DE3226403A1 - Brennelement, verfahren zu seiner herstellung und brennelementbehaelter - Google Patents

Description

Brennelement, Verfahren zu seiner Herstellung und Brennelementbehälter

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung an Kernbrennelementen für den Einsatz in dem Kern von Kernspaltungsreaktoren und betrifft insbesondere solche Brennelemente, die Verbundbehälter haben, welche eine Brennelementhülle aufweisen, die mit einer deren Innenoberfläche bedeckenden Schutzschicht versehen ist.

Brennelemente, die einen Verbundbehälter aufweisen und auf die sich die Erfindung insbesondere bezieht, sind in der US-PS 4 200 492 beschrieben.

Auf die genannte Patentschrift und auf die darin zitierten Veröffentlichungen wird verwiesen.

Sperrschichten oder Schutzüberzüge, die mit der Innenoberfläche von gewöhnlich als Brennstoffhüllen bezeichneten Kernbrennstoffbehältern verbunden sind, dienen zum Schutz des Metallbehälters vor gewissen nachteiligen Erscheinungen, wie Spannungsrißkorrosion und/oder Flüssigmetallversprödung. Das Auftreten von solchen zerstörerischen Vorgängen führt zum Ausfall des Brennelements. Die Ursache dieser Erscheinung ist allgemein auf eine Kombination aus mechanischen und chemischen Wechselwirkungen zurückzuführen, die zwischen dem Kernbrennstoff, dem Metallbehälter und den Kernspaltungsprodukten im Reaktorbetrieb auftreten. Beispielsweise bestrahlen Neutronen und Spaltungsprodukte aus dem Brennstoff das Metall des Behälters und treten mit dem Metall in Wechselwirkung, während physikalische Kräfte auf das Metall durch die Wärmeausdehnung des Brennstoffes ausgeübt werden. Das Versagen von Brennelementen aufgrund solcher Ursachen ist ausführlich in den üS-PSen 4 057 466 und 4 045 288 sowie an anderer Stelle im Stand der Technik beschrieben.

Spannungsrißkorrosion und andere zerstörerische Erscheinungen an Zirkoniumlegierungsbrennstoffbehältern, wie beispielsweise denjenigen, die aus den bekannten und handelsüblichen Zircaloy-Verbindungen hergestellt sind (vgl. die US-PS 2 772 964), können wirksam kontrolliert oder überwunden werden, indem eine Sperrschicht aus Zirkoniummetall von wenigstens mäßiger Reinheit auf die Innenoberfläche des Behälters aufgebracht wird. Diese Verwendung von Zirkoniummetallsperrschichten für Brennstoffbehälter ist in der oben erwähnten US-PS 4 200 492 angegeben.

Typische Brennelemente zur Verwendung in Stromerzeugungskernreaktoren haben spaltbaren Brennstoff nur in einem Teil

-V-

des Behälters oder der Hülle, wodurch darin ein freies Gebiet verbleibt, das frei von jedwedem Brennstoff ist. Das vorhandene freie Gebiet bildet einen Samroel- oder Leerraum innerhalb des Brennstoffbehälters zum Ansammeln und Festhalten von gasförmigen Spaltungsprodukten, Wasserdampf oder anderen flüchtigen Stoffen.

In diesem üblichen Typ von Brennelement ist eine Säule aus spaltbarem Brennstoff, beispielsweise aus übereinandergestapelten Tabletten, innerhalb des Behälters angeordnet und erstreckt sich von dessen Basis oder unterem Ende nach oben. Die Brennstoffmenge in der Säule ist so gewählt, daß sie sich von dem unteren Behälterende aus bis in eine vorbestimmte Höhe innerhalb des Behälters erstreckt, und der oberste oder der verbleibende Teil des Brennstoffbehälters, der sich über die Brennstoffüllung hinaus erstreckt, ist frei von Brennstoff, wie es beispielsweise in den US-PSen 3 898 125 und 3 969 186 dargestellt ist. Das Brennelement und sein Behälter sind daher in einen Brennstoffteil und ein Samrnelraumgebiet an deren gemeinsamer Grenzfläche unterteilt.

