DE2920190C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernkreaktor, sowie Brennstoffelemente für einen Kernreaktor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiger Kernreaktor mit einem großen prompten negati­ ven Temperaturkoeffizienten der Reaktivität, der auch als TRIGA-Kernreaktor bezeichnet wird, geht aus der US-PS 31 27 325 hervor. Infolge der inhärenten Sicherheit des Reaktorkerns dieses bekannten Reaktors kann ein einziger Regelstab oder ein Mehrfach-Regelstab augenblicklich aus dem Kern entfernt werden, ohne daß der resultierende Leistungsimpuls den Kern beschädigt. Tatsächlich wird eine der normalen Betriebsweisen dieses TRIGA-Kernreaktors als Impulsbetriebsweise bezeichnet, in der ein solches schnelles Herausziehen durchgeführt wird, um für experi­ mentelle Zwecke einen Strahlungsimpuls hoher Energie zu erzeugen.

Der Temperaturkoeffizient dieses bekannten Kernreaktors ist wegen der innigen Mischung des Kernbrennstoffes mit einem großen Teil von festem Moderator in der Form von Zirkonhydrid prompt. Infolgedessen steigen die Tempera­ turen von Brennstoff und festem Moderator zusammen augenblicklich, wobei keine Wärmeübertragungsverzöge­ rungen vor dem Auftreten von moderatorbezogenen Tempe­ raturkoeffizienteneffekten stattfinden. Der prompte negative Temperaturkoeffizient dieses bekannten TRIGA- Reaktors wird als Ergebnis der folgenden drei beitragen­ den Komponenten betrachtet: (1) Verhärtungseffekte im thermischen Neutronensprektrum, (2) Dopplerverbreitung der Resonanzen und (3) Neutronenleckage aus dem Reaktor­ kern. Bei dem Betrieb der Standard-TRIGA-Reaktoren überall in der Welt heute, leisten die Verhärtungs­ effekte im thermischen Spektrum den größten Beitrag zum totalen, prompten, negativen Temperaturkoeffizienten. Die Verhärtung des extensiven thermischen Spektrums wird durch die einzigartigen Neutronenmoderierungseigenschaf­ ten von Zirkonhydrid verursacht. Da Neutronen von der Spektrumsverhärtung Energie gewinnen, ist die Wahr­ scheinlichkeit ihres Entkommens aus dem Brennstoff­ element, bevor sie in dem Brennstoff eingefangen werden, wesentlich erhöht. Als Ergebnis hiervon nimmt das Ver­ hältnis der Neutronenabsorptionen in dem Brennstoff zu den gesamten Absorptionen in der Kerneinheitszelle ab, wenn die Temperatur erhöht wird, und diese Erscheinung wird als "Zelleneffekt" bezeichnet.

Die Standard-TRIGA-Brennstoffelemente, die in diesen Reaktoren verwendet werden, enthalten eine homogene Mischung von etwa 8,5 Gew.-% an niedrigangereichertem Uran und etwa 91,5 Gew.-% an Zirkonhydrid, worin das Uran etwa 20% U-235 und etwa 80% U-238 enthält. In solchen Reaktoren, in denen diese Standard-TRIGA-Brenn­ stoffelemente verwendet werden, resultieren mehr als 50% des prompten negativen Koeffizienten aus der Erschei­ nung der Verhärtung des thermischen Spektrums, während der Restbetrag etwa zu gleichen Teilen den anderen beiden Faktoren zuzuschreiben ist.

Für Anwendungsfälle, in denen eine lange Abbrand-Lebens­ dauer des Brennstoffs für ökonomisch wünschenswert gehalten wird, wurde ein Brennstoff entwickelt, der als TRIGA-Flip (Fuel Lifetime Improvement Programm = Programm zur Verbesserung der Lebensdauer des Brennstoffes) bezeichnet wird. Dieser Brennstoff wurde so ausgelegt bzw. zusammengesetzt, daß er sowohl in den Standard- TRIGA-Reaktoren wie auch in anderen gleichartigen bzw. ähnlichen Forschungsreaktoren vom Pool-Typ verwendbar ist, und in diesem Brennstoff werden 70% angereichertes Uran (d. h. 70% von den Atomen sind U-235) verwendet. Der FLIP-Brennstoff ist eine homogene Mischung von etwa 8,5 Gew.-% Uran, etwa 1,6 Gew.-% Erbium, und der Rest ist Zirkonhydrid. Das Erbium trägt in starkem Maße zu dem prompten, negativen Temperaturkoeffizienten bei, und zwar infolge der Wechselwirkung seiner Resonanzen nied­ riger Energie und der Spektrumverhärtungseffekte des Zirkonhydrids. Es dient außerdem als verbrennbares Gift zum Kompensieren der überschüssigen Reaktivität, die von dem hochangereicherten Uran bewirkt wird, und infolge­ dessen hält es die Reaktivitätsbalance des Brennstoffs relativ flach während der Lebensdauer der Gesamtreaktor­ kernbelastung.

