DE3824082A1

DE3824082A1 - Brennstoff-anordnung fuer kernreaktoren

Info

Publication number: DE3824082A1
Application number: DE3824082A
Authority: DE
Inventors: Makoto Ueda; Koichi Sakurada; Shungo Sakurai; Ritsuo Yoshioka; Shunsuke Ogiya; Mamoru Nagano
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-07-18
Filing date: 1988-07-15
Publication date: 1989-01-26
Also published as: DE3824082C2; SE8802659D0; US5068082A; SE505651C2; SE8802659L

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoff-Anordnung für einen Kernreaktor und insbesondere eine Brennstoffanordnung für einen Siedewasserreaktor, wobei die Brennstoff-Anordnung ei nen langen Betriebszyklus des Reaktors gewährleisten und ei nen Abschaltbereich aufrechterhalten soll.

Die Brennstoff-Anordnung für einen Siedewasserreaktor (BWR) besteht aus einem quadratischen Kanalkasten, in welchem eine Anzahl von Brennstäben gleichmäßig angeordnet ist, wobei die Brennstäbe aus einem metallischen Hüllrohr bestehen, das mit Spaltmaterial gefüllt ist. Der Reaktorkern des BWR beinhaltet eine Vielzahl von Zellen, deren jede aus einem kreuzförmigen Steuerflügel und vier Brennstoff-Anordnungen besteht, welche den Steuerflügel umgibt, wobei diese Zellen in regelmäßiger Wei se im Kern untergebracht sind. Jede Brennstoff-Anordnung und jeder Steuerflügel weist zueinander senkrechte und zueinander parallele Achsen auf und ein als Moderator dienendes Kühlmittel strömt vom unteren Teil nach oben zum oberen Teil des Reaktor kerns.

Bei einem Siedewasserreaktor bilden sich in einem Bereich nahe dem unteren Ende des wirksamen Kernteils keine Dampfblasen, d.h., das untere Ende des hitzerzeugenden Kernteils, in welchem eine exotherme Reaktion auftritt. Eine Vielzahl von Dampfblasen bil det sich jedoch in dem Bereich über der Mitte des Reaktorkerns und die erzeugten Blasen bewegen sich nach oben in Richtung auf den oberen Teil des Reaktorkerns. Der Blasenanteil im Siede wasserreaktor wird somit gegen den oberen Teil des Reaktorkerns groß, mit der Folge, daß sich die Moderatorwirksamkeit gegenüber Neutronen vermindert und folglich auch die Ausgangsleistung. Um diesen Nachteil zu überwinden, wird gemäß einer bekannten Tech nik der Anteil an Spaltmaterial im Brennstoff in dem Bereich hohen Blasenanteils erhöht; nach einer anderen bekannten Tech nik wird ein brennbares Gift dem Brennstoffelement hinzuge mischt, um so den Anstieg des Leistungsausgangs im Bereich niedrigen Blasenanteils zu unterdrücken.

Aus den erwähnten Gründen wird bei einem Siedewasserreaktor der Abbrand im oberen Kernbereich verzögert, so daß die Kon zentration an U-235 im oberen Kernbereich relativ zu den an deren Kernbereichen hoch wird. Weil durch die Blasen spaltbares Material, wie etwa Pu-239 erzeugt wird, ist es darüberhinaus schwierig, den Abschalt-Sicherheitsbereich des Reaktorkerns in seinem oberen Bereich aufrechtzuerhalten. Neuerdings wurden An strengungen unternommen, den Betriebszyklus der Reaktoren zu verlängern und den Grad des Abbrandes des Brennstoffes zu ver bessern, um so die Reaktoren wirtschaftlicher zu machen. Dabei muß jedoch notwendigerweise der Anteil an Brennstoff erhöht wer den, so daß die Aufrechterhaltung des Abschaltbereiches des Re aktors noch schwieriger wird.

Nachfolgend sollen nun anhand der Figuren typische Beispiele von Brennstoffanordnungen erläutert werden, wie sie heute üb licherweise bei Siedewasserreaktoren Verwendung finden und wie sie in naher Zukunft eingesetzt werden sollen.

Fig. 73A ist eine perspektivische Ansicht einer Brennstoffan ordnung üblichen Types und Fig. 73B ist ein schematischer Ver tikalschnitt durch einen Brennstab dieser Brennstabanordnung.

Gemäß Fig. 73A weist die Brennstoffanordnung nicht gezeichnete Wasserrohre und Brennstäbe 2 auf, die durch eine obere Halte platte 4, einen Abstandhalter 5 und eine untere Halteplatte 6 gehaltert sind, wobei ein Kanalkasten 1 den Außenumfang der gehalterten Wasserrohre und Brennstäbe 2 umgibt. Jeder der Brenn stäbe 2 weist gemäß Fig. 73B ein Hüllrohr 7, eine Vielzahl von im Hüllrohr 7 untergebrachter Brennstoff-Kugeln 8, eine in ei nem Gasraum über den Kugeln 8 im Hüllrohr 7 angeordnete Feder 9, einen oberen Stopfen 10 zum Verschließen der oberen Öffnung des Hüllrohres 7 und einen unteren Stopfen 11 zum Verschließen der unteren Öffnung des Hüllrohres 7 auf.

Fig. 74 ist ein Querschnitt durch die bekannte Brennstoffanord nung von Fig. 73A, wobei 62 Brennstäbe 2 und zwei Wasserrohre 3 in dem Kanalkasten 1 untergebracht sind; dies stellt eine Brennstoffanordnung dar. Die Wasserrohre 3 dienen zum Unter drücken eines Kurzschlusses des als Moderator dienenden Was sers im Inneren der Brennstoffanordnung, wobei jedoch die Was serrohre 3 in Axialrichtung gleichmäßig verteilt sind, so daß bestimmte Probleme auftreten können, nämlich ein Wasserüberschuß im unteren Bereich des Kernreaktors oder ein Wasserkurzschluß im oberen Bereich des Reaktorkerns.

Fig. 75 zeigt ebenfalls einen Querschnitt durch eine Brennstoff anordnung, wobei diese Anordnung zum Zweck der Verbesserung der Eigenschaften der Anordnung von Fig. 74 entwickelt worden ist. Die Brennstoffanordnung gemäß Fig. 75 weist ein Wasserrohr 12 auf, dessen Durchmesser größer ist als derjenige des Wasserrohres 3, damit nicht-siedendes Wasser hindurchströmt. Aber auch bei die ser Ausführung ergibt sich das Problem eines Wasserüberschusses im unteren Bereich des Reaktorkerns und eines Kurzschlusses im oberen Kernbereich, wie dies anhand der Ausführung von Fig. 74 erläutert worden ist.

Fig. 76 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführung einer bekannten Brennstoffanordnung, die zur Verbesserung der Anordnung von Fig. 74 entwickelt worden ist. Die Brennstoffan ordnung von Fig. 76 weist vier quadratische Kanalkästen 13 auf, deren jeder 16 Brennstäbe 2 beinhaltet, die so angeordnet sind, daß sie einen Wasserdurchlaß für siedendes Moderatormaterial und einen kreuzförmigen Raum 14 bilden, der durch die Kanalkästen 13 begrenzt wird und als Wasserführung für nicht-siedendes Mode ratormaterial dient, um so eine gleichmäßige Verteilung der Aus gangsleistung in Horizontalrichtung zu erreichen. Auch bei die ser Brennstoffanordnung ergeben sich jedoch die Probleme des Wasserüberschusses im unteren Bereich und des Wasser-Kurzschlus ses im oberen Bereich des Reaktorkerns.

Fig. 77 schließlich zeigt einen Querschnitt durch eine wei tere Ausführung einer üblichen Brennstoffanordnung zur Verbes serung der Brennstoffanordnung von Fig. 75. Die Brennstoffan ordnung von Fig. 77 wird durch neun Unterbündel 15 gebildet, deren jedes neun Brennstäbe 7 beinhaltet, wobei vergleichsweise große Spalte 16 zwischen den Unterbündeln 15 freigelassen sind. Auch mit dieser Anordnung ist es nicht gelungen, die Probleme des Wasserüberschusses und des Wasserkurzschlusses im unteren bzw. oberen Bereich des Reaktorkerns zu lösen.

Wie erwähnt, bilden sich beim Siedewasserreaktor Dampfblasen im Bereich der Brennstoff-Anordnungen, mit Ausnahme des unter sten Bereiches, und die Blasen bewegen sich nach oben in Rich tung zum oberen Bereich des Reaktorkerns und demgemäß wird beim Siedewasserreaktor der Anteil an Dampfblasen gegen den oberen Bereich des Reaktorkerns hin immer höher. Die Folge ist, daß die Bremseigenschaften gegenüber Neutronen absinken und damit auch die Spaltungsrate. In anderen Worten, im unteren Bereich des Reaktorkerns läuft der Abbrandvorgang ab, während im obe ren Bereich des Kerns der Abbrand verzögert wird. Um dieses Prob lem zu überwinden, das heißt, das Absinken der Ausgangsleistung im oberen Bereich des Reaktorkerns zu vermeiden, hat man ver sucht, den Anteil an spaltbarem Material im Brennstoff im obe ren Bereich des Reaktorkerns zu erhöhen.

Der Anstieg des Blasenanteils im oberen Bereich des Reaktorkerns und die Erhöhung des Anteils an spaltbarem Material im oberen Bereich des Reaktorkerns führen jedoch zu der Schwierigkeit der Einhaltung des Abschaltbereichs im oberen Bereich des Reaktor kerns beim Abschalten des Siedewasserreaktors. Andererseits, um den Betriebszyklus des Reaktors zu verlängern und damit die sen wirtschaftlicher zu machen, ist es wünschenswert, die An reicherung des Brennstoffes zu erhöhen. Dies jedoch führt zu einer Verminderung des unterkritischen Zustandes im oberen Be reich des Reaktorkerns und letztlich kann dabei der Fall eintre ten, daß der Reaktor nicht mehr abschaltbar ist. Aus diesem Grund ist es bei Verwendung der üblichen Technik äußerst schwie rig, den Betriebszyklus des Reaktors zu verlängern.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb die erwähnten Nachteile der oben beschriebenen, bekannten Techniken im wesentlichen zu ver meiden und eine verbesserte Brennstoffanordnung, insbesondere als Reaktorkern eines Siedewasserreaktors, zu schaffen, welche die Aufrechterhaltung des Reaktor-Abschalt-Sicherheitsbereichs auch dann gewährleistet, wenn die Anreicherung des Brennstoffs erhöht wird, wobei die axiale Ausgangsleistungsverteilung ver bessert werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Brennstoffanordnung mit einer Mehrzahl aus Brennstäben, deren jeder durch Einfüllen von Brennstoff in ein Hüllrohr gebildet ist, erreicht, die aus zumindest einem ersten Brennstab, der über einen Teilbereich seines Hüllrohres brennwirksam und mit Brennstoff gefüllt ist und einen Bereich mit beträchtlich ver minderter Anreicherung an Spaltmaterial oder vollständig ohne Spaltmaterial aufweist, und zwar in einer axialen Füllrohrhöhe, innerhalb einer Zone liegt, in welcher der unterkritische Zu stand innerhalb derjenigen Zeitspanne klein ist, in der beim Be trieb des Reaktors die Abschalt-Sicherheitsgrenzen schwierig ein zuhalten sind, wobei diese Zone Abschaltzone genannt wird, und aus einem zweiten Brennstab besteht, der über die gesamte axiale Länge seines Hüllrohres brennwirksam und mit Brennstoff ange füllt ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erst nur über einen Teilbereich brennwirksame Brennstab als ein Brennstab ausgebildet, der mit einer teilweise angeordneten Zwischenzone versehen ist, in welcher die Anreicherung an Spalt material im Hüllrohr beträchtlich vermindert ist oder überhaupt kein Spaltmaterial existiert.

Der erste Brennstab kann weiterhin als kurzer Brennstab ausge bildet sein, dessen axiale Länge kleiner ist als diejenige des zweiten Brennstabes mit Brennwirksamkeit über seine Gesamtlänge.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel, durch welche ein Moderator strömt, symmetrisch bezüglich zumindest einer Diagonallinie angeordnet, betrachtet im Querschnitt der Brennstoff-Anordnung, und der erste, nur ei nen teilweise wirksamen Brennstoffbereich aufweisende Brennstab befindet sich in einem Bereich, der zwischen diesen Mitteln de finiert ist.

Weiterhin wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Brennstoffanordnung mit einer Vielzahl von Brennstäben, deren jeder aus einem mit Brennstoff gefüllten Hüllrohr besteht, ge löst, die aus zumindest einem ersten Brennstab, der nur über einen Teilbereich seines Hüllrohres brennwirksam und mit Brenn stoff gefüllt ist und einem Bereich mit beträchtlich verminderter Anreicherung an Spaltmaterial oder vollständig ohne Spaltmateri al aufweist, und zwar in einer axialen Hüllrohrhöhe, die inner halb einer Erstzone, in welcher der unterkritische Zustand in nerhalb derjenigen Zeitspanne klein ist, in der beim Betrieb des Reaktors die Abschalt-Sicherheitsgrenzen schwierig einzu halten sind, und einer zweiten Zone liegt, die sich zwischen der ersten Zone und dem unteren Ende des brennwirksamen Bereichs befindet, und aus einem zweiten Brennstab besteht, der eine zwischengeschaltete Teilzone aufweist, in der die Abreicherung an Spaltmaterial im Hüllrohr beträchtlich vermindert oder über haupt kein Spaltmaterial vorhanden ist, und zwar in der oben erwähnten zweiten Zone.

Bei der Brennstoffanordnung nach der Erfindung wird in Bereichen bzw. Zonen, die axial benachbart einer Zwischenzone des Brenn stabes sind, in welcher die Anreicherung an Spaltmaterial be trächtlich vermindert oder überhaupt kein Spaltmaterial vorhan den ist, die Wirkung der Neutronen untereinander (Bindungseffekt) in einer kalten Periode des Reaktors geschwächt und in einer Periode mit Betrieb des Reaktors unter hoher Temperatur erhöht, insbesondere während des Auftretens von Blasen. Dieses Phänomen erklärt sich aus der Wirkung der thermischen Neutronen heraus, deren jedes eine kurze Diffusionslänge besitzt. Weil die Dichte von Wasser groß ist und beispielsweise bei 1,0 g/cm³ liegt, und zwar bei kaltem Reaktor, wird die Diffusionslänge der thermi schen Neutronen klein und die Zwischenwirkung der thermischen Neutronen in der Zone benachbart der Zwischenzone des Brenn stabes wird vermindert, mit der Folge, daß sich auch die Neutro nenmultiplikation vermindert. Wird dagegen der Siedewasserreak tor mit hoher Temperatur betrieben, wobei die Temperatur des - unter Druck stehenden - Wassers 280°C (Bezugswert) beträgt und die Dichte des Wasser selbst dann, wenn keine Blasen er zeugt werden, auf etwa 0,74 g/cm³ absinkt, dann steigt die Länge der Beweglichkeit der Neutronen im Wasser auf etwa 1/074 (also das 1,35-fache bezogen auf den kalten Reaktor). Weiter hin wird beim Auftreten der Blasen die Dichte des Gas-Wasser- Gemisches um etwa 0,3 g/cm³ gesenkt, mit der Folge, daß die Diffusionslänge der thermischen Neutronen im Gas-Wasser-Ge misch auf 1,03 (also das 3-fache) ansteigt. Die gegenseitige Beeinflussung der Neutronen in Brennstoffbereichen benachbart der Zwischenzone wird somit gesteigert mit der Folge eines An stiegs der Neutronenmultiplikation.

Gemäß der beschriebenen Funktionen wird durch die Einführung der Zwischenzone in den Brennstab der effektive Multiplikations faktor K _eff in der kalten Reaktorzeit erniedrigt, d.h., der Ab schaltbereich (und der kritische Zustand des Reaktors wird groß). Andererseits wird in der Zeitspanne des Betriebs des Reaktors mit hoher Temperatur der effektive Multiplikationsfaktor K _eff daran gehindert, abzusinken, und zwar selbst dann, wenn der Betrag an Brennstoff durch die Einführung der Zwischenzone ver mindert wird, wobei es in einem bestimmten Fall sogar möglich wird, den effektiven Multiplikationsfaktor durch geeignete Gestaltung des Brennstabes einschließlich der Zwischenzone zu steigern, und zwar im Vergleich mit einem Brennstab ohne Zwi schenzone.

