DE3436101A1

DE3436101A1 - Control rod for a nuclear reactor

Info

Publication number: DE3436101A1
Application number: DE19843436101
Authority: DE
Inventors: Sture Kolbäck Helmersson
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1983-10-12
Filing date: 1984-10-02
Publication date: 1985-05-02
Also published as: CH665046A5; SE8305606L; FI843974A0; FI843974L; SE8305606D0

Abstract

Control rod (16a) for a nuclear reactor with absorber sheets (24a-27a) which contain an absorber material (29) for neutrons and which form a right-angled cross in the cross-section of the control rod, two absorber sheets (26a, 27a) at right angles to one another lying along two sides of a fuel-element bundle (10a) which contains a plurality of fuel rods (11). According to the invention, at least one absorber sheet, in the part (31) extending along a number of the fuel rods (11a, 11b, 11c) of the fuel-element bundle which are closest to the centre of the cross, is provided with a smaller quantity of absorber material than the part (30) extending along fuel rods located further away from the centre of the cross. As a result of the said distribution of the absorber material in the control rod, it is possible to increase the cycle length of a reactor considerably. <IMAGE>

Description

Steuerstab für einen Kernreaktor Control rod for a nuclear reactor

Die vorliegende Erfindung betrifft Steuerstab für einen Kernreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The present invention relates to control rods for a nuclear reactor according to the preamble of claim 1.

Der Kern eines Kernreaktors enthält normalerweise mehrere hundert Brennelementbündel. Jedes Brennelementbündel besteht aus mehreren Brennstäben. In Siedewasserreaktoren werden somit oft Brennelementbündel verwendet, die 8 x 8 Brennstäbe, manchmal 6 x 6, 7 x 7 oder 9 x 9 Brennstäbe enthalten. Jeder Brennstab enthält eine große Anzahl Brennstofftabletten, die in einer Brennstoffhülle, die normalerweise aus einer Zirkoniumlegierung mit dem Handelsnamen Zirkaloy besteht, aufeinander gestapelt sind. Das Brennelementbündel ist in Siedewasserreaktoren von einem normalerweise aus Zirkaloy bestehenden Brennstoffkanal umschlossen. Räumlich neben jedem Brennelementbündel ist normalerweise ein Steuerstab einführbar. Die Steuerstäbe in den verschiedenen Positionen sind während des Betriebs des Reaktors unterschiedlich weit in den Kern eingeführt. Eine bekannte Art von Steuerstäben hat Absorberblätter, die im Querschnitt durch den Steuerstab ein rechtwinkliges Kreuz bilden.The core of a nuclear reactor usually contains several hundred Fuel assemblies. Each fuel assembly consists of several fuel rods. In Boiling water reactors are therefore often used fuel element bundles, the 8 x 8 fuel rods, sometimes contain 6 x 6, 7 x 7 or 9 x 9 fuel rods. Each fuel rod contains one large number of fuel pellets in a fuel envelope that is normally consists of a zirconium alloy with the trade name Zirkaloy are stacked. The fuel bundle is normally of one type in boiling water reactors Enclosed a fuel channel made of zircaloy. Spatially next to each fuel bundle a control rod is normally insertable. The control rods in the various Positions are different far into the core during the operation of the reactor introduced. One known type of control rods has absorber blades that are in cross-section use the control stick to form a right-angled cross.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Steuerstab der eingangs genannten Art zu entwickeln, durch welchen die Zyklus länge für einen Reaktor erheblich vergrößert werden kann. Unter Zyklus länge wird die Zeit zwischen zwei Brennstofferneuerungen verstanden. Die Zyklus länge wird gewöhnlich angegeben in der entnommenen spezifischen Energie MWd/tU.The invention is based on the object of a control rod of the initially introduced to develop named type, through which the cycle length for a reactor is considerable can be enlarged. The time between two fuel renewals is shown under cycle length Understood. The cycle length is usually given in the extracted specific Energy MWd / tU.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Steuerstab gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.To solve this problem, a control rod according to the preamble of claim 1 proposed, which according to the invention in the characterizing part of claim 1 has the features mentioned.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.Advantageous refinements of the invention are set out in the further claims called.

Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, daß die Zyklus länge für einen Reaktor erheblich verlängert werden kann, wenn die Menge an Absorbermaterial für Neutronen in den Absorberblättern, die am-dichtesten am Zentrum des Kreuzes liegen, reduziert wird. Dies gilt besonders für Steuerstäbe, die während der ganzen Betriebsperiode des Reaktors unbewegt neben den Brennelementbündeln verharren.The invention is based on the knowledge that the cycle is long for a reactor can be extended considerably if the amount of absorber material for neutrons in the absorber sheets, which are closest to the center of the cross are reduced. This is especially true of control rods that are used throughout Remain stationary next to the fuel assemblies during the operating period of the reactor.

Es ist nämlich möglich, eine genügende Menge an neuem Brennstoff mit ausreichender Anreicherung an spaltbarem Materiall für eine längere Betriebsperiode anzuwenden, ohne daß ein zu hoher interner Leistungsformfaktor (Quotient aus dem maximalen örtlichen Wert der Leistung zum Durchschnittswert der Leistung in einem horizontalen Schnitt durch das Brennelementbündel) mit einer damit verbundenen Schädigungsgefahr für die Brennstäbe auftritt, wenn die Steuerstäbe am Ende der Betriebsperiode aus dem Kern herausgezogen werden.It is possible to use a sufficient amount of new fuel sufficient enrichment of fissile material for a longer operating period to be used without an excessively high internal power form factor (quotient from the maximum local value of the power to the average value of the power in one horizontal section through the fuel assembly) with an associated risk of damage for the fuel rods occurs when the control rods are off at the end of the operating period pulled out of the core.

Der Grund für dieses günstige Ergebnis liegt darin, daß die Brennstäbe, die am dichtesten am Zentrum des Kreuzes liegen, nicht gegen einen Abbrand von spaltbarem Material geschützt werden, wie es bei der Verwendung der bekannten Steuerstäbe mit sich kreuzenden Absorberblättern und gleichmäßig über annähernde die ganze Breite dieser Blätter verteiltem Absorbematerial der Fall ist. Vielmehr kann durch die Erfindung erreicht werden, daß die genannten am dichtesten am Zentrum des Kreuzes liegenden Brennstäbe am Ende der Betriebsperiode einen niedrigeren Gehalt an spaltbarem Material haben.The reason for this favorable result is that the fuel rods, which are closest to the center of the cross, not against a burn of fissile Material protected be as it is known when using the Control rods with intersecting absorber blades and evenly over approximate absorbent material distributed over the entire width of these sheets is the case. Much more can be achieved by the invention that said closest to the center The fuel rods lying on the cross have a lower content at the end of the operating period of fissile material.

Vorzugsweise erstreckt sich bei der Erfindung der Teil eines Absorberblattes mit der kleineren Menge Absorbermaterial über mindestens zwei und höchstens drei der am dichtesten am Zentrum des Kreuzes und längs der Absorberblattes liegenden Brennstäbe in ihrer Gesamtheit. Der genannte Teil des Absorberblattes erstreckt sich zweckmäßigerweise über höchstens die Hälfte der längs der Absorberblattes liegenden Brennstäbe des Brennelementbündel.Preferably, the part of an absorber sheet extends in the invention with the smaller amount of absorber material over at least two and at most three the one closest to the center of the cross and along the absorber sheet Fuel rods in their entirety. Said part of the absorber sheet extends expediently over a maximum of half the length of the absorber sheet Fuel rods of the fuel bundle.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind durchgehende Löcher oder Aussparungen in dem Teil eines Absorberblattes vorgesehen, der am dichtesten am Zentrum des Kreuzes liegt und sich über mindestens den am dichtesten am Zentrum des Kreuzes liegenden Brennstab erstreckt. Durch das in den Löchern bzw. Aussparungen befindliche Wasser wird der Verbrauch von spaltbarem Material in den danebenliegenden Brennstäbe noch weiter erhöht, was zu einem niedrigeren internen Leistungsformfaktor führt, wenn die Steuerstäbe am Ende der Betriebsperiode aus dem Kern herausgezogen werden.According to one embodiment of the invention, there are through holes or recesses are provided in the part of an absorber sheet which is closest lies at the center of the cross and extends over at least the closest to the center of the cross lying fuel rod extends. Through that in the holes or recesses located water is the consumption of fissile material in the adjacent Fuel rods increased even further, resulting in a lower internal power form factor leads when the control rods are pulled out of the core at the end of the operating period will.

