DE1559292A1

DE1559292A1 - Vorgespannter Beton-Druckbehaelter,insbesondere fuer Kernreaktoren und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1559292A1
Application number: DE1965U0011796
Authority: DE
Inventors: Frederick Sage
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1964-06-17
Filing date: 1965-06-10
Publication date: 1969-10-02
Also published as: US3355357A; FR1439398A; GB1106078A

Description

United Kingdom Atomic Energy Authority, Patents Branch, TT - 12, Char le a II Street, London S W 1, En g 1 a n'-d

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr, 25003/64 vom 17. Juni 1964 beansprucht

Vorgespannter Beton-Druokbehälter, insbesondere für Kernreaktoren und Verfahren zu seiner Herstellung·. · ■ λ .

Die.Erfindung bezieht sich auf vorgespannte Beton-Druckbehälter, insbesondere auf Behälter zur Verwendung bei. nuklearen Einrichtungen oder Anlagen. Unter dem Ausdruck "vorgespannter Beton-Druckbehälter" ist ein Betonbehälter zu verstehen, der ganz oder teilweise durch Drähte oder Kabel umspannt ist, die unter

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Spannung gesetzt werden, damit Druckbeanspruchungen in dem Aufbau entstehen und dadurch Zugbeanspruchungen, die durch Gas- oder Flüssigkeitsdruck im Inneren des Behälters auftreten, ganz oder teilweise aufgehoben werden. Die Drähte oder Kabel können unter Spannung gesetzt werden, bevor der Behälter dem Innendruck ausgesetzt wird, und nach der Unterdrucksetzung noch weiter gespannt werden.

k Eine zweckmäßige Form für einen Beton-Druckbehälter, der den Reaktorkern und in manchen Fällen außerdem (bei sogenannten Integralreaktoren) Kernreaktor-Heizkessel enthält, ist die Zylinderform, und es ist wirtschaftlich günstig, wen.i die Enden eines derartigen Behälters als Platten oder Tafeln ausgebildet sind, die den Durchmesser des Zylinders überspannen bzw. über-r decken. Derartige Platten müssen die Querlast des Inneadrucks durch ihre Widerstandskraft gegenüber- Verbiegungen und/oder ihre Festigkeit als Dome bei Kompression tragen. Desnalb müssen die Platten genügend stark vorgespannt werden, damit die durch Verbiegunsen oder durch Doinwirkun^en infolge des Innendrucks entstehenden Zugbeanspruchungen aufgehoben werden.

Das Vorspannen von Behälterenden wird gewöhnlich durch entsprechende Drähte, Kabel oder Litzen erreiche, die durch jedes Behälterende hindurchführen und/oder den Außenumfang des jeweiligen Endes umfassen und eine nach innen wirkende Kraft ausüben.

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it, daß die Wirkungen von Innendrücken aufgehoben werden, und das Erfordernis, daß übermäßige Beanspruchungen vermieden werden müssen, wenn kein Innendruck vorliegt, d„ho wenn der Reaktor von seinem Druck befreit ist, sind schwer miteinander vereinbar»

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Aufbaus, der die Enden eines zylindrischen oder anderen länglichen Beton-Druckbehälters umfaßt, welcher gegen Kräfte verstrebt ist, die durch den Innendruck entstehen, sowie die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Erzielung einer derartigen Verstrebung,

Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau, der -einen zylindrischen oder sonstigen länglichen Beton-Druckbehälter aufweist und dessen Enden gegen Kräfte verstrebt sind, die durch einen Innendruck entstehen, ist die Verstrebung durch eine längliche Vorrichtung erzielt, welche Zugbelastungen widerstehen kann und sich so in dem Druckbehälter befindet, daß sie sich zwischen den Enden desselben erstreckt, sowie durch eine Vorrichtung zum Verankern der Enden dieser länglichen Vorrichtung an den !Jeweiligen Enden des Druckbehälters, so daß die Behältererifen

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miteinander verbunden sind und dadurch Vorspannkräfte entstehen, die dem Innendruck des Behälters entgegenstehen.

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Wewn. der Behälter zylindrisch ausgebildet ist, dann kann die. längliche Vorrichtung eine Kabelvorrichtung aufweisen, die Zugbelastungen tragen kann und sich koaxial zur Längsachse des Behälters erstreckt; eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Anzahl von Kabeln, die Zugbelastung tragende Charakteristiken haben, symmetrisch in Längsrichtung des Behälters in diesem anzuordnen. Wenn der Aufbau einen Teil einer Kernreaktoreinrichtung bildet und der Behälter zylindrisch ist, und wenn eine ringförmige Abschirmungswand vorgesehen ist, um den Reaktorkern von Kesseln zu trennen, die ringförmig um den Reaktorkern herum angeordnet sind, wobei sich sowohl der Kern als auch die Wärmeaustauscher innerhalb des Behälters befinden, sind die Kabel zweckmäßig so angeordnet, daß sie sich durch längsverlaufende Öffnungen in der Abschirmungswand erstrecken und mit gleichen Abständen um diese herum angeordnet sind, und zwar mit oder ohne axial angeordnete Kabelvorrichtung, wie vorstehend erwähnt.

Die Vorspannungskabelvorrichtung ist im Betrieb der Neutronenbestrahlung ausgesetzt und führt durch Räume erhöhter Temperaturen hindurch; die Erfahrung zeigt zwar, daß die Auswirkungen der Neutronenbestrahlung nicht allzu schwerwiegend sein können; aber die Wirkung der erhöhten Temperatur könnte die Kabelvorrichtung zum Ausdehnen bringen und außerdem die

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Kriech-Gefähr erhöhen, was eine Verringerung der Vorspannungskraf t in der Kabelvorrichtung zur Folge hat. Diese Schwierigkeit kann auf zwei Wegen bzw. Möglichkeiten überwunden werden: einmal durch Kühlen der Kabe!vorrichtung und zum anderen durch Vorsehen von Mitteln, die fortlaufend und automatisch die Ausdehnung der Kabelvorrichtung kompensieren.

Die Erfindung soll nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt

S¹Ig. 1 einen senkrechten Mittelschnitt, der eine der

erfindungsgemäßen Bauarten veranschaulicht, Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch ein Einzelteil von Mg. 1,
Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt, der eine andere

erfindungsgemäße Bauweise veranschaulicht, während Fig. 4 einen senkrechten Mittelschnitt darstellt, der eine weitere erfindungsgemäße Bauart zeigt.

Gemäß den ^iguren 1 und 2 ist ein Kernreaktor-Betondruckbehälter 1 zylindrisch, hat Enden 2 in flacher Plattenform und enthält einen Reaktorkern 3. Die Enden 2 sind durch ein Kabel 4 miteinander verbunden, das aus einem einzigen dioken Draht oder Stab (z.B. mit einem Durohmesser von 1 t/4 Zoll

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(oa. 36 mm)) oder, wie gezeigt, einem aus Litzen bestehenden Drahtseil von gleichem oder größerem Durchmesser bestehen kann, das sich in Längsrichtung axial durch den Behälter 1 hindurch erstreckt und in einem druckdichten Rohr 5 angeordnet ist. Das Rohr 5 tritt frei durch Öffnungen 6 in den Enden 2 des Behälters und ist von Außenfläche zu Außenfläche der Enden 2 durchgehend. Außerdem erstreckt sich das Rohr 5 durch einen axialen Kanal 7 im Reaktorkern 3. Um den Innendruck des Behälters 1 festzuhalten und gleichzeitig Axialbewegungen des Rohrs 5 zu ermöglichen, sind Mittel, die aus einem flexiblen Balgen 8 bestehen können und in Pig. 2 veranschaulicht sind, an der Außenfläche jedes Endes 2 angebracht, wobei die Balgen 8 und die Enden des Rohres 5 in einer Kammer 9 untergebracht sind, die an dem entsprechenden Behälterende 2 angebracht ist, wobei die obere Endkammer 9 eine Auslaßöffnung 10 und die untere Endkammer eine Einlaßöffnung aufweist (die beiden letzteren sind in i*ig. 2 nicht gezeigt). Die Innenfläche des Rohrs 5 ist mit Wärmeisolierungsmaterial 11 ausgekleidet, so daß das Kabel 4 durch einen Luftstrom gekühlt werden kann, der bei der Einlaßöffnung der Unteren Endkammer hineingeschickt wird und an der Auslaßöffung 10 der oberen Endkammer 9 austritt. Vorspannkräfte werden in dem Kabel 4 auf die übliche Art und Weise durch Winden und Verankern /jacicing and anchoring/ beispielsweise wie bei 12 in Fig. 2 gezeigt) gegen die Außenfläche der Endkammern an den jeweiligen Behälterenden erzeugt.

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Gemäß Fig. 3 ist die "Bauweise etwa die gleiche wie die gemäß 5¹Ig. 1, mit dem-Unterscheid, daß. die Vorrichtung zur Behandlung der Schwierigkeit der Ausdehnung des Kabels anders als die anhand von Fig. 2.beschriebene' ist. Die Befestigung des Kabels 4 an den Enden 2 des Behälters" 1 ist mit Hilfe einer Ankervorrichtung 16 hergestellt, die sich an beiden Enden des Behälters 1 befindet und unabhängig von der Ausdehnung des Kabels-4 eine entsprechende Kraft in ihm aufrechterhält. Das Kabel 4 führt durch eine Hülle 13, die eine relative Ausdehnung oder Zusammenziehung ermöglicht und lose über einen rohrförmigen Zapfen 14 paßt, der an einer Auskleidung 15 für nede Öffnung 6 in ,iedem Behälterende 2 gebildet ist; die Hülle 13 ist daher nicht gasdicht, so daß der. Innendruck in dem Behälter T zum Inneren der Hülle 13 übermittelt wird und über -den rohrförmigen Zapfen 14 zu beiden Ankervorrichtungen

16 gelangt. Beide Vorrichtungen 16 weisen einen flexiblen Balgen 1-7 auf, dessen unteres Endeluber einen Flansch 18 der Auskleidung 15 abgedichtet ist, wobei die letztere mit einer Einlage 19 für den Behälter 1 abgedichtet ist. Arn oberen, Ende des Balgen

17 ist eine kräftige Membran 20 befestigt, mit der das Kabel 4, wie z.B. bei 21y verankert ist. Ein lösbarer druckdichter Deckel 22 isb an der Membran 20 befestigt.

Es ist ersichtlich, daß die Ankervorrichtung 16 an beiden Enden des Behälters sieherstellt, daß eine Kraft, die von

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einem Innendruck herrührt und auf beide Membranen 20 wirkt, in dem Kabel 4 erzeugt wird, die gleich dem Innendruck in dem Behälter ist, welcher auf einen Bereich wirkt, der durch den Umfang des Balgen 17 begrenzt ist minus die Nettofläohe des Kabels 4, während eine Gegenkraft auf jedes Behälterende 2 erzeugt wird, die gleich dem Innendruck in dem Behälter ist, welcher auf die Fläche wik^rt, die von dem Umfang des Balgen 17 begrenzt ist,

" minus die Fläche, die von dem Innenumfang der Auskleidung 15 begrenzt ist. Die genannte Kraft und Gegenkraft sind nahezu gleich, •und ihre Größe kann durch die richtige Wahl der Abmessungen geregelt werden, von denen der Durchmesser der Balgen 17 die wichtigste ist. So läßt sich die Größe der resultierenden Kraft, die auf das Kabel 4 wirkt, derart steuern, daß die Vorspannkräfte, die seitlich durch das Kabel 4 auf die Enden 2 des Betonbehälters 1 wirken, stets genau dem Innendruck des Behälters gemäß sind, so daß eine weitgehend selbstausgleichende Wirkung erze]Llt

! werden kann. Außerdem wird die Ausdehnung des Kabels 4 automatisch aufgenommen, so lange sie nicht die zulässige Ausdehnung der Balgen 17 übersteigt. Wenn dies auftreten sollte, wird der Behälter 1 vom Druck befreit, der Deckel 22 von der oberen Vorrichtung 16 abgenommen, welche normalerweise leichter zugänglich ist als die untere VoMchtung, und Unterlegecheiben werden zwischen die Membran 20 und die Verankerung 21 des Kabels gelegt, um die übermäßige Ausdehnung aufzunehmen. Das Kabel 4

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kann auch, wenn dies notwendig sein sollte, durch die Zugangsmöglichkeit, die durch daa Wegnehmen des Deckels von jeder Vorrichtung 16 geschaffen ist, ersetzt werden.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Bauweise weist der Beton-Druckbehälter 1 außer seinen Enden 2 noch eine ^Äingwand auf, die den Heaktorkern 3 von einer ^ingkammer 24 (oder einer Anzahl von teilweise ringförmigen Kammern) trennt, in der sich Kessel 25 und Gasumlaufpumpen (die nioht gezeigt sind) befinden. Die Wand 23 kann zum Unterbringen mehrerer Rohre verwendet werden, die sich in Längsdurchführungen 26 befinden, welche symmetrisch um die Wand 23 herum angeordnet sind. Das Verstreben der Behälterenden 2, wie es anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben ist, wird mit Hilfe der Rohre 5 bewirkt, undjdie Kabel 4 werden, wie beschrieben, luftgekühlt. Dies bringt den zusätzlichen Vorteil mit sich, daß die Kühlung des Betons der Wand 23 unterstützt wird. Vorzugweise ist außerdem eine axiale Verstrebungsverbindung vorgesehen, welche entweder wie anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben (wie in Fig. 4 gezeigt) sein kann oder eo_p wie es anhand der Figuren 1 und 3 beschrieben ist.

Bei allen beschriebenen Ausführungebeispielen der Erfindung wird daa Entweichen von Neutronen oder eine

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Bestrahlung von dem Behälter 1 her durch die Durchtritte 6, die für die Vorapannungskabel 4 erforderlich sind, durch daa Vorhandensein der Kabel 4 stark hintanbehälten, die die Durchtritte weitgehend aasfüllen. Wenn erforderlich, kann eine weitere Abschirmung (die nicht gezeigt ist) außen angebracht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindun^sgemäße Aufbau schaffen eine einfache und wirtschaftliche Möglichkeit zur Vorspannung der Enden eines Beton-Druokbehälters und können inabesondere noch^eitere Einsparungen an Material und Arbeit zur Folge haben, da ohne weiteres flache Enden anstelle von gewölbten verwendet werden können. Die Erfindung iat jedoch ingleicher Weise auch bei Bauarten mit gewölbten Enden anwendbar.

A>ie Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Aufbau, der einen zylindrischen oder sonstigen länglichen Beton-Druokbehälter aufweist, und dessen Enden gegen Kräfte verstrebt sind, die durch einen Innendruck entstehen, dadurch gekennzeichnet ₉ daß die Verstrebung durch eine längliche Vorr-ichtung erzielt ist₉ welche Zugbelastungen widerstehen kann und sich so in dem Druckbehälter befindet, daß sie sich zwischen den Enden desselben erstreckt, sowie durch eine Vorrichtung zum Verankern der Enden diese-r länglichen Vorrichtung an den Enden des Druckbehälters_Ρ so daß die Behälterenden miteinander verbunden sind und dadurch Vorspannkräfte entstehen, die dem Innendruck des Behälters entgegenstehen.

2„ Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter zylindrisch ist und die längliche Vorrichtung eine Kabelvorrichtung mit einer eine Zugbelastung tragenden Fähigkeit aufweist und koaxial zur Längeachee dee Behälters angeordnet ist«

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3. Aufbau nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längliohe Vorrichtung mehrere Kabel mit einer eine Zugbelastung aufnehmenden Fähigkeit aufweist, die sich in Längsrichtung innerhalb des Behälters erstrecken und symmetrisch, in diesem angeordnet sind.

4. Kernreaktoranlage mit einem Aufbau nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dr.ß der Druckbehälter !zylindrisch ist und den Reaktorkern und Wärmetauscher enthält, daß eine ring-

* förmige Abschirmwand in dem Behälter vorgesehen ist, um den Reaktorkern und die Wärmetauscher zu trennen, wobei letztere ringförmig um den Reaktorkern herum angeordnet sind, und daß die Kabel so angeordnet sind, daß sie sich durch Längsoff-,mangen in der Abschirmwand im gleichen Abstand um diese herum erstrecken.

5. Kernreaktoranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine die Zugbelastung tragende Kabelvorrichtung vorgesehen ist, die koaxial zur Längsachse des Druckbehälters angeordnet ist.

6. Kernreaktoranlage mit einem Aufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rakelvorrichtung mit einer Vorrichtung versehen ist, um die Wirkungen zu verhindern, die son.-t auftreten würden, wenn die Ka be !vorrichtung erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird.

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7. Kernreaktoranlage nach Anspruch 6, daduroh gekennzeichnet» daß. die "genannte Vorrichtung zum Vermeidender Wirkungen, die durch die Aussetzung der Rakelvorrichtung an erhöhte Temperaturen auftreten, Mittel zum Kühlen der Kabelvorriohtung in den Zonen, wo sie den erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist, aufweist,

8. Kernreaktoranlage nach einem der Ansrüehe 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Vermeiden der Wirkungen, die durch das Aussetzen der Kabelvorriehtung an erhöhte Temperatur auftreten, Mittel zum kontinuierlioiien und automatischen Ausgleichen der Ausdehnung der Rakelvorrichtung infolge der Wirkung von erhöhten Temperaturen aufweisen.

9. Kernreaktoranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich vorgesehene Rakelvorrichtung mit Mitteln zum Vermeiden der Auswirkungen, die durch das Aussetzen der Rakelvorrichtung an erhöhte Temperaturen auftreten, versehen ist.

10. Verfahren zum Verstreben der Enden eines zylindrischen oder anderen länglichen Beton-Druckbehälters gegen Kräfte_f die durch den Innendruck entstehen,dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des BehaSfeers eine Kabelvorrichtung verankert wird, di© sich durch den Behälter hinduroh von einem

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Ende zum anderen erstreckt und dazu dient, Vorspannkräfte zu liefern, die den Kräften entgegenwirken, welche durch den Innendruck in dem Behälter entstehen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelvorrichtung gekühlt wird, um die Auswirkungen

^ zu verhindern, die auftreten, wenn die Kabelvorrichtung hohen Temperaturen ausgesetzt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelvorriohtung eine kontinuierlicheiund automatische Kompensation der Wärmeausdehnung der Kabelvorriohtune·» wenn sie den Wirkungen einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, übermittelt wird.

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PATENTANWALT

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT

Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen (Weitf.), Postfach325

Be

An das

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Filialen Siegen u. Oberhäuten (RhId.]

München 2 Zweibrückenstr. 12

Scho
65 061

9. Juni 1965

Betr.s Patent- und Gebrauchsmuster-Hilfs-Anmeldung der

UNITED KINGDOM ATOMIC ENERGY AUTHORITY, 11, Charles II Streets, London, S.Ιοί, vom heutigen Tage, mit dem Titels

"Vorgespannter Beton-Druckbehälter, insbesondere für Kernreaktoren, und Verfahren zu seiner Herstellung"

(Priorität? Großbritannien, Kr₀ 25003/64- vom 17.6.1964)

In der Anlage wird in doppelter Ausfertigung ein überarbeiteter Patentanspruch 1 überreicht, wobei es in das Ermessen des Herrn Prüfers gestellt wird,, den überarbeiteten Hauptarispruch entweder anstelle des Patentanspruchs 1, der ebenso wie die eingereichte Anmeldungsbeschreibung eine möglichst genau Übersetzung der englischen Ursprungsfassung ist, oder neben den dieser Fassung entsprechenden eingereichten Anmeldungsunterlagen der Prüfung zu Grunde zu legen= Der überarbeitete Hauptanspruch soll dabei lediglich der Klarstellung der Erfindung dienen und nicht im Sinne einer Einschränkung ausgelegt werden.

Anlage;

1 überarbeiteter Hauptanspruch.

Für die/Anmelderin:

W!ng^E. Schubert) Patentanwalt

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PATENTANWALT 1

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT I

Telegramm-Adr.! Patschub, Siegen Postscheckkonten: Köln 106931, Essen 203 62 Bankkonten: Deutsche Bank AG.,

Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

Postfach 325 1 φ

65 061 I/Kb 9. Juni

Überarbeiteter Patentanspruch 1

Vorgespannter Beton-Druckbehälter, insbesondere für Kernreaktoren, der einen zylindrischen oder sonstigen länglichen Beton-Druckbehälter aufweist und dessen Enden gegen Kräfte verstrebt sind, die durch einen Innendruck entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstrebung alsfLängliche Vorrichtung (4) ausgebildet ist, welche Zugbelastungen zu widerstehen vermag und sich so in dem Druckbehälter (1) befindet, daß sie sich zwischen den Enden (2) desselben erstreckt, sowie als eine Vorrichtung (12) zum Verankern der Enden dieser länglichen Vorrichtung an den Enden des Druckbehälters, so daß die Behälterenden miteinander verbunden sind und dadurch Vorspannkräfte entstehen, die dem Innendruck des Behälters entgegengesetzt sind.

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