DE1804206A1 - Betaetigungsvorrichtung fuer fluessige Sicherheitsstaebe mit eine Membran aufweisendem Sammelbehaelter - Google Patents

Description

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Berlin, den 16. Oktober 1968

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM) Brüssel / Belgien

Betätigungsvorrichtung für flüssige Sicherheitsstäbe mit eine

Membran aufweisendem Sammelbehälter

Die Erfindung bezieht sich auf eine neuartige Betätigungsvorrichtung für flüssige Sicherheitsstäbe von Kernreaktoren, bei welcher die eine Neutronen stark absorbierende Substanz enthaltende ("vergiftete") Lösung im Alarmfalle mit Hilfe eines oder mehrerer hydropneumatischer Sammelbehälter mit Membran rasch in die Stäbe eingespritzt wird.

Diese Betätigungsvorrichtung für PlUssigkeitsstäbe umfasst einen Kreislauf für "vergiftete" Lösung, der (bei einem Alarmsignal) eine Schnelleinführung der Lösung in die aktive Zone des Reaktors und darauf gegebenenfalls einen Umlauf dieser Lösung beispielsweise in dem Falle ermöglicht, da sie dazu neigt, sich in der aktiven Zone des Reaktors zu erhitzen und zu zersetzen. Der Kreislauf für die "vergiftete" Lösung umfasst einen LB-

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sungsbehälter und eine Pumpe.

Die Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt ausserdem noch einen Reinigungskreislauf, der die Reinigung bestimmter Stäbe ermöglicht, während andere Stäbe in zum Gewährleisten eines Abschaltens des Reaktors ausreichender Zahl bleiben. Dieser Kreislauf umfasst ausserdem in bekannter Weise einen Behälter für Reinigungsflüssigkeit, einen Behälter für ReinigungsrUckstände und eine Pumpe. Eine ebenfalls bekannte Vorrichtung (beispielsweise ein oberer Sammelbehälter mit in ihn hineinragenden Stäben) ermöglicht die Reinigung bestimmter Stäbe während des Betriebes des Reaktors.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Sammelbehälter für vergiftete Lösung mit Membran, der in seinem unteren Teil die die "vergiftete" Lösung enthaltende Kammer aufweist, und durch einen Überlaufsammelbehälter, die beide unter dem Niveau der aktiven Zone des Behälters angeordnet und je an den unteren Sammelbehälter angeschlossen sind, wobei der Überlaufsammelbehälter mit einem AbfUhrrohr versehen ist, das in einer Höhe unmittelbar unter dem Niveau des Eintritts der Stäbe in die aktive Zone des Reaktors beginnt und in den darunter angeordneten Behälter für "vergiftete" Lösung einmündet, während die Gaskammer des Membran-Sammelbehälters über Ventile entweder an einen Einlass für Hochdruck-Antriebsgas oder an einen Bezugsniederdruck angeschlossen ist, an welchen die Atmosphären der anderen Behälter, des Überlaufsammelbehälters und des oberen Sammelbehälters angeschlossen sind.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann ausserdem einen Sammelbehälter mit Membran enthalten, der eine FlUssigkeitskammer in Form eines Kugelabschnitts und eine Gaskammer mit möglichst geringem Volumen besitzt, die aber eine gleiehraässige Verteilung des Drucks des Antriebgases auf die Membran ermöglicht, wobei an der Membran ausgebildete Rippen die Reproduzierbarkeit der Lage der Membran und folglich des gespeicherten Volumens gewährleisten, während die Membran in ihrer Mitte mit einer sie versteifenden Verstärkung versehen ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schema einer mit einem hydropneumatischen Sammelbehälter mit Membran von üblicher Bauart versehenen Variante der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Hydropneumatischen

Sammelbehälter mit Membran von verbesserter Bauart und

Fig. 3 das Schema einer mit dem Hydropneumatischen Sammelbehälter nach Fig. 2 versehenen Variante der Erfindung.

Ih den einzelnen Figuren sind die miteinander übereinstimmenden Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist die aktive Zone i des Reaktors von unten nach oben von Rohren, die das Neutronenabsorbens enthalten können, d.h.

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von flüssigen Sicherheitsstäben, durchragt, von welchen nur das Rohr 2 dargestellt ist. Die Rohre 2 sind unter dem Niveau der aktiven Zone 1 des Reaktors an einen oder mehrere untere Sammelbehälter 3 (nur einer dargestellt) und oberhalb der aktiven Zone an einen oberen Sammelbehälter k, beispielsweise von der Bauart mit in ihn hineinragenden Sicherheitsstäben, angeschlossen.

