DE3844595C2

DE3844595C2 -

Info

Publication number: DE3844595C2
Application number: DE3844595A
Authority: DE
Inventors: Shunsuke Ogiya; Mamoru Yokohama Kanagawa Jp Nagano; Kouji Zushi Kanagawa Jp Hiraiwa; Hisao Kawasaki Kanagawa Jp Suzuki; Shouichi Ibaraki Jp Watanabe; Makoto Yokohama Kanagawa Jp Ueda
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-08-27
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1991-05-29
Anticipated expiration: 2008-08-24
Also published as: DE3828616A1; US4968479A; DE3828616C2; SE8803006D0; SE8803006L; SE503596C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffkassette für einen Kern reaktor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Brennstoffkassette ist der älteren, nicht-vorveröffentlichten DE-OS 38 24 082 entnehmbar.

Eine Brennstoffanordnung für einen Siedewasser-Reaktor (BWR) besteht aus einem quadratischen Gehäusekasten, in dem eine Mehrzahl von Brennstäben systematisch angeordnet ist, wobei jeder Brennstab eine metallische Hülle aufweist, in der sich Kernbrennstoff befindet. Der Reaktorkern eines BWR besteht aus einer Vielzahl von Zellen, deren jede einen kreuzförmi gen Steuerstab und vier Brennstoffanordnungen aufweist, wel che den Steuerstab umgeben. Die Zellen sind im Kern systema tisch angeordnet. Dies bedeutet, daß jede Brennstoffanordnung und jeder Steuerstab zueinander senkrechte und parallele Ach sen aufweist, wobei ein als Moderator wirkendes Kühlmittel von unten nach oben durch den Reaktor strömt.

Eine Brennstoffanordnung, wie sie üblicherweise verwendet wird, sowie eine Brennstoffanordnung, wie sie in naher Zu kunft wohl verwendet werden wird, und zwar jeweils für einen Siedewasser-Reaktor, sollen nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 13A ist eine perspektivische Darstellung einer Brenn stoffanordnung üblicher Bauart, und Fig. 13B ein schemati scher Vertikalschnitt durch einen Brennstab der Brennstoff anordnung.

Die Brennstoffanordnung von Fig. 13A weist ein - nicht gezeich netes - Wasserrohr, Brennstäbe 2, die durch eine obere Halte platte 4, einen Abstandhalter 5 und eine untere Halteplatte 6 gehaltert sind, und einen Kanalkasten 1 auf, welcher den Au ßenumfang des Wasserrohrs und der fixierten Brennstäbe 2 um gibt. Jeder Brennstoff 2 weist gemäß Fig. 13B eine Schale oder Hülle 7, eine Mehrzahl in der Hülle untergebrachten Brennstoffkugeln 8, eine in einem Gasraum über den Kugeln 8 in der Hülle 7 untergebrachte Feder 9, einen oberen Stopfen 10 zum Abdecken der oberen Öffnung der Hülle 7 und einen unte ren Stopfen 11 zum Verschließen der unteren Öffnung der Hülle 7 auf.

Fig. 14 ist ein Querschnitt durch die in Fig. 13 gezeigte üb liche Brennstoffanordnung, wobei 62 Brennstäbe 2 und zwei Was serrohre 3 in dem Kanalkasten 1 untergebracht sind und die Brennstoffanordnung darstellen. Die Wasserrohre 3 dienen zum Unterdrücken eines Kurzschlusses des als Moderator dienenden Wassers im Inneren der Brennstoffanordnung.

Fig. 15 stellt ebenfalls einen Querschnitt durch eine Brenn stoffanordnung dar, jedoch durch eine solche, die dazu ent wickelt worden ist, die Eigenschaften der Brennstoffanordnung von Fig. 14 zu verbessern. Die Brennstoffanordnung von Fig. 15 weist ein Wasserrohr 12 auf, dessen Durchmesser größer ist als derjenige des Wasserrohrs 3, um so nicht-siedendes Wasser hin durchzulassen.

Die Brennstoffanordnung von Fig. 16 besteht aus neun Unter bündeln 15, deren jedes neun Brennstäbe 2 aufweist. Es ergeben sich vergleichsweise große Spalten 16 zwischen den Unterbün deln 15.

