AbstractAbstract
[en] With a perfect crystal camera, ultra small-angle scattering measurements were performed to investigate the internal diffusion process of tin inside a superconducting multi-filament wire caused by a temperature treatment. Commercially available Nb3Sn superconducting multi-filament wires were treated at 700 C with varying ageing times up to 144 h. A theoretical model taking into account the geometrical form, the size distribution, the interference term and the multiple scattering has been developed to understand and to describe the small angle diffraction pattern. Additionally, the diffusion of H and D into the filament wires was used to vary the scattering length density inside the wires. The results show a direct relationship between the different technological treatments and the characteristic small-angle scattering parameters, like Guinier radius and small-angle scattering probability. (orig.)
[de]
Mit einem Doppelkristallspektrometer wurden Ultra Kleinwinkelstreumessungen durchgefuehrt, um den durch eine Temperaturbehandlung verursachten internen Diffusionsprozess von Zinn im Inneren von supraleitenden Multifilament-Draehten zu studieren. Die kommerziell erhaeltlichen Nb3Sn-Supraleiter wurden bei einer Temperatur von 700 C und einer Zeitdauer von bis zu 144 h waermebehandelt. Durch ein Modell, das die spezielle geometrische Struktur, die Groessenverteilung, den Interferenzterm und die Mehrfachstreuung beruecksichtigt, konnte die Kleinwinkelstreuung von einem solchen System beschrieben werden. Zusaetzlich wurden die H- und D-Diffusion benuetzt, um die Streulaengendichte innerhalb der Draehte zu veraendern. Die Resultate zeigen den direkten Zusammenhang zwischen den verschiedenen technologischen Behandlungen und den charakteristischen Parametern der Kleinwinkelstreuung, wie Guinier-Radius und Kleinwinkelstreuwahrscheinlichkeit. (orig.)Secondary Subject
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AbstractAbstract
[en] The experiment was performed on the test loop (HRTL-5), which simulates the geometry and system design of a 5 MW nuclear heating reactor. In a wide range of inlet subcoolings different flow features, such as single phase stable flow, subcooled boiling stable flow, subcooled boiling static flow excursion, density wave oscillation and stable two phase flow in the natural circulation system have been described. The phenomenon and mechanism of static flow excursion, which has never been studied well in this field, is especially interpreted. The experimental results show that static flow excursion exists under certain inlet subcooling condition, in which only subcooled boiling occurs in the heated section. In the process of flow excursion the mass flow rate and the inlet temperature decreases, while the exit temperature increases smoothly. As the process of excursion continues for about 1 hour, bubbles enter in the flow channel resulting in short period dynamic flow oscillation which can only be seen in the process of this static flow excursion and has also never be studied well. These static and dynamic flow instabilities combine for about 2 hours. Then a point is reached, at which the static flow excursion stops, but the dynamic flow oscillation continues. The study of flow excursion and its concerned dynamic flow oscillation is of great significance for the development of nuclear heating reactor under natural circulation. (orig.)
