Qucosa – Hemholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
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Large Eddy Simulations for Dispersed bubbly Flows
Get PDFIn this paper we present detailed Euler-Euler Large Eddy Simulations (LES) of dispersed bubbly flow in a rectangular bubble column. The motivation of this study is to investigate potential of this approach for the prediction of bubbly flows, in terms of mean quantities. The set of physical models describing the momentum exchange between the phases was chosen according to previous experiences of the authors. Experimental data, Euler-Lagrange LES and unsteady Euler-Euler Reynolds-Averaged Navier-Stokes model are used for comparison. It was found that the presented modelling combination provides good agreement with experimental data for the mean flow and liquid velocity fluctuations.
The energy spectrum made from the resolved velocity from Euler-Euler LES is presented and discussed
Langzeitspezifische Alterungseffekte in RDB-Stahl
Get PDFZiel des BMWi-Fördervorhabens 1501393 ist es, durch den Einsatz von Untersuchungsmethoden auf der nm-Skala einen Beitrag zur Aufklärung von Flusseffekten und von Late-Blooming-Effekten in bestrahlten RDB-Stählen zu leisten. Zur Untersuchung dieser Effekte wurde auf RDB-Stähle deutscher Reaktoren aus zwei bei der AREVA GmbH abgeschlossenen Vorhaben zurückgegriffen. Die Auswahl der Grundwerkstoffe und Schweißgüter erfolgte so, dass sich optimale Voraussetzungen für das Erreichen des Gesamtziels des Vorhabens ergeben. Die ausgewählten Untersuchungsmethoden umfassen mit der Neutronenkleinwinkelstreuung, der Atomsondentomographie und der Positronen-annihilationsspektroskopie solche Techniken, die die nm-skaligen bestrahlungsinduzierten Defekt-Fremdatom-Cluster bestmöglich und in komplementärer Weise zu detektieren und zu charakterisieren gestatten. Es wurde ein Flusseffekt auf die Größe der bestrahlungsinduzierten Fremdatomcluster, jedoch nicht auf den Volumenanteil und die mechanischen Eigenschaften gefunden. In einem Cu-armen RDB-Schweißgut wurde ein Late-Blooming-Effekt nachgewiesen, der sich in einem steilen Anstieg des Clustervolumenanteils und der Übergangstemperaturverschiebung nach einer Phase schwacher oder fehlender Zunahme niederschlägt.
The BMWi project 1501393 aimed at contributing to the clarification of flux effects and late blooming effects in irradiated RPV steels by means of experimental techniques of sensitivity at the nm scale. The investigation of these effects was focussed on RPV steels, both base metal and weld of German reactors selected according to the objectives of the present project from two previous projects performed at AREVA GmbH. The complementary techniques of small-angle neutron scattering, atom probe tomography and positron annihilation spectroscopy were applied to detect and characterize the irradiation-induced nm-scale defect-solute clusters. A flux effect on the size of the irradiation-induced clusters but no flux effect on both cluster volume fraction and mechanical properties was found. For a low-Cu RPV weld, a late blooming effect was observed, which results in a steep slope of both cluster volume fraction and transition temperature shift after an initial stage of small or no change
Advances in application of the limiting current technique for solid-liquid mass transfer investigations
Get PDFThe limiting current technique has widely been used to study liquid-solid mass transfer in various reactor configurations. In the present contribution several underlying physical aspects have been investigated in order to improve the design of mass transfer experiments. Experimentally, the significant influence of electrolyte composition and hydrodynamic conditions have been studied and quantified to ensure conditions of high reproducibility. In the course of single phase COMSOL simulations, different electrode configurations have been examined with emphasis on concentration fields and electric current distribution showing a large sensitivity of the experimental configuration on the absolute current values
Studie zur Partitionierung und Transmutation (P&T) hochradioaktiver Abfälle Stand der Grundlagen- und technologischen Forschung
Get PDFDas, dem Teilprojekt zu Grunde liegende, Gesamtprojekt gliederte sich in zwei Module: In Modul A (Förderung durch das BMWi, Federführung durch KIT) und Modul B (Förderung durch das BMBF, Federführung durch acatech). Projektpartner im Modul A waren DBE TECHNOLOGY GmbH, die Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit mbH (GRS), das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen zusammen mit dem Forschungszentrum Jülich (FZJ). Modul B wurde vom Zentrum für Interdisziplinäre Risiko- und Innovationsforschung der Universität Stuttgart (ZIRIUS) bearbeitet. Die Gesamtkoordination der beidem Module erfolgte durch die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (acatech). Auf Grundlage einer Analyse der wissenschaftlich-technischen Aspekte durch Modul A wurden die gesellschaftlichen Implikationen bewertet und daraus in Modul B Kommunikations- und Handlungsempfehlungen für die zukünftige Positionierung von P&T formuliert.
