DE3811134C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennelementkassette gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1. Derartige Brennelementkassetten sind beispielsweise aus der DE-OS 23 18 603 und der DE-AS 23 23 584 bekannt.

Diese Kernbrennelementkassetten, wie sie in einem Siedewasserreaktor (SWR) eingesetzt werden, sind beispielsweise in der Weise aufgebaut, daß zylindrische Brennstäbe, von denen jeder Kernbrennstoff-Pellets dicht einschließt, in einem Muster eines quadratischen Gitters aus zwölf Reihen und zwölf Kolonnen (DE-OS 23 18 603), innerhalb eines Kanalkastens angeordnet sind und im mittleren Bereich des horizontalen Querschnitts im Innern des Kanalkastens vier Wassersäulen bzw. Wasserstäbe eingesetzt werden. In einem Siedewasserreaktor ist eine Vielzahl derartiger, benachbart angeordneter Kanalkästen einsetzbar.

Es ist weiter bekannt, daß im Kern des Siedewasserreaktors benachbarte Kanalkassetten bzw. Kanalkästen durch einen Wasserspalt voneinander getrennt sind, dessen Breite annähernd im Bereich von 10 bis 20 mm liegt, und es sind in diesem Wasserspalt Regelstäbe kreuzförmigen Querschnitts eingesetzt. Im Siedewasserreaktor siedet das innerhalb der Kanalkassetten strömende Leichtwasser und bildet im Betriebszustand des Reaktors eine Zweiphasenströmung, die im Schnitt etwa 40 Vol.-% Dampf enthält. Im Gegensatz hierzu siedet das durch den Wasserspalt außerhalb der Kanalkassetten strömende Leichtwasser, auch wenn der Reaktor in Betrieb ist, nicht. Zufolge des Effektes, der beim Moderieren der Neutronen durch das im Wasserspaltbereich vorhandene Leichtwasser auftritt, neigt die thermische Neutronenflußverteilung in horizontaler Richtung der Brennelementkassetten dazu, sich gegen die Peripherie hin zu vergrößern und gegen die Mitte hin abzunehmen. Die Brennelementkassette ist deshalb in der Nähe ihrer Mitte mit zwei Wasserstäben versehen, durch deren Inneres nicht siedendes Wasser hindurchgeleitet werden kann. Die Wasserstäbe spielen die Rolle, den thermischen Neutronenfluß innerhalb des Bündels zu erhöhen.

Der effektive Mulitplikationsfaktor des Kerns eines thermischen Reaktors kann ausgedrückt werden durch die folgende Formel:

K_eff=ε×η×f×p×P_L

wobei

K_eff=effektiver Multiplikationsfaktor,
ε=Schnellspaltfaktor,
η=Regenerierungsfaktor,
f=thermischer Nutzungsfaktor,
p=Resonanzentweichwahrscheinlichkeit bzw. Bremsnutzung und
P_L=Maß des Neutronenverlustes aus dem Kern.

Die oben erwähnten Wasserstäbe dienen dazu, den effektiven Multiplikationsfaktor durch Erhöhen des thermischen Nutzungsfaktors f zu vergrößern.

Die Anstrengungen, den Abbrand zur Verringerung der Brennstoffkosten zu verlängern, haben jedoch eine Fehlanpassung der Ausgangsleistung zwischen den Brennelementkassetten zur Folge.

Für eine Verlängerung des Abbrandes und gleichzeitige Herabsetzung der Brennstoffkosten pro Zyklus, muß den Forderungen einer Verbesserung des thermischen Nutzungsfaktors und einer Zunahme der Resonanzentweichwahrscheinlichkeit gleichzeitig genügt werden.

Für eine Brennelementkassette, die die Forderung einer Verlängerung des Abbrandes bei einer ausgezeichneten Kerncharakteristik erfüllt, ist es außerdem erforderlich, die Abschalttoleranz bei einer Reaktorstörung zu erhöhen und den Moderatordichtereaktivitätskoeffizienten zu verringern ohne eine Zunahme im Volumen des Leichtwassers oder eine Abnahme in der Menge der Brennstoffsubstanz in Kauf nehmen zu müssen.