Wie erwähnt bilden sich bei einem Siedewasser-Reaktor im wärmeerzeugenden Bereich Dampfblasen, und diese Blasen be wegen sich nach oben in den oberen Kernbereich. Der Blasen anteil im Siedewasser-Reaktor wird somit zum oberen Bereich des Reaktorkerns hin größer, und die durchschnittliche Dich te des Wassers sinkt. Die Moderator-Eigenschaften bezüglich Neutronen nehmen zum oberen Kernbereich hin ab, und die Spal tungsrate sinkt. In anderen Worten, der Abbrand schreitet im unteren Bereich des Reaktorkerns fort, wohingegen er im oberen Kernbereich verzögert wird. Um diesen Effekt zu vermeiden und damit die Verminderung der Ausgangsleistung im oberen Kernbereich auszuschalten, ist vorgeschlagen worden, den Reaktorkern so zu gestalten, daß die Anreicherung an Spalt nukleiden im Brennstoff im oberen Kernbereich erhöht wird.

Eine solche Auslegung des Reaktorkerns führt jedoch zu einem Anstieg an Reaktivität im oberen Kernbereich, womit der unter kritische Zustand während der Abschaltperiode des Siedewasser- Reaktors abnimmt, was verständlicherweise nicht wünschenswert ist.

Um die Wirtschaftlichkeit des Reaktors zu verbessern, und zwar durch Verlängerung der Betriebsperiode oder Erhöhung der Ab brand-Ausgangsleistung, ist es in der Tat vorteilhaft, die Brennstoffanreicherung zu steigern. Eine Anhebung der Anrei cherung des Brennstoffs führt jedoch im allgemeinen zu einer weiteren Erniedrigung des unterkritischen Zustands während der Reaktor-Abschaltperiode. Ist der Brennstoff stark angerei chert worden, dann besteht die Gefahr, daß der Reaktor während des Betriebs mit niedriger Temperatur nicht gefahrlos abge schaltet werden kann. Dies macht es schwierig, mittels üblicher Brennstoffanordnungen die Betriebszeit des Reaktors zu verlän gern oder die Abbrandleistung zu erhöhen. Dazu kommt, daß bei einer üblichen Brennstoffanordnung das Verhältnis (H/U) der Zahl an Wasserstoffatomen H zur Zahl der Uranatome U so ver teilt ist, daß dieses Verhältnis im oberen Bereich der Brenn stoffanordnung größer und im unteren Bereich der Brennstoff anordnung kleiner ist, verursacht ebenfalls durch die Vertei lung der Dampfblasen während des Reaktorbetriebs. Der mittle re infinitesimale Multiplikationsfaktor im Reaktorkern ist so mit während des Leistungsbetriebs des Reaktors nicht genügend hoch, was ebenfalls bei einem Kernreaktor ein beträchtliches Problem darstellt. Dieses Problem des relativ niedrigen Multi plikationsfaktors wird auch durch die Brennstoffkassette nach der eingangs erwähnten DE-OS 38 24 082 nicht zufriedenstellend gelöst, wobei diese Brennstoffkassette mit ersten und zweiten kurzen Brennstäben versehen ist und die ersten und die zweiten kurzen Brennstäbe die gleiche Anreicherung aufweisen, und zwar eine Anreicherung gleich der mittleren Anreicherung des spalt baren Materials aller Brennstäbe.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine demgegenüber verbesserte Brennstoffkassette zu schaffen, bei welcher die Verteilungskurve des Verhältnisses der Zahl von Wasserstoff atomen zur Zahl der Uranatome über die axiale Aufstrom- und Abstromseite des Reaktorkerns flach gehalten wird, um so den Multiplikationsfaktor zu vergrößern und den Neutronen-Wirkungs grad zu verbessern. Gelöst wird diese Aufgabe durch die kenn zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Gemäß dieser Lösung kann das Verhältnis der Anzahl an Wasser stoffatomen zur Zahl der Uranatome im oberen und unteren Bereich der Brennstoffanordnung so bemessen werden, daß der optimale Wert zur Sicherung der Reaktivität des Reaktors angenähert erreicht wird, verbunden mit einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Brennstoffs während des Reaktor betriebs. Andererseits kann während der Niedertemperatur- Abschalt-Phase des Reaktors die Reaktivität vermindert wer den, um so den Abschalt-Sicherheitsbereich des Reaktors auf rechtzuerhalten.

