DE69211785T2

DE69211785T2 - Siedewasserbrennstobbündel mit Wasserrohren

Info

Publication number: DE69211785T2
Application number: DE69211785T
Authority: DE
Inventors: Richard H Ewing; John F Patterson
Original assignee: Siemens Nuclear Power Corp
Current assignee: Framatome ANP Richland Inc
Priority date: 1991-07-30
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JP3220247B2; TW210393B; EP0526777B1; ES2090422T3; FI923386A; JPH05196766A; EP0526777A1; FI923386A0; DE69211785D1; US5255300A

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kernbrennelemente zur Verwendung in Kernreaktoren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Kernbrennelement, das besonders zur Verwendung in einem Siedewasserreaktor zur Verbesserung des untermoderierten Zustands, der im oberen Teil eines Brennelements eines Siedewasserreaktors herrschen kann, geeignet ist.
Natürlich ist die Erzeugung großer Wärme- und Energiemengen durch Kernspaltung in einem Kernreaktor bekannt. Energie wird als Wärme in länglichen Kernbrennstäben abgeführt. Typischerweise enthält ein Kernbrennelement mehrere Kernbrennstäbe, die so gruppiert sind, daß sie zusammen ein Kernbrennelement bilden. Derartige Brennelemente enthalten mehrere längliche Stäbe, die zwischen einer oberen und unteren Stabhalteplatte gestützt werden. Beispielsweise können Brennelemente durch eine 7 × 7-, 8 × 8-, 9 × 9-, 10 × 10- und 11 × 11- Stabanordnung gebildet werden.
Bei einem typischen Siedewasserreaktorbrennelement enthält das Element möglicherweise nur Brennstäbe oder auch Moderierungsstäbe. Bei zum Beispiel einem Kernbrennelement mit einer 10 × 10-Anordnung kann es sich bei den 100 die Anordnung bildenden Stäben entweder um 100 Brennstäbe handeln, oder sie können einen oder mehrere Nichtbrennstoff-Wassermoderatorstäbe enthalten, wobei es sich bei den verbleibenden Stäben um Brennstäbe handelt.
In dieser Hinsicht wurden bei frühen Siedewasserreaktorbrennelementausführungen in der Regel ein oder mehrere Wasserstäbe in der Nähe der Mitte des Brennelements eingesetzt, die einen oder zwei Brennstäbe verdrängten. Der Zweck der Wasserstäbe bestand darin, mehr Wasser in der Mitte des Elements zu plazieren, um Neutronenmoderierung und Uranausnutzung in den umgebenden Brennstäben zu verbessern.
Bei neueren Ausführungen werden im Brennelement sogar noch mehr Wasserstäbe eingesetzt oder große Wasserkanäle verwendet. Beispielsweise stellt die Advanced Nudear Fuels Corporation in Richland, Washington, U.S.A., eine 9 × 9-5-Ausführung, in der 76 Brennstäbe und 5 Wasserstäbe enthalten sind, und eine 9 × 9-Ausführung her, in der 72 Brennstäbe und ein innerer Wasserkanal, der 9 Brennstäbe ersetzt, enthalten sind.
Bei einigen Brennelementen (zum Beispiel EP- A-050837) werden derartige Wasserstäbe durch einen kreuzförmigen Wasserkanal ersetzt, der ein Bündel von 6 × 6 oder 8 × 8 Brennstäben in vier Teilbündel mit 3 × 3 oder 4 × 4 Brennstäben unterteilt. Der Wasserkanal erstreckt sich praktisch über die gesamte Länge der Brennstäbe und durch den Wasserkanal strömender Wassermoderator wird über den gesamten Querschnitt des Kanals, d.h. den Mittelteil des kreuzförmigen Kanals sowie die Flügelteile, verteilt. (EP-A-0 050 837).
Ein Problem bei Kernbrennelementen von Siedewasserreaktoren ist die Untermoderierung und Überanreicherung des mittleren Abschnitts derartiger Brennelemente. Weiterhin erhöht sich der Dampfvolumenanteil im Kühlwasser eines Siedewasserreaktors bezüglich der Höhe des Reaktorkerns aufgrund der Erzeugung von Dampf über die Länge der Brennstäbe beim Siedeprozeß, wodurch die Untermoderierung erhöht wird.