Die Verwendung von Erbium als verbrennbares Gift bzw. als Kontrollmaterial geht beispielsweise aus "C. R. Tipton (Ed.), Reactor Handbook, Vol. I, Materials, Interscience Publishers, Inc., New York, (1960), Seiten 810-811" hervor.

Die TRIGA-FLIP-Brennstoffelemente weisen weiterhin inhä­ rente Sicherheitseigenschaften auf, und zwar gleichartig bzw. ähnlich wie die Standard-TRIGA-Brennstoffelemente. In dem FLIP-Brennstoffkern wird ein noch größerer Pro­ zentsatz des prompten, negativen Temperaturkoeffizienten durch die Verhärtung des thermischen Spektrums bewirkt, d. h. ein Betrag von mehr ls 85%. Der Beitrag zu dem Koeffizienten durch den Dopplereffekt nimmt leicht ab, und der Beitrag, der von der Zunahme der Leckage von thermischen Neutronen hervorgerufen wird, nimmt um etwa 75% ab. Da diese Abnahmen durch die Erhöhung, die sich aus der Verhärtung des thermischen Spektrums ergibt, mehr als ausgeglichen werden, ist der gesamte, prompte, negative Temperaturkoeffizient eines FLIP-Brennstoff­ kerns gleich demjenigen eines Reaktors, der mit dem Standard-TRIGA-Brennstoffkern arbeitet oder etwas größer.

Die Regierung der Vereinigte Staaten von Amerika legt gegenwärtig ein größeres Gewicht auf Nicht-Prolifera­ tions- bzw. Atomsperrpolitik, wodurch dem Betrag an Anreicherung, der innerhalb des Brennstoffs für Kern­ reaktoren vorgesehen sein kann, Grenzen gesetzt werden. In Übereinstimmung mit dieser Politik kann um 70% angereicherter Brennstoff weiterhin nicht mehr geliefert werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfidung besteht daher darin, einen Kernreaktor der eingangs genannten Art, sowie Brennstoffelemente hierfür zu schaffen, bei dem im Reaktorkern, der eine lange Lebens­ dauer aufweist, niedrigangereichertes Uran verwendbar ist, wobei der Kernreaktor jedoch auch den gewünschten prompten, negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Kernreaktor gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß die in dem kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale vorgesehen sind.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei dem erfindungsgemäßen Kernreaktor in dem eine lange Lebensdauer aufweisenden Reaktorkern niedrigangereicher­ tes Uran verwendbar ist, wobei der Kernreaktor auch den gewünschten prompten, negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Es ist daher vorteilhafterweise hochangerei­ chertes Uran nicht erforderlich.

Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter "nied­ rigangereichertem Uran" solches Uran verstanden, das nicht mehr als etwa 20% Anreicherung hat. Es wurde gefunden, daß der Kernreaktor nach der Erfindung uner­ warteterweise einen prompten, negativen Temperaturko­ effizienten der Reaktivität hat, der in sehr vorteilhaf­ ter Weise mit demjenigen eines Reaktors vergleichbar ist, welcher mit Standard-TRIGA-Brennstoff als Brennstoff versehen ist. Kürzliche Unterbrechungen hatten darauf hingedeutet, daß ein Reaktorkern dieser Art einen be­ trächtlich verminderten prompten, negativen Temperatur­ koeffizienten im Vergleich mit einem Reaktor, der den Standard-TRIGA-Brennstoff hat, aufweisen würde, und zwar weil: (1) die große Zunahme der Menge an Uran-235 den Zelleneffekt drastisch vermindern würde, d. h. die Leckage von thermischen Neutronen aus dem Brennstoff- Moderator-Material in das umgebende Kühlmittel, (2) die größere Menge an Uran die Gesamtmenge an Zirkonhydrid in den Brennstoffelementen herabsetzen würde, und infolge­ dessen die Menge an Wasserstoff, deren Moderationswir­ kung einer der Hauptfaktoren im Mechanismus des Hervor­ rufens eines großen prompten, negativen Temperaturko­ effizienten ist, und (3) die Verminderung der Menge an Wasserstoff in der Brennstoffmischung auch die Gesamt­ reaktivität der Kern­ anordnung herabsetzt und infolgedessen die Menge an Erbium wesentlich erniedrigen würde, die hinzugefügt werden kann, um zu dem prompten, negativen Temperaturkoeffizienten beizu­ tragen, so daß auf diese Weise einige der Verluste, die auf­ grund der Punkte (1) und (2) auftreten, ausgeglichen werden und die überschüssige Reaktivität ausgeglichen wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Fig. 1 bis 3 im Prinzip dargestellten, besonders be­ vorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Vertikalschnittansicht durch den Kern eines TRIGA-Reaktors, und zwar längs der Linie 1-1 der Fig. 2;

