DE4014861A1

DE4014861A1 - Brennstoffanordnung fuer einen kernreaktor

Info

Publication number: DE4014861A1
Application number: DE4014861A
Authority: DE
Inventors: Shunsuke Ogiya; Toru Yamamoto; Katsumasa Haikawa; Akira Nishimura
Original assignee: Toshiba Corp; Hitachi Ltd; General Electric Co
Current assignee: Toshiba Corp; Hitachi Ltd; General Electric Co
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1990-12-20
Also published as: US5198186A; SE9001678D0; SE505682C2; SE9001678L; JPH02296192A; DE4014861C2; JPH07101237B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffanordnung für einen Siedewasserreaktor, nachfolgend kurz Reaktor genannt, sowie den Kern eines Reaktors, der mit Brennstoffanordnungen be laden ist.

Ziel der Erfindung ist es eine bezüglich ihrer Wirtschaftlich keit verbesserte Brennstoffanordnung mit hohem Grad des Ab brands sowie einen entsprechenden Reaktorkern zu schaffen. Um eine wirtschaftliche Verbesserung einer Kernkraftanlage zu erreichen, ist es wirkungsvoll, den Wirkungsgrad der An lage dadurch zu verbessern, daß die Betriebsdauer gesteigert und gleichzeitig die Kosten des Brennstoffs pro Operations zyklus zu vermindern, letzeres durch Steigerung des Abbrand- Grades des Brennstoffs.

Um den Grad des Abbrands zu steigern sind verschiedene Methoden der Anreicherung vorgeschlagen worden, jedoch führen diese zu einer Verhärtung des Neutronenspektrums, mit dem Ergebnis des Auftretens folgender Phänomene:

1) der Absolutwert des Dampfblasenkoeffizienten steigt an;
2) der Grad der Reaktion im Kern steigt bei niedriger Temperatur an;
3) das Steuervermögen brennbarer Gifte, wie etwa Gado linium, nimmt ab.

Daraus folgt, daß die Gefahr besteht, daß nicht nur der thermi sche Bereich, sondern auch der Abschaltbereich kleiner wird.

Im Fall der Erreichung eines hohen Grades an Brennstoff-Ab brand durch bloßes Erhöhen der Anreicherung steigen die Kosten des natürlichen Urans für die Herstellung des Brennstoffs, so daß sich eine Kostensteigerung bezüglich der Urananreiche rung ergibt. Die Folge ist, daß durch die Erhöhung des Abbrands die Brennstoffkosten pro Betriebszyklus ansteigen.

Mit der Erfindung wird nun ein Brennstoff geschaffen, der einen sehr wirtschaftlichen besonderen Abbrand zeigt, womit die mit dem Ablauf im Kern verbundenen Probleme gelöst werden, und zwar durch eine starke Steigerung des Abbrands bei gleichzeitiger möglichst starker Abnahme der Anreicherung.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe und damit zur Schaffung eines sehr wirtschaftlichen Brennstoffs greift die Erfindung zu fol genden Möglichkeiten:

1) eine positive Nutzung der Ausgangsleistungsspitze,
2) eine Verminderung der zurückbleibenden Menge an Gadolinium und
3) eine Verbesserung des Verhältnisses zwischen Wasser und Uran.

Die Verwendung der Ausgangsleistungsspitze basiert gemäß der Erfindung auf dem Prinzip, daß, vom Standpunkt der Kernfluß verteilung im Kern oder der Brennstoffanordnung, die Menge an U-235 im Bereich hohen Neutronenflusses gesteigert wird, wohingegen U-235 im Bereich niedrigen Neutronenflusses mengen mäßig vermindert wird, womit sich der Wirkungskoeffizient der thermischen Neutronen erhöht, so daß die Ausgangsspitzenleistung ansteigt, während der Grad der Reaktion im Kern verbessert ist.

Die Verminderung des zurückbleibenden Gadoliniums bedeutet, daß, weil der Abbrand von Gadolinium am unteren Ende des Kerns und insbesondere im oberen Teil des Kerns, wo das Neutronenspektrum harrt und die Blasenkonzentration hoch ist, langsam ist, in die sen Bereichen die Konzentration an Gadolinium von Anfang an niedrig gehalten wird, so daß die Menge an zurückbleibendem unverbranntem Gadolinium so niedrig wie möglich gehalten wird.

Die Verbesserung des Verhältnisses zwischen Wasser und Uran bedeutet, daß das Verhältnis zwischen Wasser und Uran erhöht wird, wobei der Wirkungskoeffizient der thermischen Neutronen und folglich der Grad der Reaktion gesteigert werden kann. Durch diese Maßnahmen kann ein starker Abbrand erreicht werden, und zwar mit einem minimalen Anstieg der Konzentration.

Nachfolgend sollen nun die Merkmale der Erfindung im einzelnen erläutert werden.

1. Die Brennstoffanordnung

Die Brennstoffanordnung nach der Erfindung wird gemäß der folgenden Lehre aufgebaut:

1) Verwendung eines Wasserrohrs großen Durchmessers

Bei dieser Brennstoffanordnung befindet sich das Wasserrohr im zentralen Teil der Brennstoffanordnung und beansprucht einen vergleichsweise großen Raum, gleich dem Raum einer Mehr zahl von Brennstäben, beispielsweise dem Raum von vier Brenn stäben, und das nicht-siedende Wasser fließt durch die Wasser rohre. Ein Querschnitt durch ein übliches Wasserrohr ist in Fig. 18 gezeigt, wobei die Querschnittsfläche des Wasserrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung etwa dreimal so groß ist wie diejenige eines üblichen Wasserrohrs.

Infolge der Gestalt der erfindungsgemäßen Brennstoffanordnung erhöht sich das Wasser-Brennstoff-Verhältnis um mehr als das Zehnfache gegenüber einer üblichen Brennstoffanordnung, so daß das Neutronenspektrum weicher wird, wodurch sich die fol genden Vorteile ergeben:

der Absolutwert des Blasenkoeffizienten ist erhöht,
der Reaktionsgrad im Kern bei niedriger Temperatur ist erhöht, und
der Effekt der Abnahme des Reaktionssteuervermögens der brennbaren Gifte, etwa des Gadoliniums, wird vermieden, so daß die Degradation des thermischen Bereichs und des Abschaltbereichs ausgeschaltet sind.

Weil das Verhältnis zwischen Wasser und Uran auf mehr als das Zehnfache einer üblichen Brennstoffanordnung erhöht ist, wird zugleich der Reaktionsgrad des Brennstoffs verbessert.

2) Konzentrationsverteilung in Axialrichtung

Der Neutronenfluß ist am oberen und unteren Ende des Kerns kleiner als im Mittelbereich des Kerns. Deshalb wird am oberen und un teren Ende der Brennstoffanordnung natürliches Uran vorgesehen, so daß die Konzentration des Brennstoffs im Mittelbereich der Anordnung verbessert werden kann. Die Folge ist, daß die Menge der Neutronen, die in Vertikalrichtung des Kerns entweichen, vermindert und der Wirkungsgrad der thermischen Neutronen ver bessert wird. Der Reaktionsgrad im Kern wird somit verbessert.

