DE4108559A1 - Brennstoffkassette und spaltzone eines siedewasserreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffkassette bzw. BSK und einen Kernreaktor, insbesondere eine in einen Siedewasser­ reaktor (SWR) einzusetzende BSK, eine untere Gitterplatte der BSK, eine aus BSK zusammengesetzte Spaltzone sowie den SWR.

In einen SWR ist eine Vielzahl von BSK in eine Spaltzone ein­ gesetzt, die in der Mitte eines Druckbehälters liegt, und eine Vielzahl von kreuzförmigen Steuerstäben, deren Einfüh­ rung durch eine Steuerstabantriebseinrichtung geregelt ist, ist zwischen den BSK vorgesehen.

Die exotherme Reaktion in einem Kernreaktor wird durch Kern­ spaltungs-Kettenreaktionen aufrechterhalten. Dabei kollidiert in dem Kernreaktor ein thermisches Neutron mit Uran und be­ wirkt eine Kernspaltung. Die kinetische Energie eines Spalt­ fragments wird im wesentlichen in thermische Energie umgewan­ delt. Ferner werden durch die Urankernspaltung zwei oder drei schnelle Neutronen erzeugt. Das schnelle Neutron kollidiert mehrfach mit Wasserstoffatomen im Moderator (Leichtwasser des Kühlmittels im SWR) und wird in einen thermischen Gleichge­ wichtszustand mit Atomen der Spaltzone moderiert und führt zur nächsten Urankernspaltung. Anschließend wird das Uran durch die Kettenreaktion weiter verbrannt. Die Reaktion ist als Kernspaltung bekannt. Die Kollision des Urans mit dem Neutron führt nicht immer zu einer Kernspaltung. Von den na­ türlich vorkommenden Uranisotopen ist das die Kernspaltung durch Kollision mit dem Neutron bewirkende Isotop Uran 235. Das Isotopenverhältnis von Uran 235 ist ca. 0,7%, und der Rest ist Uran 238, das keine Kernspaltungsreaktion hervor­ ruft. Daher arbeiten die großtechnischen Kernreaktoren mit angereichertem Uran, wobei das Uran 235 als Brennstoff ange­ reichert ist.

Bei einem konventionellen SWR wird ein kreuzförmiger Steuer­ stab zur Regelung der Kettenreaktion der Kernspaltung verwen­ det, indem er zwischen die BSK eingesetzt wird. Der Steuer­ stab enthält B₄C, ein Neutronenabsorptionsmaterial. Durch Ändern der Einführrate des Steuerstabs in die Spaltzone wird die Neutronenabsorption durch den Steuerstab geregelt, und die Kernspaltungsreaktion wird gesteuert. Um während einer vollständigen Betriebsperiode des Reaktors eine planmäßige Reaktivität zu unterhalten, hat der Brennstoff zu Beginn der Betriebsperiode eine hohe latente Reaktivität. Zusätzlich zu der Differenz zwischen der Reaktivität eines laufenden Reak­ tors und der Abschaltreaktivität für den kalten Zustand bie­ tet die hohe Reaktivität die Möglichkeit, die Sicherheits­ spanne für die Abschaltreaktivität für den kalten Zustand zu verringern. Im Hinblick auf die Regelung einer zu hohen Re­ aktivität zu Beginn der Betriebsperiode und einer sicheren Unterhaltung der Sicherheitsspanne für den Reaktor wird daher zusätzlich zu der Regelung der Reaktivität mit Steuerstäben für die Regelung der Reaktivität ein abbrennbares Gift wie etwa Gadoliniumoxid mit dem Brennstoff gemischt.

Eine andere Möglichkeit der Regelung von zu hoher Reaktivität besteht darin, die Fraktion des Dampfvolumens in der Spalt­ zone (nachstehend als Leerraumanteil bezeichnet) zu ändern. Beispielsweise wird der Leerraumanteil in der Spaltzone durch eine Änderung der Kühlmitteldurchflußmenge in der Spaltzone geändert. Durch die Änderung des Leerraumanteils erfolgt eine Änderung der Neutronenmoderationswirkung durch Wasserstoff­ atome im Moderator und damit eine Änderung der Reaktivität. Somit kann die Methode zur Änderung des Leerraumanteils zur Regelung der Reaktivität der Spaltzone genützt werden. Der Leerraumanteil ist allgemein so änderbar, daß er zu Beginn der Betriebsperiode groß und gegen Ende der Betriebsperiode klein ist. Eine solche Änderung des Leerraumanteils führt zu einem härteren Neutronenspektrum zu Beginn der Betriebsperio­ de gegenüber dem Neutronenspektrum am Ende der Betriebsperio­ de, und infolgedessen wird die Ausbeute von Plutonium als einem spaltbaren Material erhöht. Die erhöhte Plutoniumaus­ beute bedeutet eine Zunahme von spaltbarem Material in der Spaltzone und ermöglicht es, die Betriebsperiode des Kern­ reaktors zu verlängern. Das Betriebsverfahren mit Änderung des Neutronenspektrums während der Betriebsperiode zum Zweck ihrer Verlängerung wird als "Spektralsteuerungsbetrieb" be­ zeichnet.

Methoden des Spektralsteuerungsbetriebs auf der Basis einer Änderung des Verhältnisses von Wasserstoff zu Uran (H/U-Ver­ hältnis) während der Betriebsperiode sind in JP-A-57-1 25 390 (1982) (US-Patentanmeldung Serial-Nr. 2 17 275 vom 16. Dez. 1980) und in JP-A-57-1 25 391 (US-Patentanmeldung Serial-Nr. 2 17 061 vom 16. Dez. 1980) angegeben.

Nach den obigen Druckschriften wird der Spektralsteuerungs­ betrieb unter Anwendung eines Wasserverdrängungsstabs durch­ geführt, der zusätzlich zu einem Steuerstab separat eingebaut ist. Dabei wird der Wasserverdrängungsstab in eine BSK ein­ gesetzt, um das H/U-Verhältnis zu Beginn einer Betriebsperio­ de zu verkleinern, und er wird gegen Ende der Betriebsperiode entnommen, um dieses H/U-Verhältnis zu vergrößern. Zu Beginn der Betriebsperiode, wenn das H/U-Verhältnis klein ist, wird ebenso wie im Fall eines großen Leerraumanteils die Ausbeute an spaltbarem Plutonium erhöht.

Der oben angegebene Stand der Technik benötigt zusätzlich zu der Steuerstabantriebseinrichtung eine Antriebseinrichtung, um den Wasserverdrängungsstab getrennt antreiben zu können, so daß die Konstruktion des Kernreaktors komplex wird. Außer­ dem ist anstelle nur eines Wasserverdrängungsstabs eine Mehr­ zahl von Wasserverdrängungsstäben vorgesehen.

Die EP-A-02 05 162 beschreibt eine BSK, mit der ein Spektral­ steuerungsbetrieb durch Änderung des Leerraumanteils in der BSK ermöglicht wird. Die BSK weist dabei eine Drosselblende mit einer Mehrzahl von Rundstäben auf, die so eingesetzt sind, daß sie eine Kühlmittelbahn an der Innenseite einer unteren Gitterplatte kreuzen.

