DE69708397T2

DE69708397T2 - Brennstabbündel und Verfahren zur Fertigung eines Brennstabbündelströmungskanals

Info

Publication number: DE69708397T2
Application number: DE69708397T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Fujieda; Masahisa Inagaki; Kenichi Ito; Junjiro Nakajima; Yoshitaka Nishino; Takehiro Seto; Iwao Takase; Akihiro Yamanaka; Junichi Yamashita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2017-06-20
Also published as: TW374180B; JP3419997B2; EP0817203B1; CN1181597A; KR980005067A; EP0817203A1; JPH1010257A; US5872826A; DE69708397D1

Description

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[Technisches Gebiet der Erfindung]

Die Erfindung betrifft ein Brennelement für ein Kernkraftwerk, insbesondere ein Brennelement zum Verbessern des wirtschaftlichen Nutzungsgrads von Kernbrennstoff durch Steuern der Ausgangsspitzenleistung und durch Verringern der nuklearthermischen Einschränkungen.

[Beschreibung des Stands der Technik]

Im Fall eines herkömmlichen Kernreaktors wird ein durch Uran 235 repräsentiertes Spaltmaterial dicht in einem Brennstab eingeschlossen und verbrannt, um die Abbrennenergie zu entnehmen und zu nutzen. Das dicht in einen Brennstab eingeschlossene Spaltmaterial verwendet im Allgemeinen angereichertes Uran, das durch Anreichern von natürlichem Uran erhalten wird. Das angereicherte Uran wird zu einem Spaltstoffpellet geformt, in einen Urandioxid-Sinterzustand gesintert, in den Spaltstoff einhüllende Mäntel, die schachbrettförmig angeordnet werden, eingegeben und genutzt.
In jüngerer Zeit wurde ein Projekt PLUTHERMAL zur effektiven Ausnutzung von Uranressourcen vorangetrieben, bei dem Plutonium, das in verbrauchtem, einem Leichtwasserreaktor entnommenem Uranspaltstoff enthalten ist, einem Recyclingprozess unterzogen wird und in einem Leichtwasserreaktor wiederverwendet wird. Gemäß diesem Projekt werden MOX(Mischoxid)-Brennelemente, die durch Ersetzen eines gewissen oder des größten Teils von Uranspaltstäben in Uran-Brennelementen durch MOX-Brennstäbe, die durch Anreichern von Plutonium erhalten wurden, als Spaltstoff in einen Leichtwasserreaktor eingesetzt und genutzt.
In diesem Fall ist es wünschenswert, dass die Eigenschaften des MOX-Brennelements nahe bei denen von Uranspaltstoff liegen. Darüber hinaus zeigt der Uranspaltstoff wegen seines Designs die Tendenz zu hohem Abbrand, weswegen es wünschenswert ist, einen MOX-Spaltstoff mit hoher Anreicherung zu konzipieren, d. h. die Füllmenge von Plutonium pro Brennelement zu maximieren. Wenn jedoch der Füllgehalt von Plutonium in einem MOX-Brennelement erhöht wird, entsteht zwischen einem Urankern und einem Plutoniumkern vom Gesichtspunkt der Reaktorkern-Eigenschaften her ein Unterschied, der auf dem Unterschied der Kerneigenschaften zwischen Uran und Plutonium besteht. D. h., dass das Neutronenflussspektrum des MOX- Spaltstoffs härter als das des Uranspaltstoffs wird, da die Absorptionsquerschnitte für thermische Neutronen von Pu-239 und Pu-241, die als Spaltmaterialien dienen, größer als die für U-235 sind, und da die Neutronenresonanzabsorption durch Pu-240 groß ist, weswegen der Neutronen-Abbremseffekt beeinträchtigt ist.
Im Fall eines Kernreaktors wird der Reaktorkern vorab so konzipiert, dass er über überschüssiges Reaktionsvermögen verfügt, so dass der Reaktor für eine bestimmte Betriebsperiode betrieben werden kann. Um das überschüssige Reaktionsvermögen zu steuern, wird bei diesem Design ein abbrennbares Reaktorgift (BP = burnable poison), das durch Gadolinium repräsentiert ist, in einen Brennstab eingemischt. Auch im Fall eines Reaktors unter Verwendung eines MOX wird das überschüssige Reaktionsvermögen dadurch gesteuert, dass mehrere Brennstäbe verwendet werden, die dadurch erhalten werden, dass abbrennbares Reaktorgift in Spaltstoff eingemischt wird.
Im Allgemeinen weist der Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen eine 1/v-Abhängigkeit von der Neutronenenergie auf, und es besteht die Tendenz, dass Neutronen mit niedrigerer Energie leichter absorbiert werden. Daher nimmt die Absorptionsmenge von Neutronen durch abbrennbares Reaktorgift zu, wenn die Energie des Neutronenspektrums weich wird, d. h., wenn das System über mehr thermische Neutronen verfügt. Daher nimmt der Steuerungseffekt für das Reaktionsvermögen durch abbrennbares Reaktorgift bei einem Kernreaktorkern unter Verwendung eines MOX ab. Daher ist es, um einen Steuerungseffekt für das Reaktionsvermögen zu erzielen, der dem bei einem Urankern entspricht, erforderlich, die Anzahl verwendeter Kernstäbe, die abbrennbares Reaktorgift enthalten, zu erhöhen. Um dies zu meistern, wird es in Betracht gezogen, die in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 146185/1985 offenbarte Technik zu verwenden. Durch diese Technik wird der Reaktionswert von Gadolinium erhöht, die Anzahl zu verwendender, Gadolinium enthaltender Brennstäbe wird verringert, der Plutoniumbestand eines Brennelements wird erhöht und die Anzahl der verwendeten Pelletarten wird verringert, wobei die Bedeutung der Tatsache zu beachten ist, dass die Außenumfänge der Brennelement nahe einem Wasserzwischenraum viele thermische Neutronen enthalten und das Spektrum weicher Neutronen weich ist, und wobei die Gadolinium enthaltenden Brennstäbe am Außenumfang anzuordnen sind.
Jedoch kann durch das obige Verfahren das abbrennbare Reaktorgift nicht vollständig aus dem Spaltstoff in einem Brennelement weggelassen werden, und daher tritt ein Problem dahingehend auf, dass das Verfahren vom Gesichtspunkt einer Verringerung des Plutoniumbestands unzureichend ist.
Es wird in Betracht gezogen, das obige Problem durch die Techniken zu lösen, die in den japanischen Patentoffenlegungen 129790/1980 und 72087/1984 offenbart sind. Die letztere Technik ermöglicht es, abbrennbares Reaktorgift einem Spaltstoffpellet zuzusetzen oder eine Einstellung der Urananreicherung dadurch überflüssig zu machen, dass ein das Reaktionsvermögen steuerndes Element wegnehmbar am Außenumfang des Spaltstoff-Wasserkastens (Kanalbox) eines Brennelements angebracht wird. In diesem Fall ist das das Reaktionsvermögen steuernde Element ein Neutronenabsorber wie rostfreier Stahl oder eine Zirkoniumlegierung, ein Element, das durch Verteilen eines abbrennbaren Reaktorgifts wie Gadolinium, Silber, Indium, Bor, Cadmium oder Hafnium in rostfreiem Stahl in Form einer einfachen Substanz oder einer Verbindung oder durch Ummanteln des abbrennbaren Reaktorgifts mit rostfreiem Stahl erhalten wird, ein Element, das durch Ummanteln eines Reflektors wie Beryllium mit rostfreiem Stahl erhalten wird, oder ein Element, das einer Koextrusion unterzogen wird, wobei das obige Neutronengift, ein Reflektor oder natürliches oder verarmtes Uran zwischen rostfreiem Stahl eingebettet und gewalzt wird.
Darüber hinaus ist die in der japanischen Offenlegung Nr. 342091/1994 offenbarte Techniken zum obigen Problem vorgeschlagen. Es handelt sich um eine Technik zum Herstellen eines Stabs aus Abbremsmaterial, der im Zentrum eines Wasserkastens in ein Doppelrohr aus einem Außen- und einem Innenrohr eingesetzt wird und zwischen dem Innen- und dem Außenrohr abbrennbares Reaktorgift bereitstellt.