Bevorzugte Ausführungsformen der Brennstoffanordnung nach der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungs form der Brennstoffanordnung,

Fig. 2A und 2B grafische Darstellungen der Wirkungsweisen der Ausführungsform von Fig. 1.

Fig. 3 und 4 Vertikalschnitte durch weitere Ausführungs formen,

Fig. 5A bis 5D einen Vertikalschnitt bzw. Querschnitte durch eine weitere Ausführungsform,

Fig. 6 in schematischer Darstellung Brennstäbe für die Anordnung von Fig. 5,

Fig. 7 eine grafische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Betriebszeit des Reaktors und der axialen Leistungsverteilung,

Fig. 8 eine grafische Darstellung der örtlichen Lei stungsverteilung beim Auftreten der maximalen Leistungsdichte,

Fig. 9 eine grafische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Reaktor-Betriebszeit und der maximalen Leistungsdichte,

Fig. 10 eine grafische Darstellung des Verhält nisses zwischen der Reaktor-Betriebszeit und der Überschuß-Reaktivität,

Fig. 11A bis 11D einen Vertikalschnitt bzw.Querschnitte des Ausführungsbeispiels,

Fig. 12A bis 12D ein Vertikalschnitt bzw.Querschnitte durch eine weitere Ausführungsform ,

Fig. 13A eine perspektivische Darstellung einer Brennstoffanordnung nach dem Stand der Technik,

Fig. 13B einen Vertikalschnitt durch einen Brennstab der Brennstoffanordnung von Fig. 13A,

Fig. 14 einen Querschnitt durch eine Brennstoff anordnung nach dem Stand der Technik und

Fig. 15 und 16 Querschnitte durch Brennstoffanordnungen, die vor vorliegender Anmeldung von denselben Erfindern entwickelt worden sind.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungs beispiel. Die Brennstoffanordnung dieses Ausführungsbeispiels weist Brennstäbe 21 voller Länge, deren jeder eine Axiallänge im wesentlichen gleich der gesamten axialen Länge der Brenn stoffanordnung hat, erste kurze Brennstäbe 22, die kürzer sind als die langen Brennstäbe 21, und zweite kurze Brenn stäbe 82 auf, die noch kürzer sind als die ersten kurzen Brennstäbe 81. Diese Brennstäbe 21, 81 und 82 sind so ange ordnet, daß sie ein großes Wasserrohr 25 in der Mitte der Brennstoffanordnung umgeben, wobei die unteren Enden der Brennstäbe durch eine untere Halteplatte 18 gehaltert sind.

Durch diese Anordnung der Brennstäbe und des Wasserrohres ist der Kühlmittel-Strömungsbereich im oberen Teil der Brennstoff anordnung größer als in seinem unteren Teil, so daß der Druck verlust des Kühlmittels beträchtlich vermindert werden kann.

Fig. 2 zeigt grafische Darstellungen der axialen Verteilung des Verhältnisses (H/U) der Anzahl der Wasserstoffatome zu der Zahl der Uranatome zwecks Vergleich dieser Ausführungsform mit einer üblichen Ausführungsform. Bei der üblichen Ausführungs form, bei welcher sowohl die Zahl der Brennstäbe als auch der Außendurchmesser des Wasserrohres über die gesamte axiale Rohr länge konstant ist, bewegt sich die H/U-Verteilung (Fig. 2A) im Bereich zwischen etwa 4,0 und 7,0. Bei der Ausführungs form nach der Erfindung dagegen, bei welcher die Zahl der Brennstäbe gegen den oberen Teil der Brennstoffanordnung sich stufenweise vermindert und der Außendurchmesser des Wasser rohres im oberen Teil größer ist, bewegt sich die H/U-Verteilung (Fig. 20B) im Bereich zwischen 4,5 und 6, so daß also die Verteilungskurve im Vergleich mit dem üblichen Beispiel flach ist, womit der durchschnittliche Multiplikationsfaktor des Reaktorkerns groß gemacht werden kann.

Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungs form, die eine Verbesserung der Ausführungsform von Fig. 19 darstellt. Die Brennstoffanordnung dieser Ausführungsform ist axial in einen oberen, einen mittleren und einen unteren Teil unterteilt, wobei deren axialen Längen untereinander im wesentlichen gleich sind. Die ersten kurzen Brennstäbe 83, die in axialer Richtung kürzer sind als die Brennstäbe 21 voller Länge, sind so angeordnet, daß sie sich über den un teren und den mittleren Teil der Brennstoffanordnung er strecken, wohingegen die zweiten kurzen Brennstäbe 84 sich nur im unteren Teil befinden.

Fig. 4 ist ein Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungs form, die eine Modifikation der Ausführungsform von Fig. 3 darstellt. Die Brennstoffanordnung weist dabei eine Brenn stabanordnung von 9×9 (9 Zeilen und 9 Reihen) Brennstäben auf und im Zentrum befindet sich ein Wasserrohr 25, wobei der obere und mittlere Teil des Wasserrohres einen Durchmesser besitzt, der jeweils dem Dreifachen der Brennstoffrohre ent spricht, wohingegen der untere Teil einen Durchmesser in etwa gleich dem Außendurchmesser eines Brennstabes hat. Vier oder acht zweite kurze Brennstäbe 84 sind benachbart dem unteren Teil des Wasserrohres 25 gitterartig angeordnet.

Bei dieser Ausführungsform kann eine erhöhte Zahl von Brennstä ben im unteren Bereich der Brennstoffanordnung angeordnet wer den, so daß die H/U-Verteilung noch flacher wird.

Die Fig. 5A bis 5D stellen ein weiteres Ausführungsbeispiel dar, wobei die Fig. 5A ein Vertikalschnitt ist, die Fig. 5B bis 5D dagegen Querschnitte nach den Linien B-B, C-C und D-D von Fig. 5A darstellen.

Gemäß Fig. 5 weist die Bennstoffanordnung ein großes Wasser rohr 25 mit einem oberen Teil großen Durchmessers und mit ei nem unteren Teil kleinen Durchmessers in der Mitte der Brenn stoffanordnung, Brennstäbe 91 voller Länge, erste kurze Brenn stäbe 94 und zweite kurze Brennstäbe 95 auf, wobei alle diese Brennstäbe das Wasserrohr 25 umgeben.

Die Brennstäbe sind dabei so aufgebaut, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Wie aus den Querschnitten der Fig. 5 er sichtlich ist, weisen die Brennstäbe 91, 92 und 93 obere Teile einer Länge von 2/24 der Gesamtlänge der langen Brenn stäbe und untere Teile einer Länge von 1/24 der Länge der langen Brennstäbe auf, wobei die Brennstoffanreicherung N jedes dieser Teile derjenigen natürlichen Urans entspricht. Die anderen Teile (Hauptteile) dieser Brennstäbe (91, 92 und 93) haben eine gleichmäßige Brennstoffanreicherung H, M bzw. L, wobei die Anreicherungen H, M und L in dieser Reihenfolge abnehmen. Die Anreicherung M entspricht im wesentlichen der mittleren Anreicherung der Brennstoffanordnung. Die Brennstäbe 93 vol ler Länge sind so angeordnet, wie dies aus den Fig. 5B bis 5D zu ersehen ist, befinden sich also an den vier Eckbereichen der Brennstoffanordnung; die acht Brennstäbe 92 voller Länge befinden sich im Umfangsbereich benachbart den Brennstäben 93. Die Brennstoffanordnung weist somit 40 Brennstäbe 93 voller Länge, acht Brennstäbe 92 voller Länge und vier Brennstäbe 93 voller Länge auf.

Die Brennstoffanreicherung der ersten kurzen Brennstäbe 94 entspricht der Anreicherung H der Brennstäbe 91 voller Länge und die Anreicherung der zweiten kurzen Brennstäbe 95 entspricht der Anreicherung L der Brennstäbe 93 voller Länge. Diese kurzen Brennstäbe 94 und 95 haben keine Abdec kungen und der untere Teil jedes Brennstabes 94 bzw. 95 einer Länge von 1/24 der gesamten Länge besteht lediglich aus der Hülle, in die anstelle von Brennstoffpellets ein Ad sorptionsgitter aus einem Spaltproduktgas untergebracht ist. Die acht ersten kurzen Brennstäbe 94 sind symmetrisch ange ordnet, wie dies aus den Fig. 5C und 5D ersichtlich ist, und zwar in den zweiten Teilen von dem Außenumfang der Brennstoff anordnung an gezählt.