Dieses Sammelraumgebiet innerhalb des Brennstoffbehälters in dem Bereich über der darin enthaltenen Brennstofffüllung ist mit einer Vorbelastungsvorrichtung versehen, wie beispielsweise einer in den vorgenannten Patentschriften gezeigten Feder, um die Brennstoffüllung festzuhalten, damit sie fest an einem Ende des Behälters anliegt.

Typischerweise ist das Brennstoffbehältersammelraumgebiet mit Helium oder einem ähnlichen Inertgas als nichtreaktivem Wärmeübertragungsmedium gefüllt.

Demgemäß ist der Brennstoffbehälter in dem Bereich des Sammelraumgebietes über der Brennstofffüllung im we-

sentlichen isothermisch und wird im wesentlichen auf der gleichen Temperatur wie seine Umgebung, zu der das Kühlmittel gehört, gehalten, und zwar aufgrund des effektiven Wärmeübertragungsvermögens und der Beweglichkeit des in ihm enthaltenen Gasmediums. Der Brennstoffbehälter wird in dem Teil, der den spaltbaren Brennstoff enthält, während der Stromerzeugung auf einem Temperaturgradienten in bezug auf seine Umgebung, die aus eiern Kühlmittel besteht, gehalten. Insbesondere gibt es einen Temperaturgradienten, der sich von innerhalb der Brennstoffüllung oder -säule nach außen erstreckt, wobei es zu merklich abfallenden Temperaturen über die Brennstoff behälterwand zu dem umgebenden Kühlmittel kommt.

Im Betrieb eines wassergekühlten und/oder -moderierten Kernreaktorsystems ist das Freisetzen von Wasserstoff durch die Dissoziation des Wassers innerhalb des Kühlmediums eine von Natur aus vorhandene Erscheinung. Die Wasserstoffreisetzung ist haupsächlich auf die Bestrahlungsbedingungen und die hohe Temperatur des Systems sowie auf die starke Affinität zwischen Sauerstoff und den Zirkoniumlegierungen zurückzuführen, die üblicherweise zum Herstellen von Brennstoffbehältern oder Brennelementhüllen benutzt werden.

Es ist festgestellt worden, daß innerhalb eines Reaktors oder unter einer Kombination von Bedingungen, wie sie oben dargelegt sind, sich das Verhalten von freiem Wasserstoff und dessen Auswirkungen auf Zirkoniumlegierungsbrennstoff behälter mit den Temperaturbedingungen ändern. Beispielsweise scheint es, daß der Wasserstoff niedriegere Temperaturwerte sucht, wenn er die Zirkoniumlegierungen durchdrungen hat, wodurch unterschiedliche Temperaturgradienten oder -werte des Brennstoffbehälters bewirken, daß der Wasserstoff in ihm unterschiedliche Wanderungsprofile hat.

Es hat sich daher gezeigt, daß nach dem Durchdringen der Zirkoniumlegierung des Brennstoffbehälters in dem den spaltbaren Brennstoff enthaltenden Teil, in welchem deshalb ein ausgeprägter Temperaturgradient vorhanden ist, der Wasserstoff sich konzentriert und an oder nahe dem kühleren äußeren Teil der Hüllenwand bleibt und von dieser aus in abnehmenden Mengen nach innen verteilt wird.

Andererseits hat es sich gezeigt, daß der Wasserstoff beim Berühren und Durchdringen der Zirkoniumlegierung des Brennstoffbehälters in demjenigen Teil desselben, der das Sammelraumgebiet bildet, welches im wesentlichen isothermisqh ist, die Tendenz hat, durch die Zirkoniumhüllenwand eines Brennstoffbehälters zu wandern und sich darin gleichmäßig zu verteilen. Wenn jedoch ein Zirkoniuialegierungsbrennstoffbehälter mit einer Sperrschicht aus Zirkoniummetall versehen wird, die auf die Innenoberfläche der Hülle aufgebracht wird, wie es in der oben erwähnten Patentschrift sowie in der weiteren Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben ist, konzentriert sich der nach innen wandernde Wasserstoff in der inneren Zirkoniummetallsperrschicht, die zum Schutz des Behälters vor den in seinem Inneren erzeugten Spaltungsprodukten und der Brennstoff ausdehnung vorgesehen ist,