Die JP-A-57-1 25 390 (1982) und JP-A-57-1 25 391 (1982) be­ schreiben den Spekralsteuerungsbetrieb eines Druckwasser­ reaktors, wogegen die EP-A-02 05 162 den Spektralsteuerungsbe­ trieb eines SWR beschreibt. Die EP-A-02 05 162 beschreibt als weiteres Beispiel eine Konstruktion, bei der die Drossel­ blende an einer Kühlmittelbahn im Inneren von Stützeinrich­ tungen, die die BSK abstützen, vorgesehen ist.

Die JP-A-60-1 77 293 (1985) beschreibt eine Konstruktion zur Durchführung des Spektralsteuerungsbetriebs unter Änderung des Leerraumanteils in einem Wasserspaltbereich, der zwischen den eingebrachten BSK in der Spaltzone eines SWR gebildet ist, d. h. in einem Wasserspaltbereich zwischen den jeweili­ gen Elementkästen jeder BSK. Kühlmittel strömt sowohl im Was­ serspaltbereich als auch in der BSK. Das Kühlmittel fließt aus einem Zwischenraum zwischen einer unteren Gitterplatte der BSK und dem Elementkasten, zwischen der unteren Gitter­ platte und einer Brennstoffstützeinrichtung sowie zwischen der Brennstoffstützeinrichtung und einer Tragplatte der Spaltzone usw. in den Wasserspaltbereich. Dabei ist an der Tragplatte der Spaltzone eine mit dem Wasserspaltbereich in Verbindung stehende Durchgangsöffnung vorgesehen, und ferner ist an der Tragplatte der Spaltzone ein Strömungsregelventil angeordnet, um den Leerraumanteil im Wasserspaltbereich zu verstellen. Das Strömungsregelventil regelt die Kühlmittel­ durchflußmenge aus der Durchgangsöffnung in den Wasserspalt­ bereich. Dabei schließt die Ventilscheibe des Strömungsregel­ ventils die Durchgangsöffnung durch die Einwirkung einer am Ventil befestigten Feder. Dieser Zustand tritt dann ein, wenn die Kühlmitteldurchflußmenge zur BSK gering ist. Wenn die Kühlmitteldurchflußmenge erhöht wird, wird die Ventilscheibe nach oben bewegt und öffnet die Durchgangsöffnung, so daß das Kühlmittel zum Wasserspaltbereich strömen kann. Zu Beginn einer Betriebsperiode ist die Durchgangsöffnung durch die Ventilscheibe geschlossen, und der Leerraumanteil im Wasser­ spaltbereich ist erhöht. Gegen Ende der Betriebsperiode wird die Durchgangsöffnung geöffnet, und der Leerraumanteil im Wasserspaltbereich wird verringert. Die Wirkung des Spektral­ steuerungsbetriebs ist größer, wenn der Leerraumanteil außer­ halb der BSK, also der Leerraumanteil im Wasserspaltbereich, anstatt im Inneren der BSK geändert wird.

Das Verfahren gemäß JP-A-60-1 77 293 verwendet eine einfachere Konstruktion als der sonstige Stand der Technik, der einen Wasserverdrängungsstab einsetzt. Das Strömungsregelventil nach JP-A-60-1 77 293 arbeitet jedoch mit der Rückstellkraft einer Feder, so daß das Problem auftritt, daß die Feder als Folge der Neutronenbestrahlung ihre Rückstellkraft verliert.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Brenn­ stoffkassette bzw. BSK und eines SWR, bei denen der Leerraum­ anteil in einem Wasserspalt zwischen den BSK ohne den Einsatz beweglicher Teile regelbar ist. Dabei soll ferner eine BSK angegeben werden, die den thermischen Sicherheitsabstand zu Beginn einer Betriebsperiode erhöhen kann.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an einer Sei­ tenwand der unteren Gitterplatte eine Durchgangsöffnung vor­ gesehen ist, durch die ein Teil der wirksamen Strömung aus­ tritt, und daß eine Widerstandseinrichtung vorgesehen ist, deren Druckverlustzahl von der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels abhängt, das die Öffnung in der unteren Gitter­ platte durchströmt.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem un­ endlichen Neutronen-Multiplikationsfaktor und dem Leerraumanteil in einem SWR erläuert;

Fig. 2A, 2B, 2c Diagramme, die die Auswirkungen des Spaltsteue­ rungsbetriebs durch Strömungsregelung in der Spaltzone erläutern;

Fig. 3 eine teilweise weggeschnittene Perspektivansicht einer BSK gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch die BSK von Fig. 3;

Fig. 5 eine untere Gitterplatte von Fig. 3, gesehen vom Boden der BSK aufwärts,;

Fig. 6A eine Vorderansicht der Drosselblende 11 von Fig. 3;

Fig. 6B einen Schnitt VI-VI der Drosselblende von Fig. 6A; Fig. 7 einen teilweisen Vertikalschnitt durch einen SWR, in den die BSK von Fig. 3 eingesetzt sind;

Fig. 8 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Drossel­ koeffizienten der Drosselblende 11 von der Reynolds-Zahl zeigt;

Fig. 9 einen Horizontalschnitt durch eine bekannte BSK;

Fig. 10 einen Vertikalschnitt, der die Konstruktion der BSK von Fig. 9 in einem Kernreaktor und den unteren Teil der Spaltzone zeigt;

Fig. 11 ein Diagramm, das die Änderung der Druckdifferez zwischen dem Innen- und dem Außendruck des Ele­ mentkastens in Abhängigkeit von der Lage in Axialrichtung der Spaltzone zeigt;

Fig. 12 eine untere Gitterplatte, gesehen von der Unter­ seite der BSK gemäß dem zweiten Ausführungsbei­ spiel nach oben;

Fig. 13 einen Horizontalschnitt, der den Zustand zeigt, in dem die BSK von Fig. 12 in eine D-Gitter-Spaltzone eingesetzt sind;

Fig. 14 eine untere Gitterplatte, gesehen von der Unter­ seite des Brennstoffkastens gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nach oben;

Fig. 15 einen Horizontalschnit, der den Zustand zeigt, in dem die BSK von Fig. 14 in eine C-Gitter-Spaltzone eingesetzt sind; und

Fig. 16 einen Vertikalschnitt, der die Konstruktion des unteren Teils der Spaltzone gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Vor der Beschreibung von Ausführungsbeispielen folgt zuerst eine Erläuterung des Spektralsteuerungsbetriebs durch Ande­ rung des Leerraumanteils.

Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen dem unendlichen Neutro­ nen-Multiplikationsfaktor und dem Leerraumanteil am Beginn der Lebenszeit (0 GWd/t) einer BSK in einem typischen SWR. Fig. 1 zeigt, daß der unendliche Neutronen-Multiplikations­ faktor umso größer ist, je kleiner der Leerraumanteil ist. Wenn die Durchflußmenge in einer Spaltzone (die Durchfluß­ menge des der BSK zugeführten Kühlwassers) erhöht wird, nimmt der Leerraumanteil in der Spaltzone ab, und der Neutronen­ moderationseffekt wird verstärkt. Infolgedessen wird der un­ endliche Neutronen-Multiplikationsfaktor erhöht und die Reak­ tivität der Spaltzone verstärkt.

Die Fig. 2A-2C zeigen eine Betriebsmethode zur Regelung der Reaktivität durch Andern des Leerraumanteils. Dabei ist auf der Abszisse jeweils die abgelaufene Zeit in einer Betriebs­ periode aufgetragen. Auf der Ordinate ist in Fig. 2A die Durchflußmenge in der Spaltzone, in Fig. 2B der Leerrauman­ teil in der Spaltzone und in Fig. 2C die Reaktivität aufge­ tragen.

