In der vorliegenden Arbeit wird die Fredholm-Methode zur semiklassischen Berechnung einzelner Eigenzustaende von Quantenabbildungen eingesetzt. Es wird gezeigt, wie auch Eigenzustaende zu entarteten Eigenwerten berechnet werden koennen. Die semiklassische Berechnung eines Eigenzustandes erfolgt mittels der Husimifunktion. Es wird gezeigt, wie das Auftreten von Bifurkationen periodischer Bahnen beruecksichtigt werden kann. Dies geschieht auch fuer den Fall von energiegemittelten Eigenzustaenden. Ebenfalls wird die Stoerung einer Quantenabbildung durch einen Punktstreuer und dessen Auswirkungen auf die semiklassische Berechnungen untersucht.

Boom and bust cycles are widely documented in the literature on industry dynamics. Rigidities and delays in capacity adjustment in combination with bounded rational behavior have been identified as central driving forces. We construct a model that features only these two elements and we show that this is indeed sufficient to reproduce some stylized facts of a boom and bust cycle. The bifurcation diagrams summarizing the dynamic behavior reveal complex cycles and in particular also abrupt changes in the nature of these cycles. We apply new insights from the mathematical theory of piecewise smooth dynamic systems - in particular, results from the theory of border collision bifurcations - and show that the very existence of borders such as capacity constraints or nonnegativity constraints may lie behind abrupt changes in the dynamic behavior of economic variables. (author's abstract) / Series: Department of Economics Working Paper Series

This thesis is concerned with nonlinear analyses of BWR stability behaviour, contributing to a deeper understanding in this field. Despite negative feedback-coefficients of a BWR, there are operational points (OP) at which oscillatory instabilities occur. So far, a comprehensive and an in-depth understanding of the nonlinear BWR stability behaviour are missing, even though the impact of the significant physical parameters is well known. In particular, this concerns parameter regions in which linear stability indicators, like the asymptotic decay ratio, lose their meaning. Nonlinear stability analyses are usually carried out using integral (system) codes, describing the dynamical system by a system of nonlinear partial differential equations (PDE). One aspect of nonlinear BWR stability analyses is to get an overview about different types of nonlinear stability behaviour and to examine the conditions of their occurrence. For these studies the application of system codes alone is inappropriate. Hence, in the context of this thesis, a novel approach to nonlinear BWR stability analyses, called RAM-ROM method, is developed. In the framework of this approach, system codes and reduced order models (ROM) are used as complementary tools to examine the stability characteristics of fixed points and periodic solutions of the system of nonlinear differential equations, describing the stability behaviour of a BWR loop. The main advantage of a ROM, which is a system of ordinary differential equations (ODE), is the possible coupling with specific methods of the nonlinear dynamics. This method reveals nonlinear phenomena in certain regions of system parameters without the need for solving the system of ROM equations. The stability properties of limit cycles generated in Hopf bifurcation points and the conditions of their occurrence are of particular interest. Finally, the nonlinear phenomena predicted by the ROM will be analysed in more details by the system code. Hence, the thesis is not focused on rendering more precisely linear stability indicators like DR. The objective of the ROM development is to develop a model as simple as possible