Qucosa – Hemholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
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HeT-SiC-05International Topical Workshop on Heteroepitaxy of 3C-SiC on Silicon and its Application to Sensor DevicesApril 26 to May 1, 2005,Hotel Erbgericht Krippen / Germany- Selected Contributions -
Get PDFThis report collects selected outstanding scientific and technological results obtained within the frame of the European project "FLASiC" (Flash LAmp Supported Deposition of 3C-SiC) but also other work performed in adjacent fields. Goal of the project was the production of large-area epitaxial 3C-SiC layers grown on Si, where in an early stage of SiC deposition the SiC/Si interface is rigorously improved by energetic electromagnetic radiation from purpose-built flash lamp equipment developed at Forschungszentrum Rossendorf. Background of this work is the challenging task for areas like microelectronics, biotechnology, or biomedicine to meet the growing demands for high-quality electronic sensors to work at high temperatures and under extreme environmental conditions. First results in continuation of the project work – for example, the deposition of the topical semiconductor material zinc oxide (ZnO) on epitaxial 3C-SiC/Si layers – are reported too
Interaction of Actinides with the Predominant Indigenous Bacteria in Äspö Aquifer - Interactions of Selected Actinides U(VI), Cm(III), Np(V) and Pu(VI) with Desulfovibrio äspöensis
Get PDFSulfate-reducing bacteria (SRB) frequently occur in the deep granitic rock aquifers at the Äspö Hard Rock Laboratory (Äspö HRL), Sweden. The new SRB strain Desulfovibrio äspöensis could be iso-lated. The objective of this project was to explore the basic interaction mechanisms of uranium, curium, neptunium and plutonium with cells of D. äspöensis DSM 10631T. The cells of D. äspöensis were successfully cultivated under anaerobic conditions as well in an optimized bicarbonate-buffered mineral medium as on solid medium at 22 °C. To study the interaction of D. äspöensis with the actinides, the cells were grown to the mid-exponential phase (four days). The collected biomass was usually 1.0±0.2 gdry weight/L. The purity of the used bacterial cultures was verified using microscopic techniques and by applying the Amplified Ribosomal DNA Restriction Enzyme Analysis (ARDREA). The interaction experiments with the actinides showed that the cells are able to remove all four actinides from the surrounding solution. The amount of removed actinide and the interaction mechanism varied among the different actinides. The main U(VI) removal occurred after the first 24 h. The contact time, pH and [U(VI)]initial influence the U removal efficiency. The presence of uranium caused a damaging of the cell membranes. TEM revealed an accumulation of U inside the bacterial cell. D. äspöensis are able to form U(IV). A complex interaction mechanism takes place consisting of biosorption, bioreduction and bioaccumulation. Neptunium interacts in a similar way. The experimental findings are indicating a stronger interaction with uranium compared to neptunium. The results obtained with 242Pu indicate the ability of the cells of D. äspöensis to accumulate and to reduce Pu(VI) from a solution containing Pu(VI) and Pu(IV)-polymers. In the case of curium at a much lower metal concentration of 3x10-7 M, a pure biosorption of Cm(III) on the cell envelope forming an inner-sphere surface complex most likely with organic phosphate groups was detected. To summarize, the strength of the interaction of D. äspöensis with the selected actinides at pH 5 and actinide concentrations ≥10 mg/L ([Cm] 0.07 mg/L) follows the pattern: Cm > U > Pu >> Np
Methodenentwicklung zur Analyse von Störfallszenarien mit Frischdampfleck und Borverdünnung mit Hilfe des Codesystems ATHLET-DYN3D - Abschlussbericht Teil 2