Am Boden des Brennelements des Siedewasserreaktors umgeben ca. 100% blasenfreies Wasser die Brennstäbe. Der prozentuale Anteil blasenfreien Wassers verringert sich jedoch über die Länge des Brennelements nach oben hin. In der Nähe des Bodens des Brennelements ist demgemäß ausreichend Wasser vorhanden, um für effektive Neutronenmoderierung zu sorgen. Aufgrund des Vorhandenseins von Dampf im oberen Teil des Elements kann das Element jedoch untermoderiert sein. Durch das Zufügen von Wasserstäben oder Wasserkanälen zum Brennelement wird Wasser im oberen Bereich des Elements bereitgestellt, das zur Verbesserung der Neutronenmoderierung und des Uranausnutzungsgrads benötigt wird.
Es wurden weitere Ausführungen vorgeschlagen, um einige der bezüglich der Moderierung von Neutronen und somit Uranausnutzung angetroffene n Schwierigkeiten zu überwinden. In US-A-4,957,698 wird eine Brennelementausführung beschrieben, bei der vorzugsweise mehr blasenfreies Kühlwasser in den oberen Bereich des Brennelements gelenkt wird. Dadurch kann relativ mehr Brennstoff im unteren Bereich des Brennelements plaziert werden. Die Anordnung ist so ausgeführt, daß Moderierung von Neutronen im oberen Bereich des Elements gestattet wird, während ein höheres Brennstoffvolumen im unteren Bereich erhalten bleibt. Durch die große Anzahl von Brennelementen, die im unteren Bereich verwendet werden können, wird die lineare Leistungsdichte (Leistungsüberhöhung) im Element vermindert.
In US-A-4,664,882 wird ein segmentierter Brenn- und Moderatorstab und ein Brennelement für einen Siedewasserreaktor besprochen. Der segmentierte Stab weist einen unteren Brennstoffbereich und einen oberen Moderatorbereich zum Durchführen von Kühlmittel durch den oberen Bereich des Siedewasserreaktorkerns, der normalerweise untermoderiert ist, auf. Der segmentierte Stab ersetzt einen odere mehrere herkömmliche Brennstäbe im Brennstabbündel.
Brennstäbe, die einen Wasserstabteil enthalten, werden auch in den japanischen Offenlegungschriften Nr. 59-18039 und 60-201284 beschrieben.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 24 082 Al wird ein Brennelement mit einem mittleren Wasserstab besprochen. Die Brennelementanordnung enthält Brennstäbe, die kürzer sind als herkömmliche Brennstäbe.
Trotz der Fortschritte in der Technik der Brennelementausführungen besteht immer noch ein Bedarf an einer Ausführung, die die maximale Anzahl von Brennstäben mit angemessener Moderierung, die wirtschaftlich und zuverlässig ist, enthält.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Brennelement (Anspruch 1) und ein Verfahren (Anspruch 17) zur Verwendung desgleichen bereit, das für eine verbesserte Moderierung und damit verbundene Vorteile sorgt.
Ein derartiges Brennelement für einen Siedewasser-Kemreaktor kann einen länglichen, umschlossenen; zentralen Wasserkanal mit Wandgliedern umfassen, die einen umschlossenen Fluidströmungsweg dadurch definieren, wobei der Kanal eine untere Öffnung zum Empfang von Wasser enthält, die gestattet, daß Wasser durch den Fluidströmungsweg und mindestens eine Auslaßöffnung fließt. Mindestens ein teil-langer Wasserstab ist vorgesehen, der mit einem teil-langen Brennstab so verbunden ist, daß er axial über diesem angeordnet ist. Der teil-lange Wasserstab enthält eine mit der Auslaßöffnung des zentralen Wasserkanals in Fluidverbindung stehende Einlaßöffnung, damit Wasser aus dem Wasserkanal in ein Inneres des teil-langen Wasserstabs und durch einen Auslaß an einem Ende des teillangen Wasserstabs fließen kann.