Fig. 2 eine Horizontalschnittansicht längs der Linie 2-2 der Fig. 1; und

Fig. 3 eine auseinandergezogene Ansicht eines der in Fig. 1 gezeigten Brennelemente.

In Fig. 1 ist ein TRIGA-Kernreaktor 11 veranschaulicht, der so ausgelegt ist, daß er bei einem Dauerzustands-Leistungs­ niveau von bis zu etwa 2 MW mit Kühlung des Kerns durch natürliche Konvektion betrieben werden kann. Bei zwangswei­ ser Kühlmittelströmung können Dauerzustands-Leistungsniveaus erzielt werden, die wesentlich höher liegen.

Der Kernreaktor 11 umfaßt eine Reaktorkernanordnung 13, die von einem ringförmigen Graphitreflektor 15 umgeben ist. Die Reaktorkernanord­ nung 13 ist in einem Bodenteil bzw. in einem unteren Teil eines sich vertikal erstreckenden Reaktortanks 19 angeordnet, der einen Pool 21 aus einem flüssigen Kühlmittel-Moderator, üblicherweise Wasser, enthält. Der Reaktortank 19 kann zylin­ drisch sein.

Die Reaktorkernanordnung 13 ist aus einer Mehrzahl von sich verti­ kal erstreckenden Brennstoffelementen 23 aufgebaut, die in einer vorbestimmten räumlichen Anordnung vorgesehen sind, wie man am besten aus Fig. 2 ersieht. Jedes Brennstoffele­ ment 23 umfaßt, wie die Fig. 3 zeigt, eine strömungsmittel­ dichte, rohrförmige Kapsel 25, die aus einem geeigneten Ma­ terial, wie z. B. rostfreiem Stahl oder Incoloy, hergestellt ist. Der Boden jeder Kapsel 25 ist mit einem Endaufsatz 27 aus rostfreiem Stahl verschlossen, und ihr oberes Ende ist in gleichartiger bzw. ähnlicher Weise mittels eines oberen Endaufsatzes 29 aus rostfreiem Stahl verschlossen. Ein re­ präsentatives bzw. besonders bevorzugtes Brennstoffelement 23 für den dargestelltenn Kernreaktor 11 besitzt eine Kapsel 25 aus rostfreiem Stahl, die etwa 0,5 mm dick ist und einen mittigen Brennstoffkörper 31 enthält, der etwa 38 cm lang ist und ei­ nen Durchmesser von etwa 36,3 mm hat. Obwohl der Brennstoff­ körper 31 als einzelner bzw. einstückiger Stab dargestellt ist, kann er auch aus einer Mehrzahl von kürzeren Preßlingen gebildet sein. Der Brennstoffkörper 31 ist von einem unteren und einem oberen, inneren Graphitreflektor 33 flankiert. Diese Graphitreflektoren 33 haben die Form von kurzen Graphit­ stäben von etwa 8,64 cm Länge.

Wie die Fig. 2 zeigt, erstrecken sich die Brennstoffelemente 23 vertikal in einer räumlichen Anordnung, die einer Mehrzahl von in gleichem Abstand voneinander angeordneten, konzentrischen Kreisen entspricht. Jedoch können auch andere räumliche Anordnungen angewandt werden. Die Brennstoffelemente 23 werden durch ein oberes und unteres Gitterteil 35, 37 innerhalb der Reaktorkernanordnung 13 in einem gewünschten Abstand voneinander gehalten. Das untere Gitterteil 37 ist aus einem geeigneten Material hergestellt, wie z. B. aus Aluminium, und es ist mittels eines unteren Kern­ aufbauträgers 38 so gehaltert, daß es sich in einem Abstand etwas oberhalb des Bodens des Tankabschnitts 17 befindet. Es enthält Öffnungen 41, die in einem Muster angeordnet sind und die herabhängenden Stiftteile der bodenseitigen Endauf­ sätze 27 aufnehmen. Das obere Gitterteil 35 ist in geeigneter Weise am oberen Ende des Graphitreflektors 15 befestigt und es be­ findet sich vorzugsweise in einem Abstand etwas oberhalb des letzteren, der durch Abstandshalter 43 sichergestellt wird, so daß die Kühlmittelströmung erleichtert wird.

