DE2211038A1 - Fuel unit for nuclear reactors - Google Patents

Fuel unit for nuclear reactors

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DE2211038A1
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Joseph David; Smith James Richard; Pittsburgh Pa. Cohen (V.St.A.)
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Description

Anmelderin: United States Atomic Energy Commission Washington D. C, USAApplicant: United States Atomic Energy Commission Washington D. C, USA

Brennstoffeinheit für KernreaktorenFuel unit for nuclear reactors

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinheit für den Gore eines Kernreaktors, insbesondere für Brutreaktoren, die mit leichtem Wasser gekühlt und moderiert werden.The invention relates to a fuel unit for the Gore of a nuclear reactor, in particular for breeder reactors with be cooled and moderated with light water.

Brutreaktoren erzeugen Energie und vermehren gleichzeitig den Bestand an spaltbarem Material. Bei der Spaltung werden· Neutronen und Energie frei. Der Bestand an Brutmaterial im Brutreaktor steigt, wenn Brutmaterial wie z. B. Thorium-232 bei der Spaltung frei werdende Neutronen absorbiert. Wenn ein Thorium-232 Atom ein Neutron einfängt, wird es in Thorium-233 umgewandelt, da3 radioaktiv zu Protactinium-233 zerfällt. Dieses wiederum zerfällt zu dem spaltbaren Uran-233· Die vom Brutmaterial zu absorbierenden Neutronen entstehen hauptsächlich durch Spaltung des Brennstoffs, in geringerem UmfangBreeder reactors generate energy and at the same time increase the stock of fissile material. During the fission, · neutrons and energy free. The stock of breeding material in the breeding reactor increases when breeding material such as B. Thorium-232 The neutrons released by the fission are absorbed. When a thorium-232 atom captures a neutron, it becomes thorium-233 converted because radioactively decays to protactinium-233. This in turn decays to the fissile uranium-233 · The vom Breeding material to be absorbed neutrons is mainly produced by fission of the fuel, to a lesser extent

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auch durch schnelle Spaltung von an sich nicht spaltbarem Material wie Thorium-232 und Protactinium-233· Zur Aufrechterhaltung der Kettenreaktion und des kritischen Reaktorzustands muss für jedes Neutronen freisetzende, zerstörte Atom des Spaltmaterials ein Neutron vom spaltbaren Material absorbiert werden und mindestens ein weiteres Neutron muss vom Brutmaterial absorbiert werden, um neues spaltbares Material zu erzeugen. Das Verhältnis der Neutronenproduktion durch Spaltung zur Neutronenabsorption durch spaltbares Material muss daher wenigstens 2 betragen, um die Verluste durch Einfang durch den Moderator, durch Baumaterial, durch Spaltpro- · dukte und durch Verunreinigungen des Brennstoffs auszugleichen, Uran-233 das mit leichtem Wasser gekühlt und moderiert wird, erfüllt diese Anforderung, da das Verhältnis der Neutronenproduktion zur Absorption grosser als 2 ist.also through rapid cleavage of non-fissile material such as Thorium-232 and Protactinium-233 · For maintenance the chain reaction and the critical reactor state For every destroyed atom of the fissile material that releases neutrons, one neutron must be absorbed by the fissile material and at least one more neutron must be absorbed by the breeding material to create new fissile material to create. The ratio of neutron production by fission to neutron absorption by fissile material must therefore be at least 2 in order to avoid losses through trapping by the moderator, through building material, through cracking to balance products and impurities in the fuel, uranium-233 which is cooled and moderated with light water, fulfills this requirement, since the ratio of neutron production to absorption is greater than 2.

Bekannt sind Brutreaktoren mit einer Keim- oder Spaltzone und einer Mantel- oder Brutzone. Als Keim- oder Spaltzone wird der Brennstoffbereich bezeichnet, in dem die vorwiegende Aktivität in der Spaltung von spaltbarem Material besteht. Als Mantel- oder Brutzone wird derjenige Brennstoffbereich bezeichnet, in dem die vorwiegende Aktivität in der Umwandlung von Brutmaterial in spaltbares Material besteht. Brennstoff kann spaltbares Material, Brutmaterial oder beides bezeichnen.Breeder reactors with a germination or fission zone and a jacket or breeding zone are known. As a germination or cleavage zone denotes the area of fuel in which the predominant activity is the fission of fissile material. as Shell or breeding zone is the name of the fuel area in which the predominant activity in the conversion of Breeding material consists of fissile material. Fuel can refer to fissile material, breeding material, or both.