Der Brennstab 96 voller Länge beinhaltet eine Brennzone einer Anreicherung M und ein brennbares Gift einer Dichte G. Sein oberer Teil hat eine Länge von 2/24 seiner vollständigen axi alen Länge und sein unterer Teil von 1/24 seiner Gesamtlänge und sie sind mit Brennmaterial einer Anreicherung N versehen, also einer Anreicherung entsprechend natürlichem Uran. Die Brennstäbe 96 voller Länge mit brennbarem Gift sind symmetrisch einander benachbart angeordnet, wie dies aus den Fig. 5B bis 5D hervorgeht.

Mit dieser Ausführungsform sind Untersuchungen unter der Voraus setzung eines durchschnittlichen Abbrands von 38 GWd/t bis 45 GWd/t und einer Betriebszeit von 15 bis 18 Monaten durch geführt worden, und zwar unter Verwendung eines dreidimensio nalen Analysenprogramms, wobei sich die nachfolgend angegebenen Effekte ergaben.

Weil bei dieser Ausführungsform eine geeignete axiale Anreiche rungsverteilung realisiert ist, kann eine axiale flache Aus gangsleistungsverteilung über fast die gesamte Betriebszeit erreicht werden, wie dies aus Fig. 7 hervorgeht. Die örtliche Leistungsspitze ist ausgesprochen niedrig, wie dies Fig. 8 zeigt, mit der Folge, daß die maximale lineare Leistungsdichte beträchtlich vermindert werden kann, und zwar im Vergleich mit einer in üblicher Weise aufgebauten Brennstoffanordnung; darge stellt ist diese Kurve in Fig. 9. Trotz der Tatsache, daß die Dichte des brennbaren Giftes in Axialrichtung im wesentli chen gleichmäßig ist, kann gemäß Fig. 10 ein brauchbarer Ab brand erreicht werden und auch eine genügende Überschußreak tivität.

Diese vorteilhaften Eigenschaften können also bei dieser Aus führungsform mit lediglich drei Arten von Brennmaterialien unterschiedlicher Anreicherung erreicht werden. Außerdem hat die Brennstoffanordnung über die gesamte axiale Länge eine gleichmäßige Anreicherung. Damit können die erwähnten Eigen schaften unter Verwendung von nur sechs Arten von Brennstäben erreicht werden, einschließlich der kurzen Brennstäbe, der Brennstäbe mit brennbarem Gift und dergleichen, womit die Herstellung der Brennstäbe wesentlich vereinfacht und ihre Herstellungskosten gesenkt werden.

Dadurch, daß nur wenige Arten von Brennmaterialien unterschied licher Anreicherung erforderlich sind, ergibt sich, daß der Un terschied zwischen der maximalen Anreicherung und der mitt leren Anreicherung klein ist. Selbst bei einer Ausgestaltung der Brennstoffanordnung mit einem Abbrandgrad von 45 GWd/t und mit einer durchschnittlichen Anreicherung von 4,0 w/o ist es möglich, mit einer Anreicherung unter 5 w/o auszukommen, so daß also die maximale Anreicherung stark begrenzt werden kann.

Fig. 11 zeigt die Anordnung der Brennstäbe nach einer weiteren Ausführungsform und eine Grafik der axialen Verteilung der Anreicherung des Spaltmaterials und des brennbaren Giftes. Die Fig. 11B bis 11D zeigen die Anordnung der Brennstäbe in der Brennstoffanordnung, ähnlich den Fig. 5B bis 5D.