Weil während des Betriebs des Siedewasserreaktors der Blasen faktor im oberen Bereich des Reaktorkerns hoch ist, wird im allgemeinen der Bremseffekt ungenügend, wohingegen gemäß der Erfindung der Betrag an Brennstoff im oberen Bereich des Reak torkerns vermindert ist, so daß das Volumenverhältnis von Wasser zu Brennstoff ansteigt, womit die Moderatorschwäche ausgegli chen wird. Die Ausgangsleistung steigt somit an und die axiale Leistungsverteilung wird verbessert. Weil viel Wasser im obe ren Bereich des Reaktorkerns existiert, kann der Blasenfaktor (beispielsweise bei großer Belastung) gesenkt werden. Das Kühl mittel strömt vom unteren Bereich des Reaktorkerns nach oben und im unteren Bereich des Kerns werden keine Blasen erzeugt, vielmehr erfolgt die Blasenerzeugung in den anderen Kernberei chen, insbesondere im oberen Bereich des Kerns, wo der Blasen faktor erhöht ist. Dies bedeutet, daß die Strömungsrate des Kühlmittels im Zustand eines Gas-Wasser-Gemisches beträchtlich ansteigt. Weil der Druckverlust üblicherweise proportional etwa dem Quadrat der Kühlmittel-Strömungsrate ist, wird der Druck verlust im oberen Bereich der Brennstoffanordnung groß. Der Druckverlust ändert sich gemäß der benetzten Flächen der Brenn stäbe oder des Kanalkastens und der Struktur der Glieder Ab standhalters.

Gemäß der Erfindung wird deshalb der Brennstab teilweise ent fernt, und zwar in einem Gebiet, das über einem Bereich liegt, dessen Länge 2/3 bis 5/6 der effektiven Brennstablänge ent spricht, gemessen vom unteren Ende des wirksamen Bereiches des Brennstoffes an, um dadurch eine freie Zone zu schaffen, so daß die Zahl der Brennstäbe im oberen Bereich der Brennstoffanord nung, also dort, wo der Druckverlust groß ist, vermindert ist. Damit vermindert sich auch die Benetzungsfläche und folglich der Druckverlust, mit dem Ergebnis, daß die Antriebskraft für die Zirkulationspumpe vermindert werden kann. Die Stabilität des Kanalkastens wird verbessert und die Strömung des Kühlmit tels im Kanal wird ebenfalls stabiler, was zu einer verminder ten Veränderung des Blasenfaktors und zu einer Verbesserung der Stabilität des Reaktorkerns führt.

Weil der thermische Neutronenfluß um das vom Moderator durch strömte Rohr verbessert wird, kann der Bereich ansteigenden thermischen Neutronenflusses dadurch erweitert werden, daß eine Vielzahl solcher Rohre in der Brennstoffanordnung vorgesehen werden. Auch die Widerstandsfähigkeit des Brennstoffes in dem Bereich gesteigerten thermischen Neutronenflusses wird erhöht, verbunden mit einer Steigerung des effektiven Multiplikations faktors K _eff. Die Rohre werden vorzugsweise symmetrisch bezüg lich der Diagonalen der Brennstoff-Anordnung, gesehen im Quer schnitt, angeordnet, womit die Konstruktion wesentlich verein facht wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1A bis 1C grafische Darstellungen zur Erläuterung des Grund prinzips der Erfindung,

Fig. 2A und 2B einen Seitenschnitt bzw. einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3A eine schematische Darstellung des Kerns eines Siede wasserreaktors mit Brennstoff-Anordnung gemäß Fig. 2,

Fig. 3B eine grafische Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Blasenfaktor in Axialrichtung des Kerns und dem subkritischen Zustand,

Fig. 4 bis 20 Querschnitte durch Ausführungsbeispiele (2. bis 18. Ausführungsbeispiel) von Brennstoffanordnungen nach der Erfindung,

Fig. 21 eine 19. Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 21A ein Seitenschnitt, die Fig. 21B und 21C Querschnitte nach den Linien B-B und C-C von Fig. 21A sind,

Fig. 22 eine 20. Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 22A ein Seitenschnitt der Brennstoffanordnung ist und die Fig. 22B und 22C Querschnitte längs der Linien B-B und C-C von Fig. 22A sind,

Fig. 23 und 24 Querschnitte durch die 21. und 22. Ausführungsform,

Fig. 25 das 23. Ausführungsbeispiel, wobei Fig. 22A ein Sei tenschnitt der Brennstoffanordnung ist und die Fig. 25B, 25 C und 25 D Querschnitte nach den Linien B-B, C-C und D-D von Fig. 25A sind,

Fig. 26 bis 56 Querschnitte durch bzw. Draufsichten auf das 24. bis 54. Ausführungsbeispiel sind,

Fig. 57 das 55. Ausführungsbeispiel, wobei Fig. 57 ein Seiten schnitt der Brennstoffanordnung ist und die Fig. 57B, 57C und 57D Querschnitte nach den Linien B-B, C-C und D-D von Fig. 57A sind,

Fig. 58A eine schematische Darstellung eines Siedewasserreaktors mit Brennstoffanordnung gemäß Fig. 57,

Fig. 58B eine grafische Darstellung zur Erläuterung des Verhält nisses zwischen dem Blasenfaktor in axialer Kernrich tung und dem unterkritischen Zustand,

Fig. 59 das 56. Ausführungsbeispiel, wobei Fig. 59A ein Sei tenschnitt der Brennstoffanordnung ist und die Fig. 59B,

Fig. 59C und 59D Querschnitte nach den Linien B-B, C-C und D-D von Fig. 59A darstellen,

Fig. 60 bis 69 Querschnitte durch oder Draufsichten auf das 57. bis 66. Ausführungsbeispiel,

Fig. 70A, 70B, 70C, 70D u. 70E Seitenschnitte von Brennstäben,

Fig. 71 Beispiele von erfindungsgemäß zu einer Brennstoffanord nung vereinigten Brennstäben, wobei Fig. 71A eine Kurve zur Erläuterung der Eigenschaften darstellt, wie sie für Steuerstäbe gefordert werden,

Fig. 71B eine Kurve zur Erläuterung eines auf der Grundlage von Fig. 71A gestalteten Steuerstabes und Fig. 71C einen Seitenschnitt durch zwei Steuerstäbe, bzw. deren Hälfte,

Fig. 22 eine Darstellung zur Erläuterung der Kerninstrumentie rung in einem Kern mit erfindungsgemäßer Brennstoffan ordnung,

Fig. 73A eine perspektivische Ansicht, teilweise abgebrochen, einer bekannten Brennstoffanordnung,

Fig. 73B einen Seitenschnitt durch einen Brennstab der Brenn stoffanordnung von Fig. 73A, und Fig. 74 bis 77 Querschnitte durch oder Draufsichten auf übliche Brennstoffanordnungen.

Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung soll zunächst das Grundprinzip der Erfindung erläu tert werden, und zwar anhand der entsprechenden Figuren.

Bei der Darstellung von Fig. 1A ist angenommen, daß ein Wasser spalt mit einer Breite w zwischen zwei Brennstoffzonen I und II existiert, die einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Breite wf der Brennstoffzonen I und II ist beträchtlich grö ßer als die Breite w des Wasserspaltes, gesehen aus den glei chen Richtung. In diesem Fall wird das Verhältnis zwischen der Breite w des Wasserspaltes und der Veränderung des Multipli kationsfaktors der Neutronen durch die in Fig. 1B dargestellte Kurve repräsentiert, wobei ein in Fig. 1B eingerahmter Bereich C in Fig. 1C gesondert im vergrößerten Maßstab dargestellt ist. Gemäß Fig. 1B bzw. 1C wird die Veränderung des Multiplikations faktors für den Hochtemperatur-Zustand durch die gestrichelte Linie für den Zustand abgekühlter Temperatur durch die ausge zogene Linie dargestellt, wobei beide Linien bzw. Kurven vom Bezugspunkt "O" ausgeht, wobei dieser Bezugspunkt dem Fall ent spricht, daß kein Wasserspalt existiert. Wenn ein Wasserspalt in axialer und senkrechter (üblicherweise horizontal bezüglich eines Leichtwasserreaktors) in der Brennstoffanordnung existiert, dann ist es äußerst schwierig, die Brennstoffanordnung so zu gestalten, einen breiten Wasserspalt zu haben, in anderen Worten, die Bildung eines breiten Wasserspaltes in einem begrenzten Ge biet verengt die Brennstoffzone, was zu einer Verminderung der Hitze erzeugenden Zone führt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind breite und schmale Bereiche von mehr als zwei Arten zwischen oder längs der Brenn stäbe vorgesehen und es ist deshalb notwendig, die Eigenschaf ten von Bereichen geringer Breite zwischen den Kernstäben zu erläutern, wobei diese Zonen nachfolgend als Zwischenzonen bezeichnet werden. Aus diesem Grund ist in Fig. 1C der einge rahmte Teil C von Fig. 1B im vergrößerten Maßstab dargestellt und es werden theoretisch die Werte der Veränderungen der Multi plikationsfaktoren in dem Fall berechnet, daß der Wasserspalt eine Breite von 2 cm aufweist, wobei die Kurve identisch mit derjenigen von Fig. 1C ist. Aus den Kurven von Fig. 1C ist ver ständlich, daß die Änderung des Multiplikationsfaktors während des Hochtemperaturbetriebs, also während der Blasenerzeugung, in positiver Richtung ansteigt, der effektive Multiplikations faktor K _eff somit ansteigt, und zwar entsprechend dem Anstieg der Breite des Wasserspaltes, wohingegen während der Kalttempe raturbedingung der effektive Multiplikationsfaktor K _eff dann be trächtlich kleiner wird, wenn die Breite des Wasserspaltes die Größe von etwa 1 cm übersteigt, und zwar entsprechend dem An stieg der Wasserspaltbreite, was dazu führt, daß sich der unterkritische Zustand in der Abschaltperiode des Reaktors ver größert.

Die eben gegebene Beschreibung basiert auf den relativen Be triebsveränderungen der Neutronen in zwei Brennstoffzonen mit zwischengeschaltetem Wasserspalt, jedoch kann diese Be schreibung auch auf den Fall übertragen werden, daß der un endliche Multiplikationsfaktor K∞, der Brennstoffanordnung in bekannte vier Faktoren unterteilt wird. Damit werden dann die in Fig. 1C dargestellten Kurven durch die Veränderung der Eigenschaften des Verwendungsfaktors der thermischen Neutronen und der möglichen Resonanzentweichung repräsentiert. Wenn es notwendig ist, die Breite des Wasserspaltes im Inneren der Brenn stoffanordnung ohne Verminderung der Anzahl an Brennstäben zu vergrößern, dann müssen die Breiten der Spalte zwischen den ent sprechenden Brennstäben vermindert werden und die Verminderung der Spaltbreiten zwischen den Brennstäben führt zu einem Anstieg des Abschirmeffekts der Resonanzneutronen zwischen den ent sprechenden Brennstäben durch Resonanzabsorption. Die Folge ist, daß die Möglichkeit einer Resonanzentweichung ansteigt und an dererseits das Verhältnis des thermischen Neutronenflusses des Wasserspaltes bezüglich der Brennstoffzone sich vermindert und der Effekt auftritt, daß der Verwendungsfaktor der thermischen Neutronen sinkt. Die in Fig. 1C dargestellten Kurven werden so mit im wesentlichen durch den Effekt der Abhängigkeit der Was serdichte und der Abhängigkeit der Wasserspaltbreite von den oben erwähnten beiden Effekten bestimmt.

Um die Spalte zwischen den entsprechenden Brennstäben sicher zustellen und deren Breite zu vergrößern, müssen Brennstäbe bzw. Brennmaterial entfernt werden, in welchem Fall die Ver änderung der Gefahr einer Resonanzentweichung nicht auf dem Abschirmeffekt der Resonanzneutronen beruht und auf der Grund lage des Anstieges des Verzögerungseffektes der Neutronen wird die Wahrscheinlichkeit erhöht. Wird der Reaktor mit hoher Tempe ratur betrieben und es entstehen Blasen, dann ergibt sich ein kurzer Moderatorweg, wobei die Einführung des Wasserspaltes zu dem Ergebnis führt, daß die Wahrscheinlichkeit einer Reso nanzentweichung größer wird. Der Verwendungsfaktor der thermi schen Neutronen ist im wesentlichen gleich demjenigen im oben erläuterten Fall.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer ersten Aus führungsform der Erfindung, die auf der Grundlage der eben beschriebenen Prinzipien gestaltet ist. Fig. 2A ist bei ein Seitenschnitt nach der Linie A-A von Fig. 2B, die eine Drauf sicht auf eine Brennstoffanordnung zeigt.

Die in Fig. 2 dargestellte Brennstoff-Anordnung 20 weist ein Wasserrohr 23 mit quadratischem Querschnitt, das sich im Mittelbereich der Brennstoff-Anordnung be findet, und Brennstäbe 21 und 22, die, unter Freihalten des Mittelteils, in regelmäßiger Weise in neun Spalten und neun Zeilen angeordnet sind, wie dies aus Fig. 2B hervorgeht. Das Wasserrohr 23 und die Brennstäbe 21 und 22 sind von einem Kanalkasten 24 umgeben dessen obere und untere Enden durch obere und untere Halteplatten 25 bzw. 26 verschlossen sind. Die Brennstäbe 22, in denen sich jeweils ein Zwischenkörper 27 befindet, sind zusätzlich durch den Buchstaben P bezeichnet. Die Länge der Zwischenkörper 27 ist kleiner als 1/3 der gesamten wirksamen Länge H der Brennstäbe, wobei beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Länge bei etwa 30 bis 60 cm liegt. Der Zwischenkörper 27 ist derart im Brennstab 22 positioniert, daß der Mittel bereich des Zwischenkörpers 27 sich in einer vertikalen Höhe von etwa 3/4 H befindet, gemessen vom unteren Ende der wirk samen Länge des Brennstabs aus. Diese Bemessung berücksichtigt die Tatsache, daß in einer nahe der Höhe 3/4 befindlichen Zone mit vertikaler Erstreckung von etwa 1/4 H der unter kritische Zustand klein ist. Der genaue Aufbau der Zwischen körper 27 wird später an Hand typischer Beispiele erläutert, jedoch soll bereits hier darauf hingewiesen werden, daß Hohlrohre, Graphit, ZrH₂-Kugeln und Wasser verwendet bzw. eingesetzt werden können. Körper 27 a zum Unterdrücken von Spitzen der Ausgangsleistung sind in die Brennstäbe 22 be nachbart den Zwischenkörper 27 eingesetzt, was ebenfalls später noch im einzelnen erläutert werden wird. Die Brennstäbe P mit eingesetzten Zwischenkörpern sind in Kreuzform (in zu einander senkrechten geradlinigen Reihen) angeordnet, wobei sich das Wasserrohr 23 in der Mitte befindet. Jede Stabgruppe besteht aus drei Brennstäben 4 und die Neutronenreaktion zwischen den einzelnen Stabgruppen ist bei dieser Ausführungsform ge ring, so daß keine Notwendigkeit besteht, die Brennstäbe P in der gleichen Höhe anzuordnen.

Der Brennstab P, der mit einem eingesetzten Zwischen körper oder einem eingebrachten Zwischenmaterial versehen ist, wird nachfolgend lediglich mit Brennstab P mit Zwischen körper bezeichnet.

Fig. 3A ist eine schematische Darstellung eines Beispiels, bei dem die Brennstoff-Anordnungen 20, die oben erläutert worden sind, bei einem Siedewasserreaktor Anwendung finden. Fig. 3B ist eine graphische Darstellung des Blasenanteils in axialer Richtung des Reaktorkerns und der unterkritischen Verteilung. Die Zwischenkörper 27 befinden sich in den in Fig. 3A schraffierten Bereichen und es ist vorteilhaft, wenn die Zwischenkörper 27 in den einzelnen Brennstäben P in gleicher Höhe liegen, wobei letzteres jedoch nicht immer notwendig ist. Dies beruht auf der Tatsache, daß die Er streckung des Zwischenbereichs mit der Erstreckung des Wasser spalts am meisten am Aussenumfang der Brennstoff-Anordnung korrespondiert, und ausserdem auf der Bindungswirkung im Inneren des Brennstabs. Weist der Zwischenbereich nur eine geringe Erstreckung auf, dann wird der Bindungseffekt durch die Wasserspaltzone am Aussenumfang des Reaktorkerns stark begrenzt, so daß die Einwirkung auf die benachbarten Brenn stoffanordnungen gering ist. Die axiale Länge der Zwischen körper ändert sich mit der Anzahl der Brennstäbe, in welche Zwischenkörper eingesetzt sind und mit dem gesamten Aufbau der Anordnung, wobei jedoch üblicherweise die Axiallänge zwischen 15 und 90 cm liegt. Unter 15 cm kann kein wirksamer Effekt erwartet werden, wohingegen beim Überschreiten von 90 cm der Effekt nicht mehr proportional zur Verminderung des Be trags an Hitze erzeugendem Material (Brennstoff) ist. Weil die Zwischenkörper in der Brennstoff-Anordnung an solchen Stellen vorgesehen sind, an denen der unterkritische Zustand am kleinsten gemacht wird, kann diese Ausführungsform wirksam betrieben werden.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Brennstoff-Anordnung, wobei für Elemente und Bereiche, welche denjenigen von Fig. 1-3 entsprechen, gleiche Bezugs zeichen gewählt sind. Diese Übereinstimmung der Bezugszeichen wird auch bei der Erläuterung der weiteren Ausführungsbei spiele beibehalten.