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Brennelement für einen Siedewasserreaktor vorgesehen, das einen zentralen Wasserkanal mit einem unteren Teil, der eine untere Öffnung zum Empfang von Wasser aufweist, und einem oberen Teil umfaßt, wobei der obere und untere Teil über ein Strukturteil axial bezüglich einander verbunden sind. Es sind mehrere teil-lange Brennstäbe vorgesehen, die kürzer sind als der Wasserkanal. Es sind mehrere teil-lange Wasserstäbe vorgesehen, die mit den teil-langen Brennstäben verbunden und axial über den teil-langen Brennstäben angeordnet sind, wobei die teil-langen Wasserstibe Einlaßöffnungen aufweisen. Es ist ein den oberen und unteren Teil miteinander befestigendes Strukturteil vorgesehen. Des weiteren verbindet das Strukturteil die teil-langen Wasserstäbe mit dem zentralen Wasserkanal und enthält mehrere mit den Einlaßöffnungen der teil-langen Wasserstäbe in Fluidverbindung stehende Auslaßöffnungen, die bewirken, daß zumindest ein Teil des durch den unteren Teil des zentralen Wasserkanals fließenden Wassers in ein Inneres der teil-langen Wasserstäbe eindringt.
Die vorliegende Erfindung stellt des weiteren ein Verfahren zur Moderierung eines Brennelements bereit. Bei einem Brennelement mit einem umschlossenen zentralen Wasserkanal, der von mehreren Brennstäben umgeben ist, wird mindestens ein teil-langer Brennstab axial mit einem teil-langen Wasserstab mit einer Einlaßöffnung verbunden, wobei der teil-lange Wasserstab so mit dem zentralen Wasserkanal verbunden wird, daß eine Auslaßöffnung des Wasserkanals mit der Einlaßöffnung des Wasserstabs in Fluidverbindung steht. Das Verfahren umfaßt den Schritt des Bewirkens, daß Wasser durch den zentralen Wasserkanal fließt und mindestens ein Teil des Wassers durch die Auslaßöffnung des Wasserkanals sowie durch die Einlaßöffnung in ein Inneres des teil-langen Wasserstabs fließt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß im wesentlichen blasenfreies Wasser und nicht ein Gemisch aus Wasser und Dampf in die teil-langen Wasserstäbe geführt wird. Blasenfreies Wasser ist ein viel besserer Moderator, da es eine viel höhere Abschaltsicherheit und eine bessere Brennstoffzyklusleistung bietet.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der ausführlichen Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben und sind daraus sowie aus den Zeichnungen ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 stellt eine vertikale Schnittansicht eines Siedewasserreaktorbrennelements nach der vorliegenden Erfindung dar.
Figur 2 stellt eine Schnittansicht von unten entlang der Linien II-II des Brennelements nach Figur 1 dar.
Figur 3 stellt eine Draufsicht eines Querschnitts des Brennelements nach Figur 1 entlang der Linien III-III dar.
Figur 4 stellt eine Seitenansicht einer Querschnittsansicht des Brennelements entlang der Linien IV- IV in Figur 3 dar.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Brennelement für einen Siedewasserreaktor bereit.
Durch Erhöhung des Wasserstoff/Brennstoff-Verhältnisses im weitgehend Blasen aufweisenden oberen Bereich eines SWR-Kerns kann die Brennstoffzykluskostenleistung verbessert werden. Mit dem Einsetzen längerer Brennstoffzyklen wird durch einen größeren Kühlmittelraum im Mittelbereich des Bündels am oberen Teil des Kerns eine angemessenere Abschaltsicherheit äußerst leicht erreicht. Beim weitgehend blasenf reien unteren Abschnitt des Kerns ist die maximale Anzahl von Brennstäben wünschenswert, vorausgesetzt, daß eine angemessene Moderierung gewährleistet ist, um die Betriebsgrenzwerte des Kerns zu verbessern. Die vorliegende Erfindung stellt ein Brennelement bereit, daß diese Ziele mit einem sowohl wirtschalftlichen als auch zuverlässigen Brennelement erreicht.