Nach Fig. 2A wird die Durchflußmenge in der Spaltzone zu Beginn einer Betriebsperiode so geregelt, daß sie klein ist, und wird gegen Ende der Betriebsperiode größer gemacht. Der Leerraumanteil wird gemäß Fig. 2B größer, und die Reaktivität wird gemäß Fig. 2C größer, wenn die Durchflußmenge in der Spaltzone zu Beginn der Betriebsperiode verringert ist, da dann eine zu hohe Reaktivität vorliegt. Ferner wird am Beginn der Betriebsperiode das Neutronenspektrum in der Spaltzone gehärtet, und die Wahrscheinlichkeit einer Neutronenresonanz­ absorption durch Uran 238 wird erhöht, und somit wird die Ausbeute an spaltbarem Plutonium 239 vergrößert. Da eine Erhöhung der Durchflußmenge in der Spaltzone gegen Ende der Betriebsperiode die Kernspaltungsreaktion von Plutonium 239, das in der ersten Hälfte der Betriebsperiode erhalten wurde, verstärkt und die Reaktivität gegen Ende der Betriebsperiode erhöht wird, kann die Betriebsperiode des Kernreaktors (der Abbrandzyklus) weiter verlängert werden als in dem Fall, in dem die Durchflußmenge in der Spaltzone nicht erhöht wird, wie Fig. 2C zeigt.

Die folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung arbeiten nach dem vorstehend erläuterten Prinzip, und der Leerrauman­ teil in einem zwischen BSK vorhandenen Wasserspaltbereich wird geändert.

Ausführungsbeispiel 1

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der BSK wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 3-6 beschrieben.

Eine BSK 1 umfaßt eine Vielzahl von Brennstäben 2, eine obere Gitterplatte 3 und eine untere Gitterplatte 4, die einen obe­ ren bzw. einen unteren Endabschnit jedes Brennstabs 2 über eine obere und eine untere Endkappe des Brennstabs 2 halten, wobei jede Endkappe an einem oberen bzw. einem unteren Teil des Brennstabs angeordnet ist, einen Abstandshalter, der den Abstand zwischen den einzelnen Brennstäben 2 unterhält, und einen Elementkasten 6, der die vorgenannten Teile umschließt.

Die untere Gitterplatte 4 umfaßt einen Brennstofftragteil 8, der den unteren Endabschnitt des Brennstabs 2 haltert, und eine Seitenwand 9, die von einem Umfang des Brennstofftrag­ teils 8 ausgehend nach unten verjüngt ist und ein Viereck mit einem Innenraum bildet. An dem unteren Endabschnitt der Sei­ tenwand 9 öffnet sich ein Düsenteil 10, wie Fig. 5 zeigt. An jeweils benachbarten zwei der vier Seiten der Seitenwand sind Durchgangsöffnungen 7 vorgesehen. In diese sind Drossel­ blenden 11 eingebaut, deren Druckverlustkoeffizient von der Strömungsgeschwindigkeit von durchströmendem Kühlmittel ab­ hängt. Die Drosselblenden 11 sind in den Fig. 6A und 6B, in EP-A-02 05 162 usw. beschrieben.

Die verstellbare Drosselblende 11 ist ein Ring 30 mit drei Rundstäben 31, die parallel zueinander mit jeweiligen Zwi­ schenräumen 32 angeordnet und an beiden Enden mit dem Ring 30 verschweißt sind, und Kühlmittel strömt durch die Zwischen­ räume 32. Die Querschnitsform jedes Zwischenraums 32, also jeder Kühlmittelbahn, in Richtung eines Pfeils FL ist derart, daß der Strömungsquerschnitt entlang der Kühlmittelströmung an der Aufstromseite des engsten Einschnürungsteils 32A all­ mählich abnimmt und entlang der Kühlmittelströmung an der Ab­ stromseite des engsten Einschnürungsteils 32A allmählich zu­ nimmt, und Wandungen auf beiden Seiten (die Oberflächen des Rundstabs 31), die den Zwischenraum 32 begrenzen, haben eine kontinuierliche Ebene ohne Ecken und Kanten. Die Form des Zwischenraums 32 in Axialrichtung des Rundstabs 31, insbe­ sondere am Einschnürungsteil 32A, ist ein langes schmales Rechteck, das durch die in Axialrichtung verlaufende Seiten­ ausbildung eines einander gegenüberstehenden Paars der Rund­ stäbe 31 definiert ist.

Fig. 7 zeigt die Konstruktion eines SWR, in den BSK 1 einge­ setzt sind. Der SWR umfaßt einen Reaktordruckbehälter 20, eine Tragplatte 24 für die Spaltzone und die BSK 1. Ein Kern­ mantel 29 liegt im Inneren des Druckbehälters 20 und ist an dem Druckbehälter befestigt. Zwischen dem Druckbehälter 20 und dem Kernmantel 29 sind Strahlpumpen 52 angeordnet. Die Tragplatte 24 für die Spaltzone ist am unteren Ende des Kernmantels 29 angeordnet und liegt im Inneren desselben. Eine Vielzahl von Brennstoffstützeinrichtungen 25 ist an der Tragplatte 24 der Spaltzone die Tragplatte durchsetzend montiert.

Eine Vielzahl von BSK 1, die im Kernmantel 29 angeordnet sind, wobei jeweils vier BSK als eine Einheit angesehen wer­ den, ist durch Einführen jeder unteren Gitterplatte 4 in einen Auslaßöffnungsteil von vier Kühlwasserbahnen (nicht gezeigt) gehaltert, die in den jeweiligen Brennstofftragein­ richtungen 25 vorgesehen sind. 26 ist ein Kühlwassereinlaß der Kühlwasserbahn. Der obere Endteil der BSK 1 ist an einer oberen Gitterplatte 54 gehalten, die in den Kernmantel 29 eingebaut ist. Die Spaltzone ist ein Teil im Kernmantel 29, in dem die BSK 1 angeordnet sind. Im Druckbehälter 20 ist unter der Tragplatte 24 der Spaltzone ein unteres Plenum 55 gebildet. In dem unteren Plenum 55 ist eine Vielzahl von Steuerstab-Führungsrohren 27 angeordnet. Ein Gehäuse einer Steuerstabantriebseinrichtung 28 ist mit dem Unterende des Steuerstab-Führungsrohrs 27 verbunden und verläuft abwärts durch den Druckbehälter 20. Ein kreuzförmiger Steuerstab 27 ist in dem Führungsrohr 27 auf- und abwärtsbewegbar und wird in einen Zwischenraum zwischen den BSK 1 in der Spaltzone durch eine Durchgangsöffnung (nicht gezeigt, von den vier Kühlwasserbahnen getrennt) in den Brennstofftrageinrichtungen 25 eingeführt bzw. daraus herausgezogen. Der Steuerstab 23 wird mit der Steuerstabantriebseinrichtung 28, die in ihr Gehäuse eingebaut ist, angetrieben. Eine Rückführungspumpe 53 ist in eine Leitung eines Rückführungssystems 56 eingebaut.

