ifater Berücksichtigung, daß die Leistung durch den Schmelzpunkt des Brennstoffes begrenzt 1st, beschränken die vorgenannten relativen Leietungewerte die thermisohe Leistung dieses Reaktorkerne auf 636 Μ*^_η* Unter diesen Bedingungen beträgt der Wasserdufcheats durch den Reaktor» kern pro Stunde 11»6 Millionen kg, die pro Stunde er-■eugte Dampfmenge ist O₍72 Millionen kg und die elektrische Gesamtleistung beträgt 193 VW₀X*

Beispiel 3

Die erfindungsgemäfle thoriumhaltlge Brennβtoffanordnung ist geometrisch identisch mit der In Beispiel 1 beschriebenen bekannten Anordnung« Bei der erfindungsgemäBen Brennstoffanordnung sind sieben an der Aussenseite gelegene UO*- Elemente durch fhOg-Kompensationselemente ersetzt* Die ThOg-Eleaente haben die gleiche UrUAe wie die TK^-Elemente, jedoch betrftgt die BrennstofflusammenSetzung 98,5 Oewiohtaproient ThO^, 1,4 Gewicht«pro«ent υ O₂ ^* °»¹ Oewlohteproeent IT³ O₂. Die sieben thoriumhaltigen Elemente sind in der in Pig· 4 gezeigten Weise angeordnet, d.h« das erste« sweite, fünfte und das gemeinsame sechste Element der beiden sioh sohneldenden, entlang den dloken Moderatorsohlehten verlaufenden Elementreihen ist ein tmeflvmhaltlf·· Hememt. Der makreekopleohe thermlsehe *e«tronenabttfftt«*temereohnltt £ « beträgt beim tJOj-

OtOiIlN WA »elm fmO_f-Elem«m« O₉CTSI. Hr «akree-

■ ■ —

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kopisoh'e thermische Neutronenabsorptionsquerschnitt ißt also beim ThOg-Element um ungefähr 21 i» höher. Weiterhin ist das ursprüngliche Verhältnis der Zahl der erzeugten spaltbaren Atome zu der Zahl der verbrauchten spaltbaren Atome (das IJmwandlungsverhältnis) für die UOg-Elemente nur 0,68 und für die ThOg-Kompensationselemente Jedoch 1,19. Der Doppier-Koeffizient von ThO₂ ist ungefähr dreimal so negativ wie der Doppler-Koeffizient von UO«· Die sioh daraus ergebenden Einflüsse sind näher in Beispiel 4 dargelegt.

Beispiel 4

Der Reaktorkern ist identisch mit dem in Beispiel 2 beschriebenen Reaktorkern» jedoch werden anstelle der im Beispiel 1 beschriebenen Brennstoffanordnungen die in Beispiel 3 beschriebenen Brennstoffanordnungen verwendet. Durch Verwendung der Thoriumkompensationseitmente wird der maximale relative Leistungswert in den einzelnen Brennstoff anordnungen von 2,16 auf 1,58 verringert und die maximale relative Leistung des gesamten Reaktorktrne wird von 3|6 auf etwa unter 3»0 verringert. Berücksichtigt man wie im Beispiel 2, daß die Leistung durch den Schmelzpunkt des Brennstoffes begrenst ist, dann beträgt die su~ 2' lässige Leistung dieses Kerne mit dem verbesserten Brenn» ο etoff 770 M%_h, wee eintp Erhöhung um 134 MW_th entspricht,

< «ad dl« elektrisch· 0 ···*«. ei β tun* beträft 233 ** . » was ο · ·*·

tlntr Irhöhung ron 40 Mf_§1 tntnpricht. Da dl· eiebtn _

<** BAD ORIGfNAL

Thoriumkompensationselemente ein höheres Umwandlungsverhältnil "besitzen, kann die nutzbare Lebensdauer dieser verbesserten Brennstoffanordnungen von ungefähr 10 000 MWT/1 (Megawattage pro Tonne Uran) für die in Beispiel 1 beschriebenen Brennstoff anordnungen auf ungefähr 13000 MWT/t (Megawattage pro Tonne Uran und Thorium) erhöht werden. Der Doppler-Koeffizient des verbesserten Brennstoffes ist beträchtlich negativer, was sich auf die Sicherheit des Reaktors auswirkt, da während eines schnellen Übergangszustandes die negative, von der Brennstofftemperatur abhängende prompte Reaktivität größer ist· Würde zufälligerweise einmal eine größere Reaktivität frei werden, dann würde dieser negative Redfcivitätseffekt in Richtung einer Abschaltung des Reaktors wirken.

Beispiel 5

Bei den in den Beispielen 1 bis 4 beschriebenen, aue unterteilten Brennelementen bestehenden Brennstoffanordnungen treten drei zusätzliche Moderatorschichten auf, die senkrecht zu den bereits beschriebenen länglichen Moderatorsenichten verlaufen und an den Verbindungsstellen der einzelnen Teile der Brennelemente liegen. In diesen drei querliegenden Moderatorschichten treten Neutronenfluflspitzen auf, wodurch eine Leistungsspitze von 1,1 in dem Brennstoff auftritt, der in co der Nähe der Enden der einaelnen Brennelementteile liegt.

ο Diese Leistungsspitze kann auch entsprechend der Lehre der

*■"* vorliegenden Erfindung beseitigt werden. Zu diesem Zweck J^ wird die in Beispiel 3 beschriebene Brennstoffanordnung so co

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abgeändert, daß an jedem Ende aller Brennelementteile in den 29 normalen unkompensierten UOg-Brennelementen ein einziges, 1,28 cm langes Pellet aus dem Thoriumkompensation smateri al vorhanden ist. Die entsprechenden Endpellets in allen Teilen der sieben Thoriumkompensa-' tionselemente bestehen aus dem gleichen Thoriumkompensation smaterial, dem 0,15 # Dysprosiumoxyd (Dy₂O,) zugegeben wurden. Bs kann auch eine equivalente Menge eines anderen Materials mit großem thermischen !Teutronenabsorptionsquerschnitt verwendet werden. Dadurch wird die lokale Leistungsspitze von 1,1 an den Enden der einzelnen Teile der Brennelemente auf 1,0 verringert, d.h. sie wird vollständig beseitigt. Da dadurch der im Beispiel 4 angegebene relative Gesamtleistungswert der Brennstoffanordnung von 1,78 auf einen Wert von 1,62 verringert wird, ergibt sich eine zulässige Leistung des in Beispiel 4 beschriebenen Leistungsreaktors von 846 MW_th.

Beispiel 6

Eine verbesserte erfindungsgemäße Brennstoffanordnung mit höherer Leistungsdichte und wesentlich verringertem Kühlmittelströmung«widerstand besteht aus 49 stabförmigen Brennelementen, die in Torrn eintr aus sieben Zeilen und sieben Spalten bestehenden Anordnung an den Öitterpunkten einee quadratiaohen Gittere angeordnet sind, wobei der Gitterpunktabetand 1,52 cm beträgt. Die Brennelemente sind von einem rohrförmigen

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Strömungskanal mit quadratischem Querschnitt umschlossen, der aus rostfreiem Stahl besteht und eine Wandstärke von ungefähr 1,3 mm und eine aus sere Kantenlänge von ungefähr 11 am hat· Am unteren Ende der Brennstoff anordnung befindet sich ein Abstütstglied, welches mit einer Ktthlmitteldurohlaßöffnung versehen und mit einer Blende but Einstellung der Etihlmittelströmung ausgerüstet 1st· Am oberen Ende der Brennstoffanordnung ist ein Hebebügel angebracht, der die KühlmittelStrömung nicht behindert· Jedes Brennelement hat eine !Aage von 290 cm, von der 281 cm mit Brennstoff ausgefüllt sind»

Von den 49 mit einer Hülle aus rostfreiem Stahl versehenen stabfSrmigen Brennelementen jeder Brennstoffanordnung sind 39 nicht unterteilte, normale Element, die gesintertes Urandioxyd mit 99^iger theoretischer Dichte enthalten, welches aus 2,50 Gewichteprozent U ^'Og und 97,50 Gewichteproeent U²³⁶O₂ besteht. Das in der Mitte der aus sieben Zeilen und sieben Spalten bestehenden Anordnung liegende Brennelement ist unterteilt und .besitit dasselbe Iaotopenverhältals wie die normalen Elemente* Neun Brennelemente sind nicht unterteilte, stabförmige Thoriumkompensationselemento entsprechend der vorliegenden Erfindung. Diese Kompensation «elemente enthalten eine Mitehung von ThO₂ und vollständig angereichertem UO₂, dl·

BAD

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aus 97,726 Gewichtsprozent Th²³²O₂, 2,117 Gewichtsprozent U²³⁵O₂ und 0,157 Gewichtsprozent U²³⁸O₂ besteht. Die Kompensationeelemente nehmen in den beiden äusseren, sich schneidenden Brennstoffelementreihen den ersten, zweiten, fünften, sechsten und gemeinsamen siebten Platz ein.