Das Verhältnis zwischen der Länge der Bereiche natürlichen Urans am oberen und unteren Ende der Brennstoffanordnung ist in Fig. 15 dargestellt. Durch die Kombination der Leistungsspitze in radia ler Richtung mit der lokalen Leistungsspitze genügt die Leistungs spitze in axialer Richtung der Betriebsgrenze für die lineare Wärmeabgabe und der Koeffizient eines wirtschaftlichen Betriebs ist dann gesättigt, wenn das Verhältnis (1/1) zu (2/1) wird, so daß jeder Knoten am oberen und unteren Ende aus natürlichem Uran besteht.

Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffanordnung besteht der Anreicherungsbereich, außer dem Bereich mit natürlichem Uran, aus einem unteren, einem mittleren und einem oberen Abschnitt, abhängig vom Grad einer bereichsmäßigen mittleren Anreicherung und dem Grad der Anhebung der mittleren Anreicherung im Mittel bereich über die Anreicherung in den anderen Bereichen.

Wenn die bereichsmäßige mittlere Anreicherung im Zwischenbe reich über die Anreicherung im unteren Bereich angehoben wird, dann kann die Ausgangsverteilung des Brennstoffs in axialer Richtung geglättet werden, der Anstieg der Leistungsspitze in folge des Anstiegs der Fehlanpassung der Ausgänge der Brennstoff anordnungen und des Ausgangsspitzenbereichs werden dazu heran gezogen, andere Wirtschaftlichkeitsfaktoren durch Leistungs spitzen zu verbessern. Beispielsweise ist die Glättung der Aus gangsleistungsverteilung in axialer Richtung in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 5 82 987 offenbart.

Der obere Bereich niedriger Anreicherung dient der Verbesserung des Abschalt-Sicherheitsbereichs des Reaktors. Wenn nämlich die niedrige Betriebstemperatur den Abschalt-Sicherheitsbereich des Reaktors auf ein Minimum herabsetzt, dann steigt der Neutronen fluß gesehen in Axialrichtung im oberen Bereich, wenn aber der Anreicherungsgrad in diesem Bereich erniedrigt ist, dann nimmt auch der Reaktionsgrad im Kern ab, so daß der Reaktionsgrad im Kern sich vermindern läßt und folglich eine Verbesserung des Abschalt-Sicherheitsbereichs des Reaktors erreicht wird.

3) Verteilung des Anreicherungsgrades in axialer Richtung

Die Verteilung der Neutronen in der Brennstoffanordnung neigt dazu, in demjenigen Bereich anzusteigen, welcher dem Kanalkasten zugewandt ist, und zwar aufgrund der Existenz von Wasser außerhalb des Kanalkastens. Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffanordnung ist der Wirkungsgrad der Neutronen durch Erhöhung des Anreicherungs grades der dem Kanalkasten zugewandten Brennstäbe verbessert, wo durch sich der Wirkungsgrad der Neutronen erhöht und folglich der Reaktionsgrad der Brennstoffanordnung.

4) Verteilung des brennbaren Gifts in Axialrichtung

Bei einem Siedewasserreaktor wird zur Steuerung des Reaktions grades im Kern meist brennbares Gift den Brennstäben hinzugefügt.

Gemäß der Erfindung besteht die Verteilung des brennbaren Gifts in den Brennstäben aus vier oder fünf Bereichen in axialer Rich tung der Brennstoffanordnung. Wie oben unter 2) erläutert wor den ist, erfolgt die Verteilung des Anreicherungsgrades in axialer Richtung derart, daß die oberen und unteren Endbereiche der Brenn stäbe mit natürlichem Uran beschickt sind, jedoch kein brennbares Gift enthalten. Abgesehen von diesen beiden Endbereichen wird der andere Bereich der Brennstäbe in einen oberen, mittleren und unteren Bereich unterteilt, die einen niedrigeren Anreiche rungsgrad, einen mittleren Anreicherungsgrad bzw. einen höheren Anreicherungsgrad aufweisen. Der Abfluß an Neutronen erfolgt in dem oberen und und unteren, mit natürlichem Uran beschickten Bereich. Die Folge ist, daß bei der Brennstoffanordnung nach der Erfindung, bei der sich in den beiden erwähnten Endberei chen kein brennbares Gift befindet, der Leistungsausgang niedrig ist. Somit wird bei dieser Anordnung ohne brennbares Gift im oberen und unteren Endbereich die Möglichkeit geschaffen, den Reaktionsverlust infolge unverbrannten Gifts zu minimieren.

Weiterhin ist im oberen Teil des Kerns die Dampfblasenwirksam keit hoch und das Neutronenspektrum hart, so daß der Gadolinium- Abbrand langsam verläuft. Bei der Erfindung jedoch ist die Kon zentration an brennbarem Gift in diesem oberen Teil des Kerns gering, so daß der Reaktionsverlust infolge unverbrannten Gifts im oberen Endbereich vermindert ist. Das Verhältnis zwischen der Länge des Bereichs mit niedriger Giftkonzentration und der wirt schaftlichen Verbesserung ist in Fig. 16 dargestellt. Wenn die Länge des Abschnitts niedriger Giftkonzentration ver größert wird, dann steigt die Wirtschaftlichkeit, jedoch ergibt sich eine graduelle Sättigung der Wirtschaftlichkeit und wenn der Wert über 3 steigt, dann nimmt die Steilheit des Wirtschaftlichkeitsanstiegs wieder ab. Die Punkte 3 bis 5 haben somit niedrige Konzentrationen. Die Konzentration des brennbaren Gifts wird im unteren Bereich höher gewählt als im mittleren Bereich, so daß die Verteilung der Ausgangs leistung in axialer Richtung geglättet, also flach gehalten wird. Der Anstieg der Ausgangsleistungspitze infolge des An stiegs der Ausgangs-Fehlanpassung zwischen den Brennstoffan ordnungen infolge des hohen Abbrand-Grades kann somit vermindert werden und darüber hinaus wird der Bereich der Ausgangsleistungs spitze dazu herangezogen, andere Wirtschaftlichkeitsfaktoren zu verbessern. Wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 58 23 913 offenbart, kann zur Glättung der axialen Ausgangs verteilung infolge der Giftverteilung die Verteilung so vor genommen werden, daß die Menge an brennbarem Gift im unteren Bereich der Anordnung höher ist als im höheren Bereich.

Die Verteilung des brennbaren Gifts im Brennstab wird, wie er wähnt, in axialer Richtung in fünf Abschnitten vorgenommen.

In einigen Fällen wird die Konzentration des brennbaren Gifts im mittleren Bereich gleich der Konzentration im unteren Be reich gemacht. Damit ergibt sich dann, daß bei einer Temperatur, bei welcher der Abschalt-Sicherheitsbereich des Reaktors zu einem Minimum wird eine Verbesserung des Abschalt-Sicherheits bereichs erreicht werden kann, und zwar durch Abnahme des Ab brand-Grads der Brennstoffanordnung im oberen Bereich des Kerns, in welchem der Neutronenfluß ansteigt.

