DE19942463C1 - Fuel rod for a fuel element of a pressurized water reactor has a cladding tube with a corrosion-resistant outer surface made of a zirconium alloy containing alloying additions of niobium, tin, iron, chromium and vanadium - Google Patents

Fuel rod for a fuel element of a pressurized water reactor has a cladding tube with a corrosion-resistant outer surface made of a zirconium alloy containing alloying additions of niobium, tin, iron, chromium and vanadium

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    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

Fuel rod (1) has a cladding tube (6) made of alloyed zirconium with the usual impurities filled with nuclear fuel sintered bodies (4) made of one or more base compounds of uranium or uranium and plutonium on the one hand and oxygen on the other hand. The sintered bodies have pores (8) of different sizes and pore distribution. The cladding tube has a corrosion-resistant outer surface (10) made of a zirconium alloy containing alloying additions of (in wt.%) 0.5-3.0 Nb, 0.4-1.2 Sn, 0.2-0.7 Fe, 0.1-0.25 Cr, 0.2-0.4 V and 0-0.05 Ni. Preferred Features: The impurities comprise oxygen and/or silicon.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennstab für ein Brenn­ element eines Druckwasserreaktors, mit einem im wesentlichen aus legiertem Zirkonium mit üblichen Verunreinigungen beste­ henden Hüllrohr, das mit Kernbrennstoffsinterkörpern gefüllt ist, welche eine Anzahl Poren mit unterschiedlicher Größe im wesentlichen im Bereich zwischen 1,0 µm und 5,5 µm aufweisen, wobei das Volumen des Hüllrohrs und des Kernbrennstoff­ sinterkörpers vom Abbrand des Brennelements abhängen. Die Er­ findung betrifft weiter ein Brennelement mit mindestens einem Brennstab, welcher eine Masche eines Maschengitters eines Abstandhalters durchsetzt und in der Masche durch Anlageelemente gehalten ist.The invention relates to a fuel rod for a burner element of a pressurized water reactor, with an essentially best of alloyed zirconium with usual impurities existing cladding tube, which is filled with nuclear fuel sintered bodies which is a number of pores of different sizes in the essentially in the range between 1.0 µm and 5.5 µm, where the volume of the cladding tube and the nuclear fuel depend on the sintered body of the fuel element. The he The invention further relates to a fuel assembly with at least one fuel rod, which is a mesh of a mesh of a spacer interspersed and held in the mesh by contact elements is.

Bei einem Brennstab für ein Brennelement eines Druckwasserre­ aktors sind Kernbrennstoffsinterkörper von einem Hüllrohr um­ schlossen, welches außerdem mit Helium mit Überdruck gefüllt und an den Enden durch Stopfen verschlossen ist. Mehrere sol­ cher Brennstäbe sind üblicherweise in einem Brennelement zu einem Bündel zusammengefaßt und so im Kern eines Druckwasser- Nuklearreaktors einsetzbar. Die Brennstäbe sind beispielswei­ se in einer 17 × 17 oder 18 × 18 Matrix angeordnet und in Ab­ standhaltern gehalten, wie sie beispielsweise in der EP 0 476 179 A1 oder der US 4,849,161 beschrieben sind.In a fuel rod for a fuel element of a pressurized water tank Actuators are nuclear fuel sintered bodies from a cladding tube closed, which also filled with helium with overpressure and is closed at the ends by plugs. Several sol cher fuel rods are usually in a fuel assembly too summarized in a bundle and thus in the core of a pressurized water Nuclear reactor can be used. The fuel rods are for example arranged in a 17 × 17 or 18 × 18 matrix and in Ab withstanders such as those used in the EP 0 476 179 A1 or US 4,849,161.

Ein Abstandhalter weist dazu ein Maschengitter auf, wobei ei­ ne Masche des genannten Gitters von einem Brennstab durch­ setzt wird. Dazu ist der Brennstab im wesentlichen parallel und der Abstandhalter im wesentlichen quer zu einer Brennele­ mentachse angeordnet. Der Brennstab liegt dabei an Anlageele­ menten an, welche sich an einer Maschenwand befinden, und wird so in der Masche gehalten. Die Anlageelemente können beispielsweise Noppen oder Federn (EP 0 476 179 A1) oder Blattfedern (US 4,849,161) sein.For this purpose, a spacer has a mesh, where ei a mesh of the above-mentioned grid from a fuel rod is set. The fuel rod is essentially parallel to this and the spacer substantially transverse to a fuel ment axis arranged. The fuel rod is due to investment elements elements which are located on a mesh wall, and is kept in the loop. The investment elements can  for example knobs or springs (EP 0 476 179 A1) or Leaf springs (US 4,849,161).

Bei den Druck- und Temperaturverhältnissen im Kern eines Druckwasserreaktors (etwa 160 bar und 320°C) unterliegenden sowohl der Brennstoff und das Hüllrohr des Brennstabs als auch das Strukturmaterial eines Brennelements, insbesondere ein Ab­ standhalter, und auch das Strukturmaterial des Reaktorkerns im Laufe der Zeit, d. h. mit zunehmendem Abbrand eines Bren­ nelements, einer Durchmesser- und/oder Formänderung, auf wel­ che man bei der Auslegung eines Brennelements achten muß.With the pressure and temperature conditions at the core of a Pressurized water reactor (about 160 bar and 320 ° C) are subject to both Fuel and the cladding tube of the fuel rod as well Structural material of a fuel assembly, especially an Ab stand holder, and also the structural material of the reactor core over time, d. H. with increasing burn of a bren nelements, a diameter and / or shape change, on wel che you have to pay attention to when designing a fuel assembly.

Die Veränderungen können unterschiedlichste Ursachen haben, wie beispielsweise thermohydraulische Bedingungen oder korrosi­ ons- und strahlungsinduzierte Materialänderungen. Diese kön­ nen je nach Beschaffenheit und Position des Bauteils im Reak­ tordruckbehälter sehr unterschiedlich sein und unterschiedli­ che Auswirkungen haben. Beispielsweise ist die Temperatur im Brennstoff innerhalb eines Brennstabs wesentlich höher als die Kühlmitteltemperatur. Im Brennstab herrschen auch andere Druckverhältnisse als außerhalb.The changes can have different causes, such as thermohydraulic conditions or corrosive ons and radiation induced material changes. These can depending on the nature and position of the component in the reak Goal pressure vessels can be very different and different have an impact. For example, the temperature in the Fuel within a fuel rod is significantly higher than the coolant temperature. There are also others in the fuel rod Pressure ratios as outside.

Die Auslegung eines Brennstabs ist deshalb von zentraler Be­ deutung, da er alle anderen Strukturteile und Komponenten ei­ nes Brennelements und anderer Reaktorkernteile beeinflußt. Es ist wünschenswert einen Brennstab deshalb so auszulegen, daß er im Verlaufe seines Einsatzes im Druckwasserreaktor, d. h. mit zunehmendem Abbrand des Brennelements, möglichst we­ nigen Änderungen, insbesondere Durchmesseränderungen, unter­ worfen ist.The design of a fuel rod is therefore of central importance interpretation because it contains all other structural parts and components Nes fuel element and other reactor core parts affected. It is therefore desirable to design a fuel rod so that in the course of its use in the pressurized water reactor, d. H. with increasing burn-up of the fuel element, if possible we some changes, especially changes in diameter, under is thrown.

Zur Unterdrückung von Korrosion ist es üblich, ein Hüllrohr eines Brennstabs als Vollrohr mit einer besonders korrosi­ onsarmen Außenschicht auszuführen, wobei auch die Fertigung im Hinblick auf Korrosionsbeständigkeit optimiert wird (EP 0 498 259 A2). Im allgemeinen führen allerdings Maßnahmen, mit denen die Korrosionsbeständigkeit verbessert wird, zu einem ungünstigeren Kriechverhalten, d. h. das Hüllrohr schrumpft infolge des hohen Außendrucks schneller und legt sich enger an die Brennstoffsinterkörper an. Deshalb sind beispielsweise auch Hüllrohre mit einem schützenden nichtmetallischen Außen­ überzug (vorzugsweise in Nanotechnik) vorgeschlagen worden (DE 37 36 565 A1).To suppress corrosion, it is common to use a cladding tube of a fuel rod as a full tube with a particularly corrosive onsarm outer layer, including manufacturing is optimized with regard to corrosion resistance (EP 0 498 259 A2). In general, however, take measures with which the corrosion resistance is improved to a  unfavorable creep behavior, d. H. the cladding tube shrinks due to the high external pressure faster and tighter to the fuel sintered body. That is why, for example also cladding tubes with a protective non-metallic exterior coating (preferably in nanotechnology) has been proposed (DE 37 36 565 A1).

Generell werden Hüllrohre hinsichtlich der kühlmittelseitigen Verhältnisse im Reaktordruckbehälter ausgelegt.Generally, cladding tubes with regard to the coolant side Conditions in the reactor pressure vessel designed.

Innerhalb eines Hüllrohres liegt der Kernbrennstoff üblicher­ weise als Sinterkörper in Form von Tabletten vor, welchen ei­ ne Basisverbindung aus einerseits Uran oder Uran und Plutoni­ um, andererseits Sauerstoff zugrunde liegt. Eventuell kann der Brennstoff auch "vergiftet" sein (z. B. Gd2O3 enthalten). Das Volumen eines solchen Sinterkörpers wird üblicherweise zunächst aufgrund der Bestrahlung und der herrschenden Druck- und Temperaturverhältnisse im Brennstoff durch einen Nach­ sintervorgang verringert. Mit zunehmendem Abbrand schwillt der Kernbrennstoffsinterkörper an - unter anderem infolge der Produktion von Spaltprodukten, die durch die Kernspaltung im Inneren des Sinterkörpers entstehen. Dies können insbesondere auch gasförmige Spaltprodukte sein. Dadurch kann eine Dehnung des Brennstabs hervorgerufen werden, welche zusätzlich zu ei­ ner durch Korrosion aufwachsenden Oxidschicht den Durchmesser des Brennstabs vergrößert.Within a cladding tube, the nuclear fuel is usually present as a sintered body in the form of tablets, which is based on a base compound of uranium or uranium and plutoni on the one hand and oxygen on the other. The fuel can possibly also be "poisoned" (eg contain Gd 2 O 3 ). The volume of such a sintered body is usually initially reduced due to the irradiation and the prevailing pressure and temperature conditions in the fuel by an after-sintering process. With increasing burn-up, the nuclear fuel sintered body swells - among other things as a result of the production of fission products that arise from the fission inside the sintered body. In particular, these can also be gaseous fission products. This can cause an expansion of the fuel rod, which in addition to an oxide layer which grows up due to corrosion, increases the diameter of the fuel rod.

