DE69102231T2

DE69102231T2 - Kernreaktorbrennelement und Kernreaktorspaltzone.

Info

Publication number: DE69102231T2
Application number: DE69102231T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Fujita; Takaaki Mochida; Nobuo Sekine
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1990-08-29
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 1994-09-15
Anticipated expiration: 2011-08-15
Also published as: EP0473334A1; JP2928606B2; DE69102231D1; EP0473334B1; JPH04109193A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernreaktorbrennelement für einen Kernreaktor, und sie ist insbesondere auf ein Brennelement zur Verwendung bei einem Siedewasserreaktor verwendbar, der spaltbares Plutonium enthält. Die Erfindung betrifft auch eine Kernreaktorspaltzone, die mindestens ein solches Element enthält, insbesondere eine Spaltzone bei einem Siedewasserreaktor. Die Erfindung betrifft die Verteilung von Plutonium in einem Brennelement.
Fig. 5 der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht die Struktur eines herkömmlichen bei einem Siedewasserreaktor verwendeten Brennelementes, und sie zeigt eine obere Befestigungsplatte 7, eine Rohrbefestigung 5 an einer Ecke der oberen Befestigungsplatte, einen Rohrkasten 6, einen Abstandshalter 8, eine untere Befestigungsplatte 9 und mehrere Brennstäbe 14, die sich vertikal erstrecken und durch die Befestigungsplatten in einem quadratischen Feld gehalten werden.
In der Reaktorspaltzone eines Siedewasserreaktors vom Typ mit D-Gitter sind die an ein Kernreaktorbrennelement anschließenden Wasserspalte nicht auf allen vier Seiten gleich, d.h., daß der Spalt an den zwei Seiten (Steuerstabseiten), an denen Steuerstäbe eingesetzt sind, größer ist als der Spalt an den zwei Seiten (steuerstabfreie Seiten), an denen kein Steuerstab eingesetzt ist. An den Seiten mit dem großen Spalt ist daher der Querschnitt für den Strömungsweg des Moderators (Wasser) an der Außenseite des Rohrkastens 13 groß, und es wird mit starkem Ausmaß die Wirkung des Verlangsamens von Neutronen erzielt. Daher besteht eine Neigung dazu, daß die Leistung der Brennstäbe 14 im Brennelement 12 auf der Seite mit dem weiten Spalt größer und auf der Seite mit dem engen Spalt kleiner wird.
Fur viele Jahre wurde vorgeschlagen, daß Plutonium als spaltbares Material in Kernreaktorbrennelementen verwendet werden solle, insbesondere im Hinblick auf die Menge an Plutonium, die aus Spaltstoff-Wiederaufbereitung verfügbar wird, und um den Einsatz von Uran zu verringern. Typischerweise weist Plutonium, wie es zur Verwendung in einem Brennelement für einen Reaktor verfügbar ist, einen Gehalt von ungefähr 70% der spaltbaren Isotope ²³&sup9;Pu und ²&sup4;¹Pu auf. Für diesen Einsatzzweck wird vorgeschlagen, daß Plutonium in der Form von Mischoxiden aus Uran und Plutonium vorliegt, wie nachfolgend als MOX bezeichnet.
US-A-3,9331582 zeigt ein Brennelement neben einem Steuerstab, wobei Plutonium enthaltende Brennstäbe einen einzelnen Stab umgeben, der ein brennbares Reaktorgift enthält. Das Ziel dieses Vorschlags ist es, die Anfangsleistung neben dem das brennbare Reaktorgift enthaltenden Stab zu erhöhen, um die durch das brennbare Reaktorgift verringerte Leistungsdichte zu kompensieren. Es ist angegeben, daß die Plutonium enthaltenden Brennstäbe 1,2 Atom-% spaltbares Pu und 1,8% spaltbares U enthalten.
