DE3912995A1 - Metal fission prod. deposit determn. for high temp. reactor - measures activity distributions occurring on surfaces of metals and alloys - Google Patents
Metal fission prod. deposit determn. for high temp. reactor - measures activity distributions occurring on surfaces of metals and alloysInfo
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Abstract
Description
Das genannte Verfahren ist zur Untersuchung der Spaltproduktablagerungen und deren quantitativen Bestimmung der auftretenden Aktivitätsverteilungen auf Metalloberflächen, bei Reaktorkomponenten im Primärkreislauf, in HTR-Anlagen entwickelt worden.The named method is for the investigation of the fission product deposits and their quantitative determination of occurring activity distributions on metal surfaces, for reactor components in the primary circuit, in HTR systems been developed.
Das Verfahren ist für einen Kühlgastemperaturbereich von etwa 400 bis 900°C in HTR-Anlagen anwendbar.The method is for a cooling gas temperature range of about 400 to 900 ° C in HTR systems applicable.
Aus den Reaktorexperimenten sollen mit Hilfe des Verfahrens die notwendigen Parameter zur Bestimmung der Spaltproduktablagerungen, aus gemessenen Aktivitätsverteilungen auf den Metalloberflächen in den Versuchsanordnungen, ermittelt werden. Eine Vorhersage auftretender Aktivitätsverteilungen bis zu einem möglichen Störfall erscheint nur dann möglich zu sein, wenn die Parameter für die Adsorptions- und Desorptionsvorgänge aus Reaktorexperimenten bei unterschiedlichen Meßzeiten, bei etwa gleichen Heißgasaktivitäten und mit Materialien für die Reaktorkomponenten, bei etwa gleichen Korrosionsgraden und Zusammensetzungen der Metallegierung festgelegt worden sind.From the reactor experiments should by means of the method the necessary parameters for the determination of the fission product deposits, from measured activity distributions on the Metal surfaces in the experimental arrangements to be determined. A prediction of occurring activity distributions until to a possible incident appears only possible be when the parameters for the adsorption and desorption processes from reactor experiments at different Measuring times, at about the same hot gas activities and with Materials for the reactor components, at about the same Corrosion levels and compositions of the metal alloy have been set.
Das Verfahren beruht auf einem abgeänderten Modell zur Beschreibung von Physisorptionsprozessen und ist daher unabhängig von der Reaktorsicherheit auch in anderen Bereichen anwendbar, wenn ein Großteil der chemischen Verbindungen in den zu betrachtenden Temperaturbereichen thermodynamisch instabil ist.The method is based on a modified model for Description of physisorption processes and is therefore regardless of reactor safety in other areas as well applicable when much of the chemical compounds in the temperature ranges to be considered thermodynamically is unstable.
Die Schwerpunkte der technischen Anwendung, im Bereich der Reaktorsicherheit für dieses Verfahren, umfassen den Betrieb von HTR-Anlagen, die Störfallbetrachtungen und die Wartung von Komponenten, die der Ablagerung freigesetzter Spaltprodukte im Primärkreislauf ausgesetzt sind sowie deren Dekontamination [1]. Das Verfahren ist nicht anwendbar für die Spaltproduktablagerungen und Diffusionsvorgänge im Graphit. The focus of technical application, in the field of Reactor safety for this process include operation of HTR systems, the accident analyzes and the maintenance of components, the deposition of released fission products are exposed in the primary circuit and their Decontamination [1]. The procedure is not applicable for the cleavage product deposits and diffusion processes in graphite.
Der Zweck des Verfahrens ergibt sich aus den möglichen Störfallbetrachtungen zur Freisetzung der Spaltprodukte aus dem Primärkreislauf. Zwei wesentliche Störfallarten sind der Wassereinbruch in den Primärkreislauf durch undichtgewordene Dampferzeuger (wash-off-Vorgänge) und die Druckentlastung im Kühlgaskreislauf bei der Freisetzung von radioaktiven Stäuben von Materialoberflächen (lift-off-Vorgänge) durch Scherkräfte.The purpose of the procedure arises from the possible Fault analysis to release the fission products the primary circuit. Two major types of accident are the ingress of water in the Primary circuit through leaking steam generators (wash-off processes) and the pressure relief in the cooling gas circuit in the release of radioactive dusts from material surfaces (lift-off operations) by shear forces.
Beim Wassereinbruch ist die vom Wasser gelöste Konzentration an Spaltprodukten von Bedeutung, die von der Dampferzeugungeroberfläche vom Wasser und Wasserdampf abgelöst wird. Zur qantitativen Erfassung des Lösungsvorgangs ist die Ausgangskonzentration maßgebend, die man aus der vorhergesagten, örtlich und temperaturabhängigen Aktivitätsverteilung mit Hilfe dieses Verfahrens bestimmen kann.Water penetration is the concentration dissolved by the water of cleavage products of importance from the steam generator surface is replaced by water and water vapor. For qantitative recording of the solution process is the Starting concentration, which can be calculated from the predicted, local and temperature-dependent activity distribution with help determine this method.
Mit diesem Verfahren ist eine Berechnung des Spaltproduktinventars auf den Metalloberflächen der Reaktorkomponenten möglich, so daß durch Versuche vorher festgestellt werden kann, welcher Anteil an radioaktiven Stäuben im Vergleich zum ermittelten Inventar bei Druckentlastungen freigesetzt wird, auch wenn mit dem Verfahren der chemisch an Staub gebundene Anteil an Spaltprodukten nicht festgestellt werden kann.With this procedure is a calculation of the fission product inventory on the metal surfaces of the reactor components possible, so that be determined by experiments previously can be compared to what proportion of radioactive dusts released to the determined inventory at pressure reliefs is, even if with the method of chemically to dust bound fraction of fission products not detected can be.
Aus den Reaktorexperimenten, zur Messung der Aktivitätsverläufe auf Wandmaterialien (pile- und out of pile-Experimenten), kann das Spaltproduktrückhaltevermögen gut wärmeleitender Metallegierungen mit Hilfe dieses Verfahrens untersucht werden. Diese Untersuchungen sind dann für die Wartung von Komponenten und deren Dekontamination von Bedeutung. From the reactor experiments, to measure the course of activity on wall materials (pile and out of pile experiments), the cleavage product retention capacity can have good thermal conductivity Metal alloys can be studied using this method. These examinations are then for the maintenance of components and their decontamination of importance.
Um einen groben Überblick über den bisherigen Stand zur physikalischen Beschreibung der Spaltproduktablagerungen zu geben, sollen hier zwei Modelle, von Neill und Kress [2] und von Iniotakis [3], betrachtet werden. Diese beiden Modelle dienen als Ausgangsmodelle für ein abgeändertes Modell, als physikalische Grundlage, zur Bestimmung der Spaltproduktablagerungen mit Hilfe des noch zu beschreibenden Verfahrens.To give a rough overview of the current state of the art physical description of the cleavage product deposits too give, here are two models, by Neill and Kress and by Iniotakis [3]. These two models serve as starting models for one Modified model, as a physical basis, for Determination of fission product deposits with the help of the still to be described.
Bei allen zu betrachtenden Modellen werden im Prinzip zwei Bilanzgleichungen, einmal für den Strömungs- und Konvektionsvorgang und für die Bilanz der Spaltprodukte auf der Materialoberfläche, betrachtet. Betrachtet man beim Strömungs- und Konvektionsvorgang den Stoffübergang, so kann man für eine Sorte i an Spaltproduktnukliden für die Dichteänderung im Kühlgasstrom folgende Bilanzgleichung aufstellenFor all the models to be considered, basically two balance equations are considered, once for the flow and convection process and for the balance of the fission products on the material surface. If the mass transfer is considered in the flow and convection process, then the following balance equation can be established for a grade i of fission product nuclides for the density change in the cooling gas flow
N i ist die Dicht für die Sorte i eines Spaltprodukts in kg/m³.
N wi ist die Dichte für die Sorte i eines Spaltprodukts auf der
Oberfläche der Materialwand in kg/m³.
A ist die Querschnittsfläche, z. B für ein Rohr, durch das
der Kühlgasstrom in einer Versuchsanordnung hindurchtritt,
in m².
P ist der Umfang für die Querschnittsfläche in m.
ist die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgasstroms
in m/s.
h ist der Stoffübergangskoeffizient in m/s.
λ i ist die radioaktive Zerfallskonstante in 1/s.
x ist der Ort in Strömungsrichtung, an dem die Dichteänderung
betrachtet wird, in m. N i is the seal for the speciesi of a cleavage product in kg / m³.
N wi is the density for the varietyi a cleavage product on the
Surface of the material wall in kg / m³.
A is the cross-sectional area, z. B for a pipe through the
the cooling gas flow passes through in an experimental setup,
in m².
P is the circumference for the cross-sectional area in m.
is the mean flow velocity of the cooling gas flow
in m / s.
H is the mass transfer coefficient in m / s.
λ i is the radioactive decay constant in 1 / s.
x is the location in the direction of flow at which the density change
is considered, in m.
Die folgende Abbildung 1, aus der Literatur [2], soll die einzelnen Vorgänge zur Aufstellung der Bilanzgleichung (2.1.1) nochmal verdeutlichen.The following Figure 1, from the literature [2], is intended to individual procedures for establishing the balance sheet equation (2.1.1) clarify again.
Für die einzelnen Massenströme erhält man folgende Terme:For the individual mass flows, the following terms are obtained:
eintretender Massenstrom = N i · · A,
austretender Massenstromincoming mass flow =N i · ·A.
exiting mass flow
Massenstrom beim Stoffübergang auf die
Materialwand St = h · (N i - N wi ) · P · dx.
Die zeitliche Änderung der Spaltprodukte istMass flow during mass transfer to the
material wall St =H ·(N i -N wi · ·P · Dx,
The temporal change of the fission products is
Die Abnahme des Massenstroms zwischen eintretenden und austretenden Massenstrom beträgtThe decrease of mass flow between incoming and exiting mass flow is
Die Abnahme des Massenstroms durch radioaktiven Zerfall ist λ i · A · N i · dx.The decrease in the mass flow through radioactive decay is λ i · A · N i · d x.
Die Massenbilanz M i , für die Sorte i der Spaltproduktnuklide auf der Materialoberfläche, wird nach [2] durch folgende BilanzgleichungThe mass balance M i , for the sort i of the fission product nuclides on the material surface, is calculated according to [2] by the following balance equation
dargestellt.shown.
Zur Bestimmung der Dichte N wi , der Spaltprodukte auf der Wandoberfläche, wird die Langmuirsche Adsorptionsisotherme verwendet. Bei dem hier angenommenen Gleichgewicht handelt es sich um einen Austausch, der auf der Oberfläche befindlichen Teilchen mit den Spaltproduktnukliden in der Gasphase im Kühlgasstrom.To determine the density N wi , the fission products on the wall surface, the Langmuir adsorption isotherm is used. The equilibrium assumed here is an exchange of the particles on the surface with the fission product nuclides in the gas phase in the cooling gas stream.
Da man später die Gleichungen für die Stoffstromdichten bei dem Adsorptions- und Desorptionsvorgang wieder benötigt, werden die Gleichungen zur Ableitung der Langmuirschen Adsorptionsisotherme schon vorweggenommen. Wenn die Annahme besteht, daß die Stoffstromdichten für Adsorption und Desorption bzw. auch Adsorptions- und Desorptionsgeschwindigkeiten bei konstanter Temperatur einander gleich sind, dann läßt sich die Gleichung für die Langmuirsche Adsorptionsisotherme für die Berechnung der Spaltproduktdichte auf der Materialoberfläche ableiten. Since you later the equations for the material flow densities at the adsorption and desorption needed again the equations for the derivation of the Langmuir adsorption isotherm already anticipated. If it is assumed that the material flow densities for Adsorption and desorption or adsorption and Desorption rates at constant temperature are equal to each other, then the equation for the Langmuir adsorption isotherm for the calculation of Derive fission product density on the material surface.
Für die Stoffstromdichte, bei der Adsorption bzw. Adsorptionsgeschwindigkeit, kann man die Gleichung nach Literatur [2]For the material flow density, in the adsorption or adsorption, can one use the equation according to literature [2]?
verwenden.use.
Werden die Teilchen bzw. die Spaltprodukte beim Stoffübergang auf der Materialoberfläche an einem Punkt adsorbiert, so ist f (R) als Oberflächenanteil die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Molekel eine freie Stelle auf der Oberfläche bei der Adsorption zur Verfügung haben. Die bedeckungsgradabhängige Funktion f (R) kann dann als AusdruckIf the particles or the cleavage products are adsorbed on the material surface at a point during mass transfer, f (R) as the surface fraction is the probability that the molecules have a vacancy on the surface during adsorption. The coverage-dependent function f (R) can then be expressed
f (R) = 1 -R (2.1.6) [4] f (R) = 1 - R (2.1.6) [4]
geschrieben werden.to be written.
Die einzelnen Größen in den Gleichungen (2.1.3) bis (2.1.6) haben folgende Bezeichnungen:The individual quantities in the equations (2.1.3) to (2.1.6) have the following names:
r a = dn a /dt ist die Stoffstromdichte bzw. Geschwindigkeit
für die Adsorption der Teilchen in Atome/m² · s,
s ist die Haftwahrscheinlichkeit (sticking probalility),
Z ist die Stoßzahl, für die Zahl der auf der Oberfläche
auftreffenden Teilchen, in Atome/m² · s,
p ist der Gasdruck (Partialdruck der Nuklide im Kühlgasstrom)
in N/m² oder Pa,
m₀ ist die Masse des auftreffenden Teilchens oder Nuklids
in kg,
K B = 1,380664 · 10-23 Ws/grd ist die Boltzmannkonstante,
T ist die Temperatur des Kühlgases bzw. die Wandtemperatur
in K,
X(R) ist der Kondensationskoeffizient,
Δ E (R) ist die vom Bedeckungsgrad abhängige Aktivierungsenergie
in Kcal/mol,
R ist der Bedeckungsgrad,
R = 1,9872 · 10-3 Kcal/mol · K ist die allgemeine Gaskonstante. r a = d n a / d t is the mass flow density or velocity for the adsorption of the particles in atoms / m².s,
s is the sticking probalility,
Z is the number of impacts, for the number of particles hitting the surface, in atoms / m² · s,
p is the gas pressure (partial pressure of the nuclides in the cooling gas flow) in N / m² or Pa,
m ₀ is the mass of the impinging particle or nuclide in kg,
K B = 1.380664 × 10 -23 Ws / grd is the Boltzmann constant,
T is the temperature of the cooling gas or the wall temperature in K,
X (R) is the condensation coefficient,
Δ E (R) is the activation-dependent activation energy in kcal / mol,
R is the degree of coverage,
R = 1.9872 x 10 -3 Kcal / mol · K is the general gas constant.
Der Bedeckungsgrad läßt sich durch den AusdruckThe degree of coverage can be expressed by the expression
beschreiben.describe.
n = n a ist die im Moment betrachtete Anzahl der besetzten
Haftplätze in Atome/m².
n m = n₀ ist die Zahl der verfügbaren Adsorptionsplätze, die
nicht mit der Anzahl der Oberflächenatome übereinstimmen
muß, in Atome/m². [5] n = n a is the currently considered number of occupied detention sites in atoms / m².
n m = n ₀ is the number of available adsorption sites, which does not have to agree with the number of surface atoms, in atoms / m². [5]
Für die Desorptionsgeschwindigkeit verwendet man nach Literatur [4] den AusdruckFor the desorption rate is used after Literature [4] the term
mit f′ (R = R.with f ' (R = R.
∂(R) ist der Desorptionskoeffizient in Atome/m² · s.
Δ E d (R) ist die Desorptionsenergie in Koal/mol.∂ (R) is the desorption coefficient in atoms / m² · s.
Δ E d (R) is the desorption in Koal / mol.
Wird vorausgesetzt, daß der Kondensationskoeffizient X(R) und die Aktivierungsenergie Δ E a (R) vom Bedeckungsgrad R unabhängig sind, dann wird die Adsorption eines Teilchens in keiner Weise durch die Gegenwart anderer adsorbierter Teilchen beeinflußt. Unter dieser Voraussetzung können zur Ableitung der Langmuirischen Adsorptionsisothermen beide Stoffstromdichten oder Geschwindigkeiten für die Adsorption- und Desorption gleichgesetzt werden. Im Gleichgewicht erhält man für r a = r d , aus den Ausdrücken (2.1.3) und (2.1.8), die GleichungAssuming that the condensation coefficient X (R) and the activation energy Δ E a (R) are independent of the degree of coverage R , the adsorption of a particle is in no way affected by the presence of other adsorbed particles. Under this condition, both mass flow densities or velocities for adsorption and desorption can be equated for the derivation of the Langmuirischen adsorption isotherms. In equilibrium we obtain for r a = r d , from the expressions (2.1.3) and (2.1.8), the equation
Für b ergibt sich aus den Umformungen der AusdruckFor b results from the transformations of the expression
Mit der Gleichung (2.1.7), erhält man aus dem Ausdruck (2.1.9) die Langmuirsche Adsorptionsisotherme, nach Literatur [4],With the equation (2.1.7) one obtains from the expression (2.1.9) the Langmuir adsorption isotherm, according to literature [4],
Die Formel zur Berechnung der Dichte, für die Spaltprodukte auf der Materialoberfläche, läßt sich aus der Gleichung (2.1.9) ableiten. Durch Umformung erhält man zunächstThe formula for calculating the density, for the fission products on the material surface, can be calculated from the equation (2.1.9) derived. By reshaping you get first
Verwendet man den Ausdruck (2.1.7), dann ergibt sichUsing the expression (2.1.7), we get
Wird die Belegung der Oberfläche durch die Gesamtmasse aller Teilchen auf der Wand betrachtet, dann ergibt sich die folgende Gleichung für die Wanddichte, nach Literatur [2],Is the occupancy of the surface by the total mass of all Looking at particles on the wall, the result is the the following equation for the wall density, according to literature [2],
N w = K · M/(1 - M/M s ) (2.1.12) N w = K * M / (1 - M / M s ) (2.1.12)
M s ist die zur monomolekularen Belegung n m gehörende Gesamtmasse der Teilchen pro Fläche, die bei einer Monolage vorhanden sind, in kg/m². M s is the total mass of particles per unit area associated with the monomolecular occupation n m , which are present in a monolayer, in kg / m².
Der Dampfdruck über der Materialoberfläche wird durch die GleichungThe vapor pressure over the material surface is determined by the equation
= K₁ · e- Δ H/RT (2.1.13) [2]= K ₁ · e - Δ H / RT (2.1.13) [2]
angegeben.specified.
Δ H ist die Kondensationswärme in Koal/mol.
K₁ ist eine Druckkonstante in N/m². Δ H is the heat of condensation in Koal / mol.
K ₁ is a pressure constant in N / m².
Die Gleichung (2.1.12) wird zur Berechnung der Dichte N i und der Masse M, der angelagerten Teilchen auf der Oberfläche, in das Gleichungssystem (2.1.1) und (2.1.2) eingesetzt. The equation (2.1.12) is used to calculate the density N i and the mass M , the deposited particles on the surface, in the system of equations (2.1.1) and (2.1.2).
Mit dem Ausdruck (2.1.12) ergibt sich aus der Differentialgleichung (2.1.1)The expression (2.1.12) results from the differential equation (2.1.1)
Die Differentialgleichung zur Berechnung der Masse, bei der Belegung der Wandoberfläche mit Spaltprodukten, lautet wegen (2.1.12)The differential equation for calculating the mass at which Occupation of the wall surface with fission products, reads because of (2.1.12)
Das gekoppelte Differentialgleichungssystem (2.1.14) und (2.1.15) kann zum Teil noch vereinfacht werden. In Literatur [7] wird die Zeitabhängigkeit für N bei einem konstanten Volumen vernachlässigt. Für die numerische Lösungsmethode ergibt sich dann aus (2.1.14) und (2.1.15) das GleichungssystemThe coupled system of differential equations (2.1.14) and (2.1.15) can in part be simplified. In literature [7] the time dependence for N at a constant volume is neglected. For the numerical solution method the equation system then results from (2.1.14) and (2.1.15)
N₀ ist die Anfangsdichte beim Eintritt der Spaltprodukte in die Versuchsanordnung bei x = 0. N ₀ is the initial density when the fission products enter the experimental setup at x = 0.
Ein Vergleich von berechneten und gemessenen Ergebnissen findet man in der Literatur [2]. A comparison of calculated and measured results can be found in the literature [2].
Das Modell von Iniotakis ist in Literatur [3] ausführlich, mit allen auftretenden Einzelprozessen bei der Spaltproduktablagerung, beschrieben. Um später die Unterschiede zwischen den Modellen deutlich zu machen, beschränkt man sich auf die nötigen Gleichungen, die auch in Literatur [8] und [9] bei der Entwicklung der Computer-Programme zur Spaltproduktablagerung verwendet worden sind. Bei dem Modell von Iniotakis betrachtet man auch hier, wie im Modell von Neill und Kress, die Kondensation der Spaltproduktnuklide auf der Materialoberfläche und noch zusätzlich eine Diffusion der Spaltprodukte in das Wandmaterial, die durch einen Penetrationsvorgang mit Hilfe eines Penetrationskoeffizienten beschrieben wird. Der umgekehrte Vorgang, zum Vorgang der Pentration, ist die Verdampfung der Spaltproduktnuklide aus dem Kapillarsystem des Wandmaterials.The model of Iniotakis is detailed in Literature [3], with all occurring individual processes in the fission product deposition, described. To later the differences between the models clearly to do is to limit oneself to the necessary equations, which also in literature [8] and [9] in the development of the Computer programs for fission product deposition have been used are. In the model of Iniotakis one also looks here, as in the Model of Neill and Kress, the condensation of fission product nuclides on the material surface and in addition one Diffusion of fission products in the wall material by a penetration process using a penetration coefficient is described. The reverse process, the process of pentration, is the Evaporation of the cleavage product nuclides from the capillary system of the wall material.
Die Bilanzgleichung, für die Konzentration einer betrachteten Sorte von Spaltproduktnukliden, bei Berücksichtigung der Konvektion, des Stoffübergangs und des radioaktiven Teilchenzerfalls, lautet nach Literatur [8]The balance equation, for the concentration of a considered Sort of fission product nuclides, taking into account the Convection, mass transfer and radioactive particle decay, is according to literature [8]
x ist der Ort für die Konzentration in Strömungsrichtung in m.
v ist die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases He
und des Dampfes für die Spaltproduktnuklide in m/s.(∇n ist die zeitliche Änderung der Konzentration durch
Konvektion.
n(x,t) ist die Nuklidkonzentration einer Sorte von Spaltprodukten
im Kühlgas in Atome/m³.
n w (x,t) ist die Spaltproduktkonzentration für eine Sorte von
Nukliden auf der Materialwand (Metalloberfläche) in Atome/m³.
H = Sh · D G /d H ist der Stoffübergangskoeffizient in m/s.
Sh ist die Sherwood-Zahl.
D G ist der Gasdiffusionskoeffizient für die Gasdiffusion in
der Grenzschicht über der Materialoberfläche in m²/s.
d H ist der hydraulische Durchmesser der Versuchsanordnung in m.
V ist das Gasvolumen des Kühlgases je Längeneinheit in m².
O ist die geometrische Oberfläche des Strömungskanals je
Längeneinheit in m.
λ ist die Zerfallskonstante des Nuklids in 1/s.
λ n ist der Anteil der Konzentration, der durch radioaktiven
Zerfall in andere Nuklide übergeht. x is the location for the concentration in the direction of flow in m.
v is the mean flow velocity of the cooling gas He and of the vapor for the fission product nuclides in m / s. (∇ n is the change over time of the concentration by convection.
n (x, t) is the nuclide concentration of a variety of fission products in the cooling gas in atoms / m³.
n w (x, t) is the cleavage product concentration for a variety of nuclides in the material wall (metal surface) in atoms / m³.
H = Sh · D G / d H is the mass transfer coefficient in m / s.
Sh is the Sherwood number.
D G is the gas diffusion coefficient for the gas diffusion in the boundary layer above the material surface in m² / s.
d H is the hydraulic diameter of the experimental setup in m.
V is the gas volume of the cooling gas per unit length in m².
O is the geometric surface of the flow channel per unit length in m.
λ is the decay constant of the nuclide in 1 / s.
λ n is the proportion of the concentration that passes through radioactive decay into other nuclides.
Die folgende Abb. 2, aus Literatur [8], soll die Vorgänge über einer Wandoberfläche bei der Spaltproduktablagerung verdeutlichen. Nach Literatur [8] kann man folgende Annahmen übernehmen:The following Fig. 2, from literature [8], is intended to illustrate the processes over a wall surface in fission product deposition clarify. According to literature [8], one can assume the following assumptions:
Zone I:
Im Gebiet der Kühlgasströmung wird die Spaltproduktkonzentration
n(x,t) als konstant angenommen.
Zone II:
Im Gebiet des Stoffübergangs soll sich die
Konzentration linear ändern.
Zone III:
Im Gebiet der Randschicht, mit der Dicke der freien
mittleren Weglänge Λ, soll sich die Konzentration
n w (x,t) befinden.Zone I:
In the area of the cooling gas flow, the fission product concentration n (x, t) is assumed to be constant.
Zone II:
In the area of mass transfer, the concentration should change linearly.
Zone III:
In the area of the boundary layer, with the thickness of the free mean path length Λ , the concentration n w (x, t) should be.
In Gleichung (2.2.1) ist bei der Konvektion der Massenstrom des Kühlgases konstant. Auf Grund der Abkühlung des Kühlgases, durch Abgabe von Wärmeenergie an die Materialwand, ändert sich die Dichte und die Strömungsgeschwindigkeit. Der Massenstrom für die Spaltprodukte ändert sich durch Stoffübergang und radioaktiven Zerfall.In equation (2.2.1), convection is the mass flow of the cooling gas constant. Due to the cooling of the cooling gas, by delivery of Heat energy to the material wall, the density changes and the flow velocity. The mass flow for the cleavage products changes through Mass transfer and radioactive decay.
Für die Bilanzgleichung in der Zone II, in der der Stoffübergang stattfindet, kann man schreibenFor the balance equation in zone II, in which the mass transfer takes place, one can write
mitWith
A = α · v ⟂ · n w (2.2.4) A = α · v ⟂ · n w (2.2.4)
undand
M o = · σ · M₀∞ (2.2.5). M O = ·σ ·M₀∞ (2.2.5).
σ (x,t) ist der Bedeckungsgrad.
ist der Rauhigkeitsfaktor oder das Verhältnis der
tatsächlichen Materialoberfläche zur geometrischen
Oberfläche.
ϑ(σ) ist die vom Bedeckungsgrad abhängige Desorptionskonstante
in 1/s.
α ist der Koeffizient. σ (x, t) is the degree of coverage.
is the roughness factor or the ratio of
actual material surface to the geometric
Surface.
θ (σ) is the desorption constant dependent on the degree of coverage
in 1 / s.
α is the coefficient.
ist die mittlere Auftreffgeschwindigkeit
der Teilchen auf die Oberfläche in m/s.
M₀∞ entspricht n m oder n₀, der Zahl der Atome für eine Monolage
auf der Oberfläche, in Atome/m².