Beispielsweise zeigte eine Anordnung, in der nur vier Brennstäbe aus der unteren Hälfte des Kerns entfernt wurden, einen entsprechenden Brennstoffzykluskostenvorteil von $ 3000 pro Element oder ca. $ 17 pro Kilogramm Brennstoff im Vergleich zu einer Anordnung, in der zwölf Brennstäbe über die gesamte Elementlänge entfernt wurden. Darüber hinaus sind die Brennelementherstellungskosten bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der runde anstatt der teureren rechteckigen Wasserkanäle verwendet werden, geringer.
Am Anfang sei darauf hingewiesen, daß, obgleich in der Beschreibung und in den Figuren auf eine 10 × 10-Stabanordnung Bezug genommen wird, eine derartige Anordnung nur für Darstellungszwecke ausgewählt wurde. Natürlich kann die vorliegende Erfindung auch mit anderen Brennelementanordnungen wie zum Beispiel 7 × 7, 8 × 8, 9 × 9, 11 × 11 usw. verwendet werden.
Im allgemeinen entspricht die Konstruktion des Siedewasserelements - außer wie hierin ausgeführt - der in US-A-4,708,846 ausgeführten, auf dessen Offenbarung hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Beispielsweise enthält das Element 10 einen Brennelementkasten 11 und ein Einlauf stück 13, das eine untere Stabhalteplatte 15 stützt und an seinem unteren Ende eine Öffnung 17 zum Empfang von Kühlwasser aufweist. Es sind mehrere Brennstäbe 12 voller Länge vorhanden, die an ihren unteren Enden an der unteren Stabhalteplatte 15 gestützt werden und mit ihren oberen Enden in eine oberen Stabhalteplatte 19 ragen. Die Brennstäbe werden durch Abstandsgitter 21 voneinander beabstandet gehalten.
Wie bekannt, können die Brennstäbe 12 eine Metallhülle umfassen, die vorzugsweise aus einer Zirkoniumlegierung wie zum Beispiel Zirkaloy 2 besteht. In der Hülle ist eine gestapelte Säule aus Brennstoffpellets, vorzugsweise UO&sub2;, enthalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein zentraler Wasserkanal 24 vorgesehen. Der zentrale Wasserkanal 24 erstreckt sich vorzugsweise über die Länge des Brennelements 10 und enthält eine Einlaßöffnung 25. Die Einlaßöffnung 25 gestattet, daß Wasser in ein durch die Wände 28 definiertes Inneres 27 des zentralen Wasserkanals 24 fließt. Eine Auslaßöffnung ist oben am zentralen Wasserkanal 24 vorgesehen und gestattet, daß Fluid aus dem zentralen Wasserkanal strömt.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird eine 10 × 10-Anordnung dargestellt. Der bei der Ausführungsform dargestellte zentrale Wasserkanal 24 hat vier der Brennstäbe 12 ersetzt. Aus diesem Grunde verbleiben 96 Brennstäbe, die die volle Länge aufweisen oder teil-lang sind. Unterkühltes blasenfreies Wasser wird durch den zentralen Wasserkanal 24 umgewälzt, indem es durch die Einlaßöffnung 25 empfangen wird. Dadurch wird im unteren Bereich des Brennelements 10 für angemessene Moderierung gesorgt, während im untersten Abschnitt des Kerns, wo Pellet-Hülle-Wechselwirkung ein Problem darstellen kann, die größte Anzahl von Brennstäben 12 bereitgestellt wird. Somit können Grenzwerte der Pellet-Hülle-Wechselwirkung, die eine Funktion des spezifischen Wärmeverbrauchs pro linearer Länge sind, erhöht werden, da sich mehr Brennstäbe im unteren Abschnitt des Kerns befinden. Wie im folgenden ausführlicher besprochen, sorgt der zentrale Wasserkanal 24 für ausreichende Moderierung für die oberen Abschnitte des Brennelements 10.
