DE2547791A1

DE2547791A1 - Brennstoffsatz

Info

Publication number: DE2547791A1
Application number: DE19752547791
Authority: DE
Inventors: Takanori Hosokawa; Hideo Maki; Katsutoshi Shinbo
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-10-28
Filing date: 1975-10-24
Publication date: 1976-05-06
Also published as: DE2547791C3; US4355002A; DE2547791B2; JPS5149391A

Description

Brennstoffsatz

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffsatz, bestehend aus einem ersten Brennstoffelement, das spaltbares Material und abbrennbares Reaktorgift enthält, und einem zweiten Brennstoffelement, das das gleiche spaltbare Material, jedoch kein Reaktorgift,enthält.

Insbesondere betrifft die Erfindung einen Brennstoffsatz bzw. eine Reaktorstruktur der genannten Art mit erhöhter Betriebssicherheit.

Ein Brennstoffsatz für Siedewasserreaktoren besteht im wesentlichen aus einer oberen und einer unteren Ankerplatte, einem Schachtkasten und einem Abstandhalter. Das Brennstoffelement besteht aus mehreren UCX,-Tabletten in einer Brennstoffhülse, die beidseitig durch Stopfen verschlossen ist. Nach dem Füllen der Hülse werden die Stopfen mit der Hülse verschweisst. Die UCU-Tabletten werden durch Sintern von Formungen aus Urandioxidpulver hergestellt. Die Brennstoffhülse besteht aus Zircaloy-2.

Im Inneren des Brennstoffsatzes sind Brennstoffelemente angeordnet, die grob unterteilt zwei verschiedenen Arten zugeordnet werden können. Zum einen sind die Brennstoffelemente mit UO^-Tabletten gefüllt, die mit Gadoliniumoxid

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(GcLO.,), einem abbrennbaren Katalysator gift, versetzt sind. Zum anderen sind die Brennstoffelemente mit UCU-Tabletten gefüllt, die kein Gadoliniumoxid enthalten. Der Einfachheit halber sind im Rahmen dieser Beschreibung die der ersten Gruppe zuzurechnenden Brennstoffelemente als "Gadoliniumbrennstoffelemente" und die der zweiten Art zuzurechnenden Brennstoffelemente als"gadoliniumfreie Brennstoffelemente" bezeichnet. Der Zusatz des Gadoliniumoxids zu den UC^-Tabletten dient der Steuerung und Kontrolle der überschüssigen Reaktivität des Brennstoffsatzes zu Beginn der Abbrandphase und der Glättung der Leistungsverteilung des Brennstoffsatzes in horizontaler Richtung. Gebräuchlicherweise werden etwa zwei bis fünf Gadoliniumbrennstoff elemente · in einem Brennstoff satz eingebaut.

Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass die Gadoliniumbrennstoffelemente funktionstechnisch eher versagen und häufiger versagen als die gadoliniumfreien Brennstoffelemente. Insbesondere treten Undichtheiten der Brennstoffelemente auf, die ein Austreten des spaltbaren Materials und der Spaltprodukte aus der Brennstoffhülse des Elementes zulassen. Dadurch treten Kontaminationen der Umgebung des Brennstoffelementes und eine spürbare Verringerung der Reaktorsicherheit auf. Brennstoffsätze, die fehlerhafte Brennstoffelemente enthalten, müssen ausgetauscht werden. Dadurch werden verlängerte Stillegungszeiten und eine verminderte Leistung des Reaktors erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit und die Wirtschaftlichkeit eines Kernbrennstoffreaktors durch eine Erhöhung der Zuverlässigkeit und Sicherheit derjenigen Brennstoffelemente zu verbessern, die spaltbares Material gemeinsam mit abbrennbarem Reaktorgift enthalten.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Brennstoffsatz der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass das erste Brennstoffelement weniger spaltbares Material als das diesem unmittelbar benachbarte zweite Brennstoffelement enthält.

Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe also durch eine Einstellung des Gehaltes als spaltbarem Material in jenen Brennstoffelementen, die spaltbares Material mit eingearbeitetem abrennbarem Reaktorgift enthalten.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung enthält dieses erste, äbbrennbares Katalysatorgift enthaltende Brennstoffelement weniger als 72 % spaltbares Material, bezogen auf das Gewicht des spaltbaren Materials im benachbarten zweiten Brennstoffelement, also denjenigen Brennstoffelementen, die kein Reaktorgift enthalten.

Erfindungswesentlich ist also, dass man den Gehalt an .spaltbarem Material in einem ersten Brennstoffelement, das ein brennbares Reaktorgift enthält, insgesamt niedriger einstellt und hält als den Gehalt an spaltbarem Material in einem zweiten Brennstoffelement, das neben dem ersten Brennstoffelement im Brennstoffsatz angeordnet ist und kein solches abbrennbares Reaktorgift enthält. Vorzugsweise ist der Brennstoffgehalt im ersten Brennstoffelement kleiner als etwa 72 % des Brennstoffgehaltes im zweiten Brennstoffelement. Durch diese Massnahme wird die Gefahr des Versagens des ersten Brennstoffelementes spürbar gesenkt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

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_ 4 —

Fig. 1 im schematischen Längsschnitt einen

Verformungszustand der UO^-Tabletten in der Hülse eines Brennstoffelementes;

Fig. 2 einen Schnitt nach II-II in Fig. 1;

Fig. 3 in graphischer Darstellung die pro

zentuale axiale Dehnung der Hülse des Brennstoffelementes als Funktion der Abbrandleistung;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung

im Querschnitt und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der

Erfindung im Längsschnitt.

Nach dem Einsetzen eines Brennstoffsatzes in den Reaktorkern und Betriebsbeginn des Reaktors besteht, wie bereits erwähnt, die Gefahr, dass die Brennstoffelemente aufreissen. Durch die in der Hülse 2 des Brennstoffelementes 1 gestapelten UC^- Tabletten 2, die sich zn Betriebsbeginn verformen, wird auf die Hülse 2 eine Verformungskraft in der in Fig. 1 gezeigten Weise ausgeübt. Die Verformung der UO₂-Tabletten 3 ist dabei auf das Auftreten von Temperaturunterschieden zurückzuführen, die zu unterschiedlichen Wärrneausdehnungen führen. Die Temperatur im Inneren der UO^-Tabletten 3 ist nämlich deutlich höher als die Temperatur der Tabletten in ihren Aussenbereichen. Ausserdem tritt eine Volumenvergrösserung der UO₂-Tabletten 3 durch die Ansammlung von Spaltprodukten in den Tabletten auf. In der Summe führen diese Effekte dazu, dass der radiale Querschnitt der UC^-Tabletten 3 an beiden Stirnseiten der Tablette grosser als im axial zentrakn Bereich wird. Das führt dazu, dass an beiden Stirnseiten

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der UOp-Tabletten 3 Ringrippen 4 mit vergrössertem Querschnitt gebildet werden» Bei der weiteren Ausprägung dieser Ringrippen 4 kommen die UO^-Tabletten 3 allmählich in direkte Berührung mit der Hülse 2 des Brennstoffelementes. Im weiteren Verlauf wird auch die Hülse 2 des Brennstoffelementes radial auswärts verformt. Dabei werden in der Hülse 2 Ringrippen ausgeformt, die den Ringrippen 4 der Tabletten entsprechen. Die Struktur der Hülse 2 des Brennstoffelementes gleicht derjenigen eines Bambusstabes. In gleichmässiger axialer Folge weist die Brennstoffelementhülse 2 Knoten oder Wülste auf. Das Ausmass und die Geschwindigkeit der Wärmeausdehnung der UO^-Tabletten 3 ist dabei jedoch grosser als diejenige der Hülse 2. Dies führt dazu, dass in der Hülse 2 durch die Wärmeausdehnung der UO^-Tabletten 3 axial gerichtete mechanische Dehnungsspannungen auftreten. Durch die zentralen Einschnürungen der UC^-Tabletten 3 treten gleichzeitig zwischen den einzelnen Knoten oder Ringrippen auch mechanische Kompressionsspannungen auf. Ausserdem weisen diejenigen Hülsenbereiche, in denen die Korapressionsspannungen auftreten, eine höhere Temperatur als die Bereiche auf, in denen die Dehnungsspannungen auftreten. Dies führt in den UO₂-TaM.etten 3 zur Ausbildung von Rissen 6, wie sie in der Fig. 2 gezeigt sind. Dies wiederum führt ausserdem zu radialen und tangentialen Dehnungspannungskomponenten in der Hülse 2. Die Summe der in der Hülse 2 auftretenden axialen, radialen und tangentialen DehnungsSpannungskomponenten führt dazu, dass in den Ringwulstbereichen 5 der Hülse 2 die lokal grössten Spannungen gerade an den Stellen der Risse 6 in den Tabletten 3 auftreten. Dies führt zum Reissen der Hülse

