DE1814641B2 - FUEL ELEMENT BUNDLE FOR A THERMAL NUCLEAR REACTOR - Google Patents

FUEL ELEMENT BUNDLE FOR A THERMAL NUCLEAR REACTOR

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DE1814641B2 DE19681814641 DE1814641A DE1814641B2 DE 1814641 B2 DE1814641 B2 DE 1814641B2 DE 19681814641 DE19681814641 DE 19681814641 DE 1814641 A DE1814641 A DE 1814641A DE 1814641 B2 DE1814641 B2 DE 1814641B2
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Description

Die nuklearen Eigenschaften von Plutoniumbrenn- gewonnen ist, ist ein Gemisch von mehreren Plutoniumstoff hängen von dem Isotopengehalt des Plutoniums isotopen einschließlich dem spaltbaren Pu 239 und ab, d. h. von dem Verhältnis der Mengen von Pu 239, 55 Pu 241, Brutmaterial Pu 240 sowie Pu 242, das in Pu 240, Pu 241 und Pu 242. Der Anteil von Pu 240 einem thermischen Reaktor ein parasitäres Material ist besonders wichtig, und zwar wegen seiner großen oder Gift ist. Eine isotopen-ZusammenseUung von Neutroneneinfangresonanz bei etwa 1 eV. Neutronen- Plutonium, die typisch für erschöpften Uranbrcnneinfänge in Pu 240 erzeugen Pu 241, das durch nieder- stoff aus einem Siedewasserreaktor ist. lautet folgenenergetische thermische Neutronen spaltbar ist. 60 dermaßen:The nuclear properties of plutonium is a mixture of several plutonium substances depend on the isotope content of the plutonium isotopes including the fissile Pu 239 and from, d. H. on the ratio of the quantities of Pu 239, 55 Pu 241, breeding material Pu 240 and Pu 242, which in Pu 240, Pu 241 and Pu 242. The proportion of Pu 240 a thermal reactor is a parasitic material is especially important because of its great or poisonous nature. An isotopic combination of Neutron capture resonance at around 1 eV. Neutron plutonium, typical of exhausted uranium deposits in Pu 240 produce Pu 241, which is extracted from a boiling water reactor by means of low-fuel. is consequential energetic thermal neutrons is fissile. 60 so:

Die Verwendung von Plutoniumbrennstoff in einem
Reaktor, der ursprünglich für die Verwendung von
The use of plutonium fuel all in one
Reactor originally designed for the use of

Uranbrennstoff dimensioniert worden ist, erfordert die IsotopUranium fuel has been sized, requires the isotope

Berücksichtigung von Unterschieden im Reaktorbetrieb wegen der Unterschiede der nuklearen Eigen- 65 Pu 239Consideration of differences in reactor operation due to the differences in the nuclear properties 65 Pu 239

schäften der beiden Brennstoffe. Zu den bedeutend- Pu 240shafts of the two fuels. Among the most important- Pu 240

sten Unterschieden bezüglich des Reaktorbetriebs ge- Pu 241most differences with regard to reactor operation are Pu 241

hören die folgenden: Pu 242hear the following: Pu 242

AtomaiiteilAtomic part

0,590 0,257 0,121 0,0320.590 0.257 0.121 0.032

! 814 641! 814 641

Es ist wünschenswert, die Kosten für die Abtreniung dieser chemisch ähnlichen Plutoniumisotope zu vermeiden.It is desirable to increase the cost of separating these chemically similar isotopes of plutonium avoid.