Zusammenfassung der Erfindung

(1) Aufgabe der Erfindung

Im Fall der in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 72087/ 1984 offenbarten Technik wird jedoch zwischen dem Wasserkasten und dem das Reaktionsvermögen steuernden Element ein Zwischenraum erzeugt, weswegen leicht Risskorrosion oder Kontaktkorrosion auftritt. Darüber hinaus kann das das Reaktionsvermögen steuernde Element korrodieren, da es direkt mit dem Reaktorwasser in Kontakt steht.
Ferner wird, wie oben beschrieben, abbrennbares Reaktorgift in einen Kernreaktor-Spaltstoff eingemischt, um das anfängliche zusätzliche Reaktionsvermögen einzustellen. Als Ergebnis eines Vergleichs der Abhängigkeit des Absorptionsquerschnitts von Uran von der Neutronenenergie mit dem von Plutonium von der Neutronenenergie zeigt es sich, dass Plutonium mehr Neutronen absorbiert, wie es in der Fig. 22 dargestellt ist. Daher nimmt, wenn Plutonium für einen Leichtwasserreaktor verwendet wird, die Anzahl der von einer das Reaktionsvermögen steuernden Substanz, wie einem Steuerstabmaterial oder abbrennbarem Reaktorgift, absorbierten thermischen Neutronen ab und der Steuerstabwert oder der Reaktionswert von abbrennbarem Reaktorgift nimmt im Fall eines mit MOX-Brennelementen beladenen Reaktorkerns ab, weswegen es erforderlich ist, die Anzahl verwendeter, abbrennbares Reaktorgift enthaltender Brennstäbe dann zu erhöhen, wenn der Reaktorkern mit MOX-Brennelementen beladen wird.
Dies bedeutet, dass der Plutoniumbestand pro Brennelement abnimmt, wodurch die Anzahl der Brennelemente zu erhöhen ist, die für den Verbrauch derselben Plutoniummenge herzustellen sind. Dies bewirkt eine Erhöhung der Spaltstoff-Herstellkosten und der Spaltstoff-Transportkosten.
Darüber hinaus muss der Kernreaktor-Spaltstoff so konzipiert werden, dass er den örtlichen Spitzenwertkoeffizienten während der Spaltstoff-Betriebsdauer auf einem geeigneten Wert hält und der Einschränkungswert hinsichtlich thermischen Betriebs beachtet wird, um den Spaltstoff intakt zu halten. Im Allgemeinen nimmt im Fall eines Siedewasser-Kernreaktors der Fluss thermischer Neutronen am Außenumfang eines Brennelements relativ zu, d. h. an einer Position nahe dem Wasserzwischenraum und die Ausgangsleistung der Brennstäbe am Außenumfang zeigt die Tendenz zuzunehmen. Daher ist es erforderlich, dem Kernreaktor-Spaltstoff dadurch zu konzipieren, dass die Anzahl der Anreicherungstypen und der Anreicherungsfaktoren von Pellets erhöht wird, um den örtlichen Spitzenwertkoeffizienten von am Außenumfang eines Brennelements angeordneten Brennstäben zu verringern. Es kann angegeben werden, dass die in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 342091/1994 offenbarte Technik nicht dazu ausreicht, das obige Problem zu lösen, da abbrennbares Reaktorgift in die Mitte des Wasserkastens eingesetzt wird.
Um MOX-Spaltstoff herzustellen, wird ein Spaltstoffpellet in einem vollständig geschlossenen Behälter hergestellt. Daher erfordert das Reinigen eines Handschuhkastens, wenn die Plutoniumanreicherung geändert wird, viel Zeit im Vergleich zum Fall bei Uran, weswegen der Bearbeitungsquotient bei der Herstellung von MOX-Spaltstoff stark gesenkt ist. Daher tritt, wenn die Anzahl der Anreicherungstypen zunimmt, ein Problem dahingehend auf, dass die Reinigungshäufigkeit zunimmt, wodurch die Spaltstoff-Herstellkosten zunehmen.
Die Erfindung erfolgte zum Lösen der obigen Probleme, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, einen Wasserkasten eines Brennelements für einen Kernreaktor zu schaffen, mit dem das überschüssige Reaktionsvermögen geeignet gesteuert werden kann, ohne dass ein Neutronenabsorber oder ein abbrennbares Reaktorgift in Brennstäbe eines Plutonium enthaltenden -Brennelements (MOX-Brennelement) eingemischt wird.

