Brennelement

Die genaue chemische und physikalische Zusammensetzung und die technische Bauform eines Brennelements hängt davon ab, in welchem Reaktortyp es eingesetzt werden soll.

Bei Druckwasser- und Siedewasserreaktoren bestehen die Brennelemente aus gasdicht abgeschlossenen Rohren, in die der Kernbrennstoff in Form kleiner Pellets eingepresst wurde. Die Führungsrohre sind aus einer Zirconium-Legierung gefertigt und werden mittels einer Spinne fixiert. Zwischen Kernbrennstoff und Rohrmantel befindet sich ein Reservoir, das die bei der Kernspaltung freigesetzten gasförmigen Spaltstoffe aufnimmt. Während Druckwasserreaktoren i.d.R. 236 symmetrisch in 16er-Gruppen angeordnete Brennstäbe aufweisen, arbeiten Siedewasserreaktoren oft mit nur 64 Brennstäben.

In Hochtemperaturreaktoren werden die Brennelemente von temperaturfestem Keramikmaterial umgeben. Das Reservoir zwischen Kernbrennstoff und Keramikhülle besteht aus poröser Aktivkohle. Als Brennmaterial wird Uran-Thorium-Oxid eingesetzt, das kugelförmig in die Brennelement-Rohre eingelassen wird. Alternativ zu den Keramikrohren können die Brennelemente in Hochtemperaturreaktoren auch kugelförmig mit einer Graphitschicht versehen konstruiert werden.

In Schwerwasserreaktoren werden die Brennelemente konzentrisch angeordnet, so dass sie einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Als Brennmaterial wird natürliches, nicht angereichertes Uran verwendet.

Brennelemente können nur so lange Kernspaltungsreaktionen auslösen und damit Energie produzieren, bis sie abgebrannt oder verbraucht sind und ausgetauscht werden müssen. Ein abgebranntes Brennelement ist weiterhin radioaktiv und wird so lange im Abklingbecken des Kernkraftwerks gelagert, bis die Radioaktivität so weit abgeklungen ist, das eine Weiterverarbeitung möglich ist. Als Alternative zu einer Wiederaufarbeitung in einer speziellen Anlage ist eine Endlagerung der Brennstäbe möglich.