JP-A-63-149588 zeigt einige Brennelemente, bei denen Plutonium enthaltende Brennstäbe, alle mit derselben Plutoniumanreicherungsmenge, und Stäbe mit brennbarem Reaktorgift symmetrisch in bezug auf die zwei Diagonalen des quadratischen Feldes verteilt sind. Dies ist ein Beispiel für den sogenannten Inseltyp eines Brennelements, der weiter unten genauer erörtert wird.
Das am 01. Oktober 1990 veröffentlichte Dokument JP-A- 2-245693 (entsprechend USSN 496309, angemeldet am 20. März 1990, und EP-A-389 219, veröffentlicht am 26. September 1990) wird erwähnt, da es sich mit der Verteilung spaltbaren Materials in einem Brennelement unter Berücksichtigung der Auswirkung weiter und enger Wasserspalte beschäftigt. Fig. 5 dieser Veröffentlichung zeigt eine Verteilung von Uranspaltstoff, bei der mehr Stäbe mit brennbarem Reaktorgift dichter am weiteren Wasserspalt angeordnet sind und der Gehalt spaltbaren Urans pro Brennstab höher ist als auf der Seite des engeren Wasserspalts. Eine große Anzahl verschiedener Typen von Brennstäben wird bei dieser Anordnung verwendet.
Die Fig. 3 und 4 der vorliegenden Zeichnungen veranschaulichen die Verteilung der Plutoniumanreicherung und Urananreicherung zweier zuvor vorgeschlagener Brennelemente, die MOX-Spaltstoff enthalten.
Fig. 3 zeigt die Verteilung von Plutonium und der Urananreicherung eines MOX-Brennelements vom sogenannten diskreten Typ, wie in JP-A-61-147184 dargestellt. Fig. 3 zeigt einen Steuerstab 11 und ein MOX-Brennelement 12, das aus einem Rohrkasten 13, Brennstäben 14 und Wasserstäben 15 besteht. Die mit P&sub1; bis P&sub6; gekennzeichneten Brennstäbe 14 sind solche, in denen Plutoniumoxid in Uranoxid (MOX-Brennstäbe) vorhanden ist, und die mit G bezeichneten Brennstäbe sind Uranbrennstäbe, die Gadoliniuin enthalten (diese Brennstäbe enthalten bei einem neuen Brennelement vor der Spaltstoffausnutzung Uran jedoch kein Plutonium). Je kleiner die Anzahl des Index in den Kennzeichnungen P&sub1; bis P&sub6; ist, desto höher ist die Anreicherung von Plutonium und Uran (²³&sup5;U) im Stab. Mit Ausnahme eines Stabes G, der einen Stab P&sub2; ersetzt, ist hier die Stabanordnung symmetrisch zur Diagonallinie, die die zwei Ecken verbindet, an denen die Steuerstabseiten auf die Nichtsteuerstabseiten treffen.
Fig. 4 zeigt die Verteilung der Plutonium- und der Urananreicherung eines MOX-Brennelements vom sogenannten Inseltyp, wie in JP-A-62-276492 dargestellt. Die in Fig. 4 mit 1 bis 4 gekennzeichneten Brennstäbe 14 sind mit Uran angereicherte Brennstäbe, wobei die kleineren Ziffern höhere Anreicherungsmengen von Uran repräsentieren. Ferner bezeichnen P&sub1; bis P&sub2; MOX-Brennstäbe, wobei der Stab P&sub1; einen höheren Plutoniumgehalt aufweist als der Stab P&sub2;. Die mit G bezeichneten Stäbe sind Uranbrennstäbe, die Gadolinium enthalten. Diese Brennstabanordnung ist symmetrisch zur oben angegebenen Diagonallinie.
Ein MOX-Brennelement vom diskreten Typ ermöglicht es, die Plutoniumbeladung der Anordnung des Elements zu erhöhen, jedoch erfordert es eine erhöhte Verschiedenheit der Stäbe mit Plutoniumanreicherung. Andererseits ermöglicht es ein MOX- Brennelement vom Inseltyp, die Verschiedenheit der Plutoniumanreicherungen im Gegensatz zum Fall beim diskreten Typ zu verringern, jedoch kann Plutonium nur in verringerter Menge geladen werden.
