DE19749938A1 - Brennelement für einen Kernreaktor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennelement (Brennelementanordnung) für den Einsatz in einem Siedewasserreaktor (BWR).

In den letzten Jahren werden verstärkt Anstrengungen unternommen, das hinsichtlich des Brennstoff realisierbare Abbrandmaß zu erhöhen, das heißt einen höheren Abbrandgrad zu erzielen, und die Leistung je Volumeneinheit des Kernreaktors zu vergrößern, das heißt eine höhere Leistungsdichte zu erreichen, um hierdurch die Wirtschaftlichkeit des Kern­ kraftwerks zu verbessern. Auch hinsichtlich des Siedewasserreaktors wurden bereits unterschiedliche Gestaltungen vorgestellt, die dazu ausgelegt sind, den Abbrandgrad des Brennelements in dem Kernreaktor zu erhöhen.

In Fig. 1 ist ein Beispiel eines solchen Brennelements gezeigt, das sich durch hohen Abbrandgrad auszeichnet. Fig. 1(A) zeigt eine partielle, im Längsschnitt gesehene Schnitt­ ansicht des Brennelements, während in den Fig. 1(B) und 1(C) jeweils laterale Quer­ schnitte entlang der in Fig. 1(A) gezeigten Linien B-B bzw. C-C dargestellt sind. In diesem Fall wird das Brennelement (1) in folgender Weise vorbereitet: Es werden lange Brennstäbe (2), kurze Brennstäbe (3) und dicke Wasserstäbe (6) mit Hilfe einer Mehrzahl von Abstandshaltern (8) gebündelt, wobei das Bündel durch eine obere Befestigungsplatte bzw. Düsenplatte (4) und eine untere Befestigungsplatte bzw. Düsenplatte (5) zur Bildung eines Bündels aus Brennstäben festgehalten wird. Das Brennstabbündel wird dann durch einen Kanalkasten (7) umschlossen.

Diese den vorstehend erläuterten Aufbau aufweisende Brennelementanordnung mit hohem Abbrandausmaß weist die nachfolgend angegebenen Eigenschaften auf.

Damit das Ausmaß des Abbrands vergrößert werden kann, ist es notwendig, den Anreiche­ rungspegel des Brennstoffes zu erhöhen. In diesem Fall steigt jedoch als selbstverständliche Folge die thermische Leistung des Brennelements während der anfänglichen Stufe des Abbrands an. Als Ergebnis nimmt die thermische Grenze, wie zum Beispiel die maximale lineare Leistungsdichte, das kritische Leistungsverhältnis usw., ab.

Damit die maximale lineare Leistungsdichte verbessert werden kann, wird zunächst die Anordnung der Brennstäbe 2 und 3 in dem Brennelement 1, das in Fig. 1 gezeigt ist, so geändert, daß sie ausgehend von einer Anordnung aus 8 Zeilen und 8 Spalten (im folgen­ den auch vereinfacht als Anordnung 8×8 bezeichnet) des herkömmlichen Brennelements in eine Anordnung mit 9 Zeilen bzw. Reihen und 9 Spalten (9×9) geändert wird, so daß die Anzahl der Brennstäbe vergrößert ist. Auf diesem Wege verringert sich die maximale lineare Leistungsdichte erheblich auf ungefähr 80% des herkömmlichen Pegels.

Wenn die Anzahl der Brennstäbe vergrößert wird, werden jedoch andererseits die Rei­ bungsdruckverluste in dem Brennelement gleichfalls höher, und es tendiert die Stabilität des Kernreaktors dazu, sich zu verschlechtern. Die Druckverluste werden insbesondere in dem oberen Abschnitt des Brennstoffes bzw. Brennelements erheblich groß, da die Dampf­ qualität oder Dampfquantität hoch ist. Demzufolge werden in dem in Fig. 1 gezeigten Brennelement kurze Brennstäbe 3, die kürzere Länge als die langen Brennstäbe 2 besitzen, anstelle mancher der langen Brennstäbe benutzt.

Als Ergebnis ist die Querschnittsfläche des Strömungskanals für das Kühlmittel in dem oberen Abschnitt des Brennstoffs bzw. Brennelements vergrößert, und es sind die Druck­ verluste in dem oberen Abschnitt des Brennelements verringert. Demgemäß können die Druckverluste des gesamten Brennelements so eingestellt werden, daß sie identisch sind wie die Druckverluste bei dem herkömmlichen Brennelement mit einer Anordnung 8×8. Ferner ist ein Abstandshalter in einem nur wenige Zentimeter von dem oberen Ende ausgehenden Bereich vorhanden, so daß keine Vibrationen auftreten, die durch das Strömen des Kühlmittels hervorgerufen werden könnten.

Im folgenden wird das kritische Leistungsverhältnis betrachtet. Mit der kritischen Leistung wird die thermische Ausgangsgröße bzw. Ausgangsleistung des Brennelements zu demjeni­ gen Zeitpunkt bezeichnet, bei dem ein lokaler Siedeübergang bzw. Dampfübergang stattfindet, wenn die Zuführung der flüssigen Phase zu der Oberfläche der Brennstäbe in der oberen Region des Brennelements, in der die Dampfqualität und Dampfmenge hoch ist, nicht angepaßt ist. Die Grenze, bei der die kritische Leistung erreicht wird, ist das kritische Leistungsverhältnis. Im Vergleich mit der herkömmlichen Gestaltung mit einer Anordnung aus 8×8 Brennstäben weist ein sich durch hohes Abbrandmaß auszeichnendes Brennelement 1 eine Anordnung aus 9×9 Brennstäben auf, so daß der gesamte Ober­ flächenbereich der Brennstäbe größer wird und die thermische Übergangsrate je Ober­ flächeneinheit der Brennstäbe geringer wird. Da zudem kurze Brennstäbe 3 benutzt werden, wird die Anzahl von Brennstäben in dem oberen Querschnitt des Brennelements kleiner, wobei es durch Vergrößerung der Rate des Kühlmittels, das zu jedem Brennstab in dieser Region zugeführt wird, möglich ist, das kritische Leistungsverhältnis in gewisser Weise zu verbessern.

