DE1941121A1 - Verfahren zur Beschickung von Reaktoren mit Brennstoff - Google Patents

Description

Brennstoff

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Neubeschickung eines schnellen, natriumgekühlten Brutreaktors mit einem von mindestens einem Brat-mantel und Neutronen reflektierendem Material umgebenen Reaktorkern zwecks Verbesserung des Kühlmittelblasenreaktivitätseffektes.

Bekanntlich wird brütbares Material, z.B. Uran-238 (U-238), wenn es in dem schnellen Reaktorkern oder in dem den Reaktorkern umgebenden Brutmantel vorhanden ist, in spaltbares Material umgewandelt, z.B. Plutonium-239 (Bi-239) durch Ifeutroneneinfang, und wenn der Neutronenausflussverlust ausreichend klein gehalten werden kann, ist es möglich, dass mehr als ein Neutron pro Spaltung für die Umwandlung von brütbarem in spaltbares Material zur Verfügung steht, was mehr spaltbares Material durch Neutroneneinfang zu erzeugen ermöglicht, als bei der Spaltung verbraucht wird. Wenn die Erzeugung spaltbaren Materials einer bestimmten Art den Verbrauch von spaltbarem Material zur Aufrechterhaltung der Spaltkette übersteigt, wird dieser Vorgang daher als "Brüten" bezeichnet, und ein solcher Reaktor wird "Brutreaktor" genannt« Es ist

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ebenfals allgemein bekannt, dass in einem Reaktor mit gewöhnlichem U-235 als spaltbarem Brennstoff, dagegen mit U-238 als brütbarem Brennstoff, der sowohl im Reaktorkern als auch im Mantel angeordnet ist, Neutronen im Reaktor mit den Atomen des' .U-238 reagieren, die sich dadurch zu U-239 umwandeln, und dass dieses Isotop zu Neptunium-239 (Np-239) zerfällt und letzteres wiederum zu Pu-239 zerfällt. Wenn jedoch zugelassen wird, dass Pu-239 im Reaktorkern bleibt, wird es nicht nur zur Spaltkette beitragen, sondern auch Neutronen einfangen, um das Isotop Pu-240 zu erzeugen. Neutroneneinfang durch Pu-240 wiederum führt zur Bildung des spaltbaren Isotops Pu-241. Das Isotop Pu-24-Q ist nur durch Neutronen hoher Energie spaltbar - ungefähr oberhalb 100 000 Elektronenyolt - und wirkt im Reaktor als brütbarer Neutronenabsorber für die Neutronen niedriger Energie. Zusätzlich zur Erzeugung von Spaltprodukten vermindert das Ersetzen des Pu-239 durch Pu-240 im Reaktorkern-Brennstoff die Reaktivität in einem solchen Masse, dass die Betriebsanforderungen an den Reaktor nicht langer erfüllt werden können, weswegen der Brennstoff, lange bevor das spaltbare und brütbare Material im Reaktor verbraucht ist, zur Aufbereitung entnommen werden muss, um die angesammelten Spaltprodukte zu entfernen ₃ wonach der Brennstoff für weiteren Abbrand wieder in den Reaktor eingesetzt wird.

Wie allgemein bekannt ist, werden Kernspaltreaktoren grundlegend nach der kinetischen Energie bzw. Geschwindigkeit der Neutronen, die den grössten Anteil der Spaltungen in einem bestimmten Reak-r tor auslösen, eingeteilt. Fast alle bei der Spaltung freigesetzten Neutronen haben hohe Energien, und daher wird die Mehrheit der Spaltungen, wenn kein Moderator im Reaktorkern oder Reflektor vorhanden ist, durch schnelle Neutronen erzeugt, und. ein Kernspaltreaktor, in dem dies der Fall ist, wird als "schneller" Reaktor bezeichnet.

Wie ferner bekannt ist, wird die Brutrate eines Brutreaktors durch das Moderatormaterial und/oder die Verteilung des brüt— baren Materials im Hinblick auf das spaltbare Material, d.h.·

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durch das Verhältnis des einen zum anderen oder deren örtliche Verteilung gesteuert. Diese Brutrate muss jedoch grosser als Eins sein, damit der Reaktor ein "Brutreaktor" ist, und die mittlere Brutrate für derartige Reaktoren ist ungefähr 1,20 "bis 1,30. Brütbares Pu-24-0 steigert die Brutrate, und Spaltprodukte vermindern die Brutrate. Daher ist klar, dass die Brutrate sehr wohl durch die vorerwähnte Ansammlung von Spaltprodukten und Isotopen, wie z.B. Pu-24-0, beeinflusst werden kann.

Zwei Hauptarten von Brutkreisläufen sind theoretisch möglich. Die eine basiert auf einem schnellen Reaktor, der Pu-239 als Spaltmaterial und U-238 als brütbares Material verwendet, und die andere auf einem thermischen (oder schnellen) Reaktor, der Uran-233 bzw. Thorium-232»als das spaltbare bzw. brütbare Material verwendet. Das brütbare Material wird in der Form eines Mantels, der den Reaktorkern umgibt, angewendet, und auf diese Weise wird ein grosser Anteil der Neutronen, die aus dem Reaktorkern ausfliessen, im Hantel eingefangen. Bei den meisten Brutreaktorentwurfen, besonders bei schnellen Reaktoren, ist auch im Reaktorkern etwas brütbares Material, z.B. Uran-238, enthalten. Spaltbare Kerne werden dann sowohl im Reaktorkern als auch im Mantel gebildet.

t . ■;

Es ist ferner bekannt, dass in grossen, schnellen Reaktoren der Verlust von Kühlmittel, wie z.B. Natrium, aus dem Zentralbereich des Reaktorkerns positive Reaktivität erzeugt. Kühlmittelverlust aus der äusseren Zone des Reaktorkerns und aus den Mänteln erzeugt im allgemeinen eine negative Reaktivität.

Der positive Kühlmittelblasenreakt'ivitätseffekt in dem Zentralbereich des Reaktorkerns stellt eine Gefährdung der Sicherheit dar, wenn er gross genug ist, um eine schnelle Reaktivitätszunahme pro Zeiteinheit bei einem denkbaren Unfall zu erzeugen. Daher ist es notwendig, den zentralen

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positiven Kühlmittelblasenreaktivitätseffekt so klein wie möglich, zu halten.