Ss scheint daher, daß bei solchen mit einer Sperrschicht versehenen Brennstoffbehältern sich der in und durch die Zirkoniumlegierungsbehälterwand wandernde Wasserstoff innerhalb des Bereiches der Behälterwand, die dessen Berührungsfläche mit der Zirkoniummetallsperrschicht benachbart ist, beträchtlich ansammelt und konzentriert.

Eine solche Konzentration von Wasserstoffatomen, die sich innerhalb eines begrenzten Teils der Hüllenwand angesammelt

Hi/

haben, insbesondere an der Grenzfläche, wo die Sperrschicht mit der Behälterinnenoberfläche verbunden ist, ist ein unerwünschter Effekt bei dem Verbundbrennstoffbehälter und könnte unter schweren Betriebsbedingungen zur Verschlechterung der Brennstoffleistungsfähigkeit führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Brennelement zu schaffen, das einen Verbundbrennstoffbehälter aufweist, der eine Hülle aus Zirkoniumlegierung und für diese eine Schutzschicht aus Zirkoniummetall hat.

Weiter soll ein Brennelement mit einer Verbundhülle aus Zirkoniumlegierung und aus einer Zirkoniummetallsperrschicht geschaffen werden, die die nachteiligen Auswirkungen von freiem Wasserstoff aushält und dadurch die Lebensdauer des Brennelements verlängert.

Ferner soll ein Brennelement mit einem Verbundbehälter aus Zirkoniumlegierung und einer Zirkoniummetallsperrschicht darin geschaffen werden, welches das sich bei der Fertigung ergebende Gassammelraumvolumen vergrößert und sich einer späteren Sammelraumvolumenverringerung widersetzt, die auf die Wirkung von Wasserstoff zurückzuführen ist, welcher darin Zirkoniumhydridverbindungen bildet.

Außerdem soll ein Verfahren zum Verbessern von Brennelementen geschaffen werden, die einen Verbundbehälter aus Zirkoniumlegierung mit einer Zirkoniummetallsperrschicht darin aufweisen.

Schließlich soll ein Verfahren geschaffen werden, das Brennelemente, die einen Verbundbehälter aus einer Zirkoniumlegierung mit einer Schutzschicht aus Zirkoniummetall

darin aufweisen, gegen freien Wasserstoff und dessen schwächende Auswirkungen auf solche Brennstoffbehälter und deren Lebensdauer widerstandsfähiger macht.

Die Erfindung beinhaltet Einrichtungen zum Verbessern von einen Verbundaufbau aufweisenden Brennelementbehältern, die eine Sperrschicht aus Zirkoniummetall haben, welche die Innenoberfläche eines Zirkoniumlegierungsbehälters bedeckt, wie er in der US-PS 4 200 492 beschrieben ist, und zum Beständigermachen von einen solchen Behälter aufweisenden Brennelementen gegen sich im Betrieb ansammelnden Wasserstoff. Die Erfindung beinhaltet insbesondere das Entfernen von im wesentlichen sämtlichem Zirkoniummetall der Sperrschicht aus ungefähr dem Teil des Brennstoffbehälters, der das Sammelrauragebiet enthält oder begrenzt. Die Schutzschicht aus Zirkoniummetall wird daher so beibehalten, daß sie nur den Innenoberflächenteil des Zirkoniumlegierungsbrennstoffbehälters in dem Bereich bedeckt, der dem darin enthaltenen spaltbaren Brennstoff ungefähr benachbart ist oder diesen unmittelbar umschließt.