Das maximale relative Leistungsverhältnis dieser Brennstoff anordnung beträgt nur 1,15. Ein Leistungsreaktor der in Beispiel 2 beschriebenen Art oesitzt eine thermische Leistung von 636 MW+v.» wenn er 452 Brenn β to ff anordnungen enthält, die aus mit rostfreiem Stahl umhüllten normalen UOg-Brennstoff mit einer Anreicherung von 2,5 i» bestehen. Werden diese Brennstoffanordnungen durch erfindungsgemäfie Brennstoffanordnungen ersetzt, dann erhöht sich die thermische Leistung auf 963 ^Mw^_n und die elektrische Leistung auf 291 ^₈I* ofen® daß die bei bekanntem Brennstoff auftretende Brennelementmitteltemperatur und die hochstzulässige Temperatur in der Brennelementhülle überschritten wird· Es wird alsoβine Verbesserung von über 50 f ersielt.

Dieser Anstieg in der Gesamtleistung und die Abnahme des relativen Leietungeverhältnisaee wird in diesem Beispiel natürlich teilweise durch Verwendung von Brennstoff anordnungen mit nicht unterteilten Brennelementen geringeren Durchmesserβ, teilweise durch Verwendung von mehr Brennelementen pro Anordnung und teilweise durch Verwendung von erfindungsgemäflen Thoriumkoaptneationstltmenttn «riielt. Aus einem Vergleich dts Beispieles 6

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mit dem folgenden Beiapiel 7 ergibt eich, daß eine 25 #-ige Verbesserung sich schon bei Verwendung von thoriumhaltigen Eckelementen ergibt.

Beispiel 7

Verwendet man bei der in Beispiel 6 beschriebenen Brennstoff anordnung aus sieben mal sieben Brennelementen kein Thorium, dann beträgt das maximale relative Leistungsverhältnis 1,44· Bei Verwendung derartiger Brennatoffanordnungen beträgt die maximale Leistung des im Beispiel 6 beschriebenen Leistungsreaktors nur 770 HW^· Dieser Wert entspricht nur 75 i> der Leistung, die bei Verwendung des in Beispiel 6 beschriebenen Brennstoffes erzielt wird.

Je höher die Leistungsdichte der Brennstoffanordnungen in irgendeinem Beaktor ist und je höher der Dampfblasenanteil in einem Siedereaktor ist, desto schlimmer wirken sich die bei den bekannten Brennelementen wegen des ungleichmäßigen Moderator-Brennstoff-Verhältnisses auftretenden örtlichen Leistungsspitzen aus und desto vorteilhafter ist es, nach der Lehre der vorliegenden Erfindung aufgebaute Brennstoffanordnungen zu verwenden·

In Fig. 6 ist das Verhalten von zum Stande der Technik gehörenden Brannstoffanordnungen und von nach der Lehre der vorliegenden Erfindung aufgebauten Brennstoffanordnungen mit zunehmender Bestrahlung graphisch dargestellt· Babel ist

BAD OFUGiN^AL 909809/0223

die relative Leistung des heißesten Eckelementee jeder Brennstoffanordming als Punktion der Brennetoffbestrahlung dargestellt, die in Megawattagen pro Tonne Uran und gegebenenfalls Thorium ausgedrückt ist. Die dargestellten Werte gelten für Brennstoffanordnungen der in den Pig. 1 und 4 gezeigten und in den Beispielen 1 und 3 beschriebenen Art und mit der in der folgenden Tabelle angegebenen Brennatoffzusanmeneetzung.

TABELLE 1

Stand der Technik Erfindung

29

UOg-Elernente	36 1,60*
Zahl U²³⁵O₂	too,o

ThO₂-Elemente	0
Zahl	-
ThO₂ U²³⁵O₂ U²³⁸O.

100,0

98,! 1,46#

0.14$ 100,0

Die Kurve 250 in Fig. 6 zeigt das Verhalten der zum Stande der Technik gehörenden Brenn stoff anordnung. Am Anfang der Bestrahlung hat die relative Leistung des heißesten Eckelementes einen Wert von 1,39t der durch den Punkt 252

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dargestellt ist· Im laufe einer Bestrahlung von ungefähr 1OOO MWT/t steigt die relative Leistung auf einen Wert von ungefähr 1_f4»6 an, der durch den Funkt 254 dargestellt ist· Dieser Anstieg der relativen Leistung ist darauf eurtickzufuhren, dafl in den Eckelementen, die im Gebiet höchster thermischer Neutronendiohte liegen, verhältnismäßig schnell spaltbares Pu ^ durch Bestrahlung von Tr* aufgebaut wird. Im Laufe der weiteren Bestrahlung nimmt jedoch die relative Leistung wieder ab, so dafl naoh einer Bestrahlung von ungefähr 10 000 MWT/t die relative Leistung auf einen Wert von ungefähr 1,3 abgenommen hat, der im Funkt 256 dargestellt 1st. Diese allmähliche Abnahme ist ein Ergebnis des langsameren Pu ^J-Aufbaue in den inneren Brennelementen der Brennstoff -anordnung und des schnelleren Abbrandβ des spaltbaren Materials in den Eckelementtn.

Sie untere Kurve 258 in Flg. 6 neigt das Verhalten einer erfindungsgemäOen Brennstoffanordnung während der Bestrahlung. Am Anfang hat die relative Leistung einen verhältnismäßig niedrigen Wert von 1,15, der durch den Funkt 260 dargestellt ist· Dies ist darauf EurttolOBuführen, daß die Anreioherung der Bokfcompsnsationsstäbe etwas geringer 1st und In diesen Kckstäben duroh das an die Stelle von Vr* getretene th²³² Ais thermieohen Neutronen wesentlich stärker absorbiert werden. Is Laufs der Bestrahlung nimmt die relative Leistung lunäohst etwas ab und erreicht nach einer Bestrahlung von

bad

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ungefähr 5000 MWT/t einen Wert von ungefähr 1,13 beim Puakt 262. Bei weiterer Bestrahlung nimmt die relative Leistung wieder etwas zu und erreicht nach einer Bestrahlung von 10 000 MWT/t einen Wert von ungefähr 1,15 beim Punkt 264. Bei Bestrahlung entsteht in den Eckkompensationeelementen das spaltbare tr" und in den normalen UOg-Elementen Pu , Der Umstand, daß der Spaltungsquerschnitt von U ^JJ kleiner iet als von Pu-, trägt dazu bei, datf die relative Leistung der Thoriumkompensationselemente zunächst etwas abnimmt* Das größere Umwandlungsverhältnis der Thoriumelemente führt schließlich zu einem Anstieg der relativen Leistung dieser Elemente· Im vorliegenden Falle beträgt das ursprüngliche Ifawandlungsverhältnis der ThOg-Kompensationselemente 1,19ι während das ursprüngliche Umwandlungsverhältniβ der normalen UOp-Elemente nur 0,66 ist. Die Kompensationeelemente haben also eine ausgeprägte Wirkung auf den Neutronenhaushalt der Brennstoffanordnung.