Deshalb werden bisher Hüllrohre gesucht, welche nicht nur eine korrosionsbeständige metallische Außenfläche, sondern auch eine geringe Neigung zur Volumenänderung haben sollen - also eine hohe Korrosions- und Kriechbeständigkeit kombinie­ ren. Das in der US 4,963,316 beschriebene Hüllrohr schrumpft, insbesondere zu Beginn seines Einsatzes, ausrei­ chend wenig und kann deshalb kraftschlüssig in einem Abstand­ halter gehalten werden, um beispielsweise Vibrationen des Hüllrohrs zu dämpfen. Die Forderung nach hoher Kriechbestän­ digkeit liegt auch dem in der EP 0 552 098 A1 beschriebenen Hüllrohr zugrunde.Therefore, cladding tubes have been sought so far, which not only a corrosion-resistant metallic outer surface, but should also have a slight tendency to change volume - a high level of corrosion and creep resistance combined ren. The cladding tube described in US 4,963,316 shrinks, especially at the beginning of its use little and can therefore be non-positive at a distance to be held, for example, vibrations of the To dampen the cladding tube. The demand for high creep resistance  also lies in that described in EP 0 552 098 A1 Cladding tube.

Andererseits wird in der WO 98/12708 A2 ein Kernbrennstoffsin­ terkörper vorgeschlagen, welcher die Beanspruchung eines Hüllrohrs, insbesondere eines zirkoniumlegierten Hüllrohrs eines Brennstabs, der solche Kernbrennstoffsinterkörper ent­ hält, durch diese Kernbrennstoffsinterkörper gering hält.On the other hand, in WO 98/12708 A2 a nuclear fuel is used body proposed that the stress of a Cladding tube, in particular a zirconium-alloyed cladding tube a fuel rod that ent such nuclear fuel sintered body keeps, by keeping this nuclear fuel sintered body low.

Die genannten üblichen Maßnahmen verbessern zwar die Eigen­ schaften eines Brennstabs, jedoch nur bis zu einem gewissen Abbrand, beispielsweise unterhalb von etwa 40 MWd/kgSM. Bei modernen Reaktortypen treten jedoch zum Teil andere und in der Regel härtere Anforderungen als die bisher genannten auf, die zudem auch bei wesentlich höheren Abbränden zu berück­ sichtigen sind. Denn in einem modernen Druckwasserreaktor muß ein Brennelement für erheblich längere Standzeit ausgelegt sein, d. h. weit über einen Abbrand von 40 MWd/kgSM hinaus. Un­ ter Umständen können Maßnahmen, die sich bis zu Abbränden bis 40 MWd/kgSM günstig auswirken, sich bei höheren Abbränden als schädlich erweisen. In der EP 0 910 098 A2 und der US 4,938,920 sind beispielsweise Untersuchungen dazu an Hüll­ rohrlegierungen gezeigt, welche das Korrosionsverhalten betreffen. Außerdem werden mit einem modernen Reaktor häufi­ gere Leistungswechsel durchgeführt, so daß ein Brennstab und insbesondere der darin untergebrachte Brennstoff schnellen Leistungsschwankungen mit unter Umständen hoher Amplitude un­ terworfen ist.The usual measures mentioned improve the own fuel rod, but only to a certain extent Burn-up, for example below about 40 MWd / kgSM. At modern reactor types, however, occur in part different and in generally tougher requirements than those mentioned previously, which also have to be taken into account in the event of significantly higher burns are visible. Because in a modern pressurized water reactor must a fuel element designed for a significantly longer service life be d. H. far beyond a burn-up of 40 MWd / kgSM. Un Under certain circumstances, measures that can lead to burns up 40 MWd / kgSM have a favorable effect, with higher burns than to prove harmful. In EP 0 910 098 A2 and US For example, 4,938,920 are studies on Hüll tube alloys shown the corrosion behavior affect. In addition, with a modern reactor gere performance changes carried out so that a fuel rod and in particular the fuel housed therein is quick Power fluctuations with possibly high amplitude un is thrown.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Eigenschaften eines Brennstabs und eines Brennelements für einen Druckwasserreak­ tor für die gesamte Einsatzdauer zu verbessern.It is therefore an object of the invention, the properties of a Fuel rod and a fuel element for a pressurized water freak to improve the gate for the entire period of use.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Brennstab für ein Brennelement eines Druckwasserreaktors mit einem im wesentlichen aus legiertem Zirkonium mit üblichen Verunreinigungen bestehenden Hüllrohr, das mit Kernbrenn­ stoffsinterkörpern aus einer oder mehreren Basisverbindungen aus einerseits Uran oder Uran und Plutonium und andererseits Sauerstoff gefüllt ist. Eventuell kann der Brennstoff auch ein vorzugsweise abbrennbares Neutronengift wie z. B. ein Ga­ doliniumoxid oder eine Borverbindung enthalten. Dabei weist der Kernbrennstoffsinterkörper eine Anzahl Poren mit unter­ schiedlicher Größe und einer Größenverteilung der Poren auf, die wenigstens ein erstes und ein zweites Maximum hat. Das erste Maximum liegt im wesentlichen im Bereich zwischen 1,0 µm und 5,0 µm, insbesondere etwa bei 2 µm ± 1 µm. Das zweite Maximum liegt im wesentlichen im Bereich zwischen 10 µm und 40 µm, insbesondere etwa bei 20 µm ± 10 µm. Die Volumenände­ rung des Hüllrohrs und des Kernbrennstoffsinterkörpers und damit die Änderung des Brennstabvolumens, insbesondere des Durchmessers, hängen vom Abbrand des Brennelements ab, für den es beim Einsatz in einem Druckwasserreaktorkern ausgelegt ist.To achieve the object, the invention is based on one Fuel rod for a fuel element of a pressurized water reactor an essentially alloyed zirconium with usual Contamination existing cladding tube that with nuclear fuel  sintered bodies made of one or more basic compounds from uranium or uranium and plutonium on the one hand and on the other Oxygen is filled. Maybe the fuel can too  a preferably burnable neutron poison such. B. a Ga contain dolinium oxide or a boron compound. It points the nuclear fuel sintered body has a number of pores with under different sizes and a size distribution of the pores, that has at least a first and a second maximum. The The first maximum is essentially in the range between 1.0 µm and 5.0 µm, especially around 2 µm ± 1 µm. The second The maximum is essentially between 10 µm and 40 µm, especially around 20 µm ± 10 µm. The volume changes tion of the cladding tube and the nuclear fuel sintered body and thus the change in the fuel rod volume, in particular the Diameter, depend on the burnup of the fuel element, for designed for use in a pressurized water reactor core is.

Erfindungsgemäß weist bei einem solchen Brennstab das Hüll­ rohr an einer besonders korrosionsbeständigen Außenfläche le­ giertes Zirkonium auf, in dem eines oder mehrere der Legie­ rungselemente aus folgender Gruppe enthalten sind:
According to the invention, with such a fuel rod, the cladding tube has alloyed zirconium on a particularly corrosion-resistant outer surface, in which one or more of the alloying elements from the following group are contained:

  • - Niob (Nb) in einer Konzentration innerhalb von 0.5-3.0 Ge­ wichtsprozent,- Niobium (Nb) in a concentration within 0.5-3.0 Ge percent by weight,
  • - Zinn (Sn) in einer Konzentration innerhalb von 0.4-1.2 Ge­ wichtsprozent,- Tin (Sn) in a concentration within 0.4-1.2 Ge percent by weight,
  • - Eisen (Fe) in einer Konzentration innerhalb von 0.2-0.7 Gewichtsprozent,- Iron (Fe) in a concentration within 0.2-0.7 Weight percent,
  • - Chrom (Cr) in einer Konzentration innerhalb von 0.1-0.25 Gewichtsprozent, und- Chromium (Cr) in a concentration within 0.1-0.25 Percent by weight, and
  • - Vanadium (V) in einer Konzentration innerhalb von 0.2-0.4 Gewichtsprozent,- Vanadium (V) in a concentration within 0.2-0.4 Weight percent,

sowie gegebenenfalls Nickel (Ni) in einer Konzentration in­ nerhalb von 0.0-0.05 Gewichtsprozent.and optionally nickel (Ni) in a concentration in within 0.0-0.05 percent by weight.

Unter der Größe der Poren wird dabei eine durch ein statisti­ sches Verfahren bestimmte mittlere Größe verstanden. Dies betrifft insbesondere ein sogenanntes Intercept-Verfahren, bei dem ein Schliffbild eines Kernbrennstoffsinterkörpers ausgewertet wird: Die entlang einer über das Schliffbild ge­ legten Geraden ermittelten Durchmesser der Poren werden zu­ nächst gemittelt. Anschließend wird diese Mittelung für Gera­ den verschiedener Orientierung durchgeführt und die Auswer­ tung ergibt eine Porengröße für die betrachtete Schliffebene. Die abschließende Mittelung erfolgt für verschiedene Schliff­ ebenen und ermöglicht so die Bestimmung der mittleren Poren­ größe für das Volumen des Sinterkörpers. Der Kernbrennstoff­ sinterkörper kann demnach durch eine Porengrößenverteilung charakterisiert werden, welche ein erstes lokales Maximum zwischen 1,0 µm bis 5,0 µm und ein zweites zwischen 10 µm bis 40 µm hat.The size of the pores is one by a statistical certain medium size understood. This relates in particular to a so-called intercept process, in which a micrograph of a nuclear fuel sintered body is evaluated: The along a ge over the micrograph  straight lines of the diameter of the pores are determined next averaged. Then this averaging for Gera the different orientation and the Auswer tion results in a pore size for the considered grinding plane. The final averaging is done for different cuts level and thus enables the determination of the middle pores size for the volume of the sintered body. The nuclear fuel Sintered body can therefore by a pore size distribution are characterized, which is a first local maximum between 1.0 µm to 5.0 µm and a second between 10 µm to 40 µm.

