DE3308956A1 - Nuclear fuel cluster for a boiling water reactor - Google Patents

Nuclear fuel cluster for a boiling water reactor

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Abstract

A configuration for a nuclear fuel cluster (15) for a nuclear reactor, which permits the clearance for the cold shutdown state to be maintained in conjunction with minimum impairment of the operating efficiency. The nuclear fuel cluster comprises a component made from fissile material, which is distributed over a substantial axial part of the cluster, as well as a component of neutron-absorbing material having an axial distribution which is characterised by concentration in a relatively short axial zone (65) (the control zone for the cold shutdown state), which corresponds to at least one section of the axial region of the maximum reactivity in the cold shutdown state. The axial distribution of the component made from neutron-absorbing material is characterised by additional concentration in an axial zone (62) (of the hot operating control zone). The component made from neutron-absorbing material is suitably inserted into at least a few of the fuel rods (57-G1, G2, G3, G4). The concentration in the control zone for the cold shutdown state can be at least partially created by one or more fuel rods (G2, G3) which have absorbers only in the control zone for the cold shutdown state. The concentration of the neutron-absorbing material in the control zone for the cold shutdown state can be supplemented by reduced fuel enrichment in the control zone for the cold shutdown state. <IMAGE>

Description

BQschreibungBQscription

Kernbrennstoffbündel für einen Siedewasserreaktor Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kernreaktoren und mehr im besonderen für eine Brennstoffbündel-Anordnung für einen Siedewasserreaktor. Nuclear fuel bundle for a boiling water reactor The present Invention relates generally to nuclear reactors and more particularly to one Fuel bundle arrangement for a boiling water reactor.

In einem Kernbrennstoffreaktor absorbiert ein Atom eines spaltbaren Kernbrennstoffes, wie U 35 ein Neutron in seinem Kern und erleidet eine Kernspaltung, die im Durchschnitt zwei Spalt fragmente geringeren Atomgewichtes mit großer kinetischer Energie und mehrere Neutronen. ebenfalls hoher Energie erzeugt.In a nuclear fuel reactor, one atom of a fissile absorbed Nuclear fuel, such as U 35 a neutron in its core and suffers a nuclear fission, the on average two split fragments of lower atomic weight with higher kinetic Energy and several neutrons. also generates high energy.

In einem typischen Siedewasserreaktor (Englisch abgekürzt BWP')liegt der Kernbrennstoff in Form von Kernbrennstoffstäben vor, deren jeder eine Vielzahl gesinterter Pellets enthält, die in einem langgestreckten Umhüllungsrohr eingeschlossen sind. Gruppen solcher Brennstoffstäbe sind durch obere und untere Halteplatten abgestützt und bilden separat ersetzbare Kernbrennstoffbündel.In a typical boiling water reactor (English abbreviated BWP ') lies the nuclear fuel in the form of nuclear fuel rods, each of which has a multitude Contains sintered pellets enclosed in an elongated cladding tube are. Groups of such fuel rods are supported by upper and lower support plates and form separately replaceable nuclear fuel bundles.

Eine ausreichende Zahl solcher Kernbrennstoffbündel ist in einer Matrix angeordnet, die einem rechteckigen kreisförmigen Zylinder angenähert ist, um den Kern des Kernreaktors zu bilden, der zu einer selbst aufrechterhaltenen Spaltreaktion in der Lage ist.A sufficient number of such nuclear fuel bundles are in a matrix arranged, which is approximated to a rectangular circular cylinder to the Forming the core of the nuclear reactor, leading to a self-sustaining fission reaction be able to.

Die kinetische Energie der Spaltprodukte wird als Wärme in den Kernbrennstoffstäben verteilt. Weiter wird Energie durch die Neutronen, Gammastrahlen und andere Strahlung, die sich aus dem Spaltprozeß ergibt, in der Brennstoffstruktur und in dem Moderator abgelagert. Der gesamte Kern ist in ein Kühlmittel eingetaucht, das z. B. Wasser sein kann, und das die Wärme entfernt, die dann zur Leistung brauchbarer Arbeit extrahiert werden kann. Ist das Kühlmittel Wasser, dann wirkt es auch als Neutronenmoderator, der die Neutronen verlangsamt, so daß sie eine weitere Spaltungsreaktion in Gang setzen können.The kinetic energy of the fission products is used as heat in the nuclear fuel rods distributed. Further energy is generated by the neutrons, gamma rays and other radiation, resulting from the cracking process, in the fuel structure and in the moderator deposited. The entire core is immersed in a coolant containing e.g. B. water can be, and that the Removes heat, which is then more usable for performance Work can be extracted. If the coolant is water then it also acts as a Neutron moderator who slows down the neutrons so that they start another fission reaction can set in motion.

Der üblicherweise benutzte Kernbrennstoff für mit Wasser gekühlte und moderierte Kernreaktoren umfaßt Urandioxid, von dem etwa 0,7 bis etwa 5 Gew.-% spaltbares U235 ' gemischt mit brütbarem U238. Während des Reaktorbetriebes wird ein Teil des brütbaren U238 in spaltbares Pu239 und Pu241 umgewandelt. Das U238 ist auch spaltbar, jedoch nur für Neutronen hoher Energie.The most commonly used nuclear fuel for water cooled and moderated nuclear reactors comprises uranium dioxide, of which about 0.7 to about 5% by weight fissile U235 'mixed with breeding U238. During the reactor operation part of the breeding U238 converted into fissile Pu239 and Pu241. The U238 is also fissile, but only for high-energy neutrons.

Das Verhältnis an spaltbarem Material, das erzeugt wird, wie das genannte Pu239 und Pu241, zum spaltbaren Material das durch die Spaltung zerstört wird, wie U235, Pu239 und Pu241 ist als das Umwandlungsverhältnis definiert.The ratio of fissile material that is produced like the one mentioned Pu239 and Pu241, on the fissile material that is destroyed by the fission, such as U235, Pu239 and Pu241 is defined as the conversion ratio.

Soll der Reaktor auf einem stetigen Leistungsniveau betrieben werden, dann muß die Zahl der durch die Spaltung gebildeten Neutronen konstant bleiben. Das heißt, jede Spaltreaktion-muß netto ein Neutron erzeugen, das eine nachfolgende Spaltungsreaktion einleitet, so daß der Betrieb sich selbst aufrechterhält. Der Betrieb ist charakterisiert durch einen effektiven Multiplikationsfaktor keff, der für einen stetigen Betrieb eins sein muß. Es ist zu bemerken, daß der effektive Multiplikationsfaktor keff der Neutronenreproduktionsfaktor des Kernreaktors als Ganzes ist, und daß dieser zu unterscheiden ist von dem lokalen oder unendlichen Multiplikationsfaktor kino, der eine Neutronenreproduktion eines unendlich großen Systems definiert, das die gleiche Zusammensetzung und die gleichen Eigenschaften hat, wie der lokale Bereich, des in Frage stehenden Reaktorkernes.If the reactor is to be operated at a constant level of performance, then the number of neutrons formed by the fission must remain constant. That means that every fission reaction must produce a net neutron, the one that follows Initiates cleavage reaction so that the operation is self-sustaining. Of the Operation is characterized by an effective multiplication factor keff, the must be one for continuous operation. It should be noted that the effective Multiplication factor keff the neutron reproduction factor of the nuclear reactor as Whole is, and that this is to be distinguished from the local or infinite Multiplication factor cinema, which is a neutron reproduction of an infinitely large Defined system that has the same composition and the same properties has, like the local area, of the reactor core in question.

Während des Betriebes veramrt der spaltbare Brennstoff und einige der Spaltprodukte sind sogar Neutronenabsorber oder "Gifte".During operation, the fissile fuel and some of them go to waste the fission products are even neutron absorbers or "poisons".

Um dies auszugleichen, ist der Reaktor normalerweise mit einem anfänglichen Überschuß an Kernbrennstoff versehen, der zu einer anfänglichen Überschußreaktivität führt. Diese anfängliche Überschußreaktivität erfordert ein Steuersystem, um den effektiven Multiplikationsfaktor während des Reaktorbetriebes bei eins zu halten, und ihn unter eins zu vermindern, falls erforderlich ist, den Reaktor abzuschalten. Das Steuersystem nutzt üblicherweise neutronenabsorbierendes Material, das die Neutronenerzeugung durch Absorption von Neutronen steuert, die keine Spaltung zur Folge haben.To compensate for this, the reactor usually comes with an initial Excess nuclear fuel provided, leading to an initial excess reactivity leads. This initial excess reactivity requires a tax system by the effective multiplication factor during reactor operation at one hold, and decrease it below one, if necessary to shut down the reactor. The control system usually uses neutron absorbing material that does the neutron generation controlled by absorption of neutrons that do not result in fission.

Zumindest ein Teil des neutronenabsorbierenden Materials wird in eine Vielzahl selektiv betätigbarer Steuerstäbe eingeführt, die vom Boden des Kernes aus nach Bedarf axial eingeführt werden, um das Leistungsniveau und die -verteilung einzustellen, oder den Kern abzuschalten. Abbrennbare Absorber können in einige der Kernbrennstoffstäbe eingeführt werden, um die Menge an erforderlicher mechanischer Steuerung möglichst gering zu halten. Ein abbrennbarer Absorber ist ein Neutronenabsorber, der durch Neutronenabsorption in ein Material umgewandelt wird, das weniger fähig ist, Neutronen zu absorbieren. Ein bekannter abbrennbarer Absorber ist Gadolinium, üblicherweise in Form von Gadoliniumoxid. Die ungradzahligen Isotopen des Gadoliniums (cd155 und Gd157) haben sehr große Einfangquerschnitte für thermische Neutronen.At least part of the neutron absorbing material is put into a Multiple selectively actuatable control rods inserted from the bottom of the core from being introduced axially as needed to the performance level and distribution or shut down the core. Burnable absorbers can be used in some The nuclear fuel rods are introduced to the amount of mechanical required To keep control as low as possible. A burnable absorber is a neutron absorber, which is converted by neutron absorption into a material that is less capable is to absorb neutrons. A well-known burnable absorber is gadolinium, usually in the form of gadolinium oxide. The odd-numbered isotopes of gadolinium (cd155 and Gd157) have very large capture cross-sections for thermal neutrons.

Die verfügbaren abbrennbaren Absorber weisen eine unerwünschte Neutronenabsorption gegen Ende des Brennstoffzyklus auf, da sie sich in neutronenabsorbierende Isotope umwandeln, die geringe Neutronenabsorptionsquerschnitte aufweisen. So verarmt Gadolinium, wenn es als abbrennbarer Absorber benutzt wird, zwar rasch an den einen hohen Einfangquerschnitt aufweisenden Isotopen Gd155und Gd157, doch es bleibt eine Restabsorption durch die geradzahligen Gadoliniumisotope Gd154, Gd156 und Gd158.The available burnable absorbers exhibit undesirable neutron absorption towards the end of the fuel cycle as they turn into neutron absorbing isotopes convert that have small neutron absorption cross-sections. So impoverished gadolinium, if it is used as a burnable absorber, it quickly reaches the one high cross-section containing isotopes Gd155 and Gd157, but there remains a residual absorption by the even-numbered gadolinium isotopes Gd154, Gd156 and Gd158.