Um die BSK 1 in der Spaltzone herum ist ein Wasserspaltbe­ reich 12 gebildet, wie die Strichlinie in Fig. 4 zeigt. Das der Spaltzone zugeführte Kühlmittel wird von dem Element­ kasten in einen wirksamen Strom, der die Innenseite der BSK 1, und zwar die Brennstäbe 2 in dem Elementkasten 6, kühlt, und einen Leckstrom aufgetrennt, der durch den Wasserspalt­ bereich 12 strömt und die Brennstäbe 2 nicht kühlt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis des Strö­ mungsquerschnitts des Wasserspaltbereichs 12 zu dem Strö­ mungsquerschnitt der Strömungsbahn des Kühlmittels in der BSK 1 (im Elementkasten 6) ca. 32%.

Ein Incore-Instrumentierungsrohr 13 ist in den Wasserspalt­ bereich 12 an einem Teil eingebaut, der zu der Seite ent­ gegengesetzt ist, an der der Steuerstab 23 eingesetzt ist.

Bei dem bekannten SWR ist in jeder von zwei Seiten, an denen das Incore-Instrumentierungsrohr 13 positioniert ist (die rechte und die linke Seite in Fig. 4), von den vier Seiten der unteren Gitterplatte 4 eine Austrittsöffnung vorgesehen zum Austritt eines Teils des wirksamen Stroms zum Wasser­ spaltbereich 12, und zwar unter dem Gesichtspunkt der Wär­ meabfuhr von dem Incore-Instrumentierungsrohr 13. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist an einer Position, an der die Austrittsöffnung vorgesehen ist, eine Drosselblende 11 eingebaut.

Die Charakteristiken der Drosselblende sind in Fig. 8 ge­ zeigt. Dabei handelt es sich um ein beobachtetes Beispiel der Abhängigkeit des Drosselkoeffizienten K_or der Drosselblende 11 von der Reynolds-Zahl Re. Gemäß Fig. 8 liegt K_or= 77 im Bereich von Re=(13-34×10⁴, und K_or= 60 liegt im Bereich von Re=(44-45)×10⁴, was zeigt, daß der Drosselkoeffizient um ca. 22 variieren kann. Bei dem Beispiel entspricht ein enger Bereich von Re=34×10⁴ ca. 80-85% der Durchflußmenge der Spaltzone, und ein enger Bereich von Re=45×10⁴ entspricht ca. 100-110% der Durchflußmenge durch die Spaltzone.

Ein Grund für den Erhalt solcher Charakteristiken ist in der Beschreibung der EP-A-02 05 162, S.11, Z.25 bis S.14, Z.5 sowie Fig. 9 und 10 dieser Druckschrift angegeben. Wenn nämlich Kühlmittel durch den Zwischenraum 32 strömt, wirkt der Rund­ stab 31 als Widerstandselement, und an der Oberfläche des Rundstabs 31 wird eine Grenzschicht ausgebildet.

Die Grenzschicht wird von der Oberfläche des Rundstabs 31 an der Abstromseite des Zwischenraums 32 abgelöst. Der Ablö­ sungspunkt der Grenzschicht und die Breite des Trennbereichs an der Abstromseite des Ablösungspunkts ändern sich je nach der Strömungsgeschwindigkeit des durch den Zwischenraum 32 geleiteten Kühlmittels. Der Ablösebereich führt zu Druckver­ lusten. Die Drosselblende 11 hat die Funktion, den Druckver­ lustkoeffizienten (den Drosselkoeffizienten K_or) in Abhängig­ keit von der Reynolds-Zahl zu ändern unter Nutzung der Ablö­ seerscheinung der Grenzschicht, die an der Oberfläche des Rundstabs 31 durch die durch den Zwischenraum 32 strömende Flüssigkeit gebildet wird.

Wie oben beschrieben, hat die eine Vielzahl von Rundstäben 31 aufweisende Drosselblende 11 keine beweglichen Teile, und doch nimmt mit zunehmender Durchflußmenge der Drosselkoeffi­ zient ab, d. h., die Drosselblende hat die Funktion, die Druckverluste mit zunehmender Durchflußmenge zu vermindern. Ferner sind verschiedene Modifikationen der Drosselblende möglich, wie die Fig. 11A-11F der EP-A-02 05 162 zeigen.

Das Anfahren des SWR wird wie folgt durchgeführt.

In dem SWR, der einen kritischen Zustand durch Entnahme von Steuerstäben 23 aus der Spaltzone 21 erreicht hat, werden Temperatur und Druck unter weiterer Entnahme von Steuerstäben 23 erhöht. Zu diesem Zeitpunkt wird der Spaltzone 21 Kühlmit­ tel zugeführt. Die Kühlmittelzufuhr erfolgt durch den Betrieb der Rückführungspumpe 53 und den Ausstoß von Kühlmittel aus einer Düse in die Strahlpumpe 52. Das ausgestoßene Kühlmittel saugt Kühlmittel, das zwischen dem Druckbehälter 20 und dem Kernmantel 29 vorhanden ist, in die Strahlpumpe 52 an. Das aus der Strahlpumpe 52 ausströmende Kühlmittel wird dem Inne­ ren der BSK 1 durch das untere Plenum 55 und eine Kühlmittel­ bahn der Brennstofftrageinrichtungen 25 zugeführt und strömt aus der Kühlmittelöffnung.

Fig. 9 ist ein Horizontalschnitt durch eine BSK 40 nach dem Stand der Technik, mit der ein Entladungsabbrand von ca. 38 GWd/t erreicht wird. Eine BSK 40 umfaßt eine Vielzahl von Brennstäben 41 und einen Wasserstab 42. Ein Elementkasten 43 umschließt die Brennstäbe 41 und den Wasserstab 42. In einem Kernreaktor, der mit der Nennleistung betrieben wird (100% Ausgangsleistung), strömt ca. 90% des Kühlmittels im Inneren des Elementkastens 43, und der nahezu 10% betragende Rest des Kühlmittels tritt in einen Umgehungsbereich außerhalb des Elementkastens 43 aus, und zwar in einen Wasserspaltbereich 44. Allgemein ist das Kühlmittel im Wasserstab 42 und im Was­ serspaltbereich 44 gesättigtes Wasser mit einem Leerrauman­ teil von 0%. Wenn durch Änderung der Kühlmitteldurchfluß­ menge in der Spaltzone der Spektralsteuerungsbetrieb durch­ geführt wird, ist der Leerraumanteil nur in einem Bereich 45 änderbar, in dem siedendes Wasser im Inneren des Element­ kastens 43 strömt.

Fig. 10 zeigt die BSK 40 im Kernreaktor und die Kühlmittel­ strömung am umteren Teil. Dabei sind gleiche Teile wie in Fig. 7 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. An der unte­ ren Gitterplatte 46 der BSK 40 ist die Austrittsöffnung zum Herausführen eines Teils des wirksamen Kühlmittelstroms in den Wasserspaltbereich 44 an zwei benachbarten Seitenebenen der gleichen Seite zum Zweck der Wärmeabführung vom Incore- Instrumentationsrohr 13 (vgl. Fig. 4) vorgesehen.