Bei der Brennstoffanordnung von Fig. 4 ersetzt einer der Brenn stäbe P jeder Gruppe, die ursprünglich jeweils aus drei Brenn stäben P besteht, einen der üblichen Brennstäbe 21, und zwar denjenigen, der sich in der Ecke der Brennstoff-Anordnung be findet. Der Grund dafür ist, daß durch diese Ausbildung der Eckbereiche eine Verbesserung des Abschaltverhaltens des Reaktors erreicht wird.

Die in den Ecken der Brennstoff-Anordnung befindlichen Brenn stäbe P mit Zwischenkörpern steigern den effektiven Multipli kationsfaktor K _eff während des Hochtemperaturbetriebs des Reaktors beträchtlich, weil sich genügend Wasser rund um die Brennstäbe der Eckpositionen befindet, so daß die gewünschte Ausgangs leistung leicht erreicht werden kann. Diese Anordnung trägt der Wirkungsweise der Brennstoff-Anordnung sehr wirkungsvoll Rechnung.

Wenn bei der Brennstoff-Anordnung mit Brennstäben P dieser Ausführungsform ein brennbares Gift, beispielsweise Gadolinium (Gd) in jeden Brennstab P im in wesentlichen axialen Mittelbe reich eingesetzt wird, und zwar in einem solchen Betrag, daß die Wirkung des brennbaren Gifts am Ende des Reaktorbetriebs verschwunden ist, dann kann der erwähnte Betrieb erreicht werden, ohne daß es zur Erzeugung von Ausgangsleistungs spitzen kommt.

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform, bei welcher die mit Zwischenkörpern versehenen Brennstäbe P in Form eine Diagonalkreuzes mit dem Wasserrohr 23 in der Mitte angeordnet sind. Die Brennstoff-Anordnung nach dieser Ausführungs form weist somit 16 Brennstäbe P mit Zwischenkörpern und sechzig übliche Brennstäbe 21 auf.

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform, bei der zwei Wasserrohre 28 mit im Vergleich zu üblichen Brennstoff-Anordnungen kleinem Durchmesser vorgesehen sind. Die Anordnung weist somit dreizehn Brennstäbe P mit Zwischen körpern und neunundvierzig übliche Brennstäbe 21 auf. Die Anordnung nach dieser Ausführungsform besitzt also kein Wasserrohr großen Durchmessers, so daß die gegenseitige Beeinflussung zwischen den Gruppen aus Brennstäben P mit Zwischenkörpern (drei oder vier Stäbe P bilden eine Gruppe), wobei diese Gruppen in Kreuzform angeordnet sind, gering fügig größer ist als beim ersten Ausführungsbeispiel. Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel ist es besser, die Zwischen körper im wesentlichen in gleicher axialer Höhe anzuordnen.

Fig. 7 ist eine Draufsicht auf eine fünfte Ausführungsform, bei der ebenfalls zwei Wasserrohre 28 mit kleinem Durchmesser verwendet sind, wie dies an Hand von Fig. 6 bereits beschrieben worden ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Brennstäbe P mit Zwischenkörpern diagonal angeordnet und es handelt sich um vierzehn Brennstäbe P mit Zwischenkörper und achtundvierzig übliche Brennstäbe 21. Die fünfte Ausführungsform arbeitet im wesentlichen entsprechend der Ausführungsform an Fig. 6.

Fig. 8 ist eine Draufsicht auf eine sechste Ausführungsform, bei der ebenfalls zwei Wasserrohre 28 mit kleinem Durchmesser verwendet sind, ähnlich wie bei den Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 7. Die Brennstoffanordnung dieser fünften Ausführungs form weist mit Zwischenkörpern versehene Brennstäbe P auf, die sich im Mittelbereich befinden, wobei es sich um vierzehn Brenn stäbe P mit Zwischenkörpern und achtundvierzig übliche Brenn stäbe 21 handelt. Die Brennstoff-Anordnung dieses Ausführungs beispieles entspricht in ihrer Funktion im wesentlichen der Funktion der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 6 und 7.

Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf eine siebte Ausführungsform, wobei wiederum zwei Wasserrohre 28 kleinen Durchmessers ver wendet sind, ähnlich wie bei den Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 7. Bei dieser siebten Ausführungsform sind die mit Zwischenkörpern versehenen Brennstäbe P in zwei Reihen angeordnet, die parallel zu einer Diagonalen der Brennstoff- Anordnung verlaufen. Die Brennstoff-Anordnung dieser Aus führungsform enthält 8 Brennstäbe P mit Zwischenkörpern und 54 Brennstäbe 21, wobei im wesentlichen dieselbe Funktion erreicht wird, wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 6 und 7. Weil die Zahl der Brennstäbe P mit Zwischen körpern kleiner ist als bei den früher erläuterten Aus führungsbeispielen, kann die Länge jedes Zwischenkörpers größer gemacht werden oder man setzt mehrere Zwischenkörper in jeden Brennstab P. Diese Ausführungsform vermag dann den Abschalt-Sicherheitsbereich zu verbessern und eignet sich besonders zur gewünschten Einstellung der axialen Ausgangs leistungsverteilung. In anderen Worten, während des Hoch temperaturbetriebs des Reaktors weist das Wasser im oberen Bereich des Reaktors kurze Verbindungswege auf, jedoch kann der Wasserkurzschluß durch das Auftreten der Zwischenkörper in den Brennstäben P vermieden werden.

Fig. 10 ist eine Draufsicht auf eine achte Ausführungsform bei der zwei Wasserrohre 28 verwendet werden, deren jedes einen geringen Durchmesser aufweist. Die mit Zwischenkörpern versehenen Brennstäbe P sind in Art eines Doppel-Kreuzes an geordnet und die Anordnung weist 26 Brennstäbe P und 36 üb liche Brennstäbe 21 auf. Die Brennstoff-Anordnung weist also vier Einheiten oder Unterbündel aus drei mal drei (drei Zeilen und drei Spalten) von Brennstäben auf, und zwar in axialer Höhe der Einsatzhöhe der Zwischenkörper, wobei diese vier Unterbündel durch die Zwischenkörper weit voneinander getrennt sind, so daß in der entsprechenden Pegelhöhe ein großer Abschalt-Sicherheitsbereich erhalten wird. Der Grad des Ab schaltbereichs kann dabei durch Regulierung der axialen Länge der Zwischenkörper eingestellt werden, wobei im Fall einer Länge der Zwischenkörper von etwa 15 bis 30 cm (übliche Länge) ein bemerkenswerter Effekt zu erwarten ist. Die Höhen der in Kreuzform angeordneten Brennstäbe P können je nach den Anforde rungen untereinander verändert werden, wobei dann die Aus gangsleistungverteilung sich verändert.

Fig. 11 ist eine Draufsicht auf eine neunte Ausführungsform, bei der ein Wasserrohr 29 kreisrunden Querschnitts mit großem Durchmesser und einer Größe entsprechend einem Bündel von vier Brennstäben der Anordnung von Fig. 10 vorgesehen ist, und zwar im Mittelbereich der Brennstoff-Anordnung. Damit enthält diese Brennstoff-Anordnung 16 mit Zwischenkörpern versehene Brennstäbe P und 44 übliche Brennstäbe 21. Die Brennstoff- Anordnung nach dieser Ausführungsform weist einen geringfügig kleineren Effekt auf als diejenigen der Fig. 10.

Fig. 12 ist eine Draufsicht auf eine zehnte Ausführungsform, die der Anordnung von Fig. 7 entspricht,wobei jedoch die mittleren vier Brennstäbe durch ein Wasserrohr 31 quadratischen Querschnitts ersetzt sind. Die Brennstoff-Anordnung dieser Ausführungsform weist 12 mit Zwischenkörpern versehene Brennstäbe P und 48 üb liche Brennstäbe 21 auf. Funktion und Effekt dieser Brennstoff- Anordnung sind geringfügig geringer als bei der Anordnung von Fig. 10.

Fig. 13 ist eine Draufsicht auf eine elfte Ausführungsform, bei der die Brennstäbe bzw. Brennzellen in elf Zeilen und elf Spalten angeordnet sind; außerdem ist ein Wasserrohr 32 mit großem Durchmesser und einer Größe entsprechend einem Bündel von neun Brennstäben vorgesehen, und zwar im Mittel teil der Brennstoff-Anordnung. Die Brennstoff-Anordnung dieser Ausführungsform enthält 16 Zwischenkörper aufweisende Brenn stäbe P in Kreuzform-Anordnung (in zueinander senkrechten Reihen) und 96 übliche Brennstäbe 21, wobei das Wasserrohr 32 mittig im Kreuz der Brennstäbe P angeordnet ist.

Fig. 14 ist eine Draufsicht auf eine zwölfte Ausführungsform der Erfindung, die eine Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 13 darstellt; die Brennstäbe sind in 11 Reihen und 11 Spalten angeordnet. Die Anordnung besteht aus 33 mit Zwischenkörpern versehenen Brennstäben P und 76 üblichen Brennstäben 21; außerdem ist ein Wasserrohr 33 quadratischen Querschnitts mit einer Größe vorgesehen, die einem Bündel von neun Brenn stäben entspricht. Das Wasserrohr befindet sich in der Mitte der Anordnung. Die Brennzonen sind gemäß den Höhen der ein gesetzten Zwischenkörper in neun Unterzonen unterteilt, um so den Abschaltbereich zu vergrößern und den effektiven Multiplikationsfaktor K _eff des Reaktors während des Hoch temperaturbetriebs zu steigern.

Fig. 15 ist eine Draufsicht auf die dreizehnte Ausführungs form, bei der ein im Querschnitt quadratisches Wasserrohr 34 eine Größe entsprechend einem Bündel von fünf Brennstäben im Mittelteil angeordnet ist, und zwar um 45° geneigt bezüglich der Brennstab-Bündel. Das Brennstab-Bündel ist in vier Unter bündel unterteilt und zwar durch Anordnung von 12 Zwischenkörper aufweisenden Brennstäben P in Kreuzform. Die Anordnung nach dieser Ausführungsform weist 64 übliche Brennstäbe 21 auf. Weil die Entfernungen zwischen dem entsprechenden Unterbündeln in Höhe der Einsatzstelle der Zwischenkörper der Brennstäbe P vergleichsweise groß sind, ergeben sich die Effekte einer Steigerung des wirksamen Multiplikationsfaktors K _eff (heiß) bei Hochtemperaturbetrieb und einer beträchtlichen Verminderung des effektiven Multiplikationsfaktor K _eff (kalt) bei niedriger Betriebstemperatur, mit der Folge eines großen Abschalt-Sicher heitsbereichs des Reaktors. Mit dieser Ausführungsform kann selbst dann ein beträchtlicher Erfolg erreicht werden, wenn Brennstäbe P mit Zwischenkörpern vergleichsweise geringer Länge verwendet werden.

Fig. 16 ist eine Draufsicht auf eine vierzehnte Ausführungs form, bei der ein Wasserrohr 35 quadratischen Querschnitts ver wendet ist, das eine Größe entsprechend einem Bündel von fünf Brennstäben hat und das in der Mitte der Brennstoff-An ordnung vorgesehen ist, und zwar gegenüber dem Brennstoff- Bündel um 45° geneigt. Das Brennstoff-Bündel ist in neun Unter bündel unterteilt. Die Unterbündel sind untereinander durch vergleichsweise breite Spalte getrennt. Zwölf Zwischenkörper aufweisende Brennstäbe P sind mittig in Kreuzform angeordnet und vier weitere Brennstäbe P befinden sich jeweils in den Ecken des Brennstoff-Bündels. Diese Ausführungsform weist 60 übliche Brennstäbe 21 auf. Dabei wird mit dieser Ausführungs form eine Steigerung des effektiven Multiplikationsfaktors K _eff (heiß) bei Hochtemperaturbetrieb erreicht, wohingegen der effektive Multiplikationsfaktor K _eff (kalt) bei Niedertempera turbetrieb kleiner wird, so daß ein großer Abschalt-Sicher heitsbereich entsteht, aber diese Effekte sind geringfügig kleiner als bei der Ausführungsform nach Fig. 15.

Fig. 17 ist eine Draufsicht auf eine fünfzehnte Ausführungs form die eine Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 16 dar stellt und bei der ein Wasserrohr 36 quadratischen Querschnitts vorgesehen ist, das größer ist als dasjenige bei der Aus führungsform von Fig. 16 wobei das Wasserrohr 36 sich in der Mitte des Brennstab-Bündels befindet und vier zusätzliche Brennstäbe vorgesehen sind, und zwar jeweils an Stellen gegen über den Seiten des quadratischen Wasserrohrs 36. Diese Aus führungsform weist 16 Brennstäbe P mit Zwischenkörpern und 60 übliche Brennstäbe 21 auf. Weil das zentral angeordnete, quadratische Wasserrohr 36 eine beträchtliche Größe besitzt ist der Abschaltbereich größer als bei der vorher besproche nen Ausführungsform.

Fig. 18 ist eine Draufsicht auf eine sechzehnte Ausführungs form der Erfindung, die eine Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 15 darstellt und bei der ein rundes Wasserrohr 37 mit großem Durchmesser und ein breiter kreuzförmiger Wasser spalt im Brennstab-Bündel vorgesehen sind. Diese Ausführungs form eignet sich besonders für einen Reaktorkern, bei dem Wasserspalte am Außenumfang der Brennstoff-Anordnung vor handen sind, wobei man im allgemeinen von einem BWR-D-Schicht kern spricht. Bei einem Reaktorkern dieses Typs ist es er wünscht, daß ein zentraler Halterungsstab in Kreuzform für die Steuerstäbe in einem oben freigelassenen Bereich ange ordnet wird. Insbesondere ist es erwünscht, viele Brenn stäbe an der Seite des breiten Wasserspalts vorzusehen. Die Brennstoff-Anordnung nach dieser Ausführungsform ent hält 14 Brennstäbe P mit Zwischenkörper und 63 übliche Brennstäbe 21.

Fig. 19 ist eine Draufsicht auf eine siebzehnte Ausführungs form, bei der vier Unterbündel vorgesehen sind. Zwischen den Unterbündeln befindet sich ein kreuzförmiger Spalt 39 als nicht-siedender, moderierender Wasserbereich. Die Brennstäbe P mit Zwischenkörper befinden sich in den der Mitte zugewandten Eckbereichen der Unterbündel und die Anordnung enthält ins gesamt 12 Brennstäbe P mit Zwischenkörpern und 52 übliche Brennstäbe 21. Diese Ausführungsform führt zu einer Erhöhung des effektiven Multiplikationsfaktors bei Hochtemperaturbe trieb und zur Erniedrigung des effektiven Multiplikations faktors bei Niedertemperaturbetrieb, somit zu einem großen Abschaltbereich.

Fig. 20 ist eine Draufsicht auf eine achtzehnte Ausführungs form, bei der neun Unterbündel 41 mit jeweils neun Brennstäben 21 vorgesehen sind. Die Unterbündel 41 sind durch Spalte 42 ver gleichsweise großer Breite voneinander getrennt. Das in der Mitte befindliche Unterbündel besteht ausschließlich aus neun Brennstäben P mit Zwischenkörper, so daß also die Brennstoff anordnung dieser Ausführungsform neun Brennstäbe P mit Zwischen körper und 72 übliche Brennstäbe 21 aufweist. Auf Grund der besonderen Anordnung sind die vorteilhaften Effekte im wesentlichen gleich denjenigen des vorerwähnten Ausführungsbeispiels.

Fig. 21 zeigt die neunzehnte Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 21A ein Vertikalschnitt nach der Linie A-A von Fig. 21B ist und die Fig. 21B und 21C Querschnitte nach den Linien B-B und C-C von Fig 21 A darstellen.