Die Kurven 250 und 258 nähern sich und schneiden ei oh eohliefllich im Punkt 266 nach einer Bestrahlung von ungefähr 13 000 MWT/t. Dieser Schnittpunkt kann verschoben werden, falls die relative Leistung der erfindungsgemäien Brennstoffanordnungen nicht so stark korrigiert wird und der höhere Schmelzpunkt und die Wärmeleitfähigkeit von ThO« gegenüber UO₂ ausgenütet wird, um In der Mitteleone dee Brennet of fen unterhalb der Schmelztemperatur au bleiben· Wird jedoch nach. Erreichen des Schnittpunktes weiter bestrahlt, dann iet die

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relative Leistung in den Eckelementen der erfindungsgemäßen Brennstoffanordnungen größer als bei den bekannten Anordnungen. Diese Situation hat jedoch keine wesentliche Bedeutung, da nach solanger Bestrahlung die Reaktivität der Brennstoffanordnung durch Abbrand eines Teiles des spaltbaren Materials im Brennstoff soweit abgenommen hat, daß die Leistung, die in einem solchen Brennstoff aufrecht erhalten werden kann, wesentlich geringer als am Anfang ist und selbst eine höhere relative Leistung in den Eckelementen nicht mehr dazu führt, daß in der Mittelzone der Brennelemente in der Nähe des Schmelzpunktes des Brennstoffes liegende Temperaturen erreicht werden.

Man kann auch nach einer Bestrahlung von 13000 MWT/t die Brennstoffanordnungen um 18O° drehen, wodurch die ursprünglich an der äusseren Ecke befindlichen ThO₀-Slemente in einen Bereich niedrigeren Neutronenflusses in der Nähe der inneren Ecke und die ÜOp-Elemente mit geringerer Leistungserzeugung in einen Bereich höheren-TT eutronenflueses in der Nähe der großen Wasserachieht gebracht werden. Durch eine darartige Drehung wird die Reaktivität der Brennstoffanordnung etwas verringert, da die ThOg-Elemente, die eine hohe Reaktivität besitzen und ziemlich viel U ^JJ enthalten, in einen Bereich mit

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geringerer ffeutronendichte "bewegt werden. Durch Drehung der Brennstoff anordnungen an diesem Schnittpunkt kann jedoch die Leistungserzeugung erhöht werden, da nun die relative Leistung der aussenliegenden Brennelemente geringer ist.

In Fig. 7 ist die ÜbersehußreaktivitätΛ k/k in Abhängigkeit von der Bestrahlung für einen Reaktor der in Beispiel 2 beschriebenen Art dargestellt. Die Kurve 270 gilt für einen Reaktor, der mit den in Beispiel 1 beschriebenen bekannten Brennstoffanordnungen beschickt ist. Die durch den Punkt 272 dargestellte ursprüngliche Überschußreaktivität beträgt ungefähr 0,18» Bei Beginn der Bestrahlung sinkt die ÜberschuSreaktivität sehr schnell auf den durch den Punkt 274- dargestellten Wert von 0,15 ab, da im Brennstoff das ilpaltprodukt Xmon erzeugt wird. Bei weiterer Bestrahlung wird schließlich ein Gleichgewichtszustand erreicht, bei welchem das Xenongift durch Neutronenbestrahlung ungefähr so schnell beseitigt wie erzeugt wird, so daß der am Anfang vorhandene starke Abfall der Überschußreaktivität aufhört. Die Kurve 270 fällt dann mit fortschreitender Bestrahlung nur noch langsam ab, da der Spalt stoff gehalt dee Brennstoffes durch die fortlaufende Bestrahlung abbrennt und daher die Überschußreaktivität abnimmt. Schließlich wird dann der Punkt 276 erreicht, bei dem der Brennstoff ausgebrannt ist, d.h. das Ende der Lebensdauer der Brennstoffanordnung erreicht ist. Die Reaktivität der Brennstoffanordnung reicht in diesem Punkt nicht mehr aus, um

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den Reaktor im kritischen Zustand zu halten· Die Lebensdauer der in Beispiel 1 beschriebenen bekannten Brennstoffanordnungen beträgt ungefähr 10 000 MWT/t.

Die Kurve 273 zeigt den Verlauf &bt übersehußreaktivität für die in Beispiel 3 beschriebenen, erfindungsgemäßen Brennstoffanordnungen· Die erfindungsgemäßen Brennstoff anordnungen haben dieselbe ursprüngliche überschuflreaktivität wie 'die zum Stande der Technik gehörenden Brennstoff anordnungen , so dafl die zulässige Lebensdauer der beiden Brennstoffe miteinander verglichen werden kann· Die ursprüngliche Ubersohulreaktlvität vor Beginn der Bestrahlung ist duroh den Punkt 272 dargestellt· Das bei der Bestrahlung auftretende Spaltprodukt Xenon hat auch hier zur Folge, dafl die Ober sohuftreaktivi tat am Anfang der Bestrahlung im wesentlichen in der gleichen Weise auf den Punkt 274 abfällt· Die sich bei weiterer Bestrahlung ergebende Kurve 278 fällt jedoch wesentlich langsamer ab» als die Kurve 270· Die duroh den Punkt 260 dargestellte Lebensdauer der erfindungsgeaät kompensierten Brennstoffanordnungen beträgt ungefähr 13000 UWf/t. Duroh die vorliegen de Erfindung werden also nicht nur die Örtlichen Leistungsspitzen wesentlich verringert und die Leistung, mit welcher der Brennstoff betrieben werden kann, erhöht, sondern es tritt darüberhinaus auch noch eine wesentliche Erhöhung der suläseigen Bestrahlung dee Brennstoffes auf. Die Verlängerung der Lebensdauer des Brennstoffes ist darauf zurückzuführen,

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daß infolge der umwandlung von Th ^ in Vr^₉ die größer ist als die umwandlung von ü ■* in Pu ·* , das durch thermische Neutronen spaltbare uran weniger etark verbraucht wird, und daß das Uranisotop U ^JJ vorteilhaftere nukleare Eigenschaften hat. Ea wurde bereite oben angeführt, daß das ursprüngliche Umwandlungsverhältnis der erfindungsgemäßen Thoriumkompensationeelemente 1,19 beträgt, während das ursprüngliche ümwandlungenrerhältniβ von UOg-Elementen nur 0,68 beträgt. Am Anfang der Reaktorlebensdauer werden daher für 100 im ThO„ verbrauchte spaltbare Atome 119 neue spaltbare Atome erzeugt· Tür 100 in den normalen UOg-Elementen verbrauchte spaltbare Atome werden dagegen nur 68 neue spaltbare Atome erzeugt· Darüberhinaus sind die ThOg-Elemente im Bereich hohen Neutronenflusses angeordnet und besitzen daher ein größere« statistischen Gewicht als die normalen UOg-Elemente in der gleichen Anordnung. Bas in den ThOg-Elwnenttn erzeugte spaltbare U " besitzt viel bessere nukleare Eigeneohaften als das in den UOn-Elementen erzeugte Pu ^J. Pro Spaltung werden durchschnittlich in Bn" -40Jt Mehr Neutronen erzeugt als im Pu . Bei einen typischen Neutronenepektrum eines Leistungsrekktors iat jedoch der Spaltungsquerschnitt von ü " nur ungefähr 35 i» dt β Spaltungequerschnitts von Pu ~*9_# Das Ergebnis aller dieser Überlegungen ist aus Fig. 6 ereiohtlioh, dl· stift, daß gemäß der vorliegenden Erfindung «in Ansteigen der Leistung in den Thoriumkompensationselementen verhindert

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wird, obwohl das umwandlungaverhältnis der Thoriumkompensation sei eaente viel größer ist.