Um den Reaktor mit längeren Zyklen betreiben zu können, wird vorzugsweise der Einsatz an spaltbarem Material beim Start jedes Zyklusses wesentlich erhöht. Dies wird dadurch erreicht, daß die Anreicherung des frischen Brennstoffes erhöht wird, und/oder dadurch, daß der Anteil an ausgetauschtem Brennstoff erhöht wird. Unter "längeren Zyklen" wird hier eine Energieentnahme von mehr als 10 000 MWd/tU verstanden, was ungefähr einer Betriebszeit von 1,5 Jahren für Reaktoren mit normalen Leistungsdichten entspricht. In einem Siedewasserreaktor mit Urandioxyd als Brennstoff ist es dann erforderlich, daß die mittlere Anreicherung an spaltbarem Material, U 235;eventuell auch Pu 239 und Pu 241, in dem frischen Brennstoff beim Start des Zyklusses zweckmäßiqerweise bei mindestens 3,2 % und vorzugsweise bei mindestens 3,4 % des Anfangsgewichtes von Uran in dem Urandioxyd liegt. Die Menge frischen Brennstoffes in dem Reaktor beträgt vorzugsweise mindestens 30 % und vorzugsweise mindestens 35 % der Menge des gesamten Brennstoffes beim Start jedes Zyklusses.In order to be able to operate the reactor with longer cycles, is preferred the use of fissile material at the start of each cycle is significantly increased. This is achieved by increasing the enrichment of the fresh fuel is, and / or in that the proportion of exchanged fuel is increased. "Longer cycles" mean an energy consumption of more than 10,000 MWd / tU Understood, which is approximately an operating time of 1.5 years for reactors with normal power densities is equivalent to. It is then in a boiling water reactor with uranium dioxide as fuel required that the average enrichment in fissile material, U 235; possibly also Pu 239 and Pu 241, expediently in the fresh fuel at the start of the cycle at least 3.2% and preferably at least 3.4% of the initial weight of uranium in which uranium dioxide lies. The amount of fresh fuel in the reactor is preferably at least 30% and preferably at least 35% of the amount of all fuel at the start of each cycle.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen Figur 1 einen Teil eines horizontalen Schnittes durch einen Reaktorkern für einen leichtwassermoderierten Siedereaktor, Figur 2 einen Steuerstab gemäß der Erfindung in Seitenansicht und teilweise im Schnitt, Figur 3 ein Brennelementbündel in einem bestimmten Abbrandstadium, bei dem der Gehalt an spaltbarem Material, bestehend aus U 235, und die Gesamtmenge an Pu 239 und Pu 241 für jeden Brennstab angegeben ist, Figur 4 dasselbe Brennelementbündel wie Figur 3, jedoch nach weiteren 12 000 MWd/tU, was einer Betriebszeit von etwa 2 Jahren entspricht, unter Verwendung eines Steuerstab gemäß der Erfindung mit den entsprechenden Gehaltsangaben an spaltbarem Material wie in Figur 3.Based on the embodiment shown in the figures, the Invention will be explained in more detail. FIG. 1 shows a part of a horizontal one Section through a reactor core for a light water moderated boiler reactor, Figure 2 shows a control rod according to the invention in side view and partially in section, Figure 3 shows a fuel assembly in a certain burn-up stage, in which the content of fissile material, consisting of U 235, and the total amount of Pu 239 and Pu 241 is indicated for each fuel rod, FIG. 4 the same fuel assembly as FIG 3, but after a further 12,000 MWd / tU, which corresponds to an operating time of around 2 years corresponds, using a control rod according to the invention with the corresponding Details of the content of fissile material as in Figure 3.