Die kurzen Brennstäbe 3 besitzen die Funktion, die Grenze für das Abschalten des Kernre­ aktors zu erhöhen. Wenn der Kernreaktor abgeschaltet wird, wird nämlich die Reaktivität in dem oberen Abschnitt des Kerns des Kernreaktors höher, und es wird ein Neutronenfluß erzeugt. In diesem Fall weist das Kühlmittel eine niedrigere Temperatur und eine höhere Dichte auf. Als Folge hiervon wirkt das Kühlmittel als ein Neutronenabsorptionsmaterial (Neutronenabsorber), wenn es einen vorgegebenen Pegel überschreitet. Durch den Einsatz von kurzen Brennstäben ist es folglich möglich, die Anzahl von Brennstäben in dem obe­ ren Abschnitt in der axialen Richtung zu verringern und die Kühlmittelrate zu erhöhen. Als Folge hiervon ist es möglich, die Grenze für das Abschalten des Kernreaktors zu verbes­ sern.

Aus diesen Gründen werden kurze Brennstäbe eingesetzt, um hierdurch den Anstieg der Druckverluste des Reaktorkerns zu beseitigen, der durch die Erhöhung der Anzahl von Brennstäben hervorgerufen wird. Der Einsatz der kurzen Brennstäbe führt auch zu einer Verbesserung der wichtigen Parameter für den Betrieb des Kernreaktors, wie etwa des kritischen Leistungsverhältnisses und der Abschaltgrenze des Reaktors. Von dem Stand­ punkt der Zunahme der Druckverluste aus gesehen, wird jedoch davon ausgegangen, daß das obere Ende der effektiven Länge der kurzen Brennstäbe auf einem tieferliegenden Niveau angeordnet werden sollte. Vom Standpunkt der Energie, die durch jedes Brenn­ element erzeugt wird, aus gesehen, ist es jedoch vorzuziehen, daß das obere Ende der effektiven Länge auf einem höheren Niveau angeordnet wird, da die Menge an nuklearem Brennmaterial, die eingebracht werden kann, kleiner wird, wenn das obere Ende der effektiven Länge auf einem niedrigeren Niveau angesiedelt ist. Aus diesen Gründen heraus wird die effektive Länge der kurzen Brennstäbe so festgelegt, daß angemessene Aus­ wirkungen hinsichtlich der Verringerung der Druckverluste usw. erzielt werden.

Wie zum Beispiel in dem japanischen Patent Nr. 1767501, das einen Standard darstellt, offenbart ist, beträgt die effektive Länge der kurzen Brennstäbe drei ungefähr 3/4 (18/24) der Länge der langen Brennstäbe. Dies ist auf der Grundlage der nachfolgend erläuterten Gründe so festgelegt:

In einem Siedewasserreaktor weist die Kühlmittelströmung, die sich nahe bei dem Siede­ übergangspunkt befindet, nahezu vollständig den Dampfzustand auf. Kleine, in der Flüssig­ phase befindliche Partikel (sogenannte Flüssigkeitströpfchen) in der Dampfströmung befin­ den sich im fliegenden Zustand. Das Kühlen der Brennstäbe wird durch die dünne flüssige Phase (als flüssiger Film bzw. Flüssigkeitsfilm bezeichnet) bewirkt, der die Oberfläche der Brennstäbe bedeckt. Die Zuführung der flüssigen Tröpfchen von der Kühlmittelströmung zu dem flüssigen Film ist nicht so hoch wie die durch das Sieden erfolgende Verdampfung an der Oberfläche der Brennstäbe, so daß ein Siedeübergang stattfindet. Als Ergebnis hiervon tendiert der Siedeübergang dazu, in dem oberen Abschnitt der Brennstäbe statt­ zufinden, in dem die Dampfqualität oder Dampfquantität hoch ist. Auf der anderen Seite bewirken die Abstandshalter eine Umrührung der Kühlmittelströmung, so daß die flüssigen Tröpfchen auf die Oberfläche der Brennstäbe aufgebracht werden. Als Folge hiervon treten Schwierigkeiten bei dem Vorgang des Siedeübergangs auf, da der flüssige Film in der direkt unterhalb des jeweiligen Abstandshalters befindlichen Strömung dick ist.

Aufgrund einer Kombination aus diesen Effekten findet der Siedeübergang bei einem Siedewasserreaktor in der Nähe des obersten Abstandshalters oder nahe bei dem zweiten Abstandshalter, gerechnet von der obersten Position des Brennelements, statt. Diese Abstandshalter sind in dem Bereich von 20/24 der effektiven Länge des Brennstoffs bzw. der Brennstäbe angeordnet, wobei hierbei von dem oberen Ende ausgegangen wird. Da kurze Brennstäbe 3 so angeordnet sind, daß ihre oberen Enden an einer Position angeord­ net sind, die geringfügig niedriger ist als der vorstehend angegebene Bereich, wie etwa bei 3/4 (18/24) der Länge der langen Brennstäbe, kann erwartet werden, daß die kritische Leistung verbessert werden kann.

Ebenso wird es vom Gesichtspunkt der Abschaltgrenze des Reaktors als möglich angese­ hen, die Spitze des Neutronenflusses, der in dem oberen Abschnitt des Kerns des Reaktors erzeugt wird, wenn der Kernreaktor abgeschaltet wird, zu verringern, wenn das obere Ende der kurzen Brennstäbe bei 3/4 (18/24) der langen Brennstäbe angeordnet ist.

Nachdem jedoch viele Gestaltungen, die mit einem sich durch hohes Abbrandmaß aus­ zeichnenden Brennelement zusammenhängen, und Abklärungen der detaillierten Eigen­ schaften untersucht worden sind, hat sich ergeben, daß die anfänglich erwarteten Effekte nicht erzielt werden können, wenn die herkömmlich betrachteten Brennstäbe kurzer Länge eingesetzt werden.

Vom Gesichtspunkt des kritischen Leistungsverhältnisses her gesehen, sollte zum Beispiel die effektive Länge der kurzen Brennstäbe so festgelegt werden, daß die Strömungsrate des Kühlmittels in dem oberen Abschnitt des Brennelements, bei dem der Siedeübergang mit Wahrscheinlichkeit stattfindet, vergrößert wird, und daß die Druckverluste des Reaktor­ kerns aufgrund der vorstehend angegebenen kurzen Brennstäbe verringert werden.

In den letzten Jahren ist jedoch ein Typ von Abstandshaltern entwickelt worden, die eine erhebliche Auswirkung auf das Umrühren der Kühlmittelströmung und das Anhaften der Flüssigkeitströpfchen an der Oberfläche der Brennstäbe ausüben. Hierbei wurde gefunden, daß es möglich ist, das Leistungsvermögen des oder der Abstandshalter bezüglich des ge­ samten Brennelements erheblich zu verbessern, wenn die effektive Länge der kurzen Brennstäbe bei ungefähr 3/4 (18/24) der effektiven Länge der langen Brennstäbe gewählt wird.