Pii-240 und SpaItprodukte tragen wesentlich zum positiven Kühlmittelblaseneffekt in mit Plutonium beschickten, schnellen Reaktoren bei, deren Plutonium wieder eingesetzt.wird und die einen hohen Brennstoff abbrand erreichen. Wenn das Reaktorkernplutonium wieder eingesetzt wird, wobei das "saubere" ManteIpIutonium, das im allgemeinen weniger als 8% Pu-240 hat, nur zur Auffrischung verwendet wird, baut sich, der Pu-240-Isotopengehalt auf über 30% in einem typischen schnellen Reaktor mit keramischem Brennstoff bei WMerbeSchickungsgleichgewichtsbedingungen auf. Der Pu-24Ö· Gehalt-d.es Reaktorkerns, kann auf 25% oder weniger vermindert werden, indem das erfindungsgemässe Wiedereins etzve'rfahren verwendet wird, bei dem mehr "sauberes" Mantelplixtonium und weniger "schmutziges" Reaktörkernplutonium, das im allgemeinen ein Pu-240 Gehalt von mehr als 25% hat* zur Herstellung der neuen Brennelemente verwendet wird. Selbst bei dieser Verminderung des Pu-240 Gehaltes liefert ei¹ dennoch eine positive Natriumblasenreaktivität.

Der Erfindung liegt die Aufgabe, zugrunde, ein Neubeschickungsverfahren für einen Kernreaktor vorzusehenj das die positive Kühlmittelblasenreaktivität, insbesondere im Zentralbereich eines Brutreaktors vermindert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch, gelöst, dass zur anfänglichen Bestrahlung Brennstoff mit PtiO^-HÖo, wobei das Plutonium einen Isotopengehalt von weniger als 8% Pa-240 hat, in den Zentralbereieh des Reaktorlcerhs eingeführt wird / und dass aus dem äusseren Bereich des Reakto£kerns Brennstoff mit Plutonium mit einem Isotopengehalt von mehr ia'ls2^o Pu-240 entladen wird und dass άύχ entladene Brennstoff aufbereitet wird, um dia Spaltprodukte.vom Plutonium zu entfernen, und ■lass der-aufbereitete Brennstoff zur weiteren Bestrahlung in einen 2hilschenbereich des Reaktorkerns wieder eingeführt wird.

§09887/125S¹ - ; . : ■ ^; '

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass die Brennelemente derart weitergeschoben werden,, dass Brennelemente in der ausserenReaktorkernzone, nachdem sie einer Abbrandbestrahlung ausgesetzt gewesen sind, entladen werden, um aufbereitet zu werden und derart wieder eingesetzt zu werden, dass das aus dem Reaktorkern entnommene Plutonium das Plutonium im Material des zweiten Abschnitt des Brennelementes bildet, und'dass die in der Zwischenzone des Reaktorkerns angeordneten Brennelemente in die äussere Reaktorkernzone zum Zweck ihrer Abbrandbestrahlung bewegt werden und dass die Brennelemente aus der Zentralzone des Reaktorkernes in die Zwischenzone des Reaktorkerns zum Zweck ihrer weiteren Abbrandbestrahlung verschoben werden und dass die derart hergestellten Brennelemente in die Zentralzone des Reaktorkerns zu anfänglicher Abbrandbestrahlung eingeführt werden, wodurch die Brennelemente, die PaOp-UÖp mit Plutonium mit einem Isotopengehalt von weniger als 8% Pu.-24-O enthalten, anfänglich in die ersten Teile der zentralen Radialzone des Reaktorkerns eingeführt werden und Plutonium mit einem Isotopengehalt von mehr als 25% Pu-240 in der äusseren Radialzone des Reaktbrkerns angeordnet v/ird, woraus sich eine erhebliche Verminderung des Kühlmittelblasenreaktivitätseffektes ergibt.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass das erfindungsgemässe Verfahren die genannte bisherige Schwierigkeit in erheblichem Ausmass überwindet, indem "sauberes" Plutonium aus dem Mantel eines Reaktors und "schmutziges" Plutonium aus dem Kern eines Reaktors derart zum Wiedereinsatz gelangt,dass eine wesentliche Verbesse-' rung des Kühlmittelblasenreaktivitätseffektes erzielt wird. Das aus dem Mantel eines Reaktors entladene Plutonium wird aufbereitet und zur Herstellung Von neuen Brennelementen verwendet, die in demι Zenträlbereich des Reaktorkerns desselben Reaktors odereinesä^üliiclien Reaktors in dem System elngesStizt werdeä, bzw. im IKiLttef abschnitt derartiger neuer Sren^töfifieliente verwen^i§V Aias xäem Kern eiires

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Reaktors entladenes Plutonium wird aufbereitet und zur Herstellung neuer Brennelemente verwendet, die in den äusseren Bereichen des Kernes desselben oder eines ähnlichen Reaktors in dem System eingesetzt werden, bzw. in den äusseren Reaktorkernabschnitten solcher neuen Brennelemente verwendet. Die neue Wirkung wird begünstigt, allerdings nicht wesentlich, durch Verwendung einer BrennstoffVerschiebungsanordnung, bei der die neuen Brennelemente in den Zentralbereich des Reaktorkerns eingeführt werden und' aus dem äusseren Bereich entladen werden.

Zweckmässig ist es, ein Neubeschickungsschema für einen schnellen, natriumgekühlten Kernreaktor vorzusehen, der einen Reaktorkern hat, der von einem Neutronen reflektierenden Material umgeben ist und in den der neue Brennstoff in den Zentralbereich des Reaktorkerns eingeführt wird.·

Es empfiehlt sich weiter, eine Neubeschickungsanordnung für einen schnellen Reaktor vorzusehen, die "sauberes", vom Mantel wieder eingesetztes Plutonium und "schmutziges", vom Reaktor wieder eingesetztes Plutonium verwendet, um eine nennenswerte Verbesserung des Kühlmittelblasenreaktivitätseffektes zu erzielen.

Plan kann auch vorteilhaft ein Neubeschickungsverfahren für schnelle, natriumgekühlte Kernreaktoren vorsehen, zu dem gehört, Brennelemente mit spaltbarem Brennstoff mit einem Pu-24-0 Isotopengehalt von mehr als ungefähr 25% in dem äusseren Reaktorkernbereich anzuordnen und Brennelemente mit spaltbarem Brennstoff mit einem Pu-240 Isotopengehalt von weniger als Q°/o nahe dem Zentral bereich des Reaktorkerns anzuordnen, wodurch der positive Kühimittelblasenreaktivitätseffekt im Zentralbe-

reich vermindert wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sieht ' * aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeicnnungen. Es zeigen:

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Fig. Λ eine schematische Darstellung einer Hälfte einer kugelförmigen ReaktorkernanOrdnung mit zugehörigem Brutmantel zur theoretischen Erklärung der Erfindung;

Fig. 2 ein Flussdiagramm der Anordnung.nach Fig. 1;

Fig. 3 iine schematische Ansicht eines schnellen Brutreaktors mit einer ringförmigen Reäktorkernanordnung zur Ausführung der Erfindung;

Fig. 4 ein Fluss diagramm, das den Betriet) der Ausführungs-■ form nach Fig. J erläutert.