Die Brennstoff-Anordnung dieser Ausführungsform weist ein quadratisches Wasserrohr 35 auf, das im Mittelbereich angeordnet ist, sowie lange Brennstäbe 21 und kurze Brennstäbe 43. Die kurzen Brennstäbe 43 sind in den Fig. zusätzlich mit dem Buchstaben P bezeichnet. Die Brennstäbe sind in regelmäßiger Anordnung in neun Zeilen und neun Spalten aufgereiht, mit Ausnahme des Zentralbereichs, in welchem sich das quadratische Wasserrohr 35 befindet. Der Außenumfang des Bündels aus Brennstäben 21 und 43 ist von einem Kanalkasten 24 umgeben und die oberen und unteren Enden der Brennstäbe sind durch eine obere und eine untere Halteplatte 25 bzw. 26 gehaltert. Jeder kurze Brennstab 43 enthält einen Brennstoff-Stapel (Brenn stoff-Kugeln) 44 und einen oberen Raum 46 oberhalb der obersten Stelle des Stapels 44, wobei der Raum 46 und der Stapel 44 durch einen Körper 45 zum Unterdrücken von Ausgangsleistungs spitzen voneinander getrennt sind, sowie einen unteren Raum 47 am Boden des Stapels 44.

Bei dieser Ausführungsform kann die Ausgangsleistung örtlich erhöht werden, und zwar an Stellen, die etwa 5 cm, insbesondere 1 cm über der Spitze des in den kurzen Stäben 43 befindlichen Brennstoff-Stapels liegen, wobei zur Vermeidung des Auftretens von Spitzen der Ausgangsleistung die erwähnten Körper 45 über der Spitze der Stapel 44 vorgesehen sind. Der das Auf treten von Leistungsspitzen unterdrückende Körper 45 kann bei spielsweise durch Kugeln aus Roh-Uran, Kugeln aus natürlichem Uran oder ringförmigen Pellets einer Länge von 0,5 bis 5 cm, üblicherweise 1 bis 2 cm, wobei im Mittelbereich ein brennbares Gift (beispielsweise Gd₂O₃-UO₂, Gd₂O₃-ZrO₂, Gd₂O₃-Al₂O₃, HfO₂-Yb₂O₃, HfO₂-Dy₂O₂ und dergleichen) oder Pellets aus nichtbrennbarem Material, (beispielsweie ZrO₂, ZrO₂-GdO₃, Al₂O₃, Al₂O₃-Gd₂O₃, HfO₂-Yb₂O₃, HfO₂-Dy₂O₃ und dergleichen) angeordnet ist, gebildet sein.

Eine leichte Leistungssteigerung kann sich für einen langen Brennstab 21 benachbart einer stabfreien Position ergeben, die sich im oberen Bereich der kurzen Brennstäbe befindet. In einem solchen Fall besteht im allgemeinen keine besondere Notwendigkeit für eine besondere Behandlung dieses Phänomens, bei künftigen Brennstoff-Anordnungen jedoch, bei denen die Brennstoff-Anreicherung erhöht ist, wird dieser Leistungsanstieg durch ein geringfügiges Absenken der Anreicherung eines ringförmigen Pellets mit Gd₂O₃ im Mittelpunkt des Kreisrings auszugleichen sein, und zwar auf der Basis bekannter Techniken.

Fig. 22 zeigt die zwanzigste Ausführungsform, wobei Fig. 22A einen Vertikalschnitt nach der Linie A-A von Fig. 22B darstellt und die Fig. 22B und 22C Querschnitte nach den Linien B-B und C-C von Fig. 22A sind.

Gemäß Fig. 22B weist die Anordnung vier Gruppen kurzer Brennstäbe auf, wobei jede Gruppe drei Brennstäbe P ent hält. Die Brennstäbe P sind in Kreuzform angeordnet, wobei sich in der Mitte der kreuzförmig angeordneten kurzen Brennstäbe P ein Wasserrohr 48 mit großem Durchmesser be findet. Kurze Brennstäbe P befinden sich auch in den Ecken des quadratischen Brennstoffbündels, jedoch sind bei dieser Ausführungsform diese Brennstäbe nicht notwendigerweise kurze Brennstäbe P. Es besteht jedoch die Tendenz, daß sich das Kühlmittel in bestimmten Fällen in der freien Zone konzentriert und dabei kann es vorkommen, daß die Kühl wirkung des Kühlmittels in den Eckbereichen ungenügend wird. Dieses Problem wird jedoch vermieden, wenn sich in den Ecken der Brennstoff-Anordnung kurze Brennstäbe P befinden. Die Brennstoff-Anordnung dieser Ausführungsform enthält 16 kurze Brennstäbe P und 60 übliche Brennstäbe 21. Die Spaltbreite der Leerzone ist breiter als bei dem vorangehenden Ausführungs beispiel, so daß selbst dann eine Steigerung der vorteil haften Effekte erwartet werden kann, wenn die gleiche Menge an Brennstoff verwendet wird.

Fig. 23 ist eine Draufsicht auf die 21 Ausführungsform der Erfindung, wobei vier kreuzförmig angeordnete Gruppen aus jeweils drei kurzen Stäben P mit quadratischem Wasserrohr 34 in der Mitte des Kreuzes vorgesehen sind. Diese Ausführungs form weist also 12 kurze Brennstäbe P und außerdem 64 übliche Brennstäbe 21 auf. Die Größe des mittigen Wasserrohr kann dabei noch mehr gesteigert werden und, weil die Konzentra tion des Kühlmittels zur Nachbarschaft des zentralen Wasser rohrs hin im Vergleich mit der Ausführungsform von Fig. 22 klein ist, besteht die Möglichkeit, auf die Verwendung von kurzen Brennstäben P in den Ecken zu verzichten.

Fig. 24 ist eine Draufsicht auf die Brennstoff-Anordnung nach dem 22. Ausführungsbeispiel, das eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von Fig. 21 darstellt. Bei dieser Aus führungsform von Fig. 24 sind in den kreuzförmig angeordneten Gruppen von kurzen Brennstäben P nur die beiden äußeren Brennstäbe als kurze Brennstäbe P ausgebildet, wohingegen der innerste Brennstab jeder dieser Gruppen mit einem Eckenbrennstab vertauscht ist, und dies im Vergleich mit der Ausführungsform nach Fig. 23. Somit weist die Ausführungs form nach Fig. 24 ebenfalls 12 kurze Brennstäbe P auf, sowie 64 übliche Brennstäbe 21.

Fig. 25 zeigt das 23. Ausführungsbeispiel, wobei Fig. 25A einen Vertikalschnitt nach der Linie A-A von Fig. 25B dar stellt und die Fig. 25B, 25C,und 25D Querschnitte nach den Linien B-B, C-C und D-D von Fig. 25A sind.

Die Ausführungsform von Fig. 25 ist eine Abwandlung der Aus führungsform von Fig. 24, wobei das zentrale Wasserrohr 49 in axialer Richtung Bereiche mit unterschiedlichen Durch messer besitzt. Wegen dieser unterschiedlichen Durchmesser sind zwei Arten kurzer Brennstäbe P vorhanden, die sich in ihrer Axiallänge unterscheiden. Gemäß Fig. 25B weist die Brennstoff-Anordnung vier Gruppen kurzer Brennstäbe 43 (be zeichnet mit P 1) auf, deren jede aus drei Brennstäben P 1 be steht und wobei die Gruppen in Kreuzform angeordnet sind, mit einem Wasserrohr 49 großen Durchmessers in der Mitte des Kreuzes aus kurzen Brennstäben P 1, womit das Innere der Brennstoff-Anordnung in vier Unterbündel unterteilt wird. Zwischen den Unterbündeln aus langen Brennstäben und den Gruppen aus kurzen Brennstäben P 1 befinden sich Spalte. Vier kurze Brennstäbe 51 (mit P 2 bezeichnet), die noch kürzer sind als die kurzen Brennstäbe P 1, befinden sich im Bereich der Innenecken der Unterbündel vor der Umfangs oberfläche des zentralen Wasserrohrs 49. Im oberen und unteren Bereich jedes noch kürzeren Brennstabes P 2 befindet sich ein oberer Raum 52 und ein unterer Raum 53, wobei der in den noch kürzeren Brennstäben P 2 befindlicheStapel aus Pellets einen Körper 54 zum Unterdrücken von Ausgangs leistungsspitzen abgedeckt ist. Bei dieser Ausführungs form zeigt das Kühlmittel eine graduell ansteifende Konzentrierung gegen den oberen Teil der Brennstoff-An ordnung. Die Brennstoff-Anordnung weist hier 12 kurze Brennstäbe P 1, 4 noch kürzere Brennstäbe P 2 und 60 übliche Brennstäbe 21 auf.

Fig. 26 ist eine Draufsicht auf die 24. Ausführungsform, wobei vier Gruppen aus Brennstäben, deren jede drei kurze Brennstäbe P 1 und einen Brennstab 21 enthält, in Kreuzform vorgesehen sind, mit einem Wasserrohr 55 in der Mitte des Brennstab-Kreuzes, wobei das Wasserrohr 55 einen geringfügig größeren Durchmesser hat als die Brennstäbe. Das Innere des Brennstab-Bündels wird damit in vier Unterbündel unter teilt. Das Brennstab-Bündel weist 12 kurze Brennstäbe P und 68 übliche Brennstäbe 21 auf.

Fig. 27 ist eine Draufsicht auf die 25. Ausführungsform, die eine Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 21 darstellt. Dabei ist jeweils der mittlere Brennstab P jeder Gruppe aus drei Brennstäben P mit einem Brennstab vertauscht, der sich in einer der Ecken des Brennstoff-Bündels befindet. Die Ausführungsform weist somit 12 kurze Brennstäbe P und 64 Brennstäbe 21 üblicher Länge auf. Die Ausführungsform mag zwar bezüglich der Verbesserung des Abschaltbereichs etwas ungünstiger sein, aber der effektive Multiplikations faktor K _eff während des Leistungsbetriebs ist wesentlich verbessert, weil die Ausgangsleistungen derjenigen Brenn stäbe vergleichsweise hoch sind, die sich zwischen den kurzen Brennstäben P der entsprechenden Gruppen befinden.

Fig. 28 ist eine Draufsicht auf die 26. Ausführungsform, bei der die kurzen Brennstäbe P in Form eines Diagonal-Kreuzes angeordnet sind, mit dem Wasserrohr 35 in der Mitte des Kreuzes. Die Brennstoff-Anordnung nach dieser Ausführungs form enthält 16 kurze Brennstäbe P und 60 übliche Brenn stäbe 21 und erreicht im wesentlichen dieselben Effekte wie die Ausführungsform von Fig. 21.

Fig. 29 ist eine Draufsicht auf die 27. Ausführungsform, bei der zwei Wasserrohre 38 vorgesehen sind, deren jedes einen kleinen Durchmesser wie bei üblichen Brennstoff- Anordnungen aufweist. Die kurzen Brennstäbe P sind in Kreuzform angeordnet. Die Brennstoff-Anordnung weist 13 kurze Brennstäbe P und 49 übliche Brennstäbe 21 auf.

Fig. 30 zeigt eine Draufsicht auf die 28. Ausführungsform, bei der, wie bei Fig. 29, zwei Wasserrohre 38 kleinen Durchmessers vorgesehen sind und die kurzen Brennrohre P eine diagonale Anordnung besitzen. Diese Ausführungsform weist 14 kurze Brennstäbe P und 48 übliche Brennstäbe 21 auf.

Fig. 31 ist eine Draufsicht auf die 29. Ausführungsform, bei der zwei Wasserrohre 28, ähnlich denjenigen von Fig. 11 vorgesehen sind, die jeweils einen kleinen Durchmesser be sitzen. Zwei Reihen aus kurzen Brennstäben P sind parallel zu einer Diagonale angeordnet. Diese Ausführungsform besitzt 8 kurze Brennstäbe P und 54 übliche Brennstäbe 21.

Fig. 32 ist eine Draufsicht auf die 30. Ausführungsform, bei der zwei Wasserrohre 28 kleinen Durchmessers vorgesehen sind und die Anordnung der kurzen Brennstäbe P in Art eines Doppelkreuzes erfolgt. Diese Ausführungsform weist 26 kurze Brennstäbe P und 36 übliche Brennstäbe 21 auf. Die Brenn stoff-Anordnung nach dieser Ausführungsform weist in der Höhe der Leerzone im wesentlichen vier Einheiten aus 3×3 (drei Zeilen und drei Spalten) Unterbündeln auf, womit ein großer Abschaltbereich erzielt wird.

Fig. 33 ist eine Draufsicht auf die 31. Ausführungsform, bei der ein Wasserrohr 29 mit großem Durchmesser und einer Größe entsprechend einem Bündel von vier Brennstäben in einem Brennstoff-Bündel gemäß Fig. 32 angeordnet ist, wobei die in Fig. 32 an der Seite des Kanalkastens angeordneten kurzen Brennstäbe P durch Brennstäbe ersetzt sind, deren jeder eine normale Axiallänge besitzt. Diese Ausführungsform enthält 16 kurze Brennstäbe P und 44 übliche Brennstäbe 21.

Fig. 34 ist eine Draufsicht auf die 32. Ausführungsform, die dadurch erhalten wird, wenn man die Ausführungsform von Fig. 28 auf eine Brennstoff-Anordnung von 8×8 (acht Zeilen und acht Spalten) überträgt, wobei ein quadratisches Wasserrohr 26 einer Größe entsprechend einem Bündel aus vier Brennstäben mittig vorgesehen ist. Diese Brennstoff- Anordnung weist 12 kurze Brennstäbe P und 48 übliche Brenn stäbe 21 auf.

Fig. 35 ist eine Draufsicht auf die 33. Ausführungsform, die in neun Zeilen und neun Spalten angeordnete Brennstäbe und ein Wasserrohr 48 großen Durchmessers und einer Größe entsprechend einem Bündel von 9 Brennstäben aufweist. Das Wasserrohr 48 ist zentral in der Brennstoff-Anordnung unter gebracht. Die kurzen Brennstäbe P sind in Kreuzform ange ordnet mit dem Wasserrohr 48 in der Mitte des Kreuzes. Weiter hin sind kurze Brennstäbe P an den (2,2)-Stellen (Schnitt stellen der zweiten Zeile mit der zweiten Spalte), von der Außenseite des Bündels gezählt, vorgesehen. Die Wider standsfähigkeit gegenüber Druckverlust in den oberen Bereichen der (2,2)-Stellen der kurzen Stäbe P ist hier vermindert um den Abschaltbereich weiter zu ver bessern. Die Anordnung nach dieser Ausführungsform weist 16 kurze Brennstäbe P und 96 übliche Brennstäbe 21 auf.

Fig. 36 ist eine Draufsicht auf die 34. Ausführungs form, bei der die Brennstäbe in neun Zeilen und neun Spalten angeordnet sind und das Wasserrohr 33 sich in der Mitte der Anordnung befindet, einen quadratischen Querschnitt hat und eine Größe entsprechend einem Bündel aus neun Brennstäben besitzt. Das Innere des Brennstoffbündels ist in neun Unterbündel unterteilt, und zwar dadurch, daß 36 kurze Brennstäbe P in der dargestellten Weise angeordnet sind. In der Leerzone im oberen Bereich der Brennstoff- Anordnung ist das Bündel in eine Vielzahl kleiner Bündel unterteilt, um so die mehrfach erwähnten Effekte weiter zu verbessern.

Fig. 37 ist eine Draufsicht auf die 35. Ausführungsform, die eine Kombination der Ausführungsformen nach den Fig. 21 und 22 darstellt. Ein Wasserrohr 35 quadratischen Quer schnitts und einer Größe entsprechend einem Bündel aus vier Brennstäben befindet sich in der Mitte der Brenn stoff-Anordnung und ist bezüglich des Brennstoff-Bündels um 45° geneigt. Die Brennstoff-Anordnung ist in neun Unter bündel unterteilt, und zwar durch Spalte, deren jeder eine vergleichsweise große Breite hat. 12 kurze Brennstäbe P sind in Kreuzform zentral im Brennstoff-Bündel vorgesehen und diese Ausführungsform weist 64 übliche Brennstäbe 21 auf. Das Wasserrohr dieser Ausführungsform kann geringfügig kleiner gemacht werden.

Fig. 38 ist eine Draufsicht auf die 36. Ausführungsform, die eine verbesserte Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 37 darstellt. So hat das quadratische Wasserrohr 36 eine ge ringfügig größere Größe als bei der Ausführung nach Fig. 37. Ein Brennstab befindet sich an einer der Seitenfläche des Wasserrohrs 36 zugewandten Stelle. Die sich in den Außen ecken befindenden Brennstäbe sind durch kurze Brennstäbe P ersetzt. Die Ausführungsform weist 16 kurze Brennstäbe P und 60 übliche Brennstäbe 21 auf. Weil das zentrale, quadra tische Wasserrohr 36 größer ist als dasjenige der voraus gehenden Ausführungsform, wird der Abschaltbereich größer als beim Ausführungsbeispiel von Fig. 37.