Die Brennstäbe 101, 102 und 103 voller Länge der Brennstoff anordnung dieser Ausführungsform weisen jeweils einen oberen Teil mit einer Länge von 2/24 der axialen Länge der langen Brennstäbe und einen unteren Teil einer Länge von 1/24 dieser Gesamtlänge auf, wobei die Brennstoffanreicherung N dieser Endbereiche der Anreicherung natürlichen Urans entspricht. Die anderen Teile (Hauptbereiche) der Brennstäbe 101, 102 und 103 haben eine gleichmäßige Brennstoffanreicherung H, M bzw. L, wobei die Anreicherungen H, M und L in der angege benen Reihenfolge verringert sind. Die Anreicherung M entspricht im wesentlichen der durchschnittlichen Anreicherung der Brenn stoffanordnung. Die Brennstäbe 103 voller Länge sind so ange ordnet, wie in den Fig. 5B bis 5D zu sehen ist, also an den Viereckbereichen der Brennstoffanordnung. Die acht Brennstäbe 102 voller Länge befinden sich im Unfangsbereich benachbart den Brennstäben 103. Die ersten und zweiten kurzen Brennstäbe 104 und 105 haben alle dieselbe Anreicherung M.

Das brennbare Gift befindet sich in Teilen der Brennstäbe 106 voller Länge und in den zweiten kurzen Brennstäben 107, wobei die Dichte des brennbaren Giftes der Brennstäbe 106 größer ist als diejenige der Brennstäbe 107, wobei der Unterschied 1,0 w/o beträgt. Die Brennstoffanordnung dieser Ausführungsform weist 40 Brennstäbe 101 voller Länge, acht Brennstäbe 102 voller Länge, vier Brennstäbe 103 voller Länge, 12 Brennstäbe 106 mit brennbarem Gift und zwei kurze Brennstäbe 107 mit brennba rem Gift auf.

Bei dieser Ausführungsform ist die Anreicherung der Brennstäbe konstant und im Vergleich mit üblichen Brennstäben mit unter einander unterschiedlichen Dichten des brennbaren Giftes können die Brennstäbe nach der Erfindung sehr leicht hergestellt wer den. Die erreichbaren Effekte und Eigenschaften sind im wesent lichen gleich denjenigen der Ausführungsform nach Fig. 5.

Fig. 12 zeigt die Anordnung der Brennstäbe gemäß einem wei teren Ausführungsbeispiel und eine Grafik zur Darstellung der axialen Verteilung der Anreicherung des Spaltmaterials und des brennbaren Giftes. Die Fig. 12B und 12D zeigen die Anordnung der Brennstäbe in der Brennstoffanordnung, und zwar in ähnlicher Weise wie die Fig. 5B und 5D.

Die Brennstäbe 111, 112 und 113 voller Länge dieser Brenn stoffanordnung weisen obere Bereiche einer Länge von 2/24 der gesamten Länge dieser langen Brennstäbe und untere Bereiche auf,deren Länge 1/24 der gesamten Länge entspricht. Die Brenn stoffanreicherung N dieser Bereiche entspricht derjenigen natürlichen Urans. Die anderen Teile (Hauptteile) der Brenn stäbe 111, 112, 113 haben eine jeweils gleichmäßige Anreiche rung H, M bzw. L, wobei die Anreicherung in dieser Reihenfolge abnimmt. Die Anreicherung M entspricht im wesentlichen der mitt leren Anreicherung der Brennstoffanordnung. Die Brennstäbe 113 voller Länge sind entsprechend den Fig. 12B bis 12D in den vier Eckbereichen der Brennstoffanordnung angeordnet. Acht Brenn stäbe 112 voller Länge befinden sich im Umfangsbereich benach bart den Brennstäben 113 voller Länge.

Die Anreicherung der ersten kurzen Brennstäbe 14 entspricht der mittleren Anreicherung M, also im wesentlichen der durch schnittlichen Anreicherung der gesamten Brennstoffanordnung. Die Anreicherung der zweiten kurzen Brennstäbe 115 entspricht der geringsten Anreicherung bis 11 Minuten. Das brennbare Gift ist in Bereichen der Brennstäbe 116 voller Länge und in den ersten kurzen Brennstäben 117 untergebracht, und zwar mit im wesentlichen gleicher Dichte.

Die Brennstoffanordnung weist 40 Brennstäbe 111 voller Länge, acht Brennstäbe 112 voller Länge, vier Brennstäbe 113 voller Länge, acht erste kurze Brennstäbe 114, vier zweite kurze Brenn stäbe 115, 12 Brennstäbe 116 mit brennbarem Gift und zwei kurze Brennstäbe 117 mit brennbarem Gift auf.