from the mathematical and numerical point of view, while preserving the physics of the BWR stability behaviour. The ODEs of the ROM are deduced from the PDEs describing the dynamics of a BWR. The system of ODEs includes all spatial effects in an approximated (spatial averaged) manner, e.g. the space-time dependent neutron flux is expanded in terms of a complete set of orthogonal spatial neutron flux modes. In order to simulate the stability characteristics of the in-phase and out-of-phase oscillation mode, it is only necessary to take into account the fundamental mode and the first azimuthal mode. The ROM, originally developed at PSI in collaboration with the University of Illinois (PSI-Illinois-ROM), was upgraded in significant points: • Development and implementation of a new calculation methodology for the mode feedback reactivity coefficients (void and fuel temperature reactivity) • Development and implementation of a recirculation loop model; analysis and discussion of its impact on the in-phase and out-of-phase oscillation mode • Development of a novel physically justified approach for the calculation of the ROM input data • Discussion of the necessity of consideration of the effect of subcooled boiling in an approximate manner With the upgraded ROM, nonlinear BWR stability analyses are performed for three OPs (one for NPP Leibstadt (cycle7), one for NPP Ringhals (cycle14) and one for NPP Brunsbüttel (cycle16) for which measuring data of stability tests are available. In this thesis, the novel approach to nonlinear BWR stability analyses is extensively presented for NPP Leibstadt. In particular, the nonlinear analysis is carried out for an operational point (OP), in which an out-of-phase power oscillation has been observed in the scope of a stability test at the beginning of cycle 7 (KKLc7_rec4). The ROM predicts a saddle-node bifurcation of cycles, occurring in the linear stable region, close to the KKLc7_rec4-OP. This result allows a new interpretation of the stability behaviour around the KKLc7_rec4-OP. The results of this thesis confirm that the RAM-ROM methodology is qualified for nonlinear BWR stability analyses. / Die vorliegende Dissertation leistet einen Beitrag zum tieferen Verständnis des nichtlinearen Stabilitätsverhaltens von Siedewasserreaktoren (SWR). Trotz der Tatsache, dass in diesem technischen System nur negative innere Rückkopplungskoeffizienten auftreten, können in bestimmten Arbeitspunkten oszillatorische Instabilitäten auftreten. Obwohl relativ gute Kenntnisse über die signifikanten physikalischen Einflussgrößen vorliegen, fehlt bisher ein umfassendes Verständnis des SWR-Stabilitätsverhaltens. Das betrifft insbesondere die Bereiche der Systemparameter, in denen lineare Stabilitätsindikatoren, wie zum Beispiel das asymptotische Decay Ratio (DR), ihren Sinn verlieren. Die nichtlineare Stabilitätsanalyse wird im Allgemeinen mit Systemcodes (nichtlineare partielle Differentialgleichungen, PDG) durchgeführt. Jedoch kann mit Systemcodes kein oder nur ein sehr lückenhafter Überblick über die Typen von nichtlinearen Phänomenen, die in bestimmten System-Parameterbereichen auftreten, erhalten werden. Deshalb wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine neuartige Methode (RAM-ROM Methode) zur nichtlinearen SWR-Stabilitätsanalyse erprobt, bei der integrale Systemcodes und sog. vereinfachte SWR-Modelle (ROM) als sich gegenseitig ergänzende Methoden eingesetzt werden, um die Stabilitätseigenschaften von Fixpunkten und periodischen Lösungen (Grenzzyklen) des nichtlinearen Differentialgleichungssystems, welches das Stabilitätsverhalten des SWR beschreibt, zu bestimmen. Das ROM, in denen das dynamische System durch gewöhnliche Differentialgleichungen (GDG) beschrieben