Weiterhin gibt es Fälle, bei denen die Wirtschaftlichkeit eines Brennstabs verbessert werden kann, bei welchem nur ein Teil oder der gesamte obere und mittlere Bereich das brennbare Gift enthalten.

Weil bei einem solchen Brennstab, wie oben erläutert, der Reak tionsgrad im unteren Bereich des Brennstabs von der ursprüngli chen Zyklusperiode zum mittleren Zyklus ansteigt, ergibt sich von der ursprünglichen Zyklus-Zeitspanne zur mittleren Zyklus- Zeitspanne in der axialen Ausgangsverteilung, daß der untere Abschnitt eine Spitze erreicht und der mittlere Blasenwirkungs grad im Kern hoch wird, so daß das Neutronenspektrum hart wird und der Kernreaktionsgrad, der Pn speichern kann, ansteigt. Weil das brennbare Gift am Ende des Zyklus vollständig verbrannt ist, erfolgt der Abbrand im unteren Bereich von der ersten Zeitspanne des Zyklus zur mittleren Zeitspanne des Zyklus und die oben beschriebene Verteilung der Konzentration ist so, daß die Konzentration im oberen Bereich höher ist als im unteren Be reich, womit der obere Bereich seine Verteilungsspitze in axia ler Richtung erreicht. Infolge des Effekts der beschriebenen Brenn stäbe wird der Reaktionsgrad des Kerns bei niedriger Temperatur abgesenkt, so daß der Abschalt-Sicherheitsbereich des Reaktors verbessert wird.

Die Fig. 13(a), 13(b), 13(c) und 13(d) zeigen die Verteilungen der Konzentration in Axialrichtung der Brennstoffanordnung und die Verteilungen des brennbaren Gifts im Brennstab gemäß der Erfindung. Fig. 16(a) zeigt die Verteilung der mittleren An reicherung über einen Querschnitt der Anordnung und (ii) sowie (iii) zeigen die Verteilungen der Brennstäbe, welche brennbares Gift enthalten.

2. Der Kern des Kernreaktors

In dem mit Brennstoffanordnungen der beschriebenen Art bestückten Kernreaktor schafft die Erfindung einen sehr wirtschaftlichen Reaktor, wie die Brennstoffanordnungen selbst, wobei sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Kernkraft infolge der Verminderung der Inspektions-und Wartungszeit er gibt.

1) Anbringung des Brennstoffs mit hohem Abbrand um den Außenumfang des Kerns

Bei dem erfindungsgemäßen Kernreaktor wird das im mittleren Bereich des Reaktors befindliche, bereits in gewissem Umfang ausgebrannte Brennstoffmaterial um den Außenumfang des Kerns herum angeordnet und neuer Brennstoff sowie Brennstoff, der nur zu einem geringeren Maß ausgebrannt ist, wird im Mittel bereich des Reaktorkerns untergebracht. Daraus folgt, daß die Menge an U-235 im Mittelbereich des Kerns erhöht wird, in wel chem der Neutronenfluß hoch ist. Darüber hinaus wird der Neu tronenverlust nach außen auf ein Minimum herabgesetzt. Der Abbrand-Grad im Kern wird gesteigert. Fig. 17 zeigt das Ver hältnis zwischen der Ausgangsspitzenleistung gemäß der obigen Brennstoffanordnung und dem Wirtschaftlichkeitseffekt des Brennstoffs.

2) Zwei Arten der Beladung mit brennbarem Gift

Der Brennstoff für den Kernreaktor enthält gemäß der Erfindung die oben erwähnten beiden Arten von Brennstoffanordnungen, die unterschiedliche Mengen an brennbarem Gift enthalten. Bei neuem Brennstoff wird der Brennstoff mit weniger brennbarem Gift um den Umfang des Kerns herum angeordnet, wohingegen der Brenn stoff mit mehr brennbarem Gift im Mittelbereich des Reaktor kerns untergebracht wird. Im Vergleich mit dem mittleren Bereich des Kerns ist die Ausgangsleistung vergleichsweise niedriger, so daß der Abbrand des brennbaren Gifts langsam verläuft. Ge mäß der erfindungsgemäßen Beladung mit neuem Brennstoff kann am Ende des Betriebszyklus die Menge an brennbarem Gift, die nicht verbrannt ist, vermindert werden und der Reaktionsgrad im Kern wird damit verbessert.

Während des Betriebs des erfindungsgemäßen Reaktors wird die Überschuß-Reaktivität, wenn Brennstoffe mit unterschiedlicher Menge an brennbarem Gift vorgesehen werden und der Unterschied im Reaktionsgrad bis zum vollständigen Abbrand des Gifts dazu verwendet, das Verhältnis bezüglich der Beladung mit neuem Brennstoff zu verbessern und damit dem Abbrand im Kern einzu stellen. Die Einstellung des Abbrands im Kern durch Veränderung des Betriebs kann somit leicht durchgeführt werden.

Die Überschußreaktivität zur Einstellung der Steuerstäbe während des Betriebs kann in geeigneter Weise bemessen werden. Zusätz lich kann die Zahl der während des Betriebs verwendeten Steuer stäbe minimiert werden, so daß die Zahl der zu ersetzenden Steuerstäbe minimierbar ist.

3) Beladen der Steuerzelle und Minimierung der Brenn stoffverschiebung

Bei dem erfindungsgemäßen Kernreaktor ist der während des Be triebs in den Bereich nahe den Steuerstäben eingesetzte Brenn stoff ein Brennstoff, dessen Abbrand bereits in einem gewissen Ausmaß fortgeschritten ist, wie später noch bei Erläuterung der Steuerzelle erklärt werden wird.

Bei einer Kernkraftanlage wird ein Teil des Brennstoffs im allgemeinen durch neuen Brennstoff bei jeder Inspektion oder Wartung ersetzt. In diesem Fall wird der Transfer des zu er setzenden Brennstoffs gleichzeitig durchgeführt, was nachfolgend als Brennstoffverschiebung bezeichnet wird. Beim Reaktor nach der Erfindung wird eine solche Brennstoffverschiebung, außer be züglich der Steuerzellen und des Brennstoffs am Außenumfang des Kerns, nicht durchgeführt. Damit wird während der Inspektion und Wartung die zum Verschieben des Brennstoffs erforderliche Zeit beträchtlich verkürzt, so daß also die Inspektionen und Wartungen schneller durchgeführt werden können.

Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Aus führungsform einer Brennstoffanordnung zum Einbau in einen Siedewasserreaktor,

Fig. 2 eine Ansicht zur Erläuterung des Anreicherungs grades der die Brennstoffanordnung bildenden Brennstäbe und der Verteilung des Gadoliniums,

Fig. 3, 5, 7, 9 und 11 Querschnitte durch weitere Ausführungs formen der Brennstoffanordnung,

Fig. 4, 6, 8, 10 und 12 Ansichten zur Erläuterung des Anreicherungs grades und der Verteilung des Gadoliniums in den Brennstäben nach den Fig. 3, 5, 7, 9 und 11,

Fig. 13(a), (b), (c) und (d) Ansichten zur Erläuterung des Konzepts der Anreicherung der Brennstoffanordnung und der Verteilung des Gadoliniums, wobei (i) die Verteilung der mittleren Anreicherung über einen Querschnitt der Anordnung und (ii) sowie (iii) die Verteilungen der Gifte in den Gifte enthaltenden Brennstäben zeigen,

Fig. 14 einen Querschnitt durch den vierten Teil des Kerns eines Siedewasserreaktors nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung,

Fig. 15 eine Darstellung des Verhältnisses zwischen der Steigerung der Ausgangsleistungsspitze an einem Längenpunkt in Axialrichtung von natürlichem Uran und dem Grad der Brenn stoff-Wirtschaftlichkeitsverbesserung,

Fig. 16 eine Ansicht zur Darstellung des Verhält nisses zwischen der axialen Länge des Be reichs niedriger Gadolinium-Konzentration,

Fig. 17 eine Ansicht zur Darstellung des Verhält nisses zwischen der Anordnung der Brenn stoffanordnung mit hohem Abbrand und der Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsverbesserung, und

Fig. 18 einen Querschnitt durch ein Beispiel einer bekannten Brennstoffanordnung.

Zunächst soll eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an hand der Fig. 1 und 2 erläutert werden. Eine mit 18 bezeichnete Brennstoffanordnung nach der Erfindung weist Brennstäbe 19, einen Kanalkasten 20, ein Wasserrohr 10 und nicht-gezeichnete obere und untere Befestigungsplatten auf. Die oberen und unteren Enden der Brennstäbe 19 und das Wasserrohr 10 sind an den oberen und unteren Befestigungsplatten gehaltert. Eine Vielzahl von Abstandhaltern ist in Axialrichtung der Brennstäbe 19 so angeordnet, daß die Entfernung zwischen jedem Brennstab und dem Wasserrohr 10 in geeigneter Weise aufrechterhalten wird. Der Kanalkasten 20 ist an der oberen Befestigungsplatte ge haltert und umgibt den Außenumfang des Bündels aus von den Abstandhaltern gehaltenen Brennstäben 19. Der Kanalhalter ist an der oberen Befestigungsplatte angebracht und eine Steuer platte 21 ist nahe des Kanalkastens 20 eingesetzt.

Ein Brennstab 19 besteht aus einem Umkleidungsrohr, das mit einer Vielzahl von Brennstoff-Pellets gefüllt ist, wobei das obere und das untere Rohrende mittels eines oberen bzw. un teren Stopfens dicht verschlossen ist. Ein Brennstoff-Pellet besteht aus UO₂ das die Brennsubstanz darstellt und U²³⁵ ent hält, das ein Spaltungsmaterial ist. Eine Feder ist in den Gasraum eingesetzt, um die Brennstoff-Pellets nach unten zu drücken.

Das Wasserrohr 10 besteht aus einer Hülle, im wesentlichen ähnlich derjenigen der Brennstäbe 19 und weist Durchbohrungen auf, die sich durch die Umfangswand der Hülle an deren oberem und unterem Endbereich erstrecken (nicht dargestellt), so daß Kühlmedium zum Verhindern des Siedens des Wassers innerhalb der Hülle durch die Hülle hindurchfließen kann.

Die Steuerplatte 21 hat die Form eines Kreuzes und ist in den Reaktorkern so eingesetzt, daß sie jeweils vier Brennstoff anordnungen steuert. Üblicherweise können zwei Arten derarti ger Reaktorkerne unterschieden werden. Bei der einen Art (D-Schichtkern) ist die Breite des Wasserspalts, der sich an der Seite der Umfangswand befindet, welche der Steuerplatte zugewandt ist, größer als die Breite des Wasserspalts an der jenigen Seite der Umfangswand, an der sich keine Steuerplatte befindet. Bei der anderen Art (C-Schichtkern) ist die Breite des Wasserspalts an der Seite der Umfangswand der Brennstoff anordnung, die der Steuerplatte zugewandt ist, gleich der Breite des Wasserspalts an der Seite der Umfangswand der Brennstoffanordnung, die keiner Steuerplatte zugewandt ist.

Bei der Brennstoffanordnung nach der Erfindung handelt es sich um eine Anordnung, die in einen C-Schichtkern eingesetzt ist. Wie es sich am besten aus Fig. 1 ergibt, weist die Brennstoff anordnung 18 sieben Arten von Brennstäben 11 bis 17 auf, die gemäß Fig. 1 in dem Kanalkasten 20 untergebracht sind. Bei dieser Ausführungsform weist das Wasserrohr einen großen Durch messer auf, d.h., beansprucht so viel Raum, daß in diesen Raum Brennstäbe eingesetzt werden können; das Wasserrohr be findet sich im Mittelpunkt der Anordnung. Die Folge ist, daß das Verhältnis zwischen Wasser und Brennstoff höher wird im Vergleich mit einer üblichen Brennstoffanordnung, so daß die Degradation der Kerneigenschaften infolge der hohen Abbrand geschwindigkeit vermieden und gleichzeitig die Reaktivität verbessert werden kann.

Jeder der Brennstäbe 11 bis 17 ist mit einem Bereich versehen der mit Brennstoff-Pellets gefüllt ist, die aus natürlichem Uran bestehen und sich am oberen und unteren Endbereich des jenigen Bereichs befinden, der mit dem Brennmaterial gefüllt ist; nachfolgend werden diese mit natürlichem Uran gefüllten Bereiche als "Lagerbereiche aus natürlichem Uran" bezeichnet. Die Länge (nachfolgend als effektive Länge H des Brennstoffs bezeichnet) in Axialrichtung jedes Lagerbereichs aus natürlichem Uran ist gleich 1/24 der axialen Länge des mit dem eigentlichen Brenn stoff gefüllten Bereichs, und zwar vom oberen bis zum unteren Ende. Bei dieser Ausführungsform, wie in Fig. 15 gezeigt, be trägt die axiale Länge des Lagerbereichs aus natürlichem Uran 1/24 der effektiven Länge H, so daß die Wirtschaftlichkeit des Brennstoffs wesentlich verbessert ist. Der mit dem eigentlichen Brennstoff gefüllte Bereich ist ein Bereich, der mit Brennstoff- Pellets angefüllt ist und die axialen Längen der mit dem Brenn stoff gefüllten Bereiche des Brennstoffs ist gleich.