Wie bereits ausgeführt worden ist, führt in grossen, schnellen Reaktoren der Verlust von Kühlmittel, wie z.B. Natrium, aus dem Zentralabsohnitt des Reaktorkerns zu positiver Reaktivität, während ein Kühlmittelverlust aus dem äusseren Abschnitt des Reaktorkerns und aus den Brutmänteln im allgemeinen negative Reaktivität erzeugt, Der positive Kühlmittelblasenreaktivitätseffekt im Zentralbereich stellt eine Gefährdung der Sicherheit dar, wenn seine Grosse ausreicht, um einen starken Reaktivitätsanstieg pro Zeiteinheit bei einem denkbaren Unfall zu erzeugen* Daher ist es wichtig, den positiven Kühlmittelblasenreaktivitätseffekt so gering wie möglich zu halten, was durch diese Erfindung ermöglicht wird. Da Bi-24-0 und Spaltprodukte wesentlich zum positiven Kühlmittelblaseneffekt in einem mit Plutonium beschickten Reaktor beitragen, der sein Plutonium wieder einsetzt und einen hohen Brennstoffabbrand erreicht, wird die Wirkung der positiven Kühlmittelblasenreaktivität durch diese Erfindung auf ein Minimum herabgesetzt, indem das meiste Pu-240 aus dem Zentralabschnitt des Reaktorkerns entfernt ,wird. Wenn ein Weiterschieben des Brennstoffes, w%s im.folgehden.beschrieben werden wird, zusätzlich gemäss dem erfi.ndungsgemiiS§en Heubeschickungsschema angewendet wird, wird dieses ferner die Spaltproduktkonzentration in dem Zentralbereich de;s Se.aktorjfeerns vermindern. Bei Anwendung' dieser .Erfindung wird .daher_r die -sich

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ergebende Reaktorkernanordnung weniger Pu-24-0 und Spaltprodukte im Zentralbereich des Reaktorkems haben und mehr dieser Isotope im ausseren Bereich. Daher wird der verminderte, positive Kühlmittelblasenreaktivitätseffekt im Zentralbereich des Reaktorkerns teilweise, auf Kosten" eines verminderten negativen Kühimittelblasenreaktivitätseff'ektes in den ausseren Bereichen des Beaktorkerns erreicht.

Der Ausdruck "sauberes" Plutonium bedeutet im folgenden, dass dieses Plutonium fast reines Pu-239 mit im allgemeinen weniger als.8% Pu-240 ist, während der Ausdruck "schmutziges" Plutonium bedeutet, dass dieses Plutonium ausreichend lange bestrahlt worden ist, so dass es einen hohen Pu-240 Gehalt von im allgemeinen mehr als 25% hat.

Um den Erfindungsgedanken im weitesten Sinne zu erläutern, wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen Fig. 1 einen kurgelförmigen Reaktorkern mit sich radial erstrekkenden Zonen A, B und C wiedergibt, der einen sich darum herum erstreckenden Brutmantel hat. Obwohl das nicht dargestellt ist, ist die Anordnung mit dem notwendigen Neutronen reflektierenden Material versehen. Der Betrieb einer derartigen Anordnung wird in dem Fluss diagramm in Fig. 2 dargestellt, wobei das PuO₂-UO₂, das "sauberes" Plutonium enthält, in die Zentralzone A des Reaktorkerns eingeführt wird und aus Plutonium das durch Wiedereinsetzen des im Brutmantel, der z.B. anfänglich UOp enthalten haben mag, erzeugten Plutoniums erhalten, oder aus einer anderen Quelle gewonnen wird, besteht;nach einer gewissen Be-strahlungszeit wird das PuOp-UOp aus der Reaktorkernzone A, die jetzt teil\ieise "schmutziges" Plutonium enthält, in die Zwischenzone B des ReaktOrkerns transportiert, während zusätzlicher Br-εΐ-α stoff, der aus der Randzone C des Reaktorkern'.* nach exäifer Aufbereitung, wie sie allgemein zur Beseitigung der Spe:itprodukte bekannt ist, wieder eingesetzt worden "ist-_s ^:" %b"etifall's in die Zwischenzone B des Reaktorkerns zur

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weiteren Bestrahlung eingeführt wird; nach einer Periode weiterer Bestrahlung wird der Brennstoff aus der Reaktorkernzone B zur Reaktorkernzone C zum Zweck einer abschliessenden Bestrahlung transportiert, wonach der Brennstoff entladen wird und das "schmutzige¹¹ entladene Plutonium nach einer Aufbereitung wieder in Reaktorkernzone B eingesetzt wird,während das "saubere" Plutonium, das im Brutmäntel erzeugt worden ist, nur in die Zentralzone A des Reaktorkerns eingeführt wird.

Es ist daher klar, dass mit dem erfindungsgemässen Brenn* stoffbeschickungsverfahren erreicht wird, dass die Zentralfläche bzw. -zone (Zone A) des Reaktorkerns zu jeder Zeit "sauberes" Plutonium enthält} dass die Zwischenfläche bzw. -zone (Zone B) des Reaktorkerns einigermassen "sauberes" Plutonium enthält, während die äussere oder Randfläche bzw. -zone (Zone G) des Reaktorkerns im wesentlichen "schmutziges" Plutonium enthält. Zusätzlich enthält die Reaktorkernzone A nach dem halben Abbrand eines Betriebszyklus zwischen den Neubeschickungen nur ungefähr ein Drittel so viel Spaltprodukte, wie es der Pail ohne das neue Brennstoffbeschickungsverfahrsn wäre.

Obwohl man sich darüber bewusst ist, dass die Anwendung der theoretischen kugelförmigen Reaktorkernanordnung für allgemeine Anwendungsfälle nicht praktisch sein mag, lässt diese Anordnung jedoch deutlich die Vorteile, die sich aus dieser Erfindung ergeben, erkennen, wie es aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsform nach Fig. 3, _x die eine eher ringförmige Reaktorkernanordnung verwendet, noch deutlicher werden wird.