wird, kann relativ einfach mit leistungsfähigen Methoden aus der nichtlinearen Dynamik, wie zum Beispiel die semianalytische Bifurkationsanalyse, gekoppelt werden. Mit solchen Verfahren kann, ohne das DG-System explizit lösen zu müssen, ein Überblick über mögliche Typen von stabilen und instabilen oszillatorischen Verhalten des SWR erhalten werden. Insbesondere sind die Stabilitätseigenschaften von Grenzzyklen, die in Hopf-Bifurkationspunkten entstehen, und die Bedingungen, unter denen sie auftreten, von Interesse. Mit dem Systemcode (RAMONA5) werden dann die mit dem ROM vorhergesagten Phänomene in den entsprechenden Parameterbereichen detaillierter untersucht (Validierung des ROM). Die Methodik dient daher nicht der Verfeinerung der Berechnung linearer Stabilitätsindikatoren (wie das DR). Das ROM-Gleichungssystem entsteht aus den PDGs des Systemcodes durch geeignete (nichttriviale) räumliche Mittelung der PDG. Es wird davon ausgegangen, dass die Reduzierung der räumlichen Komplexität die Stabilitätseigenschaften des SWR nicht signifikant verfälschen, da durch geeignete Mittlungsverfahren, räumliche Effekte näherungsweise in den GDGs berücksichtig werden. Beispielsweise wird die raum- und zeitabhängige Neutronenflussdichte nach räumlichen Moden entwickelt, wobei für eine Simulation der Stabilitätseigenschaften der In-phase- und Out-of-Phase-Leistungsoszillationen nur der Fundamentalmode und der erste azimuthale Mode berücksichtigt werden muss. Das ROM, welches ursprünglich am Paul Scherrer Institut (PSI, Schweiz) in Zusammenarbeit mit der Universität Illinois (USA) entwickelt wurde, ist in zwei wesentlichen Punkten erweitert und verbessert worden: • Entwicklung und Implementierung einer neuen Methode zur Berechnung der Rückkopplungsreaktivitäten • Entwicklung und Implementierung eines Modells zur Beschreibung der Rezirkulationsschleife (insbesondere wurde der Einfluss der Rezirkulationsschleife auf den In-Phase-Oszillationszustand und auf den Out-of-Phase-Oszillationszustand untersucht) • Entwicklung einer physikalisch begründeten Methode zur Berechnung der ROM-Inputdaten • Abschätzung des Einflusses des unterkühlten Siedens im Rahmen der ROM-Näherungen Mit dem erweiterten ROM wurden nichtlineare Stabilitätsanalysen für drei Arbeitspunkte (KKW Leibstadt (Zyklus 7) KKW Ringhals (Zyklus 14) und KKW Brunsbüttel (Zyklus 16)), für die Messdaten vorliegen, durchgeführt. In der Dissertationsschrift wird die RAM-ROM Methode ausführlich am Beispiel eines Arbeitspunktes (OP) des KKW Leibstadt (KKLc7_rec4-OP), in dem eine aufklingende regionale Leistungsoszillation bei einem Stabilitätstest gemessen worden ist, demonstriert. Das ROM sagt die Existenz eines Umkehrpunktes (saddle-node bifurcation of cycles, fold-bifurcation) voraus, der sich im linear stabilen Gebiet nahe der Stabilitätsgrenze befindet. Mit diesem ROM-Ergebnis ist eine neue Interpretation der Stabilitätseigenschaften des KKLc7_rec4-OP möglich. Die Resultate der in der Dissertation durchgeführten RAM-ROM Analyse bestätigen, dass das weiterentwickelte ROM für die Analyse des Stabilitätsverhaltens realer Leistungsreaktoren qualifiziert wurde.

As a first aspect the thesis treats existence results of the perturbed eigenvalue problem of the 1-Laplace operator. This is done with the aid of a quite general critical point theory results with the genus as topological index. Moreover we show that the eigenvalues of the perturbed 1-Laplace operator converge to the eigenvalues of the unperturebed 1-Laplace operator when the perturbation goes to zero. As a second aspect we treat the eigenvalue problems of the vectorial 1-Laplace operator and the symmetrized 1-Laplace operator. And as a third aspect certain related parabolic problems are considered.