Im Fall der Brennstäbe 11 bis 17 stellt 1/24 bis 23/24 des Bereichs der Länge H, von unten an gerechnet, einen Bereich an angereichertem Uran dar, also einen mit angereichertem Uran angefüllten Bereich. Wie es sich am besten aus Fig. 2 ergibt, haben bei den Brennstäben 11, 13, 16 und 17 die angereicherten Uran-Bereiche eine in Axialrichtung gleich mäßige Anreicherung, wohingegen die Brennstäbe 12, 14 und 15 drei Bereiche aufweisen, in denen jeweils der Anreicherungs grad in Axialrichtung unterschiedlich ist. Der Anreicherungs grad in dem Anreicherungsbereich jedes Brennstabs ergibt sich folgendermaßen:

a) 4,3 Gewichtsprozent im Brennstab 11, und
b) 3,3 Gewichtsprozent in den Brennstäben 13, 16 und 17.

Im Fall des Brennstabs 12 weist 1/24 bis 10/24 der effektiven Brennstofflänge H, gemessen vom unteren Ende des mit Brennstoff gefüllten Bereichs an, einen Anreicherungsgrad von 3,3 Gewichts prozent auf, 10/24 bis 20/24 der effektiven Länge H eine Konzen tration von 3,8 Gewichtsprozent und 20/24 bis 23/24 der effektiven Länge H eine Anreicherung von 3,3 Gewichtsprozent. In ähnlicher Weise weist der Brennstab 14 2,9 Gewichtsprozent, 3,3 Gewichts prozent und 2,9 Gewichtsprozent und der Brennstab 15 in ähnlicher Weise 2,1 Gewichtsprozent, 2,5 Gewichtsprozent und 2,1 Gewichts prozent auf. Die Brennstoff-Pellets in dem Bereich angereicherten Uraniums des Brennstabs 16 enthalten Gadolinium, das ein Gift ist. Bezüglich der Konzentration in axialer Richtung des Bereichs mit angereichertem Uranium hat 1/24 bis 10/24 der effektiven Länge H eine Konzentration von 5,0 Gewichtsprozent, 10/24 bis 20/24 der effektiven Länge eine Konzentration von 4,0 Gewichtsprozent und 20/24 bis 23/24 eine Konzentration von 3,0 Gewichtsprozent. Im Fall des Brennstabs 17 hat 1/24 bis 20/24 der effektiven Länge, gemessen vom untersten Ende des mit Brennstoff gefüllten Bereichs, eine Konzentration von 4,0 Gewichtsprozent und 20/24 bis 23/24 der effektiven Länge H eine Konzentration von 3,0 Gewichtsprozent. Die Brennstäbe 11 bis 15 enthalten kein Gado linium.

Wenn die Brennstäbe 11 bis 17 mit den oben angegebenen axialen Konzentrationsverteilungen so angeordnet werden, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, dann ergeben sich über einem bestimmten Querschnitt der axialen effektiven Länge mittlere Konzentratio nen folgender Größen. Im Bereich 1/24 bis 10/24 der effektiven Länge, gemessen vom untersten Ende des mit Brennstoff gefüll ten Materials, also im untersten angereicherten Bereich, be trägt die mittlere Anreicherung 3,44 Gewichtsprozent, im Be reich 10/24 bis 20/24 der effektiven Länge H 3,64 Gewichts prozent und schließlich im Bereich 20/24 bis 23/24 der effek tiven Länge H, also im obersten Bereich des Bereichs mit ange reichertem Uranium 3,44 Gewichtsprozent.

Im Fall der Brennstoffanordnung 18 enthalten die Uran-Lager bereiche am oberen und unteren Ende der mit Brennstoff gefüll ten Bereiche 0,71 Gewichtsprozent U²³⁵.

Gemäß der Erfindung ist in der Brennstoffanordnung 18 die mitt lere Anreicherung über einen Querschnitt im untersten Bereich des mit Uran angereicherten Bereiches niedriger als die mitt lere Anreicherung über einen Querschnitt durch den mittleren Bereich, wobei die Differenz im Anreicherungsgrad zwischen die sen Bereichen etwa 0,2 Gewichtsprozent beträgt.

Je höher der Kern des Siedewasserreaktors ist, um so mehr steigt die Zahl an Dampfblasen. Die niedrige Dichte des Was sers, das einen Neutronenmodulator darstellt, wird im oberen Teil des Kerns verringert. Wenn nun die Brennstoffanordnung, deren Grad der Anreicherung in Axialrichtung gleichmäßig ist, in den Kern eingebracht wird, dann ergibt sich die Tendenz, daß eine Verteilung der unteren Störung auftritt, wobei das Ausgangsmaximum im unteren Teil der Brennstoffanordnung auftritt. Daraus folgt, daß, wie oben erläutert, der Anreicherungsgrad im oberen Teil der Anordnung höher ist als im unteren Teil der Anordnung, so daß die Ausgangsverteilung in Axialrichtung der Brennstoffanordnung flachgehalten werden kann. Bei der Brennstoffanordnung 18 dieser Ausführungsform beträgt die Differenz der mittleren Anreicherung zwischen mittlerem und oberem Bereich der Brennstoffanordnung 18 0,2 Gewichtsprozent und die Positionen (bei 10/24 der effektiven Länge H gemessen vom untersten Ende des mit Brennstoff gefüllten Materials an) des Zwischenbereichs und des untersten Bereichs sind so gewählt, daß der Effekt einer flachen Ausgangsverteilung in Axialrichtung sehr wirksam wird.

Bei der Brennstoffanordnung nach dieser Ausführungsform ist der mittlere Prozentsatz (in Gewichtsprozenten) der Gadolinium enthaltenden Brennstäbe derart, daß der mittlere Gewichts- Prozentsatz im untersten Bereich höher ist, wohingegen der mittlere Gewichts-Prozentsatz in den höheren Bereichen niedrig gehalten ist, derart, daß sich eine Differenz von etwa 5 Gewichts prozent zwischen diesen Bereichen ergibt. Wie oben erläutert worden ist, werden um so mehr Dampfblasen erzeugt, je höher der Kern des Siedewasserreaktors ist, so daß die Dichte des Wassers, das als Neutronenmodulator dient, im oberen Teil des Reaktor kerns niedriger wird, wohingegen die Dichte des Wassers im unteren Teil des Reaktorkerns relativ hoch ist. Wenn der mitt lere Gewichts-Prozentsatz an Gadolinium in Axialrichtung somit gleichmäßig gemacht wird, dann wird das Neutronenspektrum im unteren Teil des Reaktors weicher als in dessen oberem Teil, so daß die Verbrennung des Gadoliniums schneller wird. Im Fall einer kontinuierlichen Verbrennung des Gadoliniums wird die Zu wachsrate der Reaktivität schneller, so daß die Ausgangsvertei lung in Axialrichtung im unteren Bereich des Reaktorkerns eine Amplitude hat. Um nun in geeigneter Weise die Ausgangsverteilung zu steuern, wird gemäß der Erfindung die Anreicherung im unter sten Bereich des Kerns erhöht. Der Unterschied der Anreicherung von 5 Gewichtsprozent ist gewählt, um so den Glättungseffekt der axialen mittleren Ausgangsverteilung äußerst wirksam zu machen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Arten von Brenn stäben mit Gadolinium vorhanden, und zwar aus Gründen der Brenn stoffherstellung, so daß der Unterschied in der Konzentration an Gadolinium in jedem Brennstab eine Überschußdifferenz von etwa 1 Gewichtsprozent ausmacht. Der sich aus der Anreicherungs verteilung und der Verteilung der Gadolinium-Konzentration in axialer Richtung ergebende Bereich der Ausgangsspitze wird zu etwa 15 bis 20 Prozent. Der Bereich der Augangsspitze der Brenn stoffanordnung 18 befindet sich rund um den Außenumfang des Abschnitts hohen Abbrands. Die erfindungsgemäße Brennstoff anordnung 18 kann somit die vorab unter 1-3) aufgeführten Reaktivitätswerte erreichen.