Einige Siedewasserreaktoren weisen eine Kernkonstruktion auf, die als D-Gitter-Kern bezeichnet wird. In diesem Kern sind weite Spalten vorgesehen, die das Einsetzen von Regelstäben erlauben. Enge Spalten, die das Einsetzen von Regelstäben nicht erlauben, sind außerhalb eines Kanalkastens ausgebildet. Die Breite der weiten Spalten ist etwa zweimal so groß wie die der engen Spalten.

Im D-Gitter-Kern wird die Leistung deshalb mehr in den Ecken, die durch die Seiten mit dem weiten Spalt gebildet werden als in den Ecken, die durch die Seiten mit dem engen Spalt gebildet werden, erzeugt. Die Leistung wird auch mehr von den an der Grenze zu diesen Spalten liegenden Brennstoffstäben abgegeben als von denen, die nicht an diese Spalte angrenzen. Die Angleichung der Leistung wird deshalb durch Anordnen einer Vielzahl von Typen von Uranstäben mit unterschiedlicher Anreicherung erreicht.

Zur Erhöhung des Durchschnittswerts in der Anreicherung in Brennelementkassetten dieser Art ist es erforderlich, nicht nur Wasserstäbe und Gadoliniumstäbe hinzuzufügen, sondern auch die Anzahl der Arten von Uranstäben zu vergrößern.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Brennelementkassette verfügbar zu machen, die während des Betriebs, verglichen zu bekannten Brennelementkassetten, einen vergrößerten Multiplikationsfaktor aufweist, die ferner eine Abschalttoleranz für eine Reaktorstörung aufweist, die ausreicht, um eine Verlängerung des Abbrandes und eine effektive Verbesserung des Moderatordichtereaktivitätskoeffizienten zu gewährleisten und die den Einsatz von Gadoliniumstäben minimiert und es vermeidet, bei der Verbesserung des Durchschnittsgrades der Anreicherung der Brennelementkassette die Spaltzahl vergrößern zu müssen.

Die Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand von zwölf Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine typische Brennelementkassette gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung

Fig. 2a bzw. 2b vergrößerte schematische Querschnittsansichten eines bekannten Brennelementkastens bzw. der Brennelementkassette nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht, die eine typische Brennelementkassette gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung darstellt,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht, die kurze Brennstäbe veranschaulicht,

Fig. 5 und 6 schematische Querschnittsansichten typischer Brennelementkassetten gemäß weiterer Ausführungsformen,

Fig. 7 eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer typischen Brennelementkassette einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung,

Fig. 8a und 8b vergrößerte schematische Schnittansichten einer bekannten Brennelementkassette und der Brennelementkassette nach Fig. 7,

Fig. 9 eine schematische Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer typischen Brennelementkassette einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung,

Fig. 10 eine schematische Querschnittsansicht, einer typischen Brennelementkassette gemäß einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 11 und 12 schematische Querschnittsansichten zur Veranschaulichung typischer Brennelementkassetten weiterer Ausführungsformen.

Es werden nun die Ausführungsformen dieser Erfindung anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Fig. 1 stellt eine typische Brennelementkassette gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung dar. In der Brennelementkassette 11 dieser Ausführungsform sind kleine Einheiten 13 gebildet, in denen jeweils in einer quadratischen Matrix aus drei Reihen und drei Kolonnen Brennstäbe 12 angeordnet sind. Insgesamt sind 8 derartiger kleiner Einheiten 13 in einem Kanalkasten 14 von quadratischem Querschnitt enthalten. Im mittleren Bereich des Kanalkastens 14 ist ein Wasserstab 15 angeordnet, dessen Außendurchmesser einer Seite des Quadrats der kleinen Einheit 13 gleich ist.

Der Mittenabstand P₂, d. h. der Abstand zwischen den Mittelachsen zweier benachbarter Brennstäbe 12, die jeweils zwei benachbarten kleinen Einheiten 13 angehören, ist größer als der Mittenabstand P₁ zwischen benachbarten Brennstäben 12, die einer und derselben kleinen Einheit 13 angehören, so daß beispielsweise der Beziehung P₂=1,5×P₁ genügt wird. Der Außendurchmesser des Brennstabes 12 beträgt z. B. 11 mm und der Innendurchmesser des Wasserstabes 15 etwa 42 mm.