Die Erfindung ist insbesondere auf Brennelemente für Strarr erzeugungskernreaktoren gerichtet, die Verbundbrennstoff" behälter haben, welche eine Hülle aus einer Zirkoniumlegierung, wie beispielsweise zircaloy, und eine schützende Deckschicht aus im wesentlichen reinem Zirkoniummetall aufweisen, die mit deren Innenoberfläche metallurgisch verbunden ist. Brennelemente dieses Aufbaus und dieser Zusammensetzung sind in der US-PS 4 200 492 beschrieben.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit Verbundbrennstoff behältern, die aus einer Hülle aus einer Zirkoniumlegierung bestehen, die außer Zirkonium wenigstens etwa

5000 Gew.ppm an anderen Bestandteilen enthält, und aus einer schützenden Sperrschicht für diese aus einem Zirkoniummetall, das weniger als etwa 5000 Gew.ppm an Verunreinigungen enthält (wobei "Gew.ppm" die Abkürzung für Gewichtsteile pro Million ist). Vorzugsweise enthält das Zirkoniummetall der Sperrschicht weniger als etwa 4200 Gew.ppm an Verunreinigungen. Zu den Zirkoniumlegierungen für die Brennelementhülle gehört üblicherweise die handelsübliche Legierung Zircaloy 2 oder 4, die auf dem Gebiet der Kerntechnik bekannt ist.

Die Erfindung schließt jedwede verschlechternden oder nachteiligen Auswirkungen von freiem Wasserstoff auf Verbundbrennelementbehälter des vorgenannten Aufhaus aus. Eine durch Wasserstoff verursachte Verschlechterung oder Beeinträchtigung wird überwunden, indem das Zirkoniummetallsperrschichtmaterial aus dem Inneren der Zirkoniumlegierungshülle in dem Teil entfernt wird, der sich über die Brennstoffüllung hinaus erstreckt, wodurch dieser frei von spaltbarem Brennstoff ist und das Sammelraumgebiet bildet.

Der sich ergebende besondere Brennstoffbehälter des Brennelements nach der Erfindung widersteht der Hydrierung in dem und um das Sammelraumgebiet, das frei von jedwedem Brennstoff ist. Auf diese Weise wird jede wahrnehmbare Verkleinerung des Volumens des leeren Sammelraumbereiches des Behälters, das zum Auffangen von Gas vorgesehen ist, vermieden, d. h. eine Verkleinerung, die auf die Wirkung von Wasserstoff zurückzuführen ist, der mit dem Zirkoniummetall reagiert und Zirkoniumhydride innerhalb des Sammelraumgebietes erzeugt.

Das Entfernen des Zirkoniummetalls der mit der Innenoberfläche der Zirkoniumlegierungshülle verbundenen Sperr-

/ο

schicht in dem bezeichneten Bereich des Sammelraumgebietes kann durch irgendeine bekannte Technik oder Maßnahme oder eine Kombination derselben erfolgen. Beispielsweise kann das Zirkoniummetall durch mechanische Maßnahmen beseitigt werden, beispielsweise durch Schleifen, Räumen oder Honen. Das mechanische Abtragen kann mit einem Werkzeug geeigneter Abmessungen erfolgen, mittels welchem das Zirkoniummetall von der Oberfläche der Legierung in einem Bereich entfernt wird, der insgesamt die gleiche Ausdehnung wie der Abschnitt des Brennstoffbehälters hat, welcher das Sammelraumgebiet des Brennelements bildet. Zweckdienliche chemische Maßnahmen können ebenfalls benutzt werden, um das Zirkoniumraetall zu entfernen, indem der Abschnitt, in welchem das Zirkoniummetall entfernt werden soll, mit einem Lösungsmittel in Berührung gebracht wird, beispielsweise mit einer Säure, die mit dem Metall reagiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Teilschnittansicht eines spaltbaren Brennstoff enthaltenden Brennelements nach der Erfindung.

Gemäß der Zeichnung ist das verbesserte Brennelement 10 nach der Erfindung folgendermaßen aufgebaut. Das Brennelement 10 weist einen geschlossenen, langgestreckten Verbundbehälter 12 auf, mit einer Hülle 14 aus einer Zirkoniumlegierung zum Einschließen des spaltbaren Brennstoffes 16 und zu dessen physikalischer Trennung von dem Kühlmittel (nicht dargestellt), welches das Brennelement 10 im Betrieb umgibt. Das Brennelement 10 ist rohrförmig, wie in der Zeichnung dargestellt. Der Behälter 12 hat Endstopfen, die in den Enden der rohrförmigen Hülle 14 be-

/ο?

festigt sind und den Behälter verschließen.