A ist der Anteil der Stoffstromdichte für die Adsorption
in Atome/m² · s.
ist der Anteil für die Stoffstromdichte bei der Desorption
in Atome/m²s.is the average impact velocity of the particles on the surface in m / s.
M ₀ ∞ corresponds to n m or n ₀, the number of atoms for a monolayer on the surface, in atoms / m².
A is the fraction of the material flow density for the adsorption in atoms / m².s.
is the fraction for the material flow density during desorption in atoms / m²s.
Für die Vorgänge bei aktivierten chemischen Prozessen wird für die belegungsabhängige Desorptionskonstante die Elovich-Beziehung verwendet. Nach Literatur [8] lautet die BeziehungFor the processes in activated chemical processes is for the occupancy-dependent desorption constant the Elovich relationship used. According to literature [8] is the relationship
ϑ(σ) = ϑ₀(T) · exp (-Q₀/RT) · exp ((Q₀ - Q s ) · s/RT) (2.2.6). θ (σ) = θ ₀ (T) · exp (- Q ₀ / RT) · exp ((Q ₀ - Q s ) · s / RT) (2.2.6).
Für die Desorptionsenergie Q (σ) gilt hierbei die GleichungFor the desorption energy Q (σ) the equation applies here
Q (σ) = Q₀ - (Q₀ - Q s ) · σ (2.2.7 [8] Q (σ) = Q ₀ - (Q ₀ - Q s ) · σ (2.2.7 [8]
Q₀ ist die Sorptionsenergie in Koal/mol.
Q s ist die Sublimationsenergie in Koal/mol.
ϑ o = ν ist die Frequenz der Gitterschwingungen in 1/s. Q ₀ is the sorption energy in Koal / mol.
Q s is the sublimation energy in Koal / mol.
θ o = ν is the frequency of the lattice vibrations in 1 / s.
In der Gleichung (2.2.4) verwendet man noch folgende AbkürzungThe following abbreviation is used in equation (2.2.4)
Die zeitliche Änderung des ortsabhängigen Bedeckungsgrades wird durch die BilanzgleichungThe temporal change of the location-dependent degree of coverage is through the balance equation
D = (λ + ϑ(σ)) · σ (2.2.10) [3] [8] D = (λ + θ (σ)) · σ (2.2.10) [3] [8]
undand
erfaßt.detected.
ist die zeitliche Änderung, die durch die Adsorption
hervorgerufen wird, in 1/s.
D ist die zeitliche Änderung des Bedeckungsgrades durch
Desorption in 1/s.
β hat hier die Bedeutung eines Adsorptionskoeffizienten.the time change caused by the adsorption is in 1 / s.
D is the temporal change of the degree of coverage by desorption in 1 / s.
β has the meaning of an adsorption coefficient here.
Im Vergleich zum Penetrationskoeffizienten (1 - b), ist β die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die zutreffenden Teilchen auf der Oberfläche nicht in das Innere der Materialwand eindringen, sondern auf der Materialoberfläche haftenbleiben.Compared to the penetration coefficient (1 - b) , β is the probability that the true particles on the surface do not penetrate into the interior of the material wall but stick to the surface of the material.
Um ein gekoppeltes Differentialgleichungssystem für eine numerische Lösung zu erhalten, wird die Gleichung (2.2.2), bei Verwendung von (2.2.3) und (2.2.4), nach n w aufgelöst und man erhält zunächstIn order to obtain a coupled differential equation system for a numerical solution, the equation (2.2.2), using (2.2.3) and (2.2.4), is solved for n w and one obtains first
Hierbei hat nach Literatur [8] die Größe M₀ die Bedeutung wie M₀∞ nach Literatur [3].According to literature [8], the size M ₀ has the same meaning as M ₀ ∞ according to literature [3].
M₀ entspricht der Belegung für eine Monolage in Atome/m². M ₀ corresponds to the assignment for a monolayer in atoms / m².
Der Ausdruck (2.2.12) wird in die Gleichungen (2.2.1) und (2.2.9) eingesetzt, wobei wieder die Formeln (2.2.10) und (2.2.11) verwendet werden. Durch Umformungen erhält man nach Literatur [8] das DifferentialgleichungssystemThe expression (2.2.12) is transformed into the equations (2.2.1) and (2.2.9), again using the formulas (2.2.10) and (2.2.11). By reshaping obtained according to literature [8] the Differential equations
Das numerische Lösungsverfahren ist in Literatur [8] angegeben. The numerical solution method is given in literature [8].
Der vorhandene Penetrationskoeffizient (1 - β), in Gleichung (2.2.14), ist die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die auftreffenden Teilchen in das Wandmaterial eindringen. Der bei der Desorption noch zusätzliche Verdampfungsprozeß von eingedrungenen Teilchen aus dem Wandinneren, ist im 1. Term auf der rechten Seite in Gleichung (2.2.14) zu finden.The existing penetration coefficient (1 - β) , in Equation (2.2.14), is the probability that the impinging particles will penetrate the wall material. The additional evaporation process of penetrated particles from the interior of the wall during desorption can be found in the 1st term on the right-hand side in equation (2.2.14).
Bei dem Modell von Iniotakis wird hierbei nach Literatur [10] die AdsorptionsisothermeIn the model of Iniotakis is here after literature [10] the adsorption isotherm
verwendet.used.
A ist das Atomgewicht. A is the atomic weight.
Das Verhältnis n w /M₀ wird im Gleichgewicht bei konstanter Temperatur (Wandtemperatur in K) als Adsorptionsisotherme definiert. [10] Bei einem Vergleich der Modelle von Neill und Kress und von Iniotakis, betrachtet man bei der Auswertung der Reaktorexperimente Vampyr V07 und Saphir 05 das VerhältnisThe ratio n w / M ₀ is defined in equilibrium at constant temperature (wall temperature in K) as Adsorptionsisotherme. In a comparison of the models of Neill and Kress and Iniotakis, one considers the ratio in the evaluation of the reactor experiments Vampyr V07 and sapphire 05
als "Isotherme", wobei es sich bei M D um die in das Wandmaterial diffundierte Konzentration handeln soll. Nach Literatur [10] hängt dieses Verhältnis von der Meßzeit, dem Stoffübergangskoeffizienten H, der Desorptionskonstanten ϑ, dem Akkomodationskoeffizienten α, dem Penetrationskoeffizienten (1 - β) und der Zerfallskonstanten λ ab. Das Verhältnis ist für jedes Experiment charakteristisch und ihm wird selbst nach Literatur [10], als freier Parameter, keine physikalische Bedeutung beigemessen. Die Bemerkungen nach Literatur [10] sollen später deutlich machen, warum man hier ein Verfahren zur Festlegung der Parameter entwickelt hat.as an "isotherm", it being atM D around the wall material diffused concentration should act. According to literature [10], this ratio depends on the measuring time, the mass transfer coefficientH, the desorption constantθ. the accommodation coefficientα, the penetration coefficient (1 -β) and the decay constantλ from. The relationship is characteristic of every experiment and it becomes even after literature [10], as free parameter, no physical importance attached. The remarks after literature [10] will be clear later Why is there a procedure for fixing the Has developed parameters.
Für die Berechnung des Penetrationskoeffizienten wird von Iniotakis folgende Gleichung angegebenFor the calculation of the penetration coefficient is from Iniotakis given the following equation
α ist hier der Akkomodationskoeffizient. α is here the accommodation coefficient.
Für den in die Wand eindringenden Diffusionsstrom I D , wird das Ficksche GesetzFor the penetrating into the wall diffusion current I D , the Fick's Law
verwendet. Die Gleichung (2.2.18) wird hierbei in Zylinderkoordinaten betrachtet.used. The equation (2.2.18) is in cylindrical coordinates considered.
Φ (x,r,t) ist die Menge an Spaltprodukten, die zum Zeitpunkt t
an der Stelle (x,r) in das Wandmaterial diffundiert,
in Atome/m³.
D ist die Diffusionskonstante für das Wandmaterial in m²/s.
I E ist die Stoffstromdichte für die auftreffenden Teilchen
auf die Materialwand in Atome/m² · s. Φ (x, r, t) is the amount of fission products which diffuses into the wall material at the point (x, r) at time t , in atoms / m³.
D is the diffusion constant for the wall material in m² / s.
I E is the mass flow density for the incident particles on the material wall in atoms / m².s.
Die Formel für I E istThe formula for I is E
M ist die Teilchenmasse.
T ist die Gastemperatur in K. M is the particle mass.
T is the gas temperature in K.
Für den Radius r in (2.2.18) gilt der Bereich R i < r < R a R i und R a sind der Innen- und Außenradius.For the radius r in (2.2.18), the range R i < r < R a R i and R a are the inner and outer radii.
I R ist in Gleichung (2.2.17) der Anteil für die Stoffstromdichte, wenn die Teilchen an der Materialwand reflektiert werden, in Atome/m² · s.In equation (2.2.17), I R is the fraction for the mass flow density when the particles are reflected on the material wall, in atoms / m² · s.
Der Akkomodationskoeffizient α wird durch den AusdruckThe accommodation coefficient α is given by the expression
beschrieben.described.
Der Diffusionsstrom in das Wandinnere kann aus der Gleichung (2.2.18) mit Hilfe der Gleichungen (2.2.17), (2.2.19) und (2.2.20) berechnet werden. Der Penetrationskoeffizient (1 - β) wird aus dem Meßwert M(O,t), der an der Stelle x = 0 adsorptiv gebundenen Menge, abgeschätzt.The diffusion current into the interior of the wall can be calculated from equation (2.2.18) using equations (2.2.17), (2.2.19), and (2.2.20). The penetration coefficient (1- β) is estimated from the measured value M (O, t) , the amount adsorptively bound at the position x = 0.
Nach Iniotakis soll der Pentrationskoeffizient auf Grund von Enthalpieeffekten in erster Näherung als temperaturabhängig betrachtet werden.According to Iniotakis, the pentration coefficient should be based on Enthalpy effects in first approximation as temperature dependent to be viewed as.
Nach den Erläuterungen in Literatur [10], soll das Modell von Iniotakis für den Fall (1 - β) = dem Modell von Neill und Kress äquivalent sein. Ein Vergleich von berechneten Ergebnissen mit den Meßergebnissen der Reaktorexperimente Vampyr V07 und Saphir P05 findet man in der Literatur [10]. Man kann nur vermuten, daß die berechneten Daten mit Hilfe des freien Parameters in Gleichung (2.2.16) und µ in (2.2.15) den gemessenen Werten angepaßt wurden, bis man bei den Rechnungen eine Übereinstimmung, durch Ausprobieren der verschiedenen "Isothermen" in Abb. 6 in Literatur [10], erreicht hat. According to the explanations in literature [10], the model of Iniotakis for the case (1 -β) = the model of Neill and Be equivalent to kress. A comparison of calculated results with the Measurement results of the reactor experiments Vampyr V07 and Sapphire P05 can be found in the literature [10]. One can only assume that the calculated data with help of the free parameter in equation (2.2.16) and μ in (2.2.15) were adapted to the measured values, until at the bills a match, by trying out the different "isotherms" in Fig. 6 in literature [10], has reached.
Zur Bestimmung der Spaltproduktablagerungen, bei den Materialien Inconel 617 und Incoloy 800H, diente das am AVR in Jülich durchgeführte Reaktorexperiment VAMPYR II/V01. Als Versuchsaufbau für die Versuchsanordnung diente ein Stab aus Inconel 617 und ein Testrohr aus Incoloy 800H, die beide zu einer Ringspaltanordnung zusammengebaut waren. Diese Ringspaltanordnung wurde bei einer Versuchsdauer von etwa 60 Tagen mit dem abgezweigten Primärgasstrom des HTR durchströmt. Hierbei wurde das eintretende Kühlgas auf eine Eintrittstemperatur von etwa 810°C beim Eintritt in die Versuchsanordnung erhitzt, so daß man annähernd die Bedingungen erreicht, bei denen die metallischen Reaktorkomponenten dem Kühlgasstrom im Primärkreislauf ausgesetzt sind. Nach Ablauf des Versuches wurden die Aktivitäten der Spaltproduktablagerungen für die einzelnen Nuklide für jedes Segment der Anordnung mit Hilfe der γ-Spektroskopie gemessen. Aus den Messungen der einzelnen Segmente läßt sich ein Profil der Aktivitätsverteilung für jedes einzelne Nuklid in Abhängigkeit von der Länge x und vom Temperaturverlauf des Kühlgases in der Versuchsanordnung auftragen. Die Meßergebnisse sind im Abschnitt 7 zu finden und aus der Literatur [25] entnommen.To determine the fission product deposits, for the materials Inconel 617 and Incoloy 800H, the reactor experiment VAMPYR II / V01 carried out at the AVR in Jülich was used. The experimental set-up used was a rod made of Inconel 617 and a test tube made of Incoloy 800H, both of which were assembled into an annular gap arrangement. This annular gap arrangement was flowed through at a test duration of about 60 days with the diverted primary gas flow of the HTR. In this case, the incoming cooling gas was heated to an inlet temperature of about 810 ° C when entering the experimental setup, so that one reaches approximately the conditions in which the metallic reactor components are exposed to the cooling gas flow in the primary circuit. At the end of the experiment, the activities of the fission product deposits for each nuclide were measured for each segment of the array using γ spectroscopy. From the measurements of the individual segments, a profile of the activity distribution for each individual nuclide can be plotted as a function of the length x and of the temperature profile of the cooling gas in the experimental setup. The measurement results can be found in Section 7 and taken from the literature [25].
Für die späteren Rechnungen sind folgende technische Angaben und physikalische Daten von Bedeutung:For the later invoices are the following technical information and physical data of importance:
Aus den Messungen ergeben sich bei näheren Betrachtungen für die Aktivitätsverteilungen vier Verlaufsmöglichkeiten, die für die Aktivitäten auf den Materialoberflächen in Frage kommen.From the measurements arise at closer inspection for the activity distributions four course options, the for the activities on the material surfaces in question come.
Die Verläufe sind in der folgenden Abb. 3 dargestellt. Für das Verhalten der Aktivitäten sollen die Kurvenverläufe in Abb. 3 kurz erläutert werden.The curves are shown in the following Fig. 3. For the behavior of the activities, the curves in Fig. 3 should be briefly explained.
Kurve 1:
Die Aktivität eines Nuklids, auf der Oberfläche in
der Versuchsanordnung, nimmt bei abnehmenden
Gastemperaturen ab.
Kurve 2: Die Aktivität eines Nuklids nimmt bei abnehmenden
Gastemperaturen zu.
Kurve 3:
Bei abnehmenden Kühlgastemperaturen nimmt die
Aktivität zu, wie in Kurve 2, aber die Steigung bei
der Zunahme ist verschieden.
Kurve 4:
Die Aktivität auf den Materialoberflächen nimmt bis
zu einem Maximum zu und fällt bei abnehmenden
Gastemperaturen wieder ab.Curve 1 :
The activity of a nuclide, on the surface in the experimental setup, decreases with decreasing gas temperatures.
Curve 2 : The activity of a nuclide increases with decreasing gas temperatures.
Curve 3 :
As the cooling gas temperatures decrease, the activity increases, as in curve 2 , but the slope of the increase is different.
Curve 4 :
The activity on the material surfaces increases up to a maximum and falls off again as the gas temperatures decrease.
Der Kurvenverlauf 4 ist nur bei dem Nuklid Ag-110 m beobachtet worden und die übrigen Verläufe sind sowohl bei den metallischen und nichtmetallischen Spaltprodukten vorzufinden. Curve 4 has been observed only for the nuclide Ag-110 m, and the remaining traces are found in both the metallic and non-metallic fission products.
Die einzige Möglichkeit, die man zur Untersuchung der physikalischen Vorgänge bisher zur Verfügung hat, ist die Nachrechnung der gemessenen Aktivitätsprofile mit Hilfe eines der verwendeten Modelle.The only way to study the physical processes has so far available, is the Recalculation of the measured activity profiles with the help of a the models used.
Bei den Nachrechnungen werden die Parameter und dazugehörigen Konstanten solange angepaßt, bis man nach eingenem Ermessen entscheidet, ob die berechneten Verläufe der Profile gut mit den gemessenen Aktivitätsverläufen übereinstimmen. Bei dieser Methode besteht die Schwierigkeit, daß die gewählten Parameter bei Verwendung unterschiedlicher Rechenprogramme, mit unterschiedlichen Lösungsverfahren, verschiedene Werte aufweisen können und damit ein Vergleich der Datensätze allein schon für ein einziges Reaktorexperiment erschwert wird.In the recalculations, the parameters and their associated Constants adapted as long as you can at your discretion decides if the calculated profiles of the profiles work well with match the measured activity profiles. In this method, there is the difficulty that the selected Parameters when using different computer programs, with different solution methods, different values and thus a comparison of the data sets Alone complicated for a single reactor experiment becomes.
Bei Verwendung des SPATRA-Programms der KFA/ISF stellte sich heraus, daß der Anwendung des Modells von Iniotakis sich nur die gemessenen Aktivitätsverläufe von Ag-110 m nachrechnen lassen.When using the SPATRA program the KFA / ISF turned out that the application of the model of Iniotakis itself only calculate the measured activity curves of Ag-110 m to let.
Eine Tabelle über die Zusammenfassung der Ergebnisse, die man aus der Literatur [11] entnommen hat, findet man im Abschnitt 7.A table summarizing the results you get taken from the literature [11], can be found in the Section 7.
Trotz vorgegebener Datensätze, wie Penetrationskoeffizient und Desorptionsenergie, ergab sich bei den übrigen Nukliden, z. B. Cs-137, immer der Kurvenverlauf 4 nach Abb. 3. Für Cs-137 ergibt sich aus den Messungen bei Inconel 617 der Kurvenverlauf 1 und bei Incoloy 800H der Kurvenverlauf 2. Damit man mit Hilfe des Modells im Abschnitt 2.2 die gemessenen Kurvenverläufe von Cs-137 mit dem SPATRA-Programm nachrechnen konnte, änderte man den Penetrationskoeffizenten (1 - β) in der Gleichung (2.2.14) zu höheren Werten und die Desorptionsenergie.Despite predetermined data sets, such as penetration coefficient and desorption energy, was found in the other nuclides, z. Curve 4 according to Fig. 3 is always shown for Cs-137 . For Cs-137 the result for Inconel 617 is Curve 1 and for Incoloy 800H for Curve 2 . In order to use the model in Section 2.2 to recalculate the measured curves of Cs-137 with the SPATRA program, the penetration coefficient (1 - β) in equation (2.2.14) was changed to higher values and the desorption energy.
Bei Erhöhung des Penetrationskoeffizienten erreicht man bei der Rechnung eine Zunahme der Nuklidkonzentration im Inneren des Wandmaterials und eine gleichzeitige Abnahme der Nuklidkonzentration für die Spaltprodukte auf der Materialoberfläche. When increasing the penetration coefficient is achieved at an increase in nuclide concentration in the Interior of the wall material and a simultaneous decrease the nuclide concentration for the fission products on the Material surface.
Eine Erhöhung der Desorptionsenergie verschiebt die Lage des Maximums im Kurvenverlauf 4, in Abb. 3, nach links zu höheren Temperaturen, so daß man die Kurve 4 an die Kurve 1 annähern kann.An increase in the desorption energy shifts the position of the maximum in the curve 4 , in Fig. 3, to the left to higher temperatures, so that one can approximate the curve 4 to the curve 1 .
Bei einer Erniedrigung der Desorptionsenergie wandert das Maximum nach rechts zu kleineren Temperaturen und man nähert sich mit der Kurve 4 der Kurve 2. Bei dieser Art von Auswertung der Reaktorexperimente, kann man zur Not bei dem Verlauf von Kurve 1, bei Cs-137, eine höhere Desorptionsenergie erwarten, aber beim Verlauf der Kurve 2, kann es bei der Verminderung der Desorptionsenergie zu Widersprüchen mit den tatsächlichen Werten aus Laborversuchen kommen.When the desorption energy is lowered, the maximum migrates to the right to smaller temperatures and one approaches with the curve 4 of curve 2 . In this type of evaluation of the reactor experiments, one may expect a higher desorption energy in the course of curve 1 , at Cs-137, but in the course of curve 2 , it may be in the reduction of the desorption to contradictions with the actual values Laboratory tests come.
Auf Grund der Länge der Versuchsanordnung in Abb. 3, kann bei verringerter Desorptionsenergie nicht entschieden werden, ob der Verlauf der berechneten Aktivitäten bei kleineren Temperaturen bei der Kurve 2 gerechtfertigt ist. Das Programm SPATRA der KFA/ISF war nur bei dem Nuklid Ag-110 m anwendbar, weil für den Kurvenverlauf 4, in Abb. 3, eine zusätzliche Desorption erkennbar ist. Bei den anderen Nukliden gab es bei der Anwendung dieser Auswertungsmethoden keine eindeutige physikalische Erklärung. Die beschränkte Anwendung des SPATRA-Programms kann auf die Gleichung (2.2.12) zurückzuführen sein, die bei der Aufstellung des gekoppelten Differentialgleichungssystems (2.2.13) und (2.2.14) benutzt wird.Due to the length of the experimental setup in Fig. 3, it can not be decided at reduced desorption energy whether the course of the calculated activities at lower temperatures is justified for curve 2 . The program SPATRA of the KFA / ISF was only applicable to the nuclide Ag-110 m, because for the curve 4 , in Fig. 3, an additional desorption is recognizable. For the other nuclides, there was no clear physical explanation for using these evaluation methods. The limited application of the SPATRA program may be due to the equation (2.2.12) used in the construction of the coupled system of differential equations (2.2.13) and (2.2.14).
Man ist bei dem Modell von Iniotakis immer von der Annahme ausgegangen, daß bei allen Nukliden eine Desorption bei der Spaltproduktablagerung vorliegen muß.One is always on the model of Iniotakis of the assumption assumed that all nuclides desorption in the Spaltproduktablagerung must be present.
Von Fachleuten wurde schon die Vermutung geäußert, daß die Spaltproduktnuklide an Staubpartikeln gebunden werden und dadurch ein anderes Adsorptions- und Desorptionsverhalten auf den Metalloberflächen zeigen.Experts have already speculated that the Spaltproduktnuklide be bound to dust particles and thereby a different adsorption and desorption behavior show on the metal surfaces.
Man kann dieser Vermutung folgendes entgegenhalten, wenn die Konzentration der Staubpartikel klein ist und die Nuklide in der Gasphase als ideales Gas aufzufassen sind, dann können keine Wechselwirkungen mit den Staubpartikeln in ausreichendem Maße stattfinden und auch dann nicht, wenn die Nuklide auf der Materialoberfläche an die Staubpartikel gebunden werden. One can counter this assumption, if the Concentration of the dust particles is small and the nuclides in the gas phase as an ideal gas, then you can no interactions with the dust particles in sufficient Measurements take place and not even when the nuclides on the material surface are bonded to the dust particles.
Die Messungen von Ag-110 m zeigen, daß die möglichen Haftplätze nicht in ausreichender Zahl mit Staubpartikeln bedeckt sind, zumal Ag-110 m gegenüber den anderen Nukliden einen sehr kleinen Partialdruck aufweist und damit im Gaszustand eine geringere Teilchenzahl hat.The measurements of Ag-110 m show that the possible sites of adhesion are not covered in sufficient numbers with dust particles, especially Ag-110 m compared to the other nuclides a very has small partial pressure and thus in the gas state a has lower particle number.
Wenn der Staub als mögliche Ursache für ein anderes Verhalten der Aktivitätsverteilung angesehen wird, dann dürfte es bei dem Nuklid Ag-110 m auch keine erkennbare Desorption geben, wobei die Messungen diese Hypothese nicht bestätigen. Auf eine andere mögliche Ursache für das Verhalten der Aktivitätsverteilungen wird im Abschnitt 3 und 7 eingegangen.If the dust as a possible cause of another behavior the activity distribution is considered, then it should be at the nuclide Ag-110 m also give no detectable desorption, the measurements do not confirm this hypothesis. On another possible cause of the behavior of the Activity distributions are discussed in sections 3 and 7.
Eine weitere Auswertung des VAMPYR II/V01-Experiments, ist in der Literatur [12] zu finden. Die Berechnungen, die hier mit dem verwendeten Auswerteprogramm RADAX in [12] durchgeführt wurden, lassen im Gegensatz zum Programm SPATRA bei Ag-110 m überhaupt keinen Hinweis auf eine Desorption in den berechneten Kurvenverläufen erkennen. Bei den Rechnungen für Cs-137, bei Inconel 617 und Incoloy 800H, betragen die Unterschiede zwischen gemessener und berechneter Aktivität fast eine Größenordnung, zumal die Steigungen der Verläufe bei Inconel 617 und Incoloy 800H, mit Datensätzen von HRB und KFA, entgegengesetzt zu den gemessenen Werten verlaufen. Zusätzlich wurden die berechneten Kurven ab bestimmten Temperaturbereichen extrapoliert. Wenn man nach den Aussagen in Literatur [10] behauptet, daß die Übereinstimmung von Theorie und Experiment sehr gut ist, dann kann man die Ergebnisse in Literatur [12] nicht verstehen, wenn bei der Auswertung in [12] die Datensätze der KFA verwendet worden sind.Another evaluation of the VAMPYR II / V01 experiment is to be found in the literature [12]. The calculations here with the evaluation program used RADAX were performed in [12], unlike the Program SPATRA at Ag-110 m no indication of any Recognize desorption in the calculated curves. For the calculations for Cs-137, for Inconel 617 and Incoloy 800H, the differences between measured and calculated activity almost an order of magnitude, especially the Slopes of gradients for Inconel 617 and Incoloy 800H, with records of HRB and KFA, opposite to the measured values. In addition, the calculated curves were determined from Temperature ranges extrapolated. If, according to the statements in literature [10], it is said that the agreement between theory and experiment is very good, then you can not understand the results in literature [12] if in the evaluation in [12] the data sets of the KFA have been used.
Es gibt zunächst hierfür nur zwei Erklärungen, einmal kann im Programm RADAX ein anderes Lösungsverfahren als im Programm SPATRA verwendet worden sein oder die Datensätze von KFA könnten falsch sein.At first there are only two explanations, once you can in the program RADAX another solution method than in the Program SPATRA have been used or the records from KFA could be wrong.
Die entnommenen Abbildungen und Ergebnisse aus [12] sind im Datenmaterial im Abschnitt 7, zum Vergleich der unterschiedlichen Ergebnisse, mit enthalten. Bei einer Wertung der berechneten Ergebnisse in Literatur [12] wird selbst eingeräumt, daß für Temperaturen oberhalb von 600°C der Penetrationskoeffizient für Cs-137 Unsicherheiten aufweist.The images and results from [12] are in the Data in section 7, comparing the different results, with included. In a valuation of the calculated results in literature [12] is itself acknowledged that for temperatures above 600 ° C the penetration coefficient for Cs-137 uncertainties having.
Nach HRB-Auswertungen müssen die Unsicherheiten um den Faktor 2 bis 4 nach oben und um den Faktor 10 nach unten verringert werden.According to HRB evaluations, the uncertainties around the Factor 2 to 4 up and down by a factor of 10 be reduced.