In einem Siedewasserreaktor ist eine Vielzahl derartiger Brennelementkassetten 11 des beschriebenen Aufbaus angeordnet. In den zwischen benachbarten Kanalkästen 14 vorhandenen Wasserspaltbereichen wird Leichtwasser, das nicht siedet, hindurchgeleitet. In die Wasserspaltbereiche sind kreuzförmige Regelstäbe 16 eingesetzt.

Fig. 2 vergleicht die Brennelementkassette 11 gemäß dieser Erfindung mit einer bekannten Brennelementkassette. Wie in Fig. 2(a) dargestellt, sind bei der bekannten Brennelementkassette sämtliche Brennstäbe 3 im vorgegebenen Abstand P₀ angeordnet. Bei der Brennelementkassette 11 gemäß Anspruch 1 ist der oben erwähnte Mittenabstand P₁ kleiner als P₀ und der Mittenabstand P₂ größer als P₀.

Damit ist bei der Brennelementkassette 11 die Resonanzentweichwahrscheinlichkeit, d. h. die Bremsnutzung, größer als bei der bekannten Brennelementkassette 1, da der gegenseitige Effekt der Brennstäbe 12, die Resonanzenergieneutronen abzuschirmen, bei der erstgenannten Anordnung größer als bei der zuletztgenannten Anordnung ist. Sodann ist der thermische Nutzungsfaktor bei der Brennelementkassette 11 kleiner als bei der Brennelementkassette 1, da der thermische Neutronenfluß längs der Grenze zwischen benachbarten kleinen Einheiten 13 groß ist und innerhalb der kleinen Einheiten 13 klein ist. Das Maß dieser Verringerung im thermischen Nutzungsfaktor nimmt entsprechend zu, wenn das Verhältnis zwischen der Breite des zwischen benachbarten kleinen Einheiten 13 gebildeten Spalts, nämlich die in Fig. 2(b) angegebene Distanz W zur Diffusionslänge der thermischen Neutronen zunimmt. Die Diffusionslänge der thermischen Neutronen nimmt mit abnehmender Dichte des Wassers zu. Daß Maß der Abnahme des genannten thermischen Nutzungsfaktors ist klein während des Betriebszustands und groß während der Periode des kalten Zustandes. Das Maß der Zunahme der Resonanzentweichwahrscheinlichkeit ist während des Betriebszustandes größer als während der Periode des kalten Zustandes, da der gegenseitige Effekt der Abschirmung entsprechend der Abnahme der Dichte des Wassers zunimmt.

Infolge der beschriebenen Wirkungen ist die Zunahme in der Resonanzentweichwahrscheinlichkeit sehr viel größer als die Abnahme im thermischen Nutzungsfaktor während des Betriebszustands und die Abnahme im thermischen Nutzungsfaktor größer als die Zunahme in der Resonanzentweichwahrscheinlichkeit während der Periode des kalten Zustandes, wenn kleine Einheiten 13 aus z. B. drei Reihen und drei Kolonnen bis fünf Reihen und fünf Kolonnen im Siedewasserreaktor benutzt werden.

Abweichend von der bekannten Brennelementkassette 1, bei der alle Brennstäbe 3 in einem festen Abstand voneinander angeordnet sind, kann durch die Brennelementkassette 11 gemäß dieser Ausführungsform die Wirtschaftlichkeit verbessert werden, indem der effektive Multiplikationsfaktor des Kerns während des Betriebszustandes erhöht wird, und es kann die Toleranz bzw. der Sicherheitsabstand bei einer Reaktorstörung vergrößert werden, indem der effektive Multiplikationsfaktor während der Periode des kalten Zustandes verringert wird.

Bei einem Leichtwasserreaktor, bei dem kreuzförmige Regelstäbe benutzt werden, sind außerhalb der Kanalkästen Wasserspalte einer Breite, die annähernd im Bereich von 10 bis 20 mm liegt, gebildet. Die Folge ist, daß die thermische Neutronenflußverteilung in horizontaler Richtung gegen die Peripherie der Brennelementkassette 11 hin zunimmt und gegen die Mitte hin abnimmt. Der thermische Nutzungsfaktor kann weiter verbessert und die Wirtschaftlichkeit erhöht werden, indem diese thermische Neutronenflußverteilung gleich gemacht wird.