Figur 1 zeigt einen kleinen Teil eines horizontalen Schnittes durch einen Reaktorkern für einen Siedewasserreaktor mit vertikalen Brennelementbündeln. Der Schnitt enthält neun ganze Brennelementbündel 10. Die Gesamtzahl der Brennelementbündel in einem ganzen Querschnitt beträgt mehrere hundert. Jedes Brennelementbündel, zum Beispiel 1Oa, enthält 64 Brennstäbe 11, die in einem quadratsichen Gitter angeordnet sind. Das Brennelementbündel ist in einen Brennstoffkanal 12 aus Zirkaloy 4 mit quadratischem Querschnitt eingeschlossen. Die Stäbe werden von nicht dargestellten Abstandshaltern in ihrer Lage gehalten, die in gleichen Abständen zwischen ebenfalls nicht dargestellten oberen und unteren Gitterplatten im Brennelementbündel angeordnet sind. Jeder Brennstab besteht aus mehreren kreiszylindrischen Tabletten aus Urandioxyd als Brennstoff, die aufeinander gestapelt und in einer Brennstoffhülle 13 aus Zirkaloy 2 eingekapselt sind. Die Räume 14 zwischen den Brennstäbe in dem Brennstoffkanal werden von Kühlmedium durchströmt, das in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel leichtes Wasser ist. Die Spalte 15a und 15b zwischen den Brennelementbündeln werden auch von Kühlmedium derselben Art durchströmt wie die vorgenannten Räume 14. Die Spalte 15b, in welche Steuerstäbe 16 eingeführt werden können, sind breiter als die Spalte 15a, in denen keine Steuerstäbe vorhanden sind. Der Querschnitt enthält auch Neutronenquellen 17 sowie Neutronendetektoren 18. Einer oder mehrere der Brennstäbe kann/können gegen einen bzw. mehrere nicht energieproduzierenden Stab/Stäbe ausgetauscht sein. Somit könnte z.B. der Stab 19 gegen einen massiven oder wassergefüllten Stab aus Zirkaloy 2 ausgetauscht sein. Die Brennstäbe 20, 21, 22 und 23 sind tragende Brennstäbe, die an den oberen und unteren Gitterplatten der Brennelementbündel verankert sind. Die Steuerstäbe 16 haben Absorberblätter 24, 25, 26 und 27, die ein rechtwinkliges Kreuz im Querschnitt bilden. Das Zentrum des Steuerstabkreuzes ist mit 28 bezeichnet. Die Absorberblätter enthalten Absorbermaterial 29 in einem äußeren Teil 30 des Blattes, jedoch nicht in dem Teil 31, der sich längs der am dichtesten am Zentrum 28 des Kreuzes liegenden Brennstäbe 11a und 11b bzw. 11a und 11c in ihrer Gesamtheit erstreckt.Figure 1 shows a small part of a horizontal section through a reactor core for a boiling water reactor with vertical fuel bundles. The section contains nine entire fuel bundles 10. The total number of fuel bundles in a whole cross-section is several hundred. Each fuel bundle, for Example 10a, contains 64 fuel rods 11 arranged in a square grid are. The fuel assembly is in a fuel channel 12 made of zircaloy 4 with square cross-section included. The bars are not shown Spacers held in place, equidistant between them as well not shown upper and lower tie plates arranged in the fuel bundle are. Each fuel rod consists of several circular-cylindrical tablets made of uranium dioxide as fuel, which are stacked on top of one another and in a fuel envelope 13 made of zircaloy 2 are encapsulated. The spaces 14 between the fuel rods in the fuel channel are flowed through by cooling medium, which in the embodiment described light water is. The gaps 15a and 15b between the fuel bundles will be also flows through the cooling medium of the same type as the aforementioned spaces 14. The Column 15b, into which control rods 16 can be inserted, are wider than the column 15a, in which there are no control rods. The cross section contains also neutron sources 17 and neutron detectors 18. One or more of the fuel rods can be exchanged for one or more non-energy-producing rod (s) be. Thus, for example, the rod 19 could be against a solid or water-filled rod from Zirkaloy 2. The fuel rods 20, 21, 22 and 23 are load-bearing Fuel rods anchored to the upper and lower tie plates of the fuel bundle are. The control rods 16 have absorber blades 24, 25, 26 and 27, which have a right-angled Form a cross in cross section. The center of the control rod cross is at 28 designated. The absorber sheets contain absorber material 29 in an outer part 30 of the sheet, but not in the part 31 which extends along the closest to the center 28 of the Cross lying fuel rods 11a and 11b or 11a and 11c in their entirety.