Es sind bereits Brennstoffelementbündel für einen thermischen Kernreaktor bekannt (französische Patentschrift 1 314 168), die in mehreren Gruppen einschließlich einer Innengruppe und mindestens eintr Aufiengrr^pe von Brennstoffelementen im wesentlichen konzentrisch um die Innengruppe angeordnet sind, wobei die Brennelemente mindestens einer Gruppe spaltbares Material und Thorium 232 in vorbestimmter Anfangsanreicherung enthalten und wobei der Anfangsthoriumgehalt des Brennstoffs der Brennelemente der einen Gruppe sich wesentlich von dem Anfangsthoriumgehalt der Brennelemente jeder anderen Gruppe unterscheidet. Durch die Verwendung von Thorium 232 als brütbares Material soll dabei in ört lichen Bereichen mit hohem Neutronenfluß die Lei-•tungsvcrteilung verbessert werden. Dieser bekannte Vorschlag ist jedoch nicht ohne weiteres geeignet, ein Brennstoffelementbündel der eingangs genannten Art eo auszulegen, daß die Gruppen der Brennstoffelemente unter Berücksichtigung der erwähnten Probleme einen geeigneten unterschiedlichen Gehall an spaltbarem Uran und Plutonium aufweisen. There are already fuel element bundles for a thermal nuclear reactor known (French patent 1 314 168), which are arranged in several groups including an inner group and at least one Aufiengrr ^ pe of fuel elements essentially concentrically around the inner group, the fuel elements at least one group of fissile material and Contain thorium 232 in a predetermined initial enrichment and wherein the initial thorium content of the fuel of the fuel assemblies of one group differs significantly from the initial thorium content of the fuel assemblies of every other group. The use of thorium 232 as a breeding material is intended to improve the line distribution in local areas with a high neutron flux. This known proposal, however, is not readily suitable to design a fuel element bundle of the type mentioned eo that the groups of the fuel elements under consideration of the problems mentioned have a suitable different Gehall of fissile uranium and plutonium.

Hinsichtlich der sich bei der Verwendung von Plutonium ergebenden Verhältnisse bei Brennstoffelementbündeln der eingangs genannten Art ist es bereits bekannt (»Plutonium as a Reactor Fuel«, 1967, S. 3 bis 26 und S. 571 bis 583), eine ungleichmäßige Verteilung des Plutoniumgehalts über die Brennelemente des Bündelquerschnitts vorzunehmen. Der dort grundsätzlich angegebene l.ösungsweg betrifft den Vorschlag (S. 18). die Gitterabstände oder die Durchmesser der Brennstoffstäbe zu modifizieren. Insbesondere sollen dort die Brennstoffelemente der äußeren Gruppe eine unterschiedliche Anreicherung an Plutonium aufweisen. Andererseits geht aber aus der Vorveröffenllichung hervor, daß es wegen der bestehenden Schwierigkeiten der genannten Art bisher praktisch nicht möglich war. Plutonium in Kombination mit Uran bei Brennelementbündeln der eingangs genannten Art zu verwenden. Insbesondere wird dort eine Schwierigkeit hinsichtlich der Fehhinpassung von Bündel zu Bündel diskutiert (S. 25 unten), wenn die umgebenden Bündel anfänglich Plutonium an Stelle von Uran enthalten. Die in diesem Zusammenhang bestehenden Schwierigkeiten sollen durch die Erfindung möglichst weitgehend vermieden werden.Regarding the use of plutonium The resulting conditions in fuel element bundles of the type mentioned at the beginning are already there known ("Plutonium as a Reactor Fuel", 1967, pp. 3 to 26 and pp. 571 to 583), an uneven distribution of the plutonium content via the fuel elements of the bundle cross-section. The one there basically The indicated solution concerns the proposal (p. 18). the grid spacing or the diameter of the Modify fuel rods. In particular, the fuel elements of the outer group should be there show different levels of enrichment in plutonium. On the other hand, however, goes from the pre-publication shows that, because of the existing difficulties of the type mentioned, it has not been practically so far was possible. Plutonium in combination with uranium in fuel assemblies of the type mentioned at the beginning to use. In particular, there becomes a difficulty in mismatching bundles Bundles discussed (p. 25 below) when the surrounding bundles initially contain plutonium instead of uranium. The difficulties that exist in this connection are intended as far as possible by the invention largely avoided.