Im mittleren Bereich der Brennelementkassette ist ein Wasserstab 15 mit großem Durchmesser anzuordnen, der gleich einer Seite der quadratischen Matrix aus drei Reihen und drei Kolonnen der Brennstoffstäbe 12 ist, wie dies Fig. 1 zeigt. Zusätzlich zu dem Wasser innerhalb des Wasserstabes 15 ist durch die kleinen Einheiten 13 der den Wasserstab 15 umgebende Wasserbereich vergrößert. Infolge des Wasserstabes 15 und des Wasserbereiches zwischen dem Wasserstab 15 und den kleinen Einheiten 13 wird der thermische Neutronenfluß im mittleren Bereich der Brennelementkassette 11 so stark erhöht, daß die thermische Neutronenflußverteilung vergleichmäßigt wird. Als Folge hiervon zeichnet sich die Brennelementkassette gemäß dieser Ausführungsform durch einen großen thermischen Nutzungsfaktor und erhöhte Wirtschaftlichkeit verglichen zu bekannten Brennelementkassetten aus.

Bei der beschriebenen Brennelementkassette 11 ist der Kühlmittelströmungsweg, der den in der Mitte der jeweiligen kleinen Einheit 13 liegenden Brennstab umgibt, eng verglichen zu dem der einen der anderen Brennstäbe 12 der gleichen kleinen Einheit umgibt. Deshalb kann es sein, daß der in der Mitte der kleinen Einheit 13 angeordnete Brennstab 12 einer erhöhten thermischen Belastung unterworfen werden muß. Für das Problem dieser Art erweist sich die in Fig. 3 dargestellte Brennelementkassette 11 als eine wirksame Lösung. Bei dieser Brennelementkassette 11 ist der Brennstab 12 in der Mitte jeder der kleinen Einheiten 13 durch einen Brennstab 20, der in Achsrichtung nur eine Teillänge verglichen zur Länge der übrigen Brennstäbe aufweist, zu ersetzen. Dieser Brennstab 20 kann ausgebildet sein in Form eines Kurzbrennstabes 20a, der einen 20b mit einem verkürzten unteren Bereich oder in Form eines Kurzbrennstabes 20c mit einem verkürzten oberen und einem verkürzten unteren Bereich, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Die Kurzbrennstäbe 20b bzw. 20c gemäß dieser Ausführungsform können auf die gleiche Weise mittels Abstandhaltern positioniert werden, wie dies bei bekannten Siedewasserreaktoren der Fall ist. Diese Abstandhalter, die aus mehreren, senkrecht voneinander getrennten Elementen bestehen, können sämtliche Brennstäbe, die in insgesamt acht kleinen Einheiten vorhanden sind, halten. Es können auch getrennte Abstandhalter für jede dieser kleinen Einheiten verwendet werden.

Das Problem, daß der in der Mitte einer kleinen Einheit 13 angeordnete Brennstab einer erhöhten thermischen Belastung unterworfen ist, kann auch auf andere Weise gelöst werden, indem Brennstäbe mit kleinerem Durchmesser als dem der übrigen Brennstäbe 12 anstelle von den erwähnten Kurzbrennstäben 20 vorgesehen werden. Alternativ kann dieses Problem gelöst werden durch Verwendung von Wasserstäben anstelle sämtlicher oder einiger der zentralen Brennstäbe 12 in den kleinen Einheiten 13, oder durch Weglassen des mittleren Brennstabes 12 in den kleinen Einheiten 13, oder durch Verwendung von Brennelementen, die brennbare Gifte wie Gadoliniumoxid (Gd₂O₃) enthalten anstelle sämtlicher oder einiger der mittleren Brennstäbe 12 der kleinen Einheiten 13.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Brennelementkassette 11 nimmt der thermische Neutronenfluß zur Peripherie jeder der kleinen Einheiten 13 hin zu und zur Mitte hin ab. Es ist deshalb zweckmäßig, die Anreicherung bei den peripheren Brennstäben 12 der kleinen Einheiten 13 zur Verlängerung des Abbrandes relativ zu vergrößern und die Anreicherung bei den mittleren Brennstäben 12 der kleinen Einheiten zur Verminderung der thermischen Begrenzung herabzusetzen.