(2) Angabe der Erfindung

Um die obige Aufgabe zu lösen, ist ein Brennelement oder eine Brennstoffanordnung wie im Anspruch 1 offenbart, geschaffen.
Das abbrennbare Reaktorgift kann ein Metall mit einer Korrosionsbeständigkeit über der des abbrennbares Reaktorgifts sein, so dass dieses nicht direkt mit dem Reaktorwasser in Kontakt steht.
Darüber hinaus ist bei einem mit einem Wasserstab versehenen Brennelement dieser Wasserstab mit abbrennbarem Reaktorgift versehen, das mit einem Metall mit einer Korrosionsbeständigkeit über der des abbrennbaren Reaktorgifts beschichtet ist, so dass dieses nicht direkt mit dem Reaktorwasser in Kontakt steht. Das Metall ist z. B. Zircaloy, wobei es bevorzugt ist, als solches Zircaloy das später genannte Zircaloy 4 zu verwenden.
Bei einer speziellen Ausführungsart der Erfindung besteht das abbrennbare Reaktorgift des Wasserkastens und des Wasserstabs aus einem Metall, einer Legierung, einer intermetallischen Verbindung oder einer Keramik, und das Metall, die Legierung, die intermetallische Verbindung oder die Keramik enthält mindestens eines der Elemente Cadmium, Samarium, Bor, Gadolinium, Silber, Indium und Hafnium. Es ist bevorzugt, dass das abbrennbare Reaktorgift aus Zirkonium oder Zircaloy besteht, wobei der Gehalt vorzugsweise 10 Gew.-% oder weniger beträgt.
Ferner besteht das abbrennbare Reaktorgift aus Metall, einer Legierung, einer intermetallischen Verbindung oder einer Keramik, die dadurch erhalten wird, dass von Cadmium, Samarium, Bor, Gadolinium, Silber, Indium und Hafnium mindestens eines zu Zirkonium oder einer Legierung auf Basis von Zirkonium als Legierungselement zugegeben wird, um eine Feststofflösung zu erhalten, die das zugesetzte Element in dispergiertem oder übersättigtem Zustand in Form eines Metalls, einer intermetallischen Verbindung, eines Oxids, eines Hydrids und/oder eines Nitrids enthält.
Ferner ist als Anordnungsart des abbrennbaren Reaktorgifts im Wasserkasten eines Brennelements gemäß der Erfindung das abbrennbare Reaktorgift ungleichmäßig über den Längsschnitt des Wasserkastens vorhanden, und zwar mehr in symmetrischer Weise nahe den Ecken des Kastens, ungleichmäßig in der Längsrichtung des Kastens, mehr am Boden des Kastens und weniger an der Oberseite des Kastens in dessen Längsrichtung.
Ferner ist ein erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen des Wasserkastens des obigen Brennelements im Anspruch 13 offenbart.
Als andere erfindungsgemäße Verfahrensart wird zwischen zwei Materialplatten eines Wasserkastens eine Platte aus abbrennbarem Reaktorgift eingesetzt, und diese drei Platten werden wiederholt für eine geeignete Anzahl von Malen warmgewalzt und einem Kontaktbondvorgang unterzogen, ohne dass Elektronenstahlschweißen oder Schweißen vorgenommen würde.
Das auf die oben beschriebene Weise aufgebaute erfindungsgemäße Brennelement ermöglicht es, die Menge von im Spaltstoff enthaltenem Gadolinium zu verringern oder wegzulassen, und den örtlichen Spitzenwertkoeffizienten eines Brennelements dadurch zu verringern, dass ein Neutronenabsorber oder ein abbrennbares Reaktorgift im Spaltstoff-Wasserkasten eines für einen Siedewasser-Kernreaktor verwendeten Brennelements angebracht wird.
Die Steuerung des Reaktionsvermögens und das Absenken des lokalen Spitzenwertkoeffizienten durch Anbringen eines als Neutronenabsorber oder abbrennbares Reaktorgift in einem Wasserkasten dienenden BP-Elements, insbesondere unter Verwendung von Gd&sub2;O&sub3; als BP-Element wird unten beschrieben.
Die Fig. 23 zeigt die sich aus der Neutronendosis ergebende Änderung des Steuerungswerts. Aus der Fig. 23 ist erkennbar, dass Gd&sub2;O&sub3; als Material zum Einstellen des anfänglichen überschüssigen Reaktionsvermögens, d. h. des Reaktionsvermögens im ersten Zyklus (Dosis: 1,0 · 10²² ntv), optimal ist. Darüber hinaus ist bei einem Brennelement die Anzahl thermischer Neutronen in ihm im Wasserzwischenraum-Abschnitt größer, und es ist auch das Neutronenspektrum weicher. Dies beruht auf den zwei Faktoren, dass die Wassermenge im Brennelement relativ größer als am Außenumfang ist und thermische Neutronen durch das spaltbare Material im Brennelement absorbiert werden.
Abbrennbares Reaktorgift und ein Neutronenabsorber weisen eine Querschnittsfläche für die Neutronenabsorption mit einer 1/v-Abhängigkeit auf, wie in der Fig. 24 dargestellt, und der Steuerungseffekt betreffend das Reaktionsvermögen nimmt zu, wenn die Anzahl thermischer Neutronen zunimmt. Bei MOX-Spaltstoff wird, da Plutonium mehr Neutronen als Uran absorbiert, das Neutronenspektrum in einem Brennelement härter und der Steuerungseffekt von abbrennbarem Reaktorgift hinsichtlich des Reaktionsvermögens nimmt ab. Daher ist es möglich, den Steuerungseffekt betreffend das Reaktionsvermögen dadurch mehr anzuheben, dass abbrennbares Reaktorgift im Wasserzwischenraum-Abschnitt angebracht wird, d. h. in einem Wasserkasten, anstatt dass es in den Spaltstoff eingemischt wird.
Darüber hinaus nehmen gemäß der Fig. 15, die die Verteilung des Flusses thermischer Neutronen in einem Brennelement zeigt, thermische Neutronen am Außenumfang des Brennelements mit einer relativ größeren Wassermenge zu, jedoch nehmen Bündel thermischer Neutronen im zentralen Abschnitt des Brennelements ab. Daher zeigt auch der örtliche Spitzenwertkoeffizient die Tendenz, am Außenumfang des Brennelement zuzunehmen. Durch Einmischen von abbrennbarem Reaktorgift oder eines Neutronenabsorbers in einen Abschnitt des Spaltstoff- Wasserkastens nahe dem Bereich, an dem der örtliche Spitzenwertkoeffizient ansteigt, ist es möglich, denselben am Au- ßenumfang des Brennelements wirkungsvoll zu kontrollieren.
Ferner wird nachfolgend die Funktion der Verteilung abbrennbaren Reaktorgifts oder eines Neutronenabsorbers in der Längsrichtung eines Wasserkastens beschrieben.
Bei einem Siedewasser-Kernreaktor siedet Kühlwasser im Kern des Kernreaktors, und es fließt vom Boden zur Oberseite des Kernreaktorkerns. Daher verteilen sich Wasserdampfblasen (Hohlräume) in der axialen Richtung des Kernreaktorkerns, und darüber hinaus besteht die Tendenz einer Zunahme von Hohlräumen zur Oberseite des Kerns hin. Bei einem mit Leichtwasser moderierten Kernreaktor steuert die Dichte des Moderators (Wasser) die Kernspaltung, und der Reaktor ist so konzipiert, dass die Kernspaltung zunimmt, wenn die Dichte des Moderators zunimmt. Daher besteht, wenn die Ausgangsverteilung in axialer Richtung des Reaktorkerns betrachtet wird, die Tendenz, dass die Ausgangsleistung am Boden des Reaktorkerns, wo wenig Hohlräume existieren, im Vergleich zur Oberseite des Kernreaktors hoch ist, wo mehr Hohlräume existieren. Es ist möglich, die obige Tatsache dadurch wirkungsvoll zu bewältigen, dass die Menge an Neutronenabsorber oder abbrennbarem Reaktorgift im Wasserkasten so verteilt wird, dass sie im Bodenbereich in der axialen Richtung groß ist, wo das Reaktionsvermögen hoch ist, und zum oberen Bereich hin abnimmt.