Is ist deshalb Aufgabe der I rfindung, ein Brennstoffelcmentbündei der eingangs genannten Art unter Berücksichtigung der erwähnten Schwierigkeiten so auszubilden, daß eine solche Isotopenzusammenset-7.ung von Plutoniumbrennston" verwendbar ist, die typisch für aus bestrahltem Kernbrennstoff gewonnenes Plutonium ist.It is therefore the task of the invention to create a fuel system of the type mentioned above, taking into account the difficulties mentioned so to train that such an isotopic composition of plutonium burning clay "which is typical for plutonium extracted from irradiated nuclear fuel.

Diese Aufgabe wird bei einem Brennstoffelementbündel der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brennstoffelemente hinsichtlich ihres Brennslofl'gchaltes in mehrere zueinander konzentrische Gruppen aufgeteilt sind, daß dabei die Brennstoffelemente der äußeren Gruppe anfänglich spaltbares Uran, aber kein Plutonium enthalten, daß die Brennstoffelemente mindestens zweier anderer Gruppen anfänglich spaltbares Plutonium enthalten und daß sich der anfängliche Plutoniumgehalt des Brennstoffes der Plutonium enthaltenden Gruppen in der Weise unterscheidet. daS der h&chste Plutoniumgehalt in der innersten Gruppe vorliegt. In a fuel element bundle of the type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention in that the fuel elements are divided into several concentric groups with regard to their fuel elements, that the fuel elements of the outer group initially contain fissile uranium but no plutonium, and that the fuel elements contain at least two other groups initially contain fissile plutonium and that the initial plutonium content of the fuel of the plutonium-containing groups differs in that way. that the highest plutonium content is in the innermost group.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung beträgt die radiale Änderung der Anfangsplutoniumanreicherung der Brennelemente quer zu dem Bündel mindestens 1,5 Atomprozent.In an advantageous development of the invention, the radial change in the initial plutonium enrichment of the fuel assemblies is transverse to the bundle at least 1.5 atomic percent.

Eine derartige Anordnung erlaubt insbesondere bei Siedewasserreaktoren eine Optimalisierung der Leistung und des kritischen Wärmeflußverlaufs, indem derSuch an arrangement allows, in particular in boiling water reactors, an optimization of the performance and the critical heat flow curve by the

ίο Vorteil der Erhöhung des Verhältnisses des thermischen Spaltquerschnittes von spaltbarem Plutonium zu dem thermischen Spaltquerschnitt von spaltbarem Uran ausgenutzt wird, sowie der höheren Wärmebeiastbarkeit der zentralen Brennstoffelemente.ίο Advantage of increasing the ratio of the thermal gap cross-section of fissile plutonium to the thermal gap cross-section of fissile uranium is used, as well as the higher heat resistance of the central fuel elements.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the drawing. It shows

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Reaktorkern eines Siedewasserreaktors,
F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines typischen
F i g. 1 shows a plan view of a reactor core of a boiling water reactor,
F i g. Fig. 2 is a perspective view of a typical

an Brennstoffelements,of fuel elements,

F i g. 3 einen Querschnitt durch ein Brennstoffelementbündel mit einer Brennstoff erteilung gemäß der Erfindung undF i g. 3 shows a cross section through a fuel element bundle with a fuel issue according to the invention and

F i g. 4 den Verlauf des örtlichen Spitzenfaktors bei den. Xusführungsbeispiel des Brennstoffelementbündels gemäß der Erfindung.F i g. 4 the course of the local peak factor for the. Example of embodiment of the fuel element bundle according to the invention.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung soll in Verbindung mit einem Siedewasserreaktor erläutert werden, dessen Reaktorkern durch Brennstoffelementbündel 19 gebildet ist, die jeweils in Vierergruppen Kontrollstäbe 13 umgeben. Schmale Zwischenräume oder Lücken N befinden sich zwischen den Gruppen von Brennelementbündeln, während breitere Zwischenräume oder Lücken W zwischen den Brennelementbündeln jeder Gruppe erforderlich sind, um die kreuzförmigen Kontrollstäbe aufzunehmen. Daher befinden sich zwei Seiten jedes Brennelementbündels in der Nähe von Kontrollstabarmoberflächen, während die anderen beiden Seiten sich in der Nähe von schmalen Kühlmittelzwischenräumen oder Wasserlücken (ausgenommen die am Umfang des Kerns) befinden. Jedes Bündel 19 ist gesondert aus dem Kern 11 ausbaubar. Bei einer typischen Brennstoffneubeschickung wird ungefähr ein Viertel der Brennelementbündel ausgetauscht, ζ. Β eines von jeder Gruppe.The exemplary embodiment of the invention is to be explained in connection with a boiling water reactor, the reactor core of which is formed by fuel element bundles 19, each of which surrounds control rods 13 in groups of four. Narrow spaces or gaps N are between the groups of fuel bundles, while wider spaces or gaps W are required between the fuel bundles of each group to accommodate the cruciform control rods. Thus, two sides of each fuel bundle are near control rod arm surfaces while the other two sides are near narrow coolant or water gaps (excluding those around the perimeter of the core). Each bundle 19 can be removed separately from the core 11 . With a typical refueling, around a quarter of the fuel bundles are replaced, ζ. Β one from each group.