Die Frage, welche Teilkanäle dem größten kritischen thermischen Fluß (der kritischen Leistung) ausgesetzt sind, hängt vom Entfernungsmaß der Brennstoffstäbe, z. B. dem Abstand zwischen der Oberfläche der äußersten Brennstäbe 12 und der Oberfläche des Kanalkastens 14 ab. Wenn eine Brennelementkassette der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion mit einer Brennelementkassette, wie sie in bekannten Siedewasserreaktionen eingesetzt wird, verglichen wird, ist es am wirksamsten, die Kurzbrennstäbe 20a an den Ecken oder an den (2,2)- Positionen von den Ecken aus zu benutzen. Das Ersetzen wenigstens eines der vier Eckbrennstäbe oder der in der Nähe der Ecke liegenden Brennstäbe durch einen Kurzbrennstab 20 ist auch effektiv im Hinblick auf eine Verbesserung des kritischen thermischen Flusses (kritische Leistung).

Es ist in diesem Fall vorteilhaft, als Kurzbrennstab 20 den beschriebenen Kurzbrennstab 20a mit einem verkürzten oberen Bereich anstelle eines Brennstabes 12 voller Länge zu verwenden. Die Verwendung eines Kurzbrennstabes 20b mit einem verkürzten unteren Bereich erweist sich im Hinblick auf eine Verringerung des Druckverlustes und die Zunahme des Flusses in den umgebenden Teilkanälen als wirksam. Gleicherweise ist die Verwendung eines Kurzbrennstabes 20c mit verkürztem oberen und verkürztem unteren Bereich wirksam im Hinblick auf eine Verbesserung des kritischen thermischen Flusses bzw. der kritischen Leistung.

Bei Verwendung des erwähnten Kurzbrennstabes 20b und des Kurzbrennstabes 20c ist die Brennelementkassette so aufgebaut, daß sie diese Kurzbrennstäbe mittels einer oberen Halteplatte oder eines Abstandsstückes festhält. Da diese Kurzbrennstäbe 20b und 20c nicht durch eine untere Halteplatte abgestützt werden müssen, kann der Druckverlust in den Bereichen der unteren Halteplatte direkt unterhalb den Kurzbrennstäben vermindert werden. Durch diesen Effekt können der kritische thermische Fluß bzw. die kritische Leistung entsprechend verbessert werden. Die Länge der Kurzbrennstäbe soll im Bereich zwischen ½ bis ⅞ der Brennstäbe mit voller Länge liegen.

Die in Fig. 5 dargestellte Brennelementkassette 11 zeigt eine Ausführungsform mit vier kleinen Einheiten 13, die gebildet sind durch Vergrößern der kleinen Einheiten 13 der in Fig. 1 dargestellten Brennelementkassette 11, so daß voneinander verschiedene Formen erhalten werden. Bei dieser Brennelementkassette sind Kurzbrennstäbe 20a jeweils an drei Positionen in der Nähe jeder der Ecken der Brennelementkassette angeordnet.

Die beschriebenen Ausführungsformen sind jeweils als Brennelementkassetten mit neun Reihen und neun Kolonnen von Brennstäben ausgebildet. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Konstruktionen begrenzt.

Die Brennelementkassette 11 nach Fig. 6 stellt eine Ausführungsform dieser Erfindung für einen Siedewasserreaktor dar, bei der die Brennelementkassetten größere Abmessungen als der bekannte Typ aufweist. Bei dieser Brennelementkassette 11 sind innerhalb eines Kanalkastens 14 vierzehn kleine Einheiten 13 aus jeweils drei Reihen und drei Kolonnen von Brennstäben 12 angeordnet sowie etwa in der Mitte zwei Wasserstäbe 15. Da der Kanalkasten 14 bei dieser Brennelementkassette 11 Seitenwände einer großen Länge aufweist, sind stark perforierte Konstruktionselemente 16 vorgesehen, die die gegenüberliegenden Seitenwände verbinden, um zu erreichen, daß die mögliche Ausbeulung des Kanalkastens 14 vermindert wird. Diese Konstruktionselemente 16 brauchen nicht auf der gesamten axialen Länge des Kanalkastens installiert zu sein, sondern können getrennt über mehrere Stücke über einen Teil der Achsrichtung angeordnet sein. Um die Neutronenmenge, die durch die Konstruktionselemente 16 absorbiert werden kann, zu verringern, sollen diese Konstruktionselemente eine große Anzahl Durchgangslöcher besitzen.