Nun auf Figur 4 Bezug nehmend, umfaßt die vorliegende Erfindung des weiteren die Verwendung modifizierter Brennstäbe 30. Mindestens ein modifizierter Brennstab 30 befindet sich neben dem zentralen Wasserkanal 24. Bei der dargestellten Ausführungsform der 10 × 10-Anordnung werden acht (8) derartige modifizierte Brennstäbe 30 verwendet. Es kann jedoch eine beliebige Anzahl derartiger modifizierter Brennstäbe 30 je nach verwendeter Brennelementanordnung verwendet werden.
Die modifizierten Brennstäbe 30 enthalten einen Brennstoffbereich 31, der sich über ungefähr die Hälfte der Länge eines typischen Brennstabs 12 erstreckt. Demgemäß enthalten die modifizierten Brennstäbe 30 nur bis zum mittleren Abschnitt des Kerns Brennstoff.
Der Brennstoffbereich 31 des modifizierten Brennstabs 30 enthält einen Spaltgasraum und eine im unteren Teil der Stäbe angeordnete Raumf eder. Das obere Ende 32 des Brennstoffbereichs 31 enthält eine vorzugsweise aus Al&sub2;O&sub3; hergestellte Isolierscheibe und Endkappe 33.
Darüber hinaus enthalten die modifizierten Brennstäbe 30 ein ausgedehntes Verbindungsglied 35. Das Verbindungsglied 35 gestattet, daß ein teil-langer Wasserstab 38 mit dem Brennstoffbereich 31 verbunden und axial dazu angeordnet werden kann. Ähnlich wie der Brennstoffbereich 31 des modifizierten Brennstabs 30 beträgt die Länge des teil-langen Wasserstabs 38 ungefähr die Hälfte der Länge des teil-langen Brennstabs 30. Demgemäß umgaben die teil-langen Wasserstäbe 38 die oberen Bereiche des zentralen Wasserkanals 24.
Wie in Figur 4 dargestellt, enthält der zentrale Wasserkanal einen oberen Teil 40 und einen unteren Teil 42. Der obere Teil 40 und der untere Teil 42 sind mittels eines Strukturteils 44 aneinander befestigt. Dazu sind der obere und untere Wasserkanal 40 und 42 an das Strukturteil 44 dichtgeschweißt. Der obere Teil, der untere Teil und das Strukturteil 40, 42 bzw. 44 definieren einen Kanal 27, durch den Wasser fließen kann. Dieser Strömungsweg führt zusätzlich zu den Strömungswegen in die modifizierten Brennstäbe 30.
Wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, enthält das Strukturteil 44 mehrere Auslaßöffnungen 46. Beispielsweise enthält das Strukturteil 44 eine Auslaßöffnung 46a, und entsprechend enthalten die teil-langen Wasserstäbe 38a eine Einlaßöffnung 48a. Ebenso enthalten die anderen teil-langen Wasserstäbe 38 Einlaßöffnungen 48, die Auslaßöffnungen 46 im Strukturteil 44 entsprechen. Die Einlaßöffnungen 48 der teil-langen Wasserstäbe 38 und die Auslaßöffnungen 46 des Strukturteils 44 sind derart ausgeführt und angeordnet, daß zwischen den Auslaßöffnungen 46 des Strukturteils 44 und den Einlaßöffnungen 48 jedes der teil-langen Wasserstäbe 38 Fluidverbindung hergestellt wird.
Aufgrund der Ausführung des unteren Teils 42 des Wasserkanals 24 und des Strukturteilglieds 44 wird zumindest ein Teil des durch den zentralen Wasserkanal 24 strömenden Fluids in die Einlaßöffnungen 48 und somit in das Innere 50 der teil-langen Wasserstäbe 38 gelenkt. Dazu enthält das Strukturteil 44 eine geneigte Außenfläche, die als Strömungsabstreifvorrichtung fungiert und Wasser an der Außenfläche des zentralen Kanals abstreift und es zu den modifizierten Brennstäben 30 lenkt.