Im oberen Gitterteil 35 befinden sich Öffnungen 47, die einen Durchmesser haben, der ungefähr gleich dem äußeren Durchmes­ ser der Brennstoffelemente 23 ist, so daß die Brennstoffele­ mente durch diese Öffnungen 47 gleitend abgesenkt werden können. Das obere Ende jedes oberen Endaufsatzes 29 besitzt einen Knopf 49, der so ausgebildet ist, daß er mit einer Brennstoff­ element-Handhabungseinrichtung in Eingriff treten kann. In dem Bereich des oberen Gitterteiles 35 ist ein Strömungsbe­ reich in dem oberen Endaufsatz 29 vorgesehen, so daß sich Durchgänge für den Kühlmittel-Moderator ergeben, der nach oben aus der Reaktorkernanordnung 13 herausströmt.

Das Kühlmittel strömt in dem Pool 21 auf der Außenseite des Reflek­ torteils der Reaktorkernanordnung 13 nach unten und dann durch den Kern­ aufbauträger 38 nach innen, und zwar aufgrund natürlicher Konvektion.

Zusätzlich zu den Öffnungen 41 in dem unteren Gitterteil 37, welche die herabhängenden Stiftteile der unteren Endauf­ sätze 27 aufnehmen, sind weitere Öffnungen 53 vorgesehen, die die Aufwärtsströmung des Kühlmittel-Moderators durch das un­ tere Gitterteil 37 sowie nach oben in die Bereiche zwischen benachbarten Brennstoffelementen 23 ermöglichen. Der Kühl­ mittel-Moderator wird in der Reaktorkernanordnung 13 durch Wärmeaus­ tausch mit den Brennstoffelementen 23 erhitzt, und die leich­ tere Flüssigkeit steigt schnell nach oben in den Pool 21 in dem Hauptabschnitt des Reaktortanks 19 oberhalb der Reaktorkernan­ ordnung 13.

Zur Regelung der Kernreaktion innerhalb der Reaktorkernanordnung 13 ist eine Mehrzahl von Regelstäben 61 vorgesehen (drei davon sind dargestellt). Die Regelstäbe 61 sind nach oben und unten gleitend innerhalb von drei Rohren 63 in der Reak­ torkernanordnung 13 bewegbar, wobei diese Rohre 63 in dem räumlichen Aufbau Stellen einnehmen, die anderenfalls von Brennstoffelementen 23 eingenommen werden würden. Die Regelstäbe 61 sind, wie dies durch gestrichelte Linien angedeutet ist vertikal durch Mechanismen (nicht dargestellt) bewegbar, die über dem Reaktortank 19 gehaltert sind. Diese Mechanismen bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

In einem Kernreaktor 11 dieses generellen Typs können die gering angespeicherten, eine lange Lebensdauer aufweisenden Brenn­ stoffelemente 23 so aufgebaut sein, daß der prompte, negati­ ve Temperaturkoeffizient der Reaktivität größer als etwa 10 × 10^-5/°C ist. Die Brennstoffkörper 31 in jedem der Brenn­ stoffelemente 23 sind aus einer homogenen Mischung von Uran, Zirkonhydrid und Erbium hergestellt. Das Zirkonhydrid ist nach Verfahren hergestellt, die an sich bekannt sind. Das Verhältnis von Wasserstoff zu Zirkon ist zwischen etwa 1,5 : 1 und etwa 1,7 : 1, und es beträgt vorzugsweise etwa 1,6 : 1.