F i g. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines typischen, gesondert ausbaubaren Brennelementbündels 19. Es hat einen an den Enden offenen, rohrförmigen Strömkanal 2ü und mehrere längliche Brennelemente oder -stäbe 21. die zwischen einer unteren Halteplatte 22 und einer oberen Halteplatte 23 gehaltert sind. Die Brennstäbe 21 verlaufen durch mehrere Brennslababstandshalter 24, die eine Zwischcnhalterung vornehmen. Eine untere Öffnung 26 nimmt den Strom de; Kühlwassers nach oben an den Brennstäben vorbe auf. Aus verschiedenen Gründen, z. B. wegen de; Abstandshalterwiderstands und der Reibung des Kühl niiltels entlang den Innenwänden des Strömungs kanals 20. ist der Kühlmittelstrom am größten durcl den Mittclabsehniu (vorbei an den lnncnbrennstäben der Anordnung.F i g. Figure 2 is a perspective view of a typical detachable fuel bundle 19. It has a tubular flow channel 2ü, which is open at the ends, and several elongated fuel assemblies or rods 21, which are held between a lower holding plate 22 and an upper holding plate 23. the Fuel rods 21 run through a plurality of fuel spacers 24 which provide intermediate support. A lower opening 26 takes the current de; The cooling water up past the fuel rods on. For various reasons, e.g. B. because of de; Spacer resistance and the friction of the cooling niiltels along the inner walls of the flow channel 20. the coolant flow is greatest through the middle section (past the internal fuel rods the arrangement.

In F i g. 3 ist schematisch in Aufsicht eine typisch. Brcnneiemcnianordnung in einem Brennstoffelement bündel abgebildet. Obwohl die Erfindung nicht darau beschränkt ist. hat das Bündel eine Matrix voi 49 Brennstäben, die in einer 7 7-Matrix angeordne sind. Die Brennstäbe sind ferner in mehrere im wc sentlichen konzentrisch angeordnete Gruppen au!In Fig. 3 is a typical schematic in plan view. Fuel assembly shown in a fuel bundle. Although the invention does not exist is limited. the bundle has a matrix of 49 fuel rods arranged in a 7 7 matrix are. The fuel rods are also arranged in several essentially concentrically arranged groups!

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geteilt, wobei die Brennstäbe jeder Gruppe verschie- nannt (abgekürzt CHF). (Der kritische Wärmeflußdivided, whereby the fuel rods in each group are named differently (abbreviated CHF). (The critical heat flow

dene Mengen und Arten von Spaltmaterial enthalten. ist derjenige Wärmefluß, bei dem ein großer Anstiegcontain different amounts and types of fissile material. is the heat flow at which there is a large increase

Beispielsweise enthält das Brennstoffelementbündel in der Brennstabumhüllungstemperatur bei einemFor example, the fuel element bundle contains in the fuel rod cladding temperature at a

von F i g. 3 drei Gruppen von Brennstäben, und zwar kleinen Weiteranstieg des Wärmeflusses auftritt. Infrom F i g. 3 three groups of fuel rods, namely a small further increase in the heat flux occurs. In

eine Mittengruppe von Brennstäben C, eine Zwi- 5 einem Siedewasserreaktor ist das der Punkt der Än-a middle group of fuel rods C, a mid-5 a boiling water reactor that is the point of change

schengruppe von Brennstäben / und eine Außen- oder derung von Keimsieden in Schichtsieden.)group of fuel rods / and an external or change of seed boiling in stratified boilers.)