Unter weiterer Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt Fig. eine Ausführungsform eines Reaktors eines ganzen Systems von Reaktoren, in dem die Erfindung verwendet wird, in schematiseher Weise und enthält einen ringförmigen Reaktorkern, der allgemein mit dem Bezugszeichen IQ bezeichnet wird

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- ίο -

und zu dem in bekannter Weise ein axialer Brutmantel ,11, ein innerer, radialer Brutmantel 12, ein äusserer, radialer Brutmantel 13» ein innerer Reflektor 14 und ein äusserer Reflektor 15 gehören, wobei die Reaktorkernbrutmäntel und -reflektoren symmetrisch zu einer Mittelebene 16 des Reaktorkerns sind. Die Höhe über der Mittelebene des Reaktorkerns wird bei 17 angedeutet und kann z.B. 99 cm betragen, während der Durchmesser 18 des dargestellten Reaktors z.B. 427 cm sein kann. Ein bei 19 dargestelltes Brennelement reicht in den zentralen Abschnitt des Reaktorkerns 10 und den axialen Mantel 11 hinein. Der Reaktorkern 10 ist in sechs Zonen eingeteilt, die in der Zeichnung mit Reaktorkernζone 1 bis Reaktorkernzone 6 bezeichnet sind. Obwohl nur ein Brennelement 19 dargestellt ist, sei angenommen, dass sich jedes Brennelement kontinuierlich durch den Reaktorkern 10 und den entsprechenden Abschnitt des axialen Brutmantels 11 erstreckt.

Wie in Fig. 3. dargestellt, wird ein Brennelement 19 in die zentralen Radialzonen 1 und 4 des Reaktorkerns und die der Reaktorkernzone 4 benachbarten axialen Brutmantelstellungen eingebracht. Das Brennelement 19 ist derart hergestellt, dass das PuO₂-UO₂ (spaltbarer Brennstoff) das in Teil 20 angedeutet ist, der in der Reaktorkernzone 1 gelegen ist, "sauberes" Plutonium enthält«, Dieses "saubere" Plutonium kann durch Wiedereinsetzen des in den Brutmänteln derartiger schneller Reaktoren hergestellten Plutoniums oder aus ausseren Quellen gewonnen werden. (Andere Quellen "sauberen" Plutoniums können ebenfalls verwendet werden,aber das Gesamtsystem, das aus mehreren derartigen Reaktoren bestehen mag, muss sich selbst erhaltend sein, um die erfolgreiche Anwendung des Konzeptes zu gewährleistend »Das als !Teil 21 des Brennelementes 19 bezeichnete PuO₂-UO₂ (spaltbares Material), das in der _c Reaktorkernzone 4 angeordnet ist, benutzt Plutonium, das nach einer Entladung aus dem Reaktorkern eines solchen schnellen Reaktors wieder eingesetzt worden ist, wobei die Spaltprodukte aus dem Plutonium durch bekannte chemische Verfahren entfernt worden sind. Der in den axialen Brutmantel 11 eingeführte Teil 22 des Brennelementes 19 enthält UO₂ und kein Plutonium und

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wird daher als brütbarer Brennstoff angesehen. Da das Herstellungsverfahren der Brennelemente nicht Gegenstand dieser Erfindung ist und an sich bekannt ist₉ wird eine ausführliche Beschreibung dessen für unnötig gehalten. Die radialen Brutmäntel 12 und 13 werden anfänglich in bekannter Weise mit ausgestattet.

Die Brennelemente werden radial nach einem Dreichargenschema weiter-geschoben, wie es deutlich in Fig. 4- dargestellt ist. Demzufolge erfährt in die Reaktorkernzone 1 eingeführter Brennstoff seine erste Abbrandbestrahlung in der Reaktorkernzone 1, seine zweite Bestrahlung in der Reaktorkernznne 2 und seine dritte Bestrahlung in der Reaktorkernzone 3, wonach er zur Aufbereitung entladen wird. In die Reaktorkernzone 4 eingeführter Brennstoff wird zu den Reaktorkernzonen 5 und 6 in aufeinanderfolgenden Abbrandzyklen weitergeschoben und. wird aus der Reaktorkernzone 6 zur Aufbereitung entladen. Das aus den Reaktorkernzonen 3 und 6 entnommene Plutonium wird durch bekannte chemische Prozesse aufbereitet und wieder in dieJReaktorkernzone 4 mit einem Brennelement 19 (Elementteil 21) eingeführt. Das "saubere" Plutonium, das aus dem axialen Brutmantel 11, der an die Reaktorkernzone 6 angrenzt, und aus einem Drittel der radialen Brutmäntel 12 und 13 entnommen worden, ist, wird in bekannter Weise aufbereitet und in die Reaktorkernzone 1 mit dem Brennelement 19 (Elementteil 20) wieder eingesetzt. Die Einzelheiten der Aufbereitung des Plutoniums stellen nicht einen Teil dieser Erfindung dar, und daher sind diese Einzelheiten hier nicht eingeschlossen, jedoch allgemein bekannt. . ■ ■ ■ -

Die folgende Tabelle (Tabelle I) gibt die volumetrischen Zusammensetzungen, die während aller Betriebsstufen der in Fig. ' darg.es;fe§jLlten Ausführungsform angewendet werden, in YoI.%

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- 12 -

T a b e 11 e I

Bestandteil	FuO2-UO0	Stahl	Natrium
Reaktorkern	25	17	50
Axiale Brut
mäntel	25*	17	50
Radiale Brut
mäntel	50* '	20	30

BeO

S-

0 *Eingeführt als UO

Entsprechend dem oben beschriebenen Brennstoffbeschickungsschema enthält die Reaktorkernzone 1 sehr "sauberes" Plutonium zu allen Zeiten, und die Reaktorkernzone 2 enthält ziemlich "sauberes" Plutonium. Ferner enthält die Reaktorkernzone 1 bei halbem Abbrand eines Betriebszyklus zwischen den Neubeschickungen nur ungefähr ein Drittel so viel Spaltprodukte, wie es ohne Weiterschieben des Brennstoffes der Fall wäre.

Die folgende Tabelle (Tabelle II') zeigt die Isotopenzusammensetzung des Plutoniums und die Konzentration an Spaltprodukten in jeder Zone rim Vergleich zu den Zusammensetzungen und Konzentrationen bei einem Gleichgewichtszyklus für eine einheitliche Verteilung im Reaktorkern, bei der das Plutonium im Reaktorkern wieder eingesetzt wird und das Mantelplutonj um nur zxir Auffrischung hinzugefügt wird. Es wird angenommen, dass der Gesamtabbrand des entnommenen Brennstoffes ca.100 000 MWd/t ist. Der Index 1 in Tabelle II bezieht sich auf das oben beschriebene Brenn-• stoffbeschickungsschema; Index 2 hat die gleiche Bedeutung wie Index 1, allerdings mit dem Unterschied einer gleichmässigen Plutoniumkonzentration im Reaktorkern und keines Weiterschiebens des Brennstoffes, wobei Reaktorkern-Plutonium wieder eingesetzt wird und Mantelplutonium nur zur Auffrischung verwendet wird; Index 3 ' ' .