Wie vorstehend angedeutet, ist das verwendete Uran niedrig­ angereichertes Uran, d. h. daß es eine Anreicherung von nicht mehr als etwa 20% hat, und der gewichtsprozentuale Anteil von Uran in dem Brennstoffkörper 31 kann von 20 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% variieren. Die Menge an Erbium, die angewandt wird, hängt von dem Betrag an überschüssiger Reaktivität ab, der in der Reaktorkernanordnung 13 vorhanden ist, und infolgedessen vom gewichtsprozentualen Anteil von niedrigangereichertem Uran, der angewandt wird. Wenn z. B. 20 Gew.-% von niedrig­ angereichertem Uran verwendet werden, dann werden etwa 0,5 Gew.-% Erbium verwendet. Wenn z. B. 30 Gew.-% niedrigange­ reichertes Uran verwendet werden, dann werden etwa 0,9 Gew.-% Erbium verwendet. Die homogene Mischung von Uran, Zirkon­ hydrid und Erbium ist für die Erzielung des prompten, nega­ tiven Temperaturkoeffizienten der Reaktivität kritisch.

Ein Beispiel eines solchen Reaktorsystems enthält eine Kern­ anordnung 13, die aus 100 Brennstoffelementen 23 der vorstehend beschriebenen, allgemeinen Art aufgebaut ist, welche ihrer­ seits in der Nähe des Bodens eines Pools 21 aus Leichtwasser angeordnet sind, der in einem Reaktortank 19 von etwa 1,82 m Durch­ messer enthalten ist. Die Brennstoffelemente 23 sind gleich­ förmig in einer Anordnung vorgesehen, die einen Durchmesser von etwa 51 cm aufweist und von einem Graphitreflektor 15 umgeben ist, der aus Bausteinen von dichtem Graphit in einer Dicke von etwa 30,4 cm aufgebaut ist. Der ringförmige Graphitreflektor 15 hat die gleiche Graphitdicke an allen Stellen um die Reaktorkern­ anordnung 13 herum. Diese Abmessungen sind die Abmessungen eines Standard-TRIGA-Kernreaktors, der eine Leistung von etwa 2 MW hat. In einem Kernreaktor 11 dieses Aufbaus beträgt der prompte, negative Temperaturkoeffizient für eine Reaktorkernanordnung 13, die aus Brenn­ stoffelementen 23 besteht, die unter Anwendung von 20 Gew.-% niedrigangereichertem Uran hergestellt sind, etwa 10,5 × 10^-5/°C, was größer als derjenige des Standard-TRIGA- Brennstoffs ist. Allgemein ist in einer Reaktorkernanordnung 13 der dargestellten Art der innerhalb des Graphitreflektors 15 von der Anordnung der Brennstoffelemente 13 eingenommene Bereich nicht größer als etwa 56,2 dm³/1000 kW Nennleistung, wobei der prompte, nega­ tive Temperaturkoeffizient der Reaktivität etwa 8 bis etwa 11 × 10^-5/°C im Mittel über den Betriebstemperaturbereich beträgt.

Auf diese Weise wurde überraschend gefunden, daß dann, wenn das U-238 einen sehr großen Teil (etwa 80%) des Urans im Brennstoffelement 23 (das seinerseits einen hohen gewichts­ prozentualen Anteil an Uran, d. h. 20 bis 50 Gew.-%, enthält) aufweist und wenn man ein thermisches Resonanzgift bzw. ein die thermische Resonanz verminderndes Mittel, nämlich Erbium, als Teil der homogenen Brennstoff-Moderator-Mischung beifügt, der totale, prompte, negative Temperaturkoeffizient der Re­ aktivität einer solchen Reaktorkernanordnung 13 größer als oder wenig­ stens nahezu so groß wie derjenige der Reaktorkernanordnung ist, bei der der Standard-TRIGA-Brennstoff verwendet wird, welcher etwa 8,5 Gew.-% an niedrigangereichertem Uran enthält. Im Er­ gebnis ist der prompte, negative Temperaturkoeffizient einer Reaktorkernanordnung 13, der Brennstoffelemente 23 mit 20 Gew.-% an niedrigangereichertem Uran enthält, etwa 10% höher als der­ jenige einer Reaktorkernanordnung, die 8,5 Gew.-% Uran enthält (Standard- TRIGA-Brennstoff). In ähnlicher Weise ist der Koeffizient für eine Reaktorkernanordnung 13, die 30 Gew.-% an niedrigangerei­ chertem Uran enthält, nur etwas niedriger als derjenige der Standard-TRIGA-Reaktorkernanordnung.