Umfangsgruppe von Brernstäben P. Wenn der Plutoniumbrennstoff in den lnnenbrenn-Circumferential group of bars P. When the plutonium fuel in the inner

Dabei ist das Plutonium quer zur Brennelement- stäben konzentriert ist, was bei der Ausführung geanordnung so abgestuft, daß der Plutoniumgehalt am maß der Erfindung der Fall ist, ist der leerraumabhängrößten in den Innenbrennstäben C ist und die Außen- io gige Trend des Verhältnisses von Innenstab (Pu)-Lei- oder Umfangsbrennstäbe P anfänglich kein Pluto- stung zu Außenstab (U)-Leistung in der gleichen nium enthalten. Zum Beispiel können die Mitten- und Richtung wie der leerraumabhängige Trend des Ver-Zwischenbrennstäbe der Gruppen C und I spaltbares hältnisses von Innenstab-CHF zu Außenstab-CHF. Plutonium in einer Menge von 1 bis 2 Atomprozent, Diese Trends in der Leistung und im kritischen Wärmegemischt mit Uran von 0,3 bis 2 Aiornprozent, ent- 15 fluß sind in F i g. 4 abgebildet, wo der Leerraumanteil halten, während die Umfangsbrennstäbe der Gruppe P des Kühlmittels mittels der örtlichen Dampfqualität 2 bis 3 Atomprozent spaltbares Uran enthalten kön- ausgedrückt ist. Wenn also der Leerraumanteil (die nen. Diese Anordnung gewährleistet eine erhöhte Dampfqualität) mit steigender Reaktorleistung an-Wärmebelastbarkeit und ist besonders vorteilhaft für steigt, dann steigt die Leistung in den lnnenbrennstäeine Verwendung in einem Siedewasserreaktor. 20 ben aus Plutoniumbrennstoff relativ stärker als dieThe plutonium is concentrated transversely to the fuel rods, which is graded in the execution of the arrangement so that the plutonium content is the case according to the invention, it is the largest depending on the void space in the inner fuel rods C and the outside trend in the ratio of the inner rod (Pu) -Lei- or circumferential fuel rods P initially contain no pluto power to outer rod (U) power in the same nium. For example, the middle and direction, like the empty space-dependent trend of the combustion rods of groups C and I, can be split up into a fissile ratio of inner rod CHF to outer rod CHF. Plutonium in an amount of 1 to 2 atomic percent. These trends in performance and in critical heat mixed with uranium of 0.3 to 2 atomic percent, effluent are shown in FIG. 4 is shown, where the void fraction stops, while the circumferential fuel rods of group P of the coolant can contain 2 to 3 atomic percent fissile uranium by means of the local steam quality. So if the void fraction (that is. This arrangement ensures increased steam quality) increases with increasing reactor output - heat loading capacity and is particularly advantageous for increases, then the output in the inner fuel sticks increases for use in a boiling water reactor. 20 ben made of plutonium fuel are relatively stronger than that

In einem Siedewasserrreaktor bilden die Dampf- Leistung in den Außenbrennstäben aus Uran an. blasen Leerräume in dem Moderator entlang den Dieser größere Anstieg der Leistung der Mittenbrenn-Brennstäben. Wenn die Reaktorleistung erhöht wird, stäbe aus Plutoniumbrennstoff kann durch den höhenimmt der Anteil der Moderatorleerräume zu. Der ren kritischen Wärmefluß der Mittenbrcnnstäbe auf-Spaltquerschnitt des Uranbrennstoffs nimmt schneller 25 gefangen werden, so daß die Wärmebelastbarkeit des ab als die Leerräume zunehmen, im Vergleich zu dem Reaktors erhöht wird.In a boiling water reactor, the steam power is generated in the uranium outer fuel rods. blow voids in the moderator along the This greater increase in the performance of the center fuel rods. If the reactor output is increased, rods made of plutonium fuel can increase through the height the proportion of moderator vacancies too. The ren critical heat flow of the central combustion rods on the gap cross-section of uranium fuel takes 25 more quickly to be trapped, so that the heat resistance of the as the voids increase, compared to the reactor is increased.