Für Cs-137 treten bei Temperaturen unterhalb 600°C große Unsicherheiten in der Temperaturabhängigkeit der Desorptionskonstanten auf. Für das Nuklid Ag-110 m fordert man in Literatur [12] eine Neubestimmung der Ablagerungsparameter. Die Desorptionsenergie soll von 30 nach 67 Kcal/Mol und der Penetrationskoeffizient (1 - β) soll von 2 · 10-4 nach 2 · 10-6 geändert werden.At temperatures below 600 ° C, large uncertainties in the temperature dependence of the desorption constants occur for Cs-137. For the nuclide Ag-110 m, a new definition of the deposition parameters is required in literature [12]. The desorption energy should be changed from 30 to 67 Kcal / mole and the penetration coefficient (1 - β) should be changed from 2 · 10 -4 to 2 · 10 -6 .
Aus den Ergebnissen in der Literatur [11] und [12] wird deutlich, daß man bei der Verwendung des Modells von Iniotakis nicht nur die Schwierigkeiten bei der Festlegung der Parameter, sondern auch schon bei der physikalischen Deutung der Ergebnisse hat.From the results in the literature [11] and [12] becomes clear that you are using the model of Iniotakis not only the difficulties in setting the parameters, but also in the physical interpretation of the Has results.
Die Kritik, die sich hierbei aus den Erläuterungen im Abschnitt 2.4 ergibt, richtet sich weniger auf die Modelle, sondern auf die Überprüfbarkeit des Modells im Abschnitt 2.2. Aus den bisherigen Veröffentlichungen der Daten zum VAMPYR II/V01-Experiment sind nur die Oberflächenaktivitäten bekannt geworden.The criticism, which hereby from the explanations in the Section 2.4 gives less focus on the models, but on the verifiability of the model in section 2.2. From the previous publications of the data for VAMPYR II / V01 experiment are just the surface activities known.
Aus diesen Messungen kann bei den Reaktorexperimenten kein Unterschied bei den Konzentrationen von Spaltprodukten auf der Materialoberfläche und der Konzentration im Inneren des Wandmaterials ermittelt werden.From these measurements can be in the reactor experiments no Difference in the concentrations of fission products the material surface and the concentration inside the Wall material are determined.
Solange keine Tiefenprofilmessungen, z. B. durch Abtragen der oberen Materialschichten, zur Messung der Aktivität in den einzelnen Schichten vorgenommen werden, wird die Anwendung des Modells im Abschnitt 2.2 immer Schwierigkeiten bereiten. Bei dem Modell von Iniotakis benötigt man zur Bestimmung des Penetrationskoeffizienten (1 - β) den Parameter α die Konzentration n w , die durch M(O,t) zur Bestimmung von I E aus den Meßwerten bei x = 0 abgeschätzt wird, die Stoffstromdichte I D , die in Gleichung (2.2.18) von einer temperaturabhängigen Materialdiffusionskonstanten abhängig ist. Bedenkt man noch die Tatsache, daß die Materialdiffusionskonstante auch noch vom Korrosionsgrad des Materials abhängig ist, dann ergeben sich bei der Festlegung der Datensätze bei den einzelnen Untersuchungen der beteiligten physikalischen und chemischen Vorgänge erhebliche Probleme.As long as no depth profile measurements, z. For example, by removing the upper layers of material to measure the activity in each layer, the use of the model in Section 2.2 will always cause difficulties. In the model of Iniotakis one needs to determine the penetration coefficient (1- β) the parameter α, the concentration n w , which is estimated by M (O, t) for the determination of I E from the measured values at x = 0, the material current density I D , which in Equation (2.2.18) depends on a temperature-dependent material diffusion constant. Considering the fact that the material diffusion constant also depends on the degree of corrosion of the material, then arise in the definition of the data sets in the individual investigations of the physical and chemical processes involved significant problems.
Erläuterungen über Diffusionsvorgänge von Spaltprodukten und Teilchen in Oxidschichten findet man in der Literatur [3]. Wenn bei dem durchgeführten Reaktorexperiment schon vor Beginn der Messungen die Korrosionsgrade der verwendeten Materialien nicht untersucht worden sind, dann ist das Modell von Neill und Kress wesentlich einfacher auf eine Überprüfung von Meß- und Rechenergebnissen anzuwenden. Der Parameter, der aus den gemessenen Aktivitäten durch die Übereinstimmung der berechneten Aktivitätsverläufe ermittelt werden kann, ist die Konstante K in Gleichung (2.1.12). Die Parameter für die Rauhigkeiten der Oberflächen und der Zahl der Haftplätze werden bei allen Modellen benötigt. Bei dem Modell von Neill und Kress ist es die Größe M s und beim Modell von Iniotakis sind es die Parameter und M₀∞. Diese Größen werden für verschiedene Materialien durch Meßmethoden von Elektronen- und Ionenemissionen aus Materialoberflächen ermittelt, die mit adsorbierten Teilchen belegt sind. [13] [14]Explanations of diffusion processes of fission products and Particles in oxide layers can be found in the literature [3]. If at the carried out reactor experiment already before Beginning of the measurements the corrosion degrees of the used Materials have not been studied, then the model from Neill and Kress much easier on a review of measurement and calculation results. The parameter derived from the measured activities by the Agreement of the calculated activity profiles determined can be, is the constantK in equation (2.1.12). The parameters for the roughness of the surfaces and the Number of detention places is needed on all models. In the model of Neill and Kress it is the sizeM s and in the model of Iniotakis it is the parameters andM₀∞, These sizes are going through for different materials Measuring methods of electron and ion emissions Material surfaces determined with adsorbed particles are occupied. [13] [14]
Die Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit erfolgt nach der BET-Methode. [15]The determination of the surface roughness takes place after BET method. [15]
Diese Experimente werden nur als Laborversuche mit einer Sorte von Teilchen im gasförmigen Zustand durchgeführt, die dann von der Oberfläche des Materials adsorbiert werden. Bei Reaktorexperimenten hat man ca. 260 verschiedene Nuklide im Kühlgasstrom vorliegen, die sich bei der Adsorption eventuell gegenseitig beeinflussen können. Eine Verwendung der ermittelten Parameter aus Laborversuchen kann bei der Auswertung und Untersuchung der Spaltproduktablagerungen bei Reaktorexperimenten fragwürdig erscheinen. These experiments are only used as laboratory experiments with a Variety of particles carried out in the gaseous state, the then adsorbed by the surface of the material. Reactor experiments have about 260 different nuclides present in the cooling gas stream, resulting in the adsorption possibly influence each other. Use of the determined parameters from laboratory experiments can be used in the evaluation and investigation of fission product deposits questionable in reactor experiments.
Bevor dieses Modell aus den beiden Modellen im Abschnitt 2.1 und 2.2 entwickelt wird, ist es zunächst erforderlich, daß man eine Gleichung für die Stoffstromdichte der adsorbierten Teilchen aus den Auswertungen des Reaktorexperiments findet, die für alle möglichen Spaltproduktnuklide zutreffend ist. Aus der Abb. 3 wird deutlich, daß nur der Kurvenverlauf 4 auf die Nettorate der beiden Stoffstromdichten von Adsorption und Desorption zurückzuführen ist.Before this model is developed from the two models in section 2.1 and 2.2, it is first necessary to find an equation for the material flow density of the adsorbed particles from the evaluations of the reactor experiment, which is true for all possible Spaltproduktnuklide. From Fig. 3 it is clear that only the curve 4 is due to the net rate of the two mass flow densities of adsorption and desorption.
Der Kurvenverlauf 1 verhält sich wie der Verlauf der Konzentration beim "Modell der schwarzen Wand", wo alle Teilchen adsorbiert werden und keine Desorption vorhanden ist. Die möglichen Verlaufsarten in Abb. 3 weisen darauf hin, daß die Wechselwirkungen der Spaltproduktnuklide mit der Materialoberfläche die Ursache dafür sind. Diese Wechselwirkung muß im Haftkoeffizient a und s in der Gleichung (2.1.4) im Abschnitt 2.2 berücksichtigt werden, damit man die Kurvenverläufe 1 bis 3 ind Abb. 3 und den Verlauf 4 bei zusätzlicher Desorption erhalten kann.The curve 1 behaves like the course of the concentration in the "model of the black wall", where all particles are adsorbed and no desorption is present. The possible course types in Fig. 3 indicate that the interactions of the fission product nuclides with the material surface are the cause. This interaction must be taken into account in the adhesion coefficient a and s in equation (2.1.4) in section 2.2 so that the curves 1 to 3 in FIG. 3 and the course 4 with additional desorption can be obtained.
Man geht bei der Auswertung der Aktivitätsverteilungen von der Annahme aus, daß die Kurvenverläufe 1 bis 3, in Abb. 3, nur durch Adsorptionsvorgänge bestimmt werden und die Desorptionsvorgänge stark vermindert sein können oder nicht mehr auftreten. [11]In the evaluation of the activity distributions, it is assumed that curves 1 to 3 , in FIG. 3, are determined only by adsorption processes and that the desorption processes can be greatly reduced or no longer occur. [11]
Zur Bestimmung eines Ausdrucks für den Haftkoeffizienten, kann man davon ausgehen, daß die Hertz-Knudsen-Formel in [15]To determine a term for the adhesion coefficient, may it can be assumed that the Hertz-Knudsen formula in [15]
anwendbar ist.is applicable.
Wenn ≈ 0 ist, dann soll die Desorption vernachlässigbar sein und man erhält die Gleichung (2.1.3)If ≈ 0 then the desorption should be negligible and you get the equation (2.1.3)
ist der zu T gehörende Dampfdruck in N/m².
J ist die Zahl der Atome, die in einer Zeit t von der
Oberfläche pro Zeiteinheit abgehen, in Atome/m² · s.
J ↓ = r a ist die Stoffstromdichte für die Adsorption der
Teilchen in Atome/m² · s.
Z ist die Stoßzahl nach Gleichung (2.1.5) in Atome/m² · s.
T ist die Kühlgastemperatur in K, die der Oberflächentemperatur
der Rohrinnenwand entspricht. [16]
p d ist der Partialdruck der Nuklide im Kühlgas, der aus
der Gasgleichung für ideale Gase berechnet werden kann,
in N/m².
kann aus dem Ausdruck (2.1.13) bestimmt werden, wenn eine
zusätzliche Desorption auftritt.
α = s ist der zu untersuchende Haftkoeffizient.is the vapor pressure associated with T in N / m².
J is the number of atoms that emanate from the surface per unit of time in a time t , in atoms / m² · s.
J ↓ = r a is the mass flow density for the adsorption of the particles in atoms / m² · s.
Z is the number of impacts according to equation (2.1.5) in atoms / m² · s.
T is the cooling gas temperature in K, which corresponds to the surface temperature of the pipe inner wall. [16]
p d is the partial pressure of nuclides in the cooling gas, which can be calculated from the gas equation for ideal gases, in N / m².
can be determined from the expression (2.1.13) if additional desorption occurs.
α = s is the adhesion coefficient to be investigated.
Um aus der Gleichung (3.1.2) einen Ausdruck für α bzw. s zu erhalten, benötigt man den Partialdruck der Nuklide, den man aus den gemessenen Heißgasaktivitäten für die einzelnen Spaltprodukte im Hochtemperatur-Reaktor abschätzen kann. Zur Berechnung der Partialdrücke aus den Heißgasaktivitäten kann man folgende FormelIn order to obtain an expression for α or s from equation (3.1.2), one needs the partial pressure of the nuclides, which can be estimated from the measured hot gas activities for the individual fission products in the high-temperature reactor. To calculate the partial pressures from the hot gas activities, one can use the following formula
p d = 1,98661 · 10-22 · p He · x A · τ 1/2 p d in N/m² (3.1.3) [11] p d = 1.98661 · 10 -22 · p He · x A · τ 1/2 p d in N / m² (3.1.3) [11]
verwenden.use.
x A ist die gemessene Heißgasaktivität in 10-12 Ci/m³.
p He ist der Betriebsdruck des Kühlgases He, im HTR, in der
Einheit bar.
τ 1/2 ist die Halbwertzeit des Nuklids in s. x A is the measured hot gas activity in 10 -12 Ci / m³.
p He is the operating pressure of the cooling gas He, in the HTR, in the unit bar.
τ 1/2 is the half-life of the nuclide in s.
Aus der Tabelle 5.1 in [11] werden in Tab. 1 die spezifischen Heißgasaktivitäten bei einer Kühlgastemperatur von 850°C für die Abschätzung der Partialdrücke mit Hilfe der Gl. (3.1.3) verwendet, weil diese Werte bei einer Eingangstemperatur von 810°C, nach Abschnitt 2.3, den Versuchsbedingungen am besten entsprechen.Table 5.1 in [11] shows in Table 1 the specific Hot gas activities at a cooling gas temperature of 850 ° C for the estimation of the partial pressures with the help of Eq. (3.1.3) used because these values at an inlet temperature of 810 ° C, according to Section 2.3, the experimental conditions best correspond.
Die tatsächlichen Heißgaskativitäten, bei der Durchführung des VAMPYR II/V01 Experiments, wurden in den Veröffentlichungen der Meßergebnisse nicht mit angegeben, weil die benötigten Quellstärken, zur Berechung der Anfangskonzentration für die Modelle, aus den gemessenen Filteraktivitäten bestimmt wurden. The actual hot gas, when performing of the VAMPYR II / V01 experiment, were in the Publications of the results are not indicated, because the required source strengths, to calculate the initial concentration for the models, from the measured Filter activities were determined.
Für die Abschätzung der Partialdrücke aus Tabelle 1, mit Gleichung (3.1.5), ergeben sich folgende Werte in Tabelle 2:For the estimation of the partial pressures from Table 1, with Equation (3.1.5), the following values result in Table 2:
Mit Hilfe der Partialdrücke ist man in der Lage die Stoßzahl aus der Gleichung (2.1.5) zu berechnen. With the help of the partial pressures one is capable of the shock number from the equation (2.1.5).
Die Aktivierungsenergie Δ E a , die man in Gleichung (2.1.3), (3.1.2) und (2.1.4) benötigt, wird aus einem e x -Fit bestimmt, wenn man die Gleichung (3.1.2) als eine Gleichung der FormThe activation energy Δ E a required in equations (2.1.3), (3.1.2), and (2.1.4) is determined from an e x -fit by taking equation (3.1.2) as an equation the form
betrachtet.considered.
Man geht in der Gleichung (3.1.4) von der Annahme aus, daß der Abfall der Aktivitätsverteilung zu kleineren Temperaturen durch den Boltzmann-Faktor bestimmt wird. Die zeitliche Ableitung in (3.1.4) wird durch die Abschätzung dn a /dt ≈ n a /t B ersetzt und n a läßt sich aus dem radioaktiven ZerfallsgesetzThe equation (3.1.4) is based on the assumption that the decrease of the activity distribution to lower temperatures is determined by the Boltzmann factor. The time derivative in (3.1.4) is replaced by the estimate d n a / d t ≈ n a / t B and n a can be derived from the radioactive decay law
ermitteln.determine.
Nach Abschnitt 2.3 beträgt die Meßzeit des Experiments t B 60 Tage oder 5,184 · 10⁶ s. Wenn man die Gleichung (3.1.4) auf eine lineare Ausgleichsgerade reduziert, so erhält man die GleichungAccording to Section 2.3, the measurement time of the experiment t B is 60 days or 5.184 · 10⁶ s. If one reduces the equation (3.1.4) to a linear regression line, one obtains the equation
ln(n a /t B ) = lna₀ + bx (3.1.6).ln (n a / t B ) = ln a ₀ + bx (3.1.6).
Hierbei ist b = -Δ E a /R und x = 1/T. R ist wieder die allgemeine Gaskonstante in Kcal/K · mol. Auch wenn man den genauen Wert der zeitlichen Ableitung dn a /dt nicht zur Verfügung hat, soll die Steigung in (3.1.6), die durch den Boltzmann-Faktor bestimmt wird, sich nicht wesentlich ändern, sondern die Änderung erfolgt im Vorfaktor a₀.Here, b = -Δ E a / R and x = 1 / T. R is again the general gas constant in Kcal / K · mol. Even if the exact value of the time derivative d n a / d t is not available, the slope in (3.1.6), which is determined by the Boltzmann factor, should not change significantly, but the change takes place in the pre-factor a ₀.
Wenn man die Gleichung (3.1.6) auf alle Aktivitätsverläufe für die Nuklide nacheinander anwendet, ist nur dann die Bestimmung der Konstanten b physikalisch sinnvoll, wenn b 0 ist.Applying the equation (3.1.6) to all activity curves for the nuclides one after the other, the determination of the constant b is only physically meaningful if b is 0.
Wenn die Bedingung b 0 ist, dann ist auch der Boltzmann-Faktor 1, weil er nicht größer als 1 sein darf. If the condition b is 0, then the Boltzmann factor is 1, because it must not be greater than 1.
Ist bei der Anwendung von Gleichung (3.1.6) der Boltzmann-Faktor 1, dann erhält man für den Verlauf von Kurve 1, in Abb. 3, folgende Ergebnisse, die in Tabelle 3 zusammengestellt sind.If, in the application of equation (3.1.6), the Boltzmann factor is 1, the following results are obtained for the course of curve 1 , in FIG. 3, which are listed in table 3.
Das negative Vorzeichen in Tab. 3, bei der Aktivierungsenergie besagt nur, daß die Energie bei der Adsorption der Teilchen freigesetzt wird. Das Vorzeichen für die Aktivierungsenergie hat nichts mit dem Vorzeichen der Konstante b zu tun, weil das Vorzeichen für b sich selbst aus der Gleichung (3.1.6) ergeben muß, wenn man n a /t B in Abhängigkeit von der Temperatur der Rohrinnenwand betrachtet.The negative sign in Tab. 3, in the activation energy states only that the energy is released during the adsorption of the particles. The sign for the activation energy has nothing to do with the sign of the constant b , because the sign for b itself must result from the equation (3.1.6), considering n a / t B as a function of the temperature of the pipe inner wall.
Bei der weiteren Auswertung gibt es folgende Möglichkeiten:In the further evaluation, there are the following possibilities:
- 1) man bestimmt den Haftkoeffizienten α aus der Gleichung 1) one determines the adhesion coefficient α from the equation
- 2) Berücksichtigt man die Aktivierungsenergie, dann ergibt sich die Gleichung 2) Taking into account the activation energy, the equation results
Zwischen α₁ und der Temperatur T läßt sich folgender Zusammenhang mit dem Bedeckungsgrad σ herstellenBetween α ₁ and the temperature T , the following relationship with the degree of coverage σ can be produced
Der Exponent m und die Konstante C können aus der reduzierten Ausgleichsgeraden der Gleichung (3.1.9) berechnet werden. Die Gleichung für die Ausgleichsgerade hat die GestaltThe exponent m and the constant C can be calculated from the reduced regression line of equation (3.1.9). The equation for the equalizer line has the shape
log₁₀(α₁/σ) = log₁₀C + m · log₁₀(T/T₀) (3.1.10).log₁₀ (α ₁ / σ) = log₁₀ C + m · log₁₀ (T / T ₀) (3.1.10).
T₀ = 273,15 K ist eine willkürlich verwendete Bezugstemperatur, damit der Haftkoeffizient keine physikalische Einheit besitzt. T ₀ = 273.15 K is an arbitrarily used reference temperature so that the adhesion coefficient has no physical unit.
Zur Berechnung des Bedeckungsgrades σ = n a /n₀, mußten die Werte n₀ für die einzelnen Nuklide, die möglichen Haftplätze für eine Monolage in Atome/m², aus dem VerhältnisFor the calculation of the degree of coverage σ = n a / n ₀, the values n ₀ for the individual nuclides, the possible sites for a monolayer in atoms / m², had to be calculated from the ratio
n₀ = A₀/r A ² · π n ₀ = A ₀ / r A ² · π
abgeschätzt werden.be estimated.
A₀ ist die Fläche von 1 m² und r A ist der Atomradius des Nuklids. A ₀ is the area of 1 m² and r A is the atomic radius of the nuclide.
Die Werte für die Atomradien, die man mit Hilfe der Ordnungszahlen aus der Literatur [17] ermittelt hat, sind mit den berechneten Werten für n₀ in Tabelle 4 zusammengestellt. The values for the atomic radii, which were determined using the ordinal numbers from the literature [17], are compiled with the calculated values for n ₀ in Table 4.
Für die Konstante C und dem Exponent m, erhält man aus der Ausgleichsgeraden (3.1.10), in Tabelle 5, folgende Ergebnisse:For the constant C and the exponent m , the following results are obtained from the regression line (3.1.10), in Table 5:
Aus der Gleichung (3.1.9), erhält man mit den Ausdrücken (3.1.7) und (3.1.8) für den Haftkoeffizienten folgende Gleichungen:From the equation (3.1.9), one obtains with the expressions (3.1.7) and (3.1.8) for the coefficient of adhesion following equations:
- 1) mit Gleichung (3.1.7) ergibt sich 1) with equation (3.1.7) results
- 2) mit Gleichung (3.1.8) erhält man 2) with equation (3.1.8) is obtained
Die Gleichung (3.1.11), in [11], ist ein Spezialfall der Gleichung (3.1.12) und zeigt ebenfalls physikalische Eigenschaften, die mit der Gleichgewichtsstatistik im Zusammenhang stehen. Betrachtet man aus der Literatur [6] die Stoffstromdichte für die Teilchen, die in einem vollen Raumwinkel 4π auf die Wandoberfläche auftreffen, dann erhält man zunächst die GleichungEquation (3.1.11), in [11], is a special case of Equation (3.1.12) and also shows physical properties related to equilibrium statistics. Looking from the literature [6] the material flow density for the particles, which impinge on the wall surface in a solid solid angle 4 π , then one first obtains the equation
mitWith
aus der Gleichung für ideale Gasefrom the equation for ideal gases
Bei Berücksichtigung eines Haftkoeffizienten , erhält man die Stoffstromdichte für die adsorbierten Teilchen in der GestaltTaking into account a sticking coefficient, you get the material flow density for the adsorbed particles in the shape
Wenn n ∼ n a bzw. n ∼ σ = n a /n₀ ist, dann rührt die TemperaturabhängigkeitIf n ~ n a or n ~ σ = n a / n ₀, then the temperature dependence is due
in Gleichung (3.1.11) von der -Abhängigkeit in = v ⟂ her. Aus der Gleichung (3.1.14) erhält man dann für α den Ausdruckin equation (3.1.11) of the Dependence in =v ⟂ ago. From equation (3.1.14) one then obtains forα the expression
Die Gleichung (3.1.15) entspricht dann bei der Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der Gleichung (3.1.7). Aus den beiden Gleichungen (3.1.7) und (3.1.15) ist a ∼ , wenn keine zusätzlichen Temperaturabhängigkeiten durch den Einfluß des Festkörpergitters und der adsorbierten Teilchen auf der Materialoberfläche vorliegen. Die Gleichung (3.1.8) geht in den Ausdruck (3.1.7) oder (3.1.15) über, wenn Δ E a = 0 ist. Dieselben Abhängigkeiten, die hier erwähnt werden, treten auch in der Gleichung (2.2.4) auf.The equation (3.1.15) then corresponds to the equation of temperature (3.1.7) in the investigation of the temperature dependence. From the two equations (3.1.7) and (3.1.15), a ~ is when there are no additional temperature dependencies due to the influence of the solid-state lattice and the adsorbed particles on the material surface. The equation (3.1.8) goes into the expression (3.1.7) or (3.1.15) if Δ E a = 0. The same dependencies mentioned here also appear in equation (2.2.4).
Die Gleichung für die Stoffstromdichte beim Adsorptionsvorgang hat wegen des Ausdrucks (3.1.12) und (3.1.2) die FormThe equation for the material flow density in the adsorption process has the form because of the expression (3.1.12) and (3.1.2)
Die Konstante C entspricht dem Kondensationskoeffizient (R) in der Gleichung (2.1.4). Die Funktion f (R) = (1 - R) = 1 - σ) ist in Gleichung (2.1.6) f (R) = f (σ) = 1, wenn der Bedeckungsgrad σ « 1 ist.The constant C corresponds to the condensation coefficient (R) in equation (2.1.4). The function f (R) = (1 - R) = 1 - σ) is in equation (2.1.6) f (R) = f (σ) = 1, if the degree of coverage σ «1.
Da man die Gleichung für die Stoffstromdichte in (3.1.16) kennt, muß man zeigen, daß die Beziehung (3.1.16) auch auf die Kurvenverläufe 2 und 3, in der Abb. 3, anwendbar ist, so daß der Boltzmann-Faktor exp (-Δ E a /RT) 1 ist, wie es die Gleichgewichtsstatistik erfordert. Die Gleichung (3.1.10) und (3.1.6) erfüllt diese Bedingung für den Boltzmann-Faktor nur für den Kurvenverlauf 1 und ist daher für die Verläufe 2 und 3 ungeeignet. Obwohl man den Stoffübergang bei diesen Auswertungsmethoden noch nicht berücksichtigen kann, erhält man trotzdem schon Werte für die Boltzmann-Faktoren 1, wenn man eine Gleichung der Form (3.1.10) oder (3.1.6) auf mehrere Variablen erweitert.Since one knows the equation for the mass flow density in (3.1.16), one must show that the relation (3.1.16) is also applicable to the curves 2 and 3 , in Fig. 3, so that the Boltzmann factor exp (- Δ e a / RT) is 1, as required by the equilibrium statistics. The equation (3.1.10) and (3.1.6) satisfy this condition for the Boltzmann factor only for the curve 1 and is therefore unsuitable for the courses 2 and 3 . Although one can not yet consider the mass transfer in these evaluation methods, one nevertheless already obtains values for the Boltzmann factors 1 if one extends an equation of the form (3.1.10) or (3.1.6) to several variables.
Mit Hilfe der Gleichung (3.1.16) kann man folgende lineare Ausgleichsgerade, mit mehreren Veränderlichen nach der Methode der kleinsten Quadrate, durchWith the help of equation (3.1.16) one can use the following linear Equalization line, with several variables after the Method of least squares, by
erhalten.receive.
Hierbei wurde aus der Stoßzahl in den linken Term in (3.1.17) hineingenommen, damit die Geradengleichung nur 3 Veränderliche besitzt. Man kann die Gleichung (3.1.17) in der GestaltHere, the number of bumps in the left term in (3.1.17), so that the straight-line equation only Has 3 variables. One can see the equation (3.1.17) in the form
U = a₀ + a₁X + a₂Y + a₃Z U = a ₀ + a ₁ X + a ₂ Y + a ₃ Z
oder nach [18] in der Formor after [18] in the form
X₁ = a₀ + A₁X₂ + a₂X₃ + a₃X₄ (3.1.18) X ₁ = a ₀ + A ₁ X ₂ + a ₂ X ₃ + a ₃ X ₄ (3.1.18)
schreiben, wenn man folgende Abkürzungen verwendet:Write if you use the following abbreviations:
U = X₁ = ln((dn a /dt) · t) · ),
X = X₂ = ln(T/T₀),
Y = X₃ = lnσ = ln(n a /n₀),
Z = X₄ = 1/T. U = X 1 = ln ((d n a / d t) * t) *),
X = X ₂ = ln (T / T ₀),
Y = X ₃ = ln σ = ln (n a / n ₀),
Z = X ₄ = 1 / T.
Mit den Konstanten a₀, a₁, a₂ und A₃ ergeben sich aus dem Fit die Werte für die Konstanten C, m und die Aktivierungsenergie Δ E a . Die Konstanten entsprechen nach (3.1.17) folgenden Ausdrücken:With the constants a ₀, a ₁, a ₂ and A ₃, the values for the constants C, m and the activation energy Δ E a are obtained from the fit. The constants correspond to (3.1.17) the following expressions:
a₁ = m, a₂ = 1, a₃ = -Δ E a /R. a ₁ = m , a ₂ = 1, a ₃ = - Δ E a / R.