Aus den in Fig· 7 dargestellten Kurven 270 und 281 ist ersichtlich, welche überechußreaktivitat bei gleicher Lebensdauer für den sum Stande der Technik gehörenden Brennstoff und den erfindungsgemäßen Brennstoff erforderlich ist. Die größere zulässige Lebensdauer des erfindungsgemaßen Brennstoffes (Kurve 278) kann auf die Lebensdauer des zum Stande der Technik gehörenden Brennstoffes (270) verkürzt werden,:indem man die ursprüngliche Reaktivität und Anreicherung des erfindungsgemäeen Brennstoffes verringert. Die ursprüngli che übersohußreaktivitat, dle durch di e Regelelemente ia Reaktorkern aufgenommen werden muß, verringert sich bei gleicher Lebensdauer von 0,18 auf ungefähr 0,13* In entsprechender Weise verringert sich auch die ursprüngliche Brennstoffanreicherung· Es sind natürlich auch dazwischenliegende Zustände mOglich, wo gleichzeitig eine höhere Lebensdauer und höhere Leistungenerzielt werden können.

Bei β pi el β 8 bis 12

In Fig. 8 ist eine Gruppe von vier benachbarten Brenn s to ff anordnungen 290, 292, 294 und 296 dargestellt, die in den vier Quadranten zwischen den Schenkeln eines kreuzförmigen Regelelementes 298 angeordnet sind. In einer kritischen Anordnung mit der

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In Pig. 8 gezeigten geometrischen Form wurde eine verschiedene Anzahl normaler Uranelemente durch Thoriumkompensationselemente ersetzt. Zur Feststellung, welche Verbesserungen des relativen Ifeutronenflusses und der relativen Leistung duroh einen Ersatz normaler Brennelemente mit Thoriumkompensationselementen, erzielt werden kann« wurden experimentelle Messungen durohgeftthrt. Die Zusammen se tsung der normalen Uranelemente und der Thoriumkompensationselemente ist aus der folgenden Tabelle 2 ersichtlich.

Bestandteil UOg-Blemente ThOg-Elemente

Th²³²O₂ O 98,4

1,6* 1,5

£ PVL

100,0 100,0

In der folgenden Tabelle 3 sind Beispiele 8 bis 12 von Brenn stoff anordnungen angeführt, bei denen durch Ersatz verschiedener ausserer UO₂-Elemente duroh TbX^-Elemente die relative Leistung verbessert werden kann. Die in Tabelle 3 angegebenen Werte wurden bei einer kritischen Anordnung gemessen, in welcher

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bei ausgefahrene* Regelelement eine schwache Bestrahlung aufrechterhalten wurde und hei welcher ^-rDurchetrahlunge- und andere Prüfungen der einseinen Elemente durchgeführt wurden. Xn den Beispielen 8 bis 12 let der bei jeder Prüfung gemessene Neutronenflufl angegeben. BIe Zahl und die Läge der bei jeder Prüfung verwendeten Kompensati oneelemente ist unter Hinweis auf die Brennelemente in Jig. 8 angegeben.

tabelle 3

Beispiel Zahl der XhO₂* Lage der ThO-- Relativer Relative Elemente pro !lernente^ NeutronenLeietung

Auf"¹ ™" —---

β 0 - 1·^{54 1f53}

9 1 *-.„" 300 1,44 1,28

10 3 300, 302 ¹·^{40 1}·*²

11 5 . 300, 302, 304 ¹·³⁹ · J»*¹

1« 7 30p, 302, 304

306 1,38 1,23

Xa Beispiel β betragt die relative Leistung 1,53, «ttarend ti· In Beispiel 12 aurmehr «inen Wert τοη 1,23 hat, 99 dai dl·« einer Verringerung um 30 Jl glelohkoamt. Ber relative Ifeatronenflui beträgt bei Beispiel 8 1,14 und bei Beispiel 12 1,38· Der relative Heutronenflul 1st also in Beispiel 12 um 16 J* geringer al· In

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-40- H64605

Beispiel 8. Im Beispiel 12 Ist die relative Leistung etwa β höher als in Beispiel 11, Dies rührt davon htr, daß die in Beispiel 12 zusätzlich verwendeten Elemente .306 iiberko&pensiert waren» d.h. ihr makroskopischer Neutronenabsorptionsquerschnitt war höher ale er zur Korrektur der an dieser Stelle vorhandenen Leistungsspitze erforderlich gewesen wäre. Ihre Leistung lag daher unter dem Durchschnitt, wodurch der Durchschnitt gedrückt wurde und das heißeste Element einen etwas höher liegenden relativen Lei stungswert von 1»23 bekam. Die Different der Leisttangs spit sen zwischen Beispiel 11 und Beispiel 12 ist jedoch gering und die größere ThO₂-Menge heim Beispiel 9 verbessert den Neutronenhaushalt und die Lebensdauer. Die erfindungsgemäfle Kompensation der Leistungsspitze kann praktisch vollständig durchgeführt werden, wenn man die Spaltstoffkonzentration jedes Thoriumkompensationselementes aufgrund seiner Stellung in der Anordnung und aufgrund der normalerweise an seiner Stelle vorhandenen NeutronenfluSspitzβ auswählt·

In Fig. 9 ist eine andere Ausführungeform einer aus stabförmigen Brennelementen bestehenden Brennstoffanordnung gezeigt» die jedoch drei bis viermal soviel Brennelemente enthält al« die bisher beschriebenen Anordnungen* Sin rohrförmiger Strömungskanal 310 mit quadratischem Querschnitt umschließt 144 Brennelemente 312» die an den Eckpunkten eines aus 12 Zeilen und 12 Spalten bestehenden quadratischen

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909809/0223 ' ^

Gittera angeordnet sind· In der Nähe von zwei gegenüberliegenden Ecken dieser Brenn stoff anordnung 'befinden sieh große kreuzförmige Hegelelemente 314, deren Schenkel 316 sich im wesentlichen entlang der Seitenkanten der Brennstoffanordnung erstrecken. Strichpunktierte Linien 38, 320 und 322 Beigen die Lage der Bauteile eines eierkistenfuxaigen Reaktorkerntragroatee, der diese grofien Regel- und Brennelemente abstützt.

Zur Verringerung der relativen Leistung der Eckelemente dieser Brennet off anordnung werden erfindungsgemJäS 32 Thoriuakompeneationselemente Verwendet* Die Thoriumkompensationeelemente sind die vier Bckelemente 324, jeweils sechs in der Nähe eines Bckelemente β auf den sich im Eckelement schneidenden beiden äuseeren Elementreihen angeordneten Elemente 326 und vier Elemente 328, die nicht. an der Aueaenseite liegen. Es hat sich herausgestellt, daß die relative Leistung bei Brennstoff anordnungen dieser Cfröße und insbesondere bei Brennstoff anordnungen mit mehr als neun Reihen und neun Spalten durch diese zusätzlichen Elemente 323 wesentlich verbessert werden kann, von denen jedes unmittelbar an eines der äusseren Eckelemerite angrensi. Der größte Teil der Kompeneationeelemente befindet sich jedoch in den,äusseren Elementreihen·

Die vorliegende Erfindung läßt sich auch auf ein· Abänderung der in Fig. 9 gezeigten Anordnung anwenden· Bei 'dieser Abänderung erstreckt sich jeder Schenkel 316 der in

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Pig. 9 gezeigten Regelelement» 314 nur bis emv Kitte der jeweiligen Seite der Brennstoffanordnung und an den in Hg. 9 ait den Bezugszahlen 330 und 332 bezeichneten Punkten sind ähnliche Regel element β angeordnet* Auch bei dieser Aueführungsform kann erfindungsgemäß die relative Leistung wesentlich verbessert werden.