Bei dieser Ausführungsform ist die Verteilung der Anreicherung in zwei Teile unterteilt und die Verteilung des brennbaren Giftes ist zusätzlich hinzugefügt, derart, daß im wesentli chen die gleichen Eigenschaften erreicht werden wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 bzw. 11.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen weisen die Brennstoff anordnungen 9×9 (9 Zeilen und 9 Spalten) von Brennstäben auf, jedoch können diese Ausführungsformen auch bei Brennstoffanord nungen Anwendung finden, die aus einer Vielzahl von Unterbün deln aus jeweils einer Mehrzahl von Brennstäben bestehen. Auch sind Kombinationen möglich.

Claims

1. Brennstoffkassette für einen Kernreaktor

a1) mit einer Vielzahl von aus einer mit Brennmaterial gefüllten Hülle (7) bestehenden Brennstäben (21) in symmetrischer Anordnung,
b1) wobei Brennstäbe (21) voller Länge vorgesehen sind, deren axiale Länge im wesentlichen gleich derjeni gen der Brennstoffkassette ist
c1) mit einem Wasserrohr (25) einer Querschnittsfläche die größer ist als diejenige jedes einzelnen Brenn stabs,
c2) bei dem das Wasserrohr (25 einen oberen Teil (25a) mit größerem Durchmesser und einen unteren Teil (25b) mit demgegenüber kleinerem Durchmesser aufweist,
d1) bei dem zwei Arten von kurzen Brennstäben (81, 83, 94; 82, 84, 95) einer Länge kleiner als die Brennstäbe voller Länge (21) vorgesehen sind,
d2) nämlich erste kurze Brennstäbe (81, 83, 94), deren jeder eine axiale Länge aufweist, die größer ist als diejenige des Wasserrohrbereichs kleineren Durch messers,
d3) und zweite kurze Brennstäbe (82, 84, 95), deren jeder eine axiale Länge kleiner derjenigen des Wasserrohr bereichs kleineren Querschnitts aufweist.
e1) wobei die Brennstoffanordnung axial in einen oberen (E), einen mittleren (F) und einen unteren Bereich (G) unterteilt ist, die im wesentlichen gleiche axi ale Länge besitzen,
c3) wobei die Außendurchmesser derjenigen Bereiche des Wasserrohrs, die sich im oberen und mittleren Brenn stoffanordnungsbereich (E) befinden, größer sind als der Außendurchmesser des Wasserrohrbereichs im unteren Brennstoffanordnungsbereich,
d4) wobei die ersten kurzen Brennstäbe (81, 83, 84) mit spaltbarem Material einer Anreicherung versehen sind, die im wesentlichen gleich der mittleren Anreicherung an spaltbarem Material der Brennstoffanordnung ist,
d5) und wobei die zweiten kurzen Brennstäbe (82, 84, 95) mit spaltbarem Material einer Anreicherung versehen sind, die im wesentlichen gleich der mittleren An reicherung an spaltbarem Material in der Brennstoff anordnung ist,

dadurch gekennzeichnet,

d6) daß die ersten kurzen Brennstäbe (81, 83, 84) mit spaltbarem Material einer Anreicherung versehen sein können, die größer ist als die mittlere Anreicherung an spaltbarem Material der Brennstoffanordnung,
d7) daß die zweiten kurzen Brennstäbe (82, 84, 95) mit spaltbarem Material einer Anreicherung versehen sein können, die kleiner ist als die mittlere Anreicherung an spaltbarem Material in der Brennstoffanordnung,
d8) jedoch ausgenommen den Fall, daß die Anreicherung an spaltbaren Materialien der ersten (81, 83, 94) und zweiten (82, 84, 95) kurzen Brennstäbe gleichzeitig der mittleren Anreicherung an spaltbarem Material in der Brennstoffanordnung gleich ist.

2. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die ersten kurzen Brennstäbe (81, 83, 94) im mittleren und unteren Bereich der Brennstoffanordnung angeordnet sind und daß die zweiten kurzen Brennstäbe (82, 84, 95) eine axiale Länge haben, die kleiner ist als diejenige der ersten kurzen Brennstäbe (81, 83, 94), wobei die zweiten kurzen Brenn stäbe (82, 84, 95) im unteren Bereich der Brennstoffanordnung vorgesehen sind.