[de]
Das Experiment wurde an der Testschleife (HRTL-5) durchgefuehrt, die Geometrie und Systemauslegung eines 5 MW-Heizreaktors nachbildet. In einem weiten Bereich unterkuehlter Zustroemung werden verschiedene Stroemungsparameter, wie z.B. stationaere Einphasenstroemung, stationaere Stroemung mit unterkuehltem Blasensieden, statische Durchsatzschwankung mit unterkuehltem Blasensieden, wellenfoermige Dichteschwankungen und stationaere Zweiphasenstroemung im Naturumlauf beschrieben. Phaenomen und Mechanismus der statischen Durchsatzschwankungen, welche bisher niemals grundlegend untersucht wurden, werden im einzelnen interpretiert. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass statische Durchsatzschwankungen bei bestimmter unterkuehlter Zustroemung dann auftreten, wenn es im Aufheizbereich zu unterkuehltem Blasensieden kommt. Bei diesem Schwankungsprozess nehmen Durchsatz und Eingangstemperatur des Kuehlmittels ab, waehrend die Ausgangstemperatur leicht ansteigt. Wenn dieser Schwankungsvorgang etwa eine Stunde andauert, treten Blasen in den Stroemungskanal ein, die in kurzer Zeit zu dynamischen Durchflussschwingungen fuehren. Diese koennen nur bei den beschriebenen statischen Durchsatzschwankungen auftreten und sind bisher ebenfalls nicht im Detail untersucht worden. Diese statischen und dynamischen Durchsatzinstabilitaeten ueberlagern sich und dauern etwa zwei Stunden lang an. Dann wird ein Punkt erreicht, bei dem die statischen Durchsatzschwankungen aufhoeren, waehrend die dynamischen Durchflussschwingungen andauern. Die Untersuchung der Durchsatzschwankungen und der zugehoerigen dynamischen Durchflussschwingungen ist von erheblicher Bedeutung fuer die Entwicklung nuklearer Heizreaktoren mit Naturumlauf des Kuehlmittels. (orig.)Primary Subject
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AbstractAbstract
[en] The condensation in horizontal tubes plays an important role e.g. for the determination of the operation mode of horizontal steam generators of VVER reactors or passive safety systems for the next generation of nuclear power plants. Two different approaches (HOTKON and KONWAR) for modeling this process have been undertaken by Forschungszentrum Juelich (FZJ) and University for Applied Sciences Zittau/Goerlitz (HTWS) and implemented into the 1D-thermohydraulic code ATHLET, which is developed by the Gesellschaft fuer Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH for the analysis of anticipated and abnormal transients in light water reactors. Although the improvements of the condensation models are developed for different applications (VVER steam generators - emergency condenser of the SWR1000) with strongly different operation conditions (e.g. the temperature difference over the tube wall in HORUS is up to 30 K and in NOKO up to 250 K, the heat flux density in HORUS is up to 40 kW/m2 and in NOKO up to 1 GW/m2) both models are now compared and assessed by Forschungszentrum Rossendorf FZR e.V. Therefore, post test calculations of selected HORUS experiments were performed with ATHLET/KONWAR and compared to existing ATHLET and ATHLET/HOTKON calculations of HTWS. It can be seen that the calculations with the extension KONWAR as well as HOTKON improve significantly the agreement between computational and experimental data. (orig.)
[de]
Die Kondensation in waagerechten Rohren spielt u.a. bei der Bestimmung des Betriebsverhaltens von Dampferzeugern in WWER Reaktoren sowie passiven Sicherheitssystemen von zukuenftigen Reaktorkonzepten eine bedeutende Rolle. Zur Modellierung dieses Vorgangs wurden seitens der Hochschule fuer Technik, Wirtschaft und Sozialwesen Zittau/Goerlitz (HTWS) sowie der Forschungszentrum Juelich GmbH umfangreiche Erweiterungen des Kondensationsmodells in ATHLET durchgefuehrt. ATHLET ist ein 1D-Thermohydraulikprogrammsystem, das von der Gesellschaft fuer Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH mit der Zielsetzung entwickelt wird, das gesamte Spektrum von Kuehlmittelverluststoerfaellen und Transienten in Leichtwasserreaktoren mit einem Code nachrechnen zu koennen. Die beiden Modellerweiterungen (HOTKON und KONWAR) wurden jeweils fuer extrem unterschiedliche Anwendungsfaelle (liegende Dampferzeuger von WWER Reaktoren, Notkondensator des SWR1000) entwickelt und validiert. Die maximale treibende Temperaturdifferenz bei den WWER Dampferzeugerrohren liegt bei 30 K, die max. Waermestromdichte von 40 kW/m2. Die entsprechenden Werte fuer die Notkondensatorrohre liegen bei 250 K und 1 GW/m2. Beide Erweiterungen des Kondensationsmodells wurden nun seitens des Forschungszentrum Rossendorf verglichen und bewertet. Hierzu wurden ausgewaehlte HORUS-Experimente nachgerechnet und die Ergebnisse untereinander, mit der Originalversion von ATHLET und den experimentellen Daten verglichen. Hierbei zeigt sich eine deutlich bessere Ueberstimmung zwischen den experimentellen Daten und den Nachrechnungen mit den erweiterten Kondensationsmodellen als mit den Rechnungen der Originalversion von ATHLET. (orig.)Primary Subject
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AbstractAbstract
[en] The calculation of fission product yields for reactions induced by intermediate energy particles have been performed with the help of the Fong statistical model and different approaches for nuclear level density calculations. The Fermi-gas model, the generalized superfluid model and an approximate approach were applied to obtain the nuclear level densities of fission fragments. It is shown that the approaches disregarding the attenuation of the shell effects in nuclei with increasing excitation energy do not describe the experimental fission product yields in an appropriate way. A new phenomenological approach has therefore been proposed for fission product yield calculations in the intermediate energy region of primary particles. The predictions of the approach are in a good agreement with available experimental data. (orig.)