Spaltquerschnitt von Plutoniumbrennstoff, der sich Der Uranbrennstoff enthält zusätzlich zu spaltbaremFissure cross-section of plutonium fuel, which contains uranium fuel in addition to fissile

nicht wesentlich mit den Leerräumen ändert. Daher U 235 Brutmaterial U 238, das in spaltbares Pu 239doesn't change significantly with the white space. Hence U 235 breeding material U 238, which is split into fissile Pu 239

nimmt das Verhältnis der Leistung in den Innenbrenn- während des Reaktorbetriebes umgesetzt wird. Wenntakes the ratio of the power in the internal combustion is implemented during the reactor operation. if

stäben aus Plutoniumbrennstoff ~u der Leistung in den 30 Plutoniumbrennstoff gleichmäßig in allen Brennstäbenplutonium fuel rods ~ u the power in the 30 plutonium fuel evenly in all fuel rods

Außenbrennstäben aus Uranbrc.nstoff mit den ange- verteilt ist, drückt der relativ große Spalt- und Ein-Outer fuel rods made of uranium-based fuel with the distributed, presses the relatively large fissure and

wachsenen Leerräumen zu, die durch die erhöhte fangquerschnitt von Plutonium die Umwandlung vongrowing voids, which are caused by the increased cross-section of plutonium the conversion of

Reaktorleistung entstehen. U 238 durch seinen damit konkurrierenden EinfangReactor power arise. U 238 through its competing capture

Die Innenstäbe eines Brennstoffelementbündels von Neutronen. Daher besteht ein weiterer Vorteil derThe inner rods of a fuel element bundle of neutrons. Hence there is another advantage of the

haben eine höhere Wärmeflußbelastbarkeit als die 35 Konzentralion des Plutoniumbrennstoffs in den In-have a higher heat flow capacity than the 35 concentration of plutonium fuel in the

Außen- oder Umfangsstäbe, und zwar wegen der grö- nenbrennstäben darin, daß die Umwandlung vonOuter or circumferential rods, because of the green fuel rods in them that the transformation of

ßeren Kühlmitteldurchströmung durch den Mitten- U 238 in den Außen- oder Umfangsstäben hoch bleibt,The outer coolant flow through the center U 238 in the outer or circumferential rods remains high,

abschnitt der Anordnung. Die Betriebsgrenze des die sich in der Nähe der Wasserlücken in Bereichensection of the arrangement. The operating limit of those located near the water gaps in areas

Brennstabwärmeflusses wird kritischer Wärmefluß ge- hohen Neutror.e.iflusses befinden.Fuel rod heat flux will be critical heat flux at high Neutror.e.i flux.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (2)