Die Wasserstäbe 38 sind mittels des Strukturteils 44 mit dem Wasserkanal 24 verbunden. Das Strukturteil 44 enthält ein elastisches oder Federglied 53, das die Wasserstäbe 38 sicher mit dem zentralen Wasserkanal 24 verbindet. Wie in Figur 3 dargestellt, enthält das Federglied 53 vorzugsweise in das Strukturteil 44 eingearbeitete Federfinger 55, die den Teil des Wasserstabs 38 festklemmen, wobei er sich dabei noch axial bewegen kann.
Reibverschleiß stellt kein Problem dar, da sich das Federglied 53 bei der Bestrahlung nicht ganz entspannt und da mehrere Hundertstel Millimeter (mehrere Tausendstel Zoll) Spielraum vorhanden sein müssen, damit Reibverschleiß auftritt, wo eine große Kontaktfläche vorliegt. Weiterhin liegt das Strukturteil 44 direkt neben einem Abstandsgitter 21, das ebenfalls die Stäbe stützt.
Damit die Höchstmenge blasenfreien Wassers im oberen Abschnitt des Kerns erhalten wird, weist der obere Teil 40 des zentralen Wasserkanals 24 einen derartigen Außenhöchstdurchmesser auf, daß Schwingungskontakt zwischen dem zentralen Wasserkanal 24 und den umgebenden Wasserstäben 38 verhindert wird. Wie in Figur 4 dargestellt, weist der obere Teil 40 einen etwas größeren Innen- und Außendurchmesser als der untere Teil 42 auf. Der kombinierte Querschnitt des oberen Teils 40 und der umgebenden Wasserstäbe 38 ist wesentlich größer als der des unteren Teils 42 (ca. doppelt so groß). Das Strukturteil 44 bildet den Übergang zwischen dem größeren oberen Teil 40 des Wasserkanals 24 und dem kleineren unteren Wasserkanalteil 42.
Das Strukturteil 44 befindet sich vorzugsweise knapp über oder unter dem mittleren Abstandsgitter 21 des Elements 10. Die Abstandsgitterpositionen können durch mit dem zentralen Wasserkanal über und unter dem Abstandsgitter punktverschweißte Ringe aufrechterhalten werden. Durch Variationen bei der Ringausführung wäre es möglich, für die gesamte Bündellänge die gleiche Abstandsgitteraus führung zu verwenden.
An der Spitze des Brennstoffbereichs 31 des modifizierten Brennstabs 30 kann Leistungsüberhöhung erwartet werden. Demgemäß befindet sich das Strukturteil 44 knapp über dem oberen Teil des Brennstoffbereichs 31. Dadurch wird das Ausmaß einer derartigen Leistungsüberhöhung verringert. Darüber hinaus können, falls erforderlich, gegebenenfalls Brennstoffpellets mit einer verminderten Anreicherung oder einer B4C enthaltenden Al&sub2;O&sub3;- Isolierscheibe verwendet werden, um örtliche Leistungsüberhöhung zu vermindern.
Falls gewünscht, kann aus dem zentralen Wasserkanal 24 in die teil-langen Wasserstäbe 38 eintretendes Wasser an kritischen Punkten im Kern zu den umgebenden Brennstäben 12 eingeleitet werden. Dadurch kann die kritische Leistung dieser kritischen Stäbe durch Erhöhen der Wasserfilmdicke auf der Stabfläche verbessert werden.
Vorzugsweise sind die Auslaßöffnungen 46 im Strukturteil 44 größer als die Einlaßöffnungen 48 in den teil-langen Wasserstäben 38, so daß kontrollierte und gleichmäßige Durchflußströme zwischen allen teil-langen Wasserstäben aufrechterhalten werden können, während eine wesentliche Winkel-Fehlausrichtung oder axiale Relativbewegung bei der Bestrahlung ausgeglichen wird.
Natürlich sind verschiedene Änderungen und Modifikationen der hierin beschriebenen derzeit bevorzugten Ausführungsformen für Fachleute ersichtlich. Derartige Änderungen und Modifikationen können vorgenommen werden, ohne daß vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abgewichen wird und die dazugehörigen Vorteile vermindert werden. Aus diesem Grunde sollen derartige Änderungen und Modifikationen von den beigefügten Ansprüchen abgedeckt sein.