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Zu Betriebsbeginn enthält die Keimzone eines Brutreaktors mit einer Keim- und einer Mantelzone genügend spaltbares Material und die Mantelzone genügend Brutmaterial, um den vorwiegendenv Spalt- "bzw. Brutcharakter der betreffenden Zone zu prägen. Eine selbsterhaltende Wirkungsweise solcher Brutreaktoren konnte mit einer Bestückung der Keim- oder Spaltzone mit Uran-233 und einer Bestückung der Mantel- oder Brutzone mit Thorium-232 erzielt werden, wobei mehrere Brennstoffeinheiten mit einer Keim- und einer Mantelzone baukastenartig zum Core zusammengesetzt werden. Häufig ist der Gore noch von einem Reflektormäntel aus natürlichem Thoriumoxid umgeben, vgl. zum Vorstehenden das USA-Patent 3,351,532.At the start of operation, the seed zone contains a breeder reactor with a germ, and a cladding region as sufficient fissionable material and the mantle zone sufficient breeding material to the predominantly v splitting "or breeding character of the zone concerned to shape. A self-sustained operation of such breeder reactors could with a placement of the seed - or fissure zone with uranium-233 and an equipping of the mantle or breeding zone with thorium-232, whereby several fuel units with a germination and a mantle zone are put together in a modular manner to form the core. The gore is often surrounded by a reflector jacket made of natural thorium oxide , see U.S. Patent 3,351,532 on the foregoing.

Bekannt sind auch Ausbildungen des Gore mit zwei Keimzonen und einer oder mehreren Mantelzonen in abgestufter Anordnung. Die Brennstäbe für die Mantelzone bestehen in der Regel ganz aus Thorium in dicht gepackter Anordnung oder Bündelung. Dies hat den Nachteil, dass der Durchfluss des Kühlmittels stark gehemmt wird und die Mantelzone ziemlich trocken bleibt. Die dichte gepackte Anordnung ist aber notwendig, um parasitische Neutronenverluste an das Wasser in der Mantel- oder Brutzone herabzudrücken. Die dichte Anordnung der Brennstäbe bedingt aber grösste Schwierigkeiten des Aufbaus, der Abstützung und dergleichen. ;' ■Also known are designs of the Gore with two germination zones and one or more jacket zones in a stepped arrangement. The fuel rods for the cladding zone usually consist entirely of thorium in a tightly packed arrangement or bundle. This has the disadvantage that the flow of the coolant is severely restricted and the jacket zone remains fairly dry. However, the dense packed arrangement is necessary in order to suppress parasitic neutron losses to the water in the mantle or breeding zone. The close arrangement of the fuel rods, however, causes great difficulties in terms of structure, support and the like. ; '■