Get PDFEs wurde ein Modell zur realistischen Beschreibung der Kühlmittelvermischung innerhalb des Reaktordruckbehälters von Druckwasserreaktoren in den gekoppelten Programmkomplex DYN3D/ATHLET implementiert. Diese Modell basiert auf dem Prinzip der linearen Superposition Dirac-Impuls-ähnlicher Störungen und kann für die Modellierung der Vermischung von Kühlmittel unterschiedlicher Temperatur und/oder unterschiedlicher Borsäurekonzentration eingesetzt werden. Der um das Vermischungsmodell erweiterte Programmkomplex DYN3D/ATHLET wurde für Analyse von Borverdünnungsstörfällen und Frischdampflecks angewandt. Für den Fall "Start der ersten Hauptkühlmittelpumpe bei Vorhandensein eines minderborierten Pfropfens im kalten Strang" zeigten die Ergebnisse der durchgeführten Parameterstudie, dass es selbst bei Annahme des maximal möglichen Pfropfenvolumens nicht zu einer Schädigung des Brennstoffes kommt. Mit den Analysen zu einem generischen Frischdampfleckszenario wurde die Anwendbarkeit des Programmkomplexes DYN3D/ATHLET auf die zweite Störfallklasse, in der die Kühlmittelvermischung eine wichtige Rollen spielt, demonstriert. Im Rahmen der Arbeiten zum Projekt wurde außerdem gezeigt, dass der Einfluss der turbulenten Schwankungen des Geschwindigkeitsfeldes innerhalb des Reaktordruckbehälters auf neutronenkinetische Parameter im Nominalbetrieb und unter Störfallbedingungen nicht zu vernachlässigen ist. A model for the realistic description of the coolant mixing inside the pressure vessel of pressurized water reactors was implemented into the coupled code complex DYN3D/ATHLET. This model is based on the linear superposition Dirac-pulse-like perturbations. The model can be applied to the mixing of coolant of different temperature and/or boron concentration. The coupled code complex DYN3D/ATHLET with the newly implemented model was applied to the analysis of boron dilution and steam line break accidents. The results of a parameter study for the case "Start-up of the first main coolant pump with a slug of lower borated water in the cold leg" have shown, that even under the conditions of the maximum slug volume there is no fuel damage. The applicability to the second class of accidents, where the coolant mixing has to be considered, was demonstrated by the analysis of a generic main steam line break scenario. Further it was shown, that the influence of turbulent fluctuations of the velocity inside the reactor pressure vessel during nominal and accident conditions on neutron-kinetic parameters cannot be neglected
Strömungsinstabilitäten bei Stoffübergang und chemischer Reaktion an der ebenen Grenzfläche zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten
Get PDFIn verfahrenstechnischen Anlagen der Flüssig-Flüssig-Stoffübertragung kommt es an der Phasengrenze zwischen den nicht mischbaren Flüssigphasen häufig zur Ausbildung hydrodynamischer Instabilitäten. Sie sind mit komplexen Geschwindigkeitsfeldern in den Flüssigphasen, insbesondere in den grenzschichtnahen Regionen verbunden und führen zu einem starken Anstieg der pro Zeiteinheit übertragenen Stoffmenge. Die Lösung der Diffusionsgleichung reicht in diesem Fall zur Vorausberechnung des für Auslegungszwecke bedeutsamen Stoffdurchgangskoeffizienten nicht mehr aus. Chemische Reaktionen stellen Quellen oder Senken von Wärme und Stoff dar, die das Auftreten von Instabilitäten begünstigen und die mathematische Beschreibung zusätzlich erschweren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden experimentelle und numerische Untersuchungen zum Flüssig-Flüssig-Stoffübergang in einem vertikalen Kapillarspalt durchgeführt. Reaktionsfreie Stoffübergänge und solche mit einer exothermen chemischen Reaktion an der Phasengrenze zeigten eine große Vielfalt von Konvektionsstrukturen, wie Rollzellen, Thermiken und das doppeldiffusive Fingerregime. Die Visualisierung der Transportvorgänge erfolgte durch das Schattenschlierenverfahren. Die Beobachtungen wurden hinsichtlich geometrischer Eigenschaften von Konvektionsstrukturen sowie deren zeitlicher Änderung ausgewertet. Dazu zählten insbesondere das Längenwachstum von Thermiken und horizontale Wellenlängen von Fingerstrukturen. Zur mathematischen Beschreibung der Phänomene im Kapillarspalt wurde ein Modell entwickelt, welches auf den gekoppelten, zweidimensionalen Transportgleichungen von Impuls, Wärme und Stoff beruht. Es berücksichtigt dichte- und grenzflächenspannungsgetriebene