BRENNELEMENT

Brennelement,

 

Brennstoffelement, Kerntechnik: in großer Anzahl in den Reaktorkern eines Kernreaktors eingebrachte säulen-, block-, stab- oder kugelförmige Betriebsmittel, die den Kernbrennstoff in umschlossener Form enthalten. Die gasdichte Umschließung des Kernbrennstoffes (Brennstoffhülle) schützt den Brennstoff vor Korrosion und Erosion durch das Kühlmittel und verhindert das Entweichen der aus dem Brennstoff diffundierenden gasförmigen oder leichtflüchtigen Spaltprodukte.Bei Leicht- und Schwerwasserreaktoren, schnellen Brütern, aber auch einigen gasgekühlten Reaktoren bestehen die vertikal angeordneten Brennelemente aus gebündelten, gasdicht abgeschlossenen Brennstäben (Brennstoffstäben) in Form von Metallrohren (Brennstoffhüllrohre) aus Zircaloy, einer Zirkonlegierung, oder Edelstahl, die einen Außendurchmesser von etwa 8 bis 14 mm haben und den Kernbrennstoff in Form von aufeinander liegenden keramischen Brennstofftabletten (Pellets) enthalten. Die Brennelemente bestehen außerdem aus zusammenhaltenden Kopf- und Fußstücken sowie mehreren Abstandshaltern und enthalten bei Druckwasserreaktoren mehrere Führungsrohre für die Steuerstäbe.

 

Ein übliches Brennelement für einen modernen Druckwasserreaktor besteht z. B. aus 300 Brennstäben mit einem Außendurchmesser von 9,5 mm und 24 Führungsrohren, die in einem quadratischen Gitter von 18 × 18 Positionen angeordnet sind. Die Kantenlänge der quadratischen Anordnung beträgt etwa 23 cm, die Gesamtlänge des Brennelements etwa 4,8 m, davon bilden etwa 3,9 m die Brennstoff führende Zone der Pellets in den Hüllrohren der Brennstäbe. Jedes Brennelement enthält etwa 530 kg Urandioxid als Kernbrennstoff bei einem Gesamtgewicht von etwa 840 kg. - Bei gasgekühlten und graphitmoderierten Kernreaktoren älterer Bauart sind die Brennelemente, die in die vertikalen Kühlkanäle des aus Graphitblöcken aufgebauten Reaktorkerns eingesetzt werden, als Brennstäbe (Magnox-Reaktor) oder als Brennstabbündel (AGR, advanced gas cooled reactor) ausgeführt, bei gasgekühlten Hochtemperaturreaktoren als Graphitblöcke oder -kugeln mit eingelagerten Kernbrennstoffteilchen. Der Reaktorkern setzt sich in diesem Fall aus den Brennelementblöcken zusammen oder bildet eine lose Kugelschüttung (Kugelhaufenreaktor). - Bei dem in Deutschland entwickelten Kugelhaufenreaktor werden Brennelementkugeln von 6 cm Durchmesser aus Graphit eingesetzt, in denen der Kernbrennstoff in Form kleiner beschichteter Teilchen (Coated particles) in eine Graphitmasse eingebettet ist. Diese Brennstoffkügelchen aus Urandioxid oder Urancarbid von etwa 0,5 bis 0,7 mm Durchmesser werden durch eine fest auf den Brennstoff aufgebrachte Brennstoffhülle aus schichtweise abgeschiedenem porösem Graphit, Siliciumcarbid und, außen liegend, hochdichtem, hartem Graphit gasdicht abgeschlossen; sie werden - etwa 30 000 - in eine Graphitmatrix eingebettet, die ihrerseits zum Schutz gegen Abrieb und mechanischen Beschädigungen von einer 0,5 cm dicken homogenen und brennstofffreien Graphitschale umgeben ist. Ein Kugelhaufenreaktor mittlerer Leistung enthält über 500 000 Brennelementkugeln.

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Brennelemente und Wiederaufbereitung

 

Brennelemente: Transport und Zwischenlagerung