Spaltbarer Brennstoff 16, wie beispielsweise ein Oxid oder eine andere Uran-, Plutonium- oder Thoriumverbindung, wird üblicherweise in Form von mehreren kleinen Körpern, wie beispielsweise den dargestellten zylinderförmigen Tabletten, benutzt. Der Brennstoff 16 (oder Einheiten desselben) hat im allgemeinen dieselbe oder eine ähnliche Querschnittsform wie der Brennstoffbehälter oder die Hülle, der bzw. die typischerweise zylindrisch ist. Darüberhinaus hat der Körper der Brennstofffüllung eine etwas kleinere Querschnittsflache oder -abmessung als der innere offene Querschnitt des Verbundbrennstoff behälters 12, damit ein freier Zwischenraum 18 zwischen dem Brennstoff und dem Behälter vorhanden ist, der eine vorbestimmte, unbehinderte seitliche Wärmeausdehnung des Brennstoffes 16 gestattet. In einem typischen rohrförmigen Brennelement wird daher die darin enthaltene zylindrische Brennstoffüllung einen ausreichend kleineren Durchmesser gegenüber der Innenseite des Behälters haben, damit um die Brennstoffüllung herum ein ringförmiger Zwischenraum verbleibt.

Der Brennstoff 16, der in Tablettenform dargestellt ist, ist zu einer Säule gestapelt, die sich von der Basis oder dem unteren Ende des Verbundbehälters 12 aus so weit nach oben erstreckt, daß in dem Behälter eine vorbestimmte Menge an spaltbarem Material für die Brennstoffüllung enthalten ist, die den Innenrauin des Behälters 12 nur ■ teilweise einnimmt. Typischerweise wird in einem wassergekühlten und -moderierten Stromerzeugungsreaktor die Brennstoffüllung den Hauptteil des Volumens des Behälters oder der Länge eines rohrförmigen Brennelements einnehmen.

Der verbleibende Teil oder die verbleibende Länge des

-/rf-

Brennstoffbehälters 12, der bzw. die sich über die darin enthaltene Brennstoffüllung hinaus erstreckt, wird frei von jedwedem festen Brennstoff gehalten, um dadurch ein Sammelraumgebiet zum Ansammeln und Zurückhalten von gasförmigen Spaltungsprodukten, Wasserdampf und ähnlichen freien flüchtigen Stoffen zu schaffen. In der Praxis ist das Sammelraumgebiet im allgemeinen mit einem inerten gasförmigen Medium gefüllt, das ein gutes Wärmeübertragungsvermögen hat, wie beispielsweise Helium, damit der Bereich gefüllt und die Wirksamkeit der Wärmeübertragung verbessert wird, ohne zu der chemischen Aktivität beizutragen, Dieser kleinere Teil des Brennelements, der den Sammelraum umfaßt, macht nur einen kleinen Bruchteil desselben aus, beispielsweise etwa 200 bis 300 mm (8 - 12 inches)und vorzugsweise etwa 250 inn (10 inches) bei einem etwa 406O mm (160 inches) langen SiedewasserreaktorbrennelementCetwa 3800 nm (150 inches) Brennstoff)), und etwa 100 bis 200 nun (4-8 inches)und vorzugsweise etwa 150 mm (6 inches) bei einem Druckwasserreaktorbrennelement,

Die Säule der Brennstoffüllung innerhalb des Behälters 12 wird typischerweise in fester Lage gehalten, und zwar mittels einer Feder 20, die innerhalb des samme1raumgebiete& angeordnet ist, wie dargestellt.

Der Brennstoffbehälter 12 wird daher durch seinen Inhalt und/oder seine Funktion in zwei verschiedene Abschnitte oder Teile unterteilt, nämlich einen Brennstoffaufnahmeteil 22 und das Sammelraumgebiet 24.