Mit einer Volumenänderung des Hüllrohrs und des Kernbrenn­ stoffsinterkörpers ist insbesondere eine Durchmesseränderung (ein Innen- und/oder Außendurchmesser) des Hüllrohrs und des Kernbrennstoffsinterkörpers gemeint.With a change in volume of the cladding tube and the nuclear fuel sintered body is in particular a change in diameter (an inner and / or outer diameter) of the cladding tube and Nuclear fuel sintered body meant.

Das Hüllrohr kann nur aus einer einzigen Schicht mit einer Außen- und Innenfläche bestehen. Es kann auch eine erste Schicht auf der Kühlmittelseite mit einer Außenfläche und ei­ ne zweite Schicht mit einer Innenfläche aufweisen, welche dem Kernbrennstoffsinterkörper im Inneren des Brennstabs zugewen­ det ist. Dazwischen können sogar noch weitere Schichten vor­ handen sein. Das Hüllrohr kann zudem die für eine Zirkonium­ legierung üblichen Verunreinigungen aufweisen. Insbesondere können die Verunreinigungen auch Sauerstoff und/oder Silizium umfassen. Dabei kann Sauerstoff beispielsweise etwa mit 0.12 Gewichtsprozent vorhanden sein und beispielsweise zur Härtung einer Außenschicht eines Hüllrohrs dienen. Es kann Sauerstoff auch bis zu einem Anteil von 2.0 Gewichtsprozent günstig sein. Silizium kann in Mengen von einigen 10 ppm bis einigen 100 ppm, beispielsweise etwa in einer Menge von 120 ppm, vor­ handen sein und zur Korrosionsbeständigkeit einer Außen­ schicht eines Hüllrohrs beitragen.The cladding tube can only consist of a single layer with one Outside and inside surface exist. It can also be a first Layer on the coolant side with an outer surface and egg have a second layer with an inner surface, which the Close the nuclear fuel sintered body inside the fuel rod det. In between there can be even more layers be there. The cladding tube can also be used for a zirconium alloy usual impurities. In particular the contaminants can also include oxygen and / or silicon include. Oxygen can be around 0.12, for example Weight percent present and for example for hardening serve an outer layer of a cladding tube. It can be oxygen also cheap up to a proportion of 2.0 percent by weight his. Silicon can range from some 10 ppm to some 100 ppm, for example approximately in an amount of 120 ppm be available and the corrosion resistance of an exterior layer of a cladding tube.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Eigen­ schaften eines Brennstabs in einem Brennelement für seine ge­ samte Einsatzdauer in einem Druckwasserreaktor dann verbes­ sert wird, wenn die Volumenänderung des Kernbrennstoffsinter­ körpers bis zu einem hohen Abbrand besonders gering und zudem die Volumenänderung des Kernbrennstoffsinterkörpers und des Hüllrohrs aufeinander abgestimmt sind, so daß das System, um­ fassend Hüllrohr und Brennstoff, sowohl bei üblichen (bis 40 MWd/kgSM Abbrand) als auch bei langen Einsatzdauern (80 MWd/kgSM Abbrand) verbesserte Eigenschaften aufweist.The invention is based on the knowledge that the Eigen shafts of a fuel rod in a fuel assembly for its ge  then the entire operating time in a pressurized water reactor sert when the volume change of the nuclear fuel sinter body up to a high burn, especially low and also the change in volume of the nuclear fuel sintered body and Cladding tube are matched so that the system to summarizing cladding tube and fuel, both in the usual (to 40 MWd / kgSM burnup) as well as with long operating times (80 MWd / kgSM burnup) has improved properties.

Dazu weist der Kernbrennstoffsinterkörper zunächst ein aus­ reichendes und gezieltes Nachverdichten infolge eines Nach­ sintervorgangs unter den Bestrahlungs-, Druck- und Tempera­ turverhältnissen im Brennstab und im Druckwasserreaktor auf. Dies wird durch die relativ kleinen Poren im Kernbrennstoff­ sinterkörper ermöglicht, betrifft also das erste Maximum der Größenverteilung bei einer Größe von etwa 2 µm ± 1 µm. So ist es vorteilhaft, daß der Kernbrennstoffsinterkörper seine höchste Dichte bei einem Abbrand zwischen etwa 10 MWd/kgSM bis etwa 25 MWd/kgSM aufweist. Dies impliziert jedoch noch nicht ein ausreichend günstiges Verhalten des Brennstoffs bei hohem Abbrand. Die Größenverteilung der Poren weist deshalb ein zweites Maximum auf, das im wesentlichen im Bereich zwischen 10 µm und 40 µm, insbesondere etwa bei 20 µm ± 10 µm liegt, da bei einem Nachsintern des Sinterkörpers insbesondere die kleinen Poren schrumpfen oder sich aufzulösen beginnen und mit zunehmendem Abbrand verschwinden. Dagegen weisen die gro­ ßen Poren eine höhere Stabilität auf und dienen vorteilhaft einer Reduzierung des Brennstoff-Schwellens bei höherem Ab­ brand. Dies kann unter anderem auch über eine Rückhaltung von Spaltprodukten in den Poren geschehen. Beispielsweise kann dies auch einen in der WO 98/12708 A2 beschriebenen Brennstoff betreffen. Nach der Erkenntnis der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn die großen Poren überwiegen.For this purpose, the nuclear fuel sintered body initially has one sufficient and targeted post-compaction as a result sintering process under the irradiation, pressure and tempera conditions in the fuel rod and in the pressurized water reactor. This is due to the relatively small pores in the nuclear fuel sintered body enables, so affects the first maximum of Size distribution with a size of approximately 2 µm ± 1 µm. So is it is advantageous that the nuclear fuel sintered body highest density with a burn-up between approx. 10 MWd / kgSM to about 25 MWd / kgSM. However, this does not yet imply a sufficiently favorable behavior of the fuel at high Burn. The size distribution of the pores therefore shows second maximum, which is essentially in the range between 10 µm and 40 µm, in particular approximately 20 µm ± 10 µm, since in particular during re-sintering of the sintered body small pores shrink or begin to dissolve and disappear with increasing burnup. In contrast, the gro pores have a higher stability and serve advantageously a reduction in fuel swell at higher ab fire. Among other things, this can also be achieved through a reluctance to Fission products happen in the pores. For example this is also a fuel described in WO 98/12708 A2 affect. After the discovery of the invention, it is special advantageous if the large pores predominate.

Da der Kernbrennstoffsinterkörper zunächst nachsintert und dann bei höherem Abbrand anschwillt, tritt bei einem bestimm­ ten Abbrand ein minimales Volumen und eine maximale Dichte auf. Nach dem Durchlaufen des Volumenminimums weist der Kern­ brennstoffsinterkörper nach der Erfindung nur ein sehr gerin­ ges Schwellverhalten auf. Das Volumen durchläuft also einen Bereich, der vom minimalen Volumen am Ende des Nachsinterns bis zu seinem Maximalwert am Ende der Standzeit und bei einem Abbrand von 70 bis 80 MWd/kgSM reicht und geringer als bisher üblich ist. Dies ist nach der Erkenntnis der Erfindung insbesondere auf das sehr geringe Schwellverhalten des Sin­ terkörpers zurückzuführen. Insbesondere nimmt der Durchmesser des Kernbrennstoffsinterkörpers nach Durchlaufen eines Mini­ mums erst oberhalb eines Abbrands von etwa 20 MWd/kgSM oder mehr zu.Since the nuclear fuel sintered body initially sinters and then swells with a higher burn, occurs with a certain minimum volume and maximum density  on. After passing through the volume minimum, the core points fuel sintered body according to the invention only a very small swelling behavior. So the volume goes through one Range from the minimum volume at the end of post-sintering up to its maximum value at the end of the service life and at one Burning from 70 to 80 MWd / kgSM is sufficient and less than is common so far. This is according to the knowledge of the invention especially the very low swelling behavior of the Sin attributed to the body. In particular, the diameter increases of the nuclear fuel sintered body after passing through a mini mums only above a burn-up of about 20 MWd / kgSM or more to.

Der Sinterkörper nach der WO 98/12708 hat nach etwa 40 MWd/kgSM annähernd das Volumen, das der Auslegung des Brennstabs beim Beginn seines Einsatzes zugrunde gelegt ist. Im Idealfall ist die Hüllrohrwand so dick und aus einem so festen Material, daß bei diesem Abbrand auch der Hüllrohrinnendurchmesser sich nicht verändert hat und deshalb eine innige Berührung mit dem Brennstoff, die zu einem Hüllrohrschaden führen könnte, nicht auftritt. Bei einer auf Kriechfestigkeit optimierten Wand muß auch noch berücksichtigt werden, daß die Wand während dieser Standzeit durch Korrosion geschwächt wird, also eventuell vorsorglich dicker ausgelegt werden muß. Dies sind die bisher üblichen Überlegungen, wobei toleriert werden muß, daß die aufwachsende Korrosionsschicht zu einer Außendurchmesser- Änderung führt, die für den Abstandhalter ebenfalls toleriert werden muß.The sintered body according to WO 98/12708 has about 40 MWd / kgSM approximately the volume that the design of the fuel rod at The beginning of his assignment. Ideally it is the cladding tube wall is so thick and made of such a solid material, that the inner diameter of the cladding tube also changes during this erosion has not changed and therefore an intimate contact with the No fuel that could lead to cladding damage occurs. With a wall optimized for creep resistance also take into account that the wall during this Service life is weakened by corrosion, so possibly as a precaution, must be designed thicker. So far they are usual considerations, whereby it must be tolerated that the growing corrosion layer to an outer diameter Change leads that also tolerated for the spacer must become.