Darüber hinaus besteht, da das Neutronenspektrum im oberen Bereich in der axialen Richtung hoch ist, da in diesem Bereich viele Hohlräume existieren, die Tendenz, dass die Verarmung an abbrennbarem Reaktorgift oder Neutronenabsorber im Vergleich zum unteren Bereich langsam ist. Daher schreitet, durch Verteilen des Neutronenabsorbers in der axialen Richtung, die Verarmung in der axialen Richtung gleichmäßig fort.
Ferner tritt, im Fall der Erfindung, abbrennbares Reaktorgift nicht direkt mit Reaktorwasser in Kontakt, da es in einem Wasserkasten eingebettet ist oder es mit einem Metall wie Zircaloy beschichtet ist. Daher korrodiert das abbrennbare Reaktorgift nicht, und zwischen ihm und dem Wasserkasten tritt weder Riss- noch Kontaktkorrosion auf.
Ferner ermöglicht es die Erfindung, einen sauber gearbeiteten Wasserkasten zu schaffen, wie er im Anspruch 17 offenbart ist.
Ein Wasserkasten, in den abbrennbares Reaktorgift eingebettet ist, und der unerwünschte Effekte wie eine Abtrennung von Materialplatten des Wasserkastens voneinander verhindert, wird auf einfache Weise dadurch hergestellt, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Wasserkastens verwendet wird.
Aus der obigen Beschreibung ist es ersichtlich, dass es mit einem erfindungsgemäßen, Plutonium enthaltenden Brennelement (MOX-Brennelement) möglich ist, das überschüssige Reaktionsvermögen geeignet zu kontrollieren, ohne dass ein Neutronenabsorber oder ein brennbares Reaktorgift in einen Brennstab eingemischt wird.
Darüber hinaus ist es möglich, da kein abbrennbares Reaktorgift in den Spaltstoff eingemischt wird, Plutonium für einen Leichtwasserreaktor zu verwenden, ohne dass die Plutoniumbeladung pro Brennelement verringert wird.
Ferner ist es möglich, den örtlichen Spitzenwert am Außenumfang eines Brennelements zu verringern, ohne dass die Anzahl der Pellet-Anreicherungsarten erhöht wird, wodurch die Anzahl der Anreicherungsarten der das Brennelement bildenden Pellets verringert werden kann. Ferner korrodiert das abbrennbare Reaktorgift nicht, wenn es in einen Wasserkasten eingebettet wird oder es mit einem Metall wie Zircaloy beschichtet wird, d. h., dass zwischen dem abbrennbaren Reaktorgift und dem Wasserkasten keine Korrosion oder Riss- oder Kontaktkorrosion auftritt, und dass das abbrennbare Reaktorgift nicht direkt mit dem Reaktorwasser in Kontakt tritt. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass abbrennbares Reaktorgift in Reaktorwasser ausleckt.
Ferner ist es möglich, einen sauber gearbeiteten Wasserkasten herzustellen, bei dem kein abbrennbares Reaktorgift nach außen freiliegt, wobei ferner ein Wasserkasten auf einfache Weise hergestellt werden kann, in den abbrennbares Reaktorgift eingebettet ist und bei dem verhindert ist, dass sich seine Materialplatten voneinander trennen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1(a) und 1(b) sind eine Schnittansicht und eine Seitenansicht eines Wasserkastens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit eingebettetem BP-Element (nahe den Ecken);
Fig. 2 ist eine Schnittansicht und eine Seitenansicht eines Wasserkastens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit eingebetteten BP-Elementen (in den Ecken);
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Prozesses (Vorprozess) zum Herstellen der Wasserkästen der Ausführungsform der Fig. 1 und 2;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Prozesses (Nachprozess) zum Herstellen der Wasserkästen der Ausführungsformen der Fig. 1 und 2;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines anderen Prozesses zum Herstellen der Wasserkästen der Ausführungsformen der Fig. 1 und 2;
Fig. 6(a) und 6(b) sind eine Schnittansicht und eine perspektivische Ansicht eines Wasserkastens gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit eingebetteten BP-Elementen (in den den Ecken);
Fig. 7(a) und 7(b) sind eine Schnittansicht und eine perspektivische Ansicht eines Wasserkastens gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung mit eingebetteten BP-Elementen (in den Ecken);
Fig. 8(a) und 8(b) sind Seitenansichten, die Strukturen zum Anordnen von BP-Elementen gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einem Wasserkasten zeigen;
Fig. 9 ist eine Seitenansicht, die eine Struktur zum Anordnen von BP-Elementen gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einem Wasserkasten zeigt;
Fig. 10 ist ein Diagramm, das Ausgangsleistungsverteilungen in der axialen Richtung eines Reaktorkerns zeigt;
Fig. 11 ist eine Seitenansicht, die eine Struktur zum Anordnen von BP-Elementen gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einem Wasserkasten zeigt;
Fig. 12(1)(a) bis 12(2)(b) sind Darstellungen, die Strukturen eines erfindungsgemäßen BP-Elements zeigen;
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, das einen Prozess zum Herstellen eines erfindungsgemäßen BP-Elements veranschaulicht;
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, das einen Prozess zum Herstellen eines anderen erfindungsgemäßen BP-Elements veranschaulicht;
Fig. 15(a) und 15(b) sind eine Schnittansicht und eine Seitenansicht eines Wasserkastens für BP-Elemente (nahe den Ecken) einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 16(a) und 16(b) sind eine Schnittansicht und eine Seitenansicht eines Wasserkastens für BP-Elemente gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 17 beinhaltet eine Schnittansicht und eine Seitenansicht eines Wasserkastens für BP-Elemente gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 18(a) und 18(b) sind eine Schnittansicht und eine Seitenansicht, die eine Struktur zum Anbringen erfindungsgemäßer BP-Elemente an einem Wasserkasten zeigen;
Fig. 19 ist eine Schnittansicht und eine Seitenansicht, die eine andere Struktur zum Anbringen erfindungsgemäßer BP-Elemente an einem Wasserkasten zeigen;
Fig. 20 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur zum Anbringen erfindungsgemäßer BP-Elemente an einem Wasserstab zeigen;
Fig. 21 ist eine perspektivische Ansicht, die einen erfindungsgemäßen Wasserkasten aus einer ein BP enthaltenden Zirkoniumlegierung zeigt;
Fig. 22 ist ein Diagramm zum Vergleichen der Abhängigkeiten der Absorptionsquerschnitte von Uran und Plutonium von der Neutronenenergie;
Fig. 23 ist eine Darstellung, die die Änderung eines Steuerungswerts von der Neutronendosis zeigt; und
Fig. 24 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Neutronenabsorptions-Querschnitten von abbrennbarem Reaktorgift und eines Neutronenabsorbers und der Neutronenenergie zeigt.;
Fig. 25(a) und 25(b) sind Diagramme zur Flussverteilung thermischer Neutronen in einem Brennelement und
Fig. 26 ist eine teilgeschnittene Ansicht eines BWR(Siedewasserreaktor)-Brennelements unter Verwendung eines Wasserkastens.