Gemäß der Erfindung hat das verbesserte Brennelement 10 eine schützende Sperrschicht 26 aus im wesentlichen reinem Zirkoniummetall, das der Innenoberfläche der Behälterhülle 14 im Bereich des gesamten Brennstoffaufnahmeteils 22 durchgehend überlagert und mit dieser metallurgisch ver-

-JTI -

bunden ist. Die Zirkoniummetallsperrschicht 26 bildet somit eine Auskleidung auf der Innenoberfläche des Behälters 12 in sämtlichen Teilen desselben ungefähr an oder um den Körper des Brennstoffes 16, der darin enthalten ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das verbesserte Brennelement 10 aus einem Verbundbrennstoff behälter hergestellt, der am Anfang eine mit ihm metallurgisch verbundene Sperrschicht aus Zirkoniummetall hat, die sich im wesentlichen über dessen gesamte Innenoberfläche erstreckt. Das neue Brennelement wird deshalb durch im wesentlichen vollständiges Entfernen des Zirkoniummetalls der Sperrschicht 26 aus dem Inneren des Teils desselben gebildet, der den Sammelraumbereich bildet und sich über dem Teil erstreckt, der der Brennstoffhülle benachbart ist. Ein Honwerkzeug mit geeigneten Abmessungen und geeigneter Länge zum Beseitigen der Zirkoniummetallschicht herunter bis zu dem Innendurchmesser der sich unter ihr befindlichen Legierung und auf einer Strecke bis zu dem vorbestimmten Teil des Behälters der Brennstoffüllung wird für diese Operation bevorzugt. Es kann daher mittels einer einfachen spanabhebenden Operation erzielt werden.

Das Zirkoniummetall der Sperrschicht 26 sollte nur in dem Teil des Brennstoffbehälters beseitigt werden, der das Sammelraumgebiet 24 bilden soll, und sollte sich nicht über die ungefähre Grenze zwischen dem Sammelraumgebiet und dem Brennstoffteil des Behälters hinaus erstrecken, die sich ungefähr an der Brennstoffüllung befindet, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.

Die Grenze zwischen dem Sammelraumgebiet und dem Brennstoffteil innerhalb des Behälters befindet sich vorzugsweise ungefähr an der Stelle der Brennstoff/Sammelraum-

Grenzfläche, wenn die Brennstoffsäule als Ergebnis der Wärmeausdehnung, zu der es im Reaktorbetrieb kommt, innerhalb des Behälters in einem voll ausgedehnten Zustand ist. Die Genauigkeit der Lage der Brennstoff/Sammelraura-Grenzfläche und damit wiederum die Beseitigung der Zirkoniummetallsperrschicht ist nicht besonders kritisch, insbesondere bei Siedewasserreaktoren.

Das ist teilweise wegen der reduzierten Spaltungsaktivität und damit wiederum wegen der geringeren Wärme, die in dem oberen Teil der Brennstoffsäule und des Brennelements erzeugt wird, der Fall. Die niedrigere Spaltungsaktivität tritt in diesen oberen Gebieten auf_r weil der erzeugte Dampf das Wasser verdrängt, das als Neutronenmoderator dient, Der Wärmegradient ist daher in dem oberen Gebiet des Brennstoffteils des Brennelements nicht so groß wie in dessen unterem Gebiet,

Leerseite

Claims (14)

1. Ansprüche :

   %. Brennelement mit einem geschlossenen, langgestreckten Behälter, der eine Brennelementhülse bildet, die aus einer Zirkoniumlegierung besteht, gekennzeichnet durch eine Säule aus Kernbrennstoff (16), die eine Querschnittsabmessung hat, welche kleiner als das Innere des Behälters (12) ist, und die in dem Behälter angeordnet ist und diesen teilweise füllt, so daß ein Zwischenraum (18) zwischen der Brennstoffsäule und dem Inneren des Behälters verbleibt und ein Sammelraumgebiet (24) innerhalb des Behälters vorhanden ist, das sich über der in ihm enthaltenen Brennstoffsäule erstreckt, und durch eine schützende Sperrschicht (26) aus Zirkoniummetall, die so auf der Brennelementhülle (14) angeordnet ist, daß sie nur den Teil von deren Innenoberfläche bedeckt, welcher der darin enthaltenen Brennstoffsäule ungefähr benachbart ist.
2. 2. Brennelement mit einem geschlossenen, langgestreckten Behälter, der eine Brennelementhülse bildet, die aus