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6AD ORiGtNAL

entspricht einem vollständigen Natriumverlust in den Reaktorkernzonen 1 und 2 und keinem Natriumverlust aus den Reaktorkernzonen 3 bis 6 und den Brutmänteln 11 bis 13·

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Tabelle

II

Reaktorparameter für einen rinsförmipen Reaktorkern mit räumlichen Veränderungen der IsotopenzusammenSetzung des Plutoniums

Isotopenzusammensetzungen des Brennstoffs nach
halbem Abbrand eines Gleichgewichtszyklus

Reaktorkernzone ( 1 )

	CO	Pu-239	(AtOD3%)	des	19,24	■ 2	"3t	76	4	5	6
	O	Pu-240	(Atom%)		2,03 ·	16,51		36	20,99	18,59	16,96
	OS	Pu-241	(Atom%)	Abbrand	0,08	2,86	0,	34	'' . 7,58	7,79	7,88
i	op	Pu-242	(Atom%)	das Zyklus		0,22		02	1,11	1,22	1,30
	—J> PO		Spaltprodukt-	Ende d		0,01	11,		0,14	0,17.	0,20
			paare (		2,91		70,	°7
	ca.		Ü-238 (		75,74	7,58		45	2,19	6,10	8,96
		;Atom%)			72,82			67,99	.,66,13	64,70 :
						91
		Bestrahlung	0		■■■'
		Beginn		49	:; 106		0	■ 33	61
		V1I11Iy-IF1T ts fs *·* »y 1^* *** y» ®	25		120		... ,. ._
		'halber-	Ϊ.4..9,:. ■ ■■-■■;'	?0			Λ1 "	47	71
			91			■■ 33 ■'	61	80

Bezugsreaktorkern mit ringförmigem Aufbau (2 )

15,67 8,81 1,98 1,07

5,80 66,67

50
100

(Fortsetzung Tabelle II)

Parameter ringförmiger Reaktorkerne nach, halbem Abbrand eines Gleiehgewichtszyklus

Mittlere Spaltstoffanreicherung im Reaktorkern (Atom% Pu-239+ Pu-241) ,·..·. Gesamtbrutrate Eonversionsrate im Reaktorkern · Dopp—ler Koeffizient (T dk/dT) Grösstmöglicher Natriumhohlraum

Fall 1

Obiges Einsatzschema für Brennstoff

Sechs-Zonen-Reaktorkern Fall 2 Fall 5 . Wie Fall 1, mit Bezugsreaktorkerndem Unterschied, aufbau (2) dass der Brennstoff nicht weitergeschoben ■ ', wird

18,6	.. 19,0	1.7» 6
1,20	1S22	1,27
0,52	0,50	0,56
-0,0069	-0,0069	-0,0068
+0,004(11,2)	'. +0,005(81,5).	+0,007(

• - 16 -

Der grösste Anteil des zentralen positiven ITatriumblasenreaktivitätseffektes tritt in der Reaktorkernzone 1 auf und der'Rest in Reaktorkernζone 2. Alle übrigen Reaktorkernzonen 3 bis 6 liefern negative Reaktivitäten bei Natriumverlust, und daher vermindert der niedrige Gehalt an Plutonium-240 und Spaltprodukten in Reaktorkernzone 1 und der relativ niedrige Gehalt an Plutonium-240 in der Reaktorkernzone 2, was beides auf das hier verwendete Brennstoffbeschickungsschema zurückzuführen ist, wesentlich den grösstmöglichen Kühlmittelblasenreaktivitätseffekt, der durch voll— ψ ständiges Abziehen des Natriuns aus den Reaktorkernzonen 1 und 2 erzeugt wird (s. Tabelle II).

Verschiedene Änderungen des oben beschriebenen Einsatzschemas bzw. -musters für den Brennstoff sind im Hinblick auf die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform möglich. Eine dieser Veränderungen würde darin bestehen, das aus Reaktorkernzone 3 entnommene Plutonium in das Brennelement 19 (Teil 21) der Reaktorkernzone 4 wieder einzusetzen, wobei nur so viel des aus Reaktorkernzone 6 entnommenen Plutoniums verwendet wird, wie zur Auffrischung der· Zusammensetzung in Reaktorkernzone J notwendig ist, Dies stellt eine Verbesserung des grundlegenden Brennstoffverwaltungsschemas bzw. des oben beschriebenen Verfahrens dar. Dies führt zu einer aufwendigeren Aufbereitung, da das aus den Reaktorkernzonen 3 und 6 entnommene Plutonium ebenso wie auch das aus.den Mantelzonen 11 bis 13 entnommene Plutonium getrennt werden muss. Da es leichter ist, die Berechnungen der IsotopenzusammenSetzung des Brennstoffes für einen Reaktorkern durchzuführen, der von dieser Verfeinerung des grundlegenden Brennstoffbeschickungsschemas Gebrauch macht, basieren die in Tabelle II aufgeführten Ergebnisse auf einem Schema, das diese Verfeinerung benutzt.

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- 17 ■-■ ;

Die in Tabelle II wiedergegebenen Ergebnisse (vgl, die Fälle 1 und 3) zeigen, dass das vorgeschlagene Schema erfolgreich, den positiven, zentralen Kühlmittelblasenreaktivitätseffekt vermindert. Ein Entleeren des Natriums aus den Realctorkernzonen 1 und 2, das im Referenzfall 2,1$ Ak erzeugt (Fall 3, unterste Zeile), führt nur zu 1,2$Δ k nach dem vorliegenden Brennstoffbeschickungsverfahren (Fall 1, unterste Zeile). Es existiert allerdings ein geringer Nachteil in bezug auf die BrennstoffÖkonomiej. die Brutrate wird von 1,27 auf 1,20 vermindert (siehe viertletzte Zeile in "Tabelle II).