Bei etwa 70 MWd/kgSM kann jedoch der Vorteil dieses Sinterkör­ pers, der ein geringes Volumenwachstum bis 40 MWd/kgSM be­ sitzt, mit einem Hüllrohr, das auf die beschriebene besonders vorteilhafte Kriechbeständigkeit ausgelegt ist, nicht mehr optimal genutzt werden. Vielmehr würden die genannten Überle­ gungen zu übermäßigen Wanddicken und zu einer übermäßigen korrosionsbedingten Änderung des Hüllrohr-Außendurchmessers führen, die für den üblichen Abstandhalter meist nicht mehr tolerierbar ist. Gemäß der Erfindung ist die Legierung an der Außenfläche des Hüllrohrs vielmehr auf eine möglichst hohe Korrosionsbeständigkeit auszulegen, wobei ein starkes Krie­ chen durchaus toleriert werden kann. Denn dem besonders ge­ ringen Durchmesserwachstum des Sinterkörpers kann ein weniger kriechfestes Hüllrohr leichter folgen als ein Rohr mit beson­ ders ausgeprägter Kriechfestigkeit. Die durch einen innigen Kontakt der Innenfläche eines Hüllrohrs mit dem Brennstoff entstehenden Spannungen sind geringer und die Wanddicke braucht nur im Hinblick darauf bestimmt zu werden, daß das Rohr nicht durch Korrosion und Belastungen durch strömungsbe­ dingte Vibration und Abrieb an den Abstandhaltern seine Inte­ grität verliert.At about 70 MWd / kgSM, however, the advantage of this sintered body pers, which is a small volume growth up to 40 MWd / kgSM sits, with a cladding tube that is particularly described on the advantageous creep resistance is designed, no more can be used optimally. Rather, the above mentioned excessive wall thicknesses and excessive Corrosion-related change in the outer tube diameter lead for the usual spacer mostly no longer  is tolerable. According to the invention, the alloy is on the Rather, the outer surface of the cladding tube to the highest possible Corrosion resistance design, being a strong creep Chen can be tolerated. Because the ge wrestle diameter growth of the sintered body can be less creep-resistant cladding tube easier to follow than a tube with special pronounced creep resistance. By an intimate Contact of the inner surface of a cladding tube with the fuel resulting tensions are lower and the wall thickness need only be determined in view of the fact that Pipe not affected by corrosion and flow stress due to vibration and abrasion on the spacers grity loses.

Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß daher der Abstandhalter auch in der Regel nicht umkonstruiert werden muß, um bei­ spielsweise Hüllrohren mit größeren Wandstärken und Durchmes­ seränderungen zu entsprechen, wenn die Standzeiten auf bei­ spielsweise 70 MWd/kgSM verlängert werden.It is an advantage of the invention that therefore the spacer also usually does not need to be redesigned to for example cladding tubes with larger wall thicknesses and diameters changes if the downtimes are at for example, 70 MWd / kgSM can be extended.

Zum leichten Einfüllen der Sinterkörper in die Hüllrohre wird zwischen Sinterkörperaußenfläche und Hüllrohrinnenfläche ein Spalt eingestellt, der beispielsweise 170 ± 50 µm betragen kann. Denn andererseits soll der Spalt auch nicht zu groß ausgelegt sein, um eine ausreichende Wärmeleitung zwischen Brennstoff und Hüllrohr zu ermöglichen. Nach einer der ge­ nannten Weiterbildungen der Erfindung entwickeln sich mit zu­ nehmender Standzeit des Brennelements mit einem Brennstab nach der Erfindung in einem besonders großen Bereich des Ab­ brands der Umfang des Kernbrennstoffsinterkörpers und der In­ nenumfang des Hüllrohrs gegenläufig - wenigstens bis zu einem Abbrand von etwa 20 MWd/kgSM. Möglicherweise erfolgt danach ein Anschwellen des Brennstabs, da nun kein Spalt mehr zwi­ schen Sinterkörper und Hüllrohr vorhanden ist, und der lang­ sam schwillende Sinterkörper auf die Innenseite des Hüllrohrs drückt. For easy filling of the sintered body in the cladding tubes between the outer surface of the sintered body and the inner surface of the cladding tube Gap set, for example, be 170 ± 50 microns can. On the other hand, the gap should not be too large be designed to ensure adequate heat conduction between To allow fuel and cladding. According to one of the ge mentioned developments of the invention develop with increasing service life of the fuel assembly with a fuel rod according to the invention in a particularly large range of Ab brands the size of the nuclear fuel sintered body and the In opposite circumference of the cladding tube - at least up to one Burn up of around 20 MWd / kgSM. May be done afterwards a swelling of the fuel rod, since there is no longer a gap between sintered body and cladding tube is present, and the long sam sintered bodies on the inside of the cladding tube presses.  

Nach der Erfindung ist das Hüllrohrmaterial jedoch für hohe Abbrände so auf den Kernbrennstoffsinterkörper ausgelegt, daß dieses Anschwellverhalten des Brennstabs zum einen nur mit einer geringen Rate und in der Regel erst ab etwa 40 MWd/kgSM erfolgt und zum anderen das Hüllrohr wenig korrodiert.According to the invention, however, the cladding tube material is for high Burns so designed on the nuclear fuel sintered body that this swelling behavior of the fuel rod on the one hand only with a low rate and usually only from around 40 MWd / kgSM takes place and on the other hand, the cladding tube corrodes little.

Dazu weist flach einer Weiterbildung der Erfindung das Hüll­ rohr wenigstens an der Außenfläche mit 0.5-1.5 Gew.-% Nb oder 2.0-3.0 Gew.-% Nb legiertes Zirkonium auf. Dabei kann ein Hüllrohr mit höherem Nb-Anteilen einen höheren Härtegrad auf­ weisen, als ein Hüllrohr mit weniger Nb-Anteilen.To this end, the envelope has a further development of the invention pipe at least on the outer surface with 0.5-1.5% by weight of Nb or 2.0-3.0% by weight of Nb alloyed zirconium. A can Cladding tube with a higher proportion of Nb has a higher degree of hardness show than a cladding tube with less Nb content.

Insbesondere ist es vorteilhaft, daß das Hüllrohr wenigstens an der Außenfläche mit 0.4-1.0 Gew.-% Sn legiertes Zirkonium aufweist. Ein solches Hüllrohr weist einen niedrigeren Härte­ grad auf als ein Hüllrohr mit höheren Sn-Anteilen. Insbeson­ dere sind die genannten Hüllrohre für den oben beschriebenen Brennstoffsinterkörper aber besonders korrosionsfest.In particular, it is advantageous that the cladding tube at least zirconium alloyed with 0.4-1.0% by weight of Sn on the outer surface having. Such a cladding tube has a lower hardness straight up than a cladding tube with higher Sn contents. In particular others are the mentioned cladding tubes for the one described above Fuel sintered body but particularly corrosion-resistant.

Günstig ist auch, wenn das Hüllrohr wenigstens in einer Au­ ßenschicht neben einem geringen Sn-Anteil zusätzlich Fe und Cr oder V und gegebenenfalls Ni als Legierungselemente auf­ weist.It is also favorable if the cladding tube is at least in an Au In addition to a small proportion of Sn, the outer layer also contains Fe and Cr or V and optionally Ni as alloying elements has.

Vorteilhaft ist legiertes Zirkonium mit
Alloyed zirconium is also advantageous

  • - 0.4-1.0 Gew.-% Sn und- 0.4-1.0% by weight of Sn and
  • - 0.2-0.7 Gew.-% Fe und- 0.2-0.7 wt% Fe and
  • - 0.1-0.25 Gew.-% Cr,0.1-0.25% by weight of Cr,

sowie gegebenenfalls 0-0.05 Gew.-% Ni.and optionally 0-0.05% by weight of Ni.

Oder mit
Or with

  • - 0.4-1.0 Gew.-% Sn und- 0.4-1.0% by weight of Sn and
  • - 0.2-0.7 Gew.-% Fe und- 0.2-0.7 wt% Fe and
  • - 0.2-0.4 Gew.-% V.- 0.2-0.4% by weight of V.

Bei den genannten Weiterbildungen der Erfindung weist das Hüllrohr eine geringe Oxidschichtdicke, insbesondere über die gesamte Einsatzdauer eines Brennstabs in einem Druckwasserre­ aktor auf. Insbesondere ist es günstig, daß das Hüllrohr auf eine Korrosionsschichtdicke von weniger als 30 µm bei einem Abbrand von mindestens 40 MWd/kgSM oder von weniger als 60 µm bei einem Abbrand von mindestens 80 MWd/kgSM ausgelegt ist. Da auch eine reduzierte Kriechfestigkeit des Hüllrohrs tolerier­ bar ist, kann der genannte Brennstab vor allem hinsichtlich der Korrosionsfestigkeit des Hüllrohrs ausgelegt werden.In the mentioned developments of the invention, this Cladding tube a small oxide layer thickness, especially over the total service life of a fuel rod in a pressurized water tank  actuator on. In particular, it is favorable that the cladding tube is open a corrosion layer thickness of less than 30 µm at one Burn-off of at least 40 MWd / kgSM or less than 60 µm is designed for a burn-up of at least 80 MWd / kgSM. There also tolerate a reduced creep resistance of the cladding tube bar, the fuel rod mentioned can be used primarily with regard to the corrosion resistance of the cladding tube.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung weiter von einem Brennelement mit einem parallel zu einer Brennelementachse angeordnetem Brennstab aus, welcher eine Masche eines Ma­ schengitters eines quer zur Brennelementachse angeordneten Abstandhalters durchsetzt und in der Masche durch Anlageele­ mente gehalten ist, wobei der Durchmesser des Brennstabs vom Abbrand des Brennelements abhängt und der Brennstab erfin­ dungsgemäß entsprechend einem oben genannten Brennstab ausge­ bildet ist.To achieve the object, the invention proceeds from one Fuel element with a parallel to a fuel element axis arranged fuel rod from which a stitch of a Ma Schengitters arranged transversely to the fuel axis Spacer interspersed and in the mesh by investment elements Mente is held, the diameter of the fuel rod from The fuel element burns up and the fuel rod is invented in accordance with a fuel rod mentioned above forms is.

Dies hat den Vorteil, daß bei dem genannten Brennelement der Abstandhalter durch den obengenannten Brennstab nur wenig be­ lastet wird, weil die Durchmesseränderung des Brennstabs we­ gen der geringen Korrosion des Hüllrohrs und der geringen Vo­ lumenänderung des Brennstoffsinterkörpers klein ist. Deshalb weist ein solcher Abstandhalter eine relativ geringe Aufwei­ tung mit zunehmendem Abbrand auf.This has the advantage that in the fuel assembly mentioned Spacers by the above fuel rod be little is loaded because the diameter change of the fuel rod we due to the low corrosion of the cladding tube and the low Vo lumen change of the fuel sintered body is small. Therefore such a spacer has a relatively low level with increasing burn-up.