Für C und Δ E a ergeben sich aus den oberen AbkürzungenFor C and Δ E a , the upper abbreviations result
undand
Δ E a = a₃ · R Δ E a = a ₃ · R
Der Boltzmann-Faktor ist dann wieder 1, wenn die Konstante aus dem Fit a₃ 0 ist. The Boltzmann factor is again 1 when the constant from the fit a ₃ is 0.
Die folgende Tabelle soll, entsprechend den Bezeichnungen in der Ausgleichsgeraden (3.1.18), die Bezeichnungen der Korrelationskoeffizienten und die Zusammenhänge der Daten wiedergeben, die man für die Ergebnisse in den Tabellen Tabellen 7 und 8 benötigt.The following table should, according to the designations in the straight line (3.1.18), the names of the Correlation coefficients and the relationships of the data reproduce that one for the results in the tables Tables 7 and 8 are needed.
Der multiple Korrelationskoeffizient R 1.234 = R U.XYZ wird aus der BeziehungThe multiple correlation coefficient R 1.234 = R U.XYZ is obtained from the relationship
R 1.234 = (1 - (1 -R ²₁₂) · (1 -R ²13.2) · (1 -R ²14.23))1/2 [18] R 1.234 = (1 - (1 - R ¹²₁₂) · (1 - R ² 13.2 ) · (1 - R ² 14.23 )) 1/2 [18]
berechnet.calculated.
Die Formeln für die Berechnung der partiellen Korrelationskoeffizienten findet man ebenfalls in der Literatur [18].The formulas for the calculation of the partial correlation coefficients can also be found in the literature [18].
Die Ergebnisse für die ermittelten Konstanten und Korrelationskoeffizienten aus der Gleichung (3.1.17) bzw. (3.1.18), für die einzelnen Nuklide, sind für das VAMPYR II/V01 Experiment in den Tabellen 7 und 8 zusammengestellt. The results for the determined constants and Correlation coefficients from the equation (3.1.17) or (3.1.18), for the individual nuclides, are for the VAMPYR II / V01 experiment in Tables 7 and 8 compiled.
Aus den Werten von m ist zu erkennen, daß ein Großteil dieser Exponenten bei 0,5 liegen, wenn die Aktivierungsenergien Δ E a sehr klein sind. Der Haftkoeffizient hängt beim Temperaturverhalten nur von der Auftreffgeschwindigkeit der Teilchen ab. Bei größeren Aktivierungsenergien sind die Werte für m kleiner als 0,5. Diese Abweichungen könnte man so deuten, daß die Wärme des Fluids bzw. des Kühlgases an die Materialwand abgegeben wird und damit die Gitterschwingungen beeinflußt werden. Zusätzlich kann bei ausreichenden Aktivierungsenergien die freiwerdende Wärme ebenfalls vom Festkörpergitter aufgenommen werden. Auch die sich anlagernden Teilchen können durch Änderung der Gitterschwingungen an der Materialoberfläche für eine Veränderung der spezifischen Wärme und Wärmeleitfähigkeit sorgen. Auch wenn man die Einzelheiten der möglichen Ursachen nicht mit den Ergebnissen in den Tabellen 7 und 8 herausfinden kann, so zeigt sich aber, daß die partiellen Korrelationskoeffizienten R₁₂ = R UX , die einen Zusammenhang zwischen der Stoffstromdichte und dem Faktor (T/T₀) m deutlich machen, bei Beträgen über 0,5 auf einen möglichen Temperatureinfluß in Gleichung (3.1.16) hinweisen. Diese Schlußfolgerung ergibt sich aus der Bedingung, daß der Boltzmann-Faktor 1 sein muß. Der Korrelationskoeffizient R 14.23 = R UZ.XY zeigt den Zusammenhang der Stoffstromdichte mit dem Boltzmann-Faktor.From the values of m can be seen that a majority of these exponents are at 0.5, when the activation energy Δ E a are very small. The adhesion coefficient depends on the temperature behavior only on the impact velocity of the particles. For larger activation energies, the values for m are less than 0.5. These deviations could be interpreted so that the heat of the fluid or the cooling gas is released to the material wall and thus the lattice vibrations are affected. In addition, with sufficient activation energies, the released heat can also be absorbed by the solid-state lattice. Also, the accumulating particles can cause a change in the specific heat and thermal conductivity by changing the lattice vibrations on the material surface. Although one can not find out the details of the possible causes with the results in Tables 7 and 8, it turns out that the partial correlation coefficients R ₁₂ = R UX , the relationship between the material flow density and the factor (T / T ₀ ) m , for amounts above 0.5 indicate a possible influence of temperature in equation (3.1.16). This conclusion follows from the condition that the Boltzmann factor must be 1. The correlation coefficient R 14.23 = R UZ.XY shows the relationship between the material flow density and the Boltzmann factor.
Mit der aufgestellten Gleichung (3.1.16) ist man in der Lage, alle Verlaufsarten in der Abb. 3 zu beschreiben, ohne daß man jetzt alle einzelnen Materialeigenschaften und Wechselwirkungen der einzelnen verschiedenen Nuklide in der Gleichung (3.1.16) betrachten muß. Man hat den Vorteil, daß die Gleichung (3.1.16) für alle Nuklide, soweit man es aus dem VAMPYR II/V01-Experiment ersehen kann, anwendbar ist, und man keine speziellen Gleichungen für die Stoffstromdichte bei den einzelnen Spaltprodukten benötigt. With the equation (3.1.16) it is possible to describe all types of events in Fig. 3, without having to consider all the individual material properties and interactions of the different nuclides in equation (3.1.16). It has the advantage that the equation (3.1.16) is applicable to all nuclides, as far as can be seen from the VAMPYR II / V01 experiment, and no special equations for the material flow density in the individual fission products are needed.
Mit dem Verfahren im Abschnitt 5 werden bei zusätzlicher Berücksichtigung des Stoffübergangs die Konstanten C, m und Δ E a aus den Messungen der Aktivitätsverteilungen ermittelt, so daß die Art des Verlaufes in Abb. 3 über die Werte der drei Konstanten festgelegt wird.With the method in Section 5, the constants C, m and Δ E a are determined from the measurements of the activity distributions, taking into account the mass transfer, so that the type of course in Fig. 3 is determined by the values of the three constants.
Der Korrelationskoeffizient R 13.2 = R UY.X = 1 besagt, daß die Stoffstromdichte proportional zur Zahl der adsorbierten Teilchen nach Gleichung (3.1.16) bzw. (3.1.11) und (3.1.12) ist.The correlation coefficient R 13.2 = R UY.X = 1 states that the mass flow density is proportional to the number of adsorbed particles according to Equation (3.1.16) or (3.1.11) and (3.1.12).
Zwischen dem Exponenten m und der Aktivierungsenergie Δ E a lassen sich für Inconel 617 und Incoloy 800 H Zusammenhänge aufstellen, die sich aus den Fits in den Gleichungen (3.1.6) und (3.1.10) sowie aus der Gleichung (3.1.17) ergeben. Trägt man die Werte für m in Abhängigkeit von der Aktivierungsenergie auf, dann ergeben sich nach der Abb. 4 zwei Geraden, die für die beiden Materialien charakteristisch erscheinen. Die Geradengleichung, die man aus den Werten m und Δ E a erhält, lauten für beide Materialien:Between the exponent m and the activation energy Δ E a , for Inconel 617 and Incoloy 800 H, connections can be established, which can be deduced from the fits in the equations (3.1.6) and (3.1.10) as well as from the equation (3.1.17) result. If one plots the values for m as a function of the activation energy, then, according to FIG. 4, two straight lines appear which are characteristic of the two materials. The straight-line equation obtained from the values m and Δ E a are for both materials:
für Inconel 617
m = 0,4764 - 0,4869 · Δ E a Δ E a in Kcal/mol (3.1.19),for Inconel 617
m = .4764 to .4869 · Δ Δ E a E a in Kcal / mol (3.1.19)
für Inconel 617
m = 0,4999 - 0,5838 · Δ E a Δ E a in Kcal/mol (3.1.20).for Inconel 617
m = 0.4999 to 0.5838 · Δ Δ E a E a in Kcal / mol (3.1.20).
Aus der Abb. 4 ist ersichtlich, daß der Schnittpunkt der beiden Graden bei m = 0,5 liegen muß, wenn Δ E a = 0 ist. Am Schnittpunkt in Abb. 4, liegen die Bedingungen für die Temperaturabhängigkeit des Haftkoeffizienten α in Gleichung (3.1.11) vor. Mit Hilfe der Gleichungen (3.1.19) und 3.1.20), kann man die Gleichung (3.1.16) auf die zwei Parameter C und Δ E a reduzieren. Diese Vereinfachung könnte vorteilhaft sein, wenn die Konstanten C und Δ E a , wie im Abschnitt 2.1, als bedeckungsgradabhängige Parameter aufgefaßt werden. From Fig. 4 it is seen that the intersection of the two degrees at m = 0,5 must lie when Δ E a = 0. At the intersection in Fig. 4, the conditions for the temperature dependence of the adhesion coefficient α in equation (3.1.11) are present. By means of the equations (3.1.19) and 3.1.20) one can reduce the equation (3.1.16) to the two parameters C and Δ E a . This simplification could be advantageous if the constants C and Δ E a , as described in Section 2.1, as coverage-dependent parameters.
Wenn es bei zunehmender Belegung der Materialoberfläche mit Spaltproduktnukliden zu Sättigungseffekten beim Adsorptionsvorgang kommen sollte, so kann für die Stoffstromdichte versuchsweise der AnsatzIf it increases with occupancy of the material surface with fission product nuclides to saturation effects Adsorption process should come, so can for the Stoffstromdichte tentatively the approach
gemacht werden, wobei für f (σ) = f (R) die Gleichung (2.1.6) verwendet werden kann.for f (σ) = f (R), the equation (2.1.6) can be used.
Bei den Auswertungen des VAMPYR II/V01-Experiments konnte auf Grund kleiner Bedeckungsgrade noch kein Anhaltspunkt für eintretende Sättigungseffekte in (3.1.21) gefunden werden. Deshalb wird man bei den weiteren Betrachtungen die Gleichung (3.1.16) an Stelle der Gleichung (3.1.21) betrachten. Der Ausdruck für f (R) kann von den Eigenschaften des Festkörpergitters abhängen und muß dann in (3.1.21) berücksichtigt werden, wenn der Adsorptionsvorgang davon abhängig wird. In the evaluations of the VAMPYR II / V01 experiment, due to the small degrees of coverage, no hint of incoming saturation effects could be found in (3.1.21). Therefore, in the further considerations, we will consider equation (3.1.16) instead of equation (3.1.21). The expression for f (R) may depend on the properties of the solid-state lattice and must then be considered in (3.1.21) if the adsorption process becomes dependent on it.
Zur Berechnung der Konzentration der Spaltprodukte in der Kühlgasströmung, kann man auch hier beim Ansatz für die Bilanzgleichung von den Gleichungen (2.1.1) und (2.2.1) ausgehen. Anstelle der Isotherme, zur Beschreibung der Wechselwirkung von Spaltprodukten auf der Materialoberfläche mit den Spaltproduktnukliden in der Gasphase der Kühlgasströmung, die man zur Berechnung der Wandkonzentration bei der Belegung der Wandoberfläche mit Spaltprodukten benötigt, verwendet man die Gleichung (3.1.16) im Zusammenhang mit der Gleichung (2.1.8). Betrachtet man im 1. Term auf der rechten Seite in der Gleichung (2.2.1) die Größe Hn w , dann ist es die Stoffstromdichte, die der Stoffstromdichte für die Nettorate aus den beiden Stoffstromdichten für Adsorption- und Desorption entspricht. Die Isotherme kann dann durch die GleichungIn order to calculate the concentration of fission products in the cooling gas flow, one can assume the equations (2.1.1) and (2.2.1) in the approach to the balance equation. Instead of the isotherm, to describe the interaction of fission products on the material surface with the fission product nuclides in the gas phase of the cooling gas flow, which is required to calculate the wall concentration in the occupation of the wall surface with fission products, the equation (3.1.16) is used in connection with Equation (2.1.8). If we consider in the first term on the right side in equation (2.2.1) the quantity Hn w , then it is the mass flow density that corresponds to the material flow density for the net rate from the two mass flow densities for adsorption and desorption. The isotherm can then be through the equation
Hn w = A - D (3.2.1) Hn w = A - D (3.2.1)
ersetzt werden. Verwendet man bei der Berücksichtigung des Teilchenzerfalls die Gleichung (3.1.16) und die Gleichung (2.1.8), dann erhält man für die Stoffstromdichten A und D die beiden Gleichungenbe replaced. If, taking into account the particle decay, equation (3.1.16) and equation (2.1.8) are used, the two equations for the material flow densities A and D are obtained
mitWith
δ = n · n d (3.2.4). δ = n · n d (3.2.4).
n a ist wieder die Zahl der Atome, die zu einem betrachteten
Zeitpunkt gerade die Haftplätze auf der Wandoberfläche
besetzen, in Atome/m².
n d ist die Zahl der Atome, die zu einem betrachteten
Zeitpunkt durch Desorption die Haftplätze wieder verlassen
können, in Atome/m².
ν ist die Schwingungsfrequenz des Festkörpergitters senkrecht
zur Wandoberfläche in 1/s.
δ ist wieder der Desorptionskoeffizient in Atome/m² · s. n a is again the number of atoms that occupy the adhesive sites on the wall surface at a given time, in atoms / m².
n d is the number of atoms that can leave the sites at a given time by desorption, in atoms / m².
ν is the oscillation frequency of the solid lattice perpendicular to the wall surface in 1 / s.
δ is again the desorption coefficient in atoms / m² · s.
Wenn Hn w als die Nettorate der Stoffstromdichten von Adsorption und Desorption aufgefaßt wird, dann folgt für die Bilanzgleichung der Konzentration der Spaltprodukte die partielle DifferentialgleichungIf Hn w is taken to be the net rate of mass flow densities of adsorption and desorption then the partial differential equation follows for the balance equation of the fission product concentration
O/V ist wieder das Verhältnis von Kühlgasvolumen pro Längeneinheit zur geometrischen Oberfläche des Strömungskanals je Längeneinheit. O / V is again the ratio of cooling gas volume per unit length to the geometric surface of the flow channel per unit length.
In der Gleichung (3.2.1) bzw. (3.2.5), hängt die Art der Wechselwirkung der Schaltproduktnuklide auf der Oberfläche mit den Nukliden in der Gasphase nur von den Konstanten bzw. von den Parametern C, m, Δ E a und Δ E d ab, die auch vom Bedeckungsgrad bei zunehmender Belegung abhängig werden können.In the equation (3.2.1) or (3.2.5), depend on the nature of the interaction of the Schaltproduktnuklide on the surface of the nuclides in the gas phase only of the constant or of the parameters C, m, Δ E a, and Δ E d from, which can also be dependent on the degree of coverage with increasing occupancy.
Wie schon im Abschnitt 2.5 angedeutet wurde, wird die Rauhigkeit der Oberfläche durch Laborversuche mit Hilfe der BET-Methode [15] bestimmt.As already indicated in section 2.5, the Roughness of the surface by laboratory tests with the help of BET method [15] determined.
Unter vorliegenden Bedingungen bei Reaktorexperimenten, könnte sich die Oberflächenrauhigkeit bei zunehmender Belegung der Oberfläche mit verschiedenen Spaltprodukten ebenfalls verändern. Eine weitere Schwierigkeit tritt dann ein, wenn nach Abschluß eines Reaktorexperiments die Oberflächenrauhigkeit von radioaktiven Materialoberflächen untersucht werden müßte. Es ist vorteilhaft, wenn man schon allein aus diesen Gründen den Gebrauch eines Rauhigkeitsfaktors umgehen kann, weil die Laborversuche bei der BET-Methode Unsicherheiten bei den Meßergebnissen enthalten können. Es ist möglich, einen anderen Parameter zu finden, der aus den Aktivitätsverteilungen durch geeignete Wahl bestimmt werden kann und den Anteil der Stoffstromdichte angibt, der den Konzentrationsüberschuß gegenüber der Grenzschicht darstellt. Ist die Rauhigkeit der Oberfläche groß, dann ist zu erwarten, daß mehr Teilchen beim Stoffübergang ihre Haftplätze auf der Materialwand finden können und damit weniger Nuklide den Strömungskanal verlassen, wenn die Desorption einmal getrennt von dem Vorgang betrachtet wird. Der Anteil der Stoffstromdichte, der durch den Konzentrationsüberschuß gegenüber der Konzentration in der Grenzschicht besteht, kann durch ein Vielfaches der Nettorate (A-D) ausgedrückt werden. Somit erhält die Gleichung (2.2.2) die GestaltUnder existing conditions in reactor experiments, the surface roughness could also change with increasing occupancy of the surface with different fission products. Another difficulty arises when, after completion of a reactor experiment, the surface roughness of radioactive material surfaces should be examined. It is advantageous to be able to circumvent the use of a roughness factor for these reasons alone, because the laboratory tests in the BET method can contain uncertainties in the measurement results. It is possible to find another parameter that can be determined from the activity distributions by appropriate choice and indicates the fraction of mass flow density that represents the excess concentration over the boundary layer. If the roughness of the surface is large, then it is to be expected that more particles will be able to find their sites on the material wall during mass transfer, and thus fewer nuclides will leave the flow channel once the desorption is considered separately from the process. The proportion of the material flow density, which consists of the concentration excess over the concentration in the boundary layer, can be expressed by a multiple of the net rate (AD) . Thus, equation (2.2.2) takes the form
-H(n - n w ) = η · (D - A) (3.2.6)- H (n - n w ) = η · (D - A) (3.2.6)
oderor
-H(n - n w ) = η · (A - D).- H (n - n w ) = η · (A - D) .
Das negative Vorzeichen bedeutet, daß der Stoffübergang von den Gebieten mit höherer Konzentration zu Gebieten mit geringer Konzentration erfolgt. Wenn η = 0 ist, dann ergibt sich H · n = Hn w und die Teilchen würden sich wie beim "Modell der schwarzen Wand" alle auf der Materialoberfläche ansammeln, wenn nur der Adsorptionsvorgang betrachtet wird. Der Fall η = 0 würde nur dann vorliegen, wenn die Materialoberfläche in der Lage wäre, die Nettorate an Teilchen aus der Gasphase aufzunehmen, wenn entsprechend die Konzentration n gering ist.The negative sign means that mass transfer occurs from the higher concentration areas to the lower concentration areas. If η = 0 then H · n = Hn w and the particles would all accumulate on the material surface as in the "black wall model", if only the adsorption process is considered. The case η = 0 would only be present if the material surface were able to take up the net rate of particles from the gas phase, if the concentration n is correspondingly low.
Wie beim Modell im Abschnitt 2.2, soll der Bedeckungsgrad vom Adsorptions und Desorptionsvorgang abhängig sein. Nach den Ausführungen in Literatur [19], wird auch hier, durch Gleichung (3.2.1), für die Berechnung des Bedeckungsgrades die Nettorate von Adsorptions- und Desorptionsstromdichte betrachtet. Die Gleichung (2.2.9) erhält dann mit der Gleichung (3.2.1) die GestaltAs with the model in section 2.2, the degree of coverage of the Adsorption and desorption be dependent. According to the remarks in literature [19], here too, by equation (3.2.1), for the calculation of the Degree of coverage the net rate of adsorption and Considered desorption current density. The equation (2.2.9) is then given by the equation (3.2.1) the figure
n₀ ist wieder die mögliche Zahl von Haftplätzen für eine Monolage in Atome/m². n ₀ is again the possible number of detention sites for a monolayer in atoms / m².
Um ein Differentialgleichungssystem zu bekommen, wird die Gleichung (3.2.6) nach der Stoffstromdichte A aufgelöst und es ergibt sichIn order to obtain a system of differential equations, the equation (3.2.6) is solved for the mass flow density A and it follows
Hierbei hat man für die Gleichung (3.2.8) in der Beziehung (3.2.6) den Ausdruck (3.2.1) verwendet.Here one has for the equation (3.2.8) in the relationship (3.2.6) uses the expression (3.2.1).
In der Abb. 5 werden die Vorgänge in einem Volumenelement verdeutlicht, die bei diesem Modell betrachtet werden. Figure 5 illustrates the operations in a volume element considered in this model.
Setzt man die Gleichung (3.2.8) in den Ausdruck (3.2.7) ein, dann ergibt sich für den BedeckungsgradSubstituting equation (3.2.8) into expression (3.2.7), then results for the degree of coverage
Für dieses umgeänderte Modell erhält man folgendes DifferentialgleichungssystemFor this modified model you get the following Differential equations
Für die Stoffstromdichten A und D können auch andere Ausdrücke verwendet werden. Die hier verwendeten Ausdrücke erweisen sich bei den Berechnungen der Aktivitätsverteilungen beim VAMPYR II/V01-Experiment als geeignet.For the material flow densities A and D , other terms may be used. The terms used herein are useful in calculating the activity distributions in the VAMPYR II / V01 experiment.
Betrachtet man die Gleichung (3.2.1), so kann C ∼ H sein. Zur Untersuchung des Temperaturverhaltens (T/T₀) m in Gleichung (3.1.16) und (3.2.12) können für C folgende Abhängigkeiten betrachtet werden:Considering the equation (3.2.1), C ~ H can be. To study the temperature behavior (T / T ₀) m in equations (3.1.16) and (3.2.12), the following dependencies can be considered for C :
C = C₀ · C₀ in s/m (3.2.13), C =C₀ · C₀ in s / m (3.2.13),
C = C₀ · · H C₀ in s²/m² (3.2.14), C =C₀ · ·H C₀ in s² / m² (3.2.14),
C=C₀ (3.2.15). C = C ₀ (3.2.15).
Das Temperaturverhalten für die Stoffstromdichte des Adsorptionsvorgangs in (3.1.16) und (3.2.12) ist für das Aufnahmevermögen an Spaltprodukten entscheidend, ob bei größeren oder kleineren Temperaturen auf der Materialoberfläche mehr oder weniger Spaltproduktkonzentrationen zu erwarten sind.The temperature behavior for the material flow density of the Adsorption process in (3.1.16) and (3.2.12) is for the Absorbency of fission products is crucial, whether in larger or smaller temperatures on the material surface more or less cleavage product concentrations are to be expected.
Bei diesem Modell werden nur, wie bei dem Modell von Neill und Kress, die Spaltproduktablagerungen auf den Materialoberflächen betrachtet und keine zusätzlichen Diffusionsvorgänge durch Penetration, wie im Abschnitt 2.2. Die Diffusionsvorgänge ins Wandinnere des Materials können durch das Diffusionsgesetz unabhängig betrachtet werden, wenn man die Oberflächenkonzentration nach diesem und dem Modell im Abschnitt 2.1 berechnet hat. In this model only, as with the model of Neill and Kress, the fission product deposits on the material surfaces considered and no additional diffusion processes through Penetration, as in section 2.2. The diffusion processes into the wall interior of the material can be considered independently by the law of diffusion, if the surface concentration after this and the Model calculated in section 2.1.
Um das Verfahren im Abschnitt 5 entwickeln zu können, ist es erforderlich, daß man eine analytische Lösung zur Verfügung hat, die es ermöglicht, unter gewissen Bedingungen, die notwendigen Parameter in der Gleichung (3.2.12) festzulegen. Diese Lösung muß auch nachvollziehbar sein, damit man von Computerprogrammen unabhängig ist.To be able to develop the procedure in Section 5, it is it is necessary to have an analytical solution available which allows, under certain conditions, the necessary parameters in equation (3.2.12). This solution must also be understandable, so that one of Computer programs is independent.
Eine analytische Lösung des Gleichungssystems, im Abschnitt 3.2, ist nur möglich, wenn keine Sättigungseffekte bei der Adsorption der Teilchen eintreten. Um das Gleichungssystem (3.2.10) und (3.2.11) getrennt voneinander lösen zu können, muß man dieses System von den Variablen n und σ trennen. Wegen (3.1.14), kann man folgenden Versuch unternehmen und den Ansatz verwendenAn analytic solution of the equation system, in Section 3.2, is only possible if there are no saturation effects during the adsorption of the particles. In order to solve the system of equations (3.2.10) and (3.2.11) separately, one has to separate this system from the variables n and σ . Because of (3.1.14), one can undertake the following experiment and use the approach
Damit eine Proportionalität zwischen der Wandkonzentration n w und der Konzentration n für die Nuklide in der Kühlgasströmung vorliegt, muß man einen Proportionalitätsfaktor F(C, m, Δ E a , T) = F einfügen, der die Parameter für die Eigenschaften des Materials enthält, damit die Wechselwirkung der Spaltproduktnuklide mit der Materialoberfläche an Stelle einer Isothermen berücksichtigt wird. Mit dem Proportionalitätsfaktor F ergibt sich dann aus dem Ansatz (4.1.1) zunächst im Zusammenhang mit dem Ausdruck (3.2.1) die GleichungThus, a proportionality between the wall concentration n w and the concentration of n for the nuclides in the cooling gas flow is present, it is necessary to insert a proportionality factor F (C m, Δ E a, t) = F, which contains the parameters for the properties of the material, so that the interaction of the Spaltproduktnuklide with the material surface is taken into account in place of an isotherm. With the proportionality factor F , the equation (4.1.1) first results in connection with the expression (3.2.1)
oderor
Bei verminderter Desorption ergibt sich aus (4.1.2) die GleichungWith reduced desorption, it follows from (4.1.2) the equation
Ersetzt man in der Gleichung (3.2.10) den Term (A-D) mit Hilfe von (4.1.2) bzw. bei verminderter Desorption durch (4.1.3), dann erhält man für die Konzentration n eine partielle Differentialgleichung, die von σ unabhängig wird. Verwendet man für , bei Betrachtung der Strömung in axialer Richtung von x, den AusdruckIf we replace the term (AD) with (4.1.2) in the equation (3.2.10) or (4.1.3) with a reduced desorption, we obtain a partial differential equation for the concentration n , which is independent of σ becomes. Using, for the flow in the axial direction of x , the expression
dann erhält die Differentialgleichung (3.2.10) die Formthen the differential equation (3.2.10) takes the form
Die partielle Ableitung ∂v/∂x kann später durch eine Funktion ersetzt werden, wenn der Gradient für die Strömungsgeschwindigkeit durch die Kühlgasdichte und aus dem Temperaturverlauf der Kühlgastemperatur berechnet werden kann. In der Gleichung (4.1.4) werden nur die partiellen Ableitungen von n berücksichtigt. Zur besseren Übersicht ist es nützlich, die AbkürzungThe partial derivative ∂ v / ∂ x can later be replaced by a function if the gradient for the flow velocity can be calculated by the cooling gas density and from the temperature profile of the cooling gas temperature. In equation (4.1.4) only the partial derivatives of n are considered. For a better overview, it is useful to use the abbreviation
zu verwenden.to use.