Es wird nun eine Brennelementkassette beschrieben, die so aufgebaut ist, daß der Abstand (Breite des inneren Spaltes) zwischen benachbarten kleinen Einheiten 13 innerhalb der Brennelementkassette variiert wird.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Brennelementkassette 11 können die Mittenabstände P₂ und P₃ zwischen zwei benachbarten Brennstäben 12, die zu zwei benachbarten kleinen Einheiten 13 gehören, um so vieles größer sein als der Mittenabstand P₁ zwischen zwei benachbarten Brennstäben 12, die derselben kleinen Einheit 13 angehören, daß z. B. die Beziehung P₃=1,7×P₁ und P₂=1,3×P₁ erfüllt wird.

Fig. 8 vergleicht diese Brennelementkassette 11 mit der bekannten Brennelementkassette 1. Abweichend von der bekannten Brennelementkassette 1, deren Brennstäbe 3 alle mit einem festen Mittenabstand P₀ im Abstand voneinander angeordnet sind, wie dies Fig. 8(a) zeigt, sind die Brennstäbe der Brennelementkassette 11 so im Abstand voneinander angeordnet, daß die Mittenabstände P₂ und P₃ größer als der Abstand P₀ sind und der Mittenabstand P₁ kleiner als P₀ ist.

Bei der Brennelementkassette 11 dieses Aufbaus nimmt das Verhältnis der Absenkung des thermischen Nutzungsfaktors entsprechend zu, wenn der Abstand zwischen benachbarten kleinen Einheiten 13, d. h. das Verhältnis der Weiten W₁, W₂ der inneren, in Fig. 8(b) dargestellten Spalte zur Diffusionslänge der thermischen Neutronen zunimmt.

Im Hinblick auf eine Vergrößerung der Abschalttoleranz nimmt hier dieser Bereich entsprechend zu, wenn das Verhältnis von W₂ und W₁ zunimmt. Die Abschalttoleranz wird verbessert, wenn die Weite W₂ (P₃) erhöht wird auf der Grundlage der Bedingung W₁=0 (P₂=P₁). Der Multiplikationsfaktor während des Betriebszustands nimmt trotzdem geringfügig ab, wenn das Verhältnis W₂ zu W₁ ansteigt.

Es ist deshalb erwünscht, das Verhältnis von W₂ zu W₁ auf eine solche Größe festzusetzen, daß die erforderliche Abschalttoleranz im Hinblick auf den Anreicherungsgrad des Brennstoffes, die Menge an brennbarem Gift, den Reaktivitätswert der Regelstäbe, etc. gewährleistet ist. Dies bedeutet, daß die Abschalttoleranz in gewünschter Weise festgelegt werden kann durch geeignetes Verändern der Abstände zwischen den benachbarten kleinen Einheiten 13 in ihrer relativen Position innerhalb der Brennelementkassette.

Auch Brennelementkassetten 11, bei denen die Abstände zwischen benachbarten kleinen Einheiten 13 in ihrer gegenseitigen Lage innerhalb der Brennelementkassette variiert werden, können auf verschiedene Weise realisiert werden.

Es wird nun ein in einen D-Gitter-Kern einzusetzende Brennelementkassette beschrieben (Fig. 9, 10).