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Die Keimzonen bestehen meist aus lose angeordneten Brennstäben mit grösserer Wasserkonzentration und der für eine starke Reaktivität erforderlichen ausreichenden Neutronenmoderation. Die einzelne Brennstoffeinheit besteht aus einer beweglichen und einer festen Einheit, durch deren Relativverschiebung der Reaktor geregelt wird. Die bewegliche Einheit besteht aus einem zentralen Thoriummantel, umgeben von einer ringförmigen Keimzone. Die feste Einheit besteht aus drei abgewinkelten und im gleichen Abstand um die bewegliche Einheit angeordneten Baueinheiten, deren jede eine ortsfeste Keimzone neben der beweglichen Keimzone und eine Mantelzone enthält. Häufig wird noch am äusseren Umfang der ortsfesten Einheiten eine weitere ortsfeste Keimzone vorgesehen. Zur Trennung der Keimzonen und Mantelzonen muss der Aufbau Kanäle aufweisen, und zwar mindestens einen Kanal für jede Keimzone. Im übrigen sind die ersten paar Brennstäbe der beweglichen und ortsfesten Mantel- oder Brutzonen an verschiedenen Längsstellen mit Thorium-232 bestückt, so dass von einer Stabreihe zur anderen fortschreitend eine abgestufte Ausbildung entsteht, so dass beim Anheben des beweglichen Brennstoffs während der Lebensdauer des Gore nacheinander verschiedene Dicken des Neutronen einfangenden Thoriummaterials zwischen die Keimzonen zu liegen kommen und eine überschüssige Reaktivität steuern. Diese Brennstoffanordnung zur Reaktivitätsregelung wird auch als Anordnung von Neutronengiftkeilen aus abgestuftem Thorium bezeichnet, vgl. das USA-Patent 3»335,060. Nun müssen die ab-The germination zones usually consist of loosely arranged fuel rods with greater water concentration and sufficient neutron moderation required for strong reactivity. The individual fuel unit consists of a movable and a fixed unit, due to their relative displacement the reactor is regulated. The movable unit consists of a central thorium jacket surrounded by a annular germinal zone. The fixed unit consists of three angled and equidistant around the movable unit arranged structural units, each of which has a stationary germination zone next to the movable germination zone and a jacket zone contains. Often a further stationary germination zone is also provided on the outer circumference of the stationary units. To the Separation of the germination zones and jacket zones, the structure must have channels, namely at least one channel for each germination zone. In addition, the first few fuel rods of the movable and stationary jacket or brood zones are at different longitudinal points Equipped with Thorium-232, so that a progressive formation is created from one row of bars to the other, so that when the moving fuel is lifted during the life of the gore, different thicknesses of the Neutron-capturing thorium material come to lie between the germinal zones and control excess reactivity. This fuel arrangement for reactivity regulation is also called an arrangement of neutron poison wedges from graded thorium see U.S. Patent 3,335,060. Now they have to

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gesetzten Brennstäbe aber jeweils zwei verschiedene Durchmesser haben, um zu starke Neutronenverluste an das Kühlwasser zwischen den oberen und unteren Mantelzonen zu vermeiden. Der Teil der Brennstäbe mit dem grösseren Durchmesser bildet den Thoriummantel, während der Teil mit dem kleineren Durchmesser die Keimzone bildet. Durch die notwendige Ausbildung der Brennstäbe mit zwei verschiedenen Durchmessern entstehen aber schwierige Probleme der Fertigung, des Aufbaus und der Abstützung.placed fuel rods but each have two different diameters in order to avoid excessive neutron losses to the cooling water between the upper and lower mantle zones. The part of the fuel rods with the larger diameter forms the thorium mantle, while the part with the smaller diameter forms the germinal zone. The necessary design of the fuel rods results in two different diameters but difficult problems of manufacture, construction and Support.

Aufgabe der Erfindung ist eine Brennstoffeinheit für den Core von Leichtwasser-Brutreaktoren mit vereinfachtem Aufbau und geringerem Kühlwasserwiderstand.The object of the invention is a fuel unit for the core of light water breeder reactors with a simplified structure and lower cooling water resistance.

Die Aufgabe wird durch die Brennstoffeinheit der Erfindung mit einem beweglichen und einem diesen umgebenden festen Teil dadurch gelöst, dass der senkrecht bewegliche Teil mehrere im Abstand angeordnete, hauptsächlich Spaltmaterial enthaltende Brennstäbe mit einer Keim- oder Spaltzone und wenigstens einer Mantelzone aufweist, und der feste Teil mehrere im Abstand angeordnete Mantelbrennstäbe mit einer vorwiegend mit Brutmaterial und einer geringen Menge Spaltmaterial bestückten Zone und wenigstens einer im wesentlichen mit Brutmaterial bestückten Zone enthält.The object is achieved by the fuel unit of the invention solved with a movable part and a fixed part surrounding it in that the vertically movable part has several in Spaced fuel rods containing mainly fissile material with a seed or fission zone and at least has a jacket zone, and the fixed part has a plurality of spaced-apart jacket fuel rods with a predominantly with Breeding material and a small amount of fissile material stocked zone and at least one essentially with breeding material equipped zone contains.