Bei einer Strömung in einem Rohr ist O/V = 4/d H . Die partielle Differentialgleichung (4.1.4) vereinfacht sich zuFor a flow in a pipe, O / V = 4 / dH . The partial differential equation (4.1.4) simplifies too
Mit dem LösuungsansatzWith the solution approach
n(x,t) = X(x) · T(t) (4.1.7) n (x, t) = X (x) * T (t) (4.1.7)
erhält man mit dem Bernoullischen Separationsverfahren aus der Gleichung (4.1.8) bei der Umformungobtained with the Bernoulli separation method from equation (4.1.8) during forming
· X = -K · T · X - v · · T (4.1.8) ·X = -K ·T ·X -v · ·T (4.1.8)
oderor
ist die Ableitung nach der Zeit, des Zeitanteils T(t), für die
Konzentration n.
ist die Ableitung nach x, des Ortsanteils X(x), für die
Konzentration n. is the derivative of time, of time proportionT (t), for the
concentrationn,
is the derivative afterx, the location shareX (x), for the
concentrationn,
Die beiden Seiten in der Gleichung (4.1.8) stellen zwei Differentialgleichungen dar, wenn diese einer Konstanten χ gleichgesetzt werden. Aus (4.1.8) erhält manThe two sides in equation (4.1.8) represent two differential equations if they are equated to a constant χ . From (4.1.8) one obtains
Die beiden Differentialgleichungen für den Orts- und Zeitanteil der Konzentration n lauten nach (4.1.9)The two differential equations for the position and time component of the concentration n are given in (4.1.9)
+ χ · T = 0 (4.1.10) +χ ·T = 0 (4.1.10)
undand
Da der Massenstrom , wie im Abschnitt 2.2, als konstant betrachtet wird, kann man χ = λ setzen. Diese Annahme kann man sich veranschaulichen, wenn hierbei der Stoffübergang nicht betrachtet wird und nach der Kontinuitätsgleichung der einlaufende Massenstrom gleich dem auslaufenden Massenstrom im Strömungskanal ist. Weil aber die Teilchenrate trotzdem abnehmen kann, so wird der Zeitanteil der Konzentration n nur durch den radioaktiven Zerfall bestimmt. Somit ist die Konstante χ über die Zerfallskonstante bestimmbar.Because the mass flow , as in section 2.2, as constant is considered, one canχ =λ put. This assumption can be illustrated, if in this case the Mass transfer is not considered and after the Continuity equation of the incoming mass flow equal to the outgoing mass flow in the flow channel is. But because the particle rate can still decrease, so will the time proportion of the concentrationn only by the radioactive decay. Thus, the constantχ determinable by the decay constant.
Die Lösungen aus (4.1.10) und (4.1.11) sind dannThe solutions from (4.1.10) and (4.1.11) are then
T = T₀ · e- χ · t (4.1.12) T = T ₀ · e - χ · t (4.1.12)
undand
Mit dem Lösungsansatz (4.1.7), erhält man zusammen mit den Gleichungen (4.1.12) und (4.1.13) die Lösung für die Konzentration n der Nuklide, für die Gleichung (3.2.10) oder (4.1.4), in der GestaltThe solution (4.1.7), together with the equations (4.1.12) and (4.1.13), gives the solution for the concentration n of the nuclides, for the equation (3.2.10) or (4.1.4), in shape
N₀ ist die Anfangskonzentration bei einer vorgegebenen Eintrittstemperatur T e bei x = 0, ab dem Zeitpunkt t = 0, in Atome/m². N ₀ is the initial concentration at a given inlet temperature T e at x = 0, from the time t = 0, in atoms / m².
Der Wert für N₀ wird mit Hilfe der Gleichung (3.1.3) aus den gemessenen Heißgasaktivitäten aus der Gleichung für ideale Gase berechnet.The value for N ₀ is calculated from equation (3.1.3) from the measured hot gas activities from the equation for ideal gases.
Wenn der Partialdruck aus (3.1.3) bestimmt wird, dann ergibt sich für N₀If the partial pressure is determined from (3.1.3), then for N ₀
N₀ = p d/K BT (4.1.15). N ₀ = p d / K B T (4.1.15).
Für T ist dann der Wert für die Eintrittstemperatur T e des Kühlgases einzusetzen.For T then the value for the inlet temperature T e of the cooling gas is to be used.
N₀ kann hierbei als Quellstärke angesehen werden. N ₀ can be regarded as source strength here.
Die Lösung für den Bedeckungsgrad erhält man aus der Gleichung (3.2.11), wenn für n der Ausdruck (4.1.14) eingesetzt wird.The solution for the degree of coverage is obtained from the equation (3.2.11), if for n the expression (4.1.14) is used.
Man integriert dann die Gleichung (3.2.11) mit Hilfe des Substitutionsverfahrens nur noch über die Zeit und erhält für den Bedeckungsgrad die LösungThen one integrates the equation (3.2.11) with the help of the Substitution process only over time and receives for the degree of coverage the solution
Für die Zeit t = 0 ergibt sich die Bedingung σ = 0, wie man es auch bei numerischen Lösungsverfahren fordern muß. In den Lösungen (4.1.14) und (4.1.16) ist zu ersehen, daß die Spaltproduktablagerung nicht nur durch den Stoffübergangs koeffizient H und durch die Parameter C, m, Δ E a, Δ E d bestimmt wird, sondern auch schon durch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases, in dem die Spalt produkte mitgeführt werden. For the time t = 0, the condition σ = 0 results, as it must be in numerical solution methods. In the solutions (4.1.14) and (4.1.16) it can be seen that the cleavage product deposition is determined not only by the mass transfer coefficient H and by the parameters C, m, Δ E a , Δ E d , but also by the flow rate of the cooling gas, in which the gap products are carried.
Der Proportionalitätsfaktor F, der in den beiden Lösungen (4.1.14) und (4.1.16) durch die Abkürzung K im Ausdruck (4.1.5) noch unbestimmt ist, kann durch die Ausdrücke für n und σ aus der Gleichung (4.1.2) bzw. (4.1.3) berechnet werden.The proportionality factor F , which in the two solutions (4.1.14) and (4.1.16) is still undetermined by the abbreviation K in the expression (4.1.5), can be expressed by the expressions for n and σ from the equation (4.1.2 ) or (4.1.3).
Die Gleichung (4.1.3) wird nach F aufgelöst und für n die Lösung (4.1.14) eingesetzt und es ergibt sich für F zunächst der AusdruckThe equation (4.1.3) is solved for F and for n the solution (4.1.14) is used and F is given the expression
Die Anfangskonzentration N₀ kann man auch über den Bedeckungs grad aus der Lösung (4.1.16) erhalten. Die Umstellung von (4.1.16) nach N₀ liefertThe initial concentration N ₀ can also be obtained from the degree of coverage of the solution (4.1.16). The conversion from (4.1.16) to N ₀ delivers
Durch das Einsetzen von (4.1.18) in (4.1.17) ergibt sich für F By inserting (4.1.18) into (4.1.17), we get F
Für dn a/dt setzt man in der Gleichung (4.1.19) den Ausdruck (3.2.2) ein und berücksichtigt die Beziehung σ = n a/n₀. Aus (4.1.19) folgt dann mit Hilfe von (3.2.2), bei Annahme einer verminderten Desorption, für F der AusdruckFor d n a / d t , we use the expression (3.2.2) in equation (4.1.19) and take into account the relation σ = n a / n ₀. From (4.1.19), then, with (3.2.2) assuming a reduced desorption, F is followed by the expression
Durch die Gleichung (4.1.20) ist das Gleichungssystem (3.2.10) und (3.2.11) lösbar.By the equation (4.1.20) the system of equations (3.2.10) and (3.2.11) solvable.
Bei einer analytischen Lösung muß der Faktor F unabhängig vom Bedeckungsgrad sein.In an analytical solution, the factor F must be independent of the degree of coverage.
Für C kann man in F auch die Gleichungen (3.2.13) bis (3.2.15) verwenden.For C , one can also use equations (3.2.13) to (3.2.15) in F.
Für die Zeit t = 0 folgt F = 0 und dies bedeutet, daß eine geringere Stoffmenge auf die Materialwand übertragen wird.For the time t = 0, F = 0 and this means that a smaller amount of material is transferred to the material wall.
Für eine verminderte Desorption treten hierbei in F keine weiteren Parameter auf. For a reduced desorption, no further parameters occur in F here.
Der Rechengang ist wie im Abschnitt 4.1. Bei zusätzlicher Desorption wird die Gleichung (4.1.2) bei der Bestimmung von F verwendet und der Ausdruck für dn a/dt in Gleichung (4.1.19) wird durch die Gleichung von dn n/dt ersetzt.The calculation is as in section 4.1. In additional desorption, the equation (4.1.2) is used in determining F and the expression for d n a / d t in equation (4.1.19) is substituted by the equation of n d n / d t.
Wird die Gleichung (3.2.12) in (4.1.19) eingesetzt, dann erhält man bei der Berücksichtigung von σ = n a/n o für F die GleichungIf equation (3.2.12) is used in (4.1.19), then taking into account σ = n a / n o for F yields the equation
Bei zusätzlicher Desorption treten in F die Parameter δ = n d · ν, n d/n a auf.With additional desorption, the parameters δ = n d · ν , n d / n a appear in F.
Der Parameter n d kann durch den Parameter n a ersetzt werden. Wenn nach Literatur [15] die Wahrscheinlichkeit w für das Verlassen der Oberfläche eines Teilchens nach 1 SekundeThe parameter n d can be replaced by the parameter n a . If, according to literature [15], the probability w for leaving the surface of a particle after 1 second
ist, dann muß n d = n a sein, wenn man die Zahl der desorbierten Teilchen pro Sekunde berechnet, weil das Produkt aus der Teilchenzahl n a mit der Wahrscheinlichkeit w die Anzahl der desorbierten Teilchen pro Zeiteinheit ergeben muß.is, then n d = n a , if one calculates the number of desorbed particles per second, because the product of the particle number n a with the probability w must give the number of desorbed particles per unit time.
Der Parameter n d zeigt nur, daß man für n d ≈ 0 das Modell in ein Adsorptionsmodell für die Kurvenverläufe 1 bis 3, nach Abb. 3, umwandeln kann, wenn man für die Desorptions energien keine genauen Anhaltspunkte durch die Sublimations energien hat.The parameter n d only shows that for n d ≈ 0 the model can be converted into an adsorption model for the curves 1 to 3, according to Fig. 3, if one has no exact clues for the desorption energies due to the sublimation energies.
Bei n d = 0 muß man bedenken, daß bei einer verminderten Desorption mit einer Veränderung der Parameter C, m, Δ E a und η zu rechnen ist. When n d = 0, it must be remembered that with a reduced desorption a change in the parameters C, m, Δ E a and η is to be expected.
Für große Zerfallskonstanten λ = χ können bei großen Zeiten t bei der e-Funktion e χ t numerische Schwierigkeiten auftreten. Ein Anwendungsbereich für die Lösung kann aus der e-Funktion abgeschätzt werden.For large decay constants λ = χ , numerical difficulties can arise in the e-function e χ t at long times t . A range of application for the solution can be estimated from the e-function.
Berücksichtigt man in (4.2.1) n d = n a, dann vereinfacht sich der Ausdruck für F zuConsidering in (4.2.1) n d = n a , the expression for F simplifies
Der Parameter δ hängt dann von n a ab und ist in (4.2.2) δ = n a · ν.The parameter δ then depends on n a and is (4.2.2) δ = n a · ν .
Mit Hilfe des Ausdrucks (4.2.2), kann man bei den Rechnungen für Ag-110 m zeigen, daß es nach den Ausführungen im Abschnitt 2.4, bei den Änderungen in Literatur [12], möglich ist, daß die Desorptionsenergie in der Nähe der Sublimationsenergie von Ag-110 m bei 67 Kcal/mol liegen muß. By means of expression (4.2.2), it is possible to look at the calculations for Ag-110 m show that it according to the statements in Section 2.4, in the case of changes in literature [12], is possible is that the desorption energy near the Sublimation energy of Ag-110 m at 67 Kcal / mol must be.
Für den Fall, daß die Konstanten C, m, Δ E a und Δ E d vom Bedeckungsgrad abhängig werden, wenn die Belegung der Oberfläche zunimmt und eventuell auch Sättigungseffekte beim Adsorptionsvorgang eintreten könnten, muß das Gleichungssystem (3.2.10) und (3.2.11) numerisch gelöst werden. Da die Gleichung (4.1.14) eine Lösung der Gleichung (3.2.10) oder auch (4.1.4) ist, kann man den Versuch unternehmen, die partielle Differentialgleichung (4.1.4) in eine Differential gleichung umzuwandeln, die von der Konzentration n und von der Zeit t beim Rechenverfahren abhängig ist.In the event that the constants C, m , Δ E a and Δ E d are dependent on the degree of coverage, if the occupancy of the surface increases and possibly also saturation effects could occur in the adsorption process, the equation system (3.2.10) and (3.2. 11) are solved numerically. Since the equation (4.1.14) is a solution of the equation (3.2.10) or also (4.1.4), one can attempt to transform the partial differential equation (4.1.4) into a differential equation that depends on the concentration n and is dependent on the time t in the calculation process.
Die partielle Ableitung ∂ n/∂ x in (4.1.4) wird durch den Ausdruck ersetzt, wenn man die Lösung (4.1.14) nach x differenziert.The partial derivative ∂ n / ∂ x in (4.1.4) is replaced by the expression by differentiating the solution (4.1.14) into x .
Für die partielle Ableitung der Konzentration n ergibt sich aus (4.1.14)For the partial derivative of the concentration n we obtain (4.1.14)
Hierbei wird angenommen, daß der Gradient der Strömungs geschwindigkeit ∂ v/∂ x, bei einem linearen Temperaturverlauf in einem Rohr, nicht mehr vom Ort x abhängt und somit auf Grund der Dichteänderung annähernd konstant bleibt. Eine Abschätzung für den Gradient der Strömungsgeschwindigkeit findet man im Abschnitt 6.It is assumed that the gradient of the flow velocity ∂ v / ∂ x , in a linear temperature profile in a pipe, no longer depends on the location x and thus remains approximately constant due to the density change. An estimate for the gradient of the flow velocity can be found in section 6.
Bei anderen Anwendungsfällen, wo ∂ v/∂ x nicht konstant wäre, ist der Exponent in (4.3.1) nochmal nach x entsprechend der Kettenregel abzuleiten.In other applications, where ∂ v / ∂ x is not constant, the exponent in (4.3.1) should be derived again after x according to the chain rule.
Mit der Gleichung (4.1.6) und (4.3.1) erhält man für die Gleichung (4.1.4)With the equations (4.1.6) and (4.3.1) one obtains for the Equation (4.1.4)
Der Bedeckungsgrad ist in (4.3.2) in der Abkürzung K im Ausdruck für F enthalten.The degree of coverage is given in (4.3.2) in the abbreviation K in the expression for F.
Wenn nach Gleichung (3.1.21) ein zusätzlicher Sättigungs effekt berücksichtigt werden müßte, dann kann der Ausdruck für F aus der Gleichung (4.1.19) abgeleitet werden. Wenn die Parameter in F ebenfalls vom Bedeckungsgrad abhängig sein können, so ergibt sich wegen (3.1.21) aus (4.1.19)If, according to equation (3.1.21), an additional saturation effect would have to be taken into account, then the expression for F can be derived from the equation (4.1.19). If the parameters in F can also depend on the degree of coverage, then (3.1.21) results from (4.1.19)
Für f( σ ) = f( R ) kann die Gleichung (2.1.6) verwendet werden. Wenn die Adsorption von den Strukturen des Festkörpergitters abhängig ist, dann können für f( σ ) andere Ausdrücke eingesetzt werden.For f ( σ ) = f ( R ) the equation (2.1.6) can be used. If the adsorption is dependent on the structures of the solid lattice, then other expressions can be used for f ( σ ) .
Bei der Anwendung eines Rechenverfahrens ist in Gleichung (4.3.2) der Ort x und die Temperatur T vorzugeben, die in einem Segment des Strömungskanals vorliegen.When using a calculation method, equation (4.3.2) specifies the location x and the temperature T , which are present in a segment of the flow channel.
Die Zeit t und der Bedeckungsgrad σ sind dann bei der Berechnung der Konzentration n die veränderlichen Größen, die im Näherungsverfahren zur Lösung der Differentialgleichung benötigt werden.The time t and the degree of coverage σ are then, in the calculation of the concentration n, the variables which are needed in the approximation method for solving the differential equation.
Der Bedeckungsgrad wird dann wieder aus der Gleichung (3.2.11) berechnet und der genäherte Wert wird dann als neuer Ausgangswert in der Gleichung (4.3.2) verwendet.The degree of coverage then becomes again from the equation (3.2.11) calculated and the approximated value is then considered newer Output value used in equation (4.3.2).
Über den Parameter n d kann dann, wie im Abschnitt 4.2, der Verlauf der Aktivitätsverteilung nach den Möglichkeiten in Abb. 3 festgelegt werden.Using parameter n d , as in Section 4.2, the course of the activity distribution can then be determined according to the possibilities in Fig. 3.
Für t = 0 und x = 0 liegen die Anfangsbedingungen n = N₀ 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002003912995 00004 99880 und s = 0 vor.For t = 0 and x = 0, the initial conditions n = N ₀ 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002003912995 00004 99880 and s = 0 are present.
Wenn in (4.3.2) der Wert χ einmal vernachlässigt wird, ist
bei t = 0 die Bedingung n = N₀ gegeben.
N₀ wird aus (4.1.15) berechnet.If the value χ is neglected once in (4.3.2), the condition n = N ₀ is given at t = 0.
N ₀ is calculated from (4.1.15).
Bei dieser numerischen Lösungsmöglichkeit sollen bei der Näherung der Lösungen schon im Ausdruck F die Material eigenschaften bei der Spaltproduktablagerung mit berücksichtigt werden können.In this numerical solution, the material properties in the cleavage product deposition should be taken into account in the approximation of the solutions already in the expression F.
Für das Gleichungssystem können alle Näherungsverfahren verwendet werden, die für die Gleichungen vom Typ dy/dx = f(x, y) geeignet sind. For the equation system, all approximation methods suitable for the equations of the type dy / dx = f (x, y) can be used.
Nachdem die physikalischen Grundlagen im Abschnitt 2 bis 4 betrachtet worden sind, ist es möglich, mit Hilfe der Lösung im Abschnitt 4, ein Verfahren zur Bestimmung der Spaltproduktablagerungen zu entwickeln.After the physical basics in section 2 to 4 have been considered, it is possible with the help of Solution in Section 4, a method for determining the To develop fission product deposits.
Damit die Modelle für die Spaltproduktablagerungen in der Technik und Reaktorsicherheit angewendet werden können, muß es Möglichkeiten geben, die notwendigen Parameter für die Materialeigenschaften festzulegen.Thus, the models for the cleavage product deposits in the Technology and reactor safety, it must Possibilities give the necessary parameters for the Specify material properties.
Die Ausführungen im Abschnitt 2.4 zeigen, daß eine Bestimmung der Parameter aus den nachgerechneten Aktivitätsverteilungen bei der Auswertung der Reaktorexperimente nicht ausreichend ist. Damit die Parameter bei verschiedenen Reaktorexperimenten miteinander verglichen werden können, genügt es nicht, daß man bei den Modellrechnungen nach eigenem Ermessen entscheidet, ob bei der Übereinstimmung von berechneten und gemessenen Aktivitäten die Parameter gut oder schlecht sind.The explanations in section 2.4 show that a provision the parameter from the recalculated activity distributions is not sufficient in the evaluation of the reactor experiments. Thus, the parameters in different reactor experiments can be compared with each other, it is not enough that one in the model calculations at its own discretion decides whether at the match of calculated and measured Activities the parameters are good or bad.
Das Beispiel der Auswertung nach Literatur [12] und auch in [11] zeigt, daß mit dieser Methode der Auswertung eine Vorhersage der Spaltproduktablagerung in HTR-Anlagen sehr fragwürdig und aussichtslos erscheint.The example of the evaluation according to literature [12] and also in [11] shows that with this method of evaluation a prediction the Spaltproduktablagerung in HTR plants very questionable and seems hopeless.
Das entwickelte Verfahren soll deutlich machen, daß bei der schwierigen Problematik die Möglichkeit besteht, eine Vorhersage über eintretende Aktivitätsverläufe bei metallischen Reaktorkomponenten in HTR-Anlagen zu erhalten.The developed procedure should make clear that at the difficult problem is the possibility of one Prediction of incoming activity profiles metallic reactor components in HTR systems.
Mit den Lösungen (4.1.14) und (4.1.16) ist es möglich, wie im Abschnitt 3.1, die Methode der kleinsten Quadrate anzuwenden.With the solutions (4.1.14) and (4.1.16) it is possible, as in section 3.1, the method of least squares apply.
Für die Lösung (4.1.16) soll eine reduzierte Ausgleichsgerade gefunden werden, so daß die Parameter für die Gleichung (3.1.16) oder auch für (3.1.21) aus der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt werden können.For the solution (4.1.16) should be a reduced regression line be found so that the parameters for the equation (3.1.16) or for (3.1.21) from the method of the smallest Squares can be determined.
Zur Ableitung der Gleichung für die reduzierte Ausgleichs gerade, wird die Lösung (4.1.16) durch Logarithmieren auf die folgende Form gebrachtTo derive the equation for the reduced compensation straight, the solution (4.1.16) by logarithmation on the brought the following form
Die Abkürzungen A₁ und A₂ haben folgende GestaltThe abbreviations A ₁ and A ₂ have the following shape
Mit der Verwendung der Abkürzung (4.1.5) und χ = λ, kann der 2. Term auf der rechten Seite in (5.1.1) umgeformt werden. Man erhältUsing the abbreviation (4.1.5) and χ = λ , the second term on the right can be transformed into (5.1.1). You get
mitWith
Mit dem Ausdruck für F in (4.1.19) und mit der Ersetzung von dn a/dt gegen dn n/dt = A - D erhält man zunächstWith the expression for F in (4.1.19) and with the replacement of d n a / d t with d n n / d t = A - D , one obtains first
Setzt man F, in (5.1.4), in die Gleichung (5.1.2) ein, so ergibt sich der AusdruckSubstituting F , in (5.1.4), into the equation (5.1.2) yields the expression
undand
Setzt man die Gleichung (5.1.5) in die Gleichung (5.1.1) ein, so erhält manSubstituting equation (5.1.5) into equation (5.1.1), so you get
Aus der Gleichung (5.1.7) kann bei Verwendung anderer Ausdrücke für die Stoffstromdichten A und D, für die Adsorption und Desorption, die reduzierte Ausgleichsgerade für die Methode der kleinsten Quadrate abgeleitet werden.From the equation (5.1.7), using other terms for material flow densities A and D , for adsorption and desorption, the reduced least squares regression line can be derived.
Wieviel Variablen in der Ausgleichsgeraden enthalten sein werden, hängt von der Zahl der zu untersuchenden Parameter in der Stoffstromdichte A ab.How many variables will be contained in the regression line depends on the number of parameters to be investigated in the material flow density A.
Der Bedeckungsgrad σ, in Gleichung (5.1.7), kann durch σ = n a/n o aus der Gleichung (3.1.5) mit Hilfe der Meßwerte aus den Reaktorexperimenten bestimmt werden.The degree of coverage σ , in equation (5.1.7), can be determined by σ = n a / n o from equation (3.1.5) with the help of the measurements from the reactor experiments.
Mit der Verwendung der aufgestellten Gleichungen in den Abschnitten 3 und 4, soll ein Beispiel gegeben werden, wie man die Gleichung für die Ausgleichsgerade auch in anderen Fällen aus dem Ausdruck (5.1.7) ableiten kann.With the use of the established equations in the Sections 3 and 4, should be given an example how to the equation for the best-fit line in other cases as well from the expression (5.1.7) can derive.
Zur Berücksichtigung eines eventuell noch zusätzlich auftretenden Sättigungseffektes beim Adsorptionsvorgang, wird für die Stoffstromdichte A, in (5.1.7), die Gleichung (3.1.21) verwendet.In order to take account of any additional saturation effect during the adsorption process, equation (3.1.21) is used for the material flow density A , in (5.1.7).
Für die Stoffstromdichte D, in (5.1.7), verwendet man den Ausdruck (3.2.3).For the material flow density D , in (5.1.7), the expression (3.2.3) is used.
Faßt man die Glieder zur Berücksichtigung des Teilchenzerfalls in A und D gesondert zusammen, wie in (4.2.1) oder (4.2.2), dann erhält man bei zusätzlicher Division durch die Stoßzahl Z, σ und f( σ ) die Gleichung, die noch auf eine reduzierte Ausgleichsgerade umgewandelt werden muß, in der GestaltIf one sums the elements separately to account for the particle decay in A and D , as in (4.2.1) or (4.2.2), then with additional division by the collision number Z , σ and f ( σ ) one obtains the equation, still has to be converted to a reduced straight line, in shape
Alle Größen, die man selbst vorgeben kann und aus den Messungen vorliegen, befinden sich auf der linken Seite in (5.1.8), die dann den Wertebereich der zu suchenden Funktion der Ausgleichsgeraden darstellen.All sizes that you can specify yourself and from the measurements are on the left in (5.1.8), the then the value range of the function to be searched for Show balancing line.
Alle nötigen Parameter, die man für den Adsorptionsvorgang bestimmen kann, befinden sich auf der rechten Seite in (5.1.8), die den Definitionsbereich der zu suchenden Funktion bilden. Kürzt man die linke Seite in (5.1.8) mit U = U( σ, T, η, Δ E d) ab und logarithmiert (5.1.8), dann erhält man die reduzierte Ausgleichsgerade für die Methode der kleinsten QuadrateAll necessary parameters that can be determined for the adsorption process can be found on the right-hand side in (5.1.8), which form the domain of the function to be searched for. Truncate to the left side in (5.1.8) with U = U (σ, T, η, Δ E d), and the logarithm (5.1.8), we obtain the reduced-fit line for the method of least squares
Entsprechend der Gleichung (3.1.18) ergeben sich für (5.1.9) bei der Anwendung der Ausgleichsgeraden folgende Abkürzungen:According to the equation (3.1.18), for (5.1.9) following application of the regression line Abbreviations:
Z = ln U (Funktionswert)
X = ln (T/T₀)
Y = 1/T Z = ln U (function value)
X = ln (T / T ₀)
Y = 1 / T
Für die Ausgleichsgerade der FormFor the balancing line of the form
Z = a₀ + a₁ · X + a₂ · Y (5.1.10), Z = a ₀ + a ₁ · X + a ₂ · Y (5.1.10),
ergeben sich für die Konstanten folgende AbkürzungenThe following abbreviations result for the constants
a₀ = ln C
a₁ = m
a₂ = -Δ E a/R. a ₀ = ln C
a ₁ = m
a ₂ = - Δ E a / R.
Auch hier ist bei der Auswahl der Lösungen zu beachten, daß bei dem Fit die Konstante a₂ 0 ist, damit der Boltmann-Faktor 1 ist.Again, it should be noted in the selection of solutions that in the fit the constant a ₂ 0, so that the Boltmann factor is 1.
Das Vorzeichen von a₂ hängt von der Wahl des Parameter η in der Gleichung (5.1.8) ab.The sign of a ₂ depends on the choice of the parameter η in the equation (5.1.8).
Bei der Wahl von η muß U 1 sein, damit man für Z reelle Zahlen
werte erhält.