Wie bekannt, arbeiten abbrennbare Absorber, wie Gadolinium, in einer selbstabgeschirmten Weise, wenn sie in ausreichender Konzentration vorhanden sind. Das bedeutet, daß wenn man sie dem Neutronenfluß aussetzt, die Neutronenabsorption im wesentlichen an der äußeren Oberfläche des Absorbers stattfindet, so daß das Absorbervolumen radial mit einer Geschwindigkeit schrumpft die von der Konzentration des Absorbers abhängt. Es ist so möglich, durch eine geeignete Auswahl der Zahl der Absorber enthaltenden Bereiche und der Absorberkonzentrationen darin eine erwünschte Variation des Absorptionswertes über ein oder mehrere Betriebszyklen des Reaktors zu schaffen.As is known, burnable absorbers such as gadolinium work in one self-shielded manner if they are present in sufficient concentration. This means that when you expose it to the neutron flux, the neutron absorption essentially takes place on the outer surface of the absorber, so that the absorber volume shrinks radially at a rate that of the Concentration of the absorber depends. It is so possible through an appropriate selection the number of areas containing absorber and the absorber concentrations therein a desired variation in the absorption value over one or more operating cycles of the reactor.

Während des Reaktorbetriebes nimmt der Prozentgehalt von Dampfblasen gegen den oberen Teil des'Kernes hin zu. Dies führt zu einer verminderten Moderation in diesen oberen Bereichen des Kernes und somit zu einer Leistungsverteilung, die gegen die unteren Bereiche des Kernes hin zunimmt. Es ist bekannt, dies dadurch zu kompensieren, daß man den abbrennbaren Absorber axial inhomogen verteilt. Es wird eine Anzahl von Kernbrennstoffstäben mit abbrennbarem Absorber bereitgestellt, dessen Verteilung derart ist, daß er in Richtung auf den axialen Bereich mit dem Reaktivitätsmaximum im heißen Betriebszustand konzentriert ist. Eine typische Konfiguration hierfür ist in der US-PS 3 799 839 beschrieben.During the operation of the reactor, the percentage of vapor bubbles increases towards the upper part of the core. This leads to a reduced moderation in these upper areas of the core and thus to a power distribution that increases towards the lower areas of the core. It is known to do so to compensate for the fact that the burnable absorber is distributed axially inhomogeneously. It a number of nuclear fuel rods with a combustible absorber are provided, whose distribution is such that it is in the direction of the axial area with the Reactivity maximum is concentrated in the hot operating state. A typical configuration this is described in US Pat. No. 3,799,839.

Für den kalten abgeschalteten Zustand ist die Situation jedoch völlig anders. Im kalten Zustand ist der obere Teil eines bestrahlten Kernes eines Siedewasserreaktors reaktiver als der Bodenteil wegen der größeren Plutoniumerzeugung und der geringeren V235-Zerstörung, während des Betriebes im oberen Teil (größeres Umwandlungsverhältnis und geringerer Abbrand im oberen Teil des Kernes). Im kalten abgeschalteten Zustand sind die Dampfblasen im oberen Teil des Kernes beseitigt und machen so den oberen Teil des Kernes reaktiver als den Bodenteil.For the cold shutdown state, however, the situation is complete different. In the cold state is the upper part of an irradiated core of a boiling water reactor more reactive than the bottom part because of the greater plutonium production and the lower ones V235 destruction, during operation in the upper part (higher conversion ratio and lower burn-up in the upper part of the core). When switched off when cold the vapor bubbles in the upper part of the core are eliminated and thus make the upper part Part of the core more reactive than the bottom part.

Typische Standards erfordern einen Reaktivitäts-Abschaltspielraum von 0,38 % (keff kleiner als 0,9962), wobei irgendein Steuerstab sich außerhalb des Kernes befindet. Um einen Spielraum für Vorhersageunsicherheiten zu haben, wird üblicherweise ein vorhergesagter Abschaltspielraum von 1 % <keff weniger als 0,99), der durch die Steuerstäbe und die abbrennbaren Absorber zu liefern ist, als Grundlage für den Entwurf des Reaktorkernes benutzt.Typical standards require a reactivity shutdown margin of 0.38% (keff less than 0.9962), with any control rod outside of the core is located. In order to have a margin for forecast uncertainties usually a predicted switch-off margin of 1% <keff less than 0.99), which is to be supplied by the control rods and the burnable absorber, as Used as the basis for the design of the reactor core.

Während das axiale Leistungsprofil durch Bereitstellung größerer Mengen von abbrennbarem Absorber in den unteren Abschnitt des Reaktorkernes in gewünschter Weise eingestellt werden kann, führt die optimale Absorberverteilung für ein optimiertes axiales Leistungsprofil doch nicht zu einem angemessenen Spielraum für den kalten abgeschalteten Zustand. Um die Anforderungen für den kalten abgeschalteten Zustand zu erfüllen, ist es üblicherweise erforderlich, mit einem Überschuß an abbrennbaen Wbsorberresten zu entwerfen, der die Anforderungen an die anfängliche Anreicherung und das Uranerz erschwert und die Kosten für den Brennstoffzyklus des Reaktors erhöht.While the axial performance profile by providing larger quantities of burnable absorber in the lower section of the reactor core in the desired Way can be adjusted, the optimal absorber distribution leads to an optimized one axial performance profile yet does not leave a reasonable margin for the cold switched off state. To meet the requirements for the cold shutdown state to meet, it is usually necessary to burn with an excess of abbrennbaen Design adsorbent residues that meet the requirements for the initial enrichment and complicates the uranium ore and increases the cost of the reactor fuel cycle.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß Gadoliniumoxid die thermische Leitfähigkeit der Brennstoffstäbe vermindert und die Abgabe von Spaltgas erhöht. Die Gadoliumoxid enthaltenden Stäbe sind daher häufig die am meisten beschränkenden Stäbe in dem Kernbrennstoffbündel und müssen daher in einem Bereich des Reaktors angeordnet sein, der ein geringeres Leistungsniveau hat, was sich nachteilig auf die örtliche Leistungsverteilung auswirkt. Der Anteil der Leistungsverminderung, der erforderlich ist, hängt von der Gadpliniumoxidkonzentration ab, wird jedoch ein ernstes Problem in Brennstoffbündeln für ausgedehnten Abbrand und/oder für Zyklen hoher Energie, bei denen erhöhte Gadoliniumoxid-Konzentrationen erforderlich sind, um einen angemessenen Spielraum für den kalten abgeschalteten Zustand zu schaffen.Another problem is that gadolinium oxide is thermal The conductivity of the fuel rods is reduced and the release of fission gas is increased. The rods containing gadolia are therefore often the most restrictive Rods in the nuclear fuel bundle and therefore need to be in one area of the reactor be arranged, which has a lower level of performance, which is detrimental to affects the local distribution of power. The proportion of the reduction in performance, that is required depends on the concentration of gadplinium oxide, but will a serious problem in fuel bundles for extended burns and / or for cycling high energy levels, which require elevated gadolinium oxide concentrations, to create a reasonable margin for the cold shutdown state.

Die für den heißen Betriebs zustand und den kalten abgeschalteten Zustand erforderlichen Spielräume erfordern somit im Wettbewerb stehende Einschränkungen bei dem Entwurf des Reaktorkernes und haben daher das Erreichen einer optimalen Kernkonfiguration verhindert.The ones for the hot operating state and those that are switched off when the cold State required leeway therefore require competitive restrictions in the design of the reactor core and therefore have to achieve an optimal Core configuration prevented.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Konfiguration eines Kernbrennstoffbündels, die es gestattet, den Spielraum für den kalten abgeschalteten Zustand zu erfüllen, wobei nur minimale Nachteile für die Betriebswirksamkeit in Kauf zu nehmen sind. Die erfindungsgemäße Konfiguration minimalisiert die am Ende des Zyklus in den abbrennbaren Absorbern noch vorhandene Reaktivität, sie minimalisiert die Anforderungen an die anfängliche Anreicherung, ermöglicht den Einsatz größerer Konzentrationen abbrennbarer Absorber und nutzt diese optimal und maximalisiert die Flexibilität hinsichtlich der Verteilung des abbrennbaren Absorbers zur Steuerung des axialen Leistungsprofils.The present invention relates to a configuration of a Nuclear fuel bundle, which allowed the leeway for the cold shutdown Condition, with minimal detriment to operational effectiveness in To take purchase are. The configuration according to the invention is minimized the reactivity still present in the burnable absorbers at the end of the cycle, it minimizes the requirements for the initial enrichment, enables the use of larger concentrations of burnable absorbers and uses them optimally and maximizes flexibility with regard to the distribution of the combustible Absorbers for controlling the axial performance profile.

Allgemein werden die vorgenannten Vorteile durch Schaffung eines Kernbrennstoffbündels erreicht, das eine Komponente aus spaltbarem Material umfaßt, die über ein beträchtliches axiales Ausmaß des Kernbrennstoffbündels verteilt ist und außerdem eine Komponente aus neutronenabsorbierendem Material mit einer axialen Verteilung, die charakterisiert ist durch eine Konzentrierung in einer relativ kurzen axialen Zone, die als die "Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand" bezeichnet wird und die mindestens teilweise einem Abschnitt des axialen Bereiches entspricht, in dem die Reaktivität im kalten abgeschalteten Zustand ein Maximum erreicht, d. h. in dem der Neutronenfluß im kalten abgeschalteten Zustand einen Spitzenwert aufweist. Hierzu wird das Kernbrennstoffbündel mit einer größeren Konzentration an abbrennbarem Absorber oder einer größeren Zahl über den Querschnitt verteilter Bereiche mit abbrennbarem Absorber in dem Steuerbereich für den kalten abgeschalteten Zustand versehen. Dieser Steuerbereich für den kalten abgeschalteten Zustand gestattet die Verminderung des abbrennbaren Absorbers in anderen Bereichen im oberen und mittleren Teil des Kernes. Dies gestattet eine Verminderung des Gesamtgehaltes des Kernbrennstoffbündels an abbrennbarem Absorber und erleichtert eine optimale Verteilung des abbrennbaren Absorbers.In general, the aforementioned advantages are achieved by the creation of a nuclear fuel bundle achieved, which comprises a component of fissile material, which over a considerable axial extent of the nuclear fuel bundle is distributed and also a component made of neutron absorbing material with an axial distribution that characterizes is by concentrating in a relatively short axial zone called the "Control zone for the cold shutdown state" is designated and the minimum partially corresponds to a section of the axial region in which the reactivity reaches a maximum in the cold switched-off state, d. H. in which the neutron flux has a peak value in the cold switched-off state. For this purpose the nuclear fuel bundle with a larger concentration of burnable absorber or a larger number Over the cross section of distributed areas with a burnable absorber in the control area provided for the cold switched-off state. This control area for the cold switched off state allows the reduction of the burnable absorber in other areas in the upper and middle part of the nucleus. This allows a reduction of the total combustible absorber content of the nuclear fuel bundle and facilitated an optimal distribution of the burnable absorber.