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Besonders günstig ist bei diesem Aufbau, dass die Brennstäbe nur einen Durchmesser haben und lose anstatt dicht gepackt angeordnet werden können. Der Aufbau verbessert die Brutleistung, so dass beim Aufbau in vieler Hinsicht beweglicher vorgegangen werden kann, weil eine reichliche Brutleistung zur Verfugung steht. Erzielbar sind ferner verlängerte Lebensdauer des Gore, verbesserte Energieleistung und verbesserter Brennstoff wert.It is particularly advantageous in this design that the fuel rods only have one diameter and are packed loosely instead of tightly can be arranged. The structure improves the breeding performance, so that the structure was more agile in many ways because an abundant breeding capacity is available. A longer service life can also be achieved des gore, improved energy performance and improved fuel worth.

In den zur weiteren Erläuterung dienenden Zeichnungen zeigen:The drawings used for further explanation show:

die Figur 1 eine einzelne Brennstoffeinheit für die Keim- oder Spaltzone im Querschnitt;FIG. 1 shows a single fuel unit for the germination or cleavage zone in cross section;

die Figur 2 schematisch im Längsschnitt eine einzelne Brennstoffeinheit für die Spaltzone mit dem anliegenden Mantel mit Brut- und Keimzonen;FIG. 2 shows, schematically in longitudinal section, a single fuel unit for the cleavage zone with the adjacent mantle with breeding and germination zones;

die Figur 3 ein Schaubild der Verschiebung zur Beaktivitätsregelung während der Lebensdauer des Core des Reaktors.FIG. 3 shows a diagram of the shift for activity control during the life of the core of the reactor.

Eine in den Figuren 1 und 2 dargestellte besonders günstige Ausbildung zeigt eine Brennstoffeinheit 20 mit einer hexagonalen, zentralen, beweglichen Anordnung oder Einheit 22, umschlossen von einer ortsfesten Einheit 24. Die mit einer äusseren Abstützung 32 versehene, zentrale, bewegliche EinheitA particularly favorable embodiment shown in Figures 1 and 2 shows a fuel unit 20 with a hexagonal, central, movable arrangement or unit 22, enclosed by a stationary unit 24. The one with a external support 32 provided, central, movable unit

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22 ist in der Umkleidung 26 durch, nicht gezeigte Mittel vertikal beweglich, und bildet mit dieser Kühlkanäle für den Kühlmitteldurchlauf. Die "bewegliche Einheit 22 besteht aus mehreren achsial verlaufenden, durch den gesamten aktiven Bereich des Core hindurchgehenden Brennstäben 36 mit gleichmässigen Durchmessern. Das die Brennstäbe bildende Rohrmaterial besitzt günstigerweise gute mechanische Eigenschaften bei höherer Temperatur und einen niedrigen Einfangsquerschnitt für thermische Neutronen. Ein Beispiel für ein solches Material ist Zirkonoxid.22 is vertical in the casing 26 by means not shown movable, and forms with this cooling channels for the coolant flow. The "movable unit 22" consists of several axially extending through the entire active area of the core through fuel rods 36 with uniform Diameters. The tube material forming the fuel rods advantageously has good mechanical properties with higher Temperature and a low cross-section for thermal neutrons. An example of such a material is zirconium oxide.