Insbesondere ist es günstig, daß der Ab­ standhalter bei dem genannten Brennelement mit einem solchen Brennstab langgestreckte, praktisch parallel zur Brennelemen­ tachse ausgerichtete Anlageelemente aufweist. Dies ist insbe­ sondere vorteilhaft bei einem Hub in der Durchmesseränderung, welcher unter Umständen größer als etwa 1.0% bis 2%, bezogen auf den ursprünglichen Durchmesser, ist. Das Anlageelement ist vorteilhaft aus einer Maschenwand in eine Masche gebogen. Insbesondere ist das Anlageelement dazu als eine Blattfeder ausgebildet. Ein solcher Abstandhalter ist im Vergleich zu anderen weicher und weist eine höhere Flexibilität auf, so daß der oben genannte Brennstab bis zu einem hohen Abbrand (z. B. 80 MWd/kgSM) hinreichend fest in einer Masche gehalten ist und praktisch kaum Reibungsschäden erleidet. Nach der Er­ kenntnis der Erfindung braucht die Steifigkeit eines solchen Abstandhalters nicht notwendig durch zusätzliche konstruktive Maßnahmen verbessert werden, da er durch den oben genannten Brennstab selbst bis zu einem hohen Abbrand (mehr als 40 MWd/kgSM bis zu 80 MWd/kgSM) nicht übermäßig belastet ist.In particular, it is favorable that the Ab with the said fuel assembly with such Fuel rod elongated, practically parallel to the fuel elements Axially aligned system elements. This is especially true particularly advantageous with a stroke in the change in diameter, which may be greater than about 1.0% to 2% to the original diameter. The investment element is advantageously bent from a mesh wall into a mesh. In particular, the contact element is a leaf spring educated. Such a spacer is compared to others softer and more flexible, so  that the above fuel rod burns to a high level (e.g. 80 MWd / kgSM) held sufficiently tight in a mesh is and practically suffers hardly any friction damage. After the Er Knowledge of the invention needs the rigidity of such Spacers not necessary due to additional constructive Measures can be improved because of the above Fuel rod itself to a high burn (more than 40 MWd / kgSM up to 80 MWd / kgSM) is not excessively loaded.

Gegebenenfalls ist die oben genannte relativ geringe Aufwei­ tung des Abstandhalters so einstellbar, daß vorteilhaft bis zu einem hohen Abbrand ein Brennstab und eine Abstandhalter­ masche etwa die gleiche Dehnung aufweisen. Dies ist bei­ spielsweise durch eine gezielte Anpassung der Anlageelemente (beispielsweise einer Federkonstanten) und der mechanischen Eigenschaften der Abstandhalterstege erreichbar. Bei dem ge­ nannten Brennelement kann der Brennstab also bei jedem Ab­ brand mit einem hinreichend guten Spiel, geringer Reibung und gleichzeitig fest in einer Masche eines Abstandhalters gehal­ ten werden. Der oben genannte Brennstab nach der Erfindung weist also aufeinander abgestimmte Eigenschaften von Brenn­ stoffsinterkörper und Hüllrohr und das Brennelement nach der Erfindung zusätzlich abgestimmte Eigenschaften des Abstand­ halters auf.If necessary, the above-mentioned is relatively low tion of the spacer so adjustable that advantageous to for a high burn, a fuel rod and a spacer mesh have approximately the same elongation. This is at for example through a targeted adjustment of the system elements (for example a spring constant) and the mechanical one Properties of the spacer webs attainable. With the ge called fuel assembly, the fuel rod can therefore with each Ab brand with a sufficiently good game, low friction and at the same time firmly held in a mesh of a spacer be. The above fuel rod according to the invention shows coordinated properties of Brenn sintered body and cladding tube and the fuel assembly after the Invention additionally matched properties of the distance hold on.

Anhand einer Zeichnung werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Based on a drawing, advantageous embodiments the invention explained in more detail. Show it:

Fig. 1 die Größenverteilungen von Poren in drei Kernbrenn­ stoffsinterkörpern mit unterschiedlichen Volumenände­ rungen, FIG. 1 shows the size distribution of pores in three nuclear fuel material inter bodies with different Volumenände conclusions,

Fig. 2 die relative Volumenänderung eines Vergleichskörpers und eines ersten und zweiten Kernbrennstoffsinterkör­ pers entsprechend einer in Fig. 1 gezeigten Größenver­ teilung von Poren über die gesamte Einsatzdauer bis zu einem Abbrand von 80 MWd/kgSM einer Variante des Brenn­ stabs und eine dafür vorteilhafte Wahl von Legierungs­ elementen bei zwei Varianten des erfindungsgemäßen Brennstabs, Fig. 2 shows the relative change in volume of a comparative body and a first and second nuclear fuel sintered body according to a size distribution of pores shown in FIG. 1 over the entire period of use up to a burnup of 80 MWd / kgSM of a variant of the fuel rod and an advantageous choice of Alloy elements in two variants of the fuel rod according to the invention,

Fig. 3 eine relative Änderung des Durchmessers einer Ausfüh­ rung eines Kernbrennstoffsinterkörpers und eines Innen­ durchmessers einer Ausführung eines Hüllrohrs bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Brennstabs über die gesamte Einsatzdauer in einem Druckwasserreaktor, Fig. 3 is a relative change in the diameter of an exporting tion of a sintered nuclear fuel body, and an inner diameter of an embodiment of a cladding tube in a further variant of the fuel rod according to the invention over the entire period of use in a pressurized water reactor,

Fig. 4 die Entwicklung der Korrosionsschichtdicke bei einem Hüllrohr einer Variante des erfindungsgemäßen Brenn­ stabs im Vergleich zu einem Hüllrohr mit üblicher Kor­ rosionsbeständigkeit, Fig. 4 shows the development of the corrosion layer thickness in a cladding tube of a variant of the fuel rod according to the invention compared to a cladding tube with a conventional Cor rosionsbeständigkeit,

Fig. 5 die Entwicklung des Außendurchmessers der beiden Va­ rianten des erfindungsgemäßen Brennstabs, Fig. 5 shows the development of the outside diameter of the two Va variants of the fuel rod according to the invention,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Variante des erfindungs­ gemäßen Brennelements mit einem Brennstab, gehalten in einer Masche eines relativ weichen Abstandhalters des genannten Brennelements. Fig. 6 shows an embodiment of a variant of the fuel element according to the invention with a fuel rod, held in a mesh of a relatively soft spacer of the fuel element mentioned.

Fig. 1 ist die Porengrößenverteilung PA für einen ersten Sinterkörper (Vergleichskörper) für einen Brennstab im Ver­ gleich zu einer ersten (PB) und zweiten (PC) Porengrößenvertei­ lung für einen Sinterkörper 4 (Fig. 6) des erfindungsgemäßen Brennstabs 1 (Fig. 6) zu entnehmen. Der Sinterkörper 1 ist charakterisiert durch eine Anzahl von Poren 8 (Fig. 6), die eine Größenverteilung PB oder PC haben, welche beispielsweise einer statistischen Analyse eines Schliffbildes des Sinter­ körpers 4 entnommen werden kann. Dies kann beispielsweise die oben genannte Intercept-Methode sein. Fig. 1 shows the pore size distribution PA is for a first sintered body (Comparative body) for a fuel rod in the Ver equal to a first (PB) and second (PC) Porengrößenvertei development of a sintered body 4 (Fig. 6) of the fuel rod 1 according to the invention (Fig. 6 ) refer to. The sintered body 1 is characterized by a number of pores 8 ( FIG. 6), which have a size distribution PB or PC, which can be seen, for example, from a statistical analysis of a micrograph of the sintered body 4 . This can be the intercept method mentioned above, for example.

Im folgenden wird der Einfachheit halber entsprechend der Fig. 6 für einen Brennstab 1 oder ein Brennelement nach der Erfindung ein Sinterkörper mit dem Bezugszeichen 4, Poren mit dem Bezugszeichen 8 und ein Hüllrohr mit dem Bezugszeichen 6 versehen, auch wenn dies unterschiedliche Varianten der Er­ findung betreffen kann. In the following, for the sake of simplicity, according to FIG. 6, a sintered body with the reference symbol 4 , pores with the reference symbol 8 and a cladding tube with the reference symbol 6 are provided for a fuel rod 1 or a fuel element according to the invention, even if these are different variants of the invention can affect.

Die Größenverteilung PA von Poren bei dem Vergleichskörper weist beispielsweise ein einziges Maximum von Porengrößen auf, welches bei etwa 2 µm ± 1 µm liegt. Fig. 2 ist die zu­ gehörige relative Brennstoffvolumenänderung VA dieses Ver­ gleichskörpers zu entnehmen. Die relative Volumenänderung des Brennstoffsinterkörpers ist dabei in Prozent des theoreti­ schen Mindestvolumens pro Einheitsgewicht eines solchen Sin­ terkörpers angegeben. Das theoretische Mindestvolumen pro Einheitsgewicht eines solchen Sinterkörpers ist dabei ein Vo­ lumen, welches praktisch keine Poren aufweist. Ein solcher porenfreier Sinterkörper ist damit praktisch nicht nachsin­ terfähig und die theoretische, relative Brennstoffvolumenän­ derung VT des porenfreien Sinterkörpers wächst entsprechend der Menge der durch die Kernspaltung entstehenden und in der Kristallmatrix des Brennstoffs eingelagerten Spaltprodukte praktisch linear.The size distribution PA of pores in the comparison body has, for example, a single maximum of pore sizes, which is approximately 2 μm ± 1 μm. Fig. 2 shows the relative fuel volume change VA of this comparison body. The relative change in volume of the fuel sintered body is given in percent of the theoretical minimum volume per unit weight of such a sintered body. The theoretical minimum volume per unit weight of such a sintered body is a volume that has practically no pores. Such a pore-free sintered body is practically not resilient, and the theoretical, relative fuel volume change VT of the pore-free sintered body grows practically linearly in accordance with the amount of fission products formed by the fission and stored in the crystal matrix of the fuel.