Bei einem MOX-Brennelement ist im allgemeinen das Neutronenspektrum härter als bei UO&sub2;-Brennelementen, und der Wert von Gadolinium, das ein brennbares Reaktorgift ist, unterscheidet sich wesentlich von dem im Fall von UO&sub2;-Brennelementen. D.h., daß der Absorptionsquerschnitt von Gadolinium für die Energie thermischer Neutronen groß ist, jedoch für höhere Neutronenenergien klein ist. Daher nimmt, wenn das Neutronenspektrum hart wird, der Reaktivitätswert von Gadolinium ab und gleichzeitig wird die Verbrennungsrate von Gadolinium klein. Bei einem MOX-Brennelement wird daher die Konzentration von Gadolinium so gewählt, daß sie kleiner als die bei einem UO&sub2;-Element ist (d.h., bei einem neuen UO&sub2;-Brennelement, das kein Plutonium enthält), und es wird eine erhöhte Anzahl Gadolinium enthaltender Brennstäbe verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelement zu schaffen, das eine Erhöhung der Menge von Plutonium erlaubt, mit der das Element beladen werden kann, während eine große Anzahl verschiedener Stabtypen mit Plutoniumanreicherung vermieden ist.
Erfindungsgemäß wird ein Kernreaktorbrennelement mit mehreren sich vertikal erstreckenden Brennstäben angegeben, die Seite an Seite in einem quadratischen Feld angeordnet sind. Dieses quadratische Feld weist zwei erste Seiten auf, die bei der beabsichtigten Anordnung des Brennelements in einer Reaktorspaltzone einem Steuerstabbereich benachbart sind, und zwei zweite Seiten, die keinem solchen Steuerstabbereich benachbart sind. Vor dem Start des Abbrennens des Spaltstoffs des Brennelements enthalten mehrere der Stäbe spaltbares Plutonium, und mehrere der Stäbe enthalten ein brennbares Reaktorgift. Wenn das Feld als durch eine Diagonale unterteilt angesehen wird, die diejenigen seiner zwei Ecken verbindet, an denen die eine erste Seite auf die eine zweite Seite trifft, um einen ersten Bereich, der zwischen der Diagonale und den ersten Seiten liegt, und einen zweiten Bereich festzulegen, der zwischen der Diagonale und den zweiten Seiten liegt, ist (a) die mittlere Anreicherung spaltbaren Plutoniums in den Plutonium enthaltenden Brennstäben im ersten Bereich kleiner als im zweiten Bereich, und es ist (b) die Anzahl der brennbares Reaktorgift enthaltenden Stäbe im ersten Bereich höher als im zweiten Bereich.
Vorzugsweise beträgt die mittlere Anreicherung spaltbaren Plutoniums in den Plutonium enthaltenden Brennstäben im Brennelement mindestens 2 Gewichts-%.
Wenn ein Uran enthaltender Brennstab mit spaltbarem Plutonium angereichert ist, beträgt die Menge vorhandenen spaltbaren Urans vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 1%, d.h., daß das verwendete Uran natürlich (spaltbarer Gehalt von 0,7%), verarmt (spaltbarer Gehalt von 0,2%) oder aus Wiederaufbereitung (spaltbarer Gehalt von 1,0%) ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist die mittlere Plutoniumanreicherung im ersten Bereich des erfindungsgemäßen Brennelements kleiner als diejenige im zweiten Bereich, und brennbares Reaktorgift enthaltende Brennstäbe sind im ersten Bereich mit einer Zahl angeordnet, die größer als die im zweiten Bereich ist, was zur Verbesserung der Spaltstoffeigenschaften beiträgt, wie dies untenstehend beschrieben wird.
Der erste Bereich des Brennelements, der benachbart zum breiten Wasserspalt ist, verfügt an der Außenseite des Rohrkastens über einen großen Querschnitt für den Strömungsweg des Moderators, und er zeigt erhöhte Wirkung beim Verlangsamen von Neutronen. Daher besteht die Tendenz, daß die örtliche Leistungsspitze im ersten Bereich hoch und im zweiten Bereich, der dem engen Spalt zugewandt ist, niedrig ist. Um eine solche örtliche Leistungsspitze zu unterdrücken, wird bei der Erfindung die mittlere Plutoniumanreicherung im ersten Bereich erniedrigt und im zweiten Bereich entsprechend erhöht, während eine hohe mittlere Plutoniumverteilung im Brennelement aufrechterhalten wird. Dies ermöglicht es, daß die örtliche Leistungsspitze im ersten Bereich erniedrigt und im zweiten Bereich erhöht ist, so daß die Leistungsverteilung eingeebnet ist.