Die Keim- oder Spaltzone liegt ganz innerhalb der beweglichen Einheit 22 zwischen den Enden der Brennstäbe 36. Der Brennstoff in dieser Zone besteht aus einer Mischung der Oxide von Uran-233 und Thorium-232, in der U-233-O2 5-15% und vorzugsweise 7 »4- Gew.% der Mischung ausmacht. Das atomare Verhältnis von Wasserstoff zu Uran-233 in dieser Keimzone 34 soll 30 - 60 betragen. Ferner sind in der Zone Neutronengifte, z. B. Thorium, keilförmig abgesetzt. Über und unter der Zone 34· hervorstehende Enden der Brennstäbe 36 bilden die obere Mantelzone 38 und die untere Mantelzone 40. Diese Mantel- oder Brutzonen enthalten einen Brutstoff, z. B. Thorium-232 in Oxidform und sollen ein atomares Verhältnis von Wasserstoff zu Thorium von 0,9-3 haben. Die Mantelzone 38 ist komplementär zum abgesetzten Teil der Keimzone 34- abgestuft ausgebildet.The seed or fission zone lies entirely within the movable unit 22 between the ends of the fuel rods 36. The fuel in this zone consists of a mixture of the oxides of uranium-233 and thorium-232, in the U-233-O 2 5-15 % and preferably 7 »4% by weight of the mixture. The atomic ratio of hydrogen to uranium-233 in this nucleus zone 34 should be 30 - 60. Furthermore, in the zone are neutron poisons, e.g. B. Thorium, wedge-shaped. Above and below the zone 34 protruding ends of the fuel rods 36 form the upper cladding zone 38 and the lower cladding zone 40. B. Thorium-232 in oxide form and should have an atomic ratio of hydrogen to thorium of 0.9-3. The jacket zone 38 is designed to be complementary to the stepped part of the germinal zone 34- stepped.

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Die die Zonen J4-, 38 und 40 bildenden Brennstäbe 36 können eine Vielzahl von Keim- und Mantelbrennstofftabletten enthalten. Diese sind so aufeinandergestapelt, dass beim Zusammenbau der Brennstäbe 36 die in der Figur 2 gezeigte abgestufte Form entsteht. Ein loser Zusammenbau der Brennstäbe vermindert den hydraulischen Widerstand gegenüber dem hindurchströmenden Kühlmittel. Die Brennstäbe werden durch bekannte Mittel, z. B. abstandshaltende Gitter achsial in festem gegenseitigem Abstand gehalten. Im Gegensatz zu den bekannten Brennstäben haben sie nur einen Durchmesser, an Stelle von zwei verschiedenen Durchmessern. Die Herstellung ist daher wesentlich einfacher. Beim Zusammenbau mehrerer Brennstoffeinheiten zu einem Core sollen die Keim- oder Spaltzonen insgesamt etwa 20 - 40% des Corecolumens betragen.The fuel rods 36 forming zones J4, 38 and 40 can Contain a variety of germ and jacket fuel tablets. These are stacked on top of each other so that when reassembling of the fuel rods 36 is the stepped one shown in FIG Form emerges. A loose assembly of the fuel rods reduces the hydraulic resistance to the flow through Coolant. The fuel rods are inserted by known means, e.g. B. spacing grids axially in solid mutual Kept their distance. In contrast to the known fuel rods, they only have one diameter instead of two different diameters. The production is therefore much easier. When assembling several fuel units in a core, the germ or cleavage zones should total around 20 - 40% of the core volume.

Eine äussere Abstützung 50 der ortsfesten Einheit 24 erstreckt sich achsial über die ganze Länge des Core. Die Brennstäbe 48 dieser Einheit 24 bilden eine Uran enthaltende Mantelzone 42 und die oberen und unteren Mantelzonen 44-46 und bestehen z. B.aus einer Zirkonlegierung. Die Zone 42 enthält eine Mischung aus Uran-233 und Thorium-232 jeweils in Oxid-" form, wobei U-233-Op °»8 ~ 3 u*1·3· vorzugsweise 1,7 Gew.% der Mischung ausmacht und das Verhältnis von Wasserstoff zu Uran-233 40 - 120 beträgt. Geringe Mengen Spaltstoffe, z. B. 1,7 Gew.% U-233-O2 ändern den Charakter der Zone 42 als Manteloder Brutzone nicht. Die vorwiegende Aktivität dieser ZoneAn outer support 50 of the stationary unit 24 extends axially over the entire length of the core. The fuel rods 48 of this unit 24 form a uranium-containing cladding zone 42 and the upper and lower cladding zones 44-46 and consist e.g. B. from a zirconium alloy. Zone 42 contains a mixture of uranium-233 and thorium-232, each in oxide form, with U-233-Op ° >> 8-3 µ * 1 * 3 * preferably making up 1.7% by weight of the mixture and that The ratio of hydrogen to uranium-233 is 40 - 120. Small amounts of fissile materials, eg 1.7% by weight of U-233-O 2, do not change the character of zone 42 as a mantle or breeding zone, the predominant activity of this zone

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besteht also in der Umwandlung von Brutmaterial in spaltbares Material.consists in converting breeding material into fissile material Material.