Der Wert η kann nur 0 sein.When choosing η , U must be 1 to get real numbers for Z.
The value η can only be 0.
Wenn die Bedingungen für a₂, U und η erfüllt sind, kann man die ermittelten Konstanten C, m und Δ E a als physikalisch sinnvolle Parameter betrachten.If the conditions for a ₂, U and η are satisfied, one can consider the determined constants C, m and Δ E a as physically meaningful parameters.
Für die Auswahl des Parameters η, kann man noch eine weitere einschränkende Bedingung festlegen, so daß die Parameter nicht mehr nach eigenem Ermessen bestimmt werden brauchen. For the selection of the parameter η , one can set another restrictive condition, so that the parameters no longer need to be determined at their discretion.
Bei den Ausführungen in diesem Abschnitt soll gezeigt werden, daß man die notwendigen Materialparameter aus den noch folgenden Bedingungen bestimmen kann, wenn bei dem Verfahren die Gleichungen (5.1.8) und (5.1.9) verwendet werden.The remarks in this section are intended to show that you have the necessary material parameters from the still can determine the following conditions when using the procedure equations (5.1.8) and (5.1.9) are used.
Bei der Auswertung eines Reaktorexperiments können, bei einer Sorte des Nuklids, die Parameter C, m und Δ E a unter der Bedingung a₂ 0, wie im Abschnitt 5.1, aus (5.1.9) bestimmt werden. Bei dem Fall einer zusätzlichen Desorption, muß als Parameter die Desorptionsenergie vorgegeben werden.In the evaluation of a reactor experiment can at a variety of the nuclide, the parameters C, m and Δ E a under the condition of a ₂ 0, as described in section 5.1, from (5.1.9) are determined. In the case of an additional desorption, the desorption energy must be specified as a parameter.
Der Wert der Desorptionsenergie Δ E d kann anhand der Sublimationsenergie abgeschätzt werden, wenn man annimmt, daß die Desorptionsenergie vom Betrag nach in der Nähe der Sublimationsenergie liegt.The value of the desorption energy Δ E d can be estimated from the sublimation energy, if it is assumed that the desorption energy is close to the sublimation of the amount by.
Die Abschätzung für Δ E d, ist dann anhand der Lage des Maximums im Kurvenverlauf 4, nach Abb. 3, zu überprüfen.The estimate of Δ E d is then based on the position of the maximum in the curve 4, to check for Fig. 3.
Bei dem abgeschätzten Wert für Δ E d, muß die berechnete und die gemessene Aktivitätsverteilung die Lage des Maximums, bei derselben Oberflächentemperatur in Abb. 3, an derselben Stelle haben.When the estimated value for Δ E d, the calculated and the measured activity distribution must the position of the maximum, are at the same surface temperature in Fig. 3, at the same location.
Die quantitative Übereinstimmung der beiden Kurven im Maximum erreicht man über die Quellstärke N₀, durch die Wahl des Gasdiffusionskoeffizienten D G und über den Wert für n₀, wenn der Parameter η vorgegeben wurde.The quantitative agreement of the two curves at the maximum is achieved by the source strength N ₀, by the choice of the gas diffusion coefficient D G and by the value for n ₀, if the parameter η has been specified.
Die Größen, die die Anfangskonzentration N₀, den Stoffübergangskoeffizient H und den Wert n₀ aus den Messungen bestimmen, sollten vorher nach Möglichkeit bekannt sein.The quantities which determine the initial concentration N ₀, the mass transfer coefficient H and the value n ₀ from the measurements should be known in advance if possible.
Daher ist es erforderlich, daß man bei der Versuchsanordnung die Strömungsverhältnisse, durch die Wahl einer günstigen Geometrie, möglichst gut über bekannte Stoffübergangsgesetze erfassen kann.Therefore, it is necessary that one in the experimental design the flow conditions, by choosing a favorable Geometry, as well as possible about known mass transfer laws can capture.
Bei der Wahl des Parameters η ergibt sich eine nächste Bedingung, die bei einem vorgegebenen Korrosionsgrad aus den statistischen Eigenschaften des Fits abgeleitet werden kann. Der Parameter η ist dann geeignet gewählt, wenn der Standardschätzfehler ein Minimum zwischen den Werten des Fits und den Meßwerten aufweist. The choice of the parameter η results in a next condition that can be derived for a given degree of corrosion from the statistical properties of the fit. The parameter η is suitably selected if the standard estimation error has a minimum between the values of the fit and the measured values.
Die Formel für den Standardschätzfehler aus Literatur /18/, die auf die Gleichung (5.1.9) und auf (5.1.10) angewendet wird, hat wegen Z = ln U die GestaltThe formula for the standard estimate error from Literature / 18 /, which is applied to the equation (5.1.9) and to (5.1.10), has the form due to Z = ln U
Z gem sind die Werte für Z = ln U, wenn in U die Meßwerte
des Reaktorexperiments betrachtet werden.
Z Fit sind die Werte für Z = ln U aus der Ausgleichsgeraden, wenn
diese aus der Gleichung (5.1.9) oder (5.1.10) abgeschätzt
werden.
N ist die Zahl der Meßwerte oder auch hierbei die Zahl der
Segmente bei der Versuchsanordnung, für die die Aktivitäten
für die einzelnen Nuklide gemessen worden sind. Z gem are the values for Z = ln U , if in U the measured values of the reactor experiment are considered.
Z Fit are the values for Z = ln U from the regression line, if these are estimated from the equation (5.1.9) or (5.1.10).
N is the number of measurements or here also the number of segments in the experimental setup for which the activities for the individual nuclides have been measured.
Bei den Rechnungen im Abschnitt 7, hat man für (5.2.1) eine andere Beziehung verwendet.For the calculations in Section 7, one has for (5.2.1) one other relationship used.
Wenn man annimmt, daß in der Gleichung (5.2.1) bei der Wahl von η der Standardfehler sein Minium erreicht hat, dann besitzt auch der Fehler zwischen den gemessenen Aktivitäten und den abgeschätzten Aktivitäten aus der Lösung (4.1.16) ein Minimum.Assuming that in Equation (5.2.1), when η is chosen, the standard error has reached its minimum, then the error between the measured activities and the estimated activities from solution (4.1.16) has a minimum.
Für die Formel (5.2.1) verwendet man bei den Berechnungen die GleichungFor the formula (5.2.1) one uses in the calculations the equation
A gem ist wieder die gemessene Aktivität in Bq/m².
A L ist die berechnete Aktivität aus der Gleichung (4.1.16)
in Bq/m².
N ist wieder die Anzahl der Meßwerte. A gem is again the measured activity in Bq / m².
A L is the calculated activity from equation (4.1.16) in Bq / m².
N is again the number of measured values.
Die berechnete Aktivität erhält man aus (4.1.16) auf Grund
des Zerfallsgesetzes durch die Gleichung
A L = n₀ · λ · σ (x, t) (5.2.3).The calculated activity is obtained from (4.1.16) on the basis of the law of decomposition by the equation
A L = n ₀ · λ · σ (x, t) (5.2.3).
Mit der Bedingung s F = min., ist durch die Gleichung (5.2.2) der Parameter η festgelegt.With the condition s F = min., The equation (5.2.2) defines the parameter η .
Zur Überprüfung der Bedingung s F = min. ist es erforderlich, daß nach der Bestimmung der Konstanten C, m, Δ E a, aus der Gleichung (5.1.9) bei Vorgabe von η, der Verlauf der Aktivität mit Hilfe der Gleichung (4.1.16) in der Gleichung (5.2.3) überprüft werden muß, um den Wert des Fehlers s F aus (5.2.2) zu berechnen.To check the condition s F = min. It is necessary that after the determination of the constants C, m, Δ E a , from the equation (5.1.9) given η , the course of the activity using the equation (4.1.16) in the equation (5.2. 3) must be checked to calculate the value of the error s F from (5.2.2).
Die benötigten Werte für n a, in (5.1.9), können aus der Gleichung (3.1.5) auch bei einer zusätzlichen Desorption berechnet werden, aber bei der Überprüfung mit der Lösung (4.1.16) und (5.2.3) muß man für n a auf Grund des Ausdruck für F in (4.2.1) und (4.2.2) einen geeigneten Parameter suchen, um den Verlauf der berechneten Aktivitäten für s F finden zu können. Um für die Lösung (4.1.16) den Parameter n a zur Berechnung von F zu finden, macht man zunächst, wie im Abschnitt 4.2, die Vereinfachung n d = n a, damit man für F die Gleichung (4.2.2) bei zusätzlicher Desorption anwenden kann.The required values for n a , in (5.1.9), can also be calculated from Equation (3.1.5) in the case of an additional desorption, but in the test with the solution (4.1.16) and (5.2.3) For n a, based on the expression for F in (4.2.1) and (4.2.2), we search for a suitable parameter to find the course of the calculated activities for s F. In order to find the parameter n a for the calculation of F for the solution (4.1.16), we first make, as in Section 4.2, the simplification n d = n a , so that for F the equation (4.2.2) is additional Desorption can apply.
Wie man bei den Rechnungen bei Ag-110 m festgestellt hat, besitzt F ein Maximum in der Nähe des Maximums beim Kurvenverlauf 4 in Abb. 3.As stated in the calculations at Ag-110 m, F has a maximum near the maximum at curve 4 in Fig. 3.
Die Gleichung zur Abschätzung für n a erhält man aus der 1. Ableitung des Ausdrucks für F nach T, wenn man die Ableitung Null setzt.The equation for estimating n a is obtained from the first derivative of the expression for F after T , assuming the derivative is zero.
Die 1. Ableitung des Ausdrucks (4.2.2) nach T liefert die GleichungThe first derivative of expression (4.2.2) for T yields the equation
Bei einer Extremstelle von F kann die Ableitung = 0 gesetzt werden und man erhält zur Abschätzung von n a den AusdruckAt one extreme point ofF can the derivative = 0 set and you get to the estimate ofn a the expression
Für T hat man die Oberflächentemperatur in (5.2.5) einzusetzen, bei der sich das Maximum der Kurve 4, nach Abb. 3, und F befindet. For T , we have to use the surface temperature in (5.2.5), at which the maximum of the curve 4 , according to Fig. 3, and F is.
Die benötigten Konstanten C, m und Δ E a sind durch die Ausgleichsgerade in (5.1.9) schon vorher berechnet worden, so daß man diese in der Gleichung (5.2.5) zur Verfügung hat. Die 2. Ableitung von F nach T muß dann bei einem Maximum kleiner Null sein.The required constants C, m and Δ E a have already been calculated by the equalizer line in (5.1.9), so that these are available in equation (5.2.5). The 2nd derivative from F to T must then be at a maximum less than zero.
Für die 2. Ableitung von F nach T erhält man den AusdruckFor the second derivative of F to T we obtain the expression
Für die Oberflächentemperatur wird wieder die Temperatur bei der Lage des Maximums der Aktivitätsverteilung und von F eingesetzt.For the surface temperature, the temperature at the position of the maximum of the activity distribution and F is again used.
Die Belegung für eine Monolage n₀, die bei allen Modellen als Konstante eingeht, kann unter den Bedingungen bei Reaktorexperimenten ihre Werte verändern, so daß sie mit den Werten bei den Experimenten in Literatur [13] und [14] nicht mehr vergleichbar wird, weil etwa 260 verschiedene Spaltproduktnuklide ihre möglichen Haftplätze beim Adsorptionsvorgang auf der Materialoberfläche finden müssen. Um die experimentellen Werte von n₀ bei der Auswertung des Reaktorexperiments überprüfen zu können, kann man fordern, daß bei der Anwendung von Gleichung (5.1.9) die Werte von F etwa 1 oder wenigstens in der Nähe von 1 liegen sollten. Diese Bedingung kann man aus der Gleichung (4.1.2) ableiten, wenn man annimmt, daß die Wandkonzentration n w maximal nur so groß wie die Gaskonzentration n sein darf.The assumption for a monolayer n ₀, which is a constant for all models, can change its values under the conditions of reactor experiments, so that it no longer compares with the values in the experiments in literature [13] and [14], because About 260 different fission product nuclides must find their possible sites during the adsorption process on the material surface. In order to be able to check the experimental values of n ₀ in the evaluation of the reactor experiment, it may be required that the values of F should be about 1, or at least close to 1, when applying equation (5.1.9). This condition can be deduced from the equation (4.1.2) if one assumes that the wall concentration n w may only be at most as large as the gas concentration n .
Mit der Konstanten n₀ kann man zusätzlich eine Anpassung der berechneten Aktivitäten an die gemessene Aktivitätsverteilung vornehmen, falls dies erforderlich wäre.With the constant n ₀, one can additionally adjust the calculated activities to the measured activity distribution, if necessary.
Der Wert für n₀ und der Parameter η sind der Grund dafür, daß man, wie im Abschnitt 1.1, nur Reaktorexperimente bei verschieden lange durchgeführten Meßzeiten vergleichen sollte, wenn die Experimente bei gleichen Korrosionsgraden der Materialien und bei gleichen Heißaktivitäten der Hochtemperatur-Reaktoren durchgeführt wurden.The value for n ₀ and the parameter η are the reason why, as in Section 1.1, one should only compare reactor experiments with measuring times of different lengths if the experiments were carried out with the same degree of corrosion of the materials and with the same hot activities of the high-temperature reactors ,
Dies wäre möglich, wenn Reaktorexperimente bei HTR-Anlagen mit etwa gleicher thermischer Leistung durchgeführt würden, um annähernd, ohne großen Aufwand, die Bedingungen im Abschnitt 1.1 zu erreichen.This would be possible if reactor experiments at HTR plants with about the same thermal power would be performed to approximately, without much effort, the conditions in section 1.1 to reach.
Die folgenden Punkte, sollen die Anwendungsschritte für das Verfahren nach Gleichung (5.1.9) nochmal zusammenfassen.The following points are intended to illustrate the application steps for the Summarize procedure according to equation (5.1.9).
- 1. Das Verfahren wird bei der Vorgabe von η solange wiederholt, bis U 1 ist. (Reelle Lösung für Z = ln U) 1. The procedure is repeated in the specification of η until U is 1. (Real solution for Z = ln U)
- 2. Aus den Werten von h für U 1, werden die Konstanten C, m und Δ E a aus dem Fit nach Gleichung (5.1.9) berechnet. Hierbei muß a₂ 0 in (5.1.9) erfüllt sein, sonst muß das Verfahren bei einer neuen Vorgabe für η mit der Bedingung im Punkt 1 wiederholt werden. Bei zusätzlicher Desorption ist Δ E d aus der Sublimations energie abzuschätzen und in (5.1.9) vor Beginn der Rechnung zu berücksichtigen.2. From the values of h for U 1, the constants C, m and Δ E a from the fit are calculated according to equation (5.1.9). Here, a ₂ 0 must be satisfied in (5.1.9), otherwise the procedure must be repeated for a new default for η with the condition in point 1. For additional desorption, Δ E d from the sublimation energy shall be estimated and considered in (5.1.9) before the start of the calculation.
- 3. Zur Kontrolle des berechneten Kurvenverlaufs, ist bei Verwendung der Gleichung (5.2.3), mit der Lösung (4.1.16), der Wert für n a im Ausdruck für F abzuschätzen. Hierbei kann n a selbst oder aus der Gleichung (5.2.5) berechnet werden.3. To check the calculated curve, using equation (5.2.3), with the solution (4.1.16), estimate the value of n a in the expression for F. Here, n a itself or from the equation (5.2.5) can be calculated.
-
4. Mit dem berechneten Aktivitätsverlauf, wird der Fehler s F
in der Gleichung (5.2.2) berechnet, der für den
Ersatz des Standardfehlers für die Näherung in (5.1.9)
verwendet wird.
Der Wert für η, unter den angegebenen Bedingungen, ist solange zu nähern, bis s F ein Minimum zwischen gemessenen und berechneten Aktivitäten besitzt.4. With the calculated activity curve, the error s F is calculated in equation (5.2.2), which is used to replace the standard error for the approximation in (5.1.9).
The value of η , under the specified conditions, is to be approached until s F has a minimum between measured and calculated activities. -
5. Bei zusätzlicher Desorption ist die Lage des Maximums
bei den berechneten Aktivitäten auf die Lage des Maximums
der gemessenen Aktivitäten zu verschieben.
(Kurvenverlauf 4 in Abb. 3)
Die Verschiebung des Maximums erfolgt durch die Wahl von Δ E d, n a und n₀.
Die quantitative Übereinstimmung der berechneten Werte mit den Meßwerten erhält man durch N o, D G und n₀.
Damit bei der Anwendung von Gleichung (5.1.9) eine gute Anpassung des Fits an die Meßwerte im Kurvenverlauf 4 erfolgt, sind nur in der Nähe des Maximums die Meßwerte zu verwenden, die deutlich über den Anfangs- und Endwerten der gemessenen Aktivitäten liegen.5. For additional desorption, the position of the maximum in the calculated activities should be shifted to the position of the maximum of the measured activities. (Curve 4 in Fig. 3)
If the shift of the maximum by the choice of Δ E d, n a and n ₀.
The quantitative agreement of the calculated values with the measured values is obtained by N o , D G and n ₀.
So that a good fit of the fit to the measured values in curve 4 takes place when equation (5.1.9) is used, the measured values which are clearly above the start and end values of the measured activities are to be used only in the vicinity of the maximum. - 6. Wenn für die Aktivitätsverteilung, nach Abb. 3, der Kurvenverlauf 2 oder 3 vorliegt, dann muß n₀ so angepaßt werden, daß F 1 oder wenigstens F ≈ 1 ist und die Bedingung n w n erfüllt wird.6. If for the activity distribution, according to Fig. 3, the curve 2 or 3 is present, then n ₀ must be adjusted so that F 1 or at least F ≈ 1 and the condition n w n is satisfied.
Wenn bei einer zusätzlichen Desorption der Fall F < 0 vorliegt, hat man wegen (4.1.5) größere Werte für K und damit nach (4.1.16), bei höheren Temperaturen, kleinere Bedeckungsgrade im Kurvenverlauf 4, nach Abb. 3, zu erwarten.If the case F <0 is present for an additional desorption, one has to expect larger values for K and thus (4.1.16), at higher temperatures, smaller degrees of coverage in the curve 4 , according to Fig. 3 (4.1.5) ,
Der Kurvenverlauf 4 wird bei höheren Temperaturen und im Verlauf bis zum Maximum der Aktivitätsverteilung von der Nettorate der Stoffstromdichten von Adsorptions- und Desorptionsvorgängen bestimmt.The curve 4 is determined at higher temperatures and in the course to the maximum of the activity distribution of the net rate of the material flow densities of adsorption and desorption processes.
Der Verlauf vom Maximum zu kleineren Temperaturen wird durch den Einfluß des Stoffübergangs bestimmt.The course from the maximum to smaller temperatures is through determines the influence of the mass transfer.
Die Vorteile diese Verfahrens mit der Gleichung (5.1.9), gegenüber den bisherigen Auswertungsmethoden im Abschnitt 2.4, liegen bei der Untersuchung der Parameter für die Materialeigenschaften.The advantages of this method with the equation (5.1.9), compared to the previous evaluation methods in section 2.4, lie in the investigation of the parameters for the Material properties.
Würde man wie in Literatur [12] nur Datensätze mit Hilfe der numerischen Lösungsmethoden ausprobieren, dann kann, wie in [12], der Fall eintreten, daß man bei einer zusätzlichen Desorption kein Maximum in den berechneten Werten mehr findet. Ein Ausprobieren der Parameter, um ein Maximum zu finden, wäre noch zeitaufwendiger als bei diesem Verfahren.Would you like in literature [12] only records with the help Try the numerical solution methods, then how in [12], the case that one with an additional Desorption does not find a maximum in the calculated values. Trying out the parameters to find a maximum would be even more time consuming than this method.
Ebenso kann man mit der Gleichung (5.1.9) zeigen, daß die Desorptionsenergie für Ag-110 m in der Nähe der Sublimations energie für Silber liegen soll, wie es nach [12] gefordert wird, und der Wert mit 67 Kcal/mol angegeben ist.Similarly, equation (5.1.9) shows that the Desorption energy for Ag-110 m near the sublimation energy for silver, as required by [12] and the value is given as 67 Kcal / mol.
Selbst bei dem Programm SPATRA nach Literatur [11], ergeben sich bei Ag-110 m Desorptionsenergien, die bei etwa 60 Kcal/mol liegen und man wegen (2.2.7) schon gewisse Einschränkungen hinnehmen muß.Even with the SPATRA program according to literature [11] at Ag-110 m desorption energies, which at about 60 Kcal / mol and because of (2.2.7) there are some restrictions must accept.
Mit diesem Verfahren hat man, in (5.1.9), bei Incoloy 800 H für Silber eine Desorptionsenergie von 67 Kcal/mol berücksichtigt, um den gemessenen Verlauf gut zu beschreiben. This method has been used in Incoloy 800 H in (5.1.9) for silver a desorption energy of 67 Kcal / mol taken into account in order to describe the measured course well.
Bei Vorhersagen über auftretende Spaltproduktablagerungen an metallischen Komponenten in HTR-Anlagen ist es erforderlich, daß man das Verhalten der notwendigen Parameter, die man aus einem Reaktorexperiment nach den Bedingungen im Abschnitt 5.2 bestimmen kann, über einen längeren Zeitraum in Abhängigkeit vom Bedeckungsgrad kennt.For predictions about occurring fission product deposits on Metallic components in HTR systems, it is necessary that one the behavior of the necessary parameters one from one Reactor experiment according to the conditions in section 5.2 can determine over a longer period depending on knows about the degree of coverage.
Sollten bei verschieden lange durchgeführten Reaktorexperimenten sich die Parameter nicht mehr bei den Auswertungen als konstant erweisen, dann können sie nur Funktionen darstellen, die vom Bedeckungsgrad abhängen und nicht von der Dauer der Meßzeit.Should be used in reactor experiments of different lengths the parameters are no longer in the evaluations as prove constant, then they can only represent functions depending on the degree of coverage and not on the duration of the Measuring time.
Man erhält bei Reaktorexperimenten mit gleichen Heißgasaktivitäten für die Parameter folgende Ersetzungen:Reactor experiments give the same results Hot gas activities for the parameters following substitutions:
Falls sich eine Beziehung zwischen m( σ ) und Δ E a( σ ) in der Form von Gleichung (3.1.19) und (3.1.20) finden läßt, dann kann man auch f m(σ ) in der Ersetzung als abhängige Funktion von ( σ ) auffassen.If a relation between m ( σ ) and Δ E a ( σ ) can be found in the form of Eqs. (3.1.19) and (3.1.20) then one can also use f m ( σ ) in the substitution function from ( σ ) .
Zur Bestimmung der Funktionen in den Ersetzungen werden zunächst die Parameter C( s ), Δ E a, m( σ ), Δ E d(σ ), n₀ und η ( σ ), nach der Methode im Abschnitt 5.2, aus den einzelnen Reaktorexperimenten bei verschiedenen Meßzeiten und gleichen Heißgasaktivitäten bestimmt.To determine the functionality of the replacements, the parameters C are first (s), Δ E a, m (σ), Δ E d (σ), n ₀ and η (σ), according to the method in Section 5.2, each of the Reactor experiments at different measuring times and same hot gas activities determined.
Nach der Bestimmung der nötigen Parameter werden die Werte als Funktion in Abhängigkeit vom Bedeckungsgrad aufgetragen, um die Gleichungen für die Funktionen zu bestimmen.After determining the necessary parameters, the values become applied as a function of the degree of coverage to to determine the equations for the functions.
Diese Funktionsgleichungen werden in das Differentialgleichungs system (3.2.10) und (3.2.11) oder in das System (4.3.2) und (3.2.11) eingesetzt, wobei man dann zusätzlich die Funktionen auch in den Ausdruck (4.3.3) für F und (5.2.5) für den Parameter n a einsetzen muß. These equations of functions are used in the differential equation system (3.2.10) and (3.2.11) or in the system (4.3.2) and (3.2.11), whereby the functions are also included in the expression (4.3.3). for F and (5.2.5) for the parameter n a .
Wenn die Funktionen für die Parameter bekannt sind, dann besteht die Möglichkeit einer Vorhersage der Aktivitäts verteilungen aus den Lösungen des Differentialgleichungs systems (3.2.10) und (3.2.11) oder bzw. aus den Lösungen von (4.3.2) und (3.2.11), wenn die Betriebszeit des Reaktors bis zum Eintritt eines möglichen Störfalls vorgegeben wird. Für die Strömungsverhältnisse, z. B. bei den Dampferzeugern, muß dann auf Grund anderer geometrischer Abmessungen, als in den Versuchsanordnungen bei Reaktorexperimenten, der Stoff übergangskoeffizient H geändert werden.If the functions for the parameters are known, then there is the possibility of predicting the distributions of activity from the solutions of the differential equation system (3.2.10) and (3.2.11) or from the solutions of (4.3.2) and (3.2 .11), if the operating time of the reactor is specified until a possible accident occurs. For the flow conditions, z. B. in the steam generators, then must be changed due to other geometric dimensions, as in the experimental arrangements in reactor experiments, the mass transfer coefficient H.
Die benötigten Stoffübergangsgesetze kann man zum Teil aus den Wärmeübergangsgesetzen in Literatur [23] ableiten.The required mass transfer laws can be partly from the Derive heat transfer laws in literature [23].
Als Vereinfachung für das Stoffübergangsgesetz beim Dampf erzeuger kann man annehmen, daß der Stoffübergang wie bei einem von außen angeströmten Rohr erfolgen soll.As a simplification for the mass transfer law in steam generator one can assume that the mass transfer as in should take place a streamed from the outside pipe.
Auch bei den Abmessungen anderer metallischer Komponenten (Heißgaskanäle) können mit vereinfachten Annahmen die Stoffübergangskoeffizienten aus den Wärmeübergangsgesetzen in [23] ermittelt werden.Also in the dimensions of other metallic components (Hot gas channels) can with simplified assumptions the Mass transfer coefficients from the heat transfer laws in [23].
Die ermittelten Parameter oder deren Funktionen, in Abhängigkeit vom Bedeckungsgrad, müssen in die angegebenen Differentialgleichungen eingesetzt und aus den Reaktor experimenten beibehalten werden.The determined parameters or their functions, in Depending on the degree of coverage, must be specified in the Differential equations used and out of the reactor be maintained experiments.
Der Vorteil bei der Anwendung dieses Verfahrens liegt in der Einsparung kostenaufwendiger Laborexperimente, wo man unter Reaktorbedingungen auch keine absolute Gewißheit dafür hat, daß die Ergebnisse dieser Experimente verwendet werden können. Wenn sich die Möglichkeit für einen Vergleich von Ergebnissen aus Labor- und Reaktorexperimenten ergibt, sollte man auf diese nicht verzichten. The advantage of using this method lies in the Saving costly laboratory experiments, where to get under Reactor conditions also has no absolute certainty that the results of these experiments can be used. If there is the possibility for a comparison of results from laboratory and reactor experiments results, one should on do not give up this.