Claims

1. Brennelement für einen Siedewasser-Kernreaktor, das folgendes umfaßt:

einen Wasserkanal (24) mit einer unteren Öffnung (25) zum Empfang von Wasser, mindestens einem Wandglied (28), das einen umschlossenen Strömungsweg dadurch definiert, und mehreren Auslaßöffnungen (46a-d);

mehrere Brennstäbe (12), von denen mindestens einer (30) eine Länge aufweist, die unter einer Länge des Wasserkanals liegt, und mit einem teil-langen Wasserstab (38) verbunden ist, der axial über den Brennstäben angeordnet ist, wobei der teil-lange Wasserstab (38) eine mit einer Auslaßöffnung (46a) des Wasserkanals (24) in Fluidverbindung stehende Einlaßöffnung (46a) aufweist, wodurch ein Fluidströmungsweg von einem Inneren des Wasserkanais (24) in ein Innerres des teil-langen Wasserstabs (38) geschaffen wird; und

wobei die Einlaßöffnung (48a) mit mindestens einer Auslaßöffnung (46a) des Wasserkanals in Verbindung steht, einen Strömungsweg zum Empfang von Moderator definiert und gestattet, daß Moderator aus dem Wasserkanal (24) in das Innere des teil-langen Wasserstabs (38) fließt.

2. Brennelement nach Anspruch 1 mit mehreren derartigen teil-langen Wasserstäben (38).

3. Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei dem Wasserkanal um einen länglichen zentralen Wasserkanal handelt, der von den Brennstäben umgeben ist.

4. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Einlaßöffnung (48a) kleiner als die Auslaßöffnung (46a) ist.

5. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Strukturteil (44) zum Verbinden von zumindest dem Wasserkanal (24) mit dem teil-langen Wasserstab (38).

6. Brennelement nach Anspruch 5, bei dem das Strukturteil (44) Auslaßöffnungen des Wasserkanals (24) definiert.

7. Brennelement nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Wasserkanal einen oberen Teil (40) und einen unteren Teil (42) enthält, die mittels des Strukturteils (44) aneinander befestigt sind.

8. Brennelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem eine durch das Strukturteil und äußere Abschnitte des Wasserstabs definierte innere Querschnittsfläche größer ist als die Querschnittsfläche des unteren Teils des Wasserkanals.

9. Brennelement nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem das Strukturteil Federglieder (53) enthält, die zwischen teil-langen Wasserstäben angeordnet sind.

10. Brennelement nach einem der Ansprüche 5 bis 9 mit einer in einem oberen Bereich (32) des teil-langen Brennstabs (30) und einem unteren Bereich (38) des teillangen Wasserstabs aufgenommenen Verbindungsvorrichtung (35) zum Verbinden des teil-langen Brennstabs mit dem teil-langen Wasserstab.

11. Brennelement nach Anspruch 10, bei dem der teillange Brennstab eine Isoliervorrichtung (33) enthält, die zwischen einem Brennstoffabschnitt im teil-langen Brennstab (30) und der Verbindungsvorrichtung (35) angeordnet ist.

12. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Wasserkanal von teil-langen Brennstäben (30) umgeben ist, die mit teil-langen Wasserstäben verbunden sind.

13. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem es sich bei dem Brennelement um eine 10 × 10-Anordnung handelt und der Wasserkanal (24) 4 Brennstäbe ersetzt.

14. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem 8 teil-lange Brennstäbe und teil-lange Wasserstäbe vorgesehen sind.

15. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Länge des teil-langen Brennstabs (30) ungefähr die Hälfte einer Länge des Wasserkanals (24) beträgt.

16. Verfahren zum Moderieren eines Brennelements mit den folgenden Schritten:

Anordnen mehrere Brennstäbe (12, 30) um einen umschlossenen zentralen Wasserkanal (24), der in einer Mitte eines Brennelements angeordnet ist, wobei der zentrale Wasserkanal eine Auslaßöffnung (46a) aufweist;

Bereitstellen mindestens eines teil-langen Brennstabs (30), der axial mit einem teil-langen Wasserstab (38) mit einer Einlaßöffnung (48a) verbunden ist;

Verbinden des teil-langen Wasserstabs (38) mit dem zentralen Wasserkanal (24), so daß die Auslaßöffnung (46a) mit der Einlaßöffnung (48a) in Fluidverbindung steht; und

Bewirken, daß Wasser durch den zentralen Wasserkanal (24) durch die Auslaßöffnung (46a) und durch die Einlaßöffnung (48a) in ein Inneres des teil-langen Wasserstabs (38) fließt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, das den Schritt des Umgebens des zentralen Wasserkanals (24) mit mit den teil-langen Wasserstäben (38) verbundenen teil-langen Brennstäben (30) umfaßt.