In Brennstoffsätze gebräuchlicher Art sind beim Einbringen in den Reaktor Gadoliniumbrennstoffelemente, die als abrennbares Reaktorgift Gadoliniumoxid enthalten, und gadoliniumfreie Brennstoffelemente, die kein alforennbares Reaktorgift enthalten, eingesetzt. Die gadoliniumfreien Brennstoffelemente sind

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so angeordnet, dass sie zu den Gadoliniumbrennstoffelementen benachbart sind. Nach dem Einsetzen des Brennstoffsatzes in den Reaktorkern und einer vorgegebenen Betriebsdauer wird die Längung jedes der Brennstoffelemente des Brennstoffsatzes gemessen. Jedes Gadoliniumbrennstoffelement enthält etwa 2,8 % angereichertes Uran-235 und 1,5 % Gadoliniurnoxid. Jedes gadoliniumfreie Brennstoffelement enthält gebräuchlicherweise ebenfalls 2,8 % angereichertes Uran-235. Das Uran-235 ist das spaltbare Material.

In der Fig. 3 ist die prozentuale axiale Dehnung der Brennstoffelementhülsen als Funktion der Abbrandleistung dargestellt. Die Kurve 10 gibt die axiale Dehnung der Hülse der gadoliniumfreien Brennstoffelemente wieder. Die Dehnung der Hülsen der Gadoliniumbrennstoffelemente, die in der Kurve dargestellt ist, ist zu Beginn der Betriebsdauer bei niedriger Abbrandleistung kleiner als die Dehnung der gadoliniumfreien Brennstoffelemente. Oberhalb einer Leistung von etwa 3000 Mvi*d/t wird die Dehnung der Gadoliniumbrennstoffelemente, jedoch grosser als die Dehnung der gadoliniumfreien Brennstoffelemente. Die Dehnung des Gadoliniumbrennstoffelementes nimmt dabei mit zunehmendem Gehalt an Gadoliniumoxid zu. Die axiale Dehnung der Hülse eines Gadoliniumbrennstoffelementes erreicht dabei ein Maximum von etwa 0,0612 % bei einer Abbrandleistung, bei der das Gadoliniumoxid verbraucht wird, nämlich bei einer Abbrandleistung von etwa 5000 bis 6000 MW*d/t. Nach Durchlaufen dieses Maximums A (Kurve 8) nimmt die Dehnung mit zunehmender Abbrandleistung wieder ab und nähert sich wieder weitgehend der für die gadoliniumfreien Brennstoffelemente beobachteten axialen Hülsendehnung an. Dieses Verhalten ist auf die Erscheinung der Spannungsrelaxation durch Kriechverformung der Gadoliniumbrennstoffelemente zurückzuführen. Die Dehnung der Brennstoffhülse des gadoliniumfreien Brennstoffelementes beträgt etwa 0,0276 % bei einer Abbrandleistung, bei der etwa das Maximum A der axialen Dehnung