Der untere Sammelbehälter 3 ist über ein schnellwirkendes Ventil 7 an die Flüssigkeitskammer 8 eines hydropneumatischen Sammelbehälters 5 mit Membran 6 angeschlossen. Am Ausgang der Flüssigkeiiskaramer 8 kann sich noch ein Ventil 34 befinden, welches durch Berührung mit der Membran geschlossen werden kann. Der Sammelbehälter 5 ist so angeordnet, dass die Flüssigkeitskammer 8 unter der Gaskammer 9 liegt. Die Kammer 9 ist über ein Ventil 10 an eine druckbeaufschlagte Antriebsgasquelle Ii und über ein Ventil 12 an einen Bezugsniederdruck 13 angeschlossen.

Der untere Sammelbehälter 3 ist ausserdem über ein Ventil Ik an einen Überlaufbehälter 15 angeschlossen, der mit einem in einen Behälter 17 für "vergiftete" Lösung einmündenden Abführrohr 16 versehen ist; Die Einmündungsstelle des Abführrohrs 16 in den Überlaufsammelbehälter 15 befindet sich in einer Höhe 33 unmittelbar unterhalb der Höhe des Eintritts der Stäbe 2 in die aktive Zone des Reaktors. Die Flüssigkeitskammer 8 ist an den Behälter 17 über eine Leitung 18 angeschlossen, die zwischen der Kammer 8 und dem Ventil 7 beginnt und ein Ventil 19 enthält. Die Leitung 18 mündet in den Behälter 17 entweder über ein Ventil 20 oder über eine Pumpe 21 ein. Die ReproduzierbarUeit des Vo-

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lumens der Kammer 8 ist durch Überwachung des Druckes in der Kammer 9 gewährleistete

Der Reinigungskreislauf umfasst einen Behälter 22 für Reinigungsflüssigkeit und einen Behälter 23 für Reinigungsrückstände, Der Behälter 22 ist an den unteren Sammelbehältern 3 über eine Pumpe 2k und ein Ventil 25 angeschlossen. Der obere Sammelbehälter k ist über sein Abführrohr 26 und über ein Dreiwegventil 27-28-29 an den Behälter 23 (Weg 27-29) angeschlossen. Auch der untere Sammelbehälter 3 ist über ein Ventil 30 an den Behälter und über ein Ventil 31 an den Behälter 17 angeschlossen.

Die Atmosphären aller Behälter und des Überlaufsammelbehälters sind an einen Bezugsniederdruck 13 angeschlossen, wobei zwischen der aktiven Zone 1 und dem oberen Sammelbehälter k Vorrichtungen 32 für die hydrodynamische Bremsung der Lösung eingesetzt sein können.

Während des normalen Betriebes des Reaktors sind alle Ventile geschlossen ausser dem Ventil 34, dessen Schliessbewegung durch die Membran 6 bewirkt wird. Die Kammer 8 des Sammelbehälters 5 und die Stäbe 2 sind vorher bis zu dem Niveau 33 mit "vergifteter" Lösung gefüllt worden, während die Kammer 9 mit Antriebsgas gefüllt worden ist, das aus der Quelle 11 stammt, die dieses Antriebsgas mit einem Druck liefert, der von der Geschwindigkeit abhängig ist, die zum Einspritzen der vergifteten Lösung in die Stäbe erzielt werden soll.

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Im Falle eines Alarmsignals genügt das Öffnen des Ventils 7. Unter Einwirkung des Antriebsgases drückt die Membran 6 die Lösung rasch in die Stäbe 2 hinein, wobei sie , wenn sie ihre maximale Dehnung erreicht, das Ventil 3k schliesst. Zu diesem Zeitpunkt bleibt die "vergiftete" Lösung in den Stäben stehen. Sofern nach dieser Schnelleinführung ein Umlauf der "vergifteten" Lösung hergestellt werden soll, genügt das Öffnen des Ventils 19_f das Einschalten der Pumpe 21 und das Öffnen des Ventils 27-28-29 in Richtung 27-28.

Dabei wird die Lösung mit Hilfe der Pumpe 21 durch die Ventile 19 und 7» die Stäbe 2, den oberen Sammelbehälter k_t das Ventil 27-28-29 in Richtung 27-28 und zurück in ihren Behälter 17 gepumpt. Um den Sammelbehälter 5 erneut zu laden, und ihn für eine neue Einführung vorzubereiten, braucht er normalerweise nur

/mit
erneut'Flüssigkeit beschickt zu werden, da keine Gasverluste entstehen. Dazu genügt das Schliessen des Ventils 7 und das Öffnen des Ventils 19, während alle anderen Ventile geschlossen sind. Darauf wird die Pumpe 21 eingeschaltet, die die Lösung erneut in den Sammelbehälter 5 eindrückt. Sofern aus irgendeinem Grunde (beispielsweise zu einer Reparatur) die Gaskammer 9 drucklos gemacht worden war, muss sie vor dem erneuten Laden des Sammelbehälters 5 mit Flüssigkeit erneut mit Gas bei dem erforderlichen Druck, d.h. bei dem Druck beaufschlagt werden, der normalerweise nach einer Schnelleinführung der Stäbe in ihr herrscht.

