Qucosa – Hemholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
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Joint Project: Migration of Actinides in the System Clay, Humic Substance, Aquifer - Migration Behavior of Actinides (Uranium, Neptunium) in Clays: Characterization and Quantification of the Influence of Humic Substances (Final Report BMWi Project No.: 02 E 9673)
Get PDFObjective of this project was the study of interaction processes between humic substances, U(VI), Np(V) and kaolinite KGa-1b. It contributed to the attainment of a better process understanding, the improvement of the knowledge on the interaction of humic substances and metal ions and the enhancement of the thermodynamic database. With a synthetic humic acid (HA), N-containing functional groups of HA were characterized by 15N-NMR spectroscopy. Based on these results, model studies of the influence of amino groups on the complexation behavior of HA were performed. Spectroscopic studies with amino acids show that the amino group do not contribute to the U(VI) complexation at pH 4. The impact of kaolinite on the formation of HA and humic substance-kaolinite-sorbates was studied in model syntheses. The results exhibit that the presence of kaolinite during the syntheses mainly influences the yields on HA and their elemental compositions. Synthetic humic substance-kaolinite-sorbates were isolated. Under exclusion of CO2, the U(VI) complexation by HA was investigated at pH 7 by means of the conventional time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy (TRLFS) and TRLFS with ultrafast pulses. Complexation parameters for the ternary complex UO2(OH)HA(I) were determined. Studies of the Np(V) reduction in presence of HA with different functionalities under anaerobic conditions have shown that Np(V) is reduced to Np(IV) by HA. The redox capacity depends on the HA functionality. Applying a modified HA it was verified that phenolic/acidic OH groups play a dominating role in the Np(V) reduction. The influence of HA on the U(VI) and Np(V) sorption onto kaolinite was investigated in batch experiments. In dependence on the experimental conditions, HA effects the sorption and consequently the mobility of U(VI) and Np(V). From studies of the U(VI) sorption onto synthetic humic substance-kaolinite-sorbates it was concluded that the structure and functionality of sorbed/associated humic substances considerably influence the sorption behavior of U(VI). The structure of U(VI)-kaolinite-surface complexes in presence of HA was studied by means of X-ray absorption spectroscopy and TRLFS and compared to those of U(VI)-kaolinite-complexes. Investigations of the migration of HA and U(VI) in the laboratory system kaolinite-water were carried out in diffusion experiments. The migration of HA in compacted clay is governed by diffusion and influenced by its colloidal properties. Humic substances exert an immobilizing effect on the U(VI) transport in compacted kaolinite
COVERS WP4 Benchmark 1 Fracture mechanical analysis of a thermal shock scenario for a VVER-440 RPV
Get PDFThis paper describes the analytical work done by modelling and evaluating a thermal shock in a WWER-440 reactor pressure vessel due to an emergency case. An axial oriented semielliptical underclad/surface crack is assumed to be located in the core weld line. Threedimensional finite element models are used to compute the global transient temperature and stress-strain fields. By using a three-dimensional submodel, which includes the crack, the local crack stress-strain field is obtained. With a subsequent postprocessing using the j-integral technique the stress intensity factors KI along the crack front are obtained. The results for the underclad and surface crack are provided and compared, together with a critical discussion of the VERLIFE code
Mikrostrukurelle Mechanismen der Strahlenversprödung