Ausführungsformen

Fig. 1(a) und 1(b) zeigen die erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennelements A, wobei die oberen Darstellungen in den Fig. 1(a) und 1(b) Schnittansichten von Wasserkästen gesehen in deren Längsrichtung sind und die unteren Darstellungen Seitenansichten der Wasserkästen gesehen aus ihrer Längsrichtung sind. Das MOX-Brennelement A verfügt über einen Wasserkasten 1, ein Bündel aus vielen Brennstäben 2, einen oder zwei Wasserstäbe 3 und BP-Elemente 4, die abbrennbares, Neutronen absorbierendes Reaktorgift (BP = burnable poison) enthalten, das in den Elementen an den vier Seiten des Wasserkastens 1 vorhanden ist. Das BP-Element 4 ist nahe den Ecken von vier Seiten des Wasserkastens 1 in dessen Längsrichtung eingebettet. In der Fig. 1(a) sind zwei Wasserstäbe 3 verwendet, und in der Fig. 1(b) ist ein Wasserstab 3 verwendet. Die anderen Teile sind in den Fig. 1(a) und 1(b) gleich. Die Fig. 2 zeigt die zweite Ausführungsform, bei der BP-Elemente 4 in den Ecken der Seiten eines Wasserkastens 1 in dessen Längsrichtung eingebettet sind. Der MOX-Spaltstoff besteht aus Uran 238, das 1,5 bis 10 Gew.-% Pu enthält. Es ist bevorzugt, an der Innenseite des Wasserkastens viel Pu enthaltenden MOX-Spaltstoff anzubringen und an der Außenseite desselben wenig Pu enthaltenden MOX-Spaltstoff anzubringen.
So stehen die BP-Elemente 4 durch Einbetteten in den Wasserkasten 1 nicht direkt mit dem Reaktorwasser in Kontakt. Daher ist es möglich, Risskorrosion und Kontaktkorrosion zu verhindern.
Darüber hinaus ist es durch Anordnen der BP-Elemente 4 in den Ecken des Wasserkastens 1 und nahe denselben möglich, den örtlichen Spitzenwertkoeffizienten an den Ecken des Brennelements A wirkungsvoll zu kontrollieren.
Die Fig. 26 ist eine teilgeschnittene Ansicht eines BWR- Brennelements unter Verwendung des obigen Wasserkastens. Wie es in der Fig. 26 dargestellt ist, verfügt das BWR-Brennelement über viele Brennstäbe 11 und Abstandshalter 12 zum Halten der Brennstäbe mit vorgegebenen Abständen, einen prismatischen Wasserkasten 1 zum Aufnehmen der Brennstäbe und der Abstandshalter, eine obere Verbindungsplatte 14 zum Halten der oberen Enden der Brennstäbe 11 mit Spaltstoffpellets in Spaltstoff-Mantelrohren, eine untere Verbindungsplatte 15 zum Halten der unteren Enden der Brennstäbe 11 und einen Halter 13 zum Transportieren des Ganzen.
Die Fig. 3 bis 5 veranschaulichen ein Verfahren zum Herstellen des Wasserkastens 1 des Brennelements A der ersten Ausführungsform. Als Erstes wird, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, eine Aussparung mit einer Tiefe von 0,1 bis 0,4 mm in einer für den Wasserkasten 1 dienenden Materialplatte aus Zircaloy 4 in der Längsrichtung der Platte ausgebildet, es wird ein BP-Element 4 mit derselben Größe wie der der Aussparung in diese eingesetzt, und es wird eine andere dünne Platte aus dem Material Zircaloy damit verbunden und durch Elektronenstrahlschweißen im Vakuumzustand befestigt. Danach werden sie warmgewalzt, kaltgewalzt und mehrmals bei 600 bis 700ºC geglüht, um eine fertige Platte herzustellen. Anstelle des Verwendens von Warmwalzen existiert ein Verfahren, bei dem die obigen Materialien bis auf 1.220ºC erhitzt werden und sie durch eine Heißpresse gewalzt werden, um eine Platte auszubilden. Darüber hinaus ist es möglich, wenn sich die Materialien nicht voneinander trennen, das Elektronenstrahlschweißen wegzulassen. Insbesondere dann, wenn die Materialien durch eine Heißpresse gewalzt werden, wird häufig das Elektronenstrahlschweißen weggelassen. Nachdem die obige eine Platte hergestellt wurde, wird sie zum Herstellen eines Wasserkasten 1 umgebogen, und zwei umgebogene Platten werden stumpf verschweißt, um den rechteckigen Wasserkasten 1 zu bilden, und dann wird dieser, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist, dadurch fertiggestellt, dass eine spezielle Wärmebehandlung, eine Formung durch Wärmebehandlung und eine Autoklavbehandlung an ihm angewandt werden. Zircaloy 4 ist eine Legierung auf Zr-Basis aus 1,20 bis 1,70 Gew.-% Sn, 0,18 bis 0,24 Gew.-% Fe, 0,07 bis 0,13 Gew.-% Cr, 0,10 bis 0,16 Gew.-% Sauerstoff und den Gew.-% des restlichen Zr.
Darüber hinaus existiert als anderes Verfahren, wie es durch die Fig. 5 veranschaulicht ist, ein Verfahren des Warmwalzens einer BP-Platte 4, die zwischen Materialplatten 1 und 1 aus Zircaloy 4 eingebettet ist, bei 600 bis 700ºC, um sie durch Druck zu verschweißen, mit einem Elektronenstrahlverschweißen an den beiden Enden derselben im Vakuumzustand, wobei sie danach wiederholt kaltgewalzt und geglüht werden, um eine Platte auszubilden. Auch in diesem Fall ist es möglich, wenn sich die Materialplatten 1 und 1 nicht voneinander trennen, das Elektronenstrahlschweißen im Vakuum wegzulassen. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass das BP- Element 4 vollständig mit dem Material 1 aus Zircaloy-4 (Zry) ummantelt ist und so nicht mit dem Äußeren in Kontakt tritt, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist. Danach wird ein Wasserkasten dadurch hergestellt, dass er dieselben herkömmlichen Prozesse durchläuft, wie sie durch die Fig. 3 und 4 veranschaulicht sind.
Die Fig. 6(a) und 6(b) zeigen die dritte Ausführungsform, die darin besteht, dass ein BP-Element 4 in eine Aussparung eines Wasserkastens 1 eingesetzt wird und die Außenseite mit einer dünnen Platte 5 aus Zircaloy (Zry) ummantelt wird. D. h., dass die dritte Ausführungsform dadurch hergestellt wird, dass eine Aussparung an einer Ecke, und um diese herum, außerhalb des Wasserkastens 1 hergestellt wird und das BP-Element 4 in die Aussparung eingesetzt wird, wobei anschließend ein Teil oder die Gesamtheit der Seite des Wasserkastens 1 mit der dünnen Platte 5 aus Zry bedeckt wird und sie verschweißt werden, so dass das BP-Element 4 nicht direkt mit dem Reaktorwasser in Kontakt tritt.