Das Weiterschieben des Brennstoffs hat einige Nachteile. Es erschwert die mechanischen Probleme in Verbindung mit der Neubeschickung und-erzeugt einen höheren radialen Leistungs— Spitzenfaktor. Fall 2 in Tabelle II zeigt die Wirkung, die bei Verwendung des erfindungsgemässen Brennstoffbeschickungsverfahren s ohne Weiterschieben des Brennstoffes eintritt. In diesem Fall werden Brennstoffchargen aus Brennelementen, die in oben beschriebener Weise hergestellt wurden, in Jede radiale Reaktorkernζone eingeführt und aus derselben Zone entladen, wenn-sie den angestrebten Abbrand erreicht haben. (Die Reaktorkernzonenpaare 1 und 4, 2 und 5 und 3 und 6 stellen die drei radialen Reaktorkernζonen der in Fig. 3 dargestellten ringförmigen Reaktorkernanordnung für Fall 2 dar). Der Brennstoff abbrand für Fall 2 war 100 000 HWd/t, und es wurde eine Brennstoffbeschickung in drei öhargen angewendet. (Ebenso für Fall 1 mit der Ausnahme, dass beim Fall 1 ein Weiterschieben des Brennstoffs zur Anwendung kam)» Ohne Weiterschieben (siehe Fall 2) geht der Vorteil eines verminderten Spaltproduktgehaltes in dem zentralen Bereich des Reaktorkerns verloren. Das wird jedoch teilweise dadurch ausgeglichen, dass in den äusserea Zonen des Reaktorkerns eine niedrigere Spaltproduktkonzentration vorliegtο Ein Vergleich der Ergebnisse von Fell 1_S 2 und 3 in Tabelle II (fünfte Zeile von unten) zeigt, dass der grösste Teil der gewünschten Wirkung auf die Veränderung der Natriumblasenreaktivität sogar ohne Weiterschieben des Brennstoffes erreicht wxrd_? denn es "besteht

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in diesen Fällen ein Unterschied von 1 zwischen Fall 1-und 3 und nur ein Unterschied von 0,4 zwischen den Fällen 1 und 2.

Die Menge "sauberen" Plutoniums, die aus den Brutmänteln schneller Reaktoren zur Verfügung steht, könnte einen begrenzenden Einfluss auf die Wirksamkeit des vorliegenden Brennstoffbeschickungs·- verfahrens haben, wenn sie in einem Gesamtsystem betrachtet wird, indem eine wachsende Anzahl neuer Reaktoren eingesetzt werden. Zu diesem Zweck ist es von Vorteil, .dass ein grosser Anteil des Brütens von neuem spaltbaren Material in den Brutmänteln geschieht. Starkes Brüten im Brutmantel - verglichen mit Brütern im Reaktorkern - ist charakteristisch für Reaktorkernanordnungen, bei denen ein starker Neutronenausfluss auftritt. Dennoch kann das Kühlmittelblasenreaktivitätsproblem einen derartigen Reaktorkern mit hohem Ausfluss erfordern· Der ringförmige Reaktorkern 10, der in Fig. 3 dargestellt ist, erfüllt diese AnfOrderung. Die Menge "sauberen" Plutoniums, die aus einem Drittel der radialen Brutzonen 12 und 13 entladen wird, ist ungefähr 1Ό% grosser als die Menge, die zur Brennstoffbeschickung der Reaktorkernzone 1 benötigt wird· Andere Reaktorkernanordnungen mit hohem Ausfluss _f die die Forderung nach "sauberem" Plutonium erfüllen könnten, sind dünne Zylinder (entweder scheiben- oder zigarrenförmig) und kleine Reaktorkernbausteine, die durch Brutmäntel getrennt sind» Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass normalerweise zu einem System dieser Art mehr als ein schneller Brutreaktor gehört.

Die Forderung nach "sauberem¹¹ Brutmantelplutoniuri wird nocli ein schränken der j wenn der Anteil wiedereingesetzter! Brutiaan—. telplutoniums des Gesamtsystems nicht grosser sein kann» als. der Anteil wiedereingesetzten Reaktorkernplutoniums des gesamt ten Reaktorsystems» Dies wäre der Fall in einer -wachsenden Wirtschaft mit ähnlichen, schnellen Reaktoren ,wobei die aeixeö Reaktoren eines Systems die gleiche Mischung "sauberea*⁵ ub& "schmutzigen" Plutoniums für den Anfangsbetrieb - erfordern^ wie jene Reaktoren des Systems, die bereits ±2, Betrieb'sind» " In diesem Fall müsste die Höhe 1? der zentralen Ixialaone

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■■-. - 19 -

(Reaktorkernzonen 1 und 4-), die "sauberes" Plutonium in dem neuen Brennstoff 19 enthält, auf den zulässigen Betrag zur Verfugung stehenden "sauberen" Plutoniums vermindert werden_o (Man beachte, dass in der Zeichnung die Reaktorkernzonen 1 und 4- die gleiche Höhe haben). Indem zu Reaktorkernanordnungen mit höherem Neutronenausfluss übergegangen wird, wodurch das Brüten im Brutmantel im Gegensatz 'zum Brüten im Reaktorkern vermehrt wird, kann das erfindungsgemässe Brennstoffbeschickungsschema einer schnell wachsenden Wirtschaft schneller Reaktoren angepasst werden, ohne ernsthaft die Höhe der Zone oder der Zonen mit "sauberem" Plutonium zu beschränken.

Die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform eines Reaktors verwendet oxidischen Brennstoff sowohl im Reaktorkern 10 als auch in den Brutmänteln 11 bis 13· Für das erfindungsgemässe Brennstoffbeschickungsverfahren" können andere Brennstoffe wie Kohlenstoff, Hetall oder Legierung statt des Oxids im Reaktorkern, im Brutmantel und sowohl im Reaktorkern als auch im Brutmantel oder in bestimmten Abschnitten des Reaktorkerns und des Brutmantels verwendet werden. Das neue Verfahren ist besonders zweckdienlich für Natrium oder andere Kühlmittel mit niedrigem Atomgewicht in flüssigem Zustand, da das Problem der zentralen Blasenreaktivität für derartige Kühlmittel am dringlichsten ist. Dennoch kann das neue Verfahren auch für dampf- oder gasgekühlte schnelle Reaktoren verwendet werden, obwohl für die letzteren der Nutzen geringer ist. Dieses Brennstoffbesehickungsverfahren kann im Zusammenhang mit anderen Hüllmaterialien als rostfreiem Stahl, -wie-" z.B. die unter der Bezeichnung "Inconel" bekannte Nickellegierung, Chromnickel, Molybdän, Tantal, Vanadium, die unter der Bezeichnung "Zircaloy" bekannte Zirkonlegierung, Niob, oder Verbindungen dieser Materialien mit Eisen, Nickel und Chrom oder mit jeden anderen oder auch mit einem keramischen Hüllmaterial verwendet werden.