   einer Zirkoniumlegierung besteht, gekennzeichnet durch eine Säule aus Kernbrennstoff (16), die eine Querschnittsabmessung hat, welche kleiner als das Innere des Behälters (12) ist, und die in dem Behälter angeordnet ist und diesen teilweise füllt, so daß ein Zwischenraum (18) um die Brennstoffsäule zwischen dieser und dem Inneren des Behälters verbleibt und ein Sammelraumgebiet (24) innerhalb des Behälters vorhanden ist, das sich über der Brennstoffsäule erstreckt, wodurch die den Behälter teilweise füllende Brennstoffsäule einen Brennstoffabschnitt (22) in dem ihr benachbarten Teil des Behälters und ein Sammelraumgebiet (24), das sich darüber erstreckt, bildet, und durch eine schützende Sperrschicht (26) aus Zirkoniummetall, die so auf der Brennelementhülle (14) angeordnet ist, daß sie nur den Teil von deren Innenoberfläche in deren Brennstoffabschnitt (22) bedeckt, welcher der darin enthaltenen Brennstoffsäule ungefähr benachbart ist.
3. 3. Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbrennstoff (16) aus einer Uran-, einer Plutonium- oder einer Thoriumverbindung oder aus Gemischen derselben besteht.
4. 4. Brennelement mit einem geschlossenen, langgestreckten Behälter, der eine Brennelementhülse (14) bildet, die aus einer Zirkoniumlegierung besteht, gekennzeichnet durch eine Säule von Kernbrennstofftabletten, die eine Querschnittsabmessung hat, welche kleiner als das Innere des Behälters (12) ist, und die in dem Behälter angeordnet ist und diesen teilweise füllt, so daß ein ringförmiter Zwischenraum (18) um die Brennstoffsäule zwischen dieser und dem Inneren des Behälters (12) verbleibt und ein Sammelraumgebiet (24) innerhalb des Behälters vorhanden ist, das sich über der Brennstoffsäule erstreckt, wodurch

   die Brennstoffsäule, die den Behälter teilweise füllt, einen Brennstoffabschnitt (22) in dem diesem benachbarten Bereich und ein sich darüber erstreckendes Sammelraumgebiet (24) festlegt, und durch eine schützende Sperrschicht (26) in Form einer Sirkoniummetallauskleidung der Brennelementhülle (14), die den Teil von deren Innenoberfläche innerhalb des Brennstoffabschnitts (22) bedeckt, welcher der darin enthaltenen Brennstoffsäule ungefähr benachbart ist, wobei die Innenoberfläche des Teils der Brennelementhülle, der sich über der Brennstoff säule erstreckt und das Sairuvtelrauxngebiet (24) bildet, im wesentlichen frei von jedwedem Zirkoniumroetall der Sperrschicht (26) ist.
5. 5. Brennelement mit einem geschlossenen, langgestreckten, rohrförmigen Behälter, der eine 33rennelementhu3.se bildet, di© aus einer Zirkoniumlegierung besteht, gekennzeichnet durch eine Säule von zylindrischen Kernbrennstofftabletten, deren Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des rohrförmigen Behälters (12) und die in dem Behälter angeordnet sind und diesen teilweise füllen, so daß ein ringförmiger Zwischenraum (18) um die Brennstofftablettensäule zwischen dieser und dem Inneren des Behälters verbleibt und ein Sammelraumgebiet (24) innerhalb des Behälters vorhanden ist, das sieh über der Brennstofftablettensäule erstreckt, wodurch die Brennstofftablettensäule, die den Behälter teilweise füllt, einen Brennstaffabschnitt (22) in dem Teil des Behälters, der ihr benachbart ist, und das Sammelraumgebiet (24) festlegt, das sich darüber erstreckt, und durch eine schützende Sperrschicht (26) in Form einer Zirkoniummetallauskleidung, die den Teil der Innenoberfläche der Brennelementhülle (14) innerhalb des Brennstoffabschnitts bedeckt, welcher der darin enthaltenen Brennstofftablettensäule ungefähr benachbart ist, wobei die Innenoberfläche des Teils der Brennelementhülle, der sich über der Brennstofftablettensäule erstreckt und