Der in Figur 2 gezeigte Steuerstab besteht im wesentlichen aus rostfreiem Stahl und ist aufbebaut aus einem Absorberteil 32, der von einer vertikalen Kupplungsstange 33 getragen wird. Der Absorberteil besteht aus vier Absorberblättern 24 - 27 (Fig. 1), von denen zwei, nämlich 25 und 26, in Figur 2 zu sehen sind. Die Blätter sind an ihrem äußeren Teil 30 mit einer großen Anzahl gebohrter Kanäle 34 versehen, die sich senkrecht zur Längsrichtung des Stabes erstrecken. Die Kanäle sind mit einem Absorbermaterial 29, z.B. pulverförmiges Borkarbid und/oder metallisches Hafnium, gefüllt und nach außen durch Schweißen hermetisch verschlossen. Der Teil 31 jedes Absorberblattes, der radial innerhalb der gefüllten Kanäle liegt, enthält kein Absorbermaterial.The control rod shown in Figure 2 consists essentially of stainless steel Steel and is built up from an absorber part 32, which is supported by a vertical coupling rod 33 is worn. The absorber part consists of four absorber sheets 24 - 27 (Fig. 1), two of which, namely 25 and 26, can be seen in FIG. The leaves are provided on its outer part 30 with a large number of drilled channels 34 which extend perpendicular to the longitudinal direction of the rod. The channels are with one Absorber material 29, e.g. powdered boron carbide and / or metallic hafnium, filled and hermetically sealed to the outside by welding. Part 31 each The absorber sheet, which lies radially inside the filled channels, does not contain any absorber material.

Es ist auch möglich, in dem Teil 31 Absorbermaterial in einer kleineren Menge als in dem Teil 30, z.B. in feineren Kanälen, anzuordnen. Zur Steuerung des Steuerstabes in den relativ schmalen Spalten zwischen den Brennelementbündeln ist der Steuerstab oben mit Steuerkissen 35 versehen.It is also possible in the part 31 absorber material in a smaller Quantity than to be arranged in part 30, e.g. in finer channels. To control the Control rod is in the relatively narrow gaps between the fuel bundles the control rod is provided with control cushions 35 at the top.

Außerdem ist am Steuerstab ein Handgriff 36 zu seiner Handhabung beim Einmontieren und Austauschen angeordnet. An seinem unteren Ende hat der Steuerstab einen Kupplungskopf 37, durch welchen er mit einer Antriebsvorrichtung verbunden werden kann.In addition, a handle 36 for handling it is on the control rod Assembling and replacing arranged. At its lower end has the control rod a coupling head 37, through which it is connected to a drive device can be.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Steuerstab mit Aussparungen 38 versehen, die sich über den am dichtesten am Zentrum des Kreuzes liegenden Brennstab erstrecken. Diese Aussparungen sind mit Wasser gefüllt, so daß der Verbrauch an spaltbarem Material in den nahe dieser Aussparungen liegenden Brennstäbe während des Betriebs des Reaktors größer ist.In a preferred embodiment, the control rod has recesses 38 over the fuel rod closest to the center of the cross extend. These recesses are filled with water, so that consumption decreases fissile material in the vicinity of these recesses lying fuel rods is greater during operation of the reactor.