Der Vergleichskörper weist aufgrund seiner Porengrößenvertei­ lung PA zwar eine besonders hohe Nachsinterfähigkeit auf, was sich in dem deutlichen Abfall der relativen Volumenänderung VA des Vergleichskörpers bis zu einem Abbrand von fast 20 MWd/kgSM zeigt. Dagegen hat der Vergleichssinterkörper ein weniger günstiges Nachschwellverhalten, da die - wie der Po­ rengrößenverteilung PA zu entnehmen ist - relativ kleinen Po­ ren dieses Vergleichskörpers infolge des üblichen Nachsinter­ vorgangs innerhalb eines ersten Einsatzzyklus eines Brennele­ ments geschlossen werden können. Entsprechend ist auch die Kompensation der Spaltgasprodukte und damit das Nachschwell­ verhalten weniger günstig.The comparison body has due to its pore size distribution PA has a particularly high resinterability on what reflected in the significant decrease in the relative volume change VA of the comparison body up to an erosion of almost 20 MWd / kgSM shows. In contrast, the comparison sintered body has one less favorable post-swell behavior, since the - like the Po ren size distribution PA can be seen - relatively small bottom ren of this reference body due to the usual post-sintering operation within a first cycle of use of a Brennele can be closed. The same is true Compensation of the fission gas products and thus the post-threshold behave less favorably.

Fig. 1 zeigt weiter eine Größenverteilung PB einer ersten Ausführung eines Brennstoffsinterkörpers 4 für einen Brenn­ stab 1 nach der Erfindung. Die Größenverteilung PB weist ne­ ben dem ersten Maximum relativ kleiner Poren 8 bei etwa 2 µm ± 1 µm ein zweites Maximum von zweiten, größeren Poren 8 auf, die etwa 15 µm groß sind. Da der erste Sinterkörper 4 weniger kleine Poren 8 hat als der Vergleichskörper, ist der relati­ ven Brennstoffvolumenänderung VB des ersten Sinterkörpers 4 zu entnehmen (siehe Fig. 2, daß dieser ein weniger ausgepräg­ tes Nachsinterverhalten aufweist als der Vergleichskörper, aber oberhalb eines Abbrands von 20 MWd/kgSM weniger stark anschwillt als der Vergleichskörper. Dieser Brennstoffsinter­ körper 4 weist deshalb letztlich im Vergleich zum Vergleichs­ körper, trotz des weniger ausgeprägten Nachsinterns, zum ei­ nen ein günstigeres absolutes Volumen bei hohem Abbrand und zum anderen auch eine günstigere Volumenänderungsamplitude V2 im Vergleich zur Volumenänderungsamplitude V1 des Vergleichs­ körpers, auf. Die erste Variante des Brennstabs 1 weist des­ halb neben diesem ersten Sinterkörper 4 ein Hüllrohr 6 aus legiertem Zirkonium auf, welches wenigstens in einer Außen­ fläche 10 als Legierungselement 0,8 Gewichtsprozent Zinn, 0,3 Gewichtsprozent Eisen und 0,2 Gewichtsprozent Chrom aufweist und damit besonders korrosionsbeständig ist und gleichzeitig aufgrund seines relativ niedrigen Zinngehalts keine besonders hohe Härte aufweist. Ebenso könnte auch eine der genannten Niob-Legierungen, vorzugsweise mit einem Niobgehalt von 2,5 Gewichtsprozent eine Außenfläche des Hüllrohrs bilden. Das Hüllrohr kann dabei als einschichtiges Rohr oder als ein zweischichtiges Rohr ausgebildet sein. Bei letzterem kann zum legierten Zirkonium an der Innenfläche eine andere Legie­ rungszusammensetzung enthalten sein als an der Außenfläche. Gegebenenfalls kann ein solches Hüllrohr auch mehr als zwei Schichten haben. Fig. 1 also shows a size distribution PB of a first embodiment of a fuel sintered body 4 for a fuel rod 1 according to the invention. The size distribution PB has next to the first maximum of relatively small pores 8 at approximately 2 μm ± 1 μm a second maximum of second, larger pores 8 that are approximately 15 μm in size. Since the first sintered body 4 has fewer small pores 8 than the comparison body, it can be seen from the relative fuel volume change VB of the first sintered body 4 (see FIG. 2 that this has a less pronounced post-sintering behavior than the comparison body, but above an erosion of 20 MWd / kgSM swells less than the comparison body.This fuel sintered body 4 therefore ultimately has, in comparison to the comparison body, despite the less pronounced re-sintering, on the one hand a cheaper absolute volume with high burn-up and on the other hand also a more favorable volume change amplitude V2 compared to The first variant of the fuel rod 1 therefore has, next to this first sintered body 4, a cladding tube 6 made of alloyed zirconium, which has 0.8% tin, 0.3% iron by weight at least in an outer surface 10 as an alloying element and 0.2 weight pr ozent Chrom has and is therefore particularly corrosion-resistant and at the same time does not have a particularly high hardness due to its relatively low tin content. Likewise, one of the niobium alloys mentioned, preferably with a niobium content of 2.5 percent by weight, could form an outer surface of the cladding tube. The cladding tube can be designed as a single-layer tube or as a two-layer tube. In the latter, a different alloy composition can be contained on the inner surface of the alloyed zirconium than on the outer surface. If necessary, such a cladding tube can also have more than two layers.

Schließlich ist Fig. 1 die Porengrößenverteilung PC einer zweiten Ausführung eines Kernbrennstoffsinterkörpers 4 zu entnehmen, aus der ersichtlich ist, daß der zweite Sinterkör­ per 4 mehr größere Poren 8 einer Größe von etwa 25 µm auf­ weist als kleinere Poren 8 einer Größe von etwa 2 µm. Dement­ sprechend weist der zweite Sinterkörper 4 gemäß der relativen Brennstoffvolumenänderung VC ein relativ geringes Nachsinter­ verhalten - also Volumenreduzierung durch Dichteerhöhung - bis zu einem Abbrand von etwa 20 MWd/kgSM auf und zudem schwillt der zweite Sinterkörper 4 im Vergleich zum ersten Sinterkörper 4 oder zum Vergleichskörper wenig an. Der zweite Sinterkörper 4 weist deshalb im Vergleich zu den beiden ande­ ren die kleinste Amplitude V3 (Fig. 2) der relativen Volumen­ änderung bis zu einem Abbrand von 80 MWd/kgSM auf. Deshalb kann bei dem zweiten Sinterkörper ein besonders korrosions­ festes Hüllrohr verwendet werden, das aber noch weicher sein kann als das beim zweiten Sinterkörper: beispielsweise ein Hüllrohr mit einem Legierungsanteil von 1,0% Nb oder 0,4% Zinn, 0,2% Eisen und 0,2% Vanadium im Zirkonium.Finally, Fig. 1 to remove the pore size distribution of PC to a second embodiment of a sintered nuclear fuel body 4, can be seen from that the second Sinterkör by 4 more larger pores microns 8 a size of about 25 includes, as smaller pores 8 of a size of about 2 microns . Accordingly, the second sintered body 4 has a relatively low post-sintering behavior - that is, volume reduction by increasing the density - up to a burn-up of approximately 20 MWd / kgSM and, in addition, the second sintered body 4 swells compared to the first sintered body 4 or to the comparative body little on. The second sintered body 4 therefore has, compared to the other two, the smallest amplitude V3 ( FIG. 2) of the relative volume change up to a burnup of 80 MWd / kgSM. Therefore, a particularly corrosion-resistant cladding tube can be used with the second sintered body, but this can be even softer than that with the second sintered body: for example a cladding tube with an alloy content of 1.0% Nb or 0.4% tin, 0.2% iron and 0.2% vanadium in zirconium.

Die erste und zweite Ausführungsform eines oben genannten Brennstabs 1 verdeutlicht im Vergleich zu einem Brennstab mit dem Vergleichskörper, daß die spezielle Wahl eines Kernbrenn­ stoffsinterkörpers selbst bei hohen Abbränden
The first and second embodiment of a fuel rod 1 mentioned above, in comparison to a fuel rod with the comparison body, illustrates that the special choice of a nuclear fuel sintered body even in the case of high burns

  • - ein besonders geringes Wachsen eines Brennstabs ermöglicht und zudem- A particularly small growth of a fuel rod enables and also
  • - eine übermäßige Beanspruchung eines Brennstabs verhindert. Dagegen könnten bisher übliche bis etwa 40 MWd/kgSM günstig wirkende Maßnahmen möglicherweise bei einem hohen Abbrand ein Aufreißen eines Hüllrohrs nicht ausschließen, bei­ spielsweise wenn ein Kernbrennstoffsinterkörper zu stark anschwillt und ein zugehöriges Hüllrohr zu fest ist.- prevents excessive stress on a fuel rod. In contrast, up to now around 40 MWd / kgSM could be cheap effective measures possibly with a high burn-up a rip open of a cladding tube does not rule out for example when a nuclear fuel sintered body is too strong swells and an associated cladding tube is too tight.

Dementsprechend ist Fig. 3 zu entnehmen, daß insbesondere bei der zweiten Variante die relative Durchmesseränderung DS des Kernbrennstoffsinterkörpers 4 durch den Nachsintervorgang bis zu einem Abbrand von 20 MWd/kgSM nur leicht zurückgeht und danach insbesondere infolge der Produktion von Spaltpro­ dukten bis zu einem Abbrand von 80 MWd/kgSM ebenfalls mit ei­ ner niedrigen Rate ansteigt. Für einen solchen zweiten Kern­ brennstoffsinterkörper 4 ist beispielsweise neben der oben genannten zweiten Ausführung eines Hüllrohrs 6 auch ein Hüll­ rohr 6 mit 1,0 Gewichtsprozent Niob Legierungsanteil im Zir­ konium entsprechend einer weiteren Variante des oben genann­ ten Brennstabs 1 vorteilhaft. Ein solches Hüllrohr 6 weist erst bei einem Abbrand oberhalb von 40 MWd/kgSM einen Innen­ durchmesser auf, welcher im wesentlichen dem Außendurchmesser der ersten Ausführungsform des Kernbrennstoffsinterkörpers 4 entspricht. Das kann nach der Erkenntnis der Erfindung auch da­ durch erreicht werden, daß ein Spalt zwischen dem Außendurch­ messer des Kernbrennstoffsinterkörpers 4 und dem Innendurch­ messer des Hüllrohrs von etwa 170 µm ± 50 µm voreingestellt wird. Das Hüllrohr 6 muß also für den obigen Zweck nicht zwingend besonders kriechfest sein.Accordingly, Fig. 3 shows that, in particular in the second variant, the relative change in diameter DS of the nuclear fuel sintered body 4 decreases only slightly through the post-sintering process to a burn-up of 20 MWd / kgSM and thereafter, in particular as a result of the production of fission products, to a burn-off 80 MWd / kgSM also increases at a low rate. For such a second sintered nuclear fuel body 4 in addition to the above-mentioned second embodiment of a cladding tube 6 is, for example, a sheath tube 6 with 1.0 weight percent niobium alloy content in zir konium accordingly advantageous to a further variant of the above-genann th fuel rod. 1 Such a cladding tube 6 only has an inner diameter when it burns above 40 MWd / kgSM, which essentially corresponds to the outer diameter of the first embodiment of the nuclear fuel sintered body 4 . According to the knowledge of the invention, this can also be achieved by presetting a gap between the outside diameter of the nuclear fuel sintered body 4 and the inside diameter of the cladding tube of approximately 170 μm ± 50 μm. The cladding tube 6 does not necessarily have to be particularly creep-resistant for the above purpose.