   das Sammelraumgebiet bildet, im wesentlichen frei von jedwedem Zirkoniummetall der Sperrschicht (26) ist.
6. 6. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (26) aus im wesentlichen reinem Zirkoniummetall in Form von Zirkoniumschwamm oder "Kristallstangen"-Zirkonium besteht.
7. 7. Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Brennelements mit einem Verbundbehälter, der eine Brennelementhülle bildet, die aus einer Zirkoniumlegierung besteht, und mit einer schützenden Sperrschicht aus Zirkoniummetall, die mit der Innenoberfläche der Brennelementhülle metallurgisch verbunden ist, gekennzeichnet durch den Schritt des Entfernens des Zirkoniummetalls der Sperrschicht von der Innenoberfläche der Zirkoniumlegierungshülle innerhalb des dem Brennstoff benachbarten Teils derselben, der das Saitunelraumgebiet bildet, welches sich über der ungefähr obersten Ausdehnung des darin für den Reaktorbetrieb vorzusehenden Kernbrennstoffes erstreckt.
8. 8 . Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Brennelements mit einem Verbundbehälter, der eine Brennelementhülle bildet, die aus einer Zirkoniumlegierung besteht, und mit einer schützenden Sperrschicht aus Zirkoniummetall, die mit der Innenoberfläche der Brennelementhülle metallurgisch verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Entfernen des Zirkoniummetalls der Sperrschicht von der Innenoberfläche eines Abschnitts der Zirkoniumlegierungshülle und anschließendes Einführen von Kernbrennstoff in einen Abschnitt der Zirkoniumlegierungshülle, auf dem die schützende Sperrschicht aus Zirkoniummetall erhalten geblieben ist.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkoniurranetall der Sperrschicht auf mechanischem Wege entfernt wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkoniuiametall der Sperrschicht durch Honen entfernt wird.
11. 11. Langgestreckter Behälter für ein Brennelement, der eine Brennelementhülle bildet, die aus einer Zirkoniumlegierung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennelementhülle eine schützende Sperrschicht (26) aus Zirkoniummetall hat, die einen Hauptteil der Länge von deren Innenoberfläche bedeckt, während ein kleinerer Teil der Länge von deren Innenoberfläche im wesentlichen frei von jedwedem Zirkoniummetali ist.
12. 12. Behälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (26) im wesentlichen aus reinem Zirkoniummetall in Form von Zirkoniumschwamm oder "Kristallstangen"-Zirkonium besteht.
13. 13. Langgestreckter, rohrförmiger Behälter für ein Brennelement, der eine Brennelementhülle bildet, die aus einer Zirkoniumlegierung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennelementhülle (14) eine schützende Sperrschicht (26) aus im wesentlichen reinem Zirkoniummetall in Form von Zirkoniumschwamm oder stäbchenkristailinem Zirkonium hat, die einen Hauptteil der Länge ihrer Innenoberfläche bedeckt, welcher ungefähr den Teil (22) darin umfaßt, welcher dem Brennstoff benachbart sein wird, wenn sie mit diesem geladen ist, während ein kleinerer Teil der Länge der Innenoberfläche, welcher ungefähr den Teil darin umfaßt, der das Sammelraumgebiet (24) bilden wird, im wesentlichen frei von jedwedem Zirkoniummetall ist.
14. 14. Behälter nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (26) aus Zirkoniummetall wenigstens etwa 90% der Länge der Innenoberfläche der Brennelementhülle (14) bedeckt, während weniger als
    etwa 10% der Länge der Innenoberfläche derselben im wesentlichen frei von jedwedem Zirkoniummetall sind.