Auch vom Standpunkt der Abschaltgrenze des Kernreaktors her gesehen, muß sich die Spitze des Neutronenflusses nicht notwendigerweise in dem Abschnitt oberhalb der Position von 3/4 der effektiven Länge der langen Brennstäbe ausbilden, was durch die Einführung der kurzen Brennstäbe und die Gestaltung zur Vergrößerung der Menge an spaltbarem Material zur Erhöhung des Abbrandgrads bedingt ist, und es muß folglich die Länge der kurzen Brennstäbe nicht im Hinblick auf die Abschaltgrenze des Kernreaktors betrachtet werden.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Brennelement zu schaffen, das kurze Brennstäbe aufweist, bei dem die thermische Grenze und die Abschalt­ grenze für den Reaktor verbessert sind und bei dem die Brennstoffperfektion bzw. Brenn­ stoffausnutzung erhöht ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Brennelement zu schaffen, das für den Einsatz bei hohem Abbrandgrad und hoher Ökonomie bzw. Aus­ nutzung des Brennstoffs geeignet ist.

Diese Zielsetzung wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird die vorstehend genannte Auf­ gabe neben anderen Zielsetzungen dadurch gelöst, daß ein Brennelement geschaffen wird, das Brennstäbe mit voller Länge, Brennstäbe einer partiellen bzw. reduzierten Länge, die kürzer sind als die volle Länge aufweisenden Brennstäbe, und mindestens einen Wasserstab aufweist, durch das oder den ein Kühlmittel fließt. Die Brennstäbe, die verringerte Länge aufweisende Brennstäbe und die Wasserstäbe werden durch die Abstandshalter in der Form eines matrixförmigen Brennstoffbündels gebündelt bzw. zusammengehalten. Ein Kanalka­ sten umschließt das Brennstoffbündel. Das obere Ende des effektiven Abschnitts des oder der verringerte Länge aufweisenden Brennstäbe ist bei oder unterhalb von 14/24 der Höhe des effektiven Abschnitts der die volle Länge aufweisenden Brennstäbe angeordnet.

Bei diesem Aufbau ist es möglich, die Eigenschaften bezüglich der kritischen Leistung des oberen Abschnitts des Brennelements zu verbessern, ohne daß ein Siedeübergang unterhalb des oberen Endbereichs der kurzen Brennstäbe auftritt, und es ist weiterhin gleichzeitig möglich, die Neutronenflußspitze bei dem Abschaltzustand des Kernreaktors zu minimie­ ren. Ferner ist es möglich, die Abschaltgrenze für den Kernreaktor in beträchtlichem Umfang zu verbessern. Da die Strömungsfläche bezüglich der Region mit hoher Qualität und einem Anteil von Leerstellen in der oberen Hälfte des Brennelements vergrößert ist und das Verhältnis zwischen Wasser und Uran in dem Betriebszustand erhöht ist ist es möglich, die Druckverluste des Brennelements zu verringern, die Stabilität des Kernreak­ tors zu erhöhen, die Reaktivität des Brennstoffs zu vergrößern und die Effizienz der Ausnutzung des Brennstoffmaterials zu verbessern.

Weitere Aufgaben und Zielsetzungen der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen.

Fig. 1(A) zeigt eine partiell geschnittene Vorderansicht, in der ein Brennelement gemäß dem Stand der Technik dargestellt ist,

Fig. 1(B) zeigt einen Querschnitt entlang der in Fig. 1(A) gezeigten Linie B-B,

Fig. 1(C) zeigt einen Querschnitt entlang der in Fig. 1(A) gezeigten Linie C-C,

Fig. 2(A) zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines Brennelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2(B) zeigt einen Querschnitt entlang der in Fig. 2(A) gezeigten Linie B-B,

Fig. 2(C) zeigt einen Querschnitt entlang einer in Fig. 2(A) gezeigten Linie C-C,

Fig. 3 zeigt eine Darstellung, in der die Beziehung zwischen der Länge der kurzen Brennstäbe und der Neutronenverteilung in der axialen Richtung bei der Abschaltung des Kernreaktors dargestellt ist,

Fig. 4 zeigt eine Darstellung, in der die Beziehung zwischen der Länge der kurzen Brennstäbe und der Abschaltgrenze für den Kernreaktor dargestellt ist,

Fig. 5(A) zeigt eine Draufsicht, in der die Ausgestaltung bzw. Anordnung der Brennstäbe in dem Brennelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist,

Fig. 5(B) zeigt ein Diagramm, in dem die Verteilung des Anreicherungspegels und der Gadolinium-(Gadolinia-)-Konzentration der in Fig. 5(A) gezeigten Brennstäbe dargestellt ist,

Fig. 6(A) zeigt einen Querschnitt durch den oberen Abschnitt oberhalb des oberen Endes der kurzen Brennstäbe in dem Brennelement gemäß einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6(B) zeigt einen Querschnitt durch den unteren Abschnitt des Brennelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 7(A) zeigt einen Querschnitt durch den oberen Abschnitt oberhalb des oberen Endes der kurzen Brennstäbe in einem Brennelement gemäß einem dritten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7(B) zeigt einen Querschnitt durch den unteren Abschnitt dieses Brennelements,

Fig. 8(A) zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht, in der eine Brennelementanord­ nung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist,

Fig. 8(B) zeigt einen Querschnitt entlang einer in Fig. 8(A) gezeigten Linie B-B,

Fig. 8(C) zeigt einen Querschnitt entlang einer in Fig. 8(A) gezeigten Linie C-C, und

Fig. 8(D) zeigt einen Querschnitt entlang einer in Fig. 8(A) gezeigten Linie D-D.

In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehenden Brennelements dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 2(A) einen partiellen Längsschnitt durch das Brennelement, während die Fig. 2(B) und 2(C) laterale Quer­ schnitte entlang der in Fig. 2(A) gezeigten Linien B-B bzw. C-C zeigen. In diesen Fig. 2(A) bis 2(C) sind Teile, die gleich sind wie die Teile bei dem in Fig. 1 gezeigten Stand der Technik, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals er­ läutert.

Wie in den Fig. 2(A) bis 2(C) gezeigt ist, wird das Brennelement 1 in folgender Weise gebildet: Lange Brennstäbe 2, kurze Brennstäbe 3 und großen Durchmesser aufweisende Wasserstäbe 6 werden durch Abstandshalter 8 in Form einer quadratischen Matrix gebün­ delt. Das Bündel wird durch eine obere Zug- bzw. Befestigungs- oder Verspannungsplatte (Düsenplatte) 4 und eine untere Zug- bzw. Befestigungsplatte 5 zur Bildung eines Brenn­ stoffbündels fixiert, und es wird das Brennstoffbündel von einem Kanalkasten 7 umgeben, um hierdurch das Brennelement zu erzeugen.