Die axiale Verteilung der Komponente aus neutronenabsorbierendem Material schließt üblicherweise Abschnitte ein, die sich über den größten Teil oder die gesamte axiale Ausdehnung des spaltbaren Materials erstrecken, um das erwünschte axiale Leistungsprofil zu ermöglichen, wobei diese axiale Verteilung durch eine zusätzliche Konzentrierung in einer axialen Zone charakterisiert ist, die zumindest teilweise einem Abschnitt der axialen Region entspricht, indem der Kern im heißen Betriebszustand eine maximale Reaktivität erreicht. Diese letztgenannte Zone, die auch als "heiße Betriebssteuerzone" bezeichnet ist, ist üblicherweise länger als die Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand, und sie befindet sich nahe dem Boden des Kernbrennstoffbündels.The axial distribution of the component made of neutron absorbing material usually includes sections that span most or all of the axial extent of the fissile material extend to the desired axial Performance profile to enable this axial distribution by an additional concentration is characterized in an axial zone, which is at least partially a section corresponds to the axial region, in that the core has a maximum in the hot operating state Reactivity reached. This latter zone, also known as the "hot operational control zone" is usually longer than the control zone for the cold shutdown State, and it is near the bottom of the nuclear fuel bundle.

Die Komponente aus neutronenabsorbierendem Material ist geeigneterweise in mindestens einige der Kernbrennstoffstäbe eingebracht. Die Konzentrierung in der Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand kann zumindest teilweise dadurch erreicht werden, daß ein oder mehrere Brennstoffstäbeden Absorber nur in dieser Steuer zone für den kalten angeschalteten Zustand aufweisen. Wird Gadoliniumoxid als neutronenabsorbierendes Material benutzt, dann kann die Konzentration an Gadoliniumoxid in diesen Stäben höher sein als in den anderen Gadoliniumoxid enthaltenden Brennstoffstäben, da der Gesamtbeitrag dieser kurzen Segmente mit hoher Gadoliniumoxid-Konzentration zum internen Gasdruck gering ist.The component of neutron absorbing material is suitable placed in at least some of the nuclear fuel rods. The concentration in The control zone for the cold shutdown state can be at least partially thereby be achieved that one or more fuel rods absorber only in this Have control zone for the cold switched-on state. Becomes gadolinium oxide Used as a neutron absorbing material, the concentration of gadolinium oxide be higher in these rods than in the other gadolinium oxide-containing fuel rods, as the overall contribution of these short segments with high gadolinium oxide concentration to the internal gas pressure is low.

Durch Konfigurieren des Kernbrennstoffbündels mit der höchsten Konzentration und der größten Zahl von Bereichen mit abbrennbarem Absorber in der Steuer zone für den kalten abgeschalteten Zustand, wird daher der Wert an brennbarem Absorber für den kalten abgeschalteten Zustand maximiert. Gleichzeitig findet diese Absorberkonzentrierung in dem Bereich verminderter Neutronenbedeutung des Kernes im heißen Betriebszustand statt, so daß sie eine minimale Auswirkung auf die axiale Leistungsverteilung im heißen Betriebszustand hat. Außerdem wirkt sich die Restabsorption durch das Gadoliniumoxid in der kalten Reaktivitätszone minimal im heißen Betriebszustand, aber maximal im kalten abgeschalteten Zustand aus. Dadurch werden die nachteiligen Brennstoffzyklus-Auswirkungen minimalisiert.By configuring the nuclear fuel bundle with the highest concentration and the largest number of areas with a burnable absorber in the control zone for the cold switched-off state, the value of the combustible absorber is therefore maximized for the cold shutdown state. This absorber concentration takes place at the same time in the area of reduced neutron importance of the core in the hot operating state instead, so that it has a minimal effect on the axial power distribution in the has a hot operating state. In addition, the residual absorption is affected by the gadolinium oxide in the cold reactivity zone minimally in the hot operating state, but maximally in cold switched off state. This removes the adverse fuel cycle effects minimized.

Die Kernbrennstoffstäbe, die nur das kurze Gadoliniumoxid-haltige Segment in der Steuer zone für den kalten abgeschalteten Zustand aufweisen, können in Gitterposi'ciznen angeordnet werden, die normalerweise für Gadciiniumoxid verboten sind, wie diagonal benachbart den Eckstäben des Kernbrennstoffbündels, ohne daß sie eine nachteilige Auswirkung auf die Interpretation der im Kern befindlichen Instrumente haben und ohne daß sie eine Anreicherungsverminderung in diesen Brennstoffstäben erfordern, um eine Anpassung an die durch das.Gadoliniumoxid verursachte Spaltgasabgabe erreichen.The nuclear fuel rods that only contain the short gadolinium oxide Segment in the control zone for the cold shutdown state may have be arranged in grid positions normally forbidden for gadcinium oxide are how diagonally adjacent to the corner bars of the nuclear fuel bundle without they have a detrimental effect on the interpretation of the core Instruments have and without them an enrichment reduction in these fuel rods require in order to adapt to the fission gas emission caused by the gadolinium oxide reach.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Konzentrierung des neutronenabsorbierenden Materials in der Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand ergänzt werden durch eine verminderte Brennstoffanreicherung in dieser Steuerzone für den kalten angeschalteten Zustand. Die verminderte Anreicherung kann auf die Gadoliniumoxid enthaltenden Brennstoffstäbe begrenzt werden, indem man dadurch die Brennstoffherstellung vereinfacht. Die verminderte Anreicherung in der Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand macht einen wirksameren Gebrauch der-Neutronen als die Erhöhung Gadoliniumoxidgehaltes in dieser Zone. Die Anforderungen an den Bestand an spaltbarem Material zu Erzielung eines gegebenen Abbrandes werden vermindert. Die Reaktivitätsabnahme aufgrund der verminderten Anreicherung herrscht während der Aufenthaltszeit des Kernbrennstoffbündel im Reaktorkern vor, während die abbrennbaren Absorber die Reaktivität hauptsächlich während des ersten Zyklus bis zur Wiederauffüllung mit Brennstoff vermindern. Für eine festgelegte Spitzenanreicherung vermindert die geringere Anreicherung in der Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand den Abbrand und erschwert das Auftreten von Spitzen im axialen Leistungsprofil stärker als dies eine erhöhte Gadoliniumoxid-Konzentration in dieser Zone täte . Daher ist es vorteilhaft, eine Kombination aus verminderter Anreicherung und erhöhtem Gadoliniumoxidgehalt zu benutzen.According to a further aspect of the present invention, the concentration can of the neutron absorbing material in the control zone for the cold shutdown Condition supplemented by a decreased fuel enrichment in this control zone for the cold switched on state. The decreased enrichment can be due to the Gadolinia-containing fuel rods are limited by making the Fuel production simplified. The decreased enrichment in the tax zone for the cold shutdown state makes a more efficient use of the neutrons than the increase in gadolinium oxide content in this zone. The requirements for the Stocks of fissile material to achieve a given burn are reduced. The decrease in reactivity due to the decreased enrichment prevails during the residence time of the nuclear fuel bundle in the reactor core, while the burnable Absorber's reactivity mainly during the first cycle until replenishment reduce with fuel. For a specified peak enrichment, the lower accumulation in the control zone for the cold switched-off state Burn-off and makes the occurrence of peaks in the axial performance profile more difficult than would an increased concentration of gadolinia in this zone. thats why it is beneficial to have a combination of decreased accumulation and increased gadolinium oxide content to use.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines wassergekühlten und -moderierten Kernreaktors, Figur 2 eine schematische Ansicht des allgemeinen Layouts des Kernes eines Kernbrennstoffreaktors, Figur 3 eine vereinfachte teilweise weggeschnittene isometrische Ansicht einer der Brennstoffzellen im Kern, Figur 4 eine schematische Querschnittsansicht eines Kernbrennstoffbündels gemäß der vorliegenden Erfindung, Figuren 5A - H die Zusammensetzungen auf der Längsachse verschiedene Ausführungsformen der Kernbrennstoffbündel gemäß der vorliegenden Erfindung, Figuren 6A - H die Zusammensetzungen auf der Längsachse der Gadoliniumoxid enthaltenden Kernbrennstoffstäbe in den Kernbrennstoffbündeln der Figuren 5A - H, Figur 7A eine graphische Darstellung der relativen Leistung eines Reaktors im heißen Bet~ 2bszustand und Figur 7B eine graphische Darstellung der relativen Leistung eines Reaktors im kalten abgeschalteten Zustand, in dem sich ein Kontrollstab außerhalb des Reaktorkernes befindet.In the following the invention with reference to the drawing explained in more detail. In detail: FIG. 1 shows a schematic representation of a water-cooled and -moderated nuclear reactor, Figure 2 is a schematic view of the general layout of the core of a nuclear fuel reactor, Figure 3 a simplified partially cut away isometric view of one of the fuel cells in the core, FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of a nuclear fuel bundle according to FIG of the present invention, Figures 5A-H show the compositions on the longitudinal axis various embodiments of the nuclear fuel bundles according to the present invention, Figures 6A-H show the compositions on the longitudinal axis of the gadolinia containing Nuclear fuel rods in the nuclear fuel bundles of Figures 5A-H, Figure 7A one graphical representation of the relative performance of a reactor in the hot operating state and Figure 7B is a graph of the relative performance of a reactor in cold shutdown state in which there is a control rod outside the reactor core is located.