Eine Brennstoffanordnung des beschriebenen Aufbaus vermag die Wirtschaftlichkeit des Brennstoffs wesentlich zu verbessern und führt zu dem gewünschten Grad an Abbrand, wobei die An reicherung so gering wie möglich ist, dabei aber der Sicher heitsbereich des Kernreaktors ausreichend eingehalten wird. Die Kosten für einen Brennstoffzyklus können somit beträchtlich vermindert werden, ebenso die Menge an erforderlichen Brenn stoffanordnungen.

Nun soll anhand der Fig. 3 und 4 eine zweite Ausführungs form der Erfindung erläutert werden. Bei dieser zweiten Aus führungsform ist die Brennstoffanordnung 22 sehr ähnlich in Aufbau und Betriebsweise der Brennstoffanordnung 18 und be findet sich ebenfalls in einem C-Schichtkern, wie dies auch bei der Brennstoffanordnung 18 der Fall war. Die Brennstäbe 11 bis 15 von Fig. 5 sind im wesentlichen gleich denjenigen der Fig. 2, aber die Zahl der Brennstäbe 16 ist anders als in Fig. 2. Das bedeutet, daß die Anreicherungsverteilung und die Verteilung der Gadolinium-Konzentration in axialer Rich tung ähnlich sind dem erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel, lediglich daß, wie gesagt, die Zahl der Brennstäbe 16 anders ist.

Die Brennstoffanordnung 22 der zweiten Ausführungsform kann ähnliche Effekte erreichen wie die erste Ausführungsform.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird die Brennstoff anordnung 40 in einem D-Schichtkern verwendet und weist neun Arten von Brennstäben auf, die in Fig. 6 dargestellt sind; ihre Anordnung ergibt sich aus Fig. 5. Jeder der Brenn stäbe 31 bis 39 hat in Axialrichtung gesehen am oberen und unteren Ende natürliche Lagerbereiche, also am oberen Ende des mit Brennmaterial gefüllten Bereichs, ähnlich wie in Fig. 2. Wie sich am besten aus Fig. 6 ergibt betragen die Anreicherungsgrade in den mit Uran angereicherten Bereichen, gerechnet vom Ende des mit Brennstoff gefüllten Bereichs im Bereich 1/24 bis 23/24 der effektiven Länge H hier 4,6; 3,2; 2,8; 2,4; 1,9; 3,7 und 3,7 Gewichtsprozent, bezogen auf die Brennstäbe 31, 33, 35, 36, 37, 38 bzw. 39. Die Bereiche an gereicherten Urans dieser Brennstäbe haben eine gleichmäßige Anreicherung in Axialrichtung. Wie der Brennstab 12, enthält der Bereich angereicherten Urans im Brennstab 32 und im Brenn stab 34 drei Unterbereiche, deren jeder einen anderen An reicherungsgrad besitzt. Genauer gesagt, der vom unteren Ende des mit Brennstoff gefüllten Bereichs einen Abstand von 1/24 bis 10/24 der effektiven Länge H des mit Uran angereicherten Bereichs beabstandete Bereich und der oberste Bereich des mit Uran angereicherten Bereichs weisen die Anreicherungswerte 4,1 Gewichtsprozent im Brennstab 32 und 2,8 Gewichtsprozent im Brennstab 34 auf. Der mittlere Anreicherungsgrad im Zwischen abschnitt des Bereichs angereicherten Urans hat eine Anreicherung von 3,8 Gewichtsprozent.

Die Verteilung der Konzentration an Gadolinium in axialer Rich tung des Brennstabs 38 entspricht derjenigen des Brennstabs 16 und die Gadolinium-Verteilung im Brennstab 39 derjenigen des Brennstabs 17.

Die Brennstoffanordnung 40 kann im wesentlichen gleiche Effekte erreichen wie die Brennstoffanordnung 18. Die in den Fig. 7 und 8 dargestellte Brennstoffanordnung 50 ist für einen D-Schichtkern bestimmt. Die Brennstoffanordnung 50 weist zehn Arten von Brennstäben auf, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist; angeord net sind die Brennstäbe, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Der Brennstab 41 von Fig. 8 hat einen Anreicherungsgrad von 3,7 Gewichtsprozent im mit Uran angereicherten Bereich. Wie sich aus Fig. 8 ergibt, ist die Verteilung in axialer Rich tung der Brennstoffanordnung des mittleren Anreicherungsgrades der Brennstoffanordnung 50 im wesentlichen gleich derjenigen der Brennstoffanordnung 40, aber die Brennstoffanordnung 50 hat eine unterschiedliche Anzahl von Brennstäben 38.

Die Brennstoffanordnung 50 kann im wesentlichen dieselben Ef fekte erzielen wie diejenige der Brennstoffanordnung 18.

Die Brennstoffanordnung 52 der Fig. 9 und 10 stellt eine weitere Ausführungsform der Verteilung in axialer Richtung des brennbaren Gifts in den vier Bereichen von 1-4) dar. Die Brennstoffanordnung 52 weist sechs Arten von Brennstäben auf, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist, während die Anordnung der Brennstäbe sich aus Fig. 9 ergibt. Der Brennstab 51 ist im wesentlichen gleich dem Brennstab 16, anders ist jedoch die Verteilung des Gadoliniums. Genauer gesagt, die Gadolinium- Konzentration beträgt 4,5 Gewichtsprozent und ist gleich mäßig in dem Bereich 1/24 bis 20/24 der effektiven Länge H, gerechnet vom untersten Bereich des mit Brennstoff gefüllten Bereichs an, verteilt.

Die Brennstoffanordnung 52 kann ebenfalls Effekte erreichen, ähnlich denjenigen der Brennstoffanordnung 18. Weil die Brenn stoffanordnung 52 die oben erwähnte Verteilung der Gadolinium- Konzentration besitzt, wird der Grad der Reaktivität der Brenn stoffanordnung im oberen Bereich des Kerns und damit der Neu tronenfluß höher bei niederen Temperaturen, so daß der Ab schalt-Sicherheitsbereich verbessert wird.