Bei der reaktorphysikalischen Dimensionierung wird auf die Wirkung des zusätzlichen Wassers in den Spalten zwischen den Brennelementbündeln Rücksicht genommen, was für die örtliche Variation im Neutronenfluß von großer Bedeutung ist. Dieses Wasser bewirkt einen örtlich erhöhten Neutronenfluß, so daß die neben Wasserspalten liegenden Brennstäbe stärker als andere Brennstäbe belastet werden. Um die Leistung möglichst gleichmäßig über das Brennelementbündel zu verteilen, werden Brennstäbe mit unterschiedlicher Anreicherung an spaltbarem Material, bei dem es sich in dem als Beispiel gebrachten Fall zu Beginn nur um U 235 handelt, in den einzelnen Brennstabpositionen des Brennelementbündels verwendet.The physical dimensioning of the reactor is based on the effect of the additional water in the gaps between the fuel bundles taken, which is of great importance for the local variation in the neutron flux. This water causes a locally increased neutron flux, so that the next to water gaps lying fuel rods are more heavily loaded than other fuel rods. About the performance Fuel rods are to be distributed as evenly as possible over the fuel assembly with different levels of fissile material accumulation in the The case given as an example at the beginning only deals with U 235, in the individual fuel rod positions of the fuel bundle used.

Dieser Anreicherungsunterschied bleibt dann während des Betriebes erhalten, sofern ein Steuerstab lange Zeit neben einem Brennelementbündel eingeführt bleibt, wobei das spaltbare Material in den dem Steuerstab am nächsten liegenden Brennstäbe gegen Abbrand geschützt wird. Gleichzeitig wird die Neubildung von spaltbarem Material aus dem brütbaren Material nicht in demselben Maße verhindert. Dies würde zu einer allmählichen Anhäufung von spaltbarem Material führen, was unzulässige Belastungen mit sich bringen würde, wenn der Steuerstab schließlich herausgezogen wird. Dadurch, daß man kein oder nur wenig Absorbermaterial im radial inneren Teil des Kreuzes des Steuerstabes vorsieht, und dadurch, daß man vorzugsweise auch mehr Wasser zuführt, das die Moderation verstärkt, kann der Verbrauch an spaltbarem Material auf einem genügend hohen Niveau gehalten werden, so daß die Anhäufung von spaltbarem Material wirksam begrenzt wird.This difference in enrichment then remains during operation obtained, provided a control rod has been inserted next to a fuel assembly for a long time remains, with the fissile material in the ones closest to the control rod Fuel rods is protected against burn-up. At the same time the new formation of fissile Material from the breeding material is not prevented to the same extent. This would lead to a gradual accumulation of fissile material, which is impermissible It would bring stresses when the control rod was finally pulled out will. The fact that there is little or no absorber material in the radially inner part of the cross of the control rod, and by the fact that one preferably also provides more Adding water, which intensifies the moderation, can reduce the consumption of fissile material be kept at a sufficiently high level so that the accumulation of fissile Material is effectively limited.

Bei einem Abbrand in dem Intervall von 14 000 - 30 000 MWd/tU wird oft ein Steuerstab neben dem Brennelementbündel plaziert. Figur 3 zeigt ein Beispiel für ein Brennelementbündel 10a in diesem Abbrandintervall, genauer gesagt, bei dem Abbrand 30 000 MWd/tU. Der Gehalt an spaltbarem Material für die einzelnen Brennstäbe wird hierbei ausgedrückt in Prozent des Anfangsgewichtes Uran in dem Brennstoff (Urandioxyd). (Diese Definition gilt auch für die übrigen in dieser Anmeldung enthaltenen Prozentangaben). Um die Figur / übersichtlicher zu gestalten sind die Brennstäbe selbst nicht dargestellt, sondern nur deren Anreicherungsgehalt.With a burn in the interval of 14,000 - 30,000 MWd / tU often a control rod is placed next to the fuel bundle. Figure 3 shows an example for a fuel bundle 10a in this combustion interval, more precisely said, during the burn-up 30,000 MWd / tU. The content of fissile material for the individual fuel rods are expressed as a percentage of the initial weight of uranium in the fuel (uranium dioxide). (This definition also applies to the rest of this Registration contained percentages). To make the figure / clearer the fuel rods themselves are not shown, only their enrichment content.