Der Mantelbrutstoff in den oberen und unteren Mantelzonen 44 und 46 besteht aus Thorium-232 in Oxidform und soll ein atomares Verhältnis von Wasserstoff zu Thorium-232 von 0,9 - 3 haben. Die uranhaltige Mantelzone 42 ist stufenweise abgesetzt. Die untere Mantelzone 46 ist entsprechend stufenförmig ausgebildet. Die Brennstäbe 48 in der ortsfesten Einheit 24 können mehrere Spaltbrennstofftabletten und Brutstofftabletten in Aufeinanderstapelung enthalten, um so die stufenförmige Ausbildung zu erhalten. Die Brennstäbe 48 sind in loser Anordnung zusammengebaut und bilden die nasse uranhaltige Mantelzone 42 und die nasse obere und untere Mantelzone 44 und"46. Wie in der beweglichen Einheit 22 werden die Brennstäbe 48 durch bekannte Mittel in festem gegenseitigem Abstand gehalten« Infolge der losen Anordnung der Brennstäbe werden die durch die bekannte kompakte Anordnung entstehenden Probleme des Aufbaus vermieden. Alle Brennstäbe 48 haben nur einen Durchmesser. The mantle breeding material in the upper and lower mantle zones 44 and 46 consists of thorium-232 in oxide form and is said to have an atomic ratio of hydrogen to thorium-232 of 0.9 - 3 to have. The uranium-containing mantle zone 42 is stepped down. The lower jacket zone 46 is correspondingly stepped educated. The fuel rods 48 in the stationary unit 24 can contain several fission fuel pellets and breeding pellets Contained in stacking, so the step-shaped Receive training. The fuel rods 48 are loosely assembled to form the wet uranium-bearing cladding zone 42 and the wet upper and lower jacket zones 44 and "46. As in the movable unit 22, the fuel rods 48 are held at a fixed mutual spacing by known means " As a result of the loose arrangement of the fuel rods, the problems caused by the known compact arrangement of the Build-up avoided. All of the fuel rods 48 have only one diameter.

Die folgende Tabelle enthält die Abmessungen eines besonders günstigen Ausführungsbeispiels. Die mit Buchstaben bezeichneten Längen beziehen sich auf die entsprechenden Bezugszeichen der Figur 2.The following table gives the dimensions of one particular favorable embodiment. The lengths marked with letters refer to the corresponding reference symbols of Figure 2.

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TABELLE ITABLE I.

00 Pt.Pt. Inchinch GesamthöheTotal height 00 88th 66th Entfernung über die hexagonalen FlächenDistance across the hexagonal faces 00 11 55 Durchmesser der Brennstäbe für die KeimzoneDiameter of the fuel rods for the seed zone OO ,255, 255 0,2550.255 Abstand der Brenristäbe für die KeimzoneDistance between the firing rods for the germination zone ,070, 070 0,0700.070 Durchmesser der Brennstäbe f.d.MantelzoneDiameter of the fuel rods for the cladding zone ,576, 576 0,5760.576 Abstand der Brennstäbe f. d. MantelzoneDistance between fuel rods f. D. Mantle zone ,055, 055 0,0550.055 Länge aLength a 9,09.0 Länge bLength b 14,014.0 Länge cLength c 3,723.72 Länge dLength d 4,034.03 Länge eLength e 4,344.34 Länge fLength f 4,634.63 Länge gLength g 4,894.89 Länge hLength h 5,345.34 Länge iLength i 6,006.00 Länge jLength j 6,606.60 Länge kLength k 7,207.20 Länge 1Length 1 7,807.80 Länge mLength m 8,508.50

Wie zuvor erwähnt, hatten ortsfeste Keim- oder Spaltzonen in bekannten Brennstoffeinheiten die Aufgabe, für die beweglichen Keimzonen annehmbare Brennstoffwerte sicherzustellen. In der erfindungsgemässen Anordnung mit einer einzelnen Keim-As mentioned before, the task of stationary germination or fissure zones in known fuel units was for the movable ones Germ zones ensure acceptable fuel levels. In the arrangement according to the invention with a single seed