Auch sind, unter Verwendung eines Unterschieds der mittleren Plutoniumanreicherung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich, brennbares Reaktorgift enthaltende Brennstäbe mit großer Anzahl im ersten Bereich angeordnet, um zu verhindern, daß der Reaktivitätswert von Gadolinium, das typischerweise das brennbare Reaktorgift ist, abnimmt. D.h., daß eine Abnahme der mittleren Plutoniumanreicherung im ersten Bereich, wo sich eine erhöhte Verlangsamung von Neutronen zeigt, zu einer Verringerung beim Härterwerden des Neutronenspektrums im ersten Bereich und zu einer Erhöhung des Härterwerdens des Neutronenspektrums im zweiten Bereich führt. Es ist nicht erwünscht, Gadolinium enthaltende Brennstäbe im zweiten Bereich anzuordnen, da der Reaktivitätswert von Gadolinium abnimmt und Gadolinium enthaltende Brennstäbe mit erhöhter Anzahl angeordnet werden müßten, was dazu führen würde, daß die Plutoniumbeladungsmenge insgesamt gesehen im Element abnehmen würde. Der Reaktivitätswert von Gadolinium nimmt im ersten Bereich nicht ab, oder nicht so sehr. Daher ist die Anzahl von brennbares Reaktorgift enthaltenden Brennstäben, wie sie im ersten Bereich erforderlich sind, kleiner als wie im zweiten Bereich erforderlich, um denselben Reaktivitätswert zu erzielen.
Daher kann dann, wenn mehr brennbares Reaktorgift enthaltende Stäbe im ersten Bereich als im zweiten Bereich vorhanden sind, die Menge an Plutonium im Element größer sein. Die Anzahl von brennbares Reaktorgift enthaltenden Stäben im zweiten Bereich kann Null sein.
Ferner war bei dem in Fig. 3 dargestellten Element die Anzahl der Plutoniumanreicherungstypen hoch, um die örtliche Leistungsspitze von Brennstäben im äußersten Abschnitt des ersten Bereichs anschließend an den weiten Spalt einzuebnen. Dadurch, daß erfindungsgemäß die brennbares Reaktorgift enthaltenden Brennstäbe im ersten Bereich angeordnet werden, wird jedoch die Leistungsverteilung im ersten Bereich unterdrückt, so daß die örtliche Leistungsspitze von Brennstäben im äußersten Abschnitt des ersten Bereichs anschließend an den breiten Spalt eingeebnet ist, und die Anzahl verschiedener Plutoniumanreicherungstypen niedrig gehalten werden kann.
Vorzugsweise enthalten die brennbares Reaktorgift enthaltenden Stäbe auch spaltbares Uran mit angereicherter Menge, und sie enthalten kein Plutonium.
Um die Anzahl von Typen von Plutonium enthaltenden Stäben weiter zu verringern, kann mindestens einer der Stäbe spaltbares Uran jedoch kein spaltbares Plutonium und kein brennbares Reaktorgift enthalten.
Darüber hinaus können außer den brennbares Reaktorgift enthaltenden Stäben alle spaltbares Material enthaltenden Stäbe nicht mehr als 1% spaltbaren Urans enthalten.
Durch die Erfindung kann die Anzahl verschiedener Typen von spaltbares Plutonium enthaltenden Brennstäben, die abhängig vom Gehalt an brennbarem Plutonium unterschieden werden, nicht mehr als vier sein.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält der zweite Bereich mehrere Stäbe, von denen jeder maximale Konzentration spaltbaren Plutoniums unter allen Stäben im Element aufweist, wobei im zweiten Bereich mehr Stäbe mit dieser Maximalkonzentration als im ersten Bereich vorliegen. Ferner kann der zweite Bereich mehrere Stäbe enthalten, die eine höhere Plutoniumanreicherung enthalten als jeder Stab im ersten Bereich.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Gesamtmenge an spaltbarem Plutonium im zweiten Bereich zur Gesamtmenge spaltbaren Plutoniums im Brennelement nicht weniger als 0,65, vorzugsweise nicht weniger als 0,7.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 und 2 Horizontalschnitte sind, die schematisch MOX- Brennelemente gemäß zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung veranschaulichen;