[de]
Die Berechnung von Spaltproduktausbeuten fuer Reaktionen, die durch Teilchen mittlerer Energie ausgeloest werden, wurde durchgefuehrt mit Hilfe des statistischen Modells von Fong und verschiedenen Ansaetzen zur Berechnung der Kernniveaudichte. Das Fermi-Gas-Modell, das allgemeine Superfluessigkeitsmodell und Naeherungsverfahren wurden angewendet, um Kernniveaudichten von Spaltprodukten zu berechnen. Es wird gezeigt, dass die Ansaetze, die die Schwaechung der Schaleneffekte im Kern mit wachsender Anregungsenergie vernachlaessigen, die experimentellen Spaltproduktausbeuten nicht in geeigneter Weise beschreiben. Deshalb wird ein neuer phaenomenologischer Ansatz fuer die Berechnung von Spaltproduktausbeuten im mittleren Energiebereich der Primaerteilchen vorgeschlagen. Die Vorhersagen dieses Ansatzes stimmen mit den experimentellen Daten gut ueberein. (orig.)Primary Subject
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AbstractAbstract
[en] The first part of this work describes a methodology used to estimate the risk of melt water interaction for in-vessel scenarios. After presenting the available information for the admissible mechanical upper head impact energy and for the available thermal energy for the EPR several inherent limitations are discussed for transferring the available thermal energy into mechanical energy and to transport it up to the upper head. Finally a strategy is elaborated to apply the state of the art melt-water interaction analysis using the IVA5 computer code and, in addition, to estimate the maximum energy which can be transferred into mechanical energy. The strategy elaborated in Part 1 will then be applied in Part 2 for practical estimation of the risk of 4 selected scenarios for in-vessel meltwater interaction. (orig.)
[de]
Im ersten Teil dieser Arbeit wird eine Methodik zur Abschaetzung des Risikos der Schmelze-Wasser-Wechselwirkung fuer In-Vessel-Szenarien beschrieben. Zuerst wird die vorhandene Information fuer die erlaubte mechanische Energie, die vom Reaktordeckel abgetragen werden kann und fuer die verfuegbare thermische Energie fuer den Europaeischen Druckwasserreaktor dargestellt. Danach wird eine Vielzahl von inhaerenten Begrenzungen fuer die Umwandlung der vorhandenen thermischen in mechanische Energie und deren Transport zum Reaktordeckel diskutiert. Abschliessend wird eine Strategie entwickelt, um den heutigen Kenntnisstand bei der Schmelze-Wasser-Wechselwirkungsanalyse zu nutzen. Dazu wird das Computerprogramm IVA5 eingesetzt und mit einer zusaetzlichen Abschaetzung der maximalen Energie, die in mechanische Energie umgewandelt werden kann, kombiniert. Die in Teil 1 entwickelte Strategie wird dann in Teil 2 angewandt. (orig.)Primary Subject
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AbstractAbstract
[en] Starting with the basic non-linear partial differential equation for the autocatalytic propagation process of a burn-up wave into fertile material it is shown that the shapes of the neutron fluence and the neutron flux solitons can be identified in a zeroth approximation as a Gudermannian and a reciprocal catenary, respectively, and that this type of wave propagation is 'dissipation-poor'. Furthermore, the collision of two burn-up waves was studied by means of the corresponding two-solition solutions resulting in a good-natured nuclear quenching process which is an important safety point of view when toroidal fast soliton reactor configurations are considered. (orig.)