Beim D-Gitter-Kern sind an der Außenseite des Kanalkastens 14 ein weiter Zwischenraum (GW) mit großer Weite, der das Einsetzen eines Regelstabes 16 erlaubt und ein enger Zwischenraum (GN) mit einer kleinen Weite, in den keine Regelstäbe eingesetzt werden sollen, ausgebildet. Die Größe des weiten Zwischenraums ist etwa das zweifache der Größe des engen Zwischenraums. Die Leitung wird deshalb mehr an der Ecke der Seiten des weiten Zwischenraums als an der Ecke der Seiten des engen Zwischenraums ausgegeben. Die an die Zwischenräume angrenzenden Brennstäbe 12 geben eine größere Ausgangsleistung ab, als die nicht an diesen angrenzenden Brennstäbe.

Bei der Brennelementkassette 11 sind deshalb vier kleine Einheiten 13 in einem Kanalkasten 14 derart ausgebildet, daß ein kreuzförmiger innerer Spalt (Spalt für den Siedewasserbereich 18 zwischen den kleinen Einheiten 13) entsteht. Die vier kleinen Einheiten 13 sind jeweils aus Brennstäben 12 in der oben beschriebenen Weise gebildet. Ein Wasserstab (W) 15 mit einem großen Durchmesser, der einer Seite eines Quadrats aus drei Reihen und drei Kolonnen gleich ist, ist gegenüber der Mitte des Kanals versetzt angeordnet. Diese Versetzung geht in Richtung der den engen Zwischenraums (GN) begrenzenden Seiten und von den den weiten Zwischenraum (GW) begrenzenden Seiten weg.

Bei der Brennelementkassette 11 nach Fig. 10 sind ein Wasserstab (W) 15 eines mittleren Querschnitts, der einer Seite eines Quadrats aus zwei Reihen und zwei Kolonnen der Brennstäbe 12 gleich ist sowie fünf Wasserstäbe (W) 15 eines Durchmessers, der dem eines Brennstabes 12 gleich ist, benachbart zur Kreuzungsstelle der kreuzförmig ausgebildeten inneren Spalte 18 angeordnet, der gegenüber der Mitte des Kanals in Richtung zu den beiden an den engen Zwischenraum (GN) angrenzenden Seiten versetzt ist.

Bisher wurden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, bei denen die Brennelementkassetten jeweils neun Reihen und neun Kolonnen aus Brennstäben aufweisen. Wie im folgenden gezeigt wird, kann die Erfindung in ähnlicher Weise ausgeführt werden unter Verwendung von acht Reihen und acht Kolonnen von Brennstäben und es können dieselben Wirkungen erreicht werden wie bei neun Reihen und neun Kolonnen.

Die in den Fig. 11 und 12 dargestellten Brennelementkassetten sind aus acht Reihen und acht Kolonnen von Brennstäben aufgebaut. Bei diesen Ausführungsformen ist der innere Spalt jeweils so ausgebildet, daß die den Seiten des engen Zwischenraums (GN) näher liegenden Seiten des inneren Spalts eine größere Spaltbreite aufweisen als die Seiten, die näher den Seiten des weiten Zwischenraums (GW) liegen.

Bei jeder der Brennelementkassette ist ein Wassersieb (W) 15, dessen Durchmesser gleich der Seite eines Quadrats aus zwei Reihen und zwei Kolonnen von Brennstäben 12 ist, geringfügig gegenüber der Mitte des Kanals in Richtung der Seite des weiten Zwischenraums (GW) versetzt. Bei jeder der Brennelementkassetten ist ein Wasserstab (W) 15 eines großen Durchmessers, der einer Seite eines Quadrats aus drei Reihen und drei Kolonnen von Brennstäben 12 entspricht, gegenüber der Mitte des Kanals in Richtung der Seite des engen Zwischenraumes (GN) versetzt.

Die Brennelementkassette 11 nach Fig. 12 ist aus neun Reihen und neun Kolonnen von Brennstäben aufgebaut. Diese Brennelementkassetten veranschaulichen jeweils eine Ausführungsform, bei der kurze Brennstäbe (P), deren oberer Bereich verkürzt ist, benachbart zu dem inneren Spalt 18 angeordnet sind.

Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit ist es erwünscht, daß der Uranbestand groß ist. Im Hinblick auf die Stabilität des Kerns ist es wichtig, daß die kurzen Brennstäbe (P), die um die innere Spalte 18 angeordnet sind, den Druckverlust im oberen Bereich der Brennelementkassette herabsetzen, da der Druckverlust in diesem Bereich, der dazu bestimmt ist, einen großen Blasenbereich zu bilden, so klein wie möglich sein sollte.