Die Fig. 11 und 12 zeigen eine Ausführungsform der Ver teilung des brennbaren Gifts gemäß 1-4). Die Brennstoff anordnung 54 weist sieben Arten von Brennstäben auf, wie sie in Fig. 12 gezeigt sind; die Anordnung der Brennstäbe ergibt sich aus Fig. 11. Der Brennstab 53 ist im wesentlichen gleich dem Brennstab 16, mit Ausnahme der Gadolinium-Vertei lung. Genauer gesagt, der Bereich 10/24 bis 23/24 der effek tiven Länge H, gemessen vom unteren Ende des mit Brennstoff gefüllten Bereichs, besitzt die Konzentration 3,0 Gewichts prozent Gadolinium.

Die Brennstoffanordnugn 54 kann ebenfalls die Effekte der Brennstoffanordnung 18 erreichen. Weil die Brennstoffanord nung 54 eine Verteilung der Gadolinium-Konzentration gemäß 1-4) aufweist, kann die Reaktivität des Brennstoffs verbes sert werden, so daß die Wirtschaftlichkeit sich verbessert und daß bei niedrigen Temperaturen die Reaktivität der Brenn stoffanordnung am oberen Bereich des Kerns erniedrigt wird, in welchen Bereich der Neutronenfluß bei niedrigen Tempera turen höher wird, so daß der Abschalt-Sicherheitsbereich verbessert wird.

Bei dieser Ausführungsform weist der Bereich 10/24-23/24 der effektiven Länge H eine Gadolinium-Konzentration von 3,0 Gewichtsprozent auf, wobei selbst dann, wenn der Bereich 10/24 bis 23/24 der effektiven Länge H nur einen Teilbereich besitzt, in welchem die Konzentration an Gadolinium 3,0 Ge wichtsprozent beträgt, sich im wesentlichen die gleichen Effekte ergeben wie bei der beschriebenen Brennstoffanordnung 54.

Nachfolgend soll nun eine bevorzugte Ausführungsform eines Siedewasserreaktors nach der Erfindung erläutert werden. Der Reaktor hat einen C-Schichtkern, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist, die jedoch nur ein Viertel des Gesamt-Querschnitts durch den Kern 60 zeigt. In Fig. 14 stellt ein Quadrat je weils eine Brennstoffanordnung dar und die Zahlen 1 bis 4 innerhalb der Quadrate bezeichnen die Zeitperiode, während welcher die jeweilige Brennstoffanordnung in den Kern einge setzt worden ist. Genauer gesagt, die Zahl 1 bezeichnet die Brennstoffanordnung während eines ersten Betriebszyklus, die Zahl 2 die Brennstoffanordnung während des zweiten Betriebs zyklus, die Zahl 3 die Brennstoffanordnung während des dritten Betriebszyklus und die Zahl 4 die Brennstoffanord nung während des vierten Betriebszyklus. Als Gesamtbetriebs zyklus wird dabei hier die Zeit vom Start bis zum Abschalten des Siedewasserreaktors verstanden. Je höher die Zyklus-Zahl, je höher der Grad des Brennstoffs.

Die Brennstoffanordnung 61 (die Brennstoffanordnung mit der Zahl 1 im Quadrat) ist eine neue Brennstoffanordnung und be steht aus einer Brennstoffanordnung 22 mit einer geringeren Anzahl an Brennstäben ohne Gadolinium (im Fall eines D-Schicht kerns handelt es sich um die Brennstoffanordnung 50). Die Brenn stoffanordnung 64 (die Brennstoffanordnung mit der Zahl ist eine neue Brennstoffanordnung und entspricht der Anordnung 18 mit vergleichsweise vielen Brennstäben mit Gadolinium (ein D-Schichtkern enthält 40 Brennstoffanordnungen). Von den Brenn stoffanordnungen 61 und 64 sind mehr Brennstoffanordnungen 61 um den Außenumfang des Kerns 60 herum angeordnet, während im Mittelbereich des Kerns 60 viele Brennstoffanordnungen 64 vor gesehen sind. Die Brennstoffanordnung 62 weist eine Steuer zelle auf, in die Steuerstäbe für die Einstellung der Reak torkern-Ausgangsleistung eingesetzt sind. Die Steuerzelle dient zur Erleichterung des Betriebs der Steuerstäbe zum Einstellen der Ausgangsleistung des Kernreaktors und der Reaktivität während des Betriebs des Siedewasserreaktors. Die Brennstoffanordnungen 62 und 63 (die Brennstoffanordnungen mit den Zahlen in den Quadraten) sind solche mit dem höheren Abbrand-Grad, also Anordnungen, die bereits mehr als drei Zyklen des Betriebs unterworfen worden sind. Die Brennstoffanordnungen im Kern, die zwei oder drei Zyklen bereits unterworfen worden sind, sind die Brennstoffanordnungen 61 bzw. 64, welche der Abbrandperiode unterworfen worden sind und in denen das Gado linium im wesentlichen verbrannt ist.

Die Brennstoffanordnung mit einem hohen Grad des Abbrands und mit weniger U²³⁵ wird am äußersten Umfang in Axialrichtung des Kerns belastet. Die Brennstoffanordnungen 61 und 64, welche eine große Menge an U²³⁴ enthalten, sind im Mittelbereich des Kerns 60 angeordnet. Ein Kern eines derartigen Aufbaus kann einen Reaktivitätsgewinn aufweisen, wie in 2-2) erläutert worden ist. Der Fall a ist so, daß die 4-Zyklen-Brennstoff anordnungen 63 gleichmäßig im Mittelbereich des Kerns 60 belastet werden, und zwar für einen Bezugsbetrieb. Fig. 17 zeigt das Verhältnis zwischen der Zahl der Brennstoffanord nungen 63 um den äußeren Umfang des Kerns 60 herum und der Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Brennstoffs. Genauer gesagt, Fig. 17 zeigt, daß der Grad der Verbesserung der Brenn stoff- Wirtschaftlichkeit dann, wenn die Brennstoffanordnungen 63 auf einem Kreis des äußersten Umfangs des Kerns 60 (der Fall b) und die Brennstoffanordnungen 63 zweimal um den äußersten Umfang des Kerns 60 (Fall c) herum angeordnet sind, wobei die Zahl der Reihen von Brennstoffanordnungen um den äußersten Umfang des Kerrs 60 herum erhöht ist, der Anstieg der Leistungs spitze ebenfalls erhöht wird. Der Grad der Verbesserung der Wirtschaftlichkeit ändert sich jedoch kaum, selbst wenn mehr als ein Kreis von Brennstoffanordnungen 63 um den Außenumfang des Kerns 60 herum angeordnet wird. Daraus folgt, daß gemäß der Erfindung, eine Reihe von Brennstoffanordnungen 63 um den Außenumfang des Kerns 60 herum angeordnet wird, wie dies dem Fall b entspricht.

Bei dieser Ausführungsform des Siedewasserreaktors ist die Zahl der Brennstoffanordnungen 61, deren jede eine kleine Zahl von Brennstäben mit Gadolinium enthält und sich nahe des Außenumfangs des Kerns 60 herum erstreckt, höher als die Zahl der Brennstoffanordnungen 64, deren jede eine große Zahl von Brennstäben enthält, so daß der in 2-2) beschrie bene Effekt erreicht werden kann. Die Flexibilität der Be triebszeit des Siedewasserreaktors kann also verbessert und der erwünschte Reaktivitätsgewinn erreicht werden.