[de]
Ausgehend von der nicht-linearen partiellen Differentialgleichung, die die autokatalytische Ausbreitung einer Abbrandwelle im unendlichen Medium beschreibt, wird gezeigt, dass die Gestalt eines Neutronenfluenz- und Neutronenfluss-Solitons in nullter Naeherung einer Gudermann'schen Funktion beziehunsweise einer reziproken Kettenlinie entspricht und dass diese Art der Wellenfortpflanzung 'dissipationsarm' ist. Weiterhin wird die Kollision von aufeinanderzulaufenden Abbrandwellen mittels der dazugehoerenden Zwei-Solitonenloesungen studiert, wobei ein gutartiger nuklearer Ausloeschprozess resultiert, der im Falle von toroidalen Reaktorkonfigurationen ein wichtiger Sicherheitsaspekt darstellt. (orig.)Primary Subject
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AbstractAbstract
[en] A high-order nodal method of correcting the conventional coarse-mesh group diffusion equations in hexagonal-z geometry is presented. Correction coefficients modify the coarse-mesh fluxes and diffusion coefficients in the leakage terms of the neutron balance equations. The analytical expressions for the correction coefficients are derived by consideration of the local balance diffusion equation in the sub-node of the coarse-mesh hexagonal node. A functional presentation of the spatial flux distribution within the sub-node is used. The described correction technique is applied in a new version of the coarse-mesh few-group diffusion code HEXAB-3D. Solution of VVER-1000 benchmark problems and a comparison to reference data is presented. (orig.)
[de]
Es wird eine Nodalisierungsmethode hoeherer Ordnung zur Korrektur der herkoemmlichen Grobgitter-Gruppendiffusionsgleichungen in hexagonal-z-Geometrie beschrieben. Korrekturkoeffizienten werden auf Grobgitter-Flusswerte und Diffusionskoeffizienten in den Verlustthemen der Neutronenbilanzgleichungen angewandt. Die analytischen Ausdruecke fuer die Korrekturkoeffizienten werden durch Betrachtung der lokalen Diffusionsbilanzgleichungen im Untergitter der grobmaschigen hexagonalen Nodalisierung abgleitet. Eine funktionale Darstellung der raeumlichen Flussverteilung auf dem Untergitter wird verwendet. Das beschriebene Korrekturverfahren wird in einer neuen Version des grobgittrigen Weniggruppen-Diffusioncodes HEXAB-3D angewendet. Es werden Loesungen fuer das WWER-1000 Benchmark-Problem und ein Vergleich mit Referenzdaten aufgezeigt. (orig.)Primary Subject
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AbstractAbstract
[en] It is well known from early reactor physics textbooks that fission products, especially xenon 135, have an important impact on fission reactor operation. An excess reactivity must be provided to compensate the reactivity loss due to this highly absorbing isotope and power oscillations must be suppressed by the control system. In the actual paper it is shown that in a magnetically confined fusion reactor the helium emerging from deuterium-tritium reactions will have an impact on reactor operation. It is necessary to provide additional auxiliary heating. Furthermore, it is shown that under certain circumstances in the initial phase of the plasma discharge oscillations of power and temperature are possible. Such oscillations have to be suppressed by a control system. The analogies in fission and fusion systems with respect to reaction products are discussed. (orig.)
[de]
Es ist bereits aus den ersten Lehrbuechern der Reaktorphysik bekannt, dass Spaltprodukte, insbesondere das Xenon-135, einen wichtigen Einfluss auf den Betrieb von Reaktoren haben. Es muss Ueberschussreaktivitaet bereitgestellt werden, um den Reaktivitaetsverlust durch dieses stark absorbierende Isotop zu kompensieren, und Leistungsschwingungen muessen durch ein Regelungssystem unterdrueckt werden. Im vorliegenden Artikel wird gezeigt, dass in einem auf Magneteinschluss basierenden Fusionsreaktor das aus den Deuterium-Tritium-Reaktionen resultierende Helium ebenfalls einen starken Einfluss auf den Betrieb haben wird. Es muss zusaetzliche Hilfsheizung bereitgestellt werden. Weiters koennen unter bestimmten Umstaenden in der Anfangsphase der Plasmaentladung Leistungsschwingungen entstehen, die durch eine Regelung unterdrueckt werden muessen. Die Analogien von Fissions- und Fusionssystemen im Hinblick auf Reaktionsprodukte werden diskutiert. (orig.)Primary Subject
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