Claims (10)

1. Brennelementkassette (11) für einen Siedewasserreaktor

• a) mit einer Vielzahl von in einem Kanalkasten (14) mit Abstand voneinander in Reihen und auf den Reihen senkrecht stehenden Kolonnen angeordneten zylindrischen Brennstäben (12) und wenigstens einem dazwischen angeordneten Wasserstab (15),

dadurch gekennzeichnet,

• b) daß jeweils eine vorgebbare Anzahl von Brennstäben (12) in Reihen und Kolonnen räumlich jeweils zu einer Einheit (13) zusammengefaßt sind, die durch innere Spalte (18) voneinander getrennt sind, und
• c) eine vorgebbare Anzahl dieser Einheiten (13) im Kanalkasten (14) angeordnet ist,
• d) so daß der Mittenabstand (P₂) zwischen Brennstäben, die an zueinander benachbarten Seiten von benachbarten Einheiten (13) liegen, in vorgebbarer Weise größer ist als der Mittenabstand (P₁) zwischen benachbarten Brennstäben derselben Einheit (13) und
• e) daß wenigstens ein Wasserstab (15) in der Nähe der Mitte einer Gruppe von Einheiten (13) angeordnet ist.

2. Brennelementkassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• f) daß der Mittenabstand (P₂) von Brennstäben (15) zwischen den Einheiten (13) variabel ist.

3. Brennelementkassette nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• g) daß wenigstens einer der Brennstäbe, die jeweils in der Nähe der peripheren Ecken angeordnet sind, ein in der Länge verkürzter Kurzbrennstab (20) ist.

4. Brennelementkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• h) daß an den Rändern der Einheiten (13) Brennstabpositionen frei gelassen sind oder durch Wasserstäbe (15) eingenommen werden.

5. Brennelementkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

• i) bei der die Brennelementkassette in einen sog. D-Gitterkern mit Steuerstäben kreuzförmigen Querschnitts eingesetzt ist, wobei der Steuerstab (16) außerhalb der Brennelementkassette (11) in einem zweiten Zwischenraum (GW) angeordnet ist, wähernd die Zwischenräume ohne Steuerstab (16) enge Zwischenräume (GN) sind, dadurch gekennzeichnet, daß
• j) wenigstens einer der zwischen den Einheiten (13) gebildeten inneren Spalte (18) so angeordnet ist, daß er von der Mitte des Kanalkastens (14) in Richtung zu einer Seite, an der außerhalb der Brennelementkassette (11) ein enger Zwischenraum (GN) vorgesehen ist, versetzt ist.

6. Brennelementkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

• k) bei der die Brennelementkassette in einen sog. D-Gitterkern mit Steuerstäben kreuzförmigen Querschnitts eingesetzt ist, wobei der Steuerstab (16) außerhalb der Brennelementkassette (11) in einem zweiten Zwischenraum (GW) angeordnet ist, während die Zwischenräume ohne Steuerstab (16) enge Zwischenräume (GN) sind, dadurch gekennzeichnet,
• l) daß wenigstens ein Wasserstab (15) so angeordnet ist, daß er von der Mitte des Kanalkastens (14) in Richtung zu einer Seite, an der außerhalb der Brennelementkassette (11) ein enger Zwischenraum (GN) vorgesehen ist, versetzt ist.

7. Brennelementkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

• m1) daß in einer Einheit (13) jeweils drei Reihen und drei Kolonnen von Brennstäben (12) angeordnet sind, oder
• m2) daß in einer Einheit (13) jeweils vier Reihen und vier Kolonnen von Brennstäben (12) angeordnet sind, oder
• m3) daß in einer Einheit (13) jeweils fünf Reihen und fünf Kolonnen von Brennstäben (12) angeordnet sind.

8. Brennelementkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

• n) daß in mindestens einer in der Mitte einer Brennelementkassette (11) angeordneten Einheit (13) ein Wasserstab (15) für sich allein angeordnet ist.

9. Brennelementkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

• o) daß in der Mitte mindestens einer Einheit (13) ein Kurzbrennstab (20) angeordnet ist.