Das obere Ende der kurzen Brennstäbe 3 ist nahe bei 13/24 der langen Brennstäbe an­ geordnet. Das obere Ende der effektiven Länge der kurzen Brennstäbe 3 liegt bei 12/24 der effektiven Länge der langen Brennstäbe. Hierbei sind acht Abstandshalter 8 vor­ gesehen. Das obere Raum- bzw. Abstandsintervall L2 zwischen den Abstandshaltern in dem oberen Abschnitt nahe bei dem oberen Ende der kurzen Brennstäbe 3 ist kleiner als das Abstandsintervall L1 zwischen den unteren Abstandshaltern.

Aufgrund dieser Gestaltungen ist es möglich, die Charakteristiken bezüglich der kritischen Leistung im oberen Abschnitt des Brennelements zu verbessern, ohne daß ein Siedeüber­ gang unterhalb des oberen Endabschnitts der kurzen Brennstäbe auftritt. Gleichzeitig ist es auch möglich, die Spitze bzw. den Spitzenwert des Neutronenflusses in dem Abschaltzu­ stand oder der Abschaltphase des Kernreaktors auf einen Minimalwert zu bringen, und es ist ferner möglich, die Abschaltgrenze für den Kernreaktor in beträchtlichem Maße zu ver­ bessern.

Nachfolgend werden die Funktionen und Effekte der vorliegenden Erfindung in größeren Einzelheiten erläutert.

Zunächst wird die Abschaltgrenze für den Kernreaktor betrachtet. Wie bereits einleitend im Stand der Technik beschrieben, wird davon ausgegangen, daß der Spitzenwert des Neu­ tronenflusses oberhalb des Brennelements gebildet wird. Bei der anfänglichen Stufe des Betriebszyklus findet sich der Spitzenwert des Neutronenflusses jedoch oftmals bei dem oberen Ende der kurzen Brennstäbe, das heißt in dem mittleren Abschnitt des Brennele­ ments.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem die Verteilung der Leistung in der axialen Richtung dann, wenn der Kernreaktor abgeschaltet wird, mit Bezug zu der Position des oberen Endes der effektiven Länge von unterschiedlichen kurzen Brennstäben 3 dargestellt ist. In Fig. 3 bezeichnet die durchgezogene Linie das obere Ende der effektiven Länge der kurzen Brennstäbe, die bei 15/24 der effektiven Länge der langen Brennstäbe angeordnet sind. Die punktierte Linie in Fig. 3 repräsentiert das obere Ende der effektiven Länge, das bei 14/24 angeordnet ist; die strichpunktierte Linie repräsentiert das obere Ende der effektiven Länge, wenn diese bei 13/24 der effektiven Länge der langen Brennstäbe angeordnet ist; und die strich-doppeltpunktierte Linie repräsentiert das obere Ende der effektiven Länge, wenn dieses bei 12/24 der effektiven Länge der langen Brennstäbe angeordnet ist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird der Spitzenwert der Leistungsverteilung dann, wenn die effektive Länge der kurzen Brennstäbe bei 15/25 der effektiven Länge der langen Brenn­ stäbe angeordnet bzw. auf diesen Wert gewählt ist, nahe bei dem oberen Ende der kurzen Brennstäbe (ungefähr bei 15/24 der in der axialen Richtung gemessenen Höhe) anstatt nahe bei dem oberen Abschnitt des Kerns des Reaktors erzeugt. Diese Tendenz wird sogar noch deutlicher, wenn das obere Ende höher als bei 15/24 liegt. Es wird davon ausgegangen, daß dieser Sachverhalt dadurch begründet ist, daß die Menge an spaltbarem Material dann, wenn die kurzen Brennstäbe vorgesehen sind, in Richtung zu dem unteren Bereich des Brennelements abweicht und sich gleichzeitig hiermit der Anreicherungspegel vergrößert, wenn sich der Abbrandgrad erhöht, so daß die Reaktivität in dem zentralen Bereich, bezogen auf die axiale Richtung des Kerns des Reaktors, höher ist als diejenige in dem oberen Abschnitt.

Damit die Abschaltgrenze für den Kernreaktor vergrößert werden kann, ist es vorteilhaft, wenn die Reaktivität gleichförmig ist. Aus diesem Grund kann die Reaktivität dadurch vergleichmäßigt werden, daß die Länge der kurzen Brennstäbe 3 so gewählt wird, daß sie kleiner ist als ungefähr 14/24, so daß der obere Abschnitt des Kerns des Reaktors und der zentrale Abschnitt nahezu identische Spitzenwerte besitzen.

Dieser Zustand ist in Fig. 4 als die Abschaltgrenze für den Kernreaktor repräsentiert, wo­ bei Fig. 4 ein Diagramm darstellt, in dem die Beziehung zwischen der Höhe des oberen Endes des effektiven Abschnitts der kurzen Brennstäbe und der Abschaltgrenze für den Kernreaktor dargestellt ist. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß sich die Abschaltgrenze für den Kernreaktor nur wenig ändert, wenn die Länge der kurzen Brennstäbe 3 kleiner wird als 14/24 der Länge der langen Brennstäbe. Wenn die Länge der kurzen Brennstäbe 3 größer ist als dieser Wert, nimmt jedoch die Abschaltgrenze für den Kernreaktor deutlich ab. Demzufolge kann die Abschaltgrenze für den Kernreaktor im Vergleich mit dem herkömm­ lichen Fall dadurch erheblich verbessert werden, daß das obere Ende der effektiven Länge der kurzen Brennstäbe so gewählt wird, daß dieses bzw. diese unterhalb dieses Werts liegt. Bei der Ausgestaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das untere Ende der effekti­ ven Länge auf 12/24 festgelegt. Jedoch kann dieses geeignet anhand der Beziehung zwi­ schen der Position des oder der Abstandshalter und der Verteilung des Anreicherungs­ pegels festgelegt werden, wobei die Abschaltgrenze für den Kernreaktor erhöht werden kann, so lange die Forderung erfüllt ist, daß das obere Ende der effektiven Länge kleiner als 14/24 ist bzw. unterhalb von 14/24 der effektiven Länge der langen Brennstäbe liegt.