Die Fig. 6(a) zeigt einen Fall, bei dem das BP-Element 4 an einer Ecke des Wasserkastens 1 vorhanden ist, wobei nur die Außenseite des BP-Elements mit einer dünnen Platte 5 abgedeckt ist, und die Fig. 6(b) zeigt einen Fall, bei dem die vier Seiten des Wasserkastens 1 mit dünnen Platten 5 abgedeckt sind.
Die Fig. 7(a) und 7(b) zeigen die vierte Ausführungsform, die darin besteht, dass BP-Elemente 4 nahe den Ecken angebracht sind. Die anderen Teile sind dieselben wie bei der Ausführungsform der Fig. 6.
Darüber hinaus ist es, wenn ein mit einem anderen, später genannten Metall beschichtetes BP-Element 4 verwendet wird, überflüssig, das Element 4 mit einer dünnen Platte aus Zry abzudecken.
Die Fig. 8(a) und 8(b) zeigen Formen eines BP-Elements, wobei die Fig. 8(a) einen Fall zeigt, bei dem die Breite des BP-Elements 4 am Boden eines Wasserkastens in seiner Längsrichtung im Vergleich mit der Breite an der Oberseite des Rastens stark diskontinuierlich ist und die Fig. 8(b) zeigt einen Fall, bei dem die Breite des BP-Elements 4 an seinem Eioden kontinuierlich in der Längsrichtung im Vergleich zu seiner Breite an der Oberseite zunimmt.
Die Fig. 9 zeigt einen Fall, bei dem ein BP-Element 4 in der Längsrichtung eines Wasserkastens 1 unterteilt ist. In diesem Fall existieren Fälle, bei denen BP-Elemente 4 mit gleicher Länge mit regelmäßigem Intervall angeordnet sind und BP-Elemente 4, die zum Boden des Wasserkastens 1 verlängert sind, mit engeren Intervallen angeordnet sind. In diesem Fall wird, wenn die Verteilung der Ausgangsleistung in der axialen Richtung eines Reaktorkerns betrachtet wird, dieselbe am Boden des Reaktorkerns, wo weniger Hohlräume vorhanden sind, im Vergleich zur Oberseite des Kerns groß, wo mehr Hohlräume vorhanden sind, wie es durch die Kurve "a" in der Fig. 10 dargestellt ist, da in der axialen Richtung des Kernreaktorkerns Wasserdampfblasen (Hohlräume) vorhanden sind, die zur Oberseite des Reaktorkerns hin zunehmen. Daher ist es, wie oben beschrieben, durch Anbringen von weniger BP-Elementen 4 an der Oberseite und von mehr BP-Elementen 4 am Boden möglich, die Verteilung der Ausgangsleistung in der axialen Richtung des Reaktorkerns abzuflachen, wie gemäß der Kurve "b".
Die Fig. 11 zeigt einen Fall, bei dem sich die Breite eines BP-Elements 4 in der Längsrichtung eines Wasserkastens 1, mit Bestimmung der Länge des BP-Elements 4 in der Längsrichtung des Wasserkastens 1, auf 80 bis 100% der effektiven Länge eines Brennstabs 20 beläuft.
Die Fig. 12 bis 14 veranschaulichen ein Verfahren zum Herstellen eines BP-Elements 4. Das BP-Elements 4 enthält von Cadmium (Cd), Samarium (Sm), Bor (B), Gadolinium (Gd), Silber (Ag), Indium (In) und Hafnium (Hf) mindestens eines, und das mindestens eine Element ist in Form eines Metalls, einer Legierung, einer intermetallischen Verbindung oder einer Keramik vorhanden. Der Gehalt an Bp-Metall im BP-Element muss zwei bis acht Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Wasserkastens betragen, wenn Gadolinium vorliegt, um das anfängliche Reaktionsvermögen zu kontrollieren. Darüber hinaus ist ein Beispiel für eine Legierungszusammensetzung, wenn als BP-Element eine Gd/Zry-4-Legierung verwendet wird, Zinn: 1,20 - 1,70, Eisen: 0,18 - 0,24, Chrom: 0,07 - 0,13, Sauerstoff: 0,10 - 0,16, Gadolinium: 5-80 und Zirkonium: Rest (Gew.-%). In diesem Fall hängt der Gadoliniumgehalt von der Größe eines BP-Elements oder der Anzahl der BP-Elemente ab.
Die Fig. 12(1)(a) veranschaulicht ein Verfahren zum Herstellen eines BP-Elements 4 dadurch, dass Zry-Pulver auf ein BP- Metall (Gd oder Cd) mit einem Schmelzpunkt unter dem von Zry gebracht wird. Das Zry-Pulver im Vakuumzustand bis zum Schmelzpunkt des BP-Metalls erwärmt wird und die Hohlräume des Zry-Pulvers mit dem BP-Metall ausgefüllt werden. Die Fig. 12(1)(b) veranschaulicht ein Verfahren zum Herstellen des BP-Elements 4 dadurch, dass im Gegensatz, ein BP-Metall mit einem Schmelzpunkt über dem von Zry oder BP-Oxidpulver auf eine Zry-Platte oder schwammförmiges Zirkonium aufgebracht wird, ein Erwärmen bis auf eine Temperatur (1, 860 ºC) erfolgt, die dem Schmelzpunkt von Zr entspricht oder höher ist, und die Hohlräume des BP-Pulvers mit Zry ausgefüllt werden.
Die Fig. 12(2)(a) veranschaulicht ein Verfahren zum Beschichten einer BP-Platte 4 mit Zry durch Plattieren oder Aufdampfen im Vakuum, und die Fig. 12(2)(b) veranschaulicht ein Verfahren zum Beschichten einer Zry-Platte mit einem BP- Metall, im Gegensatz zum obigen Verfahren.