Pig. 10 zeigt einen Querschnitt einer Brennstoffanordnung, bei welcher die einzelnen Brennelemente an den Gitterpunkten eines Dreieckgitters angeordnet sind« Bei den bisher beschriebenen Brenn stoff anordnungen befanden sich die Brennelemente immer an den Gitterpunkten eines quadratischen Gitters. Die Brennstoffanordnung 340 wird von einem Strömungskanal 342 umschlossen, der einen hexagonal en Querschnitt hat und in dem sich die einzelnen Brennelemente 344 befinden. Durch den Strömungskanal fließt ein gasförmigeθ Kühlmittel, beispielsweise Kohlendioxyd, Dampf, Stickstoff, Helium oder dergleichen, das in unmittelbarer Berührung mit den Brennelementen steht. Die einzelnen Brennelemente des Reaktorkerns sind voneinander durch Zwischenräume getrennt, in denen sich ein fester Moderator 452, beispielsweise beryllium oder Zirkoniumhydrid, und hin- und herbewegbare Segelelemente 348 mit <° drei Schenkeln 350 befinden. Sie Regelelemente sind mit ^ aus Moderatormaterial bestehenden Anhängern versehen. Infolge

co der in den Moderator schiebt en zwischen den Brennstoffen-

Ordnungen 340 auftretenden NeutronenfIuBspitie treten

^ in den äussereri Reihen und besonders an den Ecken der

hexagonalen Brennstoffanordnungen in der bereits beschriebenen Weise Leistungeepitmen auf. Die sechs Eckelemente ^6AD ORIGINAL

•·ϋ^ο- -43- 146460$

der J^eMstöffanordnunlf sind fhoriümkompensationseiemente* Weiterhin sind die beiden in unmittelbarer Nachbarschaft eines üekelementes in der aus a er en Brennelementreihe liegenden Elemente auch Thoriumltompenaationselesiente» Sie restlichen Elemente der hexagonalen Brennstoffanordnungen sind normale ÜOg~Brennelem#nte.

fig» 11 aeigt einen Querschnitt einer plattenförmigen Brennetoffanordnung 360. Im Folgenden soll ein spezielles Beispiel dieses Brennetoffes näher erläutert werden. Die einseinen Brennstoffanordnungen sind in der aus den gestrichelten Linien 362 und 364 ersichtlichen Weise KU einem Heaktorkern »usammengesetzt. Brennstoff anordnungen dieser Art sind in der USA-Patentschrift 2 838 452 näher erläutert· Jede Brennstoff anordnung besteht aus swei parallelen Seitenplatten 366, swi sehen denen Brennstoffplatten 368 angeordnet sind. Jede Brennetoff platte 368~ besteht aus einem Strangpreflprofil, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, welches sieh aus rohrförmigen feilen 370 und dazwischenliegenden Verbindungeteilen 372 eusaamengetat. Die Seitenkanten der plattenförmigen Elemente sind bei 374 abgewinkelt und mit den Seitenplatte! rerbunden, beispielsweise an diese angeschweißt. Die rohr-

to förmigen teile 370 sind mit Brennstoff 376 gefüllt.

^ Durch die Kanäle 378 »wischen den einzelnen Brenn st of ίο co platten strömt ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser· Der

ο Brennstoff 376 besteht aus IJrandioxyd mit 90 ^iger

^ ' . theoretischer Diohte und enthÄlt 3»^ ^ U²³⁵O*. Der Brenn-

* '■■■■·-■■■ * _BAD original

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stoffkörper in den rohrförmigen Teilen 370 hat einen Durchmesser von ungefähr 6,5 mm und eine Länge τοη ins- ♦ gesamt ungefähr 62,7 cm. Der Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter einzelner Brennstoffkörper beträgt 11,8 mm. In jeder Brennstoffplatte befinden sich acht Brennstoffkörper und jede Brennstoffanordnung enthält sechs Brennstoffplatten, wobei der Abstand zwischen den Mittellinien benachbarter Brennstoffplatten ungefähr 153 mm beträgt. Jede Brennstoff anordnung enthält348 g U ^⁵Og. 50 derartige Brennstoffanordnungen bilden einen kritischen Kern, in dem durch Verdampfen τοη leichtem Wasser, das als Moderator und Kühlmittel dient, ein zur Arbeitsleistung fähiger Dampf erzeugt werden kann. Die thermische Leistung eines derartigen Reaktorkerne wird durch die FIuS- und Leistungsspitzen auf ungefähr 25 KV-th ^Dee>^nzt> Der Einfluß der Leistungsspitzen kann erfindungagemäS verringert werden, indem ein Kbmpensationsbrennstoff aus 97 »8 i» ThOg und 2,2 Ji vollständig angereichertem UOg verwendet wird, woduroh dl· thermisch· Leistung auf ungefähr 32,5 **+_n

•rhöht werden kann, ohne daß in der Mittelzon· der Eckelemente der Brennstoff schmilzt·

to ⁰^

ο In flg. 12 ist ein· zweite Aueführungeform einer <=>

CD ■ ■> O)

co plattenförmigen Brennstoffanordnung dargestellt. Die

Brennetoffanordnung besteht aus zwei parallelen Stiten-

to platten 392, die auf der Innenseite ,394 mit Aue co tparungen vereehen sind, in denen die, 3*itenkant*n von

Brennstoffplatten 396 sitzen. Jede Brennstoffplatte BAD ORIGINAL

■ besteh* aus einer? eine Brennstoff schient 400 .schließendenäusseren Hüllschidiit; 399. Durch die Zwi sohenräume 402 zwi sehen benachbarten Brennstoff platten 396 strömt eine Neutronen moderierende flüssigkeit, beispielsweiseleichtes Wasser¹, Thermische ffeutronenfltiSspitzen ItQd LeiBtungsepitzen treten in den äusseren Bereichen dieser Brennet of!"anordnung auf und-können gemäß der vorliegenden Erfindung verringert werden* Die äusseren Brennstoff platt en 404 enthalten einen Thorittmicomyensationebrennetoff· Die Brenn stoff schicht 406 in den äusseren Brennstoffplatten besteht aus einer Mischung von 05 $ Thorium, 2,5 # U²³⁵O^ und 12,5 * U²³⁸O₂, die in Form einer Oj^jrd-Metall-Bi sper si on vorliegt. Die verbleibenden Brennstoffplatten der Anordnung besitzen eine brennstöffhaltige Schicht 400,^; die im mittleren Bereich der ie^eili^««¹ Brennetoffplatte angeordnet ist und aus angexlchertem uran und Aluminium besteht. Die Äuesenkanten dieser inneren Brennstoffplatten sind mit einem Streifen 403 versehen, der Thoriumkompensationsmaterial enthält, iharch diese Streifen und die äueeeren blatten werden FluÄ- und Leietungsepitzen verringert, die eonatan den Kanten der zwi sehen den bei den Huseeren Platten liegend en

Q Brennetoffplatten und la den äueeeren Platten infolge der

oo awieohen einseinen Brennstoff anordnungen des Kerne jror-

«° handlnen Moderatorachioht auftreten würden;

n> JIg. 13 aeigt einen Quer schnitt durch eine innen

^ω gelegene Brenn etoffplatte 396 der in WLg, 12 <5arge-

m^0Bl

- 4ο -

»teilten Brenn stoff an Ordnung. Die Brenn stoff plat te enthält einzelne Abschnitte, wobei jeder Abschnitt aus einer Schicht 400 aus Brennatoffmaterial besteht, die von einer Hüllschicht 398 umschlossen ist» Bie lokalen thermischen Neutronenflußspitzen, die sonst an den Enden als auch an den Seitenkanten dieser auseinanderliegenden Brenn stoff schichten 400 auftreten würden, :.-werden durch die Streifen 408 aus Thoriumkompensationsmaterial kompensiert·

In Fig. 14 ist eine andere Ausftthrungsform einer Brennstoffplatte 410 gezeigt, die aus einem einzeigen Abschnitt besteht und eine Schicht aus Brennetoffmaterial 412 besitzt, die in den. Bereichen lokaler thermischer Neutronenspituen an den Enden und an den Kanten (des gesamten !Anfangs) der Brennstoffschicht mit Thoriumkompensationsstreifen 414 versehen ist.