This work focusses on analysing the stability of the MSFR – a molten salt reactor with a fast neutron spectrum. The investigations are based on a model, which was published and studied by the Politecnico di Milano using a linear approach. Since linear methods can only provide stability information to a limited extent, this work continues the conducted investigations by applying nonlinear methods. In order to examine the specified reactor model, the system equations were implemented, adjusted and verified using MATLAB code. With the help of the computational tool MatCont, a so-called fixed-point solution was tracked and its stability monitored during the variation of selected control parameters. It was found that the considered fixed point does not change its stability state and remains stable. Coexisting fixed points or periodic solutions could not be detected. Therefore, the analysed MSFR model is considered to be a stable system, in which the solutions always tend towards a steady state.:1. Introduction 2. Molten Salt Reactor Technology 2.1. Introduction 2.2. Historical Development 2.3. Working Principle of Molten Salt Reactors 2.4. Molten Salt Coolants 2.5. Advantages and Drawbacks 2.6. Classification 2.7. Molten Salt Fast Reactor Design 3. Stability Characteristics of Dynamical Systems 3.1. Introduction 3.2. Dynamical Systems 3.3. Stability Concepts 3.3.1. Introduction 3.3.2. Lagrange Stability (Bounded Stability) 3.3.3. Lyapunov Stability 3.3.4. Poincaré Stability (Orbital Stability) 3.4. Fixed-Point Solutions 3.4.1. Stability Analysis of Fixed-Point Solutions 3.4.2. Bifurcations of Fixed-Point Solutions 3.5. Periodic Solutions 3.5.1. Stability Analysis of Periodic Solutions 3.5.2. Bifurcations of Periodic Solutions 4. Analysed Reactor System 4.1. Introduction 4.2. Specified Reactor Model 4.3. Implementation and Verification of the Linearised System of Equations 4.3.1. Linearised System of Delayed Differential Equations 4.3.2. Comparison with Reference Plots 4.3.3. Adaptation of Parameter Values 4.4. Implementation and Verification of the Nonlinear System of Equations 4.4.1. Nonlinear System of Delayed Differential Equations 4.4.2. Delayed Neutron Precursor Equation Adjustments 4.4.3. Salt Temperature Equation Adjustments 4.4.4. Nonlinear System of Ordinary Differential Equations 4.4.5. Verification of the Nonlinear System of Ordinary Differential Equations 5. Conducted Stability Analyses 5.1. Introduction 5.2. Nonlinear Stability Analysis 5.2.1. Implementation 5.2.2. Results 5.2.3. Interpretation 5.3. Linear Stability Analysis 5.3.1. Comparison Between the Linearised and Nonlinearised MSFR System of Equations 5.3.2. Stability Investigations Using a Linear Criterion 5.4. MatCont Reliability Test Using an MSBR Model 6. Conclusions and Recommendations for Future Studies / Im Fokus dieser Arbeit steht die Stabilitätsanalyse des MSFR – eines Flüssigsalzreaktors mit schnellem Neutronenspektrum. Als Grundlage wurde ein Modell verwendet, das am Politecnico di Milano erstellt und dort mittels linearer Methoden untersucht wurde. Da lineare Betrachtungen nur eingeschränkte Stabilitätsaussagen treffen können, erweitert diese Arbeit die Untersuchungen um die nichtlineare Stabilitätsanalyse. Zur Untersuchung des vorgegebenen Reaktormodells wurden die Systemgleichungen in MATLAB übertragen und verifiziert. Mithilfe der Rechensoftware MatCont wurde eine sogenannten Fixpunkt-Lösung des Modells unter der Variation ausgewählter Parameter verfolgt und deren Stabilität überprüft. Es hat sich gezeigt, dass der betrachtete Fixpunkt seinen Stabilitätszustand dabei nicht verändert und stabil bleibt. Koexistierende Fixpunkte oder periodische Lösungen konnten nicht nachgewiesen werden. Daher gilt das betrachtete MSFR-Modell als ein stabiles System, dessen Lösungen immer auf einen stationären Zustand zulaufen.:1. Introduction 2. Molten Salt Reactor Technology 2.1. Introduction 2.2. Historical Development 2.3. Working Principle of Molten Salt Reactors 2.4. Molten Salt Coolants 2.5. Advantages and Drawbacks 2.6. Classification 2.7. Molten Salt