Die obere, mit 39 bezeichnete Zahl in jedem Feld nennt den Anreicherungsgehalt von U 235 in Prozent und die untere, mit 40 bezeichnete Zahl nennt den gesamten Anreicherungsgehalt von Pu 239 Pu 241 in Prozent für jeden Brennstab des Brennelementbündel. Das Plutonium ist während des Betriebs durch das Einfangen schneller Neutronen im U 238 gebildet worden.The upper number, labeled 39, in each field indicates the enrichment content of U 235 in percent and the lower number marked 40 gives the total Enrichment content of Pu 239 Pu 241 in percent for each fuel rod of the fuel assembly. The plutonium is in operation by capturing fast neutrons in the U 238 was formed.

Der oben erwähnte höhere Neutronenfluß und die damit verbundene höhere Leistungsentwicklung in den Stäben an den Wasserspalten 15a und 15b hat bewirkt, daß das spaltbare Material, im wesentlichen U 235, Pu 239 und Pu 241, hier schneller als in den zentralen Bereichen des Brennelementbündels verbraucht wurde. Dies hat mit der Zeit die anfangs vorhandene Anreicherungsverteilung verstärkt, und die Leistungsentwicklung in dem Brennelementbündel ist gleichmäßig geworden. Der mittlere Gehalt an U 235, der anfangs bei 3,4 96 gelegen hat, liegt nach 30 000 MWd/tU Abbrand, was einer Betriebszeit von ca. 5 Jahren entspricht, bei 1,8 96 und der mittlere Gehalt der gesamten Menge Pu 239 (0,46 96) und Pu 241 (0,07 %) bei 0,53 96. Die Spaltung eines U 235-Kernes und eines Pu-Kernes ergibt ungefähr denselben Energiegewinn. Die Menge spaltbaren Materials ist also auf ungefähr die Hälfte der anfänglichen Menge in diesem Beispiel reduziert worden Das zurückgebliebene spaltbare Material ist auch in anderer Weise auf die Brennstäbe des Brennelementbündels verteilt.The above-mentioned higher neutron flux and the higher one connected with it The power development in the bars at the water gaps 15a and 15b has the effect of that the fissile material, essentially U 235, Pu 239 and Pu 241, is faster here than was consumed in the central areas of the fuel bundle. this has over time the enrichment distribution that was initially present strengthened, and the performance development in the fuel bundle has become uniform. The mean content of U 235, which was initially at 3.4 96, is after 30,000 MWd / tU burn-up, which is a Operating time of approx. 5 years corresponds, at 1.8 96 and the mean content of the total amount of Pu 239 (0.46 96) and Pu 241 (0.07%) at 0.53 96. The cleavage of a U 235 core and a Pu core give roughly the same energy gain. The amount fissile material is thus in about half of the initial amount This example has been reduced. The remaining fissile material is also distributed in a different way to the fuel rods of the fuel assembly.

Figur 4 zeit dasselbe Brennelementbündel wie Figur 3 nach weiteren 12 000 MWd/tU Abbrand, was ca. 2 Betriebsjahren entspricht, während welcher Zeit der Steuerstab 16a in den Kern eingeführt gewesen ist. Der mittlere Gehalt an U 235 ist noch weiter, nämlich auf 0,68 % reduziert worden, und der mittlere Gehalt der gesamten Menge an Pu 239 (0,61 %) und Pu 241 (0,14 %) ist etwas, nämlich auf 0,75 %, gestiegen. Besonders wichtig in diesem Zusammenhang ist der begrenzte Aufbau von Pu in den Eckstäben 11a, 11b und 11c.FIG. 4 shows the same fuel assembly as FIG. 3 after others 12,000 MWd / tU burn-up, which corresponds to approx. 2 years of operation, during which time the control rod 16a in the Core has been introduced. The middle one U 235 content has been reduced even further, namely to 0.68%, and the average Content of the total amount of Pu 239 (0.61%) and Pu 241 (0.14%) is something, namely to 0.75%. The limited one is particularly important in this context Build-up of Pu in the corner bars 11a, 11b and 11c.