Bei der Ausgestaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind zwei kurze Brennstäbe 3 benachbart zu den Wasserstäben 6 angeordnet. Da die kurzen Brennstäbe 3 benachbart zu den Wasserstäben 6 positioniert sind, läßt sich folglich ein erheblicher Neutronenabsorp­ tionseffekt erzielen, wenn der Kernreaktor abgeschaltet wird, wodurch die Abschaltgrenze für den Kernreaktor noch weiter verbessert werden kann.

Im folgenden wird die kritische Leistung betrachtet.

Auf der Basis der bislang erhaltenen Ergebnisse bei Tests bezüglich der kritischen Leistung wird davon ausgegangen, daß der Siedeübergang des Siedewasserreaktors nahe bei dem obersten Abstandshalter (Abstandsgitter) des Brennelements, oder nahe bei dem zweitober­ sten Abstandshalter stattfindet, das heißt in dem Bereich von 20/24 der effektiven Länge der Brennstäbe bis zu dem oberen Ende. Dies wurde aus der Tatsache geschlossen, daß nur ein geringer bzw. kaum ein Siedeübergang in dem Abschnitt unterhalb von 20/24 beobachtet wird, wenn kurze Brennstäbe benutzt werden. In einem Fall, bei dem kurze Brennstäbe verwendet werden, wird weiterhin davon ausgegangen, daß es für den Siede­ übergang einfach ist, nahe bei der gleichen Position stattzufinden. Da jedoch weniger Brennstäbe in dem oberen Abschnitt des Brennelements vorhanden sind, ist es schwierig, daß der Siedeübergang an dieser Position erfolgt. Statt dessen kann der Siedeübergang aufgrund der Vergrößerung des Anreicherungspegels und aufgrund der Wirkung der Abstandshalter nahe bei dem drittobersten Abstandshalter erfolgen, das heißt bei einer Position nahe bei 16/24 der effektiven Länge des Brennstoffs bzw. der Brennstäbe. Dies wurde auch verifiziert.

Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt das obere Ende der kurzen Brennstäbe 3 nahe bei 13/24, und es gibt weniger Brennstäbe in dem oberen Abschnitt des Brennelements, in dem der Siedeübergang stattfinden könnte. Diese Tatsache bedeutet, daß der Oberflächen­ bereich der Brennstäbe, bei dem eine Kühlung im Hinblick auf die in flüssiger Phase vor­ liegende Strömungsrate bzw. Strömung erforderlich ist, verringert ist. Wenn sich die Menge an flüssiger Phase, die zu einer Oberflächeneinheit der Brennstäbe zu leiten ist, erhöht, ist es für den Siedeübergang noch schwieriger, stattzufinden, und es ist die kritische Leistung angehoben.

Vom Standpunkt der Abschaltgrenze her gesehen liegt das obere Ende der kurzen Brenn­ stäbe 3 folglich vorzugsweise bei 14/24 oder unterhalb dieses Werts. Das obere Ende wird daher unterhalb von 16/24 positioniert, bei dem die Tendenz des Auftretens des Siedeüber­ gangs besteht, und es wird die kritische Leistung aufgrund des Fehlens des Siedeübergangs angehoben.

Vor kurzem wurden Abstandshalter entwickelt, die eine sehr starke Auswirkung auf das Anhaften von flüssigen Tröpfchen in der Kühlmittelströmung an dem flüssigen Film selbst in derjenigen Region besitzen, in der die Dampfqualität oder Dampfmenge sehr hoch ist. Als Beispiel können die flüssigen Tröpfchen bei einem Abstandshalter, der ein spiralförmig verdrehtes Blatt in dem zwischen den Brennstäben eingeschlossenen Raum besitzt, mit hoher Effizienz aufgrund des Zentrifugaltrenneffekts separiert bzw. abgetrennt werden und werden dann zu der Oberfläche der Brennstäbe geleitet. Als Folge hiervon tritt der Siedeübergang selbst in einer Region, bei der die Dampfqualität oder Dampfmenge sehr viel höher ist als bei einem herkömmlichen Abstandshalter, nicht auf. Auf der anderen Seite ist jedoch die relative Verbesserung weniger deutlich, wenn die flüssige Phase in einem Kühlmittel mit niedriger Dampfqualität oder Dampfmenge ausreichend ist.

Wenn spezielle Abstandshalter in einem sich durch hohen Abbrandgrad auszeichnenden Brennelement eingebaut werden, werden die Charakteristiken der kritischen Leistung in dem oberen Abschnitt des Brennelements, gemeinsam mit den Auswirkungen der kurzen Brennstäbe, erheblich verbessert. Wenn die kurzen Brennstäbe allerdings die in dem Stand der Technik festgelegte Länge aufweisen, tritt keine beträchtliche Verbesserung hinsicht­ lich der Eigenschaften der kritischen Leistungen in der unteren Region, verglichen mit dem oberen Ende auf. Als Ergebnis tritt der Siedeübergang früher in dem unteren Abschnitt als bei dem oberen Ende der kurzen Brennstäbe auf, und es wird keine erhebliche Verbes­ serung hinsichtlich des Leistungsvermögens bzw. der Auswirkungen des oder der Ab­ standshalter im Hinblick auf das gesamte Brennelement erzielt.

Wenn die sich durch hohes Leistungsvermögen bzw. gute Effekte auszeichnenden Ab­ standshalter eingesetzt werden, ist dieser Effekt insbesondere dann wirkungsvoll, wenn das obere Ende der effektiven Länge der kurzen Brennstäbe 3 niedriger liegt als bei 14/24.

Bei dem Aufbau gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Abstandsintervall L2 zwischen den Abstandshaltern in dem oberen Abschnitt oberhalb des Bereichs nahe bei dem oberen Ende der kurzen Brennstäbe 3 kleiner als das Abstandsintervall L1 zwischen den Abstands­ haltern in dem unteren Abschnitt. Bei dieser Ausgestaltung wird die Kühlmittelströmung in dem oberen Bereich des Brennelements, in dem der Siedeübergang einfach auftreten kann, gerührt, die Flüssigkeitströpfchen haften an der Oberfläche der Brennstäbe an, und es ist das Abstandsintervall zwischen den Abstandshaltern verringert, so daß die kritische Leistung des Brennelements erheblich verbessert werden kann.