Fast Reactor Design 3. Stability Characteristics of Dynamical Systems 3.1. Introduction 3.2. Dynamical Systems 3.3. Stability Concepts 3.3.1. Introduction 3.3.2. Lagrange Stability (Bounded Stability) 3.3.3. Lyapunov Stability 3.3.4. Poincaré Stability (Orbital Stability) 3.4. Fixed-Point Solutions 3.4.1. Stability Analysis of Fixed-Point Solutions 3.4.2. Bifurcations of Fixed-Point Solutions 3.5. Periodic Solutions 3.5.1. Stability Analysis of Periodic Solutions 3.5.2. Bifurcations of Periodic Solutions 4. Analysed Reactor System 4.1. Introduction 4.2. Specified Reactor Model 4.3. Implementation and Verification of the Linearised System of Equations 4.3.1. Linearised System of Delayed Differential Equations 4.3.2. Comparison with Reference Plots 4.3.3. Adaptation of Parameter Values 4.4. Implementation and Verification of the Nonlinear System of Equations 4.4.1. Nonlinear System of Delayed Differential Equations 4.4.2. Delayed Neutron Precursor Equation Adjustments 4.4.3. Salt Temperature Equation Adjustments 4.4.4. Nonlinear System of Ordinary Differential Equations 4.4.5. Verification of the Nonlinear System of Ordinary Differential Equations 5. Conducted Stability Analyses 5.1. Introduction 5.2. Nonlinear Stability Analysis 5.2.1. Implementation 5.2.2. Results 5.2.3. Interpretation 5.3. Linear Stability Analysis 5.3.1. Comparison Between the Linearised and Nonlinearised MSFR System of Equations 5.3.2. Stability Investigations Using a Linear Criterion 5.4. MatCont Reliability Test Using an MSBR Model 6. Conclusions and Recommendations for Future Studies

In der vorliegenden Arbeit wird die Fredholm-Methode zur semiklassischen Berechnung einzelner Eigenzustaende von Quantenabbildungen eingesetzt. Es wird gezeigt, wie auch Eigenzustaende zu entarteten Eigenwerten berechnet werden koennen. Die semiklassische Berechnung eines Eigenzustandes erfolgt mittels der Husimifunktion. Es wird gezeigt, wie das Auftreten von Bifurkationen periodischer Bahnen beruecksichtigt werden kann. Dies geschieht auch fuer den Fall von energiegemittelten Eigenzustaenden. Ebenfalls wird die Stoerung einer Quantenabbildung durch einen Punktstreuer und dessen Auswirkungen auf die semiklassische Berechnungen untersucht.

Signalverarbeitung im Nervensystem hängt sowohl von der Netzwerkstruktur, als auch den zellulären Eigenschaften der Nervenzellen ab. In dieser Abhandlung werden zwei zelluläre Eigenschaften im Hinblick auf ihre funktionellen Anpassungsmöglichkeiten untersucht: Es wird gezeigt, dass neuronale Morphologie die Signalweiterleitung unter Berücksichtigung energetischer Beschränkungen verstärken kann, und dass selbst kleine Änderungen in biophysikalischen Parametern die Aktivierungsbifurkation in Nervenzellen, und damit deren Informationskodierung, wechseln können. Im ersten Teil dieser Abhandlung wird, unter Verwendung von mathematischen Modellen und Daten, die Hypothese aufgestellt, dass Energie-effiziente Signalweiterleitung als starker Evolutionsdruck für unterschiedliche Zellkörperlagen bei Nervenzellen wirkt. Um Energie zu sparen, kann die Signalweiterleitung vom Dendrit zum Axon verstärkt werden, indem relativ kleine Zellkörper zwischen Dendrit und Axon eingebaut werden, während relativ große Zellkörper besser ausgelagert werden. Im zweiten Teil wird gezeigt, dass biophysikalische Parameter, wie Temperatur, Membranwiderstand oder Kapazität, den Feuermechanismus des Neurons ändern, und damit gleichfalls Aktionspotential-basierte Informationsverarbeitung. Diese Arbeit identifiziert die sogenannte "saddle-node-loop" (Sattel-Knoten-Schlaufe) Bifurkation als den Übergang, der besonders drastische funktionale Auswirkungen hat. Neben der Änderung neuronaler Filtereigenschaften sowie der Ankopplung an Stimuli, führt die "saddle-node-loop" Bifurkation zu einer Erhöhung der Netzwerk-Synchronisation, was möglicherweise für das Auslösen von Anfällen durch Temperatur, wie bei Fieberkrämpfen, interessant sein könnte. / Signal processing in nervous systems is shaped by the connectome as well as the cellular properties of nerve cells. In this