Wenn der Steuerstab 16a aus dem Kern herausgezogen wird, wird der interne Leistungsformfaktor 1.25. Wenn der Steuerstab 16a statdessen mit Kanälen 34 versehen gewesen wäre, die sich bis zum Zentrum des Kreuzes hin erstrecken, und wenn diese Kanäle mit Absorbermaterial gefüllt gewesen wären, so hätten die Brennstäbe 11a, 11b und llc nach diesen weiteren 12 000 MWd/tU einen Anreicherungsgehalt an U 235 von 0,12 % bzw. 0,24 %, bzw. 0,24 % und einen gesamten Anreicherungsgehalt an Pu 239 und Pu 241 von 0,85 % bzw.When the control rod 16a is pulled out of the core, the internal power form factor 1.25. If the control rod 16a with channels instead 34 would have been provided that extend to the center of the cross, and if these channels had been filled with absorber material, so would the fuel rods 11a, 11b and llc show an enrichment content after this additional 12,000 MWd / tU U 235 of 0.12% or 0.24% or 0.24% and a total enrichment content at Pu 239 and Pu 241 of 0.85% and

0,83 %, bzw. 0,83 % gehabt. Dies würde einen internen Leistungsformfaktor von 1,60 ergeben, wenn der Steuerstab aus dem Kern herausgezogen wird.0.83% and 0.83%, respectively. This would be an internal power form factor of 1.60 when the control rod is withdrawn from the core.

- Leerseite -- blank page -

Claims

Claims 1. Control rod (16a) for a nuclear reactor with absorber blades (24a - 27a), which contain an absorber material (29) for neutrons and which in cross section of the control rod form a right-angled cross, two at right angles to each other upright absorber sheets (26a, 27a) along two sides of a fuel assembly (10a), which contains several fuel rods (11), d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that at least one absorber sheet in the part (31) which extends longitudinally a number of the fuel rods closest to the center of the cross (11a, lib, 11c) of the fuel bundle, with a smaller amount of absorber material is provided than the part (30) which is further removed longitudinally from the center of the cross lying fuel rods extends that said number of fuel rods at least is one and that the part of the absorber sheet with the smaller amount of absorber material over at least the fuel rod closest to the center of the cross extends in its entirety.

2. Control rod 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 part (31) of the absorber sheet, which is along the closest fuel rods (11a, 11b, 11c) lying at the center (28) of the cross, no Contains absorber material.

3. Control rod according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that through holes or recesses (38) in the part (31) of the Absorber sheet are attached, which is closest to the center (28) of the cross.

4. Control rod according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e k e n n n e i n e t that the one with a smaller amount of absorber material provided part of the absorber Think over at least the two fuel rods closest to the center of the cross.

5. Control rod according to one of the preceding claims, d a -d u r c h e k e k e n n n e i n e t that the one with a smaller amount of absorber material provided part of the absorber sheet extends over a maximum of three of the most dense Center of the cross lying fuel rods extends.

6. Control rod according to one of claims 1 to 5 for a boiling water reactor with uranium dioxide as fuel, it is clear that the medium accumulation of fissile material in the fresh fuel in the fuel assembly at the start of a cycle after the fuel renewal at at least 3.2% of the The initial weight of uranium in the uranium dioxide is.

7. Control rod according to claim 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c Not that the average enrichment of fissile material in the fresh fuel in the fuel bundle at the start of a cycle after refueling is at least 3.4 96 of the initial weight of uranium in the uranium dioxide.