Im Gesamtkühlmittel 48A, das von der Unterseite der Spaltzone in diese einströmt, beträgt der Durchsatz der wirksamen Strö­ mung 48B, die im Inneren des Brennelementkastens 43 strömt, ca. 90%, wie oben gesagt wurde. Die restlichen 10% des Kühlmittels können aufgeteilt werden in einen Kühlmittelstrom 48C, der hauptsächlich durch einen Zwischenraum zwischen dem Steuerstab-Führungsrohr 27 und den Brennstofftrageinrich­ tungen 25 strömt, einen Kühlmittelstrom 48E, der durch einen Zwischenraum zwischen der Tragplatte 24 der Spaltzone und den Brennstofftrageinrichtungen 25 strömt, und einen Kühlmittel­ strom 48F, der durch einen Zwischenraum zwischen der unteren Gitterplatte 46 und den Brennstofftrageinrichtungen 25 strömt, einen Kühlmittelstrom 48G, der durch die Austritts­ öffnung 47 an der Seitenfläche der unteren Gitterplatte strömt, und einen Kühlmittelstrom 48H, der durch einen Zwi­ schenraum zwischen der unteren Gitterplatte 46 und dem Elementkasten 43 strömt. Von den beschriebenen Kühlmittel­ strömen hat den größten Anteil am Gesamtleckstrom derjenige Kühlmittelstrom, der durch die Austrittsöffnung 47 an der Seitenebene der unteren Gitterplatte strömt, und dieser um­ faßt ca. 60% des gesamten Austritts- oder Leckstroms.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die BSK 1 eine Drosselblende 11, die an der Austrittsöffnung 47 angeordnet ist. Der Drosselkoeffizient K_or der Drosselblende 11 ist ge­ mäß Fig. 8 K_or=77 bei Re=34×10⁴, wenn zum Beginn der Be­ triebsperiode die Spaltzonen-Durchflußmenge 85% beträgt, und ist K_or=60 bei Re=45×10⁴, wenn gegen Ende der Betriebsperiode die Spaltzonen-Durchflußmenge 110% beträgt. Durch Ändern der Spaltzonen-Durchflußmenge in einem Bereich von 85=110% kann also die Reynolds-Zahl des durch die Drosselblende strömenden Kühlmittels um ca. 30% und der Drosselkoeffizient um ca. 22% geändert werden.

Wenn also die Form der Drosselblende, die in Fig. 6A gezeigt ist, so vorgegeben ist, daß der Kühlmitteldurchsatz durch die Drosselblende 11 bei 110% der Spaltzonen-Durchflußmenge gleich dem Kühlmitteldurchsatz durch die Austrittsöfnung 47 an der Seitenplatte der unteren Gitterplatte im Nennlei­ stungsbetrieb des bekannten Reaktors, in den die BSK 40 eingesetzt sind, gemacht wird, kann der Kühlmittelleck­ stromdurchsatz zum Wasserspaltbereich 12 bei 85% der Spaltzonen-Durchflußmenge um ca. 20% verringert werden. Daher kann die Durchflußmenge des gesamten Leckstroms zu Beginn der Betriebsperiode um wenigstens 10% verringert werden. Infolgedessen wird der wirksame Strom im Element­ kasten 6 (48B in Fig. 10) zum Beginn der Betriebsperiode größer, und der thermische Sicherheitsabstand bis zur Grenze der Ausgangsleistung wird größer, und somit kann die Unter­ grenze der Spaltzonen-Durchflußmenge zur Nennleistung des Kernreaktors um ca. 2% durch das vorliegende Ausführungs­ beispiel gesenkt werden. Das heißt, daß der Mittelwert des Atomverhältnisses von Wasserstoff zu Uran (H/U-Verhältnis) der Spaltzone durch die vorliegende Erfindung im Vergleich zu dem Fall der Anwendung der BSK 40 verringert werden kann.

Andererseits wird die Kühlmitteldurchflußmenge durch den Wasserspaltbereich 12 um wenigstens 10% der konventionellen Kühlmitteldurchflußmenge durch den Wasserspaltbereich 44 verringert. Daher wird der Leerraumanteil im Wasserspalt­ bereich 12 größer aufgrund von Wärme, die durch die in der Spaltzone stattfindende (n, γ)-Neutronenreaktion erzeugt wird.

Durch die beiden Auswirkungen der Verminderung der Durchfluß­ menge in der Spaltzone und der Leerraumerzeugung im Wasser­ spaltbereich 12 kann das H/U-Verhältnis bei der Erfindung gegenüber der BSK 40 um 0,05 reduziert werden. Ein Vergleich des Resultats mit einer Änderung des H/U-Verhältnisses von 0,3, die nur durch Änderung der Durchflußmenge in der Spalt­ zone bewirkt ist, zeigt, daß die Änderung des H/U-Verhältnis­ ses um ca. 17% zunimmt. Indem das H/U-Verhältnis zu Beginn der Betriebsperiode klein gemacht wird, wird das Neutronen­ spektrum härter, und die Neutronenresonanz-Absorptionsre­ aktion durch Mutternuklide wie Uran 238 usw. wird gesteigert, so daß die überschüssige Reaktivität verringert und das Um­ wandlungsverhältnis vergrößert wird, wodurch die Auswirkung des Spektralsteuerungsbetriebs verbessert wird.

Da bei der Erfindung der Leerraumanteil im Wasserspaltbereich 12 zu Beginn der Betriebsperiode groß wird, wird die Ausbeute an Plutonium 239 in den Brennstäben am Außenumfangsteil der BSK 1, insbesondere in der äußersten Reihe, größer. Und da der Leerraumanteil im Wasserspaltbereich 12 gegen Ende der Betriebsperiode klein wird (der Leerraumanteil ist im wesent­ lichen Null), wird der Neutronenmoderationseffekt im Wasser­ spaltbereich 12 bedeutend gesteigert. Daher wird die Kern­ spaltung in den Brennstäben am Außenumfang, insbesondere in der äußersten Reihe der BSK, in denen Plutonium akkumuliert ist, stark aktiviert, und der Ungleichförmigkeitsfaktor am Außenumfangsteil des Querschnitts der BSK 1 wird größer. Wie oben beschrieben, kann mit diesem Ausführungsbeispiel - das Maximum am Außenumfangsteil durch Nutzung von Plutonium 239, das durch den Spektralsteuerungsbetrieb akkumuliert wird, gegen Ende der Betriebsperiode erreicht werden, so daß die Reaktivitätsverstärkung größer wird.

Eine Spektralsteuerung zur Änderung des Leerraumanteils eines inneren Teils einer BSK anstatt eines äußeren Teils der BSK, wie etwa der BSK nach Fig. 12 von EP-A-02 05 162, hat nicht die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschriebene Auswir­ kung, und der Anstieg an Reaktivitätsverstärkung ist gegen­ über dem Ausführungsbeispiel klein.

Eine Methode zur Änderung des Leerraumanteils in einem Was­ serspaltbereich entsprechend JP-A-60-177 293 (1985) führt aus dem gleichen Grund zu einem großen Reaktivitätsgewinn.

Nachstehend folgt ein Vergleich des obigen Ausführungsbei­ spiels mit einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 16.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel, bei dem an der unteren Gitterplatte der BSK die Drosselblende 11 eingebaut ist, strömt am Beginn einer Betriebsperiode mehr Kühlmittel in den Elementkasten als bei dem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem die Drosselblende 11 an der Tragplatte 24 der Spaltzone installiert ist. Daher erhöht das vorliegende Ausführungs­ beispiel die thermische Reserve der BSK zu Beginn der Be­ triebsperiode mehr als bei dem anderen Ausführungsbeispiel. Zu Beginn der Betriebsperiode ist die maximale lineare Wärme­ erzeugung groß, und die thermische Reserve der BSK ist klein, obwohl sie innerhalb eines zulässigen Grenzwerts liegt, wie Fig. 10 von JP-A-2-1 57 689 (1990) und Fig. 15 der US-Patent­ anmeldung Serial-Nr. 4 48 209 zeigen. Das vorliegende Ausfüh­ rungsbeispiel kann das oben beschriebene Problem verringern. Der Grund dafür, daß der oben beschriebene Effekt einritt, besteht darin, daß bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel keiner der Kühlmittelleckströme 48D, 48E und 48F an der Ab­ stromseite der Drosselblende 11 existiert, während bei dem anderen, oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Kühlmit­ telleckströme 48D, 48E, 48F und 48H sämtlich an der Abstrom­ seite der Drosselblende 11 vorliegen. Ferner ist jeder der Kühlmittelleckströme 48D, 48E und 48F an der Aufstromseite der Drosselblende 11 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kleiner als jeder der Kühlmittelleckströme 48D, 48E und 48F an der Abstromseite der Drosselblende 11 bei dem anderen Aus­ führungsbeispiel von Fig. 16. Das gleiche kann bei einem Vergleich zwischen dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und JP-A-60-1 77 293 (1985) gesagt werden.