thesis, two cellular properties are investigated with respect to the functional adaptations they provide: It is shown that neuronal morphology can improve signal transmission under energetic constraints, and that even small changes in biophysical parameters can switch spike generation, and thus information encoding. In the first project of the thesis, mathematical modeling and data are deployed to suggest energy-efficient signaling as a major evolutionary pressure behind morphological adaptations of cell body location: In order to save energy, the electrical signal transmission from dendrite to axon can be enhanced if a relatively small cell body is located between dendrite and axon, while a relatively large cell body should be externalized. In the second project, it is shown that biophysical parameters, such as temperature, membrane leak or capacitance, can transform neuronal excitability (i.e., the spike onset bifurcation) and, with that, spike-based information processing. This thesis identifies the so-called saddle-node-loop bifurcation as the transition with particularly drastic functional implications. Besides altering neuronal filters and stimulus locking, the saddle-node-loop bifurcation leads to an increase in network synchronization, which may potentially be relevant for the initiation of seizures in response to increased temperature, such as during fever cramps.

As a first aspect the thesis treats existence results of the perturbed eigenvalue problem of the 1-Laplace operator. This is done with the aid of a quite general critical point theory results with the genus as topological index. Moreover we show that the eigenvalues of the perturbed 1-Laplace operator converge to the eigenvalues of the unperturebed 1-Laplace operator when the perturbation goes to zero. As a second aspect we treat the eigenvalue problems of the vectorial 1-Laplace operator and the symmetrized 1-Laplace operator. And as a third aspect certain related parabolic problems are considered.

This thesis is concerned with nonlinear analyses of BWR stability behaviour, contributing to a deeper understanding in this field. Despite negative feedback-coefficients of a BWR, there are operational points (OP) at which oscillatory instabilities occur. So far, a comprehensive and an in-depth understanding of the nonlinear BWR stability behaviour are missing, even though the impact of the significant physical parameters is well known. In particular, this concerns parameter regions in which linear stability indicators, like the asymptotic decay ratio, lose their meaning. Nonlinear stability analyses are usually carried out using integral (system) codes, describing the dynamical system by a system of nonlinear partial differential equations (PDE). One aspect of nonlinear BWR stability analyses is to get an overview about different types of nonlinear stability behaviour and to examine the conditions of their occurrence. For these studies the application of system codes alone is inappropriate. Hence, in the context of this thesis, a novel approach to nonlinear BWR stability analyses, called RAM-ROM method, is developed. In the framework of this approach, system codes and reduced order models (ROM) are used as complementary tools to examine the stability characteristics of fixed points and periodic solutions of the system of nonlinear differential equations, describing the stability behaviour of a BWR loop. The main advantage of a ROM, which is a system of ordinary differential equations (ODE), is the possible coupling with specific methods of the nonlinear dynamics. This method reveals nonlinear phenomena in certain regions of system parameters without the need for solving the system of ROM equations. The stability properties of limit cycles generated in Hopf bifurcation points and the conditions of their occurrence are of particular interest. Finally, the nonlinear phenomena predicted by the ROM will be analysed in more details by the system code. Hence, the thesis is not focused on rendering more precisely linear stability indicators like DR. The objective of