Für die Berechnung des Stoffübergangskoeffizienten nach der FormelFor the calculation of mass transfer coefficient according to formula
H = Sh · D G/d H (6.1), H = Sh · D G / d H (6.1),
benötigt man die Sherwood-Zahl Sh, den Gasdiffusions koeffizient D G und den hydraulischen Durchmesser d H für die Versuchsanordnung. Zur Ableitung des Stoffübergangsgesetzes aus dem Wärmeübergangsgesetz, wird die Nusselt-Zahl gegen die Sherwood-Zahl, die Prandtl-Zahl gegen die Schmidt-Zahl und die Wärmeleitfähigkeit gegen den Gasdiffusionskoeffizient ersetzt, wenn der Wärmeübergangskoeffizient gegen den Stoffübergangs koeffizient auszutauschen ist.you need the Sherwood number Sh, the gas diffusion coefficient D G and the hydraulic diameter d H for the experimental setup. To derive the mass transfer law from the heat transfer law, the Nusselt number is replaced with the Sherwood number, the Prandtl number against the Schmidt number and the thermal conductivity against the gas diffusion coefficient, if the heat transfer coefficient is to be replaced by the mass transfer coefficient.
Dies kann man bei Gasen tun, da die Kennzahlen für Wärme- und Stoffübergang gleich sind.This can be done with gases, as the heat and heat indicators Mass transfer are the same.
Aus dem Wärmeübergangsgesetz für eine turbulente RohrströmungFrom the heat transfer law for a turbulent pipe flow
Nu = 0,037 · (Re0,75 - 180) · Pr0,42 (6.1.1) [20],Nu = 0.037 × (Re 0.75-180 ) × Pr 0.42 (6.1.1) [20],
erhält man für das Stoffübergangsgesetz die Gleichungwe obtain the equation for the mass transfer law
Sh = 0,037 · (Re0,75 - 180) · Sc0,42 (6.1.2).Sh = 0.037 × (Re 0.75-180 ) × Sc 0.42 (6.1.2).
Der Gültigkeitsbereich für (6.1.1) liegt im BereichThe scope for (6.1.1) is in the range
2300 < Re < 2 · 10⁵ und 0,6 < Pr < 500.2300 <Re <2 × 10⁵ and 0.6 <Pr <500.
Nu ist die Nusselt-Zahl.
Pr ist die Prandtl-Zahl.
Sh ist die Sherwood-Zahl.
Sc ist die Schmidt-Zahl.
Re ist die Reynoldszahl.Nu is the Nusselt number.
Pr is the Prandtl number.
Sh is the Sherwood number.
Sc is the Schmidt number.
Re is the Reynolds number.
Der zusätzliche Faktor (1 + (d/L) 2/3) · ( η F /η w ) 0,14, der in (6.1.1) noch hinzugefügt werden müßte, hat man, wie in Literatur [20], mit dem Wert 1 angenommen.The additional factor (1 + (d / L) 2/3 ) · ( η F / η w ) 0.14 , which would have to be added in (6.1.1), has, as in literature [20], with assumed the value 1.
d ist hierbei der Rohrdurchmesser.
L ist die Rohrlänge.
η F ist die Fluidzähigkeit bei mittlerer Fluidtemperatur.
η w ist die Fluidzähigkeit bei einer Wandtemperatur T.
Here d is the pipe diameter.
L is the pipe length.
η F is the fluid viscosity at medium fluid temperature.
η w is the fluid toughness at a wall temperature T.
Wenn nach Literatur [16] bei Rohren die Rohrwandtemperatur
gleich der Temperatur des strömenden Fluids ist, dann sind die
Zähigkeiten einander gleich und der zusätzliche Faktor kann
mit dem Wert 1 angenommen werden.
Hierbei ist auch noch d = d H « L.If, according to literature [16], the tube wall temperature is the same as the temperature of the flowing fluid, then the toughnesses are equal and the additional factor can be assumed to be 1.
Here, too, d = d H « L.
Die Schmidt-Zahl läßt sich aus der GleichungThe Schmidt number can be derived from the equation
ermitteln.determine.
ist die kinematische Zähigkeit.
ist die dynamische Viskosität in N · s/m².
ρ ist die Dichte von He in kg/m³. is the kinematic tenacity.
is the dynamic viscosity in N · s / m².
ρ is the density of He in kg / m³.
Die Reynoldszahl bestimmt man aus der FormelThe Reynolds number is determined from the formula
Die Strömungsgeschwindigkeit berechnet sich aus dem AusdruckThe flow rate is calculated from the expression
Die Dichte des Heliums läßt sich mit hinreichender Genauigkeit aus der Zustandsgleichung für ideale Gase ableiten. Die Gleichung hat dann für die Dichte folgende FormThe density of helium can be controlled with sufficient accuracy derived from the equation of state for ideal gases. The equation then has the form for the density
m u ist die atomare Masseneinheit in kg.
p He ist der Druck des Heliums im Primärkreislauf in N/m².
m u is the atomic mass unit in kg.
p He is the pressure of helium in the primary circuit in N / m².
Die Formel, die man aus den Angaben der dynamischen Viskosität in Abhängigkeit von der Temperatur in der Literatur [21] ermittelt hat, lautetThe formula obtained from the data of the dynamic viscosity depending on the temperature in the literature [21] has determined is
= 4,30884 · 10-7 · T 0,67148 Ns/m² (6.6.1). = 4.3088 · 10-7 ·T 0.67148 Ns / m² (6.6.1).
T ist die Temperatur in K. T is the temperature in K.
Für die Diffusion von 2 Gasen wurde die folgende Formel aus der Literatur [15] verwendetFor the diffusion of 2 gases, the following formula was used from the literature [15] used
Mit N₁ = p₁/K BT und N₂ = p₂/K BT, erhält man aus der Gleichung (6.7.1) für den Gasdiffusionskoeffizienten den AusdruckWith N ₁ = p ₁ / K B T and N ₂ = p ₂ / K B T, one obtains from the equation (6.7.1) for the gas diffusion coefficient the expression
M₁ ist die Atommasse von He in kg.
M₂ ist die Atommasse des Nuklids in kg.
σ₁₂ ist der mittlere Stoßquerschnitt in m².
p₁ = p He ist der Gasdruck für He im Primärkreislauf in N/m².
p₂ = p d ist der Partialdruck des Nuklids in N/m². M ₁ is the atomic mass of He in kg.
M ₂ is the atomic mass of the nuclide in kg.
σ ₁₂ is the average joint cross section in m².
p ₁ = p He is the gas pressure for He in the primary circuit in N / m².
p ₂ = p d is the partial pressure of the nuclide in N / m².
Für p₂ « p₁ kann der Partialdruck des Nuklids in der Gleichung (6.7.2) vernachlässigt werden.For p ₂ « p ₁, the partial pressure of the nuclide in equation (6.7.2) can be neglected.
Der mittlere Stoßquerschnitt wurde mit der BeziehungThe average joint cross section was with the relationship
σ₁₂ = 4π · (r²₁ + r²₂)/2 (6.7.3) σ ₁₂ = 4 π · (r + r ²₁ ²₂) / 2 (6.7.3)
abgeschätzt, wobei r₁ und r₂ die Atomradien des Heliumatoms und des Nuklids aus Tabelle 4 sind. wherein r ₁ and r ₂ are the atomic radii of the helium atom and the nuclide of Table 4.
Aus der Gleichung (6.7.2) lassen sich für die Nuklide folgende Gasdiffusionskoeffizienten abschätzen:From the equation (6.7.2) can be found for the nuclides estimate the following gas diffusion coefficients:
T ist die Kühlgastemperatur in K.
P He ist der Druck des Kühlgases im HTR in N/m². T is the cooling gas temperature in K.
P He is the pressure of the cooling gas in the HTR in N / m².
Mit den Gleichungen (6.1) bis (6.7.3) sind alle Voraussetzungen für die Berechnung des Stoffübergangskoeffizienten gegeben. Man hat hier für die Berechnung des Stoffübergangskoeffizienten die Annahme verwendet, daß der Stoffübergang in einem Rohr stattfinden soll, weil bei dem Versuchsaufbau beim VAMPYR II/V01-Experiment in der Ringspaltanordnung zwei verschiedene Materialien für Testrohr und Teststab in die Versuchsanordnung eingebaut wurden.Equations (6.1) through (6.7.3) are all prerequisites given for the calculation of the mass transfer coefficient. One has here for the calculation of the mass transfer coefficient the assumption that used the mass transfer in a pipe should take place because in the experimental setup at VAMPYR II / V01 experiment in ring gap arrangement two different materials for test tube and test rod were incorporated into the experimental setup.
Das Stoffübergangsgesetz für eine Ringspaltanordnung könnte auch hier angewendet werden, aber bei verschiedenen Materialien bestehen die Schwierigkeiten, daß man die Anfangskonzentration oder die Quellstärke aus der Heißgasaktivität für die anfallenden Anteile auf die einzelnen Versuchsmaterialien vorher nicht aufteilen kann, weil man auf Grund unterschiedlicher Wechselwirkungen der Oberfläche mit den Spaltprodukten mit unterschiedlichen Stoffstromdichten bei den Adsorptions- und Desorptionsvorgängen rechnen muß. Eine geeignete Aufteilung der Anfangskonzentration, zur Festlegung der Parameter für die Spaltproduktablagerung, ist bei der Versuchsanordnung des VAMPYR II/V01-Experiments, auch die den anderen Modellen, nicht möglich.The mass transfer law for an annular gap arrangement could also be applied here, but with different materials There are difficulties in getting the initial concentration or the source strength from the hot gas activity for the accumulating shares on the individual experimental materials can not divide before, because you on reason different interactions of the surface with the Fission products with different material flow densities must count on the adsorption and desorption processes. A suitable distribution of the initial concentration, Definition of parameters for the fission product deposition is in the experimental setup of the VAMPYR II / V01 experiment, even the other models, not possible.
Das unterschiedliche Wechselwirkungen der Materialien mit den Spaltprodukten auftreten können, ist an der Lage des Maximums bei der gemessenen Aktivitätsverteilung von Ag-110 m zwischen Incoloy 800 H und Inconel 617 zu erkennen, die auf unterschiedliche Desorptionsenergien zurückzuführen sind.The different interactions of the materials with The fission products may occur is due to the location of the Maximums in the measured activity distribution of Ag-110 m to detect between Incoloy 800 H and Inconel 617 on different desorption energies are due.
Für die Reaktorexperimente würden sich Versuchsanordnungen eignen, bei denen für die verschiedenen Materialien mehrere Testrohre oder Rohrsegmente hintereinander angeordnet werden, weil man die Anfangskonzentration für ein Rohr oder Rohrsegment aus der Konzentration des vorher mit Kühlgas durchströmten Testrohres oder Segments, aus dem Verbrauch an Spaltprodukt nukliden bei der Spaltproduktablagerung, berechnen kann. Bei einer Versuchsanordnung mit einem oder mit mehreren Testrohren ist eine Bestimmung der Anfangskonzentration möglich, weil nur eine Materialsorte für die Wechselwirkung mit den Spaltprodukten verantwortlich ist.Experimental arrangements would become necessary for the reactor experiments are suitable, where for the different materials several Test tubes or pipe segments are arranged one behind the other, because you get the initial concentration for a pipe or pipe segment from the concentration of previously flowed through with cooling gas Test tube or segments, from the consumption of fission product nuclides in fission product deposition, can calculate. In a trial with one or more Test tubes is a determination of the initial concentration possible because only one type of material for the interaction is responsible for the fission products.
Trotz der verwendeten Versuchsanordnung vom VAMPYR II/V01 Experiment, soll die folgende Abb. 6 bei Cs-137 die Werte für die Stoffübergangskoeffizienten, nach den Gleichungen im Abschnitt 6, mit den Ergebnissen in [22] verdeutlichen.Despite the experimental setup of the VAMPYR II / V01 experiment, the following Fig. 6 for Cs-137 should illustrate the values for the mass transfer coefficients, according to the equations in Section 6, with the results in [22].
Auch wenn man im Abschnitt 6 den laminaren Anteil der Strömung im Stoffübergangsgesetz nicht berücksichtigt hat, so ergibt sich im Vergleich mit [22] für die Steigung des Stoffübergangskoeffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur eine gute Übereinstimmung.Even if in section 6 the laminar fraction of Flow has not taken into account in the mass transfer law, so results in comparison with [22] for the slope of the Mass transfer coefficients as a function of the temperature a good match.
Die quantitative Abweichung um den Faktor von etwa 2, ist auf die Abschätzung des Stoßquerschnitts in (6.7.3) zurückzuführen. The quantitative deviation by the factor of about 2, is on the estimation of the impact cross section in (6.7.3) due.
Für den Temperaturverlauf hat man aus den Temperaturangaben nach [22] folgende Gleichung ermitteltFor the temperature history you have from the temperature data according to [22] the following equation is determined
T(x) = -111,9649 · x + 1083,3787 T in K (6.8.1). T (x) = -111.9649 · x + 1083.3787 T in K (6.8.1).
x ist der Ort in Strömungsrichtung in der Versuchsanordnung, für den die Temperatur auf der Rohrinnenwand bestimmt werden soll. Die Abweichungen, für die ermittelten Temperaturen gegenüber den Messungen, liegen in Gleichung (6.8.1) unter 2%. x is the location in the flow direction in the experimental setup for which the temperature on the pipe inner wall is to be determined. The deviations for the determined temperatures compared to the measurements are less than 2% in equation (6.8.1).
Für x ergibt sich die BeziehungFor x , the relationship arises
x = Segment-Nr. · Δ x (6.8.2) x = segment no. · Δ x (6.8.2)
mitWith
Δ x = L/Zahl der Segmente
L ist die Rohrlänge in m. Δ x = L / number of segments
L is the pipe length in m.
Beim Temperaturabfall in Rohrleitungen, kann man aus Literatur [16] den Temperaturverlauf aus der FormelWhen temperature drops in piping, you can look Literature [16] the temperature profile from the formula
berechnen.to calculate.
T₁ ist die Eintrittstemperatur bei x = 0.
T₂ ist die Austrittstemperatur bei x = L.
T a ist die Außentemperatur des Rohres.
Φ LO ist der Wärmeverlust, bei x = 0 mit T i = T₁, in W/m.
T i ist die Innentemperatur bei x = 0.
c p ist die isobare spezifische Wärmekapazität des Fluids
in KJ/kg · K.
ist der Massenstrom in kg/s. T₁ is the inlet temperature atx = 0.
T₂ is the exit temperature atx =L,
T a is the outside temperature of the pipe.
Φ LO is the heat loss, atx = 0 withT i =T₁, in W / m.
T i is the internal temperature atx = 0.
c p is the isobaric specific heat capacity of the fluid
in KJ / kg · K.
is the mass flow in kg / s.
Wenn (T₁ - T₂) « (T₁ - T a) ist, dann kann man (6.8.3) linearisieren und erhält die GleichungIf (T ₁ - T ₂) « (T ₁ - T a ), then one can linearize (6.8.3) and obtain the equation
Ein linearer Temperaturverlauf in (6.8.4) ist auch annähernd in (6.8.1) gegeben. A linear temperature curve in (6.8.4) is also given approximately in (6.8.1).
Der Gradient für die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases kann aus der Dichteänderung des He abgeschätzt werden.The gradient for the flow velocity of the cooling gas can be estimated from the density change of He.
Wenn man die Gleichung (6.5.1) in die Gleichung (6.4.1) einsetzt und danach der erhaltene Ausdruck für die Geschwindigkeit nach T differenziert wird, so erhält man zunächstIf we substitute equation (6.5.1) into equation (6.4.1) and then differentiate the expression obtained for the velocity after T , one obtains first
Aus der Gleichung (6.8.1) erhält man durch Differentation nach x den AusdruckFrom the equation (6.8.1) we obtain the expression by differentiation to x
Verwendet man die Gleichungen (6.9.1) und (6.9.2), dann ergibt sich für den Gradient der StrömungsgeschwindigkeitUsing the equations (6.9.1) and (6.9.2), then yields for the gradient of flow velocity
Für ∂ T/ ∂ x kann man aus den Gleichungen (6.8.3) und (6.8.4) folgende Ausdrücke ableitenFor ∂ T / ∂ x one can derive the following expressions from equations (6.8.3) and (6.8.4)
In (6.9.10) wird in der Ableitung ∂ T/ ∂ x die Temperatur T₂ in Gleichung (6.8.3) betrachtet, die nach x abgeleitet ist. Für L ist der Ort x einzusetzen, an dem der Geschwindigkeits gradient betrachtet werden soll.In (6.9.10), in the derivative ∂ T / ∂ x the temperature T ₂ is considered in equation (6.8.3), which is derived from x . For L , place x where the velocity gradient should be considered.
Der Geschwindigkeitsgradient, in (6.9.3), hat auf Grund des Wärmeübergangs vom Fluid auf die Rohrinnenwand in der Versuchsanordnung ein negatives Vorzeichen. The velocity gradient, in (6.9.3), has due the heat transfer from the fluid to the pipe inner wall in the experimental arrangement a negative sign.
Für die AusgleichsgeradeFor the balancing straight
Z = a₀ + a₁ · X + a₂ · Y (6.10.1) (5.1.10) Z = a ₀ + a ₁ · X + a ₂ · Y (6.10.1) (5.1.10)
hat man zur Lösung der Konstanten folgendes Gleichungssystem:If you have the following system of equations to solve the constants:
ΣZ = a₀ · N + a₁ · ΣX + a₂ · Σ Y Σ Z = a ₀ · N + a ₁ · Σ X + a ₂ · Σ Y
ΣXZ = a₀ · ΣX + a₁ · ΣX² + a₂ · ΣXY (6.10.2)Σ XZ = a ₀ · Σ X + a ₁ · Σ X ² + a ₂ · Σ XY (6.10.2)
ΣYZ = a₀ · ΣY + a₁ · ΣXY + a₂ · ΣY²Σ YZ = a ₀ · Σ Y + a ₁ · Σ XY + a ₂ · Σ Y ²
Die partiellen Korrelationskoeffizienten berechnen sich aus folgenden Gleichungen:The partial correlation coefficients are calculated following equations:
Der multiple Korrelationskoeffizient berechnet sich aus dem AusdruckThe multiple correlation coefficient is calculated the expression
N ist die Zahl der Meßwerte. N is the number of measured values.
Die Werte in den Tabellen 13 bis 29 sind die Ergebnisse, die aus der Gleichung (5.1.8) über die Gleichung (5.1.9) ermittelt worden sind.The values in Tables 13 to 29 are the results that from equation (5.1.8) via equation (5.1.9) have been.
Bei den Rechnungen für Ag-110 m, wurden die Aktivitäts verteilungen einmal mit der Verwendung der Gleichung (4.2.1) und zusätzlich mit der Gleichung (4.2.2) in (5.1.9) berechnet. In der Gleichung (5.1.8) hat man nur n a = n d zu setzen, um den Fall bei Gleichung (4.2.2) zu berücksichtigen.For the calculations for Ag-110 m, the activity distributions were calculated once using equation (4.2.1) and additionally using equation (4.2.2) in (5.1.9). In equation (5.1.8) one has only to set n a = n d to take the case into account in equation (4.2.2).
Wenn man voraussetzt, daß die Angaben zu den ermittelten Heißgasaktivitäten stimmen, so liefert der Fall n a = n d in der Gleichung (4.2.2) eine gute Übereinstimmung mit den Messungen, wenn man die Desorptionsenergie in der Nähe der Sublimationsenergie von Silber erwartet.Assuming that the data for the determined hot gas activities are correct, the case n a = n d in the equation (4.2.2) gives a good agreement with the measurements, if one expects the desorption energy in the vicinity of the sublimation energy of silver.
Bei der Anwendung von Gleichung (5.1.9), hat man zur Bestimmung der Parameter C, m und Δ E a nur die Meßwerte verwendet, die in der Umgebung vom Maximum wesentlich zur Aktivität beitragen. Bei Incoloy 800 H hat man bei Ag-110 m die Werte mit den Segmentnummern 16 bis 21 in Abb. 7 und 9 berücksichtigt. Für das Gleichungssystem der Ausgleichsgerade (5.1.9) beträgt die Zahl der Meßwerte deshalb N = 6.In applying equation (5.1.9), only the measured values which contribute substantially to the activity in the environment from the maximum have been used to determine the parameters C, m and Δ E a . In the case of the Incoloy 800 H, the values with the segment numbers 16 to 21 in Fig. 7 and 9 have been taken into account for Ag-110 m. For the system of equations of the equalization line (5.1.9), the number of measured values is therefore N = 6.
Für Inconel 617 wurden die Werte mit den Segmentnummern 18 bis 27 verwendet und die Zahl der Meßwerte beträgt N = 10. Die Rechnungen für Ag-110 m zeigen mit den Ergebnissen aus der Literatur [11] eine gute Übereinstimmung.For Inconel 617 the values with the segment numbers 18 to 27 were used and the number of measured values is N = 10. The calculations for Ag-110 m show a good agreement with the results from the literature [11].
Auch in Literatur [11] hat man die Werte des Gasdiffusions koeffizienten ändern müssen, damit der Verlauf vom Maximum bis zur Austrittstemperatur mit den Messungen gut übereinstimmt.Also in literature [11] one has the values of gas diffusion must change coefficients, thus the course of the maximum to the exit temperature with the measurements well matches.
Auf Grund der noch unsicheren Werte von n₀ und den abgeschätzten Werten für den Stoffübergangskoeffizienten, können diese Rechnungen nicht als endgültige Festlegung der Parameter angesehen werden, sondern als eine Möglichkeit, um zu sehen, daß das Verfahren geeignet ist, die Voraussetzungen zu erfüllen, um eine Festlegung der Parameter zu gewährleisten, damit die Reaktorexperimente bei verschiedenen Meßzeiten miteinander verglichen werden können, wenn die Heißgasaktivitäten bei den Experimenten annähernd gleich sind.Because of the still uncertain values of n ₀ and the estimated values for the mass transfer coefficient, these calculations can not be considered as the final definition of the parameters but as a way to see that the method is suitable for fulfilling the conditions To determine the parameters so that the reactor experiments at different measuring times can be compared with each other, when the hot gas activities in the experiments are approximately equal.
Bei allen Rechnungen ist hier f( σ ) = 1 in der Gleichung (5.1.8) angenommen worden, weil die Bedeckungsgrade sehr klein sind. Bei den berechneten Aktivitätsverteilungen von Ag-110 m, ist nicht unbedingt darauf geachtet worden, daß in Gleichung (5.2.2) der Wert für s F ein Minimum besitzt.In all calculations f ( σ ) = 1 has been assumed in equation (5.1.8) because the degrees of coverage are very small. In the calculated activity distributions of Ag-110 m, it has not necessarily been ensured that in equation (5.2.2) the value for s F has a minimum.
Für die Genauigkeit der Parameter war die Übereinstimmung der berechneten Werte in der Umgebung des Maximums bei den Meßwerten entscheidend, um den Gasdiffusionskoeffizienten für den Stoffübergangskoeffizienten abzuschätzen.For the accuracy of the parameters, the agreement was calculated values in the vicinity of the maximum at the Measurements crucial to the gas diffusion coefficient for to estimate the mass transfer coefficient.
Die Tabellen aus der Literatur [11] und die Abbildungen aus der Literatur [12] sind mit aufgeführt, damit ein Vergleich verschiedener Ergebnisse möglich ist.The tables from the literature [11] and the illustrations from the literature [12] are listed, so a comparison different results is possible.
Bei den anderen Nukliden besitzt der Wert für s F ein Minimum, so daß damit der Parameter η festgelegt ist.For the other nuclides, the value for s F has a minimum, so that the parameter η is fixed.
Die beigefügte Abbildung aus der Literatur [10] zeigt auch für das Experiment Saphir 05 ähnliche Verläufe bei den Aktivitäts verteilungen, wie beim Experiment VAMPYR II/V01.The attached figure from the literature [10] also shows for the experiment sapphire 05 similar courses of activity distributions, as in the experiment VAMPYR II / V01.
Der Verlauf von J-131, beim Stahlrohr (4541) aus der Abb. 27 von Literatur [10], zeigt, daß Ähnlichkeiten mit dem Verlauf von Zn-65 bei Incoloy 800 H bestehen, so daß die Möglichkeit besteht, das Verfahren auf nichtmetallische Spaltprodukte anzuwenden.The course of J-131, the steel tube (4541) from Fig. 27 of Literature [10], shows that similarities with the course of Zn-65 in Incoloy 800 H exist, so that the possibility exists, the method on non-metallic To use fission products.
Der flache Verlauf bei den meisten Nukliden könnte durch Cs-137 und Cs-134 verursacht werden, so daß es durch Cs-Ionen zu einer Entstehung elektrostatischer Kräfte auf der Materialoberfläche kommen könnte und daher die Desorptions energien nicht mehr ausreichend sind, damit die Spaltprodukte die Oberfläche kaum oder nicht wieder verlassen können. Eine Erläuterung zur Entstehung von Cs-Ionen auf Oberflächen findet man in Literatur [24].The flat course in most nuclides could be due to Cs-137 and Cs-134 are caused to be affected by Cs ions to a development of electrostatic forces on the Material surface could come and therefore the desorption energies are no longer sufficient to allow the fission products can hardly or not leave the surface again. An explanation of the formation of Cs ions on surfaces can be found in literature [24].
Diese noch ungeklärte Ursache würde die Annahme in Literatur [1] bestätigen, daß Cs bei hohen Temperaturen überwiegend elementar auf der Materialoberfläche vorliegt, so daß der angenommene Staub auf der Oberfläche nicht für den flachen Verlauf der Aktivitätsverteilungen verantwortlich wäre. Die ausbleibenden Desorptionen wären dadurch erklärbar, daß die notwendigen Desorptionsenergien kleiner sind als die Coulombenergien, wenn Cs-Ionen elektrostatische Bindungs kräfte auf der Materialoberfläche verursachen sollten. Der Einfluß chemischer Vorgänge wäre damit in Gleichung (3.1.16) und (3.1.21) auszuschließen.This still unresolved cause would be the assumption in literature [1] confirm that Cs predominantly at high temperatures elemental on the material surface is present, so that the assumed dust on the surface not for the flat Course of activity distributions would be responsible. The lack of desorption would be explained by the fact that the necessary desorption energies are smaller than that Coulombic energies when Cs ions electrostatic bond should cause forces on the material surface. The influence of chemical processes would be in equation (3.1.16) and (3.1.21).
In der Tabelle 29 sind die partiellen und multiplen Korrelationskoeffizienten für die einzelnen Rechnungen für die Gleichung (5.1.9) zusammengefaßt, um zu zeigen, daß auch hier ein zusätzliches Temperaturverhalten in der Form (T/T₀) m in Gl. (3.1.16) und (3.1.21) bei Betrachtung des Stoff übergangs vorhanden ist.In Table 29, the partial and multiple correlation coefficients for the individual calculations for the equation (5.1.9) are summarized to show that an additional temperature behavior in the form (T / T ₀) m in Eq. (3.1.16) and (3.1.21) when considering the substance transfer.
Für die willkürlich gewählte Bezugstemperatur T₀, kann man auch die charakteristische Temperatur in Literatur [16] für die Wärmeleitfähigkeit des Materials verwenden. Eine andere willkürliche Bezugstemperatur T₀ liefert andere Werte für die Parameter C und m.For the arbitrarily chosen reference temperature T ₀, one can also use the characteristic temperature in literature [16] for the thermal conductivity of the material. Another arbitrary reference temperature T ₀ provides other values for the parameters C and m .