ι 2ι 2 1. Der Einfang- und Spaltquerschnitt für thermische1. The capture and gap cross-section for thermal Patentansprüche: Neutronen der Spaltisotope Pu 239 und Pu 241 istClaims: Neutrons of fission isotopes Pu 239 and Pu 241 is größer als der des Spalturanisotops U 235. Wennlarger than that of the fissile uranium isotope U 235. If 1. Brennstoffelementbündel für einen thermi- Plutoniumbrennstoff in eine BrennelementaaordLung sehen Kernreaktor, der ursprünglich für die allei- 5 gesetzt wird, die auch ein Brutmaterial wie U 238 entnige Verwendung mit Uran ausgelegt war, bei dem hält, dann tritt Plutonium bezüglich der Neutronen in Gruppen der Brennstoffelemente einen unterschied- einen stärkeren Wettbewerb mit U 238, als es bei liehen Gehalt an spaltbarem Uran und Plutonium U 235 der Fall sein würde. Der Plutoniumbrennstoff aufweisen, dadurch gekennzeichnet, verringert daher die Erzeugung von neuem Pu 239 daß die Brennstoffelemente hinsichtlich ihres io aus dem Brutmaterial U 238. Wenn jedoch eine be-Brennstoffgehaltes in mehrere zueinander kon- trächtliche Menge von Brutmaterial Pu 240 im PIuzentrische Gruppen aufgeteilt sind, daß dabei die toniumbrennstoff vorhanden ist, kann die Erzeugung Brennstoffelemente der äußeren Gruppe anfäng- von spaltbarem Pu 241 die Verringerung der Konverlich spaltbares Uran, aber keiu Plutonium euthal- sion von U 238 in Pu 2?9 mehr als ausgleichen. Wegen ten, daß die Brennstoffelemente mindestens zweier 15 der anfänglichen großen Erschöpfung des Spaltmateanderer Gruppen anfänglich spaltbares Plutonium rials in einem Brennelement, das Plutoniumbrennstoff enthalten und daß sich der anfängliche Plutonium- enthält, nimmt der mittlere Brennelementanordnungsgehalt des Brennstoffes der Plutonium enthalten- spaltquerschnitt mit der Brennstoffbestrahlung stärker den Gruppen in der Weise unterscheidet, daß der ab als der mittlere Spaltquerschnitt einer Brennelehöchste Plutoniumgehalt in der innersten Gruppe 20 menmnorilnuiig, die nur angereicherten Uranbrennvorliegt. stoff enthält. Wenn jedoch der Plutoniumbrennstofi 1. Fuel element bundle for a thermal plutonium fuel in a fuel element assembly see nuclear reactor, which is originally designed for the sole use of uranium, which also uses a breeding material such as U 238, then plutonium enters groups with respect to the neutrons of the fuel elements a stronger competition with U 238 than would be the case with borrowed content of fissile uranium and plutonium U 235. Having the plutonium fuel , characterized, therefore reduces the production of new Pu 239 that the fuel elements are made from the breeding material U 238 with regard to their io. The fact that the tonium fuel is present, the generation of fuel elements of the outer group, starting from fissile Pu 241, can more than compensate for the reduction in convertible fissile uranium, but no plutonium euthalation from U 238 to Pu 2? 9. Because of the fact that the fuel elements contain at least two of the initial large exhaustion of the fissile material of other groups initially fissile plutonium rials in a fuel assembly that contain plutonium fuel and that the initial plutonium contains, the mean fuel assembly content of the fuel contains the plutonium gap cross-section with the fuel irradiation differentiates the groups more strongly in such a way that the highest plutonium content in the innermost group 20 is present in the innermost group 20, the only enriched uranium burnt. contains substance. However, if the plutonium fuel 2. Brennstoffelementbündel nach Anspruch 1, genug Brutmaterial Pu 240 enthält (z. B. das Pluto dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Änderung nium eines Isotopengemisches, wie es typisch für erder Anfangsplutoniumanreicherung der Brennele- schöpften Uranbrennstoff eines Leistungsfaktor;, ist). mente quer zu dem Bündel mindestens 1,5 Atom- 25 dann kann die Erzeugung von neuem spaltbarem Prozent beträgt. Pu 241 aus dem Pu 240 zur Folge haben, daß sich das2. Fuel element bundle according to claim 1, containing enough breeding material Pu 240 (z. B. Pluto characterized in that the radial change nium of an isotope mixture, as is typical for erder Initial plutonium enrichment of the fuel rods - scooped uranium fuel of a power factor ;, is). ments