Die relativen Durchmesseränderungen DS für einen ersten oder zweiten Kernbrennstoffsinterkörper 4 und DR für den Innen­ durchmesser eines geeigneten Hüllrohrs 6 steigen nach Fig. 3 oberhalb eines Abbrands von etwa 40 MWd/kgSM gemeinsam mit ei­ ner niedrigen Rate. Das heißt: Entsprechend dem Anschwellen des Kernbrennstoffsinterkörpers 4 wird also der Innendurch­ messer des geeigneten Hüllrohrs 6 nach der weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Brennstabs 1 vergrößert. Dementspre­ chend kann sich auch der Außendurchmesser eines solchen Brennstabs vergrößern, aber ohne daß ein Brennstab übermäßig beansprucht wird, da der Sinterkörper nur mit einer niedrigen Rate schwillt und das Hüllrohr entsprechend duktil sein darf.The relative changes in diameter DS for a first or second nuclear fuel sintered body 4 and DR for the inner diameter of a suitable cladding tube 6 increase according to FIG. 3 above a burn-up of approximately 40 MWd / kgSM together with a low rate. That is to say: in accordance with the swelling of the nuclear fuel sintered body 4 , the inside diameter of the suitable cladding tube 6 is increased according to the further variant of a fuel rod 1 according to the invention. Accordingly, the outer diameter of such a fuel rod can increase, but without a fuel rod being excessively stressed, since the sintered body swells only at a low rate and the cladding tube may be correspondingly ductile.

Im Vergleich zu obigen Durchmesseränderungen DS und DR ist die relative theoretische Durchmesseränderung DT eines prak­ tisch nicht nachsinterfähigen Sinterkörpers gezeigt, der praktisch keine Poren aufweist. Diese praktisch lineare Durchmesseränderung DT korrespondiert zu der in Fig. 2 ge­ zeigten theoretischen Volumenänderung eines solchen praktisch porenfreien Sinterkörpers.In comparison to the above changes in diameter DS and DR, the relative theoretical change in diameter DT of a sintered body which is practically not capable of being re-sintered and which has practically no pores is shown. This practically linear change in diameter DT corresponds to the theoretical volume change of such a practically non-porous sintered body shown in FIG .

Fig. 4 ist zu entnehmen, daß zudem die Oxidschichtdicke K2 auf einem Hüllrohr einer der oben genannten Varianten eines Brennstabs 1 nach der Erfindung bis zu einem Abbrand von 40 MWd/kgSM unterhalb von etwa 30 µm und bis zu einem Abbrand von 80 MWd/kgSM unterhalb von etwa 60 µm liegt. Diese Werte unterliegen zum Teil einer relativ großen Streuung. Deshalb sollten sie mit einer Schwankungsbreite von etwa 20-30 µm versehen werden. Dennoch weist die Änderung der Oxidschicht­ dicke K2 im Bereich B einen weitgehend linearen Verlauf auf. Dies kann eine Ausführung eines Hüllrohrs 6 für einen Brenn­ stab 1 sein, welche beispielsweise 1,0 Gewichtsprozent Niob im Zirkonium als Legierungselement oder 2,5 Gewichtsprozent Niob aufweist. Eine ähnliche geringe Korrosionsrate weist auch ein Hüllrohr 6 auf, welches 0,8 Gewichtsprozent Zinn, 0,5 Gewichtsprozent Eisen und 0,3 Gewichtsprozent Vanadium aufweist. Als günstig erweist sich vor allem auch ein Hüll­ rohr 6, welches 0,5 Gewichtsprozent Zinn, 0,5 Gewichtsprozent Eisen und 0,3 Gewichtsprozent Vanadium im Zirkonium als Le­ gierungselement aufweist. Demgegenüber weist ein Hüllrohr 6 mit geringer Kor­ rosionsbeständigkeit eine wachsende Oxidschichtdicke K1 auf, welche oberhalb eines Abbrands von 40 MWd/kgSM einen deutlich nichtlinearen Verlauf hat und deutlich über eine Dicke von 50 µm anwächst. Fig. 4 shows that the oxide layer thickness K2 on a cladding tube of one of the above-mentioned variants of a fuel rod 1 according to the invention up to a burnup of 40 MWd / kgSM below about 30 µm and up to a burnup of 80 MWd / kgSM is below about 60 µm. Some of these values are subject to a relatively large spread. Therefore, they should have a fluctuation range of about 20-30 µm. Nevertheless, the change in the oxide layer thick K2 in region B has a largely linear course. This can be an embodiment of a cladding tube 6 for a fuel rod 1 , which has, for example, 1.0 percent by weight of niobium in zirconium as an alloying element or 2.5 percent by weight of niobium. A similar low corrosion rate also has a cladding tube 6 , which has 0.8 percent by weight of tin, 0.5 percent by weight of iron and 0.3 percent by weight of vanadium. A sheath tube 6 , which has 0.5% by weight of tin, 0.5% by weight of iron and 0.3% by weight of vanadium in zirconium as the alloying element, has proven to be particularly advantageous. In contrast, a cladding tube 6 with low corrosion resistance has a growing oxide layer thickness K1, which has a clearly non-linear profile above an erosion of 40 MWd / kgSM and grows significantly over a thickness of 50 μm.

Durch die erläuterte Wahl eines Hüllrohrs 6 im Hinblick auf das Nachsinter- und Anschwellverhalten der ersten und zweiten Variante eines Kernbrennstoffsinterkörpers 4 bei der ersten und zweiten Ausführung des Brennstabs 1 wird also die Ver­ längerung der Standzeit des Brennelements und/oder Brennstabs 1 bis etwa 60 (oder 70) bis 80 MWd/kgSM in einem Druckwasser­ reaktor möglich.By the selection of a cladding tube 6 explained with regard to the post-sintering and swelling behavior of the first and second variant of a nuclear fuel sintered body 4 in the first and second embodiment of the fuel rod 1 , the extension of the service life of the fuel element and / or fuel rod 1 to about 60 ( or 70) up to 80 MWd / kgSM possible in a pressurized water reactor.

Entsprechend ist der Fig. 5 zu entnehmen, daß die Amplitude D einer relativen Durchmesseränderung DB oder DC unter Be­ rücksichtigung eines Schwellverhaltens und eines Korrosions­ wachstums eines Brennstabs 1 für die erste und zweite Varian­ te außerordentlich gering ist.Accordingly, the Fig. 5 can be seen that the amplitude D of a relative change in diameter DB or DC Be under consideration of a threshold and a corrosion growth of a fuel rod 1 for the first and second Varian te is extremely low.

Entsprechend ist die Belastung, welche durch einen gemäß Fig. 6 in einen Abstandhalter 3 einsetzbaren Brennstab 1 auf den Abstandhalter 3 mit zunehmenden Abbrand ausgeübt wird, insbesondere bis 80 MWd/kgSM, vergleichsweise gering. Ein sol­ cher Abstandhalter 3 für einen Druckwasserreaktor wird auch von einem Steuerstab 2 durchsetzt. Der Abstandhalter 3 er­ fährt durch das beim Brennstab 1 erfolgende Wachstum mit zu­ nehmenden Abbrand nur einen vergleichsweise geringen Druck von innen auf seine Maschenwände 5, so daß ein solcher Ab­ standhalter 3 auch nur eine geringe Aufweitung erfährt.Correspondingly, the load which is exerted on the spacer 3 by a fuel rod 1 which can be inserted into a spacer 3 according to FIG. 6 with increasing erosion, in particular up to 80 MWd / kgSM, is comparatively low. A spacer 3 for a pressurized water reactor is also penetrated by a control rod 2 . The spacer 3 he drives through the fuel rod 1 takes place during growth to be taken burning for only a comparatively small pressure from the inside on its meshes walls 5, so that such From spacers 3 also experiences only a slight expansion.

Der Abstandhalter 3 weist Blattfedern 7 auf, welche aus einer Maschenwand 5 in eine Masche 9 des Abstandhalters 3 hineinge­ bogen sind und zum Teil eine eher kleine Federkonstante ha­ ben. Außerdem weist der Abstandhalter 3 Öffnungen 11 auf und die Maschenwände 5 sind in sich gebogen. Aus diesem Grund gibt es keine durchgehenden Zuggurte bei einer Maschenwand 5, wie sie etwa bei einem geradlinig durchgehenden Stegblech vorhanden sind. Der Abstandhalter 3 weist so in sich eine hö­ here Flexibilität und eine geringere Steifigkeit auf.The spacer 3 has leaf springs 7 , which are bent from a mesh wall 5 into a mesh 9 of the spacer 3 and in part ben a rather small spring constant ha. In addition, the spacer 3 has openings 11 and the mesh walls 5 are curved. For this reason, there are no continuous tension belts in a mesh wall 5 , such as are present in a straight continuous web plate. The spacer 3 thus has a higher flexibility and a lower rigidity.