, In Fig. 15 ist ein Querschnitt einer anderen

aus etabförmigen Brennelementen bestehenden Brennstoffanordnung gezeigt* Bie Brennelemente sind in iorm einer quadratischen 5x5 Anordnung dargestellt» Ss kann nadttrlich auch eine andere Anzahl von Brennelementen *? verwendet werden und die Brennelemente können auch in ':^y

oo Form eines Brei ecke oder in irgendeiner anderen ?örm ?.; ο ' ^

co angeordnet werden, Bio aus einem Hüllrohr 424, und au« ■

5^ einem darin befindlichen Brennstoffkörper bestehenden ^ω. BADORSGiNAL

Brennelemente 422 sind von einem KühlmittelstrÖsungekarial 420 umschlossen· Eine benachbarte Brennstoffanordnung ist durch die gestrichelte linie 428 angedeutet und swisehen diesen benachbarten Brennstoff sn-Ordnungen ist ein Zwischenraum 430 vorhanden, der mit Moderator ausgefüllt ist· Bas Thoriumkompansationsmaterial ist getrennt vom Brennstoff angeordnet und befindet sich in der Wandung des Kanals 420 in Form eines oder mehrerer Körper 432« Bas Kompensationematerial ist jedoch in der Iföhe der äusseren Reihen der Brennelemente 422 in lokalen Bereichen hohen thermischen Neutronenflusses und in der Nähe der die Brennstoff anordnung umgebenden Moderator schichten angeordnet und bewirkt eine Verringerung der therralsehen Ifeutronenflufl- und Leistungsspitzen in den äueeeren Brennelementen, ferner enthalten auch die Eckelemente 423 rhoriumkompensati cm material.

Fig. 16 fteigt einen Querschnitt einer aus Brennstoff -platten bestehenden Brenne to ff anordnung, die «wischen benachbarten Brennetoff anordnungen liegt. Die Anordnung beeitet Brennstoff platten 440, die swisohen Seitenplatten 442 angeordnet sind. Das fhoriumkompeneatione-JfJ material ist in den Seitenplatten in Form von Körpern

% 444 angeordnet und dient dem oben besehriebenen Zweck.

5J Das Thoriumkompeneationsmaterial kann auch gegebenen n> falls in ä&r Kanalwandung oder in den Seitenplatten 'der . ;.;

°* - BAD

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in den Fig. 15 und 16 gezeigten Anordnungen in Form einer Dispersion, einer Legierung oder in einer anderen Form verteilt sein.

Der makroskopische thermische lieutronenabsorptionsquerschnitt 2£a eines Brennstoffmaterials kann mit Hilfe der folgenden Gleichung b-mohnet werden:

wobei /^ die Dichte des Brennstoffmateriala in Gramm pro Kubikzentimeter, N die Avogadro'sehe Zahl (6,06 χ 10 ■*) Atome pro Grammatom) ,M das Atomgewicht in Gramm pro Grammatom, ν der Anteil einer bestimmten vorhandenen Atoraart und ο der mikroskop".^che thermische !Teutronenabsorptionsquerschnitt der Atome einer bestimmten Atomart.

Aus der bisherigen Beschreibung, in welcher die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf Reaktorkerne und auf die einzelnen Brennelemente und Brennstoffanordnungen erläutert ist, ist ersichtlich, wie die vorliegende Er-findung vorteilhaft im wesentlichen bei jedem heterogenen

Kernreaktor verwendet werden kann, der ein thermisches to '

<p Neutronenenergiespektrum besitzt und bei dem strukturelle

ο oder andere Inhomogenitäten eine ungleichmäßige thermische

"^ Neutronenflußverteilung mit lokalen Bereichen relativ ^₀ hohen thermischen neutronenflusnoπ zur Folge haben, dem

ein Teil einer Brennstoffanordnung ausgesetzt ist. Die

BAD ORi

Konzentration des durch thermische "Neutronen spaltbaren Materials in (lon Koiapenaationgelomenten gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch übliche Berechnungsverfahren bestimmt werden. Dabei muß die folgende Gleichung durch ein Iterationsverfahron gelöst werden:

wobei die Indizes c und uc die kompensierten und unkompensiorten Bereiche der infrage kommonden Anordnungen bezeichnen und

e = Spaltntoffatome pro Atom der gesamten

Mi schung
-^y = der unter Berücksichtigung des Meutronen-

apektrums berechnete mikroskopische Spaltungsquernchnitt des Spaltotoffes in dem infrage» kommenden Bereich (vgl. II. Hurtwitz u.a. "Neutron Thermalization", Nuclear Science nnd Engineering, 1, 230-312 (1956) für ein Verfahren zur Bestimmung des thermischen

Neutronenspektrums in einem Reaktorkern) co

CD _Λ

co Lß = "Dichte den infrage kommenden Bereiches in

CX)
O
CO

g/cm .

° M= Atom- oder Molekulargewicht des infrage

_ω kommenden Bereiches in g/Grammatom oder

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g/Gramraol.

φ = der durchschnittliche ITeutronenfluß in dem infrage kommenden Bereich in .T eutr on «m/cm see, der durch ein-, zwei oder dreidimensionale Diffusionstheorie' oder mit Hilfe einer weiter unten "beschriebenen Näherung höherer Ordnung der Transportgleichung berechnet werden kann,

Y = Verhältnis der relativen Leistung in einem kompensierten Bereich zur relativen Leistung, die im unkompensierten Zustand des Bereiches auftreten würdf (Y ist immer gleich oder kleiner als 1,0).

/\= der nich aus der Änderung dnr Wärmeleitfähigkeit, der Abmessung oder des Schmelzpunktes ergabende Gewinn in der relativen Leistungserzeugung des kompensierten Bereiches.

Das Plußverhältnin *uc in der obigen Gleichung ist eine Punktion einer Anzahl von variablen Größen, d.h.

uc Wf

^Duc

BAD

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■ - 51 -

wobei der Index m auf den Moderatorbereich und der
Index s auf den mit Strukturmaterial '^füllten Bereich hinweisen und

as der unter Berücksichtigung des ITeutronenspektruma berechnete mikroskopische Absorptionsquerschnitt des infrage kommenden Bereiches, der in der gleichen Weise wie ο ~ bestimmt wird·

= der unter Berücksichtigung des Neutronen spektrums berechnete makroskopische Absorptionsquerschnitt des infrago kommenden Bereiches

si = der unter Berücksichtigung des Neutronenspektrums berechnete makroskopische Abbremsquerschnitt des infrage kommenden Bereiches und

D = der unter Berücksichtigung des Spektrums berechnete DiffUFionskoeffezient des infrage
kommenden Bereiches.

Eine der Variablen bei der Bestimmung von ( fuc \ ist

e , so daß in den meisten Killen die Berechnung durch
Iteration erfolgen muß. Die in dor vorhergehenden Formel angegebenen Größen ändern sich mit der Brennstoff -bestrahlung. Bei der Berechnung der optimalen Anfangseigenschaften des kompensierten Bereiches muß diese Änderung berücksichtigt werden. Das relative Flußverhaitnis / ψ uc

-)■

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kann durch Lösung der bekannten stationären Boltzmann Gleichung "berechnet werden, die lautet:

,a, E)

₁SL, E)₊ £_t(r,E)

wobei r,-ß· , und Ξ die funktionale Abhängigkeit von der Lage, Richtung und Energie angeben und 3ÜL der Streuquerschnitt, a» ^ der Gesamt quer schnitt und S die C?uelle ist. Vergleiche beispielsweise B. Davison "Neutron Transport Theory¹¹, Oxford (1957). In vielen praktischen I&llen kann die Boltzmann-GHeichung zur bekannten stationären Neutronendiffusionsgleichung vereinfacht werden,mit Hilfe der das relative Flußverhältnis ( !fuc ) leichter

berechnet werden kann und die lautet!⁰

- V . D (r,E) V (f (r,E) ₊ j£_a(r,E)₊ ^-_sl(r,E)J (f (r,E)

Es sind analytische und numerische Verfahren zur Lösung D der DiffUHionsgleichung bekannt. Vergleiche beispielsweise

ο ' E. L, Wachsprens "Cure: A Genoraülzed Two-Space-Dimeneion

ζ Multigroup Coding for the IBM-7O4" EAPL-1754- (1957),

^ D. 3. MpCarty et al. ¹¹DRACO - A Three-Dimeneiohal- Fet*-Q-roup

λ Depletion Code for the IBM-704", WAPD-TM-137 (1958) and

3. Glasstone and M. Edlund, "The Elements of Nuclear

BAD ORSGiNAL Reactor Theory", D. VanNostrand 1952.