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Im Zusammenhang mit diesen Brennstoffbeschickungsverfahren können statt BeO andere Moderatormaterialien verwendet werden wie z.B. Be,ZrH, Kohlenstoff, AIp⁰^ ^und ^⁶⁰* oder der Reaktor- braucht überhaupt keinen Moderatorzusatz in seiner Reaktorkernzusammensetzung zu haben.

Zusätzlich kann dieses einmalige Brennstoffbeschickungsverfahren mit entgegengesetzter Zielrichtung verwendet werden, um die Brutrate und BrennstoffWirtschaftlichkeit auf Kosten der Natriumblasenreaktivität zu verbessern. Das könnte dadurch erreicht werden, dass die Brennelemente derart hergestellt \tferden, dass das "saubere" Plutonium im äusseren Abschnitt des Reaktorkerns (Zonen 3 und 6) und das "schmutzige" Plutonium in dem zentralen Abschnitt (Zonen 1 und 4) konzentriert wird, wodurch das Brüten verstärkt werden würde.

Eine derartige Anwendung des gegenwärtigen Konzepts mit entgegengesetzter Zielrichtung ist wahrscheinlich auf kurze Sicht von· geringerem Interesse als die Zielsetzung, den zentralen Kühlinittelblasenreaktivitätseffekt möglichst klein zu machen 5 aber auf lange Sicht kann es dann angewendet werden, wenn Sicherheitskriterien für schnelle Reaktoren ausreichend festgelegt sind. '

Es wird daher deutlich, dass die vorliegende Erfindung ein Verfahren vorsieht, bei dem aus schnellen Brutreaktoren wieder eingesetztes "sauberes" und "schmutziges" Plutonium bei der Aufbereitung und Herstellung neuer Brennelemente derart getrennt werden, dass das "saubere" Plutonium in den Zentralbereich des Reaktorkerns (sowohl radial als auch axial) dieser schnellen Reaktoren eingeführt wird» Dies _: führt zu einer erheblichen Verminderung des positiven Kühlmittelblasenreaktivität seffektes, der in den Zentralbereichen des Reaktorkerns vorherrschend ist. Eine Anwendung dieses Brennstoffbeschickungsverfahrens zusammen mit einem Weiterschieben des Brennstoffes vermindert den zentralen Kühl-

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mittelblasenreaktivitätseffekte Im Reaktorkern noch weiter.

Die Erfindung "beschränkt sich nicht auf die bestimmten beschriebenen Verfahren und Ausführungsformen eines Apparates zur Durchführung der Verfahren, sondern erstreckt sich auch auf Abwand-.lungen und Änderungen, die für den Fachmann offensichtlich sind, soweit sie sich aus dem Erfindungsgedanken ergeben·

Patentansprüche s

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Claims (1)

1. Verfahren zur NeubeSchickung eines schnellen, natriumgekühlten V Brutreaktors mit einem von mindestens einem Brutmantel und Neutronen reflektierenden Material umgebenen Reaktorkern, dadurch. • gekennzeichnet, dass zur anfänglichen Bestrahlung Brennstoff mit "^; PuOp=UOo, wobei das Plutonium einen Isotopengehalt von weniger als 8% Pu-24-0 hat, in den Zentralbereich. (A, 1 und 4) des Reaktorkerns eingeführt wird und dass aus dem äusseren Bereich (C, 3 und 6) des Reaktorkerns Brennstoff mit Plutonium mit einem Isotopengehalt von mehr als 25% Pu~240 entladen wird und dass der entladene Brennstoff aufbereitet wird, um die Spaltprodukte vom Plutonium zu entfernen, und dass der aufbereitete Brennstoff zur weiteren Bestrahlung in einen Zwisehenbereieh (B, 2 und 5) des Reaktorkerns wieder eingeführt wird.

   2« Verfahren nach Anspruch 1,- dadurch gekennzeichnet, dass Brennstoff nach anfänglicher Bestrahlung von dem Zentralbereich (A₃ 1 und 4) in den Zwischenbereich (B, 2 und 5) des Beaktorkerns zur weiteren Bestrahlung überführt wird_s neuer Brennstoff in den Zentralbereich des Reaktorkerns eingeführt wird und nach weiterer Bestrahlung des Brennstoffs in der Zwiselienzone des Reaktorkerns der Brennstoff von dem Zwischenbereich an den äusseren Bereich (C, 3 und 6) des -Beakborkern-s zur/weiteren Bestrahlung vor der Entladung aus diesem Bereich überfüixrt wird«,

   3· Verfahren nach Anspruch 1_S dadtu?ch gekeanzeicimet _s dass Brennelemente (19) derart herges-tsllt werden, dass mindestens ein erster Abschnitt (20) davon PuO₂-UO₂ mit weniger als 8% Bi-240 Isotopengehalt enthält,, mindestens ein Eweiter AI)schait"b (21) das aufbereitete Plutonium mit mehr als 2.5% Ri-240 .Isotope©g$~. halt enthält und mindestens ein dritter Abselmiöi; {22} ^Qg ohne Plutonium enthält, und dass die se hergestellten B3£?@Hf,w--.le-

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   mente zu ihrer Bestrahlung in den Reaktorkern (10) und den zugehörigen Brutmantel (11) derart eingeführt werden,
   dass die 'ersten und zweiten Abschnitte'der Brennelemente im Reaktorkern und der dritte Abschnitt des Brennelementes im Brutmantel angeordnet sind. . - ■ -

   4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Zentralbereieh, der Zwischenbereich und der äussere Bereich des Reaktorkems aus einer zentralen (1 und 4), einer Zwischen- (2 und 5) und einer äusseren (3 und 6) Radialzone des Reaktorkems (10) bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der zentralen, Zwischen- und äusseren Reaktorkernzonen in mindestens . zwei axial fluchtende Teile (1, M- bzw. 2, 5 bzw. 3* 6)
   unterteilt ist und die Brennelemente (19) in den Reaktor-.kernzonen derart angeordnet werden, dass der erste Abschnitt (20) jedes der Brennelemente in einem der zwei
   axial fluchtenden Teile (1 oder 2 oder 3) cLer Re'aktorkernzonen ist und der zweite Abschnitt (21) jedes der Brennelemente in dem anderen der zwei axial fluchtenden Teile (4- oder 5 oder 6) der Reaktorkernzonen ist.