Fig. 3 und 4 Horizontalschnitte zweier zuvor vorgeschlagener MOX-Brennelemente sind, wie bereits beschrieben; und
Fig. 5 eine teilgeschnitte perspektivische Darstellung eines Siedewasserreaktor-Brennelementes ist, wie bereits beschrieben.
Das in Fig. 1 zusammen mit einem Steuerstab 11 dargestellte Brennelement 12 weist einen Rohrkasten 13, Brennstäbe 14 und einen zentralen Wasserstab 15 auf. Das Aussehen des Brennelements 12 ist dasselbe wie das in Fig. 5. Dieses Brennelement 12 enthält im Neuzustand mit dem Abbrennwert 0 GWd/t Anreicherungen spaltbaren Materials und brennbaren Reaktorgifts, wie es in der untenstehenden Tabelle dargelegt ist. Die Brennstäbe 14 sind entweder mit aus MOX-Spaltstoff bestehendem oder mit Pellets aus angereichertem Uranoxid gefüllt, die kein Plutonium enthalten, sondern mit Gadolinium vermischt sind. Die die Bezugsziffern 1 bis 4 tragenden Brennstäbe 14 sind MOX-Brennstäbe. Je kleiner die Bezugsziffer ist, desto höher ist die Plutoniumanreicherung. Ferner sind die mit G gekennzeichneten Brennstäbe solche, die mit den vorstehend genannten Pellets aus Gadolinium enthaltendem angereichertem Uranoxid gefüllt sind. TABELLE Oxidgehalt in den Brennstäben der Fig. 1 und 2 (Gewichts-%) Stabtyp* Gehalt an U-235 Gehalt an Gd&sub2;O&sub3; Gehalt an spaltbarem Pu als Oxid * entspricht den in den Fig. 1 und 2 verwendeten Bezugszeichen
Wenn das Brennelement 12 in die Spaltzone gesetzt wird, wird der Rohrbefestiger 5 an der Ecke A auf der Seite des Steuerstabs 11 positioniert, d.h. an der Seite eines weiten Spaltes. Die Funktion des Rohrbefestigers besteht, wie dies wohlbekannt ist, darin, zwei benachbarte Brennstäbe voneinander beabstandet zu halten, um den weiten Spalt zu schaffen. In Fig. 1 ist der Rohrbefestiger 5 an einer Ecke A positioniert und an der oberen Befestigungsplatte 4 angebracht.
Der Querschnitt des Brennelements 12 kann in Gedanken durch eine Diagonallinie, die die zwei entgegengesetzten Ecken B und C, in denen der Rohrbefestiger 5 nicht vorhanden ist, in einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich unterteilen, wobei der erste Bereich auf der Seite der Ecke A der Diagonallinie, und der zweite Bereich auf der Seite der Ecke D der Diagonallinie liegt. An der Ecke D, die im zweiten Bereich liegt, ist kein Rohrbefestiger 5 vorhanden.
Das Brennelement 12 von Fig. 1 weist eine Verteilung der Plutoniumanreicherung in solcher Weise auf, daß die Brennstäbe 1 mit der höchsten Anreicherung im zweiten Bereich (Bereich auf der Seite des engen Spalts) zusammen mit Stäben 2 und 3 mit mittlerer Anreicherung angeordnet sind, die entlang dem äußersten Umfang und in Außeneckenabschnitten angeordnet sind. Im ersten Bereich (Bereich mit dem weiten Spalt) ist ein Brennstab 4 mit der höchsten Plutoniumanreicherung am nächsten zur Ecke A angeordnet, und Brennstäbe 3 mit mittlerer Anreicherung sind entlang der äußersten Umfangsabschnitte angeordnet. Brennstäbe 2 mit der höheren mittleren Anreicherung sind entlang einer zweiten und dritten Reihe ausgehend vom Umfang angeordnet. Durch Verwenden einer solchen