Wie vorstehend erläutert, wirken die Abstandshalter 8 derart, daß die Kühlmittelströmung umgerührt wird und daß die Flüssigkeitströpfchen an der Oberfläche der Brennstäbe anhaften. Je kleiner der Abstand für die Einstellung bzw. Anbringung der Abstandshalter 8 ist, desto höher ist als Folge hiervon die kritische Leistung. Auf der anderen Seite rufen jedoch die Abstandshalter 8 gleichzeitig lokale Druckverluste hervor. Wenn demzufolge die einzige ergriffene Maßnahme darin besteht, die Anzahl von Abstandshaltern zu vergrößern, steigen die Druckverluste des Brennelements an, so daß die Leistungsauf­ nahme der Pumpe anwächst und die Strömungsrate in dem Kern des Reaktors nicht gut garantiert werden kann. Wenn die Anzahl von Abstandshaltern einfach erhöht wird, um hierdurch den Abstand in dem Bereich oberhalb der kurzen Brennstäbe zu verkürzen, bewegt sich ferner die Position des Siedeübergangs nach unten, wobei sich nur geringe Verbesserung hinsichtlich der kritischen Leistung des Brennelements ergibt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das obere Ende der kurzen Brennstäbe 3 unterhalb von 14/24 angeordnet. Als Folge hiervon ist der gesamte Abschnitt, in dem der Siedeübergang in dem herkömmlichen Brennelement auftreten könnte, nun oberhalb der kurzen Brenn­ stäbe 3 angeordnet. Als Folge hiervon ist es möglich, die Abstände zwischen den Ab­ standshaltern zu verringern und die Variation hinsichtlich der Druckverluste bezüglich dieses Abschnitts zu minimieren. Dies liegt daran, daß selbst dann, wenn die Projektions­ fläche der Abstandshalter konstant ist, der Anteil des Verstopfens bzw. Blockierens des Strömungskanals durch die Abstandshalter 8 relativ gesehen kleiner wird, wenn die Fläche des Strömungskanals größer wird. Da weniger Brennstäbe 2 in dem oberen Abschnitt oberhalb des oberen Endes der kurzen Brennstäbe 3 vorhanden sind, wird tatsächlich die Anzahl von Teilen, die Abstandshalter 8 bilden, kleiner, so daß die Druckverluste sogar noch niedriger werden.

Wenn die Fläche des Strömungskanals größer wird, werden die Druckverluste, die auf­ treten, wenn die Anzahl von Abstandshaltern vergrößert wird, und wenn die kurzen Brennstäbe noch kürzer gemacht werden, somit kleiner als diejenigen in dem herkömm­ lichen Fall, so daß die Druckverluste des gesamten Brennelements auf diese Weise bei dem identischen Wert wie im herkömmlichen Fall gehalten werden können, und die kritische Leistung des gesamten Brennelements verbessert werden kann.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für den Anreicherungspegel und für die Verteilung der Gadolini­ um-Konzentration in dem Kernbrennstoff der Brennstäbe bei diesem Ausführungsbeispiel des Brennelements. Fig. 5(A) zeigt eine Draufsicht, in der der Anordnungszustand der Brennstäbe dargestellt ist. Fig. 5(B) zeigt ein Diagramm, in dem der Anreicherungspegel und die Gadolinium-(Gadolinia-)-Verteilung in den in Fig. 5(A) gezeigten Brennstäben dargestellt ist. In Fig. 5(A) bezeichnen die Zahlen, die bei den Brennstäben angegeben sind, die entsprechenden, in Fig. 5(B) mit den gleichen Zahlen versehenen Brennstäben, wobei die Zahlen in Fig. 5(B) in dem unteren Abschnitt in Quadraten angegeben sind.

In dem effektiven Abschnitt der langen Brennstäbe 2 ist das natürliche Uran in dem Abschnitt untergebracht, der von 2/24 unterhalb des oberen Endes bis zu 1/24 oberhalb des unteren Endes reicht. Die Symbole A bis E, die an der Innenseite angegeben sind, bezeichnen den Anreicherungspegel, und es bezeichnen die Symbole HG, LG und MG die Gadolinium- bzw. Gadolinia-Konzentration. In diesem Fall wächst der Anreicherungspegel der langen Brennstäbe 2 in der Reihenfolge A < B < C < D an und ist in der axialen Richtung gleichförmig. Auf der anderen Seite steigt die Gadolinium- bzw. Gadolinia- Konzentration in der Reihenfolge HG < MG an und ist in der axialen Richtung gleichför­ mig. Weiterhin ist der Anreicherungspegel E der kurzen Brennstäbe 3 niedriger als der durchschnittliche Anreicherungspegel des Brennelements. Der Anreicherungspegel E und die Gadolinium- bzw. Gadolinia-Konzentration LG (MG < LG) sind in der axialen Richtung über die gesamte Länge des effektiven Bereichs hinweg gleichförmig.

Bei dem Aufbau gemäß diesem Ausführungsbeispiel reicht der effektive Abschnitt hinsicht­ lich der langen Brennstäbe 2, zum Beispiel "6", "7" und "8", die Gadolinium- bzw. Gadolinia enthalten, von dem unteren Ende bis zu 23/24, das heißt ist geringfügig kürzer. Dies dient dazu, den internen Druck des Brennstabs dadurch zu verringern, daß das Volumen des Raums, der als Plenum oberhalb der Brennstäbe bezeichnet wird, zu erhö­ hen. Jedoch ist es auch möglich, die gleiche effektive Länge wie diejenige der Uran- Brennstäbe "1", "2", "3" und "4" in Abhängigkeit von den Brennstoffeigenschaften vorzusehen. Weiterhin ist das untere Ende der effektiven Länge der kurzen Brennstäbe 3 bei 1/24 angeordnet und es ist ein Plenum unterhalb dieser Position vorhanden. Jedoch ist es auch möglich, die gleiche (effektive Länge) für diese Brennstäbe vorzusehen.

Bei dem vorstehend erläuterten Aufbau der Brennstäbe ändert sich, mit Ausnahme der natürliches Uran enthaltenden Abschnitte in dem oberen und dem unteren Ende des Brennelements, der durchschnittliche Anreicherungspegel entlang des Querschnitts des Brennelements, wobei der effektive Abschnitt der kurzen Brennstäbe als Grenze dient, und wobei der mittlere Anreicherungspegel in dem Abschnitt oberhalb der Grenze höher ist als in dem Abschnitt unterhalb der Grenze. Da ferner Gadolinium- bzw. Gadolinia in einem Teil der kurzen Brennstäbe 3 enthalten ist, ist der Gehalt an Gadolinium- bzw. Gadolinia in dem unteren Abschnitt des Brennstoffs bzw. Brennelements ebenfalls höher.