Figur 1 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Wasser-gekühlten und -moderierten Kernreaktorsystems 10 in schematischer Form von der Art des Siedewasserreaktors. Dieses System schließt einen Druckkessel 11 ein, innerhalb dessen ein Reaktorkern 12 angeordnet ist, der in einen Kühlmittel-Moderator eingetaucht ist, wie leichtes Wasser. Der Kern 12 umfaßt eine Vielzahl von Brennstoffzellen 13, die von einer ringförmigen Umhüllung 14 umgeben sind. Jede Brennstoffzelle schließt vier Brennstoffbündel 15 sowie einen Steuerstab 16 ein. Die Brennstoffzellen sind durch ein oberes Kerngitter 18 und eine untere Kernplatte 19 im Abstand voneinander gehalten und sie werden an ihren jeweiligen Bodenteilen durch geeignete Träger 20 abgestützt. Die Steuerstäbe können selektiv zwischen die Kernbrennstoffbündel einführbar sein, um die Reaktivität des Kernes zu steuern. Mit jedem Steuerstab ist ein Steuerstab-Führungsrohr 21 verbunden, das den Steuerstab führt, wenn er nach unterhalb des Kernes herausgezogen ist.Figure 1 shows a partially sectioned side view of a water-cooled and moderated nuclear reactor system 10 in schematic form of the boiling water reactor type. This system includes a pressure vessel 11 within which a reactor core 12, which is immersed in a coolant moderator, such as light Water. The core 12 comprises a plurality of fuel cells 13, which are surrounded by an annular casing 14. Every fuel cell closes four fuel bundles 15 and a control rod 16. The fuel cells are by an upper core grid 18 and a lower core plate 19 at a distance from one another and they are held on their respective base parts by suitable supports 20 supported. The control rods are selectively insertable between the nuclear fuel bundles be to control the reactivity of the core. With each control rod is a control rod guide tube 21 connected, which guides the control rod when it is pulled out from below the core is.

Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht der Art und Weise, in der die Brennstoffzellen 13 innerhalb des Kernes 12 angeordnet sind. Ein typischer Kern würde in der Größenordnung von 300 bis 900 Kernbrennstoffbündel enthalten.Figure 2 shows a schematic plan view of the manner in which the fuel cells 13 are arranged within the core 12. A typical core would contain on the order of 300 to 900 nuclear fuel bundles.

Der Teil des Druckkessels 11 unterhalb des Kernes 12 bildet eine Zuführungskammer 22 für das Kühlmittel, während der Teil des Druckkessels 11 oberhalb des Kernes eine Anordnung 25 zum Trennen und Trocknen des gebildeten Dampfes enthält.The part of the pressure vessel 11 below the core 12 forms a feed chamber 22 for the coolant, while the part of the pressure vessel 11 above the core an arrangement 25 for separating and drying the vapor formed.

Im Betrieb setzt eine Kühlmittelzirkulationspumpe 27 das Kühlmittel in der Kühlmittel-Zuführungskammer 22 unter Druck und drückt es so durch den Kern 12 nach oben. Das Kühlmittel absorbiert Wärme, die durch Spaltreaktion innerhalb des Kernes erzeugt wird, und dabei wird ein Teil des Kühlmittels in Dampf umgewandelt, der durch die Anordnung 25 zum Abtennen und Trocknen des Dampfes und zu einer Nutzungsvorrichtung, wie einer Turbine 30 geführt wird. Ein Kühler 32, der in Reihe mit der Turbine angeordnet ist, kondensiert den aus der Turbine austretenden Dampf und das Kondensat wird als Zuführwasser mittels einer Kondensatrückführungspumpe 35 der Einlaßseite der Kühlmittelzirkulationspumpe 27 zugeführt.In operation, a coolant circulation pump 27 sets the coolant in the coolant supply chamber 22 under pressure, forcing it through the core 12 up. The coolant absorbs heat generated by fission reaction within of the core is generated, and part of the coolant is converted into steam, by the arrangement 25 for separating and drying the steam and to a utilization device, how a turbine 30 is guided. A cooler 32 placed in series with the turbine is, the steam emerging from the turbine condenses and the condensate is called Feed water by means of a condensate recirculation pump 35 to the inlet side of the coolant circulation pump 27 supplied.

Figur 3 zeigt die Struktur einer der Brennstoffzellen 13.FIG. 3 shows the structure of one of the fuel cells 13.

Der Steuerstab 16 hat ein kreuzförmiges Profil, das Steuerblätter 40 aufweist, von denen jedes zwischen zwei benachbarten Kernbrennstoffbündel angeordnet ist. Jedes Kernbrennstoffbündel 15 umfaßt eine Vielzahl langer Kernbrennstoffstäbe 42, die in oberen und unteren Halteplatten 45 und 46 gehalten ist, wobei jedes Kernbrennstoffbündel 15 von einem rohrförmigen Strömungskanal 48 mit rechteckigem Querschnitt umgeben ist. Der untere Teil des Kernbrennstoffbündels ist mit einer Nase 50 versehen, die öffnungen 52 aufweist, durch die das Kühlmittel-Wasser eindringen kann, um innerhalb des Strömungskanales 48 entlang den Kernbrennstoffstäben 42 nach oben zu strömen. Die Nase 50 ist so ausgebildet, daß sie in entsprechend ausgebildete,nicht dargestellte Ausnehmungen in den Trägern 20 für die Kernbrennstoffbündel paßt.The control rod 16 has a cross-shaped profile, the control blades 40, each of which is disposed between two adjacent nuclear fuel bundles is. Every nuclear fuel bundle 15 includes a multitude of long ones Nuclear fuel rods 42 held in upper and lower support plates 45 and 46 wherein each nuclear fuel bundle 15 is supported by a tubular flow channel 48 is surrounded with a rectangular cross-section. The lower part of the nuclear fuel bundle is provided with a nose 50 which has openings 52 through which the coolant water may penetrate to within the flow channel 48 along the nuclear fuel rods 42 to flow upwards. The nose 50 is designed so that it is in accordance with formed, not shown recesses in the carriers 20 for the nuclear fuel bundle fits.

Jeder Kernbrennstoffstab weist ein zylindrisches Umhüllungsrohr auf, das eine Vielzahl gesinterter Pellets aus angereichertem Uran- und/oder Plutoniumoxid-Brennstoff enthält. Die Anreicherung variiert innerhalb eines Kernbrennstoffbündels von Stab zu Stab üblicherweise über einen Bereich von etwa 0,7 bis 5 Gew.-% spaltbarem Material, was einen Durchschnitt von etwa 1,5 bis 3,5 Gew.-E an spaltbarem Material ergibt. Natürlich vorkommendes Uran enthält 0,7 Gew.-% spaltbares Material. Die Kernbrennstoffstäbe können einen Durchmesser von etwa 1,3 cm haben, und sie sind etwa 3,60 - 4,50 m lang.Each nuclear fuel rod has a cylindrical cladding tube, that is, a variety of sintered pellets made from enriched uranium and / or plutonium oxide fuel contains. The enrichment varies within a rod nuclear fuel bundle to rod usually over a range of about 0.7 to 5 wt .-% fissile material, which gives an average of about 1.5 to 3.5 parts by weight of fissile material. Naturally occurring uranium contains 0.7% by weight of fissile material. The nuclear fuel rods can be about 1.3 cm in diameter and they are about 3.60 - 4.50 m long.

Figur 4 zeigt eine schematische Ansicht der horizontalen Verteilung der Brennstoffstäbe in einan typischen Kernbrennstoffbündel gemäß der vorliegenden Erfindung, das zum Wiederbeladen des Reaktors benutzt wird. Die Brennstoffstäbe 42 sind in einer 8 x 8 Matrix angeordnet, wobei zwei der zentralen Brennstoffstabstellen von Wasserkanälen 55 eingenommen werden, die manchmal auch als Wasserstäbe" bezeichnet werden. Zehn der Brennstoffstäbe, die mit der Bezugsziffer 57 bezeichnet sind1 enthalten einen abbrennbaren-Absorber in Form von Gadoliniumoxid und sie sind mit einem dickeren Kreis mit einer Codebezeichnung darin (G1, G2, G3 oder G4) veranschaulicht. Die übrigen-52 Brennstoffstäbe weisen kein Gadoliniumoxid auf und sie sind durch einen Kreis mit einer Zahl darin veranschaulicht, die den Gewichtsprozentgehalt an U 35 angibt, der im vorliegenden Falle im Bereich von 1,60 bis 3,95 Gew.-% liegt. Die Variation der Anreicherung horizontal übor r das Kernbrennstoffbündel 15 und die jeweiligen Stellen, an denen sich die Gadoliniumoxid enthaltenden Stäbe 57 befinden, sind durch bekannte Betrachtungen diktiert, die nicht im einzelnen diskutiert werden, da sie nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind.FIG. 4 shows a schematic view of the horizontal distribution of the fuel rods in a typical nuclear fuel bundle according to the present invention Invention used to reload the reactor. The fuel rods 42 are arranged in an 8 x 8 matrix with two of the central fuel rod locations taken up by water channels 55, sometimes referred to as "water sticks" will. Ten of the fuel rods indicated by the reference numeral 57 include 1 a burnable absorber in the form of gadolinium oxide and they are made with a thicker one Circle with a code name in it (G1, G2, G3 or G4) illustrated. the Remaining-52 fuel rods do not contain gadolinium oxide and they are through a Circle with a number in it illustrates which is the weight percentage indicates U 35, which in the present case is in the range from 1.60 to 3.95% by weight. The variation in enrichment horizontally across the nuclear fuel bundle 15 and the respective locations at which the gadolinium oxide-containing rods 57 are located, are dictated by known considerations that are not discussed in detail, as they are not part of the present invention.

Die besondere Konfiguration der G1-, G2-, G3- und G4-Stäbe bestimmt das axiale Leistungsprofil sowie die Steuereigenschaften des Kernbrennstoffbündels im kalten abgeschalteten Zustand.The special configuration of the G1, G2, G3 and G4 rods determines the axial performance profile as well as the control properties of the nuclear fuel bundle when switched off when cold.

Es werden im folgenden verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Die Figuren 5A bis G veranschaulichen die axiale Zusammensetzung von sieben Ausführungsformen von Kernbrennstoffbündeln, während die Figuren 6A - G die axiale Zusammensetzung der Gadoliniumoxid enthaltenden Brennstoffstäbe dieser sieben Ausführungsformen zeigen.Various embodiments are described below. Figures 5A to G illustrate the axial composition of seven embodiments of nuclear fuel bundles, while Figures 6A-G show the axial composition of the gadolinia containing fuel rods of these seven embodiments demonstrate.

Man sollte sich daran erinnern, daß das Kernbrennstoffbündel mit einer relativen Verstärkung des Gadoliniumoxides in einer gegebenen axialen Zone versehen werden kann, indem man die Zahl der Gadoliniumoxid enthaltenden Stäbe innerhalb dieser Zone erhöht oder indem die Konzentration des Gadoliniumoxids innerhalb einer festgelegten Anzahl von Stäben in dieser Zone erhöht. In den in der vorliegenden Erfindung benutzten Konzentrationen (2 - 5 Gew.-%) ist das gesamte Gadoliniumoxid selbst abgeschirmt.It should be remembered that the fuel bundle with a relative gain of the gadolinium oxide in a given axial zone can be made by looking at the number of gadolinia-containing rods within this zone increases or by keeping the concentration of gadolinium oxide within a specified number of bars in this zone increased. In the in the present Concentrations used in the invention (2-5% by weight) is total gadolinium oxide shielded itself.