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oder Spaltzone wird der gleiche Effekt durch die Brennstoff-Verteilung in dent uranhaltigen Mantel 4-2 erzielt. Damit kann die ortsfeste Keimzone und der für diese erforderliche Kanal fehlen. Der freiwerdende Raum steht für zusätzliches Brutmaterial zur Verfugung. Dadurch ergibt sich eine starke Vergrösserung der Brutkapazität der Brennstoffeinheit 20. Diese erhöhte Kapazität gestattet ihrerseits wiederum bauliche Ausbildungen, die wegen ihrer Beeinträchtigung der Brutkapazität bisher für unzulässig gehalten wurden. So ist z. B. die Reaktivität sregelung mit dem festen und beweglichen Brennstoff ohne Brennstäbe mit zwei verschiedenen Durchmessern möglich
Ferner brauchen die Mantelbrennstäbe nicht mehr dicht gepackt zu werden, denn wegen der verbesserten Brutleistung können
die mit loser Anordnung verbundenen Neutronenverluste an das
Mantelwasser in Kauf genommen werden.
or fission zone, the same effect is achieved by the fuel distribution in the uranium-containing jacket 4-2. This means that the stationary germinal zone and the channel required for it can be missing. The space released is available for additional breeding material. This results in a great increase in the breeding capacity of the fuel unit 20. This increased capacity in turn allows structural designs which were previously considered inadmissible because of their impairment of the breeding capacity. So is z. B. the reactivity s control with the fixed and movable fuel without fuel rods with two different diameters possible
Furthermore, the jacket fuel rods no longer need to be packed tightly, because of the improved breeding performance
the neutron losses associated with loose arrangement to the
Mantle water must be accepted.

Aus dem Schaubild der Figur 3 ist die Lage ersichtlich, in
der die beweglichen Brennstoffeinheit 22 während der Lebensdauer des Gore kritisch wird; sie zeigt ferner, wie weit
diese zurückgezogen werden muss, um während der Core-Lebensdauer den kritischen Zustand aufrechtzuerhalten. Wie die Figur 3 weiter zeigt, ist die Regelstrecke während der Gore-Lebensdauer gering, d. h. die kritische Stellung des beweglichen Brennstoffs ändert sich während dieses Zeitraums nicht erheblich. Verbesserte Lebensdauer und kleinere Regelstrecke
The diagram in FIG. 3 shows the position in
that the moveable fuel assembly 22 becomes critical during the life of the gore; it also shows how far
this must be withdrawn in order to maintain the critical state during the life of the core. As FIG. 3 further shows, the controlled system is small during the Gore service life, ie the critical position of the movable fuel does not change significantly during this period. Improved service life and smaller controlled system

- 12 209840/0 679- 12 209840/0 679

sind weitgehend mif den verbesserten Brennstoff viert und die anfängliche Überschussreaktivität infolge der abgesetzten Form der Brennstoffeinheit mit nur einer Keim- oder Spaltzone zuräckzufuhren. Der höhere Brennstoffwert ist auch unter anderen Gesichtspunkten als dem der Nennleistung: von Interesse. So kann die 7mt Regelung erforderliche Brennstoffstellung schneller erreicht werden. Das kann besonders zum schnellen Abschalten des Reaktors wiehtip sein.are largely with the improved fuel fourth and the initial excess reactivity due to the separated form of the fuel unit with only one seed or fission zone. The higher fuel value is also of interest from a point of view other than that of the nominal power. In this way, the fuel setting required by 7mt can be achieved more quickly. This can be especially useful for switching off the reactor quickly.