Fig. 39 ist eine Draufsicht auf die 37. Ausführungsform, die eine Abwandlung von Fig. 29 darstellt und bei welcher der zwischen einem Wasserrohr 37 mit großem Durchmesser und einem Unterbündel begrenzte Wasserspalt bezüglich der vier Stabbündel versetzt ist. Diese Ausführungsform ist deshalb besonders für Reaktorkerne geeignet, bei denen die Breite der Wasserspalte am Außenumfang der Brennstoff- Anordnung unterschiedlich ist, also bei sog. BWR-D-Schicht kernen. Die Brennstoff-Anordnung wird im Reaktorkern so untergebracht, daß die Spalte auf der linken Seite und der oberen Seite breit sind, womit die Ausgangsleistungs verteilung flach ist und weitere Vorteile erzielt werden können. Diese Ausführungsform weist 14 kurze Brennstäbe P und 63 übliche Brennstäbe 21 auf.

Fig. 40 ist eine Draufsicht auf die 38. Ausführungsform, die bei üblichen Brennstoff-Anordnungen Anwendung finden kann. Die Brennstoff-Anordnung dieser Ausführungsform weist vier Unterbündel 38 auf, die untereinander durch einen kreuzförmigen Spalt 39 getrennt sind, der als nicht-siedender Bremswasserbereich bezeichnet werden kann. Die Anordnung weist 12 kurze Brennstäbe P auf, die in einem Bündel in den Eckbereichen angeordnet und dem Mittelbereich des kreuz förmigen Spalts 39 zugewandt sind. Weiterhin sind 52 übliche Brennstäbe 21 vorhanden.

Fig. 41 ist eine Draufsicht auf die 39. Ausführungsform, die jedenfalls auf übliche Brennstoff-Anordnungen anwendbar ist. Die Brennstoff-Anordnung dieser Ausführungsform weist neun Unterbündel 41 auf, deren jedes aus neun Brennstäben besteht, wobei die Unterbündel durch Spalte 42 voneinander getrennt sind, deren jeder vergleichsweise breit ist. Das in der Mitte der Brennstoff-Anordnung befindliche Unter bündel besteht aus neun kurzen Brennstäben P, während die anderen Unterbündel aus normalen Brennstäben 21 bestehen, also insgesamt aus 72 Brennstäben 21.

Fig. 42 ist eine Draufsicht auf die 40. Ausführungsform, die zwei Wasserrohre 57 (A, B) gleicher Größe aufweist, deren jedes in seiner Größe einem Bündel von vier Brenn stäben entspricht. Zwischen den beiden Wasserrohren sind fünf Brennstäbe 22 (in der Zeichnung mit P bezeichnet) mit Zwischenkörpern angeordnet. Die üblichen Brennstäbe 21 sind im Inneren der Brennstoff-Anordnung in neun Zeilen und neun Spalten angeordnet, mit Ausnahme der zentralen Stellen der Wasserrohre A und B und der fünf Brennstäbe P mit Zwischenkörpern. Die Brennstoff-Anordnung nach dieser Ausführungsform weist somit zwei Wasserrohre 57, fünf Brennstäbe 22 mit Zwischenkörpern und 68 übliche Brenn stäbe 21 auf und hat im Ganzen gesehen eine symmetrische Anordnung bezüglich der diagonalen Linie, welche die obere linke Ecke mit der unteren rechten Ecke verbindet, wie dies aus Fig. 42 ersichtlich ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Zwischenkörper in die Brennstäbe P an Stellen einge setzt, deren jede sich in Nähe eines Bereichs befindet, dessen Höhe 3/4 H (H ist die effektive Axiallänge des Reaktor kerns) beträgt, wobei in diesem Bereich die Aufrechterhaltung des Abschaltbereichs Schwierigkeiten macht. Wie durch ge strichelte Linien angedeutet existiert eine breite Zone mit einem Zwischenkörperbereich in der Höhe von 3/4H, wobei sich diese Zone zwischen den beiden Wasserrohren A und B erstreckt, deren jede einen großen Durchmesser besitzt, so daß sich ein verbesserter Abschaltbereich ergibt. Bei den die Wasserrohre A und B umgebenden und auf der Zeichnung mit Q und q bezeichneten Brennstäben handelt es sich um übliche Brennstäbe, jedoch sind die den Wasser rohren A und B zugewandten Oberflächenbereiche der Brennstäbe Q größer als die entsprechenden Ober flächenbereiche der Brennstäbe q, so daß die Brenn stäbe Q wesentlich zur Reaktivität der Wasserrohre A und B beitragen, also zur Reaktivität des Reaktorkerns, jedenfalls mehr als die Brennstäbe q. Zusätzlich ist darauf hinzuweisen, daß der thermische Neutronenfluß in den Brennstäben Q und q in den Stabbereichen, welche den Bereichen entsprechen, in denen in die Brennstäbe P die Zwischenkörper eingesetzt sind, groß ist, womit die Reaktivität der Brennstäbe steigt. Demgemäß er höht sich also der thermische Neutronenfluß der Brennstäbe Q und der Brennstäbe P an allen Stellen, mit Ausnahme der jenigen Stellen, deren Höhe dem Ort der Einbringung der Zwischenkörper in die Brennstäbe P entspricht. Es ist somit möglich, an diesen Stellen den effektiven Multiplikations faktor K _eff wunschgemäß zu erhöhen oder zu erniedrigen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 42 sind die oben beschrie benen kurzen Brennstäbe durch Brennstäbe 22 mit Zwischenkör pern ersetzt und bei einer solchen Anordnung können an Stel len, an denen die Aufrechterhaltung des Abschaltbereiches be sonders schwierig ist, Leerstäbe vorgesehen sein.

Fig. 43 ist eine Draufsicht auf die 41. Ausführungsform, bei der im Vergleich mit der Anordnung von Fig. 42 das Wasserrohr B um eine Spalte nach rechts und das Wasserrohr A um eine Zeile nach unten verschoben ist. Zwei Brennstäbe P mit Zwischen körpern befinden sich zwischen diesen Wasserrohren A und B. Die Brennstoffanordnung nach dieser Ausführungsform weist somit zwei Wasserrohre großen Durchmessers, zwei Brennstäbe P mit Zwi schenkörpern und 71 übliche Brennstäbe 21 auf. Der große Ab schaltbereich im oberen Bereich des Reaktorkerns wird im Ver gleich mit der Ausführungsform von Fig. 42 kleiner, wobei die ser Bereich durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Die Aus führungsform von Fig. 43 ist für Reaktorkerne geeignet, bei de nen die Wasserspaltbereite am Außenumfang der Brennstoffanord nung unterschiedlich ist, wie dies bei den sogenannten BWR-D- Schichtkernen der Fall ist.

Fig. 44 ist eine Draufsicht auf die 42. Ausführungsform, bei der zwei Gruppen A und B von Wasserrohren 28 (auf der Zeichnung mit dem Buchstaben W bezeichnet) mit kleinem Durchmesser in Form eines Dreiecks vorgesehen sind. Fünf Brennstäbe P mit Zwi schenkörpern befinden sich zwischen den Wasserrohrgruppen A und B. Die üblichen Brennrohre 21 sind regelmäßig in neun Zeilen und neun Spalten angeordnet, außer den Bereichen, in welchen sich die Wasserrohre und die mit Zwischenkörpern versehenen Brenn stäbe P befinden. Die Brennstoffanordnung dieser Ausführungsform weist zwei Wasserrohrgruppen mit insgesamt sechs Wasserrohren W kleinen Durchmessers, fünf Brennrohre P mit Zwischenkörpern und 70 übliche Brennstäbe 21 auf. Anstelle der dargestellten Gruppe aus drei Wasserrohren kreisförmigen Querschnitts kann auch ein Wasserrohr mit Dreieckquerschnitt verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform befinden sich die in Brennstäbe P einge setzten Zwischenkörper in einer Höhe von etwa 3/4 H (H stellt die wirksame Axiallänge des Reaktorkerns dar) in welcher Höhe die Aufrechterhaltung des Abschaltbereiches schwierig ist und die Wasserrohrzone erstreckt sich in einer Richtung mit 45° Neigung zur Gesamtanordnung. Der Zwischenkörper eines Brenn rohres P ist so gestaltet, daß er eine Axiallänge von etwa 1/4 H hat, so daß die Verminderung des Brennstoffbestandes infolge der Brennstäbe P mit Zwischenkörpern nur dem 1,25-fachen der Zahl an Brennstäben und somit für die Gesamtanordnung dem 7,25 fachen der Zahl an Brennstäben entspricht. Der Brennstoffbe stand ist bei diesem Ausführungsbeispiel groß, und zwar im Ver gleich mit dem üblichen Fall, bei dem etwa neun Brennstäbe für den Brennstoffbedarf beladen werden.

Fig. 45 ist eine Draufsicht auf die 43. Ausführungsform, die eine Verbesserung der Ausführungsform von Fig. 44 darstellt und dazu dient, den Abschaltbereich weiter zu vergrößern. Die Brenn stoffanordnung dieser Ausführungsform weist zwei Gruppen A und B aus jeweils drei Wasserrohren in Dreiecksanordnung auf, wobei die Wasserrohre einen kleinen Durchmesser haben. Drei Brennstäbe 58 (auf der Zeichnung mit P 1 bezeichnet) befinden sich zwischen den Wasserrohrgruppen A und B und acht Brennstäbe 59 (auf der Zeichnung mit P 2 bezeichnet), in Kreuzanordnung befinden sich an der Außenseite einer quadratischen Zone, welche durch die zwei Gruppen A und B von Wasserrohren und die drei Brennstäbe P ge bildet wird. Die üblichen Brennstäbe 21 sind in neun Zeilen und neun Spalten angeordnet, mit Ausnahme der Stellen der Was serrohrgruppen und der Brennstäbe P 1 und P 2. Die Brennstoffan ordnung dieser Ausführungsform weist sechs Wasserrohre W mit kleinem Durchmesser, elf Brennstäbe P (mit drei Brennstäben P 1 und acht Brennstäben P 2) und 64 übliche Brennstäbe 21 auf. Die Brennstäbe P 1 sind an solchen Stellen mit Zwischenkörpern ver sehen, welche eine Höhe von etwa 3/4 H des Reaktorkerns haben, also in einer Höhe, in welcher es schwierig ist, den Abschalt bereich einzuhalten. Die Brennstäbe P 1 können durch die vorher erwähnten kurzen Brennstäbe ersetzt werden. Die Brennstäbe P 2 besitzen im wesentlichen die Eigenschaften der Brennstäbe P 1, jedoch hat jeder der Brennstäbe P 2 eine effektive Brennlänge, die größer ist als diejenige der Brennstäbe P 1.

Bei dieser Ausführungsform wirken die Brennstäbe 58 und die Wasserrohre 28 als ein großes Wasserrohr, wie dies in ge strichelten Linien auf der Zeichnung angedeutet ist, und zwar während des Hochtemperaturbetriebs des Reaktorkerns, wodurch der effektive Multiplikationsfaktor K _eff erhöht wird. Ferner wird die Reaktivität im oberen Bereich des Reaktorkerns verbes sert, ebenfalls auch die axiale Ausgangsleistungsverteilung. Unter der Bedingung des Kaltbetriebs jedoch führt das große Wasserrohr zu einem Wasserüberschuß, so daß der subkritische Zustand verbessert wird, wobei die Brennstäbe P 2 zur Verbes serung dieses Effekts dienen.

Fig. 46 ist eine Draufsicht auf die 44. Ausführungsform, die ähnlich der Ausführungsform von Fig. 45 ist, sich jedoch von dieser dadurch unterscheidet, daß vier Wasserrohre W mit klei nem Durchmesser gesondert als Wasserrohrzonen A, B, C und D vorgesehen sind, und außerdem fünf Brennstäbe 58 (P 1) sich zwi schen diesen vier Wasserrohren W im Mittelbereich der Brenn stoffanordnung befinden. Die durch die Wasserrohre und die Zwischenkörper der Brennstäbe mit Zwischenkörpern gebildete brennstofffreie Zone belegt somit einen Bereich entsprechend neun Brennstäben im oberen Bereich des Reaktorkerns. Die Brenn stäbe 59 P 2 sind in Kreuzform angeordnet und dienen zur Verbes serung des erwähnten Effekts. Die Brennstoffanordnung dieser Ausführungsform weist somit vier Wasserrohre 28 kleinen Durch messers, 13 Brennstäbe P (mit fünf Brennstäben P 1 und acht Brennstäben P 2) sowie 64 übliche Brennstäbe 21.

Fig. 47 ist eine Draufsicht auf die 45. Ausführungsform, die im wesentlichen aus neun Unterbündeln besteht, deren jedes 3×3 (drei Zeilen und drei Spalten) Brennstäbe hat. Weiterhin sind Wasserspalte 61 vorgesehen, deren jeder vergleichsweise breit ist und sich zwischen den entsprechenden Unterbündeln befindet. Zwei Wasserrohre 57 (auf der Zeichnung mit A und B bezeichnet) mit großem Durchmesser befinden sich an den Kreu zungsstellen der Wasserspalte 61, wie dies aus Fig. 47 er sichtlich ist. Fünf Brennstäbe 22 (mit P bezeichnet) befinden sich zwischen den Wasserrohren A und B. Weil die Wasserrohre A und B in den vergleichsweise großen Wasserspaltzonen ange ordnet sind, können die Wasserrohre als vergleichsweise große Rohre ausgebildet werden, und zwar im Vergleich zum verminder ten Betrag des vorhandenen Brennstoffs und die Konzentration des Kühlwassers, die üblicherweise sich auf diese Stellen kon zentriert, wird durch die großen Wasserrohre an dieser Stelle unterdrückt. Die Wasserrohre A und B bilden somit im oberen Be reich des Reaktorkerns einen breiten, brennstofffreien Bereich, wie er bereits erwähnt worden ist, und zwar in Verbindung mit den Zwischenkörper aufweisenden Brennstäben 22. In der Brenn stoffanordnung sind außerdem Strömungssteuerkörper FC 62 klei nen Durchmessers angeordnet, und zwar in den anderen Wasserspalt- Kreuzungspunkten, die senkrecht zu denjenigen verlaufen, in de nen die Wasserrohre A und B untergebracht sind, um so einen konzentrierten Strom von Kühlwasser zu diesen Punkten zu vermei den. Die großen Wasserrohre A und B dienen auch zum Steuern der Strömung des Kühlwassers. Jeder Strömungssteuerkörper 62 hat üblicherweise einen geringen Durchmesser, so daß das Kühlwasser in den durch Pfeile angegebenen Richtungen strömen kann. Die Brennstoffanordnung weist somit zwei große Wasserrohre 57, fünf Brennstäbe P mit Zwischenkörpern, 68 übliche Brennstäbe 21 und zwei Strömungssteuerkörper 62 auf.

Fig. 48 ist eine Draufsicht auf die 46. Ausführungsform, die durch neun Unterbündel mit jeweils 3×3 Brennstäben gebildet wird, ähnlich der Ausführungsform von Fig. 47. Wasserspalte 61 mit geringfügiger Verbreiterung befinden sich zwischen den Un terbündeln, aber die großen Wasserrohre A und B liegen näher bei sammen als diejenigen von Fig. 47 und sind miteinander durch ei nen Wasserrohr-Verbindungskörper verbunden, der auch als Strö mungssteuerelement 63 an den verschiedenen Axialpunkten dient. Der Strömungssteuerkörper 63 dient zum Zurücktreiben des Kühl wassers, wenn sich dieses auf dem Mittelpunkt der Brennstoffan ordnung konzentriert. Der obere Teil des Reaktorkerns über dem durch gestrichelte Linien umrahmten Teil bildet ein brennstoff freies Gebiet. Die entsprechenden drei Brennstäbe 22 mit Zwi schenkörper befinden sich längs der Längsrichtungen des Strö mungssteuerelements 63. Die Brennstoffanordnung dieser Ausfüh rungsform weist somit zwei große Wasserrohre 57, sechs Brenn stäbe mit Zwischenkörper und 68 übliche Brennstäbe 21 auf.