Figur 5A gibt eine schematische Darstellung der Zusammensetzung in der Längsachse einer ersten Ausführungsform eines Kernbrennstoffbündels gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Kernbrennstoffbündel hat eine axiale Abmessung von etwa 3,75 m, und es weist je etwa 15 cm dicke Abdeckungen 59 aus natürlichem Rohr an im oberen und unteren Teil des Bündels auf sowie einen etwa 3,45 m langen angereicherten Abschnitt 60. Die Abdeckungen aus Natururan werden im folgenden nicht weiter besprochen, wohl aber der angereicherte Abschnitt 60.FIG. 5A gives a schematic representation of the composition in FIG the longitudinal axis of a first embodiment of a nuclear fuel bundle according to FIG present invention. The nuclear fuel bundle has an axial dimension of about 3.75 m, and it has about 15 cm thick covers 59 made of natural cane in the upper and lower part of the bundle as well as an enriched one about 3.45 m long Section 60. The covers from natural uranium will be in the following not discussed further, but the enriched section 60.

Das Kernbrennstoffbündel weist eine Gadoliniumoxid-Komponente auf, die durch die Gadoliniumoxid enthaltenden Stäbe geschaffen wird, wobei die Gadoli- GaAoliniumoxid-Komponente zwei Zwecke er-Bilden des füllt, nämlich das axialenLeistungsprofilsim heißen Betriebszustand und die Steuerung der Reaktivität im kalten abgeschalteten Zustand. Deshalb hat das Kernbrennstoffbündel eine Gadoliniumoxid-Verstärkung in einer beträchtlichen Zone 62, die als die "heiße Betriebssteuerzone" bezeichnet ist, sowie in einer relativ kurzen Zone 65, die als die "Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand" bezeichnet ist. Die Zone 62 befindet sich am Boden des angereicherten Abschnitts 60, während die Zone 65 nahe dem Oberteil des angereicherten Abschnittes 60 liegt. In dieser besonderen Ausführungsform haben die Zonen 62 und 65 Längen von 135 bzw. 30 cm. Die Verstärkung des Gadoliniums in der Zone 62 erfolgte durch eine erhöhte Gadoliniumoxid-Konzentration, während die Verstärkung in der Zone 65 sowohl durch eine erhöhte Gadoliniumoxid-Konzentration als auch eine größere Zahl Gadoliniumoxid enthaltender Stäbe hervorgebracht ist.The nuclear fuel bundle has a gadolinium oxide component, created by the gadolinium oxide-containing rods, the gadolinium Ga-alinium oxide component serves two purposes, namely the axial performance profile hot operating state and the control of reactivity in the cold switched off State. Therefore the nuclear fuel bundle has a gadolinium oxide reinforcement in it a substantial zone 62 referred to as the "hot operational control zone" is, as well as in a relatively short zone 65, which acts as the "control zone for the cold disabled state ". Zone 62 is located at the bottom of the enriched Section 60, while zone 65 is near the top of the enriched section 60 lies. In this particular embodiment, zones 62 and 65 are lengths of 135 or 30 cm. The reinforcement of the gadolinium in zone 62 was carried out by an increased concentration of gadolinium oxide, while the amplification in zone 65 both by an increased concentration of gadolinium oxide and by a larger number Gadolinia containing rods is produced.

Die Figur 6A veranschaulicht die Zusammensetzung der Gadoliniumoxid enthaltenden Brennstofft:ba In der Langsachse.Figure 6A illustrates the composition of the gadolinium oxide Containing fuel: ba In the longitudinal axis.

Die G1-und G4-Stäbe schließen eine Komponente aus Gadoliniumoxid ein, die über die Gesamtheit des angereicherten Abschnittes 60 verteilt ist, wobei die G4-Stäbe eine erhöhte Gadoliniumoxid-Konzentration in der heißen Betriebssteuerzone 62 aufweisen (4 Gew.-% gegenüber 2 Gew.-%). Die G4-Stäbe haben auch eine verstärkte Gadoliniumoxid-Konzentration (4 Gew.-%) in der Steuerzone 65 für den kalten abgeschalteten Zustand, wobei eine zusätzliche Gadoliniumoxid-Verstärkung in der Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand durch die G2- und G3-Brennstoffstäbe geliefert wird, die eine relative hohe Konzentration Gadoliniumoxid (5 Gew.-8) nur in der Zone 65 enthalten.The G1 and G4 rods include a component of gadolinium oxide, which is distributed over the entirety of the enriched portion 60, the G4 rods have an increased concentration of gadolinium oxide in the hot operating control zone 62 (4% by weight versus 2% by weight). The G4 rods also have a reinforced one Gadolinia concentration (4 wt%) in control zone 65 for the cold shutdown Condition with an additional gadolinia reinforcement in the control zone for the cold shutdown state is provided by the G2 and G3 fuel rods which is a relatively high concentration of gadolinium oxide (5 wt. 8) only in the Zone 65 included.

Es sei erwähnt, daß die G2- und G3-Brennstoffstäbe durch eine etwas verminderte Urananreicherung in der Steuer zone 65 für den kalten abgeschalteten Zustand charakterisiert ind. Obwohl eine merklich reduzierte Anreicherung in dieser Zone ein Charakteristikum einiger der weiter unten zu beschreibenden Ausführungsformen ist, führt die verminderte Anreicherung in den G2- und G3-Brennstoffstäben allein nur zu einer geringen durchschnittlichen Verminderung über das Kernbrennstoffbündel. Die einzige Bedeutung für dieseAusführungsform ist die, daß es vorteilhaft ist, Brennstoffpellets mit vorbestimmten Gadoliniumoxid- und U235-Konzentrationen herzustellen.It should be noted that the G2 and G3 fuel rods are supported by a somewhat decreased uranium enrichment in the control zone 65 for the cold shutdown Condition characterized ind. Although a noticeably reduced accumulation in this one Zone is a characteristic of some of the embodiments to be described below is, the decreased enrichment results in the G2 and G3 fuel rods alone only to a small average reduction over the nuclear fuel bundle. The only meaning to this embodiment is that it is advantageous Manufacture fuel pellets with predetermined gadolinia and U235 concentrations.

Der größere Gadoliniumoxid-Gehalt in der Steuer zone 65 für den kalten abgeschalteten Zustand gestattet eine Verminderung des Gadoliniumoxid-Gehaltes in den Zonen außerhalb der Zonen 65 und 62, um das erwünschte axiale Leistungsprofil zu erhalten.The greater gadolinium oxide content in the tax zone 65 for the cold switched off state allows a reduction of the gadolinium oxide content in the zones outside of zones 65 and 62 to achieve the desired axial performance profile to obtain.

Der Stand der Technik ohne die Zone 65 hätte erfordert, den Gadoliniumoxidgehalt in der Zone 62 zu erhöhen, um das erwünschte axiale Leistungsprofil zu erhalten. Außerdem wäre nach dem Stand der Technik eine erhöhte Gadoliniumoxid-Konzentration in allen axialen Zonen zum Aufrechterhalten des erwünschten axialen Leistungsprofiles erforderlich gewesen, wenn man eine erweiterte Spanne für den kalten abgeschalteten Zustand benötigt hätte.The prior art without zone 65 would have required the gadolinia content in zone 62 to obtain the desired axial performance profile. In addition, there would be an increased concentration of gadolinium oxide according to the prior art in all axial zones to maintain the desired axial performance profile been required when you turned off an extended span for the cold Condition.

Die Figur 5B veranschaulicht schematisch die Zusammensetzung einer zweiten Ausführungsform eines Kernbrennstoffbündels gemäß der vorliegenden Erfindung in der Längsachse. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform der Figur 5A dadurch, daß die heiße Betriebssteuerzone mit etwa 120 cm etwas kürzer und die Steuerzone 65 für den kalten abgeschalteten Zustand mit 75 cm deutlich länger ist. Auch ist die Konzentration des Gadoliniumoxids in der Steuerzone 65 für den kalten abgeschalteten Zustand nicht gleichmäßig, sondern abgestuft, wobei ein zentraler Abschnitt 67 die maximale Gadoliumoxid-Konzentration aufweist.FIG. 5B schematically illustrates the composition of a second embodiment of a nuclear fuel bundle according to the present invention in the longitudinal axis. This embodiment is different from the embodiment of FIG. 5A in that the hot operating control zone is somewhat shorter at approximately 120 cm and the control zone 65 for the cold switched-off state is significantly longer at 75 cm is. Also, the concentration of gadolinium oxide in control zone 65 is for the cold shutdown state not evenly, but graduated, with a central Section 67 has the maximum gadolium oxide concentration.

Die Figur 6B veranschaulicht die Zusammensetzung der dazugehörigen Gadoliniumoxid enthaltenden Stäbe auf der Längsachse.Figure 6B illustrates the composition of the associated Gadolinia-containing rods on the longitudinal axis.

Es ist ersichtlich, daß die Form der Gadoliniumoxid-Verteilung in der Steuerzone 65 für den kalten abgeschalteten Zustand durch die G2- und G3-Stäbe geliefert wird, die einen relativ kürzeren Abschnitt mit verstärkter Gadoliniumoxid-Konzentration aufweisen als die G4-Stäbe.It can be seen that the shape of the gadolinia distribution in of the cold shutdown control zone 65 by the G2 and G3 bars which is a relatively shorter section with increased gadolinium oxide concentration than the G4 bars.

Die Figur 5C zeigt schematisch die longitudinale Zusammensetzung einer dritten Ausführungsform eines Kernbrennstoffbündels gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der der Figur 5B dadurch, daß die Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand, obwohl sie hinsichtlich der Gadoliniumoxid-Konzentration auch abgestuft ist, einen größeren Abschnitt 68 mit der maximalen Gadoliniumoxid-Konzentration aufweist.Figure 5C shows schematically the longitudinal composition of a third embodiment of a nuclear fuel bundle according to the present invention. This embodiment differs from that of Figure 5B in that the control zone for the cold shutdown state, although they are in terms of gadolinium oxide concentration also graded, a larger section 68 with the maximum gadolinia concentration having.

Der Figur 6C, die die longitudinalen Zusammensetzungen der Gadoliniumoxid enthaltenden Brennstoffstäbe veranschaulicht, kann entnommen werden, daß das Segment verstärkten Gadoliniumoxids/G2- und G3-Brennstoffstäbe länger ist als das der Ausführungsform der Figuren 5B und 6B, so daß von daher der Unterschied der Länge des Abschnittes 68 kommt.Figure 6C showing the longitudinal compositions of gadolinium oxide containing fuel rods, it can be seen that the segment reinforced gadolinia / G2 and G3 fuel rods is longer than that of the embodiment of Figures 5B and 6B, so that hence the difference in length of the section 68 is coming.