Mit Ausnahme des äußersten Umfangs des Kerns 60 und der Steuer zelle wird der Bereich, in welchem der Brennstoff nicht ver schoben wird, als nicht-verschiebender Bereich bezeichnet. Die Brennstoffanordnungen 63 und 62 um den äußersten Umfang des Kerns 60 herum und die Steuerzelle werden nach dem Ende der vier Zyklen aus dem Kern 60 entfernt. Die Brennstoffan ordnungen, die bereits drei Operationszyklen erfahren haben, werden aus dem Kern entfernt und um die Steuerzelle und den äußersten Umfang des Kerns 60 herum angeordnet, wie die Brenn stoffanordnungen 62 und 63, die bereits aus dem Kern 60 ent fernt worden sind. Die neuen Brennstoffanordnungen (18 und 22), die noch nicht verstrahlt sind, werden an denjenigen Positionen der Brennstoffanordnungen angebracht, die aus dem Kern entfernt worden sind, weil sie bereits in einem gewissen Umfang abgebrannt und drei Zyklen unterworfen worden sind, womit eine Verschiebung der Brennstoffanordnungen auf ein Minimum herabgesetzt und die für den Austausch der Brenn stoffanordnungen erforderliche Zeit verkürzt werden kann, wodurch die Zeitspanne, während welcher der Siedewasserreak tor Leistung abgibt, verlängert wird. Wenn die Brennstoff verschiebung im Fall der periodischen Inspektion und Wartung keinen kritischen Pegel überschreitet, ergeben sich offensicht lich beträchtliche Vorteile, wie etwa die Glättung der Aus gangsleistungsverteilung in radialer Richtung durch Brenn stoffverschiebung erreicht werden.

Der Siedewasserreaktor mit dem oben beschriebenen Kern kann im Vergleich mit üblichen Siedewasserreaktoren mehr Energie erzeugen. Außerdem wird die Menge an erforderlichen Brenn stoffanordnungen verringert und damit auch die Menge an Wiederherstellungsvorgängen.

Gemäß der Erfindung kann die Kern-Degradation infolge des hohen Abbrand-Grades vermieden werden, der Bereich der Aus gangsleistungsspitze kann zur Verbesserung der Brennstoff- Wirtschaftlichkeit herangezogen werden und die vom Reaktor abgegebene Leistung kann beträchtlich gesteigert werden.

Figurenerläuterung

Claims

1. Brennstoffanordnung eines Kernreaktors mit einer Vielzahl von mit Brennstoff gefüllten Brennstäben und einem Wasserrohr großen Durchmessers, das mehr Raum beansprucht, als mehrere Brennstäbe benötigen würden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Brennstäben einen Bereich bilden, der mit Brennstoff gefüllt ist und aus einem Teilbereich aus natür lichem Uran am oberen und/oder unteren Ende und einem Bereich mit angereichertem Uran besteht, wobei letzterer seinerseits aus einem oberen, einem mittleren und einem untersten Unterbereich besteht, wobei diese Unterbereiche unterschiedliche Grade der mittleren Anreicherung über einen Querschnitt jedes Brennstabs haben, und wobei der Bereich mit angereichertem Uran mehr als zwei Unterbereiche aufweist, deren jeder einen Anteil an brenn barem Gift pro Einheitslänge in Axialrichtung aufweist und der Anteil an brennbarem Gift pro Einheitslänge in Axialrich tung im obersten Unterbereich geringer ist als die Anteile an brennbarem Gift pro Längeneinheit in Axialrichtung in einem oder in mehreren Unterbereichen des Bereichs mit angereichertem Uran.

2. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Anteil an brennbarem Gift pro Längeneinheit in Axialrichtung im obersten Unterbereich des Bereichs mit angereichertem Uran höher ist als im mittleren Unterbereich.

3. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß nur der oberste Unterbereich des Bereichs mit angereichertem Uranium und der ganze oder ein Teil des Zwischen bereichs zumindest einen Brennstab mit brennbarem Gift enthalten.

4. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der mittlere Grad der Anreicherung über einen Querschnitt der Brennstoffanordnung im wesentlichen gleich ist dem obersten Unterbereich und dem untersten Unterbereich des Bereichs mit angereichertem Uran.

5. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Länge des Bereichs mit natürlichem Uran in Axialrichtung zwischen 1/24 und 1/12 der axialen Länge des mit Brennstoff gefüllten Bereichs liegt.

6. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die axiale Länge des obersten Bereichs im Be reich mit angereichertem Uran zwischen 3/24 und 5/24 in axialer Länge des mit Brennstoff gefüllten Bereichs liegt.

7. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Position der Grenze zwischen dem untersten Bereich und dem Zwischenbereich im Bereich mit angereichertem Uran zwischen 1/3 und 7/12 der axialen Länge liegt, gemessen vom unteren Ende des mit Brennstoff gefüllten Bereichs an.

8. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß diejenigen Brennstäbe, die einen Bereich höherer Anreicherung aufweisen als der mittleren Anreicherung entspricht, um den Außenumfang des Querschnitts der Brennstoffanordnung ange ordnet sind.

9. Reaktorkern eines Kernreaktors mit einer ersten Brenn stoffanordnung, die aus einer Vielzahl von Brennstäben besteht, deren jeder mit Brennstoff gefüllt ist und ein brennbares Gift enthält, und mit einer zweiten Brennstoffanordnung aus einer Vielzahl von Brennstäben deren jeder mit Brennstoff gefüllt ist und weniger an brennbarem Gift enthält als die erste Brenn stoffanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Brenn stoffanordnungen rund um den Außenumfang des Kerns, die ersten Brennstoffanordnungen im Mittelbereich des Kerns angeordnet sind, daß jede der ersten und zweiten Brennstoffanordnungen ein Wasser rohr großen Durchmessers aufweist, das einen Raum beansprucht, in welchem mehrere Brennstäbe untergebracht werden könnten, daß jeder der Brennstäbe einen Bereich aus natürlichem Uran am oberen und/ oder unteren Ende sowie einen Bereich aufweist, der mit Brennstoff gefüllt und in einen obersten, einen mitt leren und einen untersten Unterbereich unterteilt ist, wobei die Unterbereiche eine unterschiedliche mittlere Anreicherung über einen Querschnitt jeder Brennstoffanordnung aufweisen, und daß der Bereich mit angereichertem Uran mehr als zwei Unterbereiche besitzt, deren jeder einen unterschiedlichen An teil an brennbarem Gift besitzt, wobei der Anteil an brennbarem Gift pro Längeneinheit in Axialrichtung im obersten Unterbe reich geringer ist als in anderen Unterbereichen des Bereichs mit angereichertem Uran.

10. Reaktorkern nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Brennstoffanordnungen an der Position von vier Brennstoffanordnungen vorgesehen sind, die eine Viel zahl von Steuerstäben am Außenumfang und im Mittelbereich des Kerns umgeben.