Im, vom HZDR koordinierten, Teilprojekt „Stand der Grundlagen- und technologischen Forschung“ wird eine Übersicht über den genannten Bereich gegeben. Eingeführt wird das Thema mit einer Kurzbeschreibung möglicher Reaktorsysteme für die Transmutation. Danach wird der Entwicklungsstand der Spezialbereiche Trennchemie, Sicherheitstechnologie, Beschleunigertechnologie Flüssigmetalltechnologie, Entwicklung von Spallationstargets, Transmutationsbrennstoffen und Werkstoffkonzepten sowie Konditionierung von Abfällen, beschrieben. Dies wird ergänzt durch Spezifika von Transmutationsanlagen beginnend bei physikalischen Grundlagen und Kerndesigns, über Reaktorphysik von Transmutationsanlagen, Simulationstools und die Entwicklung von Safety Approaches. Im Anschluss wird der Stand existierender Bestrahlungseinrichtungen mit schnellem Spektrum beschrieben. Nachfolgend werden basierend auf dem derzeitigen Stand von F&E die offenen Fragen und Forschungslücken in den einzelnen Teilbereichen – Wiederaufbereitung und Konditionierung, Beschleuniger und Spallationstarget, Reaktor – zusammengestellt und sowohl eine Strategie, als auch ein Fahrplan zur Schließung der Technology Gaps entwickelt.
Zusätzlich werden die Hauptbeiträge, des HZDR zur Gesamtstudie beschrieben. Dies sind insbesondere die Beschreibungen der Möglichkeiten und Grenzen von P&T, die Herausforderungen an Bestrahlungseinrichtungen zur Transmutation und deren Effektivität, sowie Sicherheitsmerkmale beschleuniger-getriebener unterkritischer Systeme inclusive grundlegender Störfallbetrachtungen und Sicherheitscharakteristik.The main project, where this sub project contributed to, has been structured into two modules: module A (funded by the federal ministry of economics, managed by KIT) and module B (funded by the federal ministry of education and research, managed by acatech). Partners in module A were DBE TECHNOLOGY GmbH, the Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit mbH (GRS), the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), the Karlsruher Institute of Technology (KIT) and the Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen, in co-operation with the Forschungszentrum Jülich (FZJ). Modul B has been executed by the Zentrum für Interdisziplinäre Risiko- und Innovationsforschung der Universität Stuttgart (ZIRIUS). The overall coordination has been carried out by the Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (acatech). The social implications have been evaluated in module B based on the analysis of the scientific and technological aspects in module A. Recommendations for communication and actions to be taken for the future positioning of P&T have been developed.
In the project part, coordinated by HZDR – status of R&D – an overview on the whole topic P&T is given. The topic is opened by a short description of reactor systems possible for transmutation. In the following the R&D status of separation technologies, safety technology, accelerator technology, liquid metal technology, spallation target development, transmutation fuel and structural material development, as well as waste conditioning is described. The topic is completed by the specifics of transmutation systems, the basic physics and core designs, the reactor physics, the simulation tools and the development of Safety Approaches. Additionally, the status of existing irradiation facilities with fast neutron spectrum is described. Based on the current R&D status, the research and technology gaps in the topics: separation and conditioning, accelerator and spallation target, and reactor are characterized and a strategy as well as a roadmap for closing these gaps has been developed.