Die genannten Blattfedern 7 ermöglichen aber insbesondere ei­ ne Halterung eines Brennstabs 1 ohne erkennbar große Rei­ bungsschäden an dem Brennstab 1. Dies ist ein Vorteil, der besonders bei hohen Abbränden wichtig ist. Vor allem durch die langgestreckte flächige Form der Blattfedern 7 wird dies ermöglicht. Entsprechend der Erkenntnis der Erfindung brau­ chen andererseits keine zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen zur Erhöhung der Steifigkeit des Abstandhalters 3 getroffen werden, da für diesen Abstandhalter ein Brennstab nach der Erfindung oder einer Weiterbildung der Erfindung eingesetzt wird, welcher nur eine geringe Volumenänderungsamplitude D (Fig. 5) infolge eines wenig schwellenden Brennstoffsinter­ körpers 4 (Fig. 2) in Verbindung mit einem besonders korrosi­ onsfesten Hüllrohr 6 (Fig. 4) aufweist. Diese Auslegung des Systems umfaßt insbesondere den Brennstoffsinterkörper 4 und das Hüllrohr 6 und in einem weiteren Schritt auch den Ab­ standhalter 3 und ermöglicht die Erhöhung der Standzeit eines Brennelements bis auf 60 (oder 70) bis 80 MWd/kgSM in modernen Reaktoren, ohne daß wesentliche weitere Maßnahmen, insbeson­ dere konstruktive Maßnahmen am Abstandhalter erfolgen müssen.The above-mentioned leaf springs 7 allow, in particular, egg ne mounting of a fuel rod 1 without any apparent damage to the fuel rod 1 . This is an advantage that is particularly important with high burns. This is made possible above all by the elongated flat shape of the leaf springs 7 . On the other hand, according to the knowledge of the invention, no additional constructive measures to increase the rigidity of the spacer 3 are required, since a fuel rod according to the invention or a development of the invention is used for this spacer, which has only a small volume change amplitude D ( FIG. 5) due to a little swelling fuel sintered body 4 ( Fig. 2) in conjunction with a particularly corrosi onsfest cladding tube 6 ( Fig. 4). This design of the system includes in particular the fuel sintered body 4 and the cladding tube 6 and in a further step also from the stand holder 3 and enables the service life of a fuel element to be increased to 60 (or 70) to 80 MWd / kgSM in modern reactors without essential further measures, in particular constructive measures on the spacer must be carried out.

Claims (15)

1. Brennstab (1) für ein Brennelement eines Druckwasserreak­ tors, mit einem im wesentlichen aus legiertem Zirkonium mit üblichen Verunreinigungen bestehenden Hüllrohr (6), das mit Kernbrennstoffsinterkörpern (4) aus einer oder mehreren Ba­ sisverbindungen aus einerseits Uran oder Uran und Plutonium und andererseits Sauerstoff, gegebenenfalls mit weiteren Zu­ sätzen, gefüllt ist, wobei der Kernbrennstoffsinterkörper ei­ ne Anzahl Poren (8) mit unterschiedlicher Größe aufweist und zwar mit einer Größenverteilung mit einem ersten Maximum, das im we­ sentlichen im Bereich zwischen 1.0 µm und 5.0 µm liegt, ins­ besondere etwa bei 2 µm ± 1 µm, und einem zweiten Maximum, das im wesentlichen im Bereich zwischen 10 µm und 40 µm liegt, insbesondere etwa bei 20 µm ± 10 µm, wobei das Vo­ lumen des Hüllrohrs (6) und des Kernbrennstoffsinterkörpers (4) vom Abbrand des Brennelements abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüll­ rohr (6) eine besonders korrosionsbeständige Außenfläche (10) aufweist, an der im legierten Zirkonium eines oder mehrere der Legierungselemente aus der Gruppe:
  • - 0.5-3.0 Gew.-% Nb,
  • - 0.4-1.2 Gew.-% Sn,
  • - 0.2-0.7 Gew.-% Fe,
  • - 0.1-0.25 Gew.-% Cr, und
  • - 0.2-0.4 Gew.-% V, sowie gegebenenfalls
  • - 0-0.05 Gew.-% Ni, enthalten sind.
1. fuel rod ( 1 ) for a fuel element of a Druckwasserreak tors, with an essentially made of alloyed zirconium with usual impurities cladding tube ( 6 ) with nuclear fuel sintered bodies ( 4 ) from one or more base compounds made of uranium or uranium and plutonium on the one hand and on the other Oxygen, if necessary with further additions, is filled, the nuclear fuel sintered body having a number of pores ( 8 ) of different sizes, namely with a size distribution with a first maximum, which is essentially in the range between 1.0 μm and 5.0 μm, ins especially around 2 µm ± 1 µm, and a second maximum, which is essentially in the range between 10 µm and 40 µm, especially around 20 µm ± 10 µm, the volume of the cladding tube ( 6 ) and the nuclear fuel sintered body ( 4th ) depends on the burning of the fuel assembly, characterized in that the cladding tube ( 6 ) is particularly corrosion-resistant permanent outer surface ( 10 ) on which in the alloyed zirconium one or more of the alloying elements from the group:
  • - 0.5-3.0% by weight of Nb,
  • - 0.4-1.2% by weight of Sn,
  • - 0.2-0.7% by weight Fe,
  • 0.1-0.25% by weight of Cr, and
  • - 0.2-0.4 wt .-% V, and optionally
  • - 0-0.05 wt .-% Ni, are included.
2. Brennstab (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verunreinigungen Sauer­ stoff und/oder Silizium umfassen.2. Fuel rod ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the impurities include oxygen and / or silicon. 3. Brennstab (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens an der Außenfläche (10) 0.5-1.5 Gew.-% Nb im Zirkonium legiert sind. 3. fuel rod ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that little least on the outer surface ( 10 ) 0.5-1.5 wt .-% Nb are alloyed in zirconium. 4. Brennstab (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens an der Außenfläche (10) 2.0-3.0 Gew.-% Nb im Zirkonium legiert sind.4. fuel rod ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that little least on the outer surface ( 10 ) 2.0-3.0 wt .-% Nb are alloyed in zirconium. 5. Brennstab (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens an der Außenfläche (10) 0.4-1.0 Gew.-% Sn im Zirkonium legiert sind.5. fuel rod ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that little least on the outer surface ( 10 ) 0.4-1.0 wt .-% Sn are alloyed in zirconium. 6. Brennstab (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens an der Außenfläche (10)
  • - 0.4-1.0 Gew.-% Sn und
  • - 0.2-0.7 Gew.-% Fe und
  • - 0.1-0.25 Gew.-% Cr sowie gegebenenfalls
  • - 0-0.05 Gew.-% Ni im Zirkonium legiert sind.
6. fuel rod ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that little least on the outer surface ( 10 )
  • - 0.4-1.0% by weight of Sn and
  • - 0.2-0.7 wt% Fe and
  • 0.1-0.25% by weight of Cr and, if appropriate
  • - 0-0.05% by weight of Ni are alloyed in the zirconium.
7. Brennstab (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens an der Außen­ fläche (10)
  • - 0.4-1.0 Gew.-% Sn und
  • - 0.2-0.7 Gew.-% Fe und
  • - 0.2-0.4 Gew.-% V im Zirkonium legiert sind.
7. fuel rod ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that at least on the outer surface ( 10 )
  • - 0.4-1.0% by weight of Sn and
  • - 0.2-0.7 wt% Fe and
  • - 0.2-0.4% by weight V are alloyed in the zirconium.
8. Brennstab (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein etwa 170 ± 50 µm breiter Spalt zwischen dem Kernbrennstoffsinter­ körper (4) und einer Innenwand des Hüllrohrs (6) zu Beginn des Einsatzes des Brennstabs (1) vorgesehen ist.8. fuel rod ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that an approximately 170 ± 50 µm wide gap between the nuclear fuel sintered body ( 4 ) and an inner wall of the cladding tube ( 6 ) is provided at the beginning of the use of the fuel rod ( 1 ) . 9. Brennstab (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüll­ rohr (6) auf eine Korrosionsschichtdicke von weniger als 30 µm bei einem Abbrand von mindestens 40 MWd/kgSM ausgelegt ist. 9. fuel rod ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the cladding tube ( 6 ) is designed for a corrosion layer thickness of less than 30 microns with a burn-off of at least 40 MWd / kgSM. 10. Brennstab (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (6) auf eine Korrosionsschichtdicke von weniger als 60 µm bei einem Abbrand von mindestens 80 MWd/kgSM ausgelegt ist.10. Fuel rod ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cladding tube ( 6 ) is designed for a corrosion layer thickness of less than 60 µm with a burn-off of at least 80 MWd / kgSM. 11. Brennstab (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbrennstoffsinterkörper (4) seine höchste Dichte bei einem Abbrand zwischen etwa 10 MWd/kgSM und 30 MWd/kgSM aufweist.11. Fuel rod ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the nuclear fuel sintered body ( 4 ) has its highest density with a burn-up between approximately 10 MWd / kgSM and 30 MWd / kgSM. 12. Brennstab (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kernbrennstoffsinterkörpers (4) oberhalb eines Abbrands zwischen etwa 10 MWd/kgSM und 20 MWd/kgSM zunimmt und der Innendurchmesser des Hüllrohres (6) bis zu einem Abbrand von etwa 40 MWd/kgSM abnimmt.12. Fuel rod ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the nuclear fuel sintered body ( 4 ) increases above a burnup between approximately 10 MWd / kgSM and 20 MWd / kgSM and the inner diameter of the cladding tube ( 6 ) up to a burnup decreases from about 40 MWd / kgSM. 13. Brennelement mit mindestens einem parallel zu einer Brennelementachse (12) angeordneten Brennstab (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher eine Masche (9) eines Maschengitters eines quer zur Brennelementachse (12) angeordneten Abstandhalters (3) durchsetzt und in der Masche durch Anlageelemente (7) gehalten ist.13. Fuel element with at least one fuel rod ( 1 ) arranged parallel to a fuel element axis ( 12 ) according to one of the preceding claims, which passes through a mesh ( 9 ) of a mesh of a spacer ( 3 ) arranged transversely to the fuel element axis ( 12 ) and through the mesh System elements ( 7 ) is held. 14. Brennelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlageelement (7) langgestreckt und praktisch parallel zur Brennelementachse (12) ausgerichtet ist und aus einer Maschenwand (5) in eine Masche (9) gebogen ist.14. Fuel element according to claim 13, characterized in that the contact element ( 7 ) is elongated and practically parallel to the fuel element axis ( 12 ) and is bent from a mesh wall ( 5 ) into a mesh ( 9 ). 15. Brennelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlageelement (7) mindestens von einer Blattfeder (7) gebildet ist.15. Fuel element according to claim 14, characterized in that the contact element ( 7 ) is formed by at least one leaf spring ( 7 ).
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