Die Fig. 13 veranschaulicht einen Prozess zum Herstellen eines mit Zircaloy beschichteten BP-Blocks 4. Wie es in der Fig. 13 dargestellt ist, werden BP-Pulver und Zry-Pulver durch ein MA(mechanical alloying = mechanische Legierungsbildung)-Verfahren stark bearbeitet, um ein MA-Legierungspulver zu erzeugen, das BP (Metalloxid) in übersättigtem Zustand in Form einer Feststofflösung enthält. Im Fall des MA- Verfahrens wird eine Planetenkugelmühle P-5/4 von Fritch verwendet, wobei die Drehzahl einer Scheibe auf 200 U/Min. gehalten wird, um die Behandlung für 100 bis 150 Std. bei Raumtemperatur in einer Ar-Gasatmosphäre auszuführen. Danach wird das erzeugte MA-Legierungspulver durch HIP (heißisostatischer Prozess) bei 1.000ºC oder höher gesintert, um ein Sinterkörper-BP-Element 4 fertigzustellen, wie es in der Fig. 13(a) dargestellt ist. Wenn das gesinterte BP-Element 4 ferner mit Zircaloy beschichtet wird, ist es möglich, einen mit Zircaloy beschichteten BP-Block 4, wie in der Fig. 13(b) dargestellt, dadurch herzustellen, dass der Sinterkörper in einen Behälter 6 aus Zry eingebracht wird, der im Vakuum dicht verschlossen wird, woraufhin er durch HIP verdichtet wird. Unter Verwendung des mechanischen Legierungsbildungsverfahrens ist es möglich, Zircaloy herzustellen, das BP- Metall und BP-Oxid in übersättigtem Zustand in Form einer Feststofflösung auf solche Weise enthält, dass die Gehalte an BP-Metall und BP-Oxiden höher als bei Raumtemperatur sind.
Die Fig. 14 veranschaulicht ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten BP-Blocks 7 durch Verdichten eines Pulvers, das dadurch erhalten wurde, dass Zry-Pulver und BP-Metallpulver oder BP-Oxidpulver gemischt wurden, um es zu einem Block zu formen, woraufhin der Block in die Flüssigkeit eines geeigneten Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt eingetaucht wird.
Darüber hinaus existiert ein Verfahren zur Legierungsbildung von Zirkonium oder Zircaloy mit einem BP-Metall zusätzlich zum obigen Verfahren des Herstellens des BP-Blocks 4. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, da die erhaltene Legierung hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften und der Korrosionsbeständigkeit der vorhandenen Zircaloylegierung unterlegen sein kann, die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit der erhaltenen Legierung dadurch zu verbessern, dass ihr ein Zusatzelement zugesetzt wird.
Ferner existiert ein Verfahren zum Herstellen einer Legierung durch Ausfällen eines als intermetallische Verbindung dienenden BP-Metalls in Zircaloy. Als BP-Metalle zum Herstellen einer intermetallischen Legierung mit Zirkonium werden Cadmium, Bor, Silber und Indium aufgelistet.
Obwohl vorstehend mehrere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, ist sie nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Es sind verschiedene Modifizierungen im Design zulässig, solange sie nicht vom Grundgedanken der in den Ansprüchen beschriebenen Erfindung abweichen.
Zusätzlich zu den Maßnahmen zum Einbetten der obigen BP-Elemente 4 im Wasserkasten 1 existiert das folgende Verfahren. Wenn nämlich, wie es in der Fig. 15 dargestellt ist, mit einem anderen Metall beschichtete BP-Elemente 4 verwendet werden, kann eine Einrichtung zum Befestigen der BP-Elemente 4 an den Seiten des Wasserkastens 1 anstelle einer Einbettung verwendet werden. Die Fig. 15(a) und 15(b) zeigen Fälle, bei denen die obigen beschichteten BP-Elemente 4 nahe den Ecken der Innenseiten des Wasserkastens 1 in dessen Längsrichtung angeordnet sind. Die Fig. 16(a) zeigt einen Fall, bei dem die beschichteten BP-Elemente 4 nahe den Ecken der Außenseiten des Wasserkastens 1 in dessen Längsrichtung angeordnet sind, und die Fig. 16(b) zeigt einen Fall, bei dem die BP-Elemente 4 an den Ecken der Außenseiten des Wasserkastens 1 in dessen Längsrichtung angeordnet sind.
Darüber hinaus zeigt die Fig. 17 einen Fall, bei dem die beschichteten BP-Elemente 4 an den Ecken der Innenseiten des Wasserkastens 1 in dessen Längsrichtung angeordnet sind. Die Fig. 18(a) und 18(b) veranschaulichen Verfahren zum Anbringen des BP-Elements 4 am Wasserkasten 1. Fig. 18(a) veranschaulicht ein Verfahren zum Anbringen der BP-Elemente 4 unter Verwendung von Nieten 8 aus Zircaloy oder rostfreiem Stahl. In diesem Fall ist es möglich, die BP-Elemente 4 an der Innen- oder der Außenseite des Wasserkastens 1 mittels Nieten 8 anzubringen. Die Fig. 18(b) veranschaulicht ein Verfahren zum direkten Anschweißen der beschichteten BP-Elemente 4 an die Seiten des Wasserkastens 1.
Ferner veranschaulicht die Fig. 19 ein Verfahren zum Anbringen der beschichteten BP-Elemente 4 durch Befestigungen 9 aus Zircaloy oder rostfreiem Stahl.
Die Fig. 20 zeigt einen Fall, bei dem die beschichteten BP- Elemente 4 in einem Wasserstab 3 angeordnet sind. Wie es in der Fig. 20 dargestellt ist, existieren zwei Fälle: ein Fall, bei dem ein Rohr 20 aus beschichteten BP-Metall im Wasserstab 3 positioniert ist, um eine Doppelstruktur zu bilden, und ein anderer Fall, bei dem ein Rohr 11 aus Zry weiter innerhalb des BP-Metallrohrs 10 positioniert ist, um eine Dreifachstruktur zu bilden.
Die Fig. 21(a) und 21(b) zeigen einen Wasserkasten 1 aus einer ein BP enthaltenden Zry-Legierung. Die Form des Wasserkastens 1, wie in den Fig. 21(a) und 21(b) dargestellt, ermöglicht es, den örtlichen Spitzenwertkoeffizienten der Ecken eines Brennelements A wirkungsvoll zu kontrollieren und darüber hinaus gleichzeitig das Aufquellen der Ecken des Wasserkastens 1 aufgrund einer Kriechverformung zu kontrollieren, die durch Bestrahlung mit Neutronen hervorgerufen wird, und zwar durch Erhöhen der Dicke der Ecke. Darüber hinaus ist es durch Beschichten der Oberfläche des Wasserkastens 1 mit einer hochkorrosionsbeständigen Legierung aus kein BP enthaltendem Zry möglich, zu verhindern, dass abbrennbares Reaktorgift direkt mit Reaktorwasser in Kontakt tritt, und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Ein Beispiel für die Zusammensetzung einer Gd/Zry-4-Legierung, mit der der gesamte Wasserkasten hergestellt wird, ist Zinn: 1,20 - 1,70, Eisen: 0,18 - 0,24, Chrom: 0,07 - 0,13, Sauerstoff: 0,10 - 0,16, Gadolinium: 2,0-8,0 und Zirkonium: Rest (Gew.-%).