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der Hülsen der Gadoliniumbrennstoffelemente auftritt. Die Dehnung der Brennstoffhülse eines Gadoliniumbrennstoffelementes ist also wesentlich grosser als die Hülsendehnung der gadoliniumfreien Brennstoffelemente bei einer Abbrandleistung von etwa 5000 bis 6000 MW-d/t. Die axiale Dehnung der Brennstoffelementhülse erfolgt dabei sowohl durch die Wärmeausdehnung als auch durch die axiale Längung der UO₂-Tabletten, deren Verformung sich auf die Hülse des Brennstoffelementes überträgt. Die axiale Längung der Hülse der Gadoliniumbrennstoffelemente geht dabei hauptsächlich auf die Dehnung der UO~-Tabletten zurück. Bei grosser Ausdehnung unter der Einwirkung der sich aufweitenden UO--Tabletten werden jedoch auch die Dehnungsspannungen vergrössert, die im Bereich der Ringrippen 5 der Hülse 2 auftreten. Dadurch wiederum wird die Gefahr der Rissbildung der Brennstoffelemente erhöht. Dies führt im Ergebnis dazu, dass die Gefahr einer Rissbildung in den Gadoliniumbrennstoffelementen grosser als die Gefahr der Rissbildung in den gadoliniumfreien Brennstoffelementen ist.

Hier schafft die Erfindung Abhilfe. Durch die Erniedrigung des Gehaltes an spaltbarem Material in den Gadoliniumbrennstoffelementen gegenüber dem Gehalt an spaltbarem Material in den gadoliniumfreien Brennstoffelementen wird die erhöhte Rissbildungsgefahr für die Gadoliniumbrennstoffelemente gegenüber den gadoliniumfreien Brennstoffelementen vermindert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt. Ein Brennstoffsatz 11 ist von einem Schachtkasten 13 umschlossen, der mehrere Brennstoffelemente 15 einschliesst. Der Fusspunkt der Brennstoffelemente 15 ist in einer in der Figur nicht dargestellten unteren Ankerplatte gehaltert, während die oberen Enden der Brennstoffelemente in einer

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ebenfalls in den Figuren nicht gezeigten Ankerplatte gehaltert sind. Die einzelnen Brennstoffelemente 15 werden
durch Abstandshalter zwischen beiden Ankerplatten gehalten. Durch den Schachtkasten 13 strömt Kühlwasser, wenn der
Brennstoffsatz 11 im Reaktor eingesetzt ist. Die Brennstoffelemente 15 des Brennstoffsatzes 11 lassen sich grob in
der Weise klassifizieren, dass man in der zuvor beschriebenen Weise Gadoliniumbrennstoff elemente 16 und gadoliniurnf reie Brennstoffelemente 17 unterscheidet. Die gadoliniumfreien Brennstoffelemente 17 lassen sich wiederum zwei verschiedenen Gruppen zuordnen, und zwar je nach dem Anreicherungsgrad des in ihnen enthaltenen Uran--235, das das in den
Elementen eingesetzte spaltbare Material ist. Die gadoliniumfreien Brennstoffelemente 17A enthalten Uran-235 in
einer Anreicherung von etwa 2,8 %, während die gadoliniumfreien Brennstoffelemente 17B das Uran~235 in einer Anreicherung von etwa 2,1 % enthalten. Die gadoliniurnfreien Brennstoffelemente 17C enthalten das Uran-235 in einer
Anreicherung von etwa 1,8 % und schliesslich die gadoliniumfreien Brennstoffelemente 17D das Uran-235 in einer Anreicherung von 1,4%.

Im Reaktorkern sind mehrere solcher Brennstoffsätze 11 in regelmässiger Verteilung angeordnet, und zwar in der Weise, dass sich im Querschnitt ein regelmässiges Gitter ergibt. Zwischen je vier Brennstoffsätze 11 ist ein Steuerstab 19 zur Leistungssteuerung des Reaktors eingeschoben. Unmittelbar an den Seitenwänden 21 und 22 des Schachtkastens 13, die
dem Steuerstab 19 gegenüberliegen, sind hauptsächlich die gadoliniumfreien Brennstoffelemente 17B, 17C und 17D angeordnet. Die gadoliniumfreien Brennstoffelemente 17A sind
über die restliche Querschnittsfläche des Schachtkastens verteilt, und zwar insbesondere den Seitenwänden 23 und des Schachtkastens 13 benachbart, die den Seitenwänden 21 und

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gegenüberliegen. Diese Verteilung der gadoliniumfreien Brennstoffelemente 17 dient der gleichmässigeren Leistungsverteilung des Brennstoffsatzes 11 in horizontaler Richtung.