In addition the major contributions of HZDR to the main project are described. The major parts are the description of the potential and the limits of P&T, the requirements and challenges for transmutation systems and the related efficiency, as well as the safety features of accelerator driven subcritical systems including the transient behavior and the safety characteristics
Photoaktivierung des p-Kerns Mo-92 am Bremsstrahlungsmessplatz von ELBE
Get PDFDie kosmische Nukleosynthese 35 protonenreicher stabiler Nuklide zwischen Selen und Blei kann nicht durch Neutroneneinfangprozesse erklärt werden. Es wird angenommen, dass diese Kerne in explosiven Szenarien, wie Supernova-Explosionen durch Protoneneinfang oder Photodesintegrationsprozesse, erzeugt werden, jedoch sind die solaren Häufigkeiten dieser sogenannten p-Kerne noch nicht verstanden. Der p-Kern mit der größten Isotopenhäufigkeit, 92Mo, wird in Nukleosynthese-Netzwerkrechnungen deutlich unterproduziert.
Eine mögliche Ursache könnten unpräzise Reaktionswirkungsquerschnitte sein, da die meisten Wirkungsquerschnitte nur aus Modellrechnungen bekannt sind. Daher war es naheliegend, die Photodesintegrationswirkungsquerschnitte von 92Mo mit der Methode der Photoaktivierung an der Strahlungsquelle ELBE im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf zu überprüfen.
Durch die hohe Intensität der Bremsstrahlung von bis zu 10^9 MeV^-1cm^-2s^-1 im Energiebereich bis zu 20 MeV konnten im Rahmen dieser Arbeit erstmals nicht nur die (γ,n)-, sondern auch die (γ,p)-Reaktionen an 92Mo bei astrophysikalisch relevanten Energien untersucht werden. Durch die Messungen an zwei Bestrahlungsplätzen konnten systematische Unsicherheiten reduziert werden. Insbesondere wurde eine präzise Bestimmung der Photonenfluenz vorgenommen: Am Kernphysikmessplatz erfolgte die Bestimmung mittels Kernresonanzfluoreszenz an 11B. Im Elektronenstrahlfänger wurde die Photodesintegrationsreaktion 197Au(γ,n) zur Normierung der Photonenfluenz verwendet, nachdem sie zuvor am Kernphysikmessplatz überprüft wurde.
Die Reaktion 92Mo(γ,n)91mMo, mit einer Halbwertszeit des Endkerns von 65 s, war dank einer Rohrpost zugänglich, mit der die Proben in weniger als 10 s von der Bestrahlungsstation zum Zerfallsmessplatz transportiert werden können. Die Messungen dieser Arbeit bestätigen im wesentlichen die Hauser-Feshbach-Modellrechnungen bezüglich der Photodesintegrationsreaktionen (γ,n) und (γ,p). Die Unterproduktion der Mo- und Ru-Isotope ist daher nicht erklärbar durch ungenaue Wirkungsquerschnitte. Zur Nukleosynthese dieser Kerne müssen andere astrophysikalische Prozesse, z.B. neutrinoinduzierte Reaktionen beitragen.
Die gemessenen Photoaktivierungsausbeuten haben eine hohe Empfindlichkeit auf die Photonenstärkefunktion. ÄAnderungen der Dipolriesenresonanzparameter wirken sich stärker auf berechnete Ausbeuten aus, als ÄAnderungen der Kernniveaudichte oder der Parameter des optischen Modells. Durch gleichzeitige Messung der Photodesintegration am Kern 100Mo konnten Unsicherheiten in der Normierung von Photoneutronenexperimentdaten aus der Positronenannihilation im Flug geklärt werden