Verteilung der Plutoniumanreicherung, wird eine Differenz der mittleren Plutoniumanreicherung (pro Plutonium enthaltendem Brennstab) zwischen dem ersten Bereich auf der Seite des zweiten Spalts und dem zweiten Bereich auf der Seite des engen Spalts geschaffen. Die mittlere Anreicherung ist im ersten Bereich niedriger als im zweiten Bereich. Die Gadolinium enthaltenden Brennstäbe G sind mit größerer Anzahl im ersten Bereich angeordnet. Die mittlere Plutoniumanreicherung pro Plutonium enthaltendem Brennstab beträgt im gesamten Brennelement 3,0%.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 auf dieselbe Weise wie in Fig. 1 dargestellt. Der Gehalt für die Brennstäbe von Fig. 2 ist ebenfalls in der obigen Tabelle angegeben. Fig. 2 hat den Unterschied, daß die Anzahl Gadolinium enthaltender Brennstäbe G von den acht von Fig. 1 auf zehn erhöht ist. Erneut besteht ein Unterschied in der mittleren Plutoniumanreicherung zwischen dem ersten Bereich auf der Seite des weiten Spalts (wo die mittlere Anreicherung niedriger ist) und dem zweiten Bereich auf der Seite des engen Spalts im Element (wo die mittlere Anreicherung höher ist), wie in Fig. 1. Wenn eine erhöhte Anzahl Gadolinium enthaltender Brennstäbe G verwendet wird, sind diese Stäbe in so groß wie möglicher Zahl im ersten Bereich angeordnet und der Rest ist nahe dem Wasserstab im Bereich auf der Seite des engen Spalts angeordnet.
Bei diesen zwei Ausführungsbeispielen beträgt das folgende Verhältnis:
(gesamtes spaltbares Pu im zweiten Bereich)/(gesamtes spaltbares Pu)
in Fig. 1 0,72 und in fig. 2 0,75.
Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 werden MOX- Brennstäbe mit Ausnahme der Brennstäbe von mit Gadolinium vermischtem Uranoxid verwendet, was es ermöglicht, eine hohe Plutoniumbeladung in jedem MOX-brennelement zu erzielen. Darüber hinaus kann die Anzahl verschiedener Plutoniumanreicherungstypen im MOX-brennelement von sechs im MOX-Brennelement vom diskreten Typ von Fig. 3 auf vier verringert werden. Wenn Plutonium als Spaltstoff verwendet wird, werden die Spaltstoffpellets wegen des höheren Risikos in einem vollstandig abgedichteten Behälter (Handschuhkasten) hergestellt. Daher ist zum Waschen des Handschuhkastens, wenn das Niveau der Plutiumanreicherung zu ändern ist, eine langere zeit als im Fall von Uran erforderlich, was dazu führt, daß der Betriebswirkungsgrad bei der Herstellung verringert wird. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, für jedes verschiedene Niveau der Plutoniumanreicherung eine andere Herstelllinie zu verwenden, so daß eine Verringerung der Vielfalt der Plutoniumanreicherungen im MOX-brennelement dazu hilft, die Kosten und die Zeit zu verringern, die zum Herstellen des MOX-Brennelements erforderlich sind.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht nur auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Z.B. können nur drei verschiedene Plutoniumanreicherungstypen der MOX-Brennstäbe verwendet werden, wenn der MOX-Brennstab 4 mit der geringsten Anreicherung im Eckenabschnitt A durch einen Brennstab mit angereichertem Uran ersetzt wird. Selbst in diesem Fall kann die Plutoniumbeladung beinahe auf demselben hohen Wert pro MOX-Brennelement gehalten werden, was es ermöglicht, die Kosten zum Formen des MOX-Spaltstoffs zu verringern.
Ferner kann die Erfindung angewendet werden, wenn die Anordnung von Brennstäben im Uranbrennelement von der dargestellten Anordnung mit 8 Zeilen x 8 Spalten auf die bekannte Anordnung mit 9 Zeilen x 9 Spalten geändert wird.