Fig. 49 ist eine Draufsicht auf die 47. Ausführungsform, die sich von denjenigen nach den Fig. 47 und 48 unterscheidet und bei der die Brennstoffanordnung in Schichten mit einer 4-1-4- Anordnung aus Brennstäben unterteilt ist. Vier Wasserrohre 28 (W) bilden einen durch gestrichelte Linien umrahmten Mittel block, erzeugen somit Wasserrohrzonen A, B, C und D. Fünf Brenn stäbe 22 (P) mit Zwischenkörpern befinden sich zwischen diesen Wasserrohren 28. Der obere Teil des Reaktorkerns über dem durch gestrichelte Linien eingerahmten Teil, in dessen Ecken sich die einen kleinen Durchmesser aufweisenden Wasserrohre befinden, bildet eine brennstofffreie Zone. Die Brennstoffanordnung die ser Ausführungsform weist somit vier Wasserrohre 28 kleinen Durchmessers, fünf Brennstäbe 22 mit Zwischenkörper und 72 üb liche Brennstäbe 21 auf.

Fig. 50 ist eine Draufsicht auf die 48. Ausführungsform, bei welcher die Brennstoffanordnung aus Schichten einer 4-1-4- Brennstabanordnung besteht, ähnlich der Ausführungsform von Fig. 49. Zwei große Wasserrohre 57 (A und B) einer Größe ent sprechend einem Bündel aus vier Brennstäben befinden sich inner halb von Unterbündeln mit 4×4 Brennstäben, und zwar auf einer Diagonalen, und fünf Brennstäbe 22 (P) mit Zwischenkörpern be finden sich diesen Wasserrohren A und B. Obwohl diese Ausfüh rungsform derjenigen von Fig. 42 ähnlich ist, sind doch die Spalte zwischen Brennstäben P relativ größer, so daß der brenn stofffreie Bereich im oberen Teil, umrahmt durch die gestrichel ten Linien, des Reaktorkerns ebenfalls groß ist. Die Brenn stoffanordnung dieser Ausführungsform weist zwei große Wasser rohre 57, fünf Brennstäbe 22 mit Zwischenkörpern und 68 übliche Brennstäbe 21 auf.

Fig. 51 ist eine Draufsicht auf die 49. Ausführungsform. Die Brennstoffanordnung dieser Ausführungsform weist Schichten aus 5-4 Brennstäben auf. Wasserrohre 57 großen Durchmessers befin den sich an den inneren Eckbereichen der unsymmetrischen Schicht anordnung, wie dies aus Fig. 50 hervorgeht. Fünf Brennstäbe 22 befinden sich an den Innenecken der symmetrischen Schichtan ordnungen. Diese Brennstoffanordnung weist somit zwei Wasser rohre 57 großen Durchmessers, zwei Brennstäbe 22 mit Zwischen körpern und 71 übliche Brennstäbe 21 auf und ist besonders ge eignet für BWR-D-Schichtkerne.

Fig. 52 ist eine Draufsicht auf die 50. Ausführungsform. Die Brenn stoffanordnung dieser Ausführungsform besteht aus groben und feinen Schichten einer 4-2-3-Anordnung der Brennstäbe. Die An ordnung ist ähnlich derjenigen von Fig. 51, jedoch sind Strö mungssteuerkörper (FC) 62 in einer Anordnung gemäß Fig. 47 vor gesehen. Die Brennstoffanordnung weist zwei große Wasserrohre 57, zwei Brennstäbe 22 mit Zwischenkörper und 71 übliche Brennkörper 21 auf. Sie eignet sich für BWR-D-Schichtkerne.

Fig. 53 ist eine Draufsicht auf die 51. Ausführungsform. Bei dieser Brennstoffanordnung handelt es sich um eine Anordnung aus groben und feinen 4-3-2 Schichten der Brennstäbe, ähnlich der Ausführungsform von Fig. 52. Die Wasserrohre A und B jedoch haben untereinander geringfügig unterschiedliche Durchmesser, und zwar zur Berücksichtigung des Effekts der Schichtanordnung. Diese Ausführungsform weist zwei Wasserrohre 57 unterschied licher Durchmessergröße, zwei Brennstäbe 27 mit Zwischenkörpern, 71 übliche Brennstäbe 21 und zwei Strömungssteuerkörper 63 auf, sie eignet sich insbesondere für BWR-D-Schichtkerne. Fig. 54 ist eine Draufsicht auf die 52. Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform weist 10 Zeilen und 10 Spalten aus Brenn stäben auf und beinhaltet grobe und feine 4-2-4-Brennstabschich ten. Es sind große Wasserrohre 57 (A) und (B) vorhanden; die übrige Anordnung ist im wesentlichen gleich derjenigen der Fig. 52. Dieses Ausführungsbeispiel weist zwei Wasserrohre 57 großen Durchmessers, zwei Brennstäbe 22 mit Zwischenkörpern, 90 übli che Brennstäbe 21 und zwei Strömungssteuerkörper 63 auf.

Fig. 55 ist eine Draufsicht auf die 53. Ausführungsform. Diese Ausführungsform weist 10 Zeilen und 10 Spalten aus Brennstäben auf und beinhaltet grobe und feine (5×5)×4 Schichten aus Brenn stäben. Die Wasserrohre 57 (A und B) haben einen weiter vergrö ßerten Durchmesser im Vergleich mit den Wasserrohren von Fig. 51, wohingegen der übrige Aufbau im wesentlichen gleich demjenigen von Fig. 51 ist. Die Brennstoffanordnung dieser Ausführungsform weist zwei Wasserrohre 57, zwei Brennstäbe 22 mit Zwischenkör pern und 98 übliche Brennstäbe 21.

Fig. 56 ist eine Draufsicht auf die 54. Ausführungsform, bei der vier Unterbündel 60 und ein kreuzförmiger Wasserspalt 64 zwi schen den Unterbündeln 60 als nicht-siedender Moderator-Wasser bereich vorgesehen sind. Drei Brennstäbe 22 mit Zwischenkörpern und ein Wasserrohr 28 kleinen Durchmessers befinden sich in dem Bündel an jeder Ecke der Unterbündel und sind dem Kreuzungsmittel punkt des Wasserspalts 64 zugewandt. Die Brennstoffanordnung die ser Ausführungsform weist vier Wasserrohre 28, 12 Brennstäbe 22 mit Zwischenkörpern und 84 übliche Brennstäbe 21 auf; im oberen Bereich des Reaktorkerns befindet sich der durch gestrichelte Linien umrahmte brennstofffreie Bereich.

Bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen 41 bis 54 können anstelle der mit Zwischenkörpern versehenen Brennstäbe auch kurze Brennstäbe verwendet werden.

Fig. 57 ist eine Draufsicht auf die 55. Ausführungsform, wobei Fig. 57A ein Vertikalschnitt nach Linie A-A von Fig. 57B ist und die Fig. 57B, 57C und 57D Querschnitte bzw. eine Draufsicht nach den Linien B-B, C-C und D-D von Fig. 57A darstellen.

Bei dieser Ausführungsform ist im Mittelbereich ein quadrati sches Wasserrohr 35 vorgesehen und es sind Brennstäbe 22, die länger sind als die kurzen Brennstäbe, aber Zwischenkörper 66 aufweisen, und kurze Brennstäbe 65 (in der Zeichnung mit P be zeichnet), in regelmäßiger Weise in neuen Zeilen und neuen Spal ten angeordnet, außer im Mittelbereich, in welchem sich ja das Wasserrohr 35 befindet. Der Außenumfang der Brennstäbe wird von einem Kanalkasten 24 umgeben, dessen oberes und unteres Ende durch eine obere bzw. eine untere Halteplatte 25, 26 abgedeckt ist. Die kurzen Brennstäbe 65 sind mit einem oberen Raum 46 über den Brennstoff-Pelletstapel 44 versehen, wobei ein Körper 45 30347 00070 552 001000280000000200012000285913023600040 0002003824082 00004 30228 zum Unterdrücken von Ausgangsleistungsspitzen zwischenge schaltet ist. Außerdem weisen die kurzen Stäbe 65 einen unte ren Raum 47 auf, der sich am Boden des Stapels 44 befindet. Ein Bereich über den kurzen Brennstäben 65 wird vom Kühlwas ser und von Dampfblasen besetzt, so daß sich brennstoffmäßig eine Leerzone ohne Brennstäbe bildet. Der Hauptteil eines Gas raums befindet sich unter dem Stapel 44 und ein kurzer Teil befindet sich als Hilfsraum über dem Stapel.

In dem Bereich längs der Linie C-C von Fig. 57A enthalten alle Brennstäbe, wie aus Fig. 57C ersichtlich ist, Zwischenkörper 66, die eine Länge von etwa 2 bis 8 cm aufweisen, was gleich oder etwas mehr ist als die Diffusionslänge der thermischen Neutronen im Kalttemperaturbetrieb des Reaktors, jedoch etwa gleich oder etwas kleiner ist als die Diffusionslänge der ther mischen Neutronen während des Hochtemperaturbetriebs, also während der Erzeugung von Blasen. In jedem der Brennstäbe sind Körper 67 zum Unterdrücken von Ausgangsleistungsspitzen unter gebracht, derart, daß sie die Zwischenkörper 66 von oben und von unten her berühren. Die für die Körper 67 erforderlichen Eigenschaften sind im wesentlichen die gleichen wie sie für die Körper 45 erforderlich sind, die sich über der Spitze der kurzen Brennstäbe 65 befinden.

Der Reaktorkern gemäß dieser Ausführungsform zeichnet sich da durch aus, daß seine Ausgangsleistung örtlich in einem Bereich ansteigt, der, von der Spitze des Pelletstapels der kurzen Brenn stäbe 65 aus gemessen etwa 5 cm, insbesondere 1 cm, beträgt, so daß zur Unterdrückung des örtlichen Anstiegs der Ausgangs leistung der Körper 45 zur Unterdrückung der Ausgangsleistungs spitzen über dem Pelletstapel angebracht wird. Die Körper 67 zur Unterdrückung von Ausgangsleistungsspitzen sind ebenfalls axial in die Pellets eingesetzt, zwischen denen sich der Zwi schenkörper 66 befindet. Der Aufbau und die Zusammensetzung dieser die Leistungsspitzen unterdrückenden Körper sind im we sentlichen gleich der Ausführungsform 19 von Fig. 21.

Bei der vorliegenden Ausführungsform steigt die Ausgangslei stung in den langen Brennstäben 22 benachbart den sich über den kurzen Stäben befindenden Leerstäben 68 geringfügig an. Üblicherweise besteht in einem solchen Fall keine Notwendig keit für irgendwelche Maßnahmen oder Gegenmaßnahmen, jedoch können bei dem in Zukunft zu erwartenden, höhere Anreichungen aufweisenden Brennstoffanordnungen bekannte Techniken Anwendung finden, etwa dahingehend, daß man die Anreicherung örtlich ge ringfügig erniedrigt oder ringförmige Brennstoff-Pellets ver wendet, in deren Mittelteil Gd₂O₃ eingesetzt ist.

Nimmt man einmal an, daß keine Körper zur Unterdrückung der Ausgangsleistungsspitzen vorhanden sind, dann wird die Aus gangsleistungsspitze an der oberen Stelle der relativ kurzen Zwischenkörper in Axialrichtung (Vertikalrichtung) der C-C Querschnittsebene (Fig. 57C) groß sein im Vergleich mit der maximalen Ausgangsleistungsspitze des Falles, daß in Axial richtung relativ lange Zwischenkörper in einer Richtung senk recht zur Axialrichtung (D-D Querschnittsebene von Fig. 57D) in den oberen Teil der Brennstoffanordnung. Aus diesem Grund wird man den erstgenannten Zwischenkörper in einen Bereich (oberer Bereich des Reaktorkerns) anbringen, was die Kühlwir kung des Kühlmittels aufrechterhält und die Fehlerlosigkeit des Brennstoffes in Notfällen gewährleistet.

Fig. 58A ist ein schematischer Längsschnitt durch einen Siede wasser-Reaktorkern mit Brennstoffanordnung nach der Erfindung und Fig. 58B ist eine grafische Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Blasenanteil in Axialrichtung des Reaktorkerns von Fig. 58A und der Verteilung des unterkritischen Zustandes.

Die schraffierten Bereiche x in Fig. 58A stellen die Leerbe reiche der kurzen Brennstäbe 65 und die schraffierten Bereiche y Bereiche dar, in denen sich die Zwischenkörper 66 befinden. Die Höhen der Leerbereiche x und der Zwischenkörper y sind üblicherweise in Ausfluchtung, jedoch ist dies nicht immer er forderlich, weil die Leerbereiche in Axialrichtung lang sind.

So kann es beispielsweise wünschenswert sein, eine "sanfte" Verteilung der axialen Ausgangsleistung zu erreichen, wobei dann die unteren Enden dieser Bereiche geändert werden, bei spielsweise durch einen abgestuften Bereich im Bündel oder ei nen abgestuften Bereich zwischen den entsprechenden Bündeln. Andererseits ist es erwünscht, daß die Höhen der Zwischenkör perbereiche y ausgefluchtet sind, weil deren Länge in Vertikal richtung gering ist. Fig. 58B zeigt ein Vergleichsergebnis zwi schen der Erfindung und dem Stand der Technik, wobei sich aus Fig. 58B ergibt, daß der unterkritische Zustand bei der Erfin dung flach und groß ist und daß der Blasenanteil im oberen Be reich des Reaktorkerns vermindert ist.

Fig. 59 zeigt schematisch die 56. Ausführungsform, wobei Fig. 59A ein Vertikalschnitt nach der Linie A-A von Fig. 59B ist und die Fig. 59B, 59C, 59D und 59E Querschnitte nach den Linien B-B, C-C, D-D und E-E von Fig. 59A sind. Bei dieser Ausführungs form sind vier Gruppen aus jeweils drei langen Brennstäben 69 mit Zwischenkörpern (auf der Zeichnung mit P) bezeichnet, in Kreuzform angeordnet, wobei sich ein Wasserrohr 37 großen Durch messers im Kreuzungsmittelpunkt der langen Brennstäbe 69 befin det. Weiterhin sind vier kurze Brennstäbe 65 (mit PV bezeichnet) vorhanden, die sich an den vier Kreuzungspunkten (2,2) der zweiten Zeilen mit den zweiten Spalten (vom Außenumfang her gezählt) der Brennstoffbündel befinden. Die Verwendung der drei kurzen Brennstäbe 65 ist zwar nicht immer erforderlich, jedoch kann durch die kurzen Brennstäbe PV an den erwähnten Kreuzungsstellen 2,2 das Problem einer großen Wahrscheinlich keit einer ungenügenden Kühlungskapazität an den Stellen nahe der Bündelecke wirksam bekämpft werden. Die Bremsanordnung nach dieser Ausführungsform weist 16 lange und kurze Brennstäbe P und PV sowie 60 lange Brennstäbe 22 auf, wobei alle diese Brennstäbe mit Zwischenkörpern versehen sind, und zwar ist der Bereich, in welchem sich die Zwischenkörper befinden, kleiner als derjenige der langen Brennstäbe P. Weil die Breite des Spaltes zwischen den axialen Zwischenkörper-Bereichen größer ist als bei dem vorausgehenden Ausführungsbeispiel, können in Vergleich mit diesem unter Verwendung derselben Menge an Brenn stoff verbesserte Eigenschaften erreicht werden.

Fig. 60 ist eine Draufsicht auf die 57. Ausführungsform, die auf eine übliche Brennstoffanordnung anwendbar ist, in der zwei Wasserrohre 28 kleinen Durchmessers, nicht aber solche großen Durchmessers vorhanden sind. Es sind Brennstäbe 69 mit Zwischenkörpern vorgesehen und in Kreuzform angeordnet. Die Brennstoffanordnung weist 14 Brennstäbe P, nämlich kurze Brennstäbe oder lange Brennstäbe 69 mit Zwischenkörper, sowie 49 Brennstäbe 22 mit Zwischenkörpern auf, wobei deren Zwischen körper sich in einem Bereich befinden, der kleiner ist als der jenige der Brennstäbe 69.

Fig. 61 ist eine Draufsicht auf die 58. Ausführungsform, die in ähnlicher Weise anwendbar ist wie die Ausführungsform von Fig. 60, und in der jedes Paar aus benachbarten Wasserrohren 28 ei nen kleinen Durchmesser besitzt. Die Brennstoffanordnung nach dieser Ausführungsform weist 14 diagonal angeordnete Brennstäbe P mit Zwischenkörpern und 48 Brennstäbe 22 mit Zwischenkörper auf, deren Zwischenkörper-Bereich kleiner ist als derjenige der Brennstäbe P.