Die Gadoliniumbrennstoffelemente 16 enthalten etwa 1,5 % Gadoliniumoxid und Uran-235 in einer Anreicherung von etwa 2,0 %. Die drei in der Figur gezeigten Gadoliniumbrennstoffelernente 16 sind in der gezeigten Weise von gadoliniumfreien Brennstoffelementen 17 umgeben. Diese Anordnung und relative Verteilung der Ga do lxniurnbrennstoff elemente 16 und der gadoliniumfreien Brennstoffelemente 17 im Schachtkasten entsprechen an sich bekannter und gebräuchlicher Art. Auch entspricht die Konzentration an angereichertem Uran-235 in jedem der gadoliniurafreien Brennstoffelemente 17 der gebräuchlichen Praxis. Die Anreicherung des in den Gadoliniumbrennstoffelementen 16 enthaltenen Uran-235 ist jedoch niedriger als in den gadoliniuraf reien Brennstoffelementen 17A, die die Ga doliniuiabrennstoff elemente 16 unmittelbar umgeben. Diese geringere Anreicherung des U-235 ist gleichbedeutend mit einem geringeren Absolutgehalt an Uran-235 im Kernbrennstoffelement.

Beim Betrieb eines Reaktors mit einem Brennstoffsatz 11 gemäss der Erfindung treten axiale Dehnungen der Gadoliniumbrennstoffelemente 16 und der gadoliniumfreien Brennstoffelemente 17A, die das Element 16 umgeben, in der in Fig. 3 gezeigten Weise auf. Die Dehnung der Hülse des gadoliniumfreien Brennstoffelementes 17A als Funktion der Abbrandleistung entspricht der Kurve 10, da diese Brennstoffelemente gebräuchlicher Art sind. Dagegen entspricht die axiale Dehnung der Hülse der Gadoliniumbrennstoffelemente 16 als Funktion der Abbrandleistung der in Fig. 3 gezeigten Kurve 26. Auch diese Dehnungskurve durchläuft ein Maximum B im Bereich einer Abbrandleistung von etwa 5000 bis 6000 Μΐί-d/t.

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Die Lage des Maximums B entspricht also durchaus der Lage des Maximums A in der Kurve 8 für die gebräuchlichen Gadoliniumbrennstoff elemente. Datei liegt jedoch der Viert für das Maximum B der Kurve 26 wesentlich niedriger als der Wert des Maximums A. Ausserdem ist bei gleicher Äbbrandleistung die axiale Dehnung des Gadoliniumbrennstoffelementes der Erfindung (Kurve 26) zu jedem Zeitpunkt, also auch im Maximum B, kleiner als die axiale Dehnung in den gadoliniumfreien Brennstoffelementen 17A₁ die das Gadoliniumbrennstoffelement 16 in unmittelbarer Nachbarschaft umgeben. Dieser Effekt ist darauf zurückzuführen, dass die Anreicherung des Uran-235 in den Gadoliniumbrennstoffelementen 16 mit etwa 2,0 % niedriger als die Uran~235-Anreicherung mit etwa 2,8 % in den gadoliniumfreien Brennstoff elementen ■ 1 7A ist, die das Element 16 umgeben. Die axiale Längung der Hülse des Gadoliniurabrennstoffelementes 16 kommt der Dehnung des gadoliniumfreien Brennstoffelementes 17A im Abbrandleistungsbereich von 5000 bis 6000 MW'd/t am nächsten, liegt diesseits und jenseits dieses Leistungsbereiches jedoch stets deutlich unter der Dehnung des gadoliniumfreien Brennstoffelementes. Im Ergebnis führt dies zu einer ganz wesentlichen Verminderung der Gefahr einer Rissbildung im Gadoliniumbrennstoffelement 16. Dadurch wird ausserdem die erforderliche Austauschfrequenz für den Brennstoffsatz 11 im Reaktorkern spürbar erniedrigt, so dass die Bruttoleistung des Reaktors erhöht werden kann.