Da bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kühlmittel­ durchflußmenge im Elementkasten 43 in einem Fall, in dem die Durchflußmenge in der Spaltzone aufgrund von Kühlmittel ver­ lusten verringert ist, relativ erhöht wird, wird auch der Sicherheitsabstand erhöht.

Ganz allgemein sind Konstruktionen wie die Brennstäbe und die Abstandshalter usw. Hindernisse für den Kühlmittelstrom im Elementkasten der BSK des SWR, und ferner findet ein Druck­ verlust des Zweiphasenströmungsteils durch das Sieden von Kühlmittel statt, so daß der Innendruck im Elementkasten höher als der Druck im Wasserspaltbereich am unteren Endteil der Spaltzone ist (ca. 0,69 bar (ca. 10 psi)). Fig. 11 zeigt die Abhängigkeit der Druckdifferenz (Δ P) zwischen dem inne­ ren und dem äußeren Teil des Elementkastens 40 nach dem Stand der Technik in Axialrichtung der Spaltzone durch die Voll- Linie. Eine von innen nach außen wirkende Last wird der Sei­ tenplatte des Elementkastens infolge der Druckdifferenz hin­ zuaddiert, und die Last bewirkt ein Auswölben des Element­ kastens. Das Auswölben des Elementkastens kann zu Problemen wie etwa einer Verringerung des Spielraums zwischen dem Ele­ mentkasten und dem Steuerstab beim Einsetzen des letzteren und außerdem zu einem Kontakt der Elementkästen miteinander führen.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem im Wasser­ spaltbereich 12 ein Leerraum erzeugt wird, wenn der Kühlmit­ teldurchsatz in der ersten Hälfte der Betriebsperiode gering ist, und ein Druckverlust des Zweiphasenstromanteils auf­ tritt, wird die Druckdifferenz zwischen dem inneren und dem äußeren Teil des Elementkastens entsprechend der Strichlinie von Fig. 11 reduziert. Daher kann ein Auswölben des Element­ kastens nach außen verringert werden.

Wie oben gesagt, kann mit dem vorliegenden Ausführungsbei­ spiel die Auswirkung des Spektralsteuerungsbetriebs unter Verwendung der Drosselblende 11, die keine beweglichen Teile aufweist, erhöht werden, und infolgedessen kann eine hohe Zuverlässigkeit unter Neutronenbestrahlung gewährleistet werden. Außerdem wird der Sicherheitsabstand bei einem Kühlmittelverlust verbessert.

Da ein Auswölben des Elementkastens 6 vermindert wird, wenn der Kühlmitteldurchsatz durch die Spaltzone in der ersten Hälfte der Betriebsperiode niedrig ist, wird die Gefahr eines Kontakts zwischen dem Elementkasten 6 und dem Steuerstab 23 oder zwischen den Elementkästen 6 verringert, so daß die Sicherheit verbessert wird.

Da ferner die BSK 1 mit der Drosselblende 11 nach Durchlaufen von mehreren planmäßigen Betriebsperioden austauschbar ist, kann die BSK 1 ohne weiteres in einem konventionellen Kern­ reaktor Anwendung finden, und ferner kann diese Anwendung mit nur gerinfügigen Änderungen der unteren Gitterplatte erreicht werden und ist wirtschaftlich vorteilhaft.

Ausführungsbeispiel 2

Das zweite Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die Fig. 12 und 13 erläutert. Es bezieht sich auf eine BSK, die in eine D-Gitter-Spaltzone eingesetzt ist.

In Fig. 12 ist ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 an jeder von zwei benachbarten Seitenwänden 9A einer unteren Gitterplatte 4A der BSK 1A eine Durchgangsöffnung 7A vorge­ sehen, und in jede dieser Durchgangsöffnungen 7A ist eine Drosselblende 11A eingebaut, deren Druckverlustkoeffizient von der Kühlmittel-Durchflußmenge abhängig ist. An den beiden dazu entgegengesetzten Seitenwänden 9A der unteren Gitter­ platte 4A ist jeweils eine konventionelle Austrittsöffnung 14 vorgesehen. Die Drosselblende 11A ist ebenso wie die Drossel­ blende 11 aufgebaut.

Die BSK 1A ist in die D-Gitter-Spaltzone eingesetzt. Diese ist definiert als eine Spaltzone, in der die BSK so angeord­ net sind, daß sie auf einer Seite, auf der der Steuerstab 23 eingesetzt ist, einen Wasserspaltbereich 12A (einen breiten Wasserspaltbereich) breiter als den entgegengesetzten wasser­ spaltbereich 12B (einen schmalen Wasserspaltbereich) machen, wie Fig. 13 zeigt In Fig. 12 sind die Drosselblenden 11A in die Seitenwände der unteren Gitterplatte 4A auf der Seite des breiten Wasserspalts 12A eingebaut, und die Austrittsöff­ nungen 14 sind in den Seitenwänden der unteren Gitterplatte 4A auf der Seite des schmalen Wasserspalts 12B vorgesehen.

Bei dem konventionellen SWR mit D-Gitter-Spaltzone durch­ strömt gesättigtes Wasser den Wasserspaltbereich. Im oben beschriebenen Fall ist der Kühlmitteldurchsatz auf der Seite des breiten Wasserspaltbereichs 12A höher als der Kühlmittel­ durchsatz auf der Seite des schmalen Wasserspaltbereichs 12B, und die Neutronenflußverteilung erfolgt mehr in Richtung zur Seite des breiten Wasserspaltbereichs 12A. Infolgedessen tritt ein Ungleichgewicht in Längsrichtung des Elementkastens durch Neutronenbestrahlung auf, wodurch ein Auswölben des Elementkastens hervorgerufen wird.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Drosselblen­ de 11A an der Seitenwand der Seite des breiten Wasserspalt­ bereichs 12A eingebaut, und die Austrittsöffnung 14 ist in der Seitenwand der Seite des schmalen Wasserspaltbereichs 12B vorgesehen. In der ersten Hälfte einer Betriebsperiode, in der der Kühlmitteldurchsatz niedrig ist, wird daher die Kühl­ mittelströmung, die zur Seite des breiten Wasserspalts aus­ tritt, kleiner als die Kühlmittelströmungsmenge, die zur Sei­ te des schmalen Wasserspalts austritt. Infolgedessen wird der Leerraumanteil im breiten Wasserspaltbereich erhöht, und die Dichte der Wasserstoffatome wird geringer. Infolgedessen fin­ det eine Verringerung des effektiven Horizontalquerschnitts des breiten Wasserspaltbereichs 12A statt, und die Ungleich­ heit der Neutronenflußverteilung, die oben erwähnt wurde, wird aufgehoben, wodurch die Auswölbung des Elementkastens 6 verringert wird.