Get PDFGegenstand des Vorhabens im Rahmen der WTZ mit Russland ist die Versprödung des Reaktordruckbehälters infolge der Strahlenbelastung mit schnellen Neutronen im kernnahen Bereich. Um den Einfluss von bestrahlungsinduzierten Gitterdefekten auf die mechanischen Eigenschaften zu ermitteln, wurden analytische Berechnungen zum Einfluss von Hindernissen auf die Beweglichkeit von Versetzungen und damit auf die Ausbildung einer plastischen Zone an der Rissspitze durchgeführt. Es wird demonstriert, dass sich die an der Rissspitze entstehenden Versetzungen an dem Hindernis (bestrahlungsinduzierte Punktdefekte) aufstauen. In Abhängigkeit der Rissbelastung KI und der Entfernung des Hindernisses von der Rissspitze werden die Versetzungsdichte und das durch den Versetzungsstau verursachte Spannungsfeld berechnet. Mit Hilfe von Experimenten zur Neutronenkleinwinkelstreuung (SANS - small angle neutron scattering) an verschiedenen WWER-Stählen und Modelllegierungen wurden Größenverteilungen und die Volumenanteile der strahleninduzierten Defekte für verschiedene Bestrahlungszustände (Fluenzen, Bestrahlungstemperaturen) ermittelt. Es wurde gezeigt, dass sich die strahleninduzierte Werkstoffschädigung durch Wärmebehandlung weitgehend wieder ausheilen lässt. Nach der thermischen Ausheilung ist der Werkstoff bei erneuter Bestrahlung weniger anfällig für strahleninduzierte Defekte. Die Ergebnisse der SANS-Untersuchungen wurden mit der Änderung der mechanischen Eigenschaften (Härte, Streckgrenze und Sprödbruchübergangstemperatur) korreliert. Mit der kinetischen Gitter-Monte-Carlo-Methode wurden numerische Sensitivitätsstudien zum Einfluss des Cu-Gehalts auf die Stabilität von Defekt-Clustern durchgeführt. Die Berechnungen zeigen, dass die Anwesenheit von Cu-Atomen zur Bildung von langlebigen Defekten führt. Dabei werden Leerstellen in Cu/Leerstellen-Cluster eingefangen. Leerstellen in reinem Eisen sind bei Bestrahlungstemperaturen von 270 °C dagegen nicht stabil, die Lebensdauer liegt zwischen 0.01 s und 1 s. Die kritische Cu-Konzentration, ab welcher stabile Defekte entstehen, beträgt ca. 0.1 Masseprozent
Untersuchung des Verhaltens von freigesetztem Isolationsmaterial in einer Kühlmittelströmung (Kühlmittelströmung mit Feststoffpartikeln) - Modellentwicklung
Get PDFDie CFD-Modellierung des Fasertransports wurde auf der Basis des Euler/Euler-Ansatzes untersucht. Die Nachbildung des Transportverhaltens der Partikel erfordert die korrekte Beschreibung des Impulsaustausches. Hierfür liefert die Auswertung der Sinkgeschwindigkeiten aus den Experimenten am Versuchsstand "Säule" die notwendigen Informationen. Über die Vorgabe von Partikeldichte und Partikeldurchmesser kann die Sinkgeschwindigkeit nachgebildet und der Partikeltransport adäquat modelliert werden. Beispielsimulationen einer partikelbeladenen Strömung im Versuchsstand "Ringkanal" lieferten plausible Resultate. Das Anlagerungs- bzw. Abtragungsverhalten der Partikel an Hindernissen (z. B. Wehren) wurde über die Modellierung einer vom Feststoffanteil abhängigen Viskosität simuliert. Dieser Zusammenhang wurde an die Ergebnisse der Experimente im Ringkanal angepasst. Erste Demonstrationsrechnungen zur Beschreibung des Partikeltransportes an Hindernissen ergaben plausible Resultate. In anderen Beispielen zeigte die Parametervariation einer feststoffabhängigen Viskosität jedoch einen zu geringen Einfluss auf die berechneten Ablagerungsmengen, um die experimentellen Befunde zu reproduzieren. Es wurde ein Modell des Differenzdruckaufbaus aus den Kompaktierungseigenschaften der auf dem Sieb abgelagerten Fasern entwickelt und an Experimenten justiert. Damit steht neben den in der Literatur veröffentlichten Korrelationen ein weiteres Verfahren zur Berechnung des Differenzdrucks zur Verfügung. In einer Machbarkeitsstudie wurde die Wirkung eines Siebes auf das Strömungsfeld unter Nutzung des Modellansatzes des porösen Körpers in CFX-4.4 implementiert. Das implementierte Modell liefert qualitativ plausible Resultate
Untersuchungen zum Flüssigkeits-Holdup und zur Flüssigkeitsverweilzeit in Schüttungen mittels Röntgenradiographie und Gammatomographie