Die Figur 5D veranschaulicht schematisch die longitudinale Zusammensetzung einer vierten Ausführungsform eines Kernbrennstoffbündels gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ähnelt am stärksten der Ausführungsform nach Figur 5B, doch ist sie durch einen etwas kürzeren zentralen Abschnitt der Steuer zone 65 für den kalten abgeschalteten Zustand charakterisiert.FIG. 5D schematically illustrates the longitudinal composition a fourth embodiment of a nuclear fuel bundle according to the present invention Invention. This embodiment is most similar to the embodiment according to FIG 5B, but it is through a slightly shorter central section of the control zone 65 characterized for the cold switched-off state.

Figur 6D gibt wieder eine schematische Darstellung der longitudinalen Zusammensetzung der dazugehörigen Gadoliniumoxid enthaltenden Brennstoffstäbe.FIG. 6D again gives a schematic representation of the longitudinal Composition of the associated gadolinium oxide containing fuel rods.

Figur 5E ist eine schematische Veranschaulichung der longitudinalen Zusammensetzung einer fünften Ausführungsform eines Kernbrennstoffbündels gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ähnelt am meisten der Ausführungsform nach Figur 5D, doch ist sie durch eine etwas andere Gadoliniumoxid-Verteilung außerhalb der Steuerzonen 62 und 65 charakterisiert.Figure 5E is a schematic illustration of the longitudinal composition a fifth embodiment of a nuclear fuel bundle according to the present invention Invention. This embodiment is most similar to the embodiment according to FIG 5D, but it is due to a slightly different gadolinium oxide distribution outside of the Characterized control zones 62 and 65.

Während die Ausführungsformen nach den Figuren 5A - D durch acht Gadoliniumoxid enthaltende Stäbe außerhalb der Kontrollzone gekennzeichnet sind, von denen vier eine Gadoliniumoxid-Konzentration von 4 Gew.-% und vier eine solche von 2 Gew.-% haben, umfaßt die vorliegend besprochene fünfte Ausführungsform acht identische Stäbe mit einer Gadoliniumoxid-Konzentration von jeweils 3 Gew.-%. Während daher der absolute Gadoliniumoxid-Gehalt der gleiche ist, sind die Abbrenn- und Herstellungs-Eigenschaften verschieden.While the embodiments according to Figures 5A-D by eight gadolinium oxide containing bars are marked outside the control zone, four of which a gadolinium oxide concentration of 4 wt .-% and four such of 2 wt .-% the fifth embodiment discussed here comprises eight identical ones Rods with a gadolinium oxide concentration of 3% by weight each. While therefore the absolute gadolinia content is the same, the burning and manufacturing properties are different.

Figur 6E ist eine schematische Darstellung der longitudinalen Zusammensetzung der dazugehörigen Gadoliniumoxid enthaltenden Brennstoffstäbe. Figur 5F zeigt eine schematische Darstellung der Zusammensetzung einer sechsten Ausführungsform eines Kernbrennstoffbündels gemäß der vorliegenden Erfindung in der Längsachse. Diese Ausführungsform hat die gleichen Zonengrößen und die gleiche Gadoliniumoxid-Verteilung wie die Ausführungsform nach Figur 5B. Diese Ausführungsform unterscheidet sich jedoch dadurch, daß die Anreicherung in der Steuerzone 65 für den kalten abgeschalteten Zustand relativ zur Anreicherung außerhalb dieser Steuerzone beträchtlich vermindert ist.Figure 6E is a schematic representation of the longitudinal composition the associated gadolinia-containing fuel rods. Figure 5F shows one schematic representation of the composition of a sixth embodiment of a Nuclear fuel bundle according to the present invention in the longitudinal axis. These Embodiment has the same zone sizes and the same gadolinium oxide distribution like the embodiment according to FIG. 5B. This embodiment is different however, in that the enrichment in the control zone 65 is switched off for the cold Condition significantly reduced relative to enrichment outside this control zone is.

Die Figur 6, die die Längszusammensetzung der Gadoliniumoxid enthaltenden Brennstoffstäbe zeigt, läßt erkennen, daß diese Anreicherungsverminderung durch Anordnung von natürlichem Uran in den an Gadoliniumoxid angereicherten Abschnitten der G1-, G2-, G3- und G4-Brennstoffstäbe geschaffen werden kann. Die Verminderung der Anreicherung ist nicht gleichmäßig/sondern in einer Weise abgestuft, in der die Gadoliniumoxid-Konzentration abgestuft ist.Figure 6 showing the longitudinal composition of the gadolinium oxide containing Fuel rods shows that this enrichment reduction by Placement of natural uranium in the gadolinium oxide enriched sections the G1, G2, G3 and G4 fuel rods can be created. The diminution the enrichment is not even / but graduated in a way in which the gadolinium oxide concentration is graduated.

Die Figur 5G gibt eine schematische Darstellung der Longitudinalzusammensetzung einer siebten Ausführungsform eines Kernbrennstoffbündels gemäß der vorliegenden Erfindung wieder. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach der Figur 5F nur darin, daß die Länge der heißen Betriebssteuerzone 62 etwa größer ist. Dieser Unterschied wird durch entsprechende Rekonfiguration der G-4 Stäbe erreicht, wie in der Figur 6G ersichtlich ist.FIG. 5G gives a schematic representation of the longitudinal composition a seventh embodiment of a nuclear fuel bundle according to of the present invention. This embodiment differs from of the embodiment according to FIG. 5F only in that the length of the hot operating control zone 62 is roughly larger. This difference is made through appropriate reconfiguration of the G-4 bars as seen in Figure 6G.

Während die oben beschriebenen Ausführungsformen charakterisiert sind durch eine Gadoliniumoxid-Verteilung mit einer erhöhten Konzentration in der heißen Betriebssteuerzone 62, um ein erwünschtes axiales Leistungsprofil zu erhalten, ist es doch nicht notwendig, daß die durch die vorliegende Erfindung geschaffene Steuerung im kalten abgeschalteten Zustand mit dem Bilden des axialen Leistungsprofils gekoppelt ist.While the embodiments described above are characterized by a gadolinium oxide distribution with an increased concentration in the hot Operational control zone 62 to obtain a desired axial performance profile is it is not necessary that the control provided by the present invention coupled with the formation of the axial power profile in the cold, switched-off state is.

Die Figur 5H zeigt eine schematische Darstellung der longitudinalen Zusammensetzung einer achten Ausführungsform eines Kernbrennstoffbündels gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorbeschriebenen sieben Ausführungsformen dadurch, daß die Gadoliniumoxid-Verteilung mit Ausnahme einer erhöhten Konzentration in der Steuerzone 65 für den kalten abgeschalteten Zustand gleichmäßig ist.Figure 5H shows a schematic representation of the longitudinal Composition of an eighth embodiment of a nuclear fuel bundle according to FIG present invention. This embodiment differs from those described above seven embodiments in that the gadolinium oxide distribution except an increased concentration in the control zone 65 for the cold shutdown Condition is uniform.

Der Figur 6H, die die longitudinale Zusammensetzung der Gadoliniumoxid enthaltenden Kernbrennstoiftäbe zeigt, kann entnommen werden, daß die Gl- und G4-Brennstoffstäbe eine gleichmäßige Gadoliniumoxid-Verteilung aufweisen, während die verstärkte Gadoliniumoxid-Konzentration in der Zone 65 durch die G2- und G3-Brennstoffstäbe geliefert wird.Figure 6H showing the longitudinal composition of gadolinium oxide showing nuclear fuel rods, it can be seen that the Gl and G4 fuel rods have a uniform gadolinium oxide distribution, while the increased gadolinium oxide concentration in zone 65 is supplied by the G2 and G3 fuel rods.

Diese achte Ausführungsform unterscheidet sich von den Ausführungsformen der Figuren 5C und 6C nur in der Weise, in der die G4-Brennstoffstäbe konfiguriert sind.This eighth embodiment is different from the embodiments of Figures 5C and 6C only in the manner in which the G4 fuel rods are configured are.

Es ist ersichtlich, daß die Auswirkung der verstärkten Gadoliniumoxid-Konzentration in der Zone 65 sich für die verschiedenen Ausführungsformen unterscheidet und daß sich diese Auswirkung auch in Abhängigkeit von der Betriebsgeschichte des Reaktors unterscheidet.It can be seen that the effect of the increased concentration of gadolinia in the zone 65 differs for the various embodiments and that This effect also depends on the operating history of the Reactor differs.

Figur 7A zeigt im Rahmen einer graphischen Darstellung eine Kurve 85 der relativen Leistung als Funktion der axialen Position für einen Reaktor mit einem Kern, der Kernbrennstoffbündel der in den Figuren 5A und 6A gezeigten Art aufweist und der zu Beginn des Zyklus (im Englischen abgekürzt "BOC") mit allen Steuerstäben außerhalb des Kernes betrieben wird. Die Kurve ist auf die durchschnittliche Einheitsleistung normalisiert.FIG. 7A shows a curve in the context of a graphic representation 85 of the relative power as a function of the axial position for a reactor with a core, the nuclear fuel bundle of the type shown in Figures 5A and 6A and the one at the beginning of the cycle (abbreviated "BOC") with all Control rods operated outside the core. The curve is on the average Unit output normalized.

Zu Vergleichszwecken enthält die Figur 7A auch eine entsprechende Kurve 86, die gestrichelt gezeigt ist und die die axiale Leistungsverteilung für einen Kern wiedergibt, der durch eine gleichförmige Gadoliniumoxid-Verteilung gekennzeichnet ist.For comparison purposes, FIG. 7A also contains a corresponding one Curve 86, shown in phantom, showing the axial power distribution for represents a core characterized by a uniform distribution of gadolinium oxide is.

Es ist ersichtlich, daß die Konzentrierung des Gadoliniumoxids in der heißen Betriebssteuerzone die Wirkung hat, die axiale Leistungsverteilung etwas gleichmäßiger zu machen, während die Konzentrierung des Gadoliniumoxids in der Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand zu einer geringen Verminderung der axialen Leistung in dieser Zone führt.It can be seen that the concentration of gadolinium oxide in the hot operating control zone has the effect, the axial power distribution somewhat to make it more uniform while concentrating the gadolinium oxide in the control zone for the cold switched-off state to a slight reduction in the axial Performance in this zone leads.

