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Für die Kernspaltung in Leichtwasserreaktoren wird heute fast ausschließlich Uran-235 verwendet. Es ist in dem in der Natur vorkommenden Uran mit einem Anteil von etwa 0,7 % enthalten und wird in dem sog. Kernbrennstoff auf 2 bis 3,5 % angereichert.
Die Stäbe haben z. B. bei den heute üblichen Siedewasserreaktoren eine Länge von ca. 4 m und einen äußeren Durchmesser von ca. 12,5 mm. Die Umhüllung besteht aus Zirkoloy (Zirkolonium-Legierung) . mit einer Wandstärke von 0,81 mm. Das Material der Brennstäbe soll den Kernbrennstoff von dem Kühlmittel des Primärkreislaufes trennen und außerdem verhindern, daß die bei der Kernspaltung entstehenden Spaltprodukte in das Kühlmittel gelangen. Weitere Anforderungen sind mechanische Festigkeit, Korrosions- und Hitzebeständigkeit sowie eine geringe Neutronenabsorption. Die aus Urandioxid (UO2) gepreßten, gesinterten und geschliffenen Pellets werden in das mit einer Endkappe verschlossene Rohr eingebracht. Eine Schraubenfeder drückt von oben auf die Pellets und hält sie in einer Säule fest zusammen. Dadurch wird gleichzeitig oberhalb des Kernbrennstoffes ein Raum für die bei der Kernspaltung entstehenden Edelgase geschaffen. Der Spaltgasraum verhindert somit ein unzulässiges Anwachsen des Gasdruckes im Brennstab bei einer sehr starken Erwärmung.
Eine größere Zahl von Brennstäben wird zu einem quadratischen Brennelement mit Hilfe von Abstandhaltern zusammengefaßt. Beim Kernkraftwerk Brunsbüttel sind 63 Brennstäbe in einem Element angeordnet. Insgesamt befinden sich bei diesem Kernreaktor 532 Brennelemente mit einer Gesamtmenge von 98 t Urandioxid im Reaktorkern. 113 Brennelemente werden hier jährlich ausgewechselt. Das als Kühlmittel und Moderator dienende Wasser strömt von unten an den durch die Kernspaltung erhitzten Brennstäben vorbei und führt somit die Wärme ab.
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