Claims (10)

PatentansprücheClaims (l.JBrennstoffeinheit für den Gore eines Leichtwasser-Brutreaktors mit einem "beweglichen "und einem diesen "umgebenden festen Teil, dadurch gekennzeichnet, dass der senkrecht bewegliche Teil (22) mehrere im Abstand angeordnete, hauptsächlich Spaltmaterial enthaltende Brennstäbe (36) mi"fc einer Keim- oder Spaltzone (34) und wenigstens einer Mantelzone (38, 40) aufweist und der feste Teil (24) mehrere im Abstand angeordnete Kante !brennstabe (48) mit einer vorwiegend mit Brutmaterial und einer geringen Menge Spaltmaterial bestückten Zone (42) und wenigstens einer im wesentlichen mit Brutmaterial bestückten Zone (44, 46) enthält.(1st fuel unit for the gore of a light water breeder reactor with a "movable" and a "surrounding it" fixed part, characterized in that the vertically movable Part (22) a plurality of spaced apart fuel rods (36) containing mainly fissile material Seed or cleavage zone (34) and at least one jacket zone (38, 40) and the fixed part (24) has a plurality of spaced-apart edge fuel rods (48) with a predominantly with Breeding material and a small amount of fissile material stocked zone (42) and at least one substantially with breeding material equipped zone (44, 46) contains. 2. Brennstoffeinheit gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelstäbe als Brutmaterial Thorium-232 enthalten und ihr Abstand so gross ist, dass das atomare Verhältnis von Wasserstoff zu Thorium-232 0,9-3 beträgt.2. Fuel unit according to claim 1, characterized in that that the mantle rods contain thorium-232 as breeding material and their distance is so large that the atomic ratio from hydrogen to thorium-232 is 0.9-3. 3. Brennstoffeinheit gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine geringe Menge Spaltmaterial enthaltende Zone der Mantelstäbe 0,8-3 Gew.% TJ-233-O2 enthält.3. Fuel unit according to claim 1, characterized in that the zone of the jacket rods containing a small amount of fissile material contains 0.8-3% by weight of TJ-233-O 2 . - 14 -- 14 - 209840/0679209840/0679 4. Brennstoffeinheit gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das spaltbare Material in der Keimzone Uran-233 ist und der Abstand der Keimzonenbrennstäbe so gross ist, dass das atomare Verhältnis von Wasserstoff zu Uran-233 im Bereich von 30 - 60 liegt.4. Fuel unit according to claim 1, characterized in that the fissile material in the germination zone is uranium-233 and the distance between the seed zone fuel rods is so large that the atomic ratio of hydrogen to uranium-233 is in the range from 30 - 60. 5. Brennstoffeinheit gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Keimzone bildenden Brennstabteile S - 15 Gew.% U-233-O2 enthalten.5. Fuel unit according to claim 4, characterized in that the fuel rod parts forming the seed zone contain S - 15% by weight of U-233-O 2. 6. Brennstoffeinheit gemäss Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstäbe der Keim- und Mantelzone jeweils nur einen Durchmesser haben und in loser Anordnung vorliegen. 6. Fuel unit according to claims 1-5, characterized in that the fuel rods of the seed and jacket zone respectively have only one diameter and are loosely arranged. 7. Brennstoffeinheit gemäss Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Keimzone abgestuft verjüngt zuläuft .7. Fuel unit according to claims 1-6, characterized in that that the individual germinal zone tapers gradually. 8. Brennstoffeinheit gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mantelzone der beweglichen Einheit mit der Abstufung der Keimzone komplementär abgestuft ausgebildet ist.8. Fuel unit according to claim 7, characterized in that that a jacket zone of the movable unit is designed to be stepped in a complementary manner with the gradation of the germination zone. 209840/06 7 9209840/06 7 9 9· Brennstoffeinheit gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine geringe Menge spaltbares Material enthaltende Mantelzone abgestuft verjüngt zuläuft und die im wesentlichen mit Brutmaterial bestückte Mantelzone mit dieser komplementär abgestuft ausgebildet ist.9 · Fuel unit according to claim 1, characterized in that that the jacket zone containing a small amount of fissile material tapers in a stepped manner and the substantially mantle zone equipped with breeding material is formed in a complementary stepped manner with this. 10. Brennstoffeinheit gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, lass die K^imzone PO - 4-0 Vol.9o der Brennsirtffeinheit ausmacht.10. Fuel unit according to claim 1, characterized in that the K ^ imzone PO - 4-0 vol.9o make up the fuel fineness.
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