across the bundle at least 1.5 atoms 25 can then start the production of new fissile Percent is. Pu 241 from Pu 240 have the consequence that the mittlere Verhältnis von Spaltungen durch thermischemean ratio of fissures due to thermal Neutronen zu Absorptionen durch thermische Neutronen (Spaltungen · Einfänge) weniger schnell mit der 30 Brennstoffbestrahlung ändert, als es der Fall bei einerNeutrons to absorption by thermal neutrons (fission · captures) less quickly with the 30 fuel irradiation changes than is the case with a Die Erfindung betrifft ein Brennstoffelementbündel Brennelementanordnung ist, die nur angereicherten für einen thermischen Kernreaktor, der ursprünglich Uranbrennstoff enthält.The invention relates to a fuel assembly which is only enriched for a thermal nuclear reactor originally containing uranium fuel. für die alleinige Verwendung mit Uran ausgelegt war 2. Eine überschüssige heiße Reaktivität wird wegenwas designed for use with uranium alone 2. Excess hot reactivity is due to und bei dem Gruppen der Brennstoffelemente einen der Neutroneneinfänge in dem einen hohen Quei unterschiedlichen Gehalt an spaltbarem Uran und 35 schnitt aufweisenden Brutisotop Pu 240 verringert. Plutonium aufweisen. Damit gleichzeitig erfährt Pluloniunibrennsioff eineand in the group of fuel elements, one of the neutron captures in the one high quei different content of fissile uranium and 35 sectional gross isotope Pu 240 reduced. Have plutonium. At the same time Pluloniunibrennsioff experiences one Der erschöpfte Brennstoff, der aus dem Reaktor ent- geringere Reaktivitätsänderung bei Bestrahlung, fernt wird, der ursprünglich für die alleinige Verwen- 3. Der Anteil an verzögerten Neutronen des Pluto-The exhausted fuel that comes out of the reactor - less change in reactivity during irradiation, is removed, which was originally for the sole use of 3. The proportion of delayed neutrons of Pluto- dung mit Uran ausgelegt war, enthält eine wertvolle niumbrennstoffs ist geringer als der von L'ranbrenn-Menge des ursprünglichen Spaltmaterials, eine bedeu- 40 stoff.manure with uranium contains a valuable nium fuel is less than that of L'ranbrenn amount of the original fissile material, a significant 40. tende Menge von Plutonium einschließlich spaltbarem 4. Der Kontrollstabwert wird wegen des durch PIuting amount of plutonium including fissile 4. The control bar value is due to the PIu Pu 239 und Pu 241 sowie Brutmaterial Pu 240. Dieser toniumbrennstoff hervorgerufene ι größeren Wetterschöpfte Brennstoff kann bekanntlich aufgearbeitet bewerbs um Neutronen im Vergleich zu Uranbrennwerden, um das Uran und das Plutonium für eine er- stoff verringert.Pu 239 and Pu 241 as well as breeding material Pu 240. This tonium fuel caused ι greater weather exhaustion As is well known, fuel can be processed by burning neutrons in comparison to uranium, reduced by uranium and plutonium for one substance. neute Verwendung wiederzugewinnen. 45 5. Bezüglich eines Siedewasserreaktors hat Pluto-to regain new use. 45 5. With regard to a boiling water reactor, Pluto- Wenn die Kosten des wiedergewonnenen Plutonium- niumbrennstoff einen größeren negativen Leerraumbrennstoffs mit den Kosten des Uranbrennstoffs ver- koeffizienten der Reaktivität als Uranbrennstoff (für gleichbar werden, ist es aus wirtschaftlichen Gründen das gleiche Wasser-Brennstoff-Verhältnis) vor allem wünschenswert, derartigen Plutoniumbrennstoff zur wegen der Moderatordichteabhängigkeit der Reso-Brennstoffneubeschickung des Reaktors und/oder zur 50 nanzabsorption in Pu 240.When the cost of reclaimed plutonium fuel is a major negative void fuel with the cost of uranium fuel, the coefficient of reactivity as uranium fuel (for be equal, it is the same water-fuel ratio) above all for economic reasons desirable to use such plutonium fuel because of the moderator density dependence of the reso fuel supply of the reactor and / or for nanzabsorption in Pu 240. Brennstoffanfangsbeschickung eines Reaktors zu ver- Das Plutonium, das aus erschöpftem oder bestrahl-The plutonium, which is produced from exhausted or irradiated wenden. tem Brennstoff aus einem thermischen Reaktor zurück-turn around. system of fuel from a thermal reactor.
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