Es wurde gefunden, daß der Verlust im prompten, negativen Temperaturkoeffizienten, verglichen mit der Standard-TRIGA- Reaktorkernanordnung durch den erhöhten U-235-Gehalt und durch die Erniedrigung der Menge an Wasserstoff verursacht wird, in unerwarteter Weise mehr als vollständig oder nahezu vollständig durch die Kombination der Verwendung von Erbium plus der Zunahme der Menge an U-238, dessen Gegenwart eine wesentliche Erhöhung des Doppler-Verbreiterungseffekts be­ wirkt, ausgeglichen werden kann. Überraschenderweise wird das mit einer wesentlich geringeren Menge an Erbium erreicht, als derjenigen, die im TRIGA-FLIP-Brennstoff vorhanden war. Es ergibt sich, daß die präzise Kombination von niedrigangereichertem Uran, plus ZrH_1,6, plus einer gerin­ gen Menge an Erbium, im allgemeinen weniger als 1 Gew.-%, überraschenderweise einen Ersatzkern für den Standard-TRIGA- Reaktor ergibt, der beides aufweist, nämlich eine lange Lebens­ dauer, beispielsweise wenigstens etwa 1200 MW-Tage, plus einen prompten, negativen Temperaturkoeffizienten der Re­ aktivität, der ihm inhärente Sicherheit gibt.

Obwohl der vorliegende Kernreaktor anhand von bevorzugten Ausführungsbei­ spielen erläutert worden ist, sind verschiedene Abwandlungen und Änderungen möglich. Beispielsweise können die Brennstoffelemente die Form von Platten anstatt von Rohren besitzen. Darüber hinaus können Brennstoffelemente kleineren Durchmessers, z. B. mit einem Durchmesser von 12,7 mm, verwendet werden, die 45 Gew.-% Uran enthalten, wobei die Reaktorkernanordnung nur einen prompten, negativen Temperaturkoeffizienten von etwa 5 × 10^-5/°C haben kann, was unter gewissen Umständen akzeptabel ist.

Claims (3)

1. Kernreaktor, der einen großen prompten negativen Temperaturkoeffizienten der Reaktivität hat und folgendes umfaßt: einen Reaktortank; eine vorbestimmte Menge Wasser in dem Reaktortank, die sowohl als Kühlmittel als auch als Moderator dient; eine Reaktorkernanordnung innerhalb des Wassers in dem Reaktortank, die eine Vielzahl von strö­ mungsdichten Brennstoffelementen umfaßt, die im gegensei­ tigen Abstand innerhalb des Reaktortanks angeordnet sind, so daß sich durchgehende Strömungszonen des Kühlmittels er­ geben, die jedes der Brennstoffelemente umschließen; eine Einrichtung, die eine Wasserströmung durch den Reaktorkern in Wärmeaustausch mit den Oberflächen der Brennstoffele­ mente ermöglicht; wobei jedes der Brennstoffelemente eine feste, homogene Mischung von Zirkonhydrid, Uran und Erbium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Uran zwischen 20 und 50 Gew.-% der Mischung bildet, das Zirkonhydrid zwischen 79 und 50 Gew.-% der Mischung und das Erbium zwischen 0,5 und 1,5 Gew.-% der Mischung bildet; wobei zusätzlich das Uran in der Mischung nicht mehr als 20% U-235 und der Rest im wesentlichen U-238 ist, wobei außerdem das Verhältnis der Anzahl der Wasserstoffatome zu der Anzahl der Zirkonatome zwischen 1,5 : 1 und 1,7 : 1 beträgt und das Erbium gleichförmig in der Uran-Zirkon­ hydrid-Mischung verteilt ist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, der einen sich vertikal erstreckenden Reaktortank und einen Reflektor für Neutronen, der die Kernanordnung umgibt, aufweist, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bereich des Reaktortanks (19) innerhalb des Reflektors (15), der von der Kernanordnung (13) eingenommen wird, nicht größer als 56,2 dm³ für je 1000 kW Nennleistung ist.

3. Brennstoffelement für einen Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Brennelement eine feste, homogene Mischung von Zirkonhydrid, Uran und Erbium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Uran zwischen 20 und 50 Gew.-% der Mischung bildet, das Zirkonhydrid zwischen 79 und 50 Gew.-% der Mischung und das Erbium zwischen 0,5 und 1,5 Gew.-% der Mischung bildet; wobei zusätzlich das Uran in der Mischung nicht mehr als 20% U-235 und der Rest im wesentlichen U-238 ist, wobei außerdem das Verhältnis der Anzahl der Wasserstoffatome zu der Anzahl der Zirkonatome zwischen 1,5 : 1 und 1,7 : 1 beträgt und das Erbium gleichförmig in der Uran-Zirkonhydrid-Mischung verteilt ist.