Brennelement

Brennelemente sind wesentliche Bestandteile eines Kernreaktors und bilden zusammen mit den sonstigen Einbauten den so genannten Reaktorkern. Brennelemente enthalten das für die Energieerzeugung durch Kernspaltung notwendige Uran. Je nach Reaktortyp besitzen die Brennelemente unterschiedliche Form und Zusammensetzung:

Druckwasserreaktoren

Brennelemente für Druckwasserreaktoren bestehen aus einem Bündel einzelner Brennstäbe, zwischen denen außerdem Führungsrohre für die von oben eingeführten Steuerstäbe vorgesehen sind. Ein solches Brennelement kann z.B. aus 236 Brennstäben und 20 Steuerstabführungsrohren in 16x16-Anordnung bestehen. Die Steuerstäbe des Steuerelements werden durch eine Spinne zusammengehalten und sind über den Querschnitt des Brennelements verteilt. Die Hüllrohre der Brennstäbe bestehen aus der Zirkonium-Legierung Zirkaloy. Die Anreicherung des Brennstoffs beträgt etwa 3-4%.

Siedewasserreaktoren

Brennelemente für Siedewasserreaktoren bestehen ebenfalls aus einem Brennstabbündel, die Zahl der Brennstäbe pro Brennelement ist jedoch deutlich geringer (z.B. 63 Brennstäbe und ein sog. Wasserstab in 8x8-Anordnung). Ein das Brennelement umschließender Kasten aus Zirkaloy bildet den Kühlkanal. Die Kästen von jeweils mehreren Brennelementen bilden den Führungskanal für einen von unten kommenden kreuzförmigen Steuerstab. Die Hüllrohre der Brennstäbe bestehen ebenfalls aus Zirkaloy. Die Anreicherung des Brennstoffs entspricht etwa der bei Druckwasserreaktoren.

Hochtemperaturreaktoren

Die Brennelemente der inzwischen stillgelegten deutschen Hochtemperaturreaktoren in Jülich (AVR) und Hamm-Uentrop (THTR) bestanden aus Graphitkugeln von etwa 6 cm Durchmesser, in denen der Brennstoff in Form von vielen kleinen Kügelchen (»coated particles«) aus Uran-Thorium-Oxid eingelassen war. Der Brennstoff war hoch angereichert. Neben den kugelförmigen Brennelementen sind auch andere Typen gebräuchlich.

Schwerwasserreaktoren

Der Aufbau der Brennelementbündel für Schwerwasserreaktoren, z.B. vom kanadischen Typ CANDU, ist dem der Leichtwasserreaktor-Brennelemente ähnlich. Aus der Tatsache, dass sich die Brennelemente im Reaktor in zylindrischen Kühlkanälen befinden, ergibt sich der kreisförmige Querschnitt der Brennelementbündel mit konzentrischer Anordnung der Brennstäbe. Schwerwasserreaktoren können mit Uran natürlicher Isotopenzusammensetzung (keine Anreicherung erforderlich) werden.