Wie oben bereits angeführt wurde, muß der 'Vert «<C-_a· für das Thoriumkompensationsiaaterial am Anfang wenigstens gleich dem if' für das normale, uranhaltige Brennstoffmnterial sein. Je nach dem Grad der Korrektur dor relativen Leistung und der gewünschten Lebensdauer sollte das Jg^ für das Kompensationsmaterial nicht höher als fünfmal so groß sein wie dasJ^ für das Uranbrennstoffmaterial. Dieser j£ Bereich von 1 yO bis 5,0 gilt auch für dan in der Beschreibung angeführte dritte BrennstOffmaterial, welcher aus Thoriumkompensationsbrennstoff besteht, das ein Material mit hohem Ϊ? eutroneneinfangsquerschnitt enthält und zur Kompensation an den Unden der Abschnitte eines Thoriumkompensationseiementes verwendet wird. Die aus Thoriumkompensationsmaterial bestehendon Körper, Abschnitt?oder Elemente können die gleiche Sröße wie die normalen Uranbrenn stoff körper haben oder auch größer odor kloiner als diese sein.

Für die unkompensierten Bereiche des orfindungsgemäßen Reaktorbronnstoffes wird als Kornbrennotoff U verwendet, dan mit natürlich vorkommenden oder mit künstlich zugefügten, durch thermische Neutronen spaltbaren Isotopen U ^' U ,

PiQ 241

Pu , Pu und anderen anger.eiphßrt ist. In den Thorium-

° kompen sation ober oichen des eriinclungsgemäßen Reaktorbrenn-

ο stoffes wird ala Kernbrennfltp.ff Th verwendet, dem ;.i£gend-

co · ■' '

"^ welche der oben genannten durch thermische rieutranfin spalt-

J^ baren Ihotope zügeaetat werden können, das aber auch ohne to

Zusätze verwendet werden kann. Die ^, einem . .gegebenen,..- Bereich

BAD NS

vorhandenen JTeng^n dieser Stoffe werden in der oben beschriebenen V/eise ro bestimmt, daß im Kompennationselement oin makroskopi ^c-cher thermischer ITgutronenabsorptionsquerschnitt vorhanden ist, der am Anfang wenigstens gleich dem entsprechenden *7ert in den normalen Elementen ist. Die brütbaren und spaltbaren Stoffe können in den normalen und Kompensationselementen in elementarer Form al ρ Metalle, als Me tallini sehungen, bei-" spielsweise Legierungen oder intermetallische ^erbindungen, oder als chemische Yerbindungen, beispielsweise als Oxyde, Karbide, Nitride, Silicide und dergleichen, oder auch in anderer Form verwendet worden.

Die Anwendung ■?er vorliegenden Erfindung hängt nicht von der Art des verwendeten Moderators und/oder Kühlmittels ab· Neutronenmoderatoren sind bekanntlich Stoffe, die Atome mit niedrigem Atomgewicht und niedrigen thermischen Neutronenabsorptionsquerschnitt enthalten, beispielsweise Graphit, Wasserstoff, Deuterium, leichtes und schweres Wasser, (argmisehe Kohlenwasserstoffverbindungen mit leichtem oder schwerem Wasserstoff, Beryllium, Berylliumoxyd, Zirkoniumhydrid und dergleichen. Es könmvQ natürlich Mischungen dieser Stoffe verwendet werden.

=> Die Anwendung der vorliegenden Erfindung hängt auch nicht ο

^ von der TTatur der Regelelemente ab und es können deshalb für

^ die Regelelemente verschiedene Stoffe mit hohem Abaorptions- *> querschnitt verwendet werden. So beispielsweise Bor, Kadmium, *· Gadolinium, Silber, Dysprosium, Samarium, Europium, Hafnium,

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Quecksilber und andere Elemente, die einen hohen Neutroneneinfangsquerschnitt haben. Diese sogenannten Reaktorgifte können in elementarer Form, in Form einer Mischung oder Verbindung im festen, halbfesten, flüssigen, geschmolzenen oder gelösten Zustand verwendet werden. Diese Reaktorgifte können auch dem Thoriumkompensationsmaterial zugegeben werden, damit das beschriebene dritte Brennstoffmaterial entsteht, das an den Enden der einzelnen Teile eines Thcriumkompensationsbrennstoffelementes gemäß Beispiel 5 in Bereichen verwendet wird, in denen sonst ein hoher örtlicher thermischer Neutronenfluß auftreten würde,

Als Strukturmaterial können beispielsweise bei der erfindungsgemäßen Anordnung rostfreier Stahl, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Zirkonium, Zirkoniumlegierungen, Nickel und Nickellegierungen verwendet werden.

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Claims

GSITERAL EISCIRIC COMPANY Sehenectady 5, N.Y. River Road 1, V.St.A. Patentanmeldung: Brennelementanordnung für einen Leistungsreaktor PATEN TA IT SPRÜCHE

1.) Anordnung, bestehend aus einem ersten Brennstoffmaterial, das anfänglich U -* und ein durch thermische Neutronen spaltbares Material enthält und bei Bestrahlung durch Neutronen des thermischen Energie spektrums einer ungleichmäßigen thermischen Neutronenflußverteilung mit lokalen Bereichen relativ hohen thermischen Neutronenflusses ausgesetzt ist, wobei der verhältnismäßig hohe thermische Neutronenfluß auf einen Teil der Anordnung einwirkt, gekennzeichnet durch ein zweites Brennstoffmaterial, welches in der Anordnung im lokalen Bereich des verhältnismäßig hohen thermischen Neutronenflusses angeordnet ist und anfänglich Th ^J und ein durch thermische Neutronen spaltbares

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Material enthält und dessen makroskopischer thermischer ITeutronenabsorptionsquerschnitt anfänglich nicht goringer als der des ersten Brennstoffmaterialn ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, in Form eines Kernbrennstoffelementes oder einer Kernbrennstoffanordnung," dadurch gekennzeichnet, daß das zweite BrenB^toffmaterisl im Element oder in der Anordnung im lokalen Ttereich des verhältnismäßig hohen thermischen Neutronenflusses angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, in Form eines Kernbrennstoff elsmentes, von dem ein ^ Anzahl zusammen mit einem Jfeutrönenmoderator in einer heterogenen Struktur verwendet werden kann, die zu einer sich selbst erhaltenden, durch thermische Neutronen, induzierten üernspaltungskettenrenktion fähig ist, und in welcher strukturelle lahoniogoni täten im LToderntor-Urennstoff-Verhältnis eine ungleichmäßige thermisch?* Neutronenflußverteilung mit lokalen Bereichen verhältnismäßig hohen thermischen !TeutronenfTusses zur ?olge halbe, wobei der verhältnismäßig hohe thermische TTeutronenfluß auf einen Teil des Brennstoff elementos einwirkt, welchon aus wenigstens einem Pr^nnstoffelementabschnitt besteht, der einen Körper aus Kerabrennstoff enthält, dadurhh gekennzeichnet, daß der Prennstoffelementabschnitt von einem länglichen Rohr mit kreisförmigem Querschnitt gebildet ist, welches den Körper aus ICernbrennstoff enthält und an jedem Ende mit Dichtungsmitteln vorsehen ist, in deren Nähe das

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zweite Brennstoffmaterial angeordnet ist, oder der Brennstoffelementabschnitt von einer länglichen Platte gebildet ist, die den Körper aus Kernbrennstoff in Form einer inneren Schicht enthält, deren Aussenflache wenigstens zum Teil von dem zweiten Brennstoffmaterial überdeckt ist.

