Brennelement (DWR)
Brennelemente enthalten den Kernbrennstoff, mit dem ein Kernkraftwerk betrieben wird. Je nach Reaktortyp unterscheiden sich Brennelemente in ihrem Aufbau.
Die Brennelemente von Druckwasserreaktoren (DWR) bestehen aus einem Traggerüst in das sogenannte Brennstäbe eingebaut sind. Je nach Brennelementtyp ist die Anzahl der Brennstäbe unterschiedlich. Da es sich um ein quadratisches Muster handelt geht es von 13 x 13 bis zu 18 x 18 – Anordnungen. Die Brennstäbe sind Rohre aus einer Zirkonlegierung von rund 10 Millimetern Außendurchmesser. In den Brennstäben befindet sich der Brennstoff Uran in Form von hitzebeständigen Tabletten (Pellets) aus Urandioxid. Der Anteil des spaltbaren Uran-235 kann bis zu fünf Gewichtsprozent betragen. Die Brennstäbe von sogenannten Mischoxid- oder MOX-Brennelementen enthalten neben Urandioxid zusätzlich Plutoniumdioxid als Spaltmaterial.
Das Traggerüst eines DWR-Brennelements besteht aus bis zu 24 Führungsrohren für die Steuerstäbe des Reaktors, dem Fuß- und Kopfstück und den Abstandshaltern. Das Traggerüst gibt dem Brennelement die mechanische Stabilität und dient der Handhabbarkeit und Befestigung im Reaktor. Ein solches DWR-Brennelement ist knapp fünf Meter lang und wiegt rund 800 Kilogramm. Im sogenannten Reaktorkern eines modernen DWR befinden sich knapp 200 Brennelemente. Der Einsatz der Brennelemente in Kernkraftwerken dauert in der Regel vier bis fünf Jahre.
Im Gegensatz zu neuen, noch nicht im Reaktor eingesetzten Brennelementen sind „bestrahlte“ bzw. ausgediente Brennelemente hochradioaktiv und wärmeentwickelnd. Nach dem Einsatz müssen sie zunächst in einem Abklingbecken im Kernkraftwerk zur ‚Nachkühlung‘ gelagert werden. Die Nachkühlzeit im Abklingbecken hängt von der Dauer des Reaktoreinsatzes ab. Sie beträgt heute rund fünf Jahre. Danach werden die Brennelemente in Deutschland in speziellen Behältern in Zwischenlagern bis zu ihrer Endlagerung aufbewahrt.