Die Figur 7B zeigt im Rahmen einer graphischen Darstellung eine Kurve 88 der relativen Leistung als Funktion der axialen Position für einen Reaktorkern im kalten abgeschalteten Zustand beim Beginn des Zyklus des Kernes, wobei alle Steuerstäbe bis auf einen sich im Kern befinden. Auch diese Kurve 88 ist für eine mittlere Einheitsleistung normalisiert. Die Figur 7B zeigt außerdem eine entsprechende Kurve 89, die gestrichelt gezeichnet ist und die die Leistungsverteilung für einen Kern mit einem axial gleichmäßig verteilten Gadoliniumoxid wiedergibt.FIG. 7B shows a curve in the context of a graphic representation 88 the relative power as a function of axial position for a reactor core in the cold off state at the start of the cycle of the core, with all control rods except for one are in the core. This curve 88 is also for an average unit power normalized. FIG. 7B also shows a corresponding curve 89, which is shown in dashed lines is drawn and which is the power distribution for a core with an axially uniform reproduces distributed gadolinium oxide.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der absolute Neutronenfluß für die Figur 7B allgemein sieben Größenordnungen geringer ist als für die Figur 7A (und zwar im kalten abgeschalteten Zustand 106 Neutronen/cm2 sec. gegenüber 1013 Neutronen/cm2.sec. im Neutronen/cm2 sec. im heißen Betriebszustand).It should be noted that the absolute neutron flux for the Figure 7B is generally seven orders of magnitude smaller than for Figure 7A (and in the cold, switched-off state, 106 neutrons / cm2 sec. compared to 1013 neutrons / cm2 sec. in neutrons / cm2 sec. in hot operating state).

Die Wirkung der Gadoliniumoxid-Konzentrierung in der Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand manifestiert sich selbst als dramatische Abnahme des Neutronenflusses und der Leistung in der Zone 65.The effect of gadolinium oxide concentration in the control zone for the cold shutdown state manifests itself as a dramatic decrease the neutron flux and the power in zone 65.

Die Auswahl der jeweiligen Ausführungsform des Kernbrennstoffbündels hängt von den jeweiligen Erfordernissen ab, die den Betrieb der Kernreaktoranlage bestimmen, da die Betriebsarten die Anforderungen für den kalten abgeschalteten Zustand stark beeinflussen. Einige Betriebszustände von Kernreaktoren benötigen einen hohen Kapazitätsfaktor und müssen gleichzeitig eine starre Zeittafel einhalten, die ein frühes Abschalten mit Überschußreaktivität erfordern. Solche Zeitbeschränkungen können z. B. durch Vorschriften erzwungen sein, die bestimmte Inspektionsintervalle vorschreiben oder durch saisonmäßige Verfügbarkeit anderer Leistungsquellen, wie hydroelektrischer Quellen. In einem solchen Falle, in dem die am meisten begrenzende Situation die gegen Beginn des Zyklus ist, wird eine ausreichende Steuerung zum Erreichen des kalten abgeschalteten Zustandes dadurch bereitgestellt, daß man eine längere Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand schafft oder indem man eine größere Zahl Gadoliniumoxid enthaltender Brennstoffstäbe bereitstellt. Eine Verminderung der Urananreicherung in der Steuer zone für den kalten abgeschalteten Zustand ist unter diesen Umständen eine angemessene Technik. Es ist zu bemerken, daß eine Verminderung der Anreicherung eine allgemein gleichmäßige Wirkung während des ganzen Zyklus hat, während der Gadoliniumoxid-Wert während des Zyklus variiert. Andererseits wirken sich manche Einsatzzwecke über einen langen Zyklus hinweg aus. Diese Betriebsweise kann in einer Situation diktiert sein, bei der die Kosten einer alternativen Leistung immer hoch sind, so daß die Ersatzleistungskosten die Brennstoffzykluskosten dominieren. In einem solchen Fall ist es geeignet, die Konzentration des Gadoliniumoxids in der Steuer zone für den kalten abgeschalteten Zustand zu erhöhen, um einen ausreichenden Gadoliniumoxid-Wert im mittleren Teil und gegen Ende des Zyklus aufrechtzuerhalten.The selection of the particular embodiment of the nuclear fuel bundle depends on the respective requirements that the operation of the nuclear reactor plant Determine as the modes of operation meet the requirements for the cold shutdown Strongly affect condition. Need some operating conditions of nuclear reactors a high capacity factor and at the same time have to adhere to a rigid timetable, which require an early shutdown with excess reactivity. Such time restrictions can e.g. B. enforced by regulations, the certain inspection intervals prescribe or through seasonal availability of other power sources, such as hydroelectric sources. In such a case where the most limiting Situation which is towards the beginning of the cycle, sufficient control is given to the Achieving the cold shutdown state provided by having a creates longer control zone for the cold shutdown state or by provides a greater number of gadolinia-containing fuel rods. One Reduction of uranium enrichment in the control zone for the cold shutdown State is an appropriate technique in these circumstances. It is to be noted that a decrease in accumulation has a generally even effect throughout throughout the cycle, while the gadolinium oxide level varies during the cycle. On the other hand, some uses have an impact over a long cycle. This mode of operation may be dictated in a situation where the cost of a alternative performance are always high, so the replacement performance cost is the fuel cycle cost dominate. In such a case, it is appropriate to adjust the concentration of the gadolinium oxide in the control zone for the cold shutdown to increase to a sufficient level Maintain gadolinium oxide levels in the middle part and towards the end of the cycle.

Zusammenfassend ist auszuführen, daß die vorliegende Erfindung eine Konfiguration eines Kernbrennstoffbündels schafft, die durch einen erweiterten Spielraum für den kalten abgeschalteten Zustand und die Fähigkeit charakterisiert ist, den Spielraum für den kalten abgeschalteten Zustand einzustellen, während sie nur eine geringe Wirkung auf die durch den abbrennbaren Absorber verursachte Beeinträchtigung der Restreaktivität und auf das axiale Leistungsprofil hat. Die Anforderungen an den kalten abgeschalteten Zustand und das axiale Leistungsprofil werden beide in einer gekoppelten optimalen Weise erfüllt durch die durch die vorliegende Erfindung ermöglichten Ausführungsformen.In summary, it should be stated that the present invention is a Configuration of a nuclear fuel bundle creates, through an expanded margin for the cold shutdown state and the ability to characterize the Wiggle room to adjust for the cold shutdown state while only having one little effect on the impairment caused by the burnable absorber the residual reactivity and on the axial performance profile. The requirements for the cold shutdown state and the axial power profile are both included in a coupled optimal manner met by the present invention enabled embodiments.

Eine Betrachtung der oben beschriebenen Ausführungsformen zeigt rasch die Flexibilität der vorliegenden Erfindung, derzufolge Kernbrennstoffbündel, die für eine weite Vielfalt von Betriebszuständen geeignet sind, erhalten werden können, indem man nur die Gadolinium enthaltenden Brennstoffstäbe rekonfiguriert, wobei nicht mal alle diese Brennstoffstäbe rekonfiguriert werden müssen.A consideration of the above-described embodiments quickly reveals the flexibility of the present invention, hence nuclear fuel bundles that are suitable for a wide variety of operating conditions can be obtained, by reconfiguring only the gadolinium-containing fuel rods, where not even all of these fuel rods need to be reconfigured.

Im Rahmen der oben beschriebenen Ausführungsformen können änderungen vorgenommen werden, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird. So zeigen die Ausführungsformen mit erhöhter Gadoliniumoxid-Konzentration und verminderter Urananreicherung in der Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand die erhöhte Konzentration und die Anreicherungsverminderung als koextensiv, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist. So könnte sich die Gadoliniumoxid-Anreicherung über einen ersten Teil der Zone erstrecken und die verminderte Urananreicherung über einen zweiten Teil, der den ersten Teil möglicherweise überlappen könnte. Außerdem ist die gezeigte Querverteilung der Gadoliniumoxid enthaltenden Brennstoffstäbe für ein Kernbrennstoffbündel geeignet, das zum Nachladen vorgesehen ist. Für anfänglich in den Kern eingebrachte ernbrennstoffbündel wäre diese Verteilung eine andere.Changes can be made within the scope of the embodiments described above can be made without departing from the scope of the present invention. Thus show the embodiments with increased gadolinium oxide concentration and decreased The increased uranium enrichment in the control zone for the cold shutdown state Concentration and the enrichment reduction as co-extensive, although this is not is absolutely necessary. So the gadolinium oxide fortification could get over extend a first portion of the zone and cover the depleted uranium enrichment a second part that could possibly overlap the first part. aside from that is the shown transverse distribution of the gadolinia containing fuel rods suitable for a nuclear fuel bundle intended for reloading. For the beginning If fuel bundles were placed in the core, this distribution would be different.

Während es zweckmäßig ist, die Zahl der speziellen Stäbe, die durch einen bestimmten Gadoliniumoxid-Gehalt und eine reduzierte Urananreicherung charakterisiert sindRmöglichst gering zu halten, indem man diese Eigenschaften auf eine geringe Untergruppe von Stäben beschränkt, gibt es auch hierfür keine absolute Notwendigkeit. Es ist daher möglich, eine erste Untergruppe von Stäben zu haben, deren Gadoliniumoxid-Anreicherung in der Steuerzone für den kalten abgeschalteten Zustand liegt, sowie eine zweite Untergruppe von Stäben, bei der die verminderte Urananreicherung in der Steuerzone für den kalten angeschalteten Zustand liegt.While it is convenient, the number of special rods that run through characterizes a certain gadolinium oxide content and a reduced uranium enrichment are to be kept as low as possible by keeping these properties low Limited to a subset of bars, there is no absolute necessity for this either. It is therefore possible to have a first subset of rods, their gadolinia enrichment is in the control zone for the cold shutdown state, as well as a second Subset of rods showing the decreased uranium enrichment in the control zone for the cold switched-on state.

Claims (14)