Der Anreicherungsgrad des Uran-235 im Gadoliniumbrennstoffelement 16 ist vorzugsweise kleiner als 72 % des Anreicherungsgrades des in den gadoliniumfreien Brennstoffelementen 17A, die das Brennstoffelement 16 umgeben, enthaltenen Uran-235. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit des technischen Versagens der Gadoliniumbrennstoffelemente 16 verringert, und zwar

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auf einen Wert, der kleiner als die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Fehlern im gadoliniumfreien Brennstoffelement 17Λ ist. Diese geringere Gefahr insbesondere der Rissbildung im Element 16 gegenüber dem Element 17A kann also durch eine vorgegebene Einstellung des Anreicherungsgrades des Uran-235 im Gadoliniumbrennstoffelement 16 eingestellt werden.

Wenn der Anreicherungsgrad des Uran 235 im Gadoliniumbrennstoffelement 16 etwa 2,4 % beträgt, liegt die axiale Dehnung der Hülse des Gadoliniumbrennstoffelementes 16 im Maximum B über der axialen Dehnung des gadoliniuinfreien Brennstoffelementes 17A, das dem Element 16 benachbart ist. Vienn die Anreicherung des Uran-235 im Gadoliniumbrennstoffelement dagegen kleiner als etwa 2,8 % ist, liegt der Viert des Maximums B unterhalb dem Wert des Maximums A. Wenn also die Uran-235-Anreicherung des im Gadoliniumbrennstoffelement 16 enthaltenen Urans kleiner als die Anreicherung des Uran-235 im gadoliniumfreien Brennstoffelement 17A ist, das dem Element 16 benachbart ist, wird die Wahrscheinlichkeit des mechanischen Versagens des Gadoliniumbrennstoffelementes bereits deutlich kleiner als für herkömmliche Brennstoffelemente. Damit ist aber auch bereits unter diesen Bedingungen die Zuverlässigkeit und die Standzeit des Brennstoffsatzes 11 der Erfindung gegenüber herkömmlichen Brennstoffsätzen spürbar erhöht.

Wie bereits zuvor erwähnt,kann der Uran-235-Gehalt im Brennstoffelement dadurch erniedrigt v/erden, dass man den Anreicherungsgrad an spaltbarem Material im Brennstoffelement erniedrigt, also den Anreicherungsgrad des Uran-235 erniedrigt. Der Absolutgehalt an Uran~235 im Brennstoffelementikann jedoch auch durch eine Verringerung der Packungsdichte des Urandioxids herbeigeführt werden.

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In der Fig. 5 ist im Längsschnitt ein Gadoliniumbrennstoffelement 30 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Gadoliniumbrennstoffelement 30 enthält eine Hülse 32, UO₂~Tabletten 34 und■35 und Abschlussstopfen 37 und 38. Die UC^-Tabletten 34 und 35 sind in der Brennstoffhülse 32 gestapelt. Die Hülse 32 ist beidseitig mit den Stopfen 37 und 38 verschlossen. Die Stopfen sind aufgeschweisst. Am oberen Ende des Brennstoffelementes 30 ist in diesem eine Druckfeder 40 untergebracht. Die Druckfeder drückt die UO₂~Tabletten 34 und 35 über eine Zwischenlegscheibe 41 in der Hülse abwärts zusammen. Der Anreicherungsgrad des Uran-235 in den UO₀-Tabletten 34 beträgt etwa 2,0 %* Der Anreicherungsgrad des Uran-235 in den UO₂~Tabletten 35 beträgt etwa 2,8 %. Sowohl in den UO₂~Tabletten 34 als auch in den UO₂-Tabletten 35 sind jeweils etwa 1,5 % Gadoliniumoxid enthalten. Die U0~-Tabletten 34 sind im axial mittleren Bereich des Gadoliniumbrennstoffelementes 30 angeordnet. Die UO₂-Tabletten 35 schliessen sich zu beiden Seiten dieses mittleren Bereiches bis an die Stirnseiten des Brennstoffelementes 30 hin an. Im Brennstoffsatz 11 (Fig. 4) wird dann das in Fig. 5 gezeigte Gadoliniumbrennstoffelement 30 an den für die Brennstoffelemente 16 vorgesehenen Stellen eingesetzt. Der Brennstoffsatz ist im übrigen auch bei Verwendung der in Fig. 5 gezeigten Gadoliniumbrennstoffelemente 30 der gleiche, wie er im Zusammenhang mit dem in Fig. 4 gezeigten Brennstoffsatz 11 beschrieben ist. Im Bereich der beiden äusseren Enden des Gadoliniumbrennstoffelementes 30 ist Uran-2 35 enthalten, das den gleichen Anreicherungsgrad an Uran-235 aufweist, wie ihn die gadoliniumfreien Brennstoffelemente 17A besitzen, die das Brennstoffelement 30 benachbart umgeben. In den axial mittleren Bereichen des Gadoliniumbrennstoffelementes 30 ist der Anreicherungsgrad des Uran-235 jedoch kleiner als der Anreicherungsgrad des Uran-235 in den das Element 30 benachbart umgebenden gadoliniumfreien Brennstoffelementen 17.