Get PDFZusammenfassung Es wurden Verweilzeituntersuchungen und Gasverteilungsmessungen an einer senkrecht mit Wasser durchströmten kiesbefüllten Säule mit vier intermediären Eisengranulatschichten durchgeführt. Zur Messung der Verweilzeitspektren wurde in die Zuleitung der Säule ein 60 ml Bolus BaCl2-Lösung (1,4 mol/l) eingespeist. Der Eintrittszeitpunkt des Bolus an der Säule wurde mittels einer direkt am Eintrittstutzen angebrachten Leitfähigkeitsnadelsonde erfasst. Der Durchgang des Tracerbolus durch verschiedene Messebenen wurde mittels Gammadurchstrahlung aufgezeichnet. Aus dem Schwächungssignal lassen sich Verweilzeitspektren direkt ableiten. Zur Bestimmung der Verweilzeit bzw. der mittleren Strömungsgeschwindigkeit in der Säule wurden zwei charakteristische Zeitpunkte des Verweilzeitspektrums verrechnet. Einmal der Frontzeitpunkt, der den erstmaligen Nachweis von Tracerflüssigkeit in der Messebene bezeichnet, sowie der Boluszeitpunkt, der durch die maximale Tracerkonzentration in der Messebene gegeben ist. Der gammadensitometrische Nachweis des Tracerbolus war aufgrund der starken axialen Dispersion nur in der unteren Hälfte der Säule möglich. Die Ergebnisse gaben keinen Hinweis auf größere gasbedingte hydraulische Obstruktionen in der Säule. Der Nachweis von Gaseinschlüssen bzw. die Darstellung der Gasverteilung in vier ausgewählten Messebenen wurde mit dem Verfahren der Gammastrahlungstomographie realisiert. Die Messebenen wurden jeweils mittig zwischen den Eisengranulatschichten gewählt. Bezüglich der Verteilung des Bariumtracers wurden keine nennenswerten Konzentrationsgradienten im Messquerschnitt gefunden, so dass von einer homogenen Durchströmung der Säule ausgegangen werden kann. Erkannt wurden Gaseinschlüsse besonders im peripheren Bereich des Säulenquerschnitts. Der globale Gasgehalt ist dabei kleiner als 5%
Aktuelle Themen der Reaktorsicherheitsforschung in Deutschland
Get PDFDie Veranstaltung widmete sich mit der Borverdünnung in Druckwasserreaktoren bzw. mit der Verstopfung der Sumpfansaugsiebe durch freigesetztes Isolationsmaterial schwerpunktmäßig zwei Themen der Reaktorsicherheit, die auch in aktuellen Aufsichtsverfahren eine Rolle spielen. Eingebettet in den internationalen Kontext wollten die Veranstalter die sicherheitstechnische Bedeutung dieser Themen für die deutschen Anlagen beleuchten und die Auswirkungen auf die zu erbringenden Sicherheitsnachweise und den Anlagenbetrieb darstellen. Dabei kamen Gutachter, Vertreter der Forschung, Hersteller und Betreiber gleichermaßen zu Wort. Der Fachtag sollte den Teilnehmern aber insbesondere vermitteln, welche Beiträge die privat und öffentlich finanzierte Reaktorsicherheitsforschung zur Aufklärung der jeweiligen Ereignisabläufe und ihrer sicherheitstechnischen Bedeutung geleistet hat. In diesem Forschungskontext spielen, auch international, die Methoden der so genannten Computational Fluid Dynamics (CFD) eine zunehmende Rolle. Deshalb widmete sich eine Sitzung den Grundlagen, Möglichkeiten und Grenzen von CFD-Methoden. Dabei wurden u.a. Anwendungen zur Borvermischung und zum Verhalten von Mineralwolle im Sumpf präsentiert
Thermohydraulische Modellierung der Kondensation von Dampf in einer unterkühlten Flüssigkeitsströmung
Get PDFNach einer kurzen technischen Beschreibung der Mehrzweck-Thermohydraulikversuchsanlage TOPFLOW und der verwendeten Messtechnik werden die theoretischen Grundlagen zur Modellierung der Kondensation von Dampf in einer Wasserströmung erläutert. Dabei gehen die Autoren besonders auf die Auswahl geeigneter Modelle zur Beschreibung des Wärmeübergangs und der Zwischenphasengrenzfläche im Druckbereich zwischen 10 und 65 bar detailliert ein. Außerdem werden verschiedene Drift-Flux-Modelle auf ihre Tauglichkeit anhand von experimentellen Daten geprüft. Da Veränderungen thermodynamischer und strömungstechnischer Parameter hauptsächlich in axialer Richtung stattfinden, wurden diese Modelle in einen eindimensionalen Code eingebettet, mit dem der Strömungsverlauf entlang einer vertikalen Rohrleitung mit einer Länge von 8 m und einem Nenndurchmesser von 200 mm berechnet werden kann. Anschließend werden Aufbau und Funktion dieses Programms vorgestellt. Nachfolgend vergleichen die Autoren experimentelle und berechnete Strömungsverläufe bei der Kondensation von Dampf sowohl in einer unterkühlten Wasserströmung als auch nahe der Siedetemperatur. Dabei wird der Einfluss wichtiger Randbedingungen, wie z.B. Druck oder Primärblasengröße, auf die Kondensationsintensität analysiert. Eine Einschätzung der Fehlerbanden für die experimentellen Daten, die verwendeten Gittersensoren und die numerische Simulation schließen den Bericht ab