Ausführungsbeispiel 3

Dieses Ausführungsbeispiel nimmt auf die Fig. 14 und 15 Bezug. Es betrifft eine BSK, die in eine C-Gitter-Spaltzone eingesetzt ist.

In Fig. 14 ist an allen vier Seitenwänden 9B einer unteren Gitterplatte 4B der BSK 1B ebenso wie bei Ausführungsbeispiel 1 eine Durchgangsöffnung 7B vorgesehen, und in jede Durch­ gangsöffnung 7B ist eine Drosselblende 11B eingebaut, deren Druckverlustkoeffizient von der Durchflußmenge abhängt und die ebenso wie die Drosselblenden 11A aufgebaut sind.

Die BSK 1B wird in einer C-Gitter-Spaltzone verwendet, die definiert ist als eine Reaktorspaltzone, in der die BSK so angeodnet sind, daß die Breite aller Wasserspaltbereiche 12C zwischen den BSK 1B gleich ist, wie Fig. 15 zeigt. Daher gibt es keine ungleiche Neutronenflußverteilung wie im Fall der D- Gitter-Spaltzone. Daher ist bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine gleiche Drosselblende 11B in jede Seitenwand der unteren Gitterplatte 4B eingebaut.

Mit diesem Ausführungsbeispiel wird das Verhältnis des Leck­ stroms, der durch die Drosselblende 11B regelbar ist, gegen­ über dem Ausführungsbeispiel 1 vergrößert, und infolgedessen kann die Auswirkung des Spektralsteuerungsbetriebs verbessert werden.

Ausführungsbeispiel 4

Dieses Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 16 beschrieben. Dabei sind gleiche Teile wie in Fig. 7 und 10 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Dieses Ausfüh­ rungsbeispiel erzielt einen äquivalenten Effekt durch den Einbau einer Drosselblende 11 an einem anderen Teil als der unteren Gitterplatte 46A der BSK 40A. Die BSK 40A ist eine modifizierte BSK 40, die keine Austrittsöffnungen 47 an der unteren Gitterplatte 46A aufweist.

In Fig. 16 ist eine Austrittsöffnung 15 für Kühlmittel an einer Tragplatte 24A der Spaltzone vorgesehen, und eine Dros­ selblende 11, deren Druckverlustkoeffizient von der Durch­ flußmenge abhängig ist, ist in die Austrittsöffnung 15 eingebaut.

Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel der Durchsatz durch die Spaltzone auf weniger als den Nenndurchsatz in der ersten Hälfte einer Betriebsperiode reduziert ist, wird der Druck­ verlustkoeffizient der Drosselblende 11 größer, und die Kühl­ mittel-Durchflußmenge im Wasserspalbereich 12 wird geringer, und infolgedessen wird der Leerraumanteil im Wasserspalt­ bereich 12 durch Erwärmung aufgrund der (n,γ)-Reaktion von in der Spaltzone erzeugten Neutronen erhöht. Ferner wird der wirksame Kühlmittelstrom in den Elementkasten 43 vergrößert, und der thermische Sicherheitsabstand wird verbessert, so daß die Durchflußmenge in der Spaltzone verringert werden kann. Infolgedessen wird das durchschnitliche H/U-Verhältnis der Spaltzone kleiner, und das Neutronenspektrum wird härter, und somit wird die Neutronenresonanz-Absorptionsreaktion durch Mutternuklide wie Uran 238 usw. verstärkt, und das Umwand­ lungsverhältnis steigt unter gleichzeitiger Verringerung überschüssiger Reaktivität an, und die Auswirkung des Spek­ tralsteuerungsbetriebs wird verstärkt. Die Drosselblende 11 weist keine beweglichen Teile auf.

Ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 wird, obwohl der Kühlmitteldurchsatz in der Spaltzone beim Auftreten von Kühlmittelverlusten verringert wird, das Verhältnis der Kühlmittel-Durchflußmenge zum Elementkasten relativ erhöht, wodurch wiederum der Sicherheitsabstand verbessert wird. Da außerdem ein Auswölben des Elementkastens 43 bei niedriger Durchflußmenge in der ersten Hälfte einer Betriebsperiode reduziert wird, wird die Gefahr eines Kontakts zwischen dem Elementkasten und einem Steuerstab oder zwischen Elementkä­ sten verringert, und die Sicherheit wird verbessert.

Vorstehend wurden zwar bevorzute Ausführungsbeispiele er­ läutert, diese sind aber ohne weiteres in verschiedener Weise modifizierbar. Da die Erfindung eine einfache Konstruktion mit geringer Modifizierung der unteren Gitterplatte der BSK oder der Tragplatte der Spaltzone verwendet, kann die Erfin­ dung beispielsweise in Verbindung mit weiterem Stand der Technik angewandt werden, etwa mit einem Spektralsteuerstab gemäß JP-A-63-73 187 (1988) (EP-A-02 82 600), JP-A-1-1 76 982 (1989) usw. Im oben beschriebenen Fall wird, da bei Anwendung der Erfindung die einstellbare Breite der Strömung durch die Spaltzone sehr weit gemacht werden kann, die Änderung der Flüssigkeitssäule im Spektralsteuerstab im Betrieb vergrößert werden, und es können stärkere Auswirkungen der Spektral­ steuerung erzielt werden.

Wie unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert wurde, strömen zusätzlich die Leckströme 48C-48E und 48H in den Wasserspalt­ bereich aus anderen Teilen als der Austrittsöffnung an der unteren Gitterplatte. Daher wird die Auswirkung der Erfindung durch die Verringerung der Durchflußmenge des Leckstroms noch verstärkt. Beispielsweise wird mit einer Konstruktion, die einen Zwischenraum zwischen der unteren Gitterplatte 4 und den Brennstofftrageinrichtungen 25 dicht verschließt, der Durchsatz des Leckstroms 48F verringert, und es kann eine stärkere Wirkung des Spektralsteuerungsbetriebs erreicht werden.

Claims (15)

1. Brennstoffkassette mit
einer Vielzahl von Brennstäben, in denen Kernbrennstoff hermetisch eingeschlossen ist,
einer unteren Gitterplatte, die die Unterenden der Brenn­ stäbe haltert und im Inneren eine Kühlmittelströmungsbahn zum Leiten des Kühlmittels zu einem Wasserspalt zwischen den Brennstäben aufweist, und
mit einem Elementkasten, der ein Bündel dieser Brennstäbe umschließt, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Widerstandseinrichtung (11), deren Druckverlust­ koeffizient von der Strömungsgeschwindigkeit des durchströ­ menden Kühlmittels abhängt, in einer in einer Seitenwand der unteren Gitterplatte gebildeten Durchgangsöffnung (7) in Verbindung mit der unteren Gitterplatte angeordnet ist, so daß ein Kühlmittelanteil aus der Kühlmittelströmungsbahn in der unteren Gitterplatte nach außen geführt wird, ohne daß dieser Kühlmittelanteil dem Wasserspalt zwischen den Brenn­ stäben zugeführt wird.

2. Brennstoffkassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandseinrichtung (11) eine Vielzahl von Kühlmittelströmungsbahnen aufweist, in denen jeweils eine Einschnürung gebildet ist,
daß der Strömungsquerschnitt jeder Kühlmittelströmungsbahn von der Einschnürung in Richtung zur Aufstromseite und zur Abstromseite kontinuierlich größer wird und
daß angeströmte Seitenwände der Kühlmittelströmungsbahn von der Auf- zur Abstromseite der Einschnürung mit kontinu­ ierlichen gleichmäßigen Ebenen ausgebildet sind.

3. Brennstoffkassette nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandseinrichtung eine Vielzahl von Wider­ standselementen (31) aufweist,
daß zwischen jeweils benachbarten Widerstandselementen (31) eine Vielzahl von Kühlmittelströmungsbahnen gebildet ist und
daß die angeströmten Seitenwände der Kühlmittelströmungs­ bahn jeweils die Oberflächen der Widerstandselemente sind.

4. Brennstoffkassette nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente Rundstäbe (31) sind.

5. Brennstoffkassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Seitenwand der unteren Gitterplatte vier Seiten­ flächen aufweist und
daß die Widerstandseinrichtungen in zwei an dieselbe Ecke angrenzende Seitenflächen eingebaut sind.

6. Brennstoffkassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Seitenwand der unteren Gitterplatte vier Seiten­ flächen aufweist und
daß die Widerstandseinrichtungen (11A) in zwei an dieselbe Ecke angrenzende Seitenflächen, jedoch nicht in die Durch­ gangsöffnungen (14) in jeder der beiden anderen Seitenflächen eingebaut sind.

7. Untere Gitterplatte mit
einem Brennstofftragteil zur Halterung der Unterenden einer Vielzahl von Brennstäben und
einem zylindrischen Seitenwandteil, in dem eine Kühl­ mittelströmungsbahn gebildet und der an den Brennstoff­ tragteil angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Widerstandseinrichtung (11), deren Druckver­ lustkoeffizient von der Strömungsgeschwindigkeit des durch­ strömenden Kühlmittels abhängt in einer in der Seitenwand gebildeten Durchgangsöffnung (7) in Verbindung mit der Seitenwand angeordnet ist, so daß ein Kühlmittelanteil aus der Kühlmittelströmungsbahn in der unteren Gitterplatte nach außen geführt wird.

8. Untere Gitterplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandseinrichtung (11) eine Vielzahl von Kühlmittelströmungsbahnen hat, in denen jeweils eine Ein­ schnürung gebildet ist,
daß der Strömungsquerschnitt jeder Kühlmittelströmungsbahn von der Einschnürung zur Aufstrom- und zur Abstromseite hin jeweils kontinuierlich größer wird und
daß angeströmte Seitenwände der Kühlmittelströmungsbahn von der Auf- zur Abstromseite der Einschnürung mit kon­ tinuierlichen gleichmäßigen Ebenen ausgebildet sind.

9. Spaltzone eines Siedewasserreaktors mit einer Vielzahl von Brennstoffkassetten, die jeweils aufweisen:
eine Vielzahl von Brennstäben, in denen Kernbrennstoff hermetisch dicht angeordnet ist,
eine untere Gitterplatte, die die Unterenden der Brenn­ stäbe haltert und in der eine Kühlmittelströmungsbahn zum Leiten von Kühlmittel zu einem Wasserspalt zwischen den Brennstäben gebildet ist, und
einen Elementkasten, der ein Bündel der Brennstäbe um­ schließt,
wobei die Brennstoffkassetten so angeordnet sind, daß ein Wasserspaltbereich gebildet ist, um den Leckstrom zwischen jede der benachbarten Brennstoffkassetten zu leiten, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Widerstandseinrichtung (11), durch deren Inneres der Kühlmittelstrom von der unteren Gitterplatte zum Wasser­ spaltbereich strömt und deren Druckverlustkoeffizient von der Strömungsgeschwindigkeit von durchströmendem Kühlmittel ab­ hängt in der Seitenwand der unteren Gitterplatte angeordnet ist.

10. Spaltzone eines Siedewasserreaktors nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandseinrichtung (11) eine Vielzahl von Kühlmittelströmungsbahnen aufweist, in denen jeweils eine Einschnürung gebildet ist,
daß der Strömungsquerschnitt der Kühlmittelströmungsbahnen von der Einschnürung in Richtung zur Auf- und zur Abstrom­ seite kontinuierlich größer wird und
daß angeströmte Seitenwände der Kühlmittelströmungsbahn von der Auf- zur Abstromseite der Einschnürung hin mit kon­ tinuierlichen gleichmäßigen Ebenen ausgebildetsind.

11. Spaltzone eines Siedewasserreaktors nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandseinrichtung (11) eine Vielzahl von Widerstandselementen (31) aufweist,
daß zwischen jeweils benachbarten Widerstandselementen eine Vielzahl der Kühlmittelströmungsbahnen gebildet ist und daß die angeströmten Seitenwände der Kühlmittelströmungs­ bahn jeweils die Oberflächen der Widerstandselemente sind.

12. Spaltzone eines Siedewasserreaktors nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wasserspaltbereich den ersten Spaltbereich und den zweiten Spaltbereich umfaßt, der an einem Schnittpunkt mit dem ersten Spaltbereich liegt und breiter als dieser ist, daß jede Brennstoffkassette so angeordnet ist, daß ein Teil ihrer Seitenebene mit dem ersten Spaltbereich und der restliche Teil ihrer Seitenebene mit dem zweiten Spaltbereich in Kontakt liegt,
daß an der Seitenebene der unteren Gitterplatte, die dem ersten Spaltbereich zugewandt ist, eine Durchgangsöffnung vorgesehen ist, die Kühlmittel aus dem Inneren der unteren Gitterplatte zum ersten Spaltbereich führt, und
daß die Widerstandseinrichtung an der dem zweiten Spaltbe­ reich zugewandten Seitenebene der unteren Gitterplatte ein­ gebaut ist.

13. Kernreaktor mit
einem Reaktordruckbehälter,
einer Vielzahl von Brennstoffkassetten, die in eine Spalt­ zone im Reaktordruckbehälter eingesetzt sind, und
einer Tragplatte der Spaltzone zur Abstützung der Brenn­ stoffkassette, dadurch gekennzeichnet, daß an der Tragplatte der Spaltzone eine Widerstandsein­ richtung eingebaut ist, durch deren Inneres der Kühlmittel­ strom vom unteren Teil der Tragplatte der Spaltzone strömt und deren Druckverlustkoeffizient von der Strömungsge­ schwindigkeit des durchströmenden Kühlmittels abhängt.

14. Kernreaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandseinrichtung (11) eine Vielzahl von Kühlmittelströmungsbahnen aufweist, in denen jeweils eine Einschnürung gebildet ist,
daß der Strömungsquerschnitt jeder Kühlmittelströmungsbahn von der Einschnürung in Richtung zur Auf- und zur Abstromsei­ te kontinuierlich größer wird und
daß die angeströmten Seitenwände der Kühlmittelströmungs­ bahnen von der Auf- zur Abstromseite der Einschnürung jeweils mit kontinuierlichen gleichmäßigen Ebenen ausgebildet sind.

15. Kernreaktor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandseinrichtung (11) eine Vielzahl von Wi­ derstandselementen (31) aufweist,
daß zwischen den benachbarten Widerstandselementen (31) eine Vielzahl der Kühlmittelströmungsbahnen gebildet ist und daß die angeströmten Seitenwände der Kühlmittelströmungs­ bahnen Oberflächen der Widerstandselemente (31) sind.