   5ο Verfahren nach Anspruch 3i wobei der Zentralbereieh, der Zwischenbereich und der äussere Bereich de-s Reaktorkems aus einer zentralen (1 und 4), einer Zwischen- (2 und 5) und einer äusseren (3 und 6) Radialzone des Reaktorkerns bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der zentralen, Zwischen- und äusseren Reaktorkernzonen symmetrisch zu
   einer Plittelebene derart geteilt wird, dass auf jeder Seite der Mittelebene (16) die Realctorkernzonen mindestens aus einem ersten (1 oder 2 oder 3) und einem zweiten (4- oder 5 oder 6) axial fluchtenden Teil bestehen, und die Brennelemente (19) derart hergestellt werden, dass das Material der ersten (20) zweiten (21) und dritten (22) Abschnitte

   ,- symmetrisch zu einer Mittelebene des Brennelementes angeordnet ist, und die Brennelemente in den Reaktοrkernzonen -:-und den Brutmänteln (11, 11.) derart angeordnet werden,

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   dass das Material des ersten (20)und zweiten (21) Abschnittes der Brennelemente in eine Stellung im ersten (1 oder 2 oder 3) bzw. zweiten (4 oder 5 oder 6) .axial fluchtenden Teil der Reaktorkernzonen kommt und das Material des dritten Abschnittes (22) des Brennelemente in eine Stellung in den Brutmänteln (11, 11) kommt. . '

   6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Brennelemente (19) derart weitergeschoben werden, dass Brennelemente in der äusseren Reaktorkernzone (3 und 6), nachdem sie einer Abbrandbestrahlung ausgesetzt,gewesen sind, entladen werden, um aufbereitet zu werden und derart wieder eingesetzt zu werden, dass das aus dem Reaktorkern (10) entnommene Plutonium das Plutonium im Material des zwiten Abschnitts (21) des Brennelementes bildet, und dass die in der Zwischenzone (2 und 5) des Reaktorkerns angeordneten Brennelemente in die äussere Reaktorkernzone (3 und 6) zum Zweck ihrer Abbrandbestrahlung bewegt werden und dass die-Brennelemente aus der Zentralzone (1 und 4) des Reaktorkerns in die Zwischenzone (2 und 5) des Reaktorkerns zum Zweck ihrer weiteren Abbrandbestrahlung verschoben werden und dass die derart hergestellen Brennelemente in die Zentralzone (1 und 4) des Reaktorkerns zu anfänglicher Abbrandbestrahlung eingeführt werden, wodurch die Brennelemente, die PuOp-UOp mit Plutonium mit einem isotopengehalt von weniger als 8% Pu-240 enthalten, anfänglich in die ersten Teile (1, 1) der zentralen Radialzone (1 und 4) des Reaktorkerns eingeführt werden und Plutonium mit einem Isotopengehalt von mehr als 25% Pu-240 in der äusseren Radialzone (3 und 6) des Reaktorkerns angeordnet wird, woraus sich eine erhebliche Verminderung des Kühlmittelblasenreaktivitatseffektes ergibt.

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   7· Verfahren nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, dass die Brennelemente (19.) derart weiter geschoben werden, dass Brennelemente, nachdem sie in der zentralen Radialzone (1 und 4) aus der Hehrzahl der Eadialzonen des Reaktorkernes (10) eine Zeit lang einer Abbrandbestrahlung ausgesetzt gewesen sind, nach äussen in die angrenzende Eadialzone (2 und 5) zum Zweck einer weiteren Abbrandbestrahlung bewegt werden und dass die Brennelemente in der äusseren Eadialzone (3 und 6), nachdem sie den angestrebten Abbrand erreicht haben, entladen werden, um aufbereitet zu werden und derart wieder eingesetzt zu werden, dass ess aus dem Reaktorkern (10) entnommene Plutonium das Plutonium im zweiten Abschnitt (21) des Brennelementes bildet, und dass ein neues Brennelement in die zentrale Radialzone (1 und 4) zu anfänglicher Abbrandbestrahlung eingeführt wird, wodurch Brennelemente anfänglich in die zentrale Radialzone eingeführt und aus der äusseren Radialzone entladen werden, wodurch der Kühlmittelblasenreaktivitätseffekt verbessert wirde

   8· Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Zentralbereich, der Zwischenbereich und der äussere Bereich des Reaktorkernes aus einer zentralen (1 und 4), einer Zwischen- (2 und 5) und einer äusseren (3 und 6) Radialzone des Reaktorkernes (1Ö) bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der zentralen,.Zwischen- und äusseren Radialzonen des Reaktorkerns symmetrisch zu einer Mittelebene (16) derart geteilt wird, dass die Reaktorkernzonen auf jeder Berte der Mittelebene des Reaktorkerns mindestens, aus einem ersten (1 oder 2 oder 3) und einem zweiten (4 oder 5 oder 6) Axialteil begehen, und die Brennelemente (19) derart hergestellt

   . werden, dass das Material des ersten (20), zweiten (21)

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   und dritten (22) Abschnitts der Brennelemente symmetrisch, au einer Mittelebene der Brennelemente derart angeordnet ist, dass die Brennelemente mindestens zwei Teile mit Material des ersten, zweiten und dritten Abschnitts der Brennelemente haben, und die Brennelemente in den Reaktorkerazonen und den axialen Brutmänteln (11, 11) derart angeordnet werden, dass das Material des ersten (20) und zweiten (21) Abschnitts auf ,jeder Seite der Mittel ebene der Brennelemente in den ersten (1, 2,

   k 3) bzw. zweiten (4-, 5» 6) Axialteilen der Reaktorkemzonen auf Jeder Seite der Mittelebene des Reaktorkerns angeordnet ist und das Material des dritten Abschnitts (22) auf jeder Seite der Mittelebene der Brennelemente in den aaaalen, an den Reaktorkern angrenzenden Brutnänteln (11, 11) angeordnet ist, wodurch der so festgelegte Vorgang des Weiterschiebens dafür sorgt, dass das Brennelementmateraä., das PuOp-UO^ mit Plutonium von weniger als Q% Pii-240 Isotopengehalt enthält, anfänglich in die ersten Teile (1, 1) der zentralen Radialzone des Reaktorkerns eingeführt wird, Plutonium mit einem Pu-240 Isotopengehalt von mehr als ungefähr 25% im wesentlichen in der ausseran Radialzone des

   ) Reaktorkerns gehalten wird und Plutonium mit einem

   Pu-240 Isotopengehalt, der zwischen dem in der _ zentralen und dem in der äusseren Radialzone liegt, in der Zwischen-Radialzone gehalten wird.

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