Fig. 62 ist eine Draufsicht auf die 59. Ausführungsform, die ebenfalls anwendbar ist auf eine Ausführung ähnlich derjenigen von Fig. 60, wobei zwei Wasserrohre 28 mit kleinem Durchmesser vorgesehen sind. Die Brennstoffanordnung weist acht mit Zwischen körpern versehene Brennstäbe P, die in zwei zueinander paralle len, diagonal verlaufenden Reihen mit jeweils vier Stäben P angeordnet sind, und 54 mit Zwischenkörpern versehene Brenn stäbe 22 auf, deren Zwischenkörper-Bereich kleiner ist als derjenige der Brennstäbe P.

Fig. 63 ist eine Draufsicht auf die 60. Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei Wasserrohre 28 geringen Durchmessers vorgesehen sind. Die Brennstoff-Anordnung beinhaltet 26 Zwischen körper aufweisende Brennstäbe P, die in Form eines Doppel kreuzes angeordnet sind, und 36 Zwischenkörper aufweisende Brennstäbe 22, deren Zwischenkörper-Bereich kleiner ist als derjenige der Brennstäbe P. Die Brennstoff-Anordnung ist so aufgebaut, daß sich im axialen Zwischenkörper- Bereich vier Unterbündel befinden, deren jedes 3×3 (drei Zeilen und drei Spalten) Brennstäbe aufweist, wo mit ein großer Abschaltbereich erreicht wird.

Fig. 64 ist eine Draufsicht auf die 61. Ausführungs form, die ein Wasserrohr 37 mit großem Durchmesser, nämlich einer Größe entsprechend vier Brennstäben, in der Mitte einer Brennstab-Anordnung gemäß Fig. 63 aufweist. Diejenigen Zwischenkörper besitzenden Brenn stäbe P, die sich an den Seiten des Kanalkastens be finden, sind durch ebenfalls Zwischenkörper aufweisende Brennstäbe 22, deren Zwischenkörper-Bereich kleiner ist als derjenige der Brennstäbe P, ersetzt. Die Brennstoff- Anordnung weist somit 16 Brennstäbe P und 44 Brennstäbe 22 auf.

Fig. 65 ist eine Draufsicht auf die 62. Ausführungsform, bei der ein quadratisches Wasserrohr 31 einer Größe ent sprechend vier Brennstäben im Mittelbereich der Brenn stoff-Anordnung vorgesehen ist. Diese Brennstoff-Anordnung weist 12 Brennstäbe P, die in Form eines diagonalen Kreuzes angeordnet sind, und 48 Brennstäbe 22 auf, deren Zwischen körper-Bereich kleiner ist als derjenige der Brennstäbe P.

Fig. 66 ist eine Draufsicht auf die 63. Ausführungsform der Erfindung, bei der ein großes Wasserrohr 36 quadra tischen Querschnitts im Mittelpunkt des Brennstab-Bündels angeordnet ist, und zwar um 45° gegenüber dem Bündel ver dreht. Ein Brennstab ist jeweils so angeordnet, daß er den Seitenflächen des Wasserrohrs 36 zugeordnet ist und darüber hinaus befindet sich jeweils ein Brennstab P mit Zwischenkörper in jeder Ecke des Brennstoff-Bündels. Die Brennstoff-Anordnung weist somit 16 Brennstäbe P und 60 Brennstäbe 22 mit Zwischenkörpern auf, wobei der Zwischen körper-Bereich der Brennstäbe 22 kleiner ist als derjenige der Brennstäbe P.

Fig. 67 ist eine Draufsicht auf die 64. Ausführungsform, die eine Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 60 darstellt und bei der die Wasserspalte zwischen dem großen Wasser rohr 37 und den Brennstab-Unterbündeln gegenüber dem Bündel versetzt sind. Diese Ausführungsform eignet sich deshalb besonders für einen Reaktorkern, bei dem die Wasserspalte im äußeren Umfangsbereich der Brennstoff-Anordnung unter einander unterschiedliche Breiten haben (BWR-D-Schichtkern). Eine flache Leistungsverteilung kann dabei wirkunqsvoll da durch erreicht werden, daß die breiten Wasserspalte links und oben vorgesehen werden, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist. Diese Brennstoff-Anordnung beinhaltet 14 mit Zwischenkörper versehene Brennstäbe P und 63 mit Zwischenkörpern versehene Brennstäbe 22, deren Zwischen körperbereich kleiner ist als derjenige der Brennstäbe P.

Fig. 68 ist eine Draufsicht auf die 65. Ausführungsform, die bei einer üblichen Brennstoff-Anordnung verwendbar ist. Diese Ausführungsform ist in vier kleine Kanäle 13 unter teilt, zwischen denen ein kreuzförmiger Wasserspalt 14 als nicht-siedender Moderator-Wasserbereich existiert. Die Zwischenkörper aufweisenden Brennstäbe P sind als Bündel in den Eckbereichen der entsprechenden Kanäle 13 angeordnet, und zwar in der dem Mittelpunkt des Wasserspalt-Kreuzes be nachbarten Ecke. Bei dieser Ausführungsform sind 12 Brennstäbe P und 52 Zwischenkörper aufweisende Brennstäbe 22 vorhanden, deren Zwischenkörper-Bereich kleiner ist als derjenige der Brennstäbe P.

Fig. 69 ist eine Draufsicht auf die 66. Ausführungsform, die ebenfalls bei einer üblichen Brennstoff-Anordnung verwendbar ist. Diese Brennstoff-Anordnung besteht aus neun Unterbündeln 15, wobei jedes Unterbündel 15 neun Brennstäbe 22 besitzt. Zwischen den Unterbündeln befinden sich Wasserspalte 16 mäßiger Breite.

Die Brennstoff-Anordnung weist neun Zwischenkörper besitzende Brennstäbe P auf, die das zentrale Unter bündel bilden, sowie 72 Zwischenkörper besitzende Brennstäbe 22, deren Zwischenkörper-Bereich kleiner ist als derjenige der Brennstäbe P.

Die Fig. 70A bis 70E sind Längsschnitte durch ver schiedene Ausführungsformen von Brennstäben nach der Erfindung.

Der Brennstab von Fig. 70A weist einen Bereich im Hüll rohr auf, in welchem sich kein Brennmaterial befindet; dieser Bereich hat eine Länge zwischen 2 und 90 cm und es ist Graphit 71 eingefüllt. Ein Zwischenkörper, der in dem Leerraum und in das Innere der Brennstoff-Anordnung derart eingebracht ist, daß er diese in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung trennt, besitzt eine ver gleichsweise große Länge von etwa 19 bis 90 cm, wohin gegen der in den Brennstab eingesetzte Zwischenkörper, der diesen in Axialrichtung trennt, eine vergleichsweise geringe Länge von etwa 2 bis 8 cm besitzt. Dieses Größen verhältnis wird auch bei den nachfolgenden Ausführungs beispielen von Brennstäben Anwendung finden. Der eingefüllte Graphit 71 besitzt ausgezeichnete Hochtemperatureigenschaften und eine geringe Absorption für thermische Neutronen und wirkt als Moderator. Al₂O₃, ZrO₂ oder dergleichen in Form eines Materials niedriger Dichte (porös) besitzen eine hohe Hitzebeständigkeit, jedoch ist ihre Moderator-Wir kung gering. An Stelle des Graphits können somit solche Materialien Verwendet werden, die eine geringe Neutronen absorption aufweisen. Hohle Körper aus Graphit, aus Al₂O₃, aus ZrO₂, aus natürlichem Uran und aus erschöpftem Uran können an Stelle der Massivkörper verwendet werden, wobei dann der Hohlraum im Hohlkörper als Gasraum dient.

Die wichtigste der für diesen Bereich erforderlichen Eigenschaften ist, daß dieser Bereich in der Betriebs zyklus-Endstufe des Reaktors ein Verhältnis der thermischen Neutronen-Absorption hat, das kleiner ist als dasjenige derjenigen Brennbereiche, die sich an beiden axialen Seiten der Brennzone befinden. Mit den Brennmaterialien benach bart dem eingefüllten Graphit 71 werden Leistungsspitzen in einer Größenordnung von etwa 2 cm (höchstens 5 cm) erzeugt, was für die Brauchbarkeit des Brennstoffs nach teilig ist. Aus diesem Grund werden zwei Brennstoff- Pellets 72 mit einer Länge von etwa 2 cm, die ein brenn bares Gift 72 a ausschließlich in der Nähe ihrer Achsen enthalten, vorgesehen. In ihrem äußeren Mantelbereich weisen diese Pellets 72 also kein brennbares Gift auf, so daß über den gesamten Betriebszyklus des Reaktors die Änderung des Leistungsausgangs vergleichsweise klein bleibt, wobei der Brennstab so gestaltet wird, daß die Absorptionseigenschaft des Gifts dann verschwunden ist, wenn der Reaktor-Betriebszyklus seine Endstufe er reicht und die Ausgangsleistung dieser Gebiete beträcht lich zunimmt.

Die gegenseitige Beeinflussung der Neutronen (Bindungs effekt) in einer horizontalen Brennstoffebene benachbart einem Zwischenbereich (in welchem die Konzentration an Spaltmaterial gering ist) ist vermindert, mit der Folge, daß der unterkritische Zustand des Reaktors während der Abschaltperiode weiter vergrößert werden kann.

Der Unterschied zwischen dem Brennstab von Fig. 70A und demjenigen von 70B besteht darin, daß ein Rohr 74 aus Zircaloy mit kleinem Neutronen-Einfangquerschnitt in den Stab von Fig. 70B eingesetzt ist, und zwar an Stelle des Graphits 71. Dieses Beispiel von Fig. 70B kann zahlreiche Abwandlungen erfahren, wobei nachfolgend einige Beispiele aufgeführt werden.

(1) Bei Verwendung als Gasplasma wird das Rohr 74 nicht abgedichtet bzw. verschlossen.

(2) Wird ZrH₂ (zircon hydride) hoher Konzentration ein gebracht, dann soll dieses im Rohr eingeschlossen werden und es wird ein vergleichsweise kleiner Spalt im Rohr vorgesehen, wobei dann der Spalt als Gas raum für Wasserstoff-Gas dient, das in geringer Menge aus dem ZrH₂ entweicht.

(3) Als Gifte werden vorzugsweise Be und BeO in das Rohr eingefüllt und weil bei der Reaktion zwischen Be und den Neutronen Helium-Gas entsteht, wird im Rohr ein kleiner Raum für das Helium-Gas vorgesehen. Zwischen dem Zircaloy-Rohr 74 und den Brennstoff-Pellets 73 wird ein thermisch isolierendes Pellet 75 eingefügt, bestehend aus Al₂O₃, ZrO₂, verbrauchtes Uran und dergl., um so die Brauchbarkeit des Brennstoffs zu verbessern. Vorzugsweise soll das thermisch isolierende Pellet 75 eine geringe Absorption bezüglich thermischer Neutronen in der Endstrufe des Reaktorbetriebs aufweisen und des halb wird vorzugsweise ein brennbares Gift beinhaltendes Al₂O₃-Gd₂O₃-Pellet oder ein verbrauchtes Uran beinhaltendes UO₂-Gd₂O₃-Pellet verwendet. Die axial benachbarten Brenn stoffpellets des Zircaloy-Rohrs 74 sollen so angeordnet sein, daß die das brennbare Gift enthaltenden Pellets 72 vom Ende an gerechnet eine Länge von etwa 2 cm (höchstens 5 cm) aufweisen. Bei der Ausführungsform von Fig. 70B ist das kleine Gd-Pellet in das Pellet 72 eingesetzt, jedoch kann das Gd vollständig in das Pellet 72 eingemischt sein. Dies ist anwendbar auch bei den Brennstäben nach den Fig. 70A und 70C.

Der Unterschied zwischen dem Brennstab von Fig. 70B und demjenigen von Fig. 70C besteht darin, daß in den Brenn stab von Fig. 70C Wasser eingefüllt ist. Dabei sind in den Brennstab Wasserlöcher 76 in den oberen und unteren Bereich des Hüllrohrs 70 eingeformt, in welchem sich das Zircaloy-Rohr 74 befindet; ein Zwischenstopfen 77 und das thermisch isolierende Pellet 75 sind im oberen Bereich bzw. dem unteren Bereich der Wasserlöcher 76 angeordnet. Die Brennstoff-Pellets 72 mit brennbarem Gift befinden sich im oberen und unteren Bereich des Zwischen stopfens 77 und des isolierenden Pellets 75, und die Brennstoff-Pellets 73 befinden sich im Stapel an weiteren oberen und unteren Stellen der Pellets 72, wie aus Fig. 70C ersichtlich ist.

Der Unterschied zwischen dem Brennstab von Fig. 70D und demjenigen von Fig. 70A besteht darin, daß der Brennstab von Fig. 70D mit einer Zwischenschicht 78 versehen ist, in welcher ein brennbares Gift dem Graphit (oder Al₂O₃, ZrO₂, Al₂O₃-ZrO₂) zugegeben ist. Bei diesem Beispiel wird also das brennbare Gift nicht dem Brennstoff zuge geben, was die Herstellung des Brennstabs vereinfacht.

Der Unterschied zwischen dem Brennstab von Fig. 70E und demjenigen von Fig. 70A besteht darin, daß die Brennstoff- Pellets axial benachbart dem zwischengeschalteten Graphit (oder Al₂O₃, ZrO₂, Al₂O₃-ZrO₂) so definiert sind, daß über den gesamten Reaktor-Betriebszyklus kaum eine Leistungsspitze auftreten kann. Bei dieser Ausführungsform werden zusammengesetzte Pellets 79 verwendet, in die ein kleines Pellet eingeformt ist, und zwar durch Zusammensintern eines Mischoxids aus verbrauchtem Uranoxid und Gadolinium in ein Ring-Pellet unter Verwendung von natürlichem Uran- Oxid. Zwischen diesen Pellets 79 befindet sich ein Zwischen körper 71. Die derart hergestellten und angeordneten zu sammengesetzten Pellets 79 werden kassettenartig in einer dünnen Metallhülse eingeschlossen, die aus reinem Zircon bestehen kann.

Bei dieser Ausführungsform kann der Brennstab leicht und genau zusammengesetzt werden. An Stelle des Gadolinium kann auch Boron verwendet werden. Das verbrauchte Uran hat einen geringen Erhitzungseffekt nach dem die Neutronenvergiftung des Gd₂O₂ im Kernbereich durch den Sintervorgang aufgehoben worden ist, so daß keine hohen Temperaturen erzeugt werden. Zusätzlich kann der Ringteil mit natürlichem Uran gefüllt werden, wobei dann ebenfalls keine Hoch temperaturen erzeugt werden.

Fig. 71 zeigt ein Beispiel eines Steuerstabs für einen Reaktorkern, in welchem sich eine Brennstoff-Anordnung nach der Erfindung befindet. Dabei ist Fig. 71A eine graphische Darstellung einer charakteristischen Kurve, wie sie für den Steuerstab gefordert wird, Fig. 71B eine auf der Grundlage der Kurve von Fig. 71A abgeleitete Kurve,und Fig. 71C zeigt Längsschnitte der rechten Seite und der linken Seite von zwei Beispielen von Steuerstäben, die auf der Grundlage der Kurve von Fig. 71B gestaltet sind.

Wie sich aus den Fig. 3B und 53B ergibt, ist bei einem Kernreaktor mit Brennstoff-Anordnung nach der Erfindung die Stelle kleinen unterkritischen Zustands von einer Stelle nahe dem oberen Teil des Reaktorkerns, wo sie sich bei üblichen Reaktorkernen befindet, in eine Stelle nahe dem axialen Mittelbereich des Reaktors verschoben. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, daß die Reaktivität des Steuerstabs im wesentlichen im Mittelteil des Steuerstabs (entsprechend dem Mittelteil des Reaktorkerns) dann ein Maximum hat, wenn der Steuerstab vollständig eingefahren ist. Die Verteilung der Stärke der Neutronenstrahlung weicht dabei nicht wesentlich von der üblichen Technik ab.

Wie in Fig. 71B dargestellt, ist es somit wünschenswert, und zwar unter Bezugnahme auf den Fall der Teilung der Funktion des Steuerstabs in Axialrichtung, das der hintere Endteil des Steuerstabs, wenn dieser in den Reaktorkern eingeschoben ist, eine Reaktivität besitzt, die im wesent lichen gleich ist derjenigen üblicher Steuerstäbe, wohin gegen in seinem Mittelbereich die Priorität der Reaktivität gegeben wird und an seinem Vorderende dann, wenn der Stab in den Reaktorkern eingeführt ist, die Priorität bei einer langen Lebenszeit liegen soll, während die Reak tivität im wesentlichen gleich derjenigen üblicher Steuerstäbe sein kann.