Claims

1. Kernreaktorbrennelement für einen Kernreaktor mit mehreren sich vertikal erstreckenden Brennstäben (14), die nebeneinander in einem quadratischen Feld angeordnet sind, wobei das quadratische Feld zwei erste Seiten, die für die beabsichtigte Anordnung des Brennelements in einer Reaktorspaltzone einem Steuerstabbereich (11) benachbart sind, und zwei zweite Seiten aufweist, die keinem Steuerstabbereich benachbart sind, wobei vor dem Start des Abbrennens des Brennstoffs des Brennelements mehrere (1, 2, 3, 4) der Stäbe (14) spaltbares Plutonium und mehrere (G) der Stäbe ein brennbares Reaktorgift enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das Feld als durch eine Diagonale unterteilt angesehen wird, die diejenigen seiner zwei Ecken (B, C) verbindet, an denen die eine erste Seite auf die eine zweite Seite trifft, um einen ersten Bereich, der zwischen der Diagonale und den ersten Seiten liegt, und einen zweiten Bereich festzulegen, der zwischen der Diagonale und den zweiten Seiten liegt,

(a) die mittlere Anreicherung spaltbaren Plutoniums in den Plutonium enthaltenden Brennstäben (1, 2, 3, 4) im ersten Bereich kleiner als im zweiten Bereich ist und

(b) die Anzahl der brennbares Reaktorgift enthaltenden Stäbe (G) im ersten Bereich höher als im zweiten Bereich ist.

2. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, bei dem die mittlere Anreicherung spaltbaren Plutoniums in den Plutonium enthaltenden Brennstäben (1, 2, 3, 4) im Brennelement mindestens zwei Gewichtsprozent beträgt.

3. Kernreaktorbrennlement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die brennbares Reaktorgift enthaltenden Stäbe auch spaltbares Uran in angereicherter Menge, aber kein Plutonium enthalten.

4. Kernreaktorbrennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem mindestens einer der Stäbe (14) spaltbares Uran, jedoch kein spaltbares Plutonium und kein brennbares Reaktorgift enthält.

5. Kernreaktorbrennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die spaltbares Plutonium enthaltenden Stäbe (1, 2, 3, 4) jeweils höchstens 1 % spaltbares Uran enthalten.

6. Kernreaktorbrennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem außer den brennbares Reaktorgift enthaltenden Stäben (G) alle spaltbares Material enthaltenden Stäbe nicht mehr als 1 % spaltbares Uran enthalten.

7. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 6, bei dem die Anzahl verschiedener Typen spaltbares Plutonium enthaltender Brennstäbe (1, 2, 3, 4), wie sie abhängig vom Gehalt spaltbaren Plutoniums unterschieden werden, nicht größer als vier ist.

8. Kernreaktorbrennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die spaltbares Plutonium enthaltenden Stäbe (1, 2, 3, 4) Mischoxide aus Uran und Plutonium enthalten.

9. Kernreaktorbrennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der zweite Bereich mehrere der Stäbe (1) enthält, von denen jeder die maximale Konzentration spaltbaren Plutoniums unter allen Stäben im Element aufweist, wobei von diesen Stäben (1) mit der maximalen Konzentration im zweiten Bereich mehr als im ersten Bereich sind.

10. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 9, bei dem der zweite Bereich mehrere der Stäbe (1) enthält, die eine höhere Anreicherung an Plutonium als jeder Stab im ersten Bereich enthalten.

11. Kernreaktorbrennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer Kanalbefestigung (5) an demjenigen Eck (A) des quadratischen Feldes, an dem sich die zwei ersten Seiten treffen.

12. Kernreaktorbrennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Verhältnis der Gesamtmenge spaltbaren Plutoniums im zweiten Bereich zur Gesamtmenge spaltbaren Plutoniums im Brennelement nicht kleiner als 0,65 ist.

13. Kernreaktorspaltzone, die ein Brennelement und einen Steuerstabbereich neben dem Brennelement aufweist, wobei das Brennelement ein solches gemäß einem der Ansprüche 1 ist.