4· Anordnung nach Anspruch 1, in Form einer Brennelementanordnung, die zusammen mit anderen Brennelementanordnungen und einem Neutronenmoderator in einer heterogenen Struktur verwendet werden kann, die einer sich selbst erhaltenden, durch thermische Neutronen induzierten Kemapaltungskettenreakticm fähig ist, und in welcher strukturelle Inhomogenitäten im Mod erator-Brenns to ff-Verhältnis eine ungleichmäßige thermische Neutronenflußverteilung mit lokalen Bereichen relativ hohen thermischen Neutronenflusses erzeugen, wobei diesem verhältnismäßig hohen thermischen Neutronenfluß kleinere !Teile der Brennstoffanordnung ausgesetzt sind, die aus länglichen Brennelementen besteht, die in feststehender räumlicher Beziehung zueinander im Abstand voneinander angeordnet -sind, xtnd von denen jedes wenigstens einen Körper aus Kern3a?enn~ stoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens.d£r größere Teil des zweiten Brennstoffmaterials in den Elementen der Anordnung angeordnet sind, die in den lokalen Bereichen mit verhältnismäßig hohem thermischen Neutronenfluß liegen, und wenigstens der größere Teil des ersten Brennstoffmaterials in den in anderen lokalen

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Bereichen liegenden Brennelementen der Brennstoff anordnung angeordnet ist»

5. Brennelementanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Brennelement aus in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Brennstoffkörpern besteht, wobei aus dem zweiten Brennstoffmaterial bestehende Körper in den lokalen Bereichen mit verhältnismäßig hohem thermischen Neutronenfluß entlang der Länge von wenigstens einigen der äusseren Brennelemente der Anordnung und an den Enden der Kernbrennstoffkörper in allen anderen Brennelementen der Anordnung angeordnet sind*

6· Brennelementanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennelemente längliche, stabförmige Elemente sind, die aus axial auegerichteten, miteinander verbundenen Abschnitten bestehen, und die aus dem zweiten Brennstoffmaterial bestehenden Körper entlang der Länge wenigstens eines der äusseren Brennelemente der Anordnung und an den Enden jedes stabförmigen Abschnittes aller anderen Brennelemente in der Anordnung in den lokalen Bereichen mit verhältnismäßig hohem thermischen Neutronenfluß angeordnet sind.

7· Brennelementanordnung nach Anspruch 6, dadurch ge— ■° kennzeichnet, daß in den lokalen Bereichen mit verhältnis-O₃ mäßig hohem thermischen Neutronenfluß an den Enden der .ο Abschnitte in den äusseren, zweites Brennstoffmaterial ° enthaltenden Brennelementen ein drittes Brennstoffmaterial ^ angeordnet ist, welches aus dem zweiten Brennstoffmaterial und aus Reaktorgift besteht, welches ein ^- gewähr*-

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leistet} welches anfänglich nicht geringer ist ala das des zweiten Brennstoffmaterials.

8. Brennelementanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennelemente längliche, plattenförmige Elemente sind, die aus miteinander verbundenen und aufeinander ausgerichteten Plattenabschnitten bestehen, und die Körper aus dem zweiten Brennstoffmaterial entlang der Länge wenigstens eines der an der Aussenseite der Anordnung liegenden Elemente und an den Enden jedes Plattenabschnitteθ in allen anderen Brennelementen der Anordnung in den lokalen Bereichen mit verhältnismäßig hohem thermischen Neutronenfluß angeordnet sind*

9. Brennstoffanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper aus dem zweiten Brennstoffmaterial entlang der Kante jedes Plattenabschnittes in der Nähe der Aussenheite der Anordnung in dem lokalen Bereich mit verhältnismäßig hohem thermischen Neutronenfluß angeordnet sind«

10. Brennelementanordnung nach Anspruch 4·, bei welcher die länglichen Brennelemente stabförmig sind und aus normalen und Kompensationselementen bestehen, wobei

, jedes normale Element wenigstens einen normalen Brennstoffkörper enthält, der anfänglich aus U²^ und einem durch thermische Neutronen spaltbaren Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kompensationselement wenigstens einen XoapenaationebrennatoffkOrper enthält, der anfinglieh Th-* und ein durch thermisch· Neutronen epaltbmrea

BAD 0RK3!N^AL

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Material enthält, der normale und der Kompensationsbrennstoff derart zusammengesetzt sind, daß der makroskopische thermische Neutronenabsorptionsquer-

- schnitt ^T₀ des Kompensationsbrennatoffes anfänglich nicht geringer als der makroskopische thermische Neutronenabsorptionsquerschnitt "^. _β de?? normalen

El

Brennstoffes ist und die Mehrzahl der Kompensationselemente an der Aussenseite der Anordnung in lokalen Bereichen mit verhältnismäßig hohem thermischen Neutronenfluß in der Nähe der Moderatorschichten angeordnet ist.

11. Brennelementanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennelementanordnung einen quadratischen Querschnitt hat, die Brennelemente in Form eines quadratischen Gitters angeordnet sind und die Mehrzahl der Kompensationsbrennstoffelemente wenigstens an einem Schnittpunkt von Brennelementreihen und wenigstens an zwei sich schneidenden äusseren Brennelementreihen der Anordnung angeordnet sind.

12. Brennelementanordnung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff anordnung

^ einen hexagonalen Querschnitt hat, die Brennelemente

ο der Anordnung in Form eines dreieckförmigen Gitters

^ angeordnet sind und die Mehrzahl der Kompensations-

J^ brennstoff elemente an wenigstens einem Schnittpunkt

1 /_; 6 4 6 O 5

-X-

zweier Brennelementreihen und wenigste~ a zwei äusseren Brennelementreihen der Anordnung angeordnet sind·

13. Brennelementanordnung nach Anspruch 4_t "bei welcher Brennelementanordnungen zusammen mit einem Neutronenmoderator in einer heterogenen Struktur angeordnet sind, die einer sich selbst erhaltenden, durch thermische Neutronen induzierten Kernspaltungskettenreaktion fähig ist, und in welcher durch strukturelle Inhomogenitäten im Moderator-Brennstoff-Verhältnis eine ungleichmäßige thermische Neutronenflußverteilung mit lokalen Bereichen mit verhältnismäßig hohem thermischen Neutronenfluß entsteht, der auf Teile der aus vielen Brennelementen "bestehenden Brennstoffanordnung einwirkt, die von einem Bauelement umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bauelement wenigstens ein Brennstoffkörper enthalten ist, wenigstens ein Teil des zweiten Brennstoffmaterials im Bauelement in den lokalen Bereichen mit verhältnismäßig hohem thermischen Neutronenfluß und wenigstens der größere Teil des ersten Brennstoffmaterials in den Brennelementen der Anordnung angeordnet ist, die sich nicht in lokalen Bereichen hohen thermischen Neutronenflusses befinden.

14. Brennelementanorclnung nach Anspruch 13, bei welchem als Brennelemente stabförmige längliche

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Elemente und als Bauelement ein an "beiden Enden offener, rohrförmiger Strömungskanal verwendet wird, der die Brennstoffanordnung umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß ein anderer Teil des zweiten Brennstoffmaterials entlang der Länge wenigstens eines der äusseren Brennelemente der Anordnung im lokalen Bereich relativ hohen thermischen Neutronenflusaee angeordnet ist·

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