Auf der Grundlage dieser Überlegungen wird bei der Aus führungsform des Steuerstabs gemäß der linken Seite von Fig. 71C dieser Steuerstab 80 axial in drei gleiche Teile unterteilt. Der beim Einschieben in den Reaktorkern hintere Teil, der eine Länge von etwa 1/4-1/3 der Gesamtlänge des Steuerstabs besitzt, ist in Art einer üblichen Zone 81 gestaltet, mit einer Reaktivität im wesentlichen gleich derjenigen eines üblichen Steuerstabs, und diese Zone 81 ist mit B₄C gefüllt, wobei natürliches Bor verwendet wird.

Der Mittelteil weist eine Zone 82 hoher Reaktivität auf und ist mit ¹⁰B₄C gefüllt , wobei dieses Material eine hohe Reaktivität besitzt. Die Länge dieses Mittelteils entspricht etwa der Entfernung zwischen einem Teil, das in Axialrichtung vom Oberende des hinteren Teils eine Entfernung von 1/3 der gesamten Axiallänge des Steuerstabs entfernt ist, und einem Teil, das von seinem Oberende eine Entfernung von 2/3 der Gesamtlänge aufweist, ent spricht.

Der Vorderteil hat eine Länge von etwa 1/3 der geamten Axiallänge des Steuerstabs, und zwar vom Oberende des Vorderteils aus gemessen. Dieses Vorderende ist als Zone 83 hoher Neutronenstrahlen gestaltet, und zwar unter Verwendung einer Hf-Platte als Neutronen-Absorp tionskörper.

Alle vorgesehenen Spalten 84 und 85 befinden sich in der Zone 81 und der Zone 83 hoher Neutronenstrahlung, und zwar in deren Mittelteilen längs der Achse des Steuer stabs.

Auch der auf der rechten Seite der Fig. 71C darge stellte Steuerstab 80 ist axial in drei Teile gleich mäßig unterteilt. Der beim Einschieben des Stabs in den Reaktor hintere Teil ist als normale Zone 86 ge staltet, und es sind mit B₄C-Pulver gefüllte SUS-Rohre nebeneinander bündelartig angeordnet. Der Mittelteil ist als Zone 82 hoher Reaktivität ausgebildet, wobei in die in die SUS-Platten eingeformten horizontalen Löcher B₄C- Pulver eingefüllt ist. Der Vorderteil ist in der Weise hergestellt, daß Hf-Platten in die SUS-Platten einge setzt sind, wobei die Hf-Platten klappenartig ausgebildet sind.

Bei einem Kernreaktor mit Brennstoff-Anordnung gemäß der beschriebenen Erfindung, bei dem der Bereich kleinen unterkritischen Zustands vom axial oberen Teil des Reak torkerns, wo er sich bei üblichen Brennstoff-Anordnungen befindet, in den Mittelteil des Reaktorkerns verschoben ist, kann der Reaktorbetrieb in äußerst vorteilhafter Weise dadurch gesteuert werden, daß der Steuerstab im wesentlichen gleichmäßig in drei axiale Teile unter teilt wird, um so das Neutronenabsorptionsvermögen zu ändern.

Fig. 72 zeigt die innerhalb des Reaktors unterzubringen den Instrumente, wobei der Reaktor eine Brennstoff-An ordnung gemäß der Erfindung aufweist. Dabei befinden sich innerhalb des Reaktors ein Monitor (SRM) 91 für den Neutronen-Quellenbereich und ein Monitor (LPRM) 92 für den örtlichen Leistungsbereich. Der Monitor 91 befindet sich in Höhe eines Zwischenbereichs 93 der Brennstoff- Anordnung 90, wobei im Bereich 93 eine hohe Neutronenfluß- Spitze existiert, welche die Neutronenzählrate des Pegels niedrigen Neutronenflusses steigert.

Die vier örtlichen Monitore 92 befinden sich in Höhe des brennwirksamen Bereichs der Brennstoff-Anordnung und sind in Axialrichtung mit im wesentlichen gleichen Abständen übereinander angeordnet. Wie aus Fig. 72 ersichtlich, halten die dem Zwischenbereich 93 benachbarten beiden Monitore 92 zu diesem einen Abstand von h ₁ bzw. h ₂ ein, wobei diese Abstände größer als 10 cm sind, um das Auftreten von Fehlern durch die Spitze des thermischen Neutronenflußes zu vermeiden.

Figurenerläuterung:
(Fig. 1, 3, 58, 71 und 72) Fuel Area- Brennstoffbereich Effective multiplication factor- wirksamer Multiplikationsfaktor Reference point- Bezugspunkt High temperature operation period- Hochtemperatur-Betrieb Cold operation period- Niedertemperatur-Betrieb Width of water gap (w)- Breite des Wasserspaltes Subcriticality- unterkritischer Zustand Void Fraction- Blasenanteil This invention- Erfindung Lower core end- unteres Kernende Upper core end- oberes Kernende Conventional technique- Stand der Technik Vanishing zone- Leerzone Interposed zone- Zwischenzone Necessary reacitivity distribution- notwendige Verteilung der Reaktivität Neutron irradiation distribution- Verteilung der Neutronenstrahlung Life distribution- Verteilung der Lebenszeit Absorbing member of usual life- Absorptionskörper üblicher Lebensdauer Absorption member of long life- Absorptionskörper langer Lebensdauer Usual Area- Üblicher Bereich High reactivity area- Bereich hoher Reaktivität High neutron irradiation area- Bereich hoher Neutronenstrahlung Upper end of fuel effective portion (TAF)- Oberende des wirksamen Brennstoffbereiches Lower end of fuel effective portion (BAF)- unteres Ende des wirksamen Brennstoffbereiches

Claims

1. Brennstoff-Anordnung für Kernreaktoren, mit einer Vielzahl von Brennstäben, deren jeder aus einem Hüllrohr mit eingefülltem Brennstoff besteht, gekennzeichnet durch zumindest einen ersten Brennstab (22), der nur über einen Teilbereich seines Hüllrohres brennwirksam und mit Brennstoff gefüllt ist und einen Bereich mit beträchtlich vermindertem Anteil an Spaltmaterial oder voll ständig ohne Spaltmaterial aufweist, und zwar in einer axialen Hüllrohrhöhe, die innerhalb einer Zone liegt, in welcher der unterkritische Zustand innerhalb derjenigen Zeitspanne klein ist, in der bei Betrieb des Reaktors die Abschalt-Sicherheits grenzen schwierig einzuhalten sind, und durch einen zweiten Brennstab (21), der über die gesamte Axiallänge seines Hüllroh res brennwirksam und mit Brennstoff gefüllt ist.

2. Brennstoff-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der erste Brennstab (22) teilweise mit einer Zwischen zone versehen ist, in welcher der Anteil an Spaltmaterial we sentlich vermindert ist oder in welcher sich überhaupt kein Spaltmaterial befindet.

3. Brennstoff-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Zwischenzone eine Axiallänge aufweist, die im wesentlichen gleich oder größer ist als die während des Lei stungsbetriebs des Kernreaktors auftretende Länge der thermi schen Neutronendiffusion.

4. Brennstoff-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Axiallänge der Zwischenzone kürzer ist als 1/3 der Axiallänge des wirksamen Brennstoffbereichs der zweiten Brenn stäbe.

5. Brennstoffanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zwischenzone in einem Bereich befindet, in welchem zumindest ein Teil in einem Bereich liegt, der 2/3 oder 5/6 der Länge des wirksamen Brennstabbereichs entspricht, und zwar gemessen vom unteren Ende des wirksamen Brennstoffbe reichs an.

6. Brennstoffanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Zwischenzone mit einem Feststoff-Moderatormaterial angefüllt ist.

7. Brennstoffanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenzone mit flüssigem Moderatormaterial gefüllt ist.

8. Brennstoffanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Moderatormaterial Wasser ist.

9. Brennstoffanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zwischenzone ein Gasraum gebildet ist.

10. Brennstoffanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß in die Zwischenzone abgereichertes Uran eingebracht ist.

11. Brennstoffanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß in die Zwischenzone natürliches Uran eingebracht ist.

12. Brennstoffanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß in die Zwischenzone keramisches Material eingebracht ist, welches in der Endstufe des Reaktorbetriebs die Neutronen absorption unterdrückt.

13. Brennstoffanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß das keramische Material ein poröses, hitzebeständiges Material ist.

14. Brennstoffanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zwischenzone ein brennbares Gift eingebracht ist, das eine derartige Konzentration aufweist, daß es in der Endstufe des Reaktorbetriebs verschwunden ist.

15. Brennstoff-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß das der Zwischenzone benachbarte Brennmaterial ein brennbares Gift beinhaltet, dessen Konzentration so ist, daß es in der Endstufe des Reaktorbetriebs verschwunden ist.

16. Brennstoffanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß eine Mehrzahl von Brennstäben zur Bildung der Zwischen zone in gerader Linie angeordnet ist.

17. Brennstoffanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß eine Mehrzahl von Brennstäben zur Bildung der Zwischen zone in Art eines linearen Kreuzes angeordnet ist.

18. Brennstoffanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß eine Mehrzahl von Brennstäben zur Bildung der Zwi schenzone bündelartig angeordnet ist.

19. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der erste Brennstab aus einem kurzen Brennstab besteht, dessen Axiallänge kürzer ist als diejenige des zweiten Brenn stabs, wobei der kurze Brennstab in der Weise hergestellt ist, daß ein Teil des existierenden Brennstabes weggenommen wird, und zwar in einer axialen Höhe, die einen Teil beinhaltet, an wel chem der unterkritische Zustand innerhalb einer Zeitspanne klein ist, in der während des Reaktorbetriebs die Einhaltung der Reaktor-Abschaltgrenzen schwierig ist.

20. Brennstoffanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, daß eine Vielzahl solcher kurzer Brennstäbe jeweils mit einer Brennstoff-Füllzone versehen ist, deren Axiallänge zwi schen 1/2 und 5/6 der Länge der Brennstoffüllung der Brennstäbe zweiter Art liegt.

21. Brennstoffanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, daß eine Vielzahl der kurzen Brennstäbe in einer linearen Reihe angeordnet ist.

22. Brennstoffanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, daß eine Vielzahl kurzer Brennstäbe in Form eines line aren Kreuzes angeordnet ist.

23. Brennstoffanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, daß eine Vielzahl kurzer Brennstäbe in Form eines Bündels angeordnet ist.

24. Brennstoffanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, daß der untere Endteil der kurzen Brennstäbe im wesent lichen in der gleichen Ebene liegt wie der untere Endteil der Brennstäbe zweiter Art.

25. Brennstoffanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, daß sich über dem in die kurzen Brennstäbe eingefüllten Brennmaterial ein Material zur Unterdrückung von Leistungsspit zen befindet.

26. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Rohren, die von Moderatormaterial durch strömt sind, vorgesehen ist und daß sich der erste Brennstab in einem Bereich zwischen diesen Moderator-Rohren befindet.

27. Brennstoffanordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeich net, daß die Moderator-Rohre Wasserrohre sind.

28. Brennstoffanordnung für Kernreaktoren, mit einer Vielzahl von Brennstäben, deren jeder aus einem Hüllrohr mit eingefüll ten Brennstoff besteht, gekennzeichnet, durch zumindest einem ersten Brennstab, der nur über einen Teilbereich seines Hüll rohres brennwirksam und mit Brennstoff gefüllt ist und einen Bereich mit beträchtlich vermindertem Anteil an Spaltmaterial oder vollständig ohne Spaltmaterial aufweist, und zwar in einer axialen Hüllrohrhöhe, die innerhalb einer ersten Zone, in wel cher der unterkritische Zustand innerhalb derjenigen Zeitspanne klein ist, in der beim Betrieb des Reaktors die Abschalt-Si cherheitsgrenzen schwierig einzuhalten sind, und einer zweiten Zone liegt, die sich zwischen der ersten Zone und dem unteren Ende des brennwirksamen Bereichs befindet, und durch einen zweiten Brennstab mit einer teilweise zwischengeschalteten Zone, in der der Anteil an Spaltmaterial im Hüllrohr beträcht lich vermindert oder kein Spaltmaterial vorhanden ist, und zwar in Höhe der zweiten Zone.

29. Brennstoffanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeich net, daß die erste Zone sich in einem Bereich befindet, welcher zumindest einen Teil umfaßt, der zwischen 1/2 und 5/6 der Länge des brennwirksamen Bereiches liegt, und zwar gemessen vom un teren Ende des brennwirksamen Bereiches nach oben.

30. Brennstoffanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeich net, daß ein Zwischenkörper aus einem Material vorgesehen ist, das einen beträchtlich verminderten Anteil an Spaltmaterial auf weist oder das völlig frei von Spaltmaterial ist, und daß die ser Zwischenkörper in den ersten Brennstab an einer Stelle ein gesetzt ist, an der der Anteil an Spaltmaterial beträchtlich ver mindert ist oder überhaupt kein Spaltmaterial existiert.

31. Brennstoffanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich net, daß die axiale Länge des Zwischenkörpers im wesentlichen gleich oder länger ist als die Länge der thermischen Neutronen diffusion während eines Betriebs des Reaktors mit Leistungsab gabe.

32. Brennstoffanordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeich net, daß die axiale Länge des Zwischenkörpers kürzer ist als 1/3 der axialen Länge des brennwirksamen Bereiches des zweiten Brennstabes.

33. Brennstoffanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich net, daß der Zwischenkörper ein Feststoff-Moderatormaterial auf weist.

34. Brennstoffanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich net, daß der Zwischenkörper einen flüssigen Moderator aufweist.

35. Brennstoffanordnung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeich net, daß der flüssige Moderator Wasser ist.

36. Brennstoffanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich net, daß im Zwischenkörper ein Gasraum gebildet ist.

37. Brennstoffanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich net, daß der Zwischenkörper erschöpftes Uran aufweist.

38. Brennstoffanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich net, daß der Zwischenkörper natürliches Uran aufweist.

39. Brennstoffanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich net, daß der Brennstoffkörper keramisches Material aufweist, das in der Endstufe des Reaktorbetriebs die Neutronenabsorption unterdrückt.

40. Brennstoffanordnung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeich net, daß das keramische Material ein poröses, hitzebeständiges Material ist.

41. Brennstoffanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich net, daß ein brennbares Gift einer solchen Konzentration im Zwischenkörper vorgesehen ist, daß das Gift in der Endstufe des Reaktorbetriebs verschwunden ist.

42. Brennstoffanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich net, daß dem Zwischenkörper benachbartes Brennstoffmaterial ein brennbares Gift einer solchen Konzentration enthält, daß in der Endstufe des Reaktorbetriebs das Gift verschwunden ist.

43. Brennstoffanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich net, daß eine Vielzahl erster Brennstäbe mit Zwischenkörper in einer linearen Reihe angeordnet ist.

44. Brennstoffanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich net, daß eine Mehrzahl von ersten Brennstäben mit Zwischenkörper in Form eines linearen Kreuzes angeordnet ist.

45. Brennstoffanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich net, daß eine Vielzahl erster Brennstäbe mit Zwischenkörper in Art eines Bündels angeordnet ist.

46. Brennstoffanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeich net, daß der erste Brennstab ein kurzer Brennstab einer axialen Länge ist, die geringer ist als diejenige des mit dem Zwischen körper versehenen Brennstabes und daß der erste Brennstab aus einem Brennstab besteht, von dem ein Teil weggenommen ist, und zwar in einer axialen Höhe, die einen Teil beinhaltet, an wel chem während des Reaktorbetriebs der unterkritische Zustand wäh rend einer Zeitspanne klein ist, in der die Einhaltung der Reak tor-Abschaltgrenzen schwierig ist.

47. Brennstoffanordnung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeich net, daß eine Mehrzahl kurzer Stäbe in linearer Reihe angeord net ist.

48. Brennstoffanordnung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeich net, daß eine Mehrzahl kurzer Stäbe in Form eines linearen Kreu zes angeordnet ist.

49. Brennstoffanordnung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeich net, daß eine Mehrzahl kurzer Brennstäbe in Art eines Bündels angeordnet ist.

50. Brennstoffanordnung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeich net, daß das untere Ende des kurzen Brennstabes im wesentlichen in der gleichen Ebene liegt wie das untere Ende des mit dem Zwi schenkörper versehenen Brennstabes.

51. Brennstoffanordnung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeich net, daß über dem obersten Teil des in den kurzen Brennstab ein füllten Brennmaterials ein Körper vorgesehen ist, der Leistungs spitzen unterdrückt.