Bei der Anwendung der Gleichung (5.1.9) wurde das Gleichungs system (6.10.2) mit dem Gauß-Jordan-Verfahren gelöst, um numerische Probleme vermeiden zu können.In applying equation (5.1.9), the equation System (6.10.2) solved with the Gauss-Jordan method to to avoid numerical problems.
Wird nur der Gaußsche Algorithmus verwendet, dann sind die Werte für den Parameter m zu hoch und man muß die Zahl der Meßwerte N in der Gleichung (6.10.2) solange erhöhen, bis sich die Werte für m sprunghaft verkleinern.If only the Gaussian algorithm is used, then the values for the parameter m are too high and one has to increase the number of measured values N in the equation (6.10.2) until the values for m decrease dramatically.
Bei den Rechnungen in den Tabellen 13 bis 29, sind die Werte für die Zahl der Meßwerte für Gleichung (6.10.2) angegeben, um die numerischen Probleme auch bei dem Gauß-Jordan-Verfahren beheben zu können.For the calculations in Tables 13 to 29, the values are for the number of measurements for equation (6.10.2), the numerical problems also in the Gauss-Jordan method be able to fix.
Die angegebenen Werte für N am Ende der Tabellen weichen von der tatsächlichen Anzahl der Meßwerte ab.The specified values for N at the end of the tables differ from the actual number of measured values.
Durch die Verwendung von Rechnern mit doppelter Genauigkeit bei den Programmiersprachen, lassen sich die numerischen Probleme beheben.By using computers with double precision in the programming languages, the numerical Solve problems.
Die Schwankungen bei den Meßwerten, sind vermutlich auf den Korrosionsgrad zurückzuführen.The fluctuations in the measured values are probably on the Attributed degree of corrosion.
Angaben zu den Korrosionsgraden, bei den einzelnen Segmenten in der Versuchsanordnung, lagen nicht vor.Information on the degrees of corrosion, for the individual segments in the experimental design, were not available.
Die Druckverluste in der Ringspaltanordnung wurden beim VAMPYR II/V01-Experiment vernachlässigt. The pressure losses in the annular gap arrangement were at VAMPYR II / V01 experiment neglected.
Temperaturverläufe in der Ringspaltanordnung beim Experiment VAMPYR II/V01 aus der Literatur [11].Temperature curves in the annular gap arrangement in Experiment VAMPYR II / V01 from the literature [11].
Nach den Ausführungen im Abschnitt 5 kann das Verfahren zur Bestimmung der notwendigen Materialparameter, zur Ermittlung der Haftkoeffizienten der Metalle und Metallegierungen bei Komponenten im Primärkreislauf von HTR-Anlagen, bei der Auswertung von Reaktorexperimenten verwendet werden, um mit Hilfe einer analytischen oder numerischen Lösung Vorhersagen über auftretende Aktivitätsverteilungen in HTR-Anlagen bis zum möglichen Eintritt eines Störfalls machen zu können.As explained in Section 5, the procedure for Determination of the necessary material parameters, for determination the adhesion coefficients of the metals and metal alloys Components in the primary circuit of HTR systems, at the Evaluation of reactor experiments can be used with Help of an analytical or numerical solution predictions about occurring activity distributions in HTR systems up to to make the possible occurrence of a fault.
Das Konzept, aus dem das Verfahren entwickelt wurde, beruht auf den Gleichungen (5.1.5), (5.1.4) und (5.1.1).The concept from which the method was developed is based on the equations (5.1.5), (5.1.4) and (5.1.1).
Bei der Berücksichtigung anderer Wechselwirkungen der Spaltproduktnuklide mit der Materialoberfläche, wird die Nettorate der Stoffstromdichten für Adsorption und DesorptionWhen considering other interactions of the Fission product nuclides with the material surface, is the Net rate of mass densities for adsorption and desorption
dn n/dt = (A-D) = Hn w d n n / d t = (A - D) = Hn w
durch andere Ausdrücke ersetzt, so daß der Anwender aus den Gleichungen (5.1.5), (5.1.4) und (5.1.1) ein anderes Analyseverfahren für die Auswertung von Reaktorexperimenten entwickeln kann.replaced by other expressions, so that the user from the equations (5.1.5), (5.1.4) and (5.1.1) another analysis method for the evaluation of reactor experiments can develop.
Die notwendigen Zusatzgleichungen findet man auf S. 54. Im Abschnitt 6 dienen die verwendeten Gleichungen als zusätzliche Übersicht, die vom Anwender benötigt und durch andere Ausdrücke ersetzt werden können.The necessary additional equations can be found on p. 54. In Section 6, the equations used serve as additional overview needed by the user and through other expressions can be replaced.
Das Verfahren zur Bestimmung der Materialparameter beruht auf der Gleichung (5.1.7), die aus den Gleichungen (5.1.5), (5.1.4) und (5.1.1), mit den entsprechenden Zusatzgleichungen auf S. 54, aus dem Konzept abgeleitet wurde.The method for determining the material parameters is based on the equation (5.1.7), which consists of the equations (5.1.5), (5.1.4) and (5.1.1), with the corresponding additional equations on p. 54, was derived from the concept.
Wird die Stoffstromdichte D für die Desorption nach Gleichung (3.2.3) beibehalten, so braucht bei der Untersuchung der Materialparameter in der Adsorptionsstromdichte A kein neues Verfahren entwickelt werden.If the material flow density D for desorption according to equation (3.2.3) is maintained, no new method needs to be developed when investigating the material parameters in the adsorption current density A.
Die Zahl der Veränderlichen, in der Ausgleichsgeraden nach der Methode der kleinsten Quadrate, hängt von der Zahl der Parameter im Ausdruck für A ab.The number of variables, in the least-squares regression line, depends on the number of parameters in the expression for A.
Die Schritte für die Bestimmung der Materialparameter und Ermittlung der Aktivitätsverteilungen bei den Spaltproduktablagerungen findet man im Abschnitt 5.2 auf S. 57-61. The steps for the determination of material parameters and Determination of the activity distributions in the fission product deposits see section 5.2 on p. 57-61.
Bei der Berücksichtigung der Oberflächenrauhigkeit durch den Parameter η werden im Verfahren die Lösungen (4.1.16) und (4.1.14) mit den dazugehörigen Zusatzgleichungen im Abschnitt 4.2 benötigt.When considering the surface roughness by the parameter η , the method requires solutions (4.1.16) and (4.1.14) with the associated additional equations in section 4.2.
Es kann auch hierbei eine numerische Lösung, z. B. wie im Abschnitt 4.3, verwendet werden.It can also be a numerical solution, z. B. as in Section 4.3.
Das Verfahren bietet die Möglichkeit, daß man bei der Auswertung von Reaktorexperimenten von zeit- und kostenaufwendigen Laborexperimenten bei der Bestimmung der Materialparameter unabhängig ist.The procedure offers the possibility that one at the Evaluation of reactor experiments of time and costly laboratory experiments in determining the Material parameter is independent.
Der Anwender kann, nach dem Konzept zur Bestimmung der Spaltproduktablagerung, seine eigenen Softwareprogramme benutzen, so daß man keine anderen Softwareprogramme übernehmen muß.The user can, according to the concept of determining the Split product deposit, its own software programs so you do not use any other software programs must take over.
Auf das beschriebene Verfahren und Konzept werden auf Grund der technischen Anwendungsmöglichkeiten Patentansprüche erhoben.On the described method and concept are based on the technical application claims levied.
Die verwendeten Gleichungen zur Beschreibung der Adsorptionsstromdichte im Abschnitt 3 hat man aus den Auswertungen des Experiments VAMPYR II/V01 erhalten, unter der Annahme, daß bei der Spaltproduktablagerung keine chemischen Vorgänge maßgebend beteiligt sind.The equations used to describe the Adsorption current density in section 3 has one of the Evaluations of the experiment VAMPYR II / V01 received, under the assumption that in the Spaltproduktablagerung no involved in chemical processes.
Die Gleichungen (3.1.16) und (3.1.21) gelten für alle beim VAMPYR-II-Experiment betrachteten Nuklide, so daß man keine Spezialfälle zur Beschreibung des Adsorptionsvorgangs benötigt.The equations (3.1.16) and (3.1.21) apply to all In the VAMPYR II experiment, nuclides were considered to be so no special cases to describe the adsorption process needed.
Auch wenn bei vielen Nukliden die Aktivierungsenergie Δ E a≈0 ist, so dient die Berücksichtigung der Aktivierungsenergie zur Bestimmung des Boltzmannfaktors e-Δ E a/ RT 1, damit man das Temperaturverhalten (T/T₀) m in der Gleichung (3.1.16) richtig ermittelt. Even if the activation energy Δ E a ≈0 for many nuclides, the consideration of the activation energy serves to determine the Boltzmann factor e - Δ E a / RT 1, so that the temperature behavior ( T / T ₀) m in the equation (3.1. 16) correctly determined.
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N i ist die Dichte für die Sorte i an Spaltprodukten in kg/m³.
N wi ist die Dichte für die Sorte i an Spaltprodukten auf der
Materialoberfläche in kg/m³.
A ist die Querschnittsfläche der Versuchsanordnung in m².
P ist der Umfang für die Querschnittsfläche in m.
ist die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in m/s.
h ist der Stoffübergangskoeffizient in m/s.
x ist der Ort in Strömungsrichtung in m.
λ i ist die radioaktive Zerfallskonstante für die Sorte i
an Spaltprodukten in 1/s.
ist der eintretende Massenstrom in die Versuchsanordnung
in kg/s.
aus ist der austretende Massenstrom in kg/s.
St ist der Massenstrom durch Stoffübergang auf die
Materialwand in kg/s.
r a = dn a/dt ist die Stoffstromdichte für den Adsorptionsvorgang
bzw. die Adsorptionsgeschwindigkeit in Atome/m²·s.
n a = n ist die Zahl der besetzten Haftplätze auf der Oberfläche
zum Zeitpunkt t in Atome/m².
n₀ = n m ist die Zahl der möglichen Haftplätze für die
Belegung der Wandoberfläche bei einer Monolage in Atome/m².
M s ist die Masse pro Fläche für eine Monolage in kg/m².
M ist die Masse pro Fläche für die Zahl
der besetzten Haftplätze mit einer Sorte i an Spaltprodukten
auf der Materialoberfläche in kg/m².
N w = N wi ist die Dichte für die Wandkonzentration an
Spaltprodukten in der Gleichung (2.1.12) aus der Literatur [2].
K ist eine Konstante in der Gleichung (2.1.12) aus Literatur [2].
N₀ ist die Dichte bei x = 0 für die Konzentration der
Spaltprodukte bei einer Sorte i in kg/m³.
R = n a/n₀ ist der Bedeckungsgrad.
χ(R) ist der Kondensationskoeffizient in Literatur [4].
ist der Dampfdruck für die Sorte i an Spaltprodukten über
der Materialoberfläche nach Gleichung (2.1.13) in N/m².
p ist der Partialdruck für eine Sorte i an Spaltprodukten
in N/m².
Z ist die Stoßzahl in Atome/m²·s.
s ist die Haftwahrscheinlichkeit.
m₀ ist die Masse des Nuklids in kg.
K B = 1,380664·10-23 Ws/grd ist die Boltzmannkonstante.
T ist die Gastemperatur bzw. auch die Temperatur auf
der Wandoberfläche in K.
R = 1,9872·10-3 Kcal/K·mol ist die allgemeine Gaskonstante.
Δ E a ist die Aktivierungsenergie in Kcal/mol.
Δ E d ist die Desorptionsenergie in Kcal/mol.
Δ H ist die Kondensationswärme in Kcal/mol.
K₁ ist eine Druckkonstante der Gleichung (2.1.13).
δ(R) ist der Desorptionskoeffizient in Atome/m²·s.
f′( R ) ist ein allgemeiner Ausdruck für eine belegungsabhängige
Funktion bei der Beschreibung der Desorptionsvorgänge
in der Literatur [4]. N i is the density for the varietyi on fission products in kg / m³.
N wi is the density for the varietyi at fission products on the
Material surface in kg / m³.
A is the cross-sectional area of the experimental set-up in m².
P is the circumference for the cross-sectional area in m.
is the mean flow velocity in m / s.
H is the mass transfer coefficient in m / s.
x is the location in the flow direction in m.
λ i is the radioactive decay constant for the speciesi
on fission products in 1 / s.
is the incoming mass flow into the experimental setup
in kg / s.
out is the exiting mass flow in kg / s.
St is the mass flow through mass transfer to the
Material wall in kg / s.
r a = dn a/ dt is the mass flow density for the adsorption process
or the adsorption rate in atoms / m².s.
n a =n is the number of occupied detention places on the surface
at the timet in atoms / m².
n₀ =n m is the number of possible detention places for the
Coverage of the wall surface at a monolayer in atoms / m².
M s is the mass per area for a monolayer in kg / m².
M is the mass per area for the number
the occupied custody places with a sorti on fission products
on the material surface in kg / m².
N w =N wi is the density for the wall concentration
Fission products in the equation (2.1.12) from the literature [2].
K is a constant in equation (2.1.12) from literature [2].
N₀ is the density atx = 0 for the concentration of
Fission products in one varietyi in kg / m³.
R =n a/n₀ is the degree of coverage.
χ (R) is the condensation coefficient in literature [4].
is the vapor pressure for the varietyi on fission products over
the material surface according to equation (2.1.13) in N / m².
p is the partial pressure for a varietyi on fission products
in N / m².
Z is the number of impacts in atoms / m² · s.
s is the likelihood
m₀ is the mass of the nuclide in kg.
K B = 1.380664 · 10-23 Ws / grd is the Boltzmann constant.
T is the gas temperature or the temperature
the wall surface in K.
R = 1.9872 x 10-3 Kcal / K · mol is the general gas constant.
Δ e a is the activation energy in kcal / mol.
Δ e d is the desorption energy in kcal / mol.
Δ H is the heat of condensation in Kcal / mol.
K₁ is a pressure constant of the equation (2.1.13).
δ (R) is the desorption coefficient in atoms / m² · s.
f '( R ) is a general term for an occupancy-dependent
Function in the description of desorption processes
in the literature [4].
x ist der Ort in Strömungsrichtung in m.
r ist die mittlere Geschwindigkeit des Kühlgases in m/s.
n(x,t) ist die Konzentration für die Sorte i an Spaltprodukten
im Kühlgasstrom in Atome/m³.
n w (x,t) ist die Wandkonzentration für die Sorte i an
Spaltprodukten in Atome/m².
H = Sh·D G/d H ist der Stoffübergangskoeffizient in m/s.
Sh ist die Sherwood-Zahl.
d H ist der hydraulische Durchmesser der Versuchsanordnung in m.
D G ist der Gasdiffusionskoeffizient in m²/s.
V ist das Gasvolumen des Kühlgases je Längeneinheit in m².
O ist die geometrische Oberfläche des Strömungskanals
je Längeneinheit in m.
λ = λ i ist die Zerfallskonstante in 1/s.
Λ ist die mittlere freie Weglänge in m.
ist die Desorptionsstromdichte in Gleichung (2.2.2)
in Atome/m²·s.
A ist die Adsorptionsstromdichte in Gleichung (2.2.2)
in Atome/m²·s.
A ist die Atommasse in Gleichung (2.2.15).
D ist die zeitliche Änderung des Bedeckungsgrades durch
Desorption in 1/s in Gleichung (2.2.9).
ist die zeitliche Änderung des Bedeckungsgrades durch
Adsorption in 1/s in Gleichung (2.2.9).
M₀ ist die Zahl der möglichen Haftplätze auf der Materialoberfläche,
nach Literatur [8], in Atome/m².
M₀ ist die Bezeichnung in Gleichung (2.2.5) nach Literatur [3] .
M₀∞ = M₀ ist die mögliche Zahl der Haftplätze für eine
Monolage, nach Literatur [3], in Atome/m².
a ist der Haftkoeffizient.
v ⟂ ist die Auftreffgeschwindigkeit der Teilchen bzw. der
Nuklide auf die Wandoberfläche in m/s.
= v ⟂·a ist eine Abkürzung in der Gleichung (2.2.8).
ist der Rauhigkeitsfaktor nach Literatur [3] .
β ist der Adsorptionskoeffizient.
(1-β) ist der Penetrationskoeffizient nach Literatur [3] .
Q₀ ist die Sorptionsenergie in Kcal/mol.
Q s ist die Sublimationsenergie in Kcal/mol.
ϑ(σ) ist eine bedeckungsradabhängige Desorptionskonstante,
nach Gleichung (2.2.6), in 1/s.
ϑ₀ = ν ist die Frequenz der Gitterschwingungen in 1/s.
Q( σ) ist die Desorptionsenergie, in Gleichung (2.2.7), in Kcal/mol.
σ = n a/n₀ ist der Bedeckungsgrad.
μ ist die Abkürzung in Gleichung (2.2.15).
ist die Abkürzung in Gleichung (2.2.16).
D ist die Materialdiffusionskonstante in Gleichung (2.2.18)
nach Literatur [3] .
I D Diffusionsstrom für die Diffusion in das Wandmaterial.
I E Strom für die auftreffenden Teilchen (Nuklide) auf
die Materialwand.
I R Strom für die Teilchen (Nuklide), die von der Materialwand
reflektiert werden.
M ist die Teilchenmasse in Gleichung (2.2.19).
Φ (x,r,t) ist die Spaltproduktmenge, die in das Material
diffundiert.
r ist bei angenommener Zylindergeometrie die radiale
Entfernung.
R i ist der Innenradius.
R a ist der Außenradius.
x is the location in the flow direction in m.
r is the mean velocity of the cooling gas in m / s.
n (x, t) is the concentration for the varietyi on fission products
in the cooling gas flow in atoms / m³.
n w (x, t) is the wall concentration for the speciesi on
Fission products in atoms / m².
H = ShD G/d H is the mass transfer coefficient in m / s.
Sh is the Sherwood number.
d H is the hydraulic diameter of the experimental setup in m.
D G is the gas diffusion coefficient in m² / s.
V is the gas volume of the cooling gas per unit length in m².
O is the geometric surface of the flow channel
per unit length in m.
λ =λ i is the decay constant in 1 / s.
Λ is the mean free path in m.
is the desorption current density in equation (2.2.2)
in atoms / m² · s.
A is the adsorption current density in equation (2.2.2)
in atoms / m² · s.
A is the atomic mass in equation (2.2.15).
D is the temporal change of the degree of coverage by
Desorption in 1 / s in equation (2.2.9).
is the temporal change of the degree of coverage by
Adsorption in 1 / s in equation (2.2.9).
M₀ is the number of possible sites on the material surface,
according to literature [8], in atoms / m².
M₀ is the name in equation (2.2.5) according to literature [3].
M₀∞ =M₀ is the possible number of detention places for one
Monolayer, according to literature [3], in atoms / m².
a is the sticking coefficient.
v ⟂ is the impact velocity of the particles or the
Nuclides on the wall surface in m / s.
=v ⟂·a is an abbreviation in equation (2.2.8).
is the roughness factor according to literature [3].
β is the adsorption coefficient.
(1-β) is the penetration coefficient according to literature [3].
Q₀ is the sorption energy in kcal / mol.
Q s is the sublimation energy in Kcal / mol.
θ (σ) is a coverage wheel dependent desorption constant,
according to equation (2.2.6), in 1 / s.
θ₀ =ν is the frequency of the lattice vibrations in 1 / s.
Q ( σ) is the desorption energy, in equation (2.2.7), in kcal / mol.
σ =n a/n₀ is the degree of coverage.
μ is the abbreviation in equation (2.2.15).
is the abbreviation in equation (2.2.16).
D is the material diffusion constant in equation (2.2.18)
according to literature [3].
I D Diffusion current for diffusion into the wall material.
I e Electricity for the incident particles (nuclides)
the material wall.
I R Electricity for the particles (nuclides) coming from the material wall
be reflected.
M is the particle mass in equation (2.2.19).
Φ (x, r, t) is the fission product amount that is in the material
diffused.
r is the radial one assuming cylinder geometry
Distance.
R i is the inner radius.
R a is the outer radius.
J ist die Zahl der Atome, die in einer Zeit t pro Flächeneinheit
von der Oberfläche abgehen, in Atome/m²·s.
J↓ = r a ist die Stoffstromdichte für die Adsorption in
Atome/m²·s.
f( σ ) ist eine Funktion zur Beschreibung bei der Adsorption, die
von der Struktur des Festkörpergitters abhängig sein kann
u 03912 00070 552 001000280000000200012000285910380100040 0002003912995 00004 03793nd durch Gleichung (2.1.6) beschrieben ist.
p d = p ist der Partialdruck für die Nuklide aus der
Heißgasaktivität in N/m².
x A ist die gemessene Heißgasaktivität in 10-12 Ci/m³.
p He ist die Halbwertszeit für die Nuklide in s.
τ 11/2 ist die Halbwertszeit für die Nuklide in s.
a₀ ist eine Konstante in den Gleichungen für die benötigten Fits.
t B ist die Betriebszeit für das Experiment in s.
α₁ sind Abkürzungen in den Gleichungen (3.1.7) und (3.1.8).
ist die Bezeichnung eines angenommenen Haftkoeffizienten
in der Gleichung (3.1.15).
= v ⟂ ist die Auftreffgeschwindigkeit der Teilchen auf die
Wandoberfläche in m/s.
Φ₀ ist die Stoffstromdichte in Gleichung (3.1.13) in Atome/m²·s.
Φ a ist die Adsorptionsstromdichte in Gleichung (3.1.14).
C ist ein Parameter in Gleichung (3.1.16) und (3.1.21), der
dem Kondensationskoeffizient χ(R) entspricht.
m ist der Exponent für das Temperaturverhalten (T/T₀) m in
der Gleichung (3.1.16) und (3.1.21). J is the number of atoms at a timet per unit area
depart from the surface, in atoms / m² · s.
J↓ =r a is the mass flow density for adsorption in
Atoms / m · s.
f ( σ ) is a function for description in the adsorption, the
may depend on the structure of the solid-state lattice
u 03912 00070 552 001000280000000200012000285910380100040 0002003912995 00004 03793nd is described by equation (2.1.6).
p d =p is the partial pressure for the nuclides from the
Hot gas activity in N / m².
x A is the measured hot gas activity in FIG. 10-12 Ci / m³.
p He is the half-life for the nuclides in s.
τ 2.11 is the half-life for the nuclides in s.
a₀ is a constant in the equations for the required fits.
t B is the operating time for the experiment in s.
α₁ are abbreviations in the equations (3.1.7) and (3.1.8).
is the name of an assumed adhesive coefficient
in the equation (3.1.15).
=v ⟂ is the impact velocity of the particles on the
Wall surface in m / s.
Φ₀ is the mass flow density in equation (3.1.13) in atoms / m² · s.
Φ a is the adsorption current density in equation (3.1.14).
C is a parameter in Equations (3.1.16) and (3.1.21), which
the condensation coefficientχ (R) equivalent.
m is the exponent of the temperature behavior (T / T₀) m in
of equations (3.1.16) and (3.1.21).
Alle anderen Bezeichnungen sind aus den vorhergehenden Abschnitten übernommen.All other names are from the previous ones Sections taken over.
A ist die Abkürzung für die Adsorptionsstromdichte nach
Gleichung (3.2.2) in Atome/m²·s.
D ist die Abkürzung für die Desorptionsstromdichte in der
Gleichung (3.2.3).
n d ist ein angenommener Parameter für die Zahl der Atome, die
bei der Desorption zum Zeitpunkt t die Oberfläche wieder
verlassen, in Atome/m².
η ist ein Parameter zur Berücksichtigung der Oberflächenrauhigkeit
beim Stoffübergang.
C₀ ist eine Konstante für C in den Gleichungen (3.2.13)
bis (3.2.15).
T₀ = 273,15 ist eine willkürlich gewählte Bezugstemperatur in K. A is the abbreviation for the adsorption current density according to equation (3.2.2) in atoms / m² · s.
D is the abbreviation for the desorption current density in equation (3.2.3).
n d is an assumed parameter for the number of atoms leaving the surface during desorption at time t , in atoms / m².
η is a parameter for taking into account the surface roughness of the mass transfer.
C ₀ is a constant for C in equations (3.2.13) to (3.2.15).
T ₀ = 273.15 is an arbitrary reference temperature in K.
Alle anderen Bezeichnungen sind aus den anderen Abschnitten übernommen.All other names are from the other sections accepted.
F ist der Ausdruck (4.2.1) und (4.2.2), um die Wechselwirkung
zwischen den Nukliden in der Gasphase und auf
der Oberfläche zu berücksichtigen.
N₀ ist die Anfangskonzentration bzw. auch die Quellstärke
bei x = 0 in Atome/m³.
K ist eine Abkürzung für den Ausdruck (4.1.5) in 1/s.
T₀ Konstante in Gleichung (4.1.12) für den Zeitanteil der
Konzentration n(x,t) in Atome/m³.
T ist in Gleichung (4.1.12) der Zeitanteil für die
Konzentration n(x,t) in Atome/m³. F is the expression (4.2.1) and (4.2.2) to account for the interaction between the nuclides in the gas phase and on the surface.
N ₀ is the initial concentration or source strength at x = 0 in atoms / m³.
K is an abbreviation for the expression (4.1.5) in 1 / s.
T ₀ Constant in equation (4.1.12) for the time component of the concentration n (x, t) in atoms / m³.
T in equation (4.1.12) is the time fraction for the concentration n (x, t) in atoms / m³.
Sonst sind alle anderen Bezeichnungen wieder übernommen.Otherwise, all other names are taken over again.
w ist die Wahrscheinlichkeit für das Verlassen der Oberfläche eines Teilchens in 1/s (Bezeichnung im Abschnitt 4.2). w is the probability of leaving the surface of a particle in 1 / s (designation in section 4.2).
A₁, A₂ sind Abkürzungen in der Gleichung (5.1.1).
G ist die Abkürzung in der Gleichung (5.1.3).
W ist die Abkürzung in der Gleichung (5.1.6).
ist die Ableitung von F nach der Temperatur T.
ist die 2. Ableitung von F nach der Temperatur T.
s F Abkürzung in Gleichung (5.2.2).
A L ist die berechnete Aktivität in Gleichung (5.2.3) in Bq/m². A₁,A₂ are abbreviations in the equation (5.1.1).
G is the abbreviation in equation (5.1.3).
W is the abbreviation in equation (5.1.6).
is the derivative ofF after the temperatureT.
is the 2nd derivative ofF after the temperatureT.
s F Abbreviation in equation (5.2.2).
A L is the calculated activity in equation (5.2.3) in Bq / m².
Bezeichnungen im Abschnitt 6 sind dort bei den benötigten Gleichungen gesondert aufgeführt.Designations in section 6 are needed there Equations listed separately.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3912995A DE3912995A1 (en) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | Metal fission prod. deposit determn. for high temp. reactor - measures activity distributions occurring on surfaces of metals and alloys |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3912995A DE3912995A1 (en) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | Metal fission prod. deposit determn. for high temp. reactor - measures activity distributions occurring on surfaces of metals and alloys |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3912995A1 true DE3912995A1 (en) | 1990-10-25 |
Family
ID=6379071
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3912995A Ceased DE3912995A1 (en) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | Metal fission prod. deposit determn. for high temp. reactor - measures activity distributions occurring on surfaces of metals and alloys |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3912995A1 (en) |
-
1989
- 1989-04-20 DE DE3912995A patent/DE3912995A1/en not_active Ceased
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---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
8131 | Rejection |