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Beim Einsetzen der so aufgebauten Brennstoffsätze in den Reaktor und Aufnahme des Betriebes wird eine Leistungsverteilung des Brennstoffelementes erhalten, die in axialer Richtung in den mittleren Bereichen des Brennstoffelementes hoch und an den beiden Enden des Elementes gering ist. Dadurch wird die Gefahr mechanischen Versagens an den beiden stirnseitigen Endpunkten des Brennstoffelementes weiter erniedrigt.

Auch bei dem Aufbau des in Fig. 5 gezeigten Gadoliniumbrennstoffelementes 30 v/erden im Ergebnis die gleichen Wirkungen erzielt, wie sie im Zusammenhang mit dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel erläutert sind. Da weiterhin in dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der Anreicherungsgrad des üran-235 an beiden Enden des Gadoliniumbrennstoffelementes 30 hoch ist, wird weiterhin der Effekt erzielt, dass die überschüssige Reaktivität grosser als im zuvor beschriebenen Beispiel ist.

Die gleichen Wirkungen der Erfindung, wie sie zuvor für das Gadoliniumoxid beschrieben sind, werden auch erhalten, wenn man als abbrennbares Reaktorgift Bor, Cadmium, Erbium, Europium, Hafnium, Samarium, chemische Verbindungen dieser Metalle oder andere nichtspaltbare Substanzen mit hohem Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen verwendet. Auch kann die Erfindung selbstverständlich für andere Reaktortypen als für den hier beschriebenen Siedewasserreaktor eingesetzt werden.

Die Erfindung schafft also einen Kernbrennstoffsatz mit höherer mechanischer Zuverlässigkeit der abbrennbare Reaktorgifte enthaltenden Brennstoffelemente und ermöglicht eine längere Standzeit des Brennstoffsatzes und damit eine höhere Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit des Reaktors selbst.

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Claims

Pa tentansprüche

/ 1 ..^Brennstoffsatz mit einem ersten Brennstoffelement, das spaltbares Materia 1 und abbrennbares Reaktorgift enthält, und einem zweiten Brennstoffelement, das das gleiche spaltbare Material, jedoch Icein Reaktorgift, enthält, dadurch gekennzeichnet , dass das erste Brennstoffelement weniger spaltbares Material als jedes diesem unmittelbar benachbarte zweite Brennstoffelement enthält.
2. Brennstoffsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Gehalt an spaltbarem Material in den axial mittleren Bereichen des ersten Brennstoffelementes kleiner ist als der Gehalt an spaltbarem Material in jedem der zweiten Brennstoffelemente., die das erste Brennstoffelement benachbart umgeben.
3. Brennstoffsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Gehalt an spaltbarem Material im ersten Brennstoffelement kleiner als etwa 72 % des Gehaltes an spaltbarem Material in jedem der zweiten Brennstoffelemente, die das erste Brennstoffelement umgeben, ist.
4. Brennstoffsatz nach Anspruch 1, dadurch g e k e η. η -

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zeichnet , dass der Gehalt an spaltbarem Material im ersten Brennstoffelement mit Ausnahme der beiden stirnseitigen Endbereiche kleiner als etwa 72 % des Gehaltes an spaltbarem Material in jedem der zweiten Brennstoffelement', die das erste Brennstoffelement im Brennstoffsatz; umgeben, ist.

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