Instabilitätsmechanismen sowie die besonderen Durchströmungseigenschaften des Kapillarspalts. Die Phasengrenze wurde als eben angenommen. Die Lösung der Modellgleichungen erfolgt auf numerischem Wege durch ein Computerprogramm. Das Modell ist in der Lage, die beobachteten Instabilitätsphänomene qualitativ richtig wiederzugeben. Mit Hilfe von Simulationsrechnungen konnte der Mechanismus aufgeklärt werden, der zum schnelleren Rückgang des Stoffdurchgangskoeffizienten im Rollzellenregime der rein grenzflächenspannungsgetrieben Instabilität im Vergleich zum Vorgang mit überlagerter Dichtekonvektion führt. Des Weiteren gelang der Nachweis des doppeldiffusiven Fingerregimes beim Stoffübergang mit exothermer Grenzflächenreaktion. Die berechnete Erhöhung des Stoffdurchgangskoeffizienten stimmt mit Angaben in experimentellen Arbeiten anderer Autoren überein
The European project FLOMIX-R: Fluid mixing and flow distribution inthe reactor circuit - Final summary report
Get PDFThe project was aimed at describing the mixing phenomena relevant for both safety analysis, particularly in steam line break and boron dilution scenarios, and mixing phenomena of interest for economical operation and the structural integrity. Measurement data from a set of mixing experiments, gained by using advanced measurement techniques with enhanced resolution in time and space help to improve the basic understanding of turbulent mixing and to provide data for Computational Fluid Dynamics (CFD) code validation. Slug mixing tests simulating the start-up of the first main circulation pump are performed with two 1:5 scaled facilities: The Rossendorf coolant mixing model ROCOM and the VATTENFALL test facility, modelling a German Konvoi type and a Westinghouse type three-loop PWR, respectively. Additional data on slug mixing in a VVER-1000 type reactor gained at a 1:5 scaled metal mock-up at EDO Gidropress are provided. Experimental results on mixing of fluids with density differences obtained at ROCOM and the FORTUM PTS test facility are made available. Concerning mixing phenomena of interest for operational issues and thermal fatigue, flow distribution data available from commissioning tests (Sizewell-B for PWRs, Loviisa and Paks for VVERs) are used together with the data from the ROCOM facility as a basis for the flow distribution studies. The test matrix on flow distribution and steady state mixing performed at ROCOM comprises experiments with various combinations of running pumps and various mass flow rates in the working loops. Computational fluid dynamics calculations are accomplished for selected experiments with two different CFD codes (CFX-5, FLUENT). Best practice guidelines (BPG) are applied in all CFD work when choosing computational grid, time step, turbulence models, modelling of internal geometry, boundary conditions, numerical schemes and convergence criteria. The BPG contain a set of systematic procedures for quantifying and reducing numerical errors. The knowledge of these numerical errors is a prerequisite for the proper judgement of model errors. The strategy of code validation based on the BPG and a matrix of CFD code validation calculations have been elaborated. Besides of the benchmark cases, additional experiments were calculated by new partners and observers, joining the project later. Based on the "best practice solutions", conclusions on the applicability of CFD for turbulent mixing problems in PWR were drawn and recommendations on CFD modelling were given. The high importance of proper grid generation was outlined. In general, second order discretization schemes should be used to minimise numerical diffusion. First order schemes can provide physically wrong results. With optimised "production meshes" reasonable results were obtained, but due to the complex geometry of the flow domains, no fully grid independent solutions were achieved. Therefore, with respect to turbulence models, no final conclusions can be given. However, first order turbulence models like K-e or SST K-w are suitable for momentum driven slug mixing. For buoyancy driven mixing (PTS scenarios), Reynolds stress models provide better results