Bei einem Siedewasserreaktor ist der Leerstellenanteil um so höher und die Moderatordich­ te um so niedriger, je höher die Position des Brennstoffs ist. Wenn der Anreicherungs­ pegels des Brennstoffs in der axialen Richtung gleichförmig ist, wird die Reaktivität als Folge hiervon in dem unteren Abschnitt höher, die Leistungsverteilung in Richtung zu dem unteren Abschnitt schräg verlaufend, wobei die lineare Leistungsdichte in dem unteren Abschnitt des Brennstoffs möglicherweise zu hoch werden kann. Bei dem herkömmlichen Brennelement werden zur Vermeidung dieses Problems der Anreicherungspegel und die Gadolinium- bzw. Gadolinia-Konzentration der Pellets, die in manchen Brennstäben enthalten sind, in der axialen Richtung variiert, so daß der durchschnittliche Anreiche­ rungspegel bezüglich des Querschnitts in dem kleineren bzw. unteren Abschnitt des Brennelements so eingestellt ist, daß er niedriger ist als derjenige in dem oberen Abschnitt. In diesem Fall hängt die Position der Grenze bezüglich eines Wechsels in dem mittleren, über den Querschnitt gesehenen Anreicherungspegel von der speziellen, detaillierten Brennstoffgestaltung ab. Allgemein gesagt wird davon ausgegangen, daß es geeignet ist, wenn dieser bei ungefähr der Hälfte der effektiven Länge des Brennstoffs bzw. Brenn­ elements liegt. Wenn jedoch Pellets mit unterschiedlichen Anreicherungspegeln in dem gleichen Brennstab untergebracht sind, ist es notwendig, komplizierte Vorgänge zur Steuerung des Typs der Pellets durchzuführen und die Position der Grenze zwischen unterschiedlichen Typen von Pellets zu überprüfen. Demgemäß ist diese Gestaltung vom Standpunkt der Herstellung des Brennstoffs aus gesehen nicht bevorzugt.

Bei der Ausgestaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das obere Ende des effektiven Abschnitts der kurzen Brennstäbe bei 12/24 angeordnet. Selbst in einem Fall, bei dem der Anreicherungspegel und die Gadolinium- bzw. Gadolinia-Konzentration in der axialen Richtung in jedem Brennstab, mit der Ausnahme von dessen oberen Ende und unteren Ende, gleichförmig ist, ist es folglich dennoch möglich, geeignete Unterschiede hinsicht­ lich des Anreicherungspegels und der Gadolinium- bzw. Gadolinia-Konzentration in der vertikalen Richtung zu erzielen. Als Folge hiervon ist es möglich, die Herstellungskosten zu verringern, wobei die Herstellung so gesteuert wird, daß eine optimale Verteilung der Leistung in der axialen Richtung realisiert wird. Es ist selbstverständlich auch möglich, eine Verteilung hinsichtlich des Anreicherungspegels und der Gadolinium- bzw. Gadolinia- Konzentration in der axialen Richtung für einen Anteil oder für alle Brennstäbe vorzuse­ hen, um hierdurch die Verteilung der Leistung in der axialen Richtung in größeren Einzelheiten einzustellen.

In den Fig. 6 und 7 sind Brennelemente dargestellt, die einem zweiten bzw. einem dritten Ausführungsbeispiel entsprechen. Bei den in den Fig. 6 und 7 gezeigten Ausführungsbei­ spielen ist die Form des lateralen Querschnitts der Brennelemente abgeändert, wohingegen der Aufbau des Brennelements in der axialen Richtung identisch ist wie derjenige bei den jeweiligen Ausführungsbeispielen. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Gestaltung eine Kombination aus 9×9 quadratischen Gittern und runden, großen Durchmesser aufweisenden Wasserstäben. Das zweite und das dritte Ausführungsbeispiel stellen Bei­ spiele dar, die veranschaulichen, daß die vorliegende Erfindung auch bei anderen, irregulä­ ren Gestaltungen wirksam ist, die jede beliebige Matrixform und jede beliebige Gestalt von Wasserstäben umfassen.

Fig. 6 zeigt ein Brennelement, das dadurch hergestellt wird, daß zwei 2×2 quadratische Wasserstäbe in einer quadratischen 10×10-Matrix angeordnet werden. Bei der quadrati­ schen 10×10-Matrix ist die Anzahl von Brennstäben groß und es ist die thermische Übergangsfläche ebenfalls groß. Demzufolge weist das Brennelement hervorragende ther­ mische Eigenschaften, wie zum Beispiel eine lineare Leistungsdichte und kritische Leistung auf. Jedoch sind die Druckverluste höher. Dies stellt einen Nachteil dar. Gemäß der vor­ liegenden Erfindung werden die kurzen Brennstäbe 3 kürzer ausgelegt, um hierdurch die Druckverluste zu verringern. Wenn folglich die vorliegende Erfindung bei der vorstehend erläuterten Matrix eingesetzt wird, ist es möglich, die Nachteile zu ergänzen bzw. zu kompensieren und ein Brennelement zu bilden, das eine noch weiter verbesserte Abschalt­ grenze für den Kernreaktor und noch weiter verbesserte thermische Eigenschaften besitzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind acht kurze Brennstäbe 3 benachbart zu dem Kanalka­ sten angeordnet. Wie auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die großen Brennstäbe gleichfalls benachbart zu dem Kanalkasten angeordnet sind, ergibt sich folglich der signifikante Effekt, daß die Abschaltgrenze für den Kernreaktor verbessert wird.

Fig. 7 zeigt ein Brennelement, das dadurch hergestellt wird, daß ein kreuzförmige Gestalt aufweisender Wasserstab in einer sogenannten gedrehten Matrix, das heißt einer Matrixge­ staltung, die durch Drehen einer quadratischen Matrix um 45° realisiert wird, angeordnet wird. Da die Anzahl von Brennstäben, die benachbart zu dem Kanalkasten liegen, kleiner ist, sind die Eigenschaften hinsichtlich der Abschaltgrenze des Kernreaktors gut. Da jedoch die Anzahl von Brennstäben größer ist als diejenige bei der quadratischen 9×9-Matrix und ferner die Oberfläche des Wasserstabs groß ist, besteht die Tendenz, daß die Druck­ verluste ansteigen. Wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel können auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Druckverluste gleichfalls verringert werden.