Claims

1. Brennstoffanordnung mit einem Brennstabbündel, in dem mehrere nukleare Brennstäbe (2), die Uran oder Plutonium enthalten, angeordnet sind, sowie einer das Brennstabbündel umgebenden Kanalbox (1) und/oder einem Wasserstab (3) in dem Brennstabbündel, wobei in der Kanalbox und/oder dem Wasserstab ein abbrennbares Gift (4) so eingebettet ist, daß es keinen direkten Kontakt mit Reaktorwasser hat.

2. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, wobei das abbrennbare Gift einen Metallüberzug aufweist, dessen Korrosionswiderstand keinen direkten Kontakt mit Reaktorwasser zuläßt.

3. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das abbrennbare Gift aus Metall, einer Legierung, einer intermetallischen Verbindung oder Keramik besteht.

4. Brennstoffanordnung nach Anspruch 3, wobei das abbrennbare Gift wenigstens eines der Elemente Cadmium, Samarium, Bor, Gadolinium, Silber, Indium und Hafnium enthält.

5. Brennstoffanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das abbrennbare Gift durch Zugabe von wenigstens einem der Elemente Cadmium, Samarium, Bor, Gadolinium, Silber, Indium und Hafnium als Legierungselement zu Zirkonium oder einer Zirkoniumlegierung und durch Bilden einer festen Lösung hergestellt ist, die das zugegebene Element in einem dispergierten oder übersättigten Zustand in Form eines Metalls und/oder einer intermetallischen Verbindung und/oder eines Oxids und/oder eines Hydrids und/oder eines Nitrids enthält.

6. Brennstoffanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die die Kanalbox und darin das abbrennbare Gift enthält, wobei das abbrennbare Gift ungleichmäßig über den Querschnitt zur Längsrichtung der Kanalbox verteilt ist.

7. Brennstoffanordnung nach Anspruch 6, wobei das abbrennbare Gift nahe den Ecken im Querschnitt zur Längsrichtung der Kanalbox angeordnet ist.

8. Brennstoffanordnung nach Anspruch 7, wobei das abbrennbare Gift symmetrisch im Querschnitt zur Längsrichtung der Kanalbox angeordnet ist.

9. Brennstoffanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die die Kanalbox und darin das abbrennbare Gift enthält, wobei das abbrennbare Gift ungleichmäßig über die Länge der Kanalbox verteilt ist.

10. Brennstoffanordnung nach Anspruch 9, wobei sich mehr abbrennbares Gift am Boden der Kanalbox und weniger in Längsrichtung an der Spitze der Kanalbox befindet.

11. Brennstoffanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die die Kanalbox und darin das abbrennbare Gift enthält, wobei der ganze Querschnitt zur Längsrichtung der Kanalbox oder ein Teil dieses Querschnitts zwei oder mehrere Schichten aufweist, und wenigstens eine Schicht des abbrennbaren Gifts sich so erstreckt, daß sie einen Bereich von wenigstens 80% der effektiven Länge der Brennstäbe abdeckt.

12. Brennstoffanordnung nach Anspruch 11, wobei wenigstens eine Schicht des abbrennbaren Gifts, das wenigstens 5 Gew.-% von wenigstens einem der Elemente Cadmium, Samarium, Bor, Gadolinium, Silber, Indium und Hafnium enthält, sich so erstreckt, daß es einen Bereich von wenigstens 80% der effektiven Länge der Brennstäbe abdeckt.

13. Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffanordnungs-Kanalbox, wobei

ein Plattenaufbau gebildet wird, indem entweder

(a) eine Ausnehmung in einer ersten Platte einer Kanalbox gebildet wird, die Ausnehmung mit einer abbrennbaren Giftplatte versehen wird, die erste Platte mit einer zweiten Platte verbunden wird, so daß das abbrennbare Gift zwischen die zwei Platten eingebettet ist, und die Platten warmgewalzt oder warmgepreßt werden, oder

(b) eine abbrennbare Giftplatte zwischen zwei Platten gebracht wird und die drei Platten durch Warmwalzen verbunden werden,

der Plattenaufbau im Anschluß an (a) oder (b) wiederholt kaltgewalzt und ausgeglüht wird, und der Plattenaufbau in die Kanalbox eingebaut wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei in (a) die Verbindung zwischen den Platten geschweißt oder elektronenstrahlgeschweißt wird, bevor warmgewalzt oder warmgepreßt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei in (b) die Enden der drei Platten nach deren Warmwalzen in Vakuum elektronenstrahlgeschweißt werden.

16. . Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Platten der Kanalbox aus Zircaloy und das abbrennbare Gift aus Metall, einer Legierung, einer intermetallischen Legierung oder Keramik hergestellt werden.

17. Kanalbox zur Verwendung in einer Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, wobei das abbrennbare Gift so in die Kanalbox eingebettet ist, daß es im Betrieb keinen direkten Kontakt mit Reaktorwasser hat.

18. Kanalbox nach Anspruch 17, wobei das abbrennbare Gifteinen Metallüberzug aufweist, dessen Korrosionswiderstand höher als der des abbrennbaren Gifts ist, so daß das abbrennbare Gift keinen direkten Kontakt mit Reaktorwasser hat.

19. Wasserstab zur Verwendung in einer Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, mit einem abbrennbaren Gift, das einen Metallüberzug aufweist, dessen Korrosionswiderstand höher ist als der des abbrennbaren Gifts, so daß das abbrennbare Gift im Betrieb keinen direkten Kontakt mit Reaktorwasser hat.