Kernbrennstoffbündel für einen Siedewasserreaktor Ansprüche 1. Nuclear fuel bundle for a boiling water reactor claims 1. ti Kernbrennstoffbündel für den Kern eines Siedewasserreaktors, dessen Betrieb charakterisiert ist durch einen beträchtlichen Anteil von Dampfblasen mit gleichzeitig verminderter Moderation im oberen TCil des Kernes, wobei diese verminderte Moderation zu einem langsameren Abbrennen und einem größeren Umwandlungsverhältnis in dem oberen Kernbereich führt, so daß der kalte abgeschaltete Zustand mit einer relativ erhöhten Moderation in diesem oberen Kernbereich von einem Reaktivitätsprofil begleitet ist, das in dem genannten oberen Kernbereich eine Spitze aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Kernbrennstoffbündel, eine Komponente aus spaltbarem Material, die über ein beträchtliches axiales Ausmaß des Bündels verteilt ist und eine Komponente aus Neutronen-absorbierenden Material umfaßt, dessen axiale Verteilung durch eine Konzentrierung in einer axialen Zone charakterisiert ist, die als Steuerzone (65) für den kalten abgeschalteten Zustand bezeichnet ist, und die zumindest einem Abschnitt des axialen Bereiches entspricht, in dem das Reaktivitätsprofil im kalten abgeschalteten Zustand eine Spitze aufweist.ti nuclear fuel bundle for the core of a boiling water reactor whose Operation is characterized by having a considerable proportion of vapor bubbles at the same time reduced moderation in the upper TCil of the core, which decreased Moderation to a slower burn-off and a larger conversion ratio leads in the upper core area, so that the cold shutdown state with a relatively increased moderation in this upper core area of a reactivity profile is accompanied, which has a tip in said upper core region, d a it is noted that the nuclear fuel bundle is a component of fissile material covering a considerable axial extent of the bundle is distributed and a component made of neutron absorbing material comprises, the axial distribution of which by concentration in an axial zone is characterized as the control zone (65) for the cold switched-off state and which corresponds to at least a portion of the axial area, in which the reactivity profile has a peak in the cold switched-off state. 2. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß daß neutronenabsorbierende Material ein abbrennbarer Absorber ist.2. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n I would like to point out that the neutron absorbing material is a burnable absorber is. 3. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der abbrennbare Absorber Gadolinium umfaßt.3. Nuclear fuel bundle according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n notices that the burnable absorber comprises gadolinium. 4. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Konzentrierung des neutronenabsorbierenden Materials in der Steuerzone t65) für den kalten abgeschalteten Zustand zumindest teilweise dadurch geschaffen wird, das eine relativ erhöhte Zahl von Absorberstellen bereitgestellt wird.4. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n indicates that the concentration of the neutron absorbing material in of the control zone t65) for the cold switched-off state at least partially thereby is created that provides a relatively increased number of absorber sites will. 5. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Konzentrierung des neutronenabsorbierenden Materials in der Steuerzone (65) für den kalten abgeschalteten Zustand zumindest teilweise durch eine relativ erhöhte Absorberkonzentration in einer festgelegten Zahl von Absorberstellen geschaffen wird.5. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n indicates that the concentration of the neutron absorbing material in the control zone (65) for the cold switched-off state at least partially through a relatively increased absorber concentration in a specified number of absorber locations is created. 6. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Komponente aus spaltbarem Material axial in einer allgemein homogenen Weise verteilt ist.6. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n indicates that the component of fissile material is axially in a general manner distributed homogeneously. 7. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Komponente aus spaltbarem Material eine axiale Verteilung aufweist, die charakterisiert ist durch eine relativ verminderte Anreicherung index Steuerzone (65) für den kalten abgeschalteten Zustand.7. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n note that the fissile material component has an axial distribution which is characterized by a relatively reduced enrichment index Control zone (65) for the cold switched-off state. 8. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die axiale Verteilung der Komponente aus neutronenabsorbierenden Material Abschnitte über im wesentlichen die gesamte axiale Ausdehnung des spaltbaren Materials einschließt.8. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the axial distribution of the component of neutron absorbing Material sections over substantially the entire axial extent of the fissile Materials. 9. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die axiale Verteilung der Komponente aus neutronenabsorbierendem Material charakterisiert ist durch eine zusätzliche Konzentrierung in einer axialen Zone (62), die zumindest teilweise einem Abschnitt des axialen Bereiches entspricht, in dem die Reaktivität im heißen Betriebs zustand ihr Maximum hat.9. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the axial distribution of the component of neutron absorbing Material is characterized by an additional concentration in an axial Zone (62) which at least partially corresponds to a section of the axial area, in which the reactivity in the hot operating state has its maximum. 10. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus einer Vielzahl im allgemeinen parallel und im Abstand voneinander angeordneten Kernbrennstoffstäben besteht, von denen eine erste Untergruppe eine Konzentrierung des neutronenabsorbierenden Materials in der Steuerzone (65) für den kalten, abgeschalteten Zustand aufweist, während eine zweite Untergruppe dieser Kernbrennstoffstäbe keine Konzentrierung des neutronenabsorbierenden Materials in der gennannten Steuerzone (65) für den kalten, abgeschalteten Zustand aufweist.10. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n It does not indicate that there are multitudes generally parallel and spaced mutually arranged nuclear fuel rods, of which a first subgroup a concentration of the neutron absorbing material in the control zone (65) for the cold, switched-off state, while a second subgroup these nuclear fuel rods do not concentrate the neutron absorbing material in the aforementioned control zone (65) for the cold, switched-off state. 11. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens einige der Kernbrennstoffstäbe der zweiten Untergruppe völlig frei von neutronenabsorbierendem Material sind.11. Nuclear fuel bundle according to claim 10, d a d u r c h g e k e n It should be noted that at least some of the nuclear fuel rods are of the second subgroup are completely free of neutron absorbing material. 12. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens einige der Kernbrennstoffstäbe der ersten Untergruppe neutronenabsorbierendes Material über einen axialen Bereich aufweisen, der über die Steuerzone (65) für den kalten abgeschalteten Zustand hinausgeht.12. Nuclear fuel bundle according to claim 10, d a d u r c h g e k e n Note that at least some of the nuclear fuel rods are of the first subgroup Have neutron absorbing material over an axial area that extends over the cold shutdown control zone (65) exits. 13. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens einige der Kernbrennstoffstäbe der ersten Untergruppe neutronenabsorbierendes Material nur in der genannten Steuerzone (65) für den kalten abgeschalteten Zustand aufweisen.13. Nuclear fuel bundle according to claim 10, d a d u r c h g e k e n Note that at least some of the nuclear fuel rods are of the first subgroup Neutron absorbing material only in the aforementioned control zone (65) for the cold have switched off state. 14. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Komponente aus spaltbarem Material eine axiale Ausdehnung von etwa 3,00 bis etwa 4,50 m aufweist und daß die Steuerzone (65) für den kalten abgeschalteten Zustand eine axiale Ausdehnung von etwa 0,15 bis etwa 0,90 m aufweist.14. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n It should be noted that the component made of fissile material has an axial extension from about 3.00 to about 4.50 m and that the control zone (65) for the cold switched off state has an axial extent of about 0.15 to about 0.90 m.
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SE (1) SE500900C2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0199197A1 (en) * 1985-04-12 1986-10-29 Hitachi, Ltd. Fuel assembly
EP0268899A2 (en) * 1986-11-18 1988-06-01 Siemens Aktiengesellschaft Pressurized water nuclear reactor
DE3824082A1 (en) * 1987-07-18 1989-01-26 Toshiba Kawasaki Kk FUEL ARRANGEMENT FOR CORE REACTORS
EP0389219A2 (en) * 1989-03-20 1990-09-26 Hitachi, Ltd. Nuclear fuel assemblies and reactor cores including them
EP0456969A1 (en) * 1990-03-12 1991-11-21 General Electric Company Boiling water reactor core
FR2705491A1 (en) * 1993-05-18 1994-11-25 Toshiba Kk Consumable gadolinium-based poison and nuclear fuel assembly containing it
BE1006761A3 (en) * 1990-04-27 1994-12-06 Toshiba Kk FUEL ASSEMBLY FOR A NUCLEAR REACTOR.
EP1093129A1 (en) * 1999-10-14 2001-04-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel assembly and nuclear reactor

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59102188A (en) * 1982-12-06 1984-06-13 株式会社東芝 Fuel assembly
SE506820C2 (en) * 1996-06-20 1998-02-16 Asea Atom Ab Fuel cartridge comprising a plurality of stacked fuel units, the fuel units comprising fuel rods of different diameters

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3799839A (en) * 1971-01-07 1974-03-26 Gen Electric Reactivity and power distribution control of nuclear reactor
DE2941076A1 (en) * 1978-10-19 1980-04-24 Gen Electric METHOD FOR FILLING WITH FUEL AND OPERATING A CORE REACTOR CORE
US4229258A (en) * 1976-09-25 1980-10-21 Hitachi, Ltd. Fuel assembly

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54121389A (en) * 1978-03-13 1979-09-20 Hitachi Ltd Fuel assembly
JPS5816711B2 (en) * 1978-06-13 1983-04-01 日本原子力事業株式会社 boiling water reactor
JPS6039195B2 (en) * 1978-08-16 1985-09-04 株式会社東芝 fuel assembly
JPS5594183A (en) * 1979-01-10 1980-07-17 Tokyo Shibaura Electric Co Fuel assembly

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3799839A (en) * 1971-01-07 1974-03-26 Gen Electric Reactivity and power distribution control of nuclear reactor
US4229258A (en) * 1976-09-25 1980-10-21 Hitachi, Ltd. Fuel assembly
DE2941076A1 (en) * 1978-10-19 1980-04-24 Gen Electric METHOD FOR FILLING WITH FUEL AND OPERATING A CORE REACTOR CORE

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H. Franke "Lexikon der Physik", 3. Aufl.,(1969) Franckh'sche Verlagshandlung Stuttgart, S. 1362, Stichwort "Reaktivität" *
Lamarsh "Nuclear Reactor Theory", Addison-Wesley Publishing Company, Inc., Reading, Mass. USA, 1966, S. 283,301,419,424,432,534 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0199197A1 (en) * 1985-04-12 1986-10-29 Hitachi, Ltd. Fuel assembly
US4832906A (en) * 1985-04-12 1989-05-23 Hitachi, Ltd. Fuel assembly
EP0268899A2 (en) * 1986-11-18 1988-06-01 Siemens Aktiengesellschaft Pressurized water nuclear reactor
EP0268899A3 (en) * 1986-11-18 1988-07-06 Siemens Aktiengesellschaft Berlin Und Munchen Pressurized water nuclear reactor
US4908180A (en) * 1986-11-18 1990-03-13 Siemens Aktiengesellschaft Pressurized water nuclear reactor with a fuel rod containing a nuclear fuel column enriched to a variable extent over the length of the rod
DE3824082A1 (en) * 1987-07-18 1989-01-26 Toshiba Kawasaki Kk FUEL ARRANGEMENT FOR CORE REACTORS
EP0389219A2 (en) * 1989-03-20 1990-09-26 Hitachi, Ltd. Nuclear fuel assemblies and reactor cores including them
EP0389219A3 (en) * 1989-03-20 1990-12-12 Hitachi, Ltd. Nuclear fuel assemblies and reactor cores including them
EP0456969A1 (en) * 1990-03-12 1991-11-21 General Electric Company Boiling water reactor core
BE1006761A3 (en) * 1990-04-27 1994-12-06 Toshiba Kk FUEL ASSEMBLY FOR A NUCLEAR REACTOR.
FR2705491A1 (en) * 1993-05-18 1994-11-25 Toshiba Kk Consumable gadolinium-based poison and nuclear fuel assembly containing it
US5524033A (en) * 1993-05-18 1996-06-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Nuclear fuel containing gadolinium
EP1093129A1 (en) * 1999-10-14 2001-04-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel assembly and nuclear reactor
US6445759B1 (en) 1999-10-14 2002-09-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel assembly and nuclear reactor

Also Published As

Publication number Publication date
SE500900C2 (en) 1994-09-26
IT1160746B (en) 1987-03-11
IT8320150A0 (en) 1983-03-18
SE8300979D0 (en) 1983-02-22
ES520007A0 (en) 1984-04-16
SE8300979L (en) 1983-09-23
ES8404543A1 (en) 1984-04-16
DE3308956C2 (en) 1990-12-20
JPS58179392A (en) 1983-10-20
JPH0378599B2 (en) 1991-12-16

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