Fig. 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 8(A) ist ein partieller Querschnitt bzw. Längsschnitt des Brennelements dargestellt, wohingegen in den Fig. 8(B) und 8(C) jeweils laterale Querschnitte entlang der in Fig. 8(A) gezeigten Linien B-B bzw. C-C gezeigt sind. In Fig. 8 sind Teile, die gleich sind wie diejenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals beschrieben.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zwei Arten von kurzen Brennstäben benutzt, nämlich kurze Brennstäbe 3, deren oberes Ende der effektiven Länge bei 12/24 angeordnet ist, und kurze Brennstäbe 103, deren oberes Ende der effektiven Länge bei 6/24 (der effektiven Länge der langen Brennstäbe) angeordnet ist. Auf diese Weise ändert sich die Menge an spaltbarem Material in drei Stufen entsprechend den drei Regionen, das heißt dem untersten Brennstoffabschnitt mit einem niedrigen Leerstellenanteil (Void-Anteil), dem mittleren unteren Abschnitt mit einem mittleren Leerstellenanteil und der oberen Hälfte mit einem hohen Leerstellenanteil. Entsprechend diesen Regionen ist die Querschnittsfläche der Wasserstäbe hierbei um so größer, je höher die Position ist. Demzufolge bleibt das Verhältnis zwischen Uran und Moderator bei den unterschiedlichen Regionen nahezu konstant. Als Ergebnis ist es dennoch möglich, eine nahezu konstante Reaktivität des Brennelements in der axialen Richtung aufrecht zu erhalten, selbst wenn die Verteilung des Anreicherungspegels und von Gadolinium- bzw. Gadolinia in der axialen Richtung nicht wie bei dem herkömmlichen Verfahren angeordnet bzw. ausgelegt wird.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Abschaltgrenze für den Kernreaktor und das kritische Leistungsverhältnis des Brennstoffs zu verbessern, und es ist weiterhin möglich, die Druckverluste zu verringern. Demzufolge weist das Brenn­ element sehr gute Perfektion, Sicherheit und Stabilität auf. Ferner ist es möglich, die Kosten bezüglich der Pumpenleistung zu verringern. Zusätzlich zu der Verbesserung der Effizienz des Kernreaktors ist es auch möglich, die Herstellungskosten zu verringern, da die Verteilung hinsichtlich des Anreicherungspegels und die Gadolinium- bzw. Gadolinia- Konzentration der Brennstäbe vereinfacht werden kann.

Bei dem beschriebenen Brennelement sind somit volle Länge aufweisende Brennstäbe, reduzierte Länge aufweisende Brennstäbe, die kürzer sind als die volle Länge aufweisende Brennstäbe, und mindestens ein Wasserstab vorgesehen, wobei der Wasserstab oder das Brennelement durch Kühlmittel durchströmt wird. Die volle Länge aufweisenden Brenn­ stäbe, die reduzierte Länge besitzenden Brennstäbe und die Wasserstäbe werden durch Abstandshalter in der Form eines matrixförmigen Brennstoffbündels zusammengefaßt, das von einem Kanalkasten umschlossen ist. Das obere Ende des effektiven Abschnitts der reduzierte Länge aufweisenden Brennstäbe ist unterhalb von 14/24 der Höhe des effektiven Abschnitts der volle Länge aufweisenden Brennstäbe angeordnet.

Claims (10)

1. Brennelement für einen Siedewasserreaktor, mit
einer Mehrzahl von volle Länge aufweisenden Brennstäben (2),
einer Mehrzahl von reduzierte Länge aufweisenden Brennstäben (3), die kürzer sind als die volle Länge aufweisenden Brennstäbe (2),
mindestens einem Wasserstab (6), durch den Kühlmittel strömt,
einer Mehrzahl von Abstandshaltern (8) zum Bündeln der volle Länge auf­ weisenden Brennstäbe (2), der reduzierte Länge aufweisenden Brennstäbe (3) und der Wasserstäbe (6) in der Form eines matrixförmigen Brennstoffbündels, und
einem Kanalkasten (7), der das Brennstoffbündel umschließt,
wobei ein oberes Ende des effektiven Abschnitts der reduzierte Länge auf­ weisenden Brennstäbe (3) niedriger als 14/24 der Höhe des effektiven Abschnitts der volle Länge aufweisenden Brennstäbe (2) angeordnet ist.

2. Brennelement nach Anspruch 1, bei dem ein keine Brennstoffpellets enthal­ tendes Plenum in einem unteren Endbereich mindestens eines Abschnitts der reduzierte Länge aufweisenden Brennstäbe (3) angeordnet ist.

3. Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierte Länge aufweisenden Brennstäbe (3) zwei oder mehr Arten von Brenn­ stäben (3; 103) enthalten, die unterschiedliche Gesamtlängen oder unterschiedliche effekti­ ve Längen besitzen.

4. Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens einer der reduzierte Länge aufweisenden Brennstäbe (3) benachbart zu dem mindestens einen Wasserstab (6) oder dem Kanalkasten (7) angeord­ net ist.

5. Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beziehung:
L1 < L2,
erfüllt ist, wobei L1 den durchschnittlichen Abstand zwischen den Abstandshaltern, ausgehend von dem am nächsten bei dem oberen Ende des längsten, reduzierte Länge aufweisenden Brennstabs aus den reduzierte Länge aufweisenden Brennstäben angeordneten Abstandshalters bis zu dem untersten Abstandshalter des Brennelements bezeichnet, und L2 den durchschnittlichen Abstand zwischen den Abstandshaltern, ausgehend von dem am nächsten bei dem oberen Ende des längsten, reduzierte Länge aufweisenden Brennstabs aus den reduzierte Länge besitzenden Brennstäben angeordneten Abstandshaltern bis zu dem obersten Abstandshalter repräsentiert.

6. Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beziehung:
A1 ≦ A2
erfüllt ist, wobei A1 die Querschnittsfläche des Strömungskanals des Kühlmittels des Wasserstabs in einer Höhe H1 des Brennelements bezeichnet und A2 die Querschnitts­ fläche des Strömungskanals des Kühlmittels bei einer Höhe H2, die größer ist als die Höhe H1, repräsentiert.

7. Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere Wasserstäbe und die reduzierte Länge aufweisenden Brennstäbe (3) derart angeordnet sind, daß, bei Betrachtung des Brennelements von oben, einige der Wasserstäbe (6) mindestens einige der reduzierte Länge aufweisenden Brenn­ stäbe abschirmen.

8. Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens einige der reduzierte Länge aufweisenden Brenn­ stäbe einen durchschnittlichen Anreicherungspegel der Brennstäbe aufweisen, der unterhalb des durchschnittlichen Anreicherungspegels des Brennelements liegt.

9. Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens einige der reduzierte Länge aufweisenden Brenn­ stäbe (3) durch Einbringen von Gadolinium- bzw. Gadolinia enthaltenden Pellets gebildet sind.

10. Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Anreicherungspegel und/oder die Gadolinium- bzw. Gadolinia-Konzentration in der axialen Richtung bei allen Brennstäben, mit Ausnahme der oberen und unteren Enden, gleichförmig sind.