Das Entleeren der in die Stäbe eingebrachten Flüssigkeit erfolgt.

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durch einfaches Öffnen des Ventils 14. Infolge der Schwerkraft sinkt die Lösung wieder in den Überlaufbehälter 15 und über die Rohrleitung 16 in ihren Behälter 17 zurück, wobei der Weg 28 des Ventils 27-28-29 gesperrt ist. Der Pegelstand in den Stäben stabilisiert sich also infolge einer Wirkung kommunizierender Gefässe bei 33.

Zum Durchführen der Reinigung der Rohre (Stäbe) 2 müssen die Ventile 3i und 20 geöffnet und alle anderen Ventile geschlossen gehalten werden, so dass sie entleert und die Lösung in ihrem Behälter 17 aufgefangen werden kann. Danach müssen die Ventile 31 und 20 geschlossen, das Ventil 25 und das Ventil 27-28-29 in Richtung 27-29 geöffnet sowie die Pumpe 2k eingeschaltet werden. Die aus dem Behälter 22 kommende Reinigungsflüssigkeit läuft durch den unteren Sammelbehälter 3, die Stäbe 2, den oberen Sammelbehälter k um und beendet ihren Weg in dem Behälter 23 für Reinigungsrückstände.Nach dem Reinigungsvorgang wird das Ventil 25 wieder geschlossen und das Ventil 30 geöffnet, so dass auch die letzten Rückstände abgeführt werden können.

Um die Stäbe 2 bis zu dem Niveau 33 wieder mit "vergifteter" Lösung zu füllen, muss nach ausschliesslichem Öffnen der Ventile 14 und 31 die Pumpe 21 eingeschaltet werden. Sobald der Pegelstand 33 erreicht ist, müssen sämtliche Ventile wieder geschlossen werden, worauf das System zu einer weiteren Schnelleinfiihrung bereit ist.

Hei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wirkt das die Eil-

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einführung der flüssigen Stäbe in die aktive Zone des Reaktors auslösende Ventil 7 auf die Lösung ein. Dies kann in bestimmten Fällen dazu führen, dass die Sicherheitsgarantien eines schnellen Arbeitens nicht gegeben sind, beispielsweise wenn die Lösung zu Ablagerungen oder Verkrustungen neigt. Auch können Probleme auf Grund der zur Herbeiführung der angestrebten Arbeitsweise notwendigezi hohen Vorverdichtungsdrücke entstehen. Die Verwendung des nur mit Flüssigkeit geladenen üblichen Membran-Sammelbehälters mit entspannter Membran, bei welchem beim Auftreten eines Alarmsignals eine Einspritzung unter hohem Druck stehenden Gases erfolgt, ist eine wenig zufriedenstellende Lösung.

Bei der plötzlichen Einführung der Stäbe würde der Zufluss von unter hohem Druck stehendem Antriebsgas nämlich eine unregeluiässige Spannung der Membran herbeiführen, in welcher Flüssigkeitstaschen eingeschlossen bleiben könnten, die in der Membran starke örtliche Spannungen entstehen lassen, welche leicht zu ihrem Bruch führen können.

Bei den die Behebung der vorerwähnten Mangel und Nachteile ermöglichenden verschiedenen Systemen ist die Verwendung von Sammelbehältern entweder der bereits bekannten "transfer-barrier"-Samme!behälter oder einer anhand von Fig. 2 beschriebenen neuartigen Bauart von Sammelbehältern möglich.

Bei diesem Sammelbehälter hat die untere Wand 35 seiner Flüssigkeitskammer 8 die Form eines Kugelabschnitts, was zur Folge hat, dass das Verhältnis Gewicht/Volumen auf ein Mindestmass reduziert

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wird.

An der Oberseite des Sammelbehälters angeordnete Hippen 36 dienen der Membran 6 als oberer Anschlag, wenn das Volumen der Fliissigkeitskammer aui seinen Maximalwert gebracht worden ist (bei mit Flüssigkeit geladenem Sammelbehälter). Diese Rippen 36 gewährleisten unter diesen Bedingungen die Reproduzierbarkeit des Volumens der Kammer 8, d.h. der einzubringenden Flüssigkeit. Die Membran 6 hat solche Abmessungen, dass sie selbst bei unterster Stellung (bei leerem Sammelbehälter) niemals gespannt ist.

Die Membran weist in ihrem Mittelabschnitt eine Verstärkung 37 auf, die verhindern soll, dass sie in ihrer Mitte unter der Schubwirkung des aus der Einlassöffnung 38 kommenden Antriebsgases sackartig verforrat wird, was ein Reissen der Membran verursachen würde. Die Gaskammer 9 hat (bei oberer Stellung der Membran) ein möglichst geringes Mindestvolumen. Auf diese Weise ist im Alarrafalle die zwischen dem Öffnen des Zulassventils für das Hochdruckgas und dem Zeitpunkt, da die Membran die vergiftete Lösung zurückzudrängen beginnt, zwangsläufig bestehende Totzeit auf ein Mindestraass herabgesetzt. Jedoch ist zu bemerken, dass das Mindestvolumen der Gaskammer 9 niit dem Erfordernis einer gleichmäßigen Druckverteilung über die Membran vereinbar sein muss.

Eine Betätigungsvorrichtung für flüssige Sicherheitsstäbe gemäss der Erfindung/ünter Verwendung des vorstehend beschriebenen, verbesserten, hydropneuraatischen Sammelbehälters wird nunmehr anhand von Fig. 3 beschrieben, in welcher alle mit den Elementen

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nach Pig. 1 übereinstimmenden Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Die Kammer 9 des Sammelbehälters 5 ist über ein Dreiwegventil 40-41-42 entweder an den Hochdruck 11 (Weg 42-41) oder an den Bezugsniederdruck 13 (Weg 40-41) angeschlossen. Die Rohrleitungen und die Anschlussventile der verschiedenen Behälter, Sammelbehälter und Auffangbehälter sind untereinander nach einem Schema verbunden, welches eine Variante des Schemas nach Fig. 1 darstellt. Es umfasst das Dreiwegventil 43-44-45 und die Ventile 46 und 47. Ein Ventil 34 gibt es nicht. Die Befestigung der Membran 6 erfolgt vorzugsweise auf dem Niveau 33« Dieses Niveau begrenzt somit die höchste Stellung der Membran.

Beim normalen Betrieb des Reaktors sind alle Ventile geschlossen mit Ausnahme des Ventils 40-41-42, das in Richtung 42-41 geöffnet ist. Bei einem Alarmsignal wird das Ventil 40-41-42 in Richtung 40-41 geöffnet. Dabei drängt das Antieibsgas aus der Quelle Ii die ^embran zurück, die die Lösung in Richtung auf die Stäbe 2 aus der Kammer 8 hinaustreibt, um sich, nachdem die gesamte Lösung aus der Kammer 8 entwichen ist, vollständig gegen die Wand 35 anzulegen.

Um die Stäbe herauszuziehen (d.h. die Lösung aus den Rotiren 2 zu entfernen) muss das Ventil 40-41-42 wieder in Richtung 42-41 geöffnet werden, worauf sich das Hochdruck-Antriebsgas zum Niederdruck 13 hin entleert. Da die Membran nachgiebig ist, kann die Lösung unter Einwirkung der Schwerkraft wieder in den

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Sammelbehälter 5 eindringen, wobei sie die Membran erneut gegen die Rippen 36 anlegt, so dass die Kammer wieder ihr maximales Volumen bekommt und die Vorrichtung somit für eine

ereute Einführung der Stäbe bereit ist.

Zur Durchführung der Entleerung der Stäbe (Rohre) 2 müssen die Ventile 46 und 20 geöffnet werden, so dass die Lösung infolge der Schwerkraft wieder in ihren liehälter 17 zurückfliesst. Dieser Vorgang kann notwendig sein, um entweder die Instandhaltung des Membran-Sammelbehälters zu ermöglichen oder die Reinigung der Stäbe (Rohre^ vorzubereiten. Der letztgenannte Vorgang erfolgt durch Öffnen der Ventile 25 und k6 sowie des Ventils 27-28-29 in Richtung 27-29 und durch Einschalten der Pumpe 24.

Die Vorgänge des Entleerens der Reinigungsflüssigkeit, des erneuten Ladens sowie des Beaufschlagens des Sammelbehälters und der Stäbe erfolgen in genau so einfacher Weise. Auch ist leicht zu erkennen, wie der Uralauf der "vergifteten" Lösung durchzuführen ist.

Die Erfindung ist nicht auf die wenigen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst ihre sämtlichen Varianten. So ist es beispielsweise ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen möglich, zwischen dem oder den Sammelbehältern 5 und dem oder den unteren Auffangbehältern 3 eine Reihe von Verbindungen vorzusehen, deren Anschlüsse an die Stäbe (Rohre) 2 mit gesonderten Ventilen versehen sein können oder nicht. Dabei ist die einzige Bedingung, stets eine ausreichende Anzahl

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von Stäben 2 und Sammelbehältern 5 für eine Eileinführung der Stäbe selbst während der Reinigung einer bestimmten Anzahl anderer Stäbe in Reserve zu halten. Desgleichen können die oberen Sammelbehälter, sobald die vorerwähnte Bedingung erfüllt ist, ganz gleich, ob sie Sammelbehälter mit in sie hineinragenden Stäben sind oder nicht, in einer grösseren Anzahl als eins vorhanden sein.

Patentansprüche

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Claims (5)

Patentans £ r Üche

1. Betätigungsvorrichtung für flüssige Sicherheitsstäbe von Kernreaktoren, bestehend aus die aktive Zone des Reaktors von unten nach oben durchragenden, von einem unteren oder von unteren Sammelbehältern ausgehenden und in einen oberen Sammelbehälter einmündenden Rohren, einem einen Behälter für Reinigungsflüssigkeit, einen Behälter für Reinigungsrückstände und eine Pumpe umfassenden Reinigungskreislauf und einem einen Lösungsbehälter und eine Pumpe umfassenden Kreislauf für eine neutronenstark absorbierende Substanz enthaltende ("vergiftete") Lösung, gekennzeichnet durch einen Sammelbehälter (5) für "vergiftete" Lösung mit Membran (6), der in seinem unteren Teil die die "vergiftete" Lösung enthaltende Kammer (8) aufweist, und durch einen Überlaufsammelbehälter (15), die beide unter dem Niveau der aktiven Zone (i) des Reaktors angeordnet und je an den unteren Sammelbehälter (3) angeschlosaen sind, wobei der Überlaufsammelbehälter (15) mit einem Abführrohr (16) versehen ist, das in einer Höhe unmittelbar unter dem Niveau (33) des Eintritts der Stäbe (2) in die aktive Zone (l) des Reaktors beginnt und in den darunter angeordneten Behälter (17) für "vergiftete" Lösung einmündet, während die Gaskammer (9) des Sammelbehälters (5) mit Membran (6) über Ventile (10, 12, Fig. Ij 40-41-42, Fig. 3) entweder an einen Einlass (ll) für Hochdruck-Antriebsgas oder an einen Bezugsniederdruck (13) angeschlossen ist, an welchen die Atmosphären der anderen Behälter (17, 22, 23), des Überlaufsammel-

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behälters (15) und des oberen Sammelbehälters (4) angeschlossen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter (5) mit Membran (6) von üblicher Bauart ist, dessen Flüssigkeitskaramer (8) über ein schnellwirkendes Ventil (7) an den unteren Sammelbehälter (3) angeschlossen ist, an welchen auch der Überlaufsammelbehälter (15) mittels eines Ventils (14) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskammer (9) des Sammelbehälters (5) mit Membran (6) mit Hilfe eines schnellwirkenden Dreiwegventils (40-41-42) entweder an Hochdruck (ll) oder an Bezugsniederdruck (13) anschlissbar ist, während der untere Sammelbehälter (3) über ein Ventil (14) an den Überlaufbehälter (15) und an die Flüssigkeitskanimer (8) des Sammelbehälters (5) mit Membran (6) unmittelbar angeschossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter (5) mit Membran (6) eine Plüssigkeitskammer (8) in Form eines Kugelabschnitts und eine Gaskammer (9) mit möglichst kleinem Volumen besitzt, die jedoch eine gleichmässige Verteilung des Drucks des Antriebsgases auf die Membran (6) ermöglicht, wobei an der Membran (6) ausgebildete Rippen (36) die Reproduzierbarkeit der Lage der Membran und folglich des Volumens der gespeicherten Flüssigkeit ge-

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wHhrleisten, und dadurch, dass die Membran (6) in ihrer Mitte mit einer sie versteifenden Verstärkung (36) versehen ist und solche Abmessungen hat, dass sie selbst in unterster Stellung (bei leerem Sanmlbehälter) nie gespannt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4t, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter (5) mit Membran (6) in einer solchen Höhe angeordnet ist, dass sich die Membran (6) bei mit "vergifteter" Lösung gefüllter Flüssigkeitskammer (8) im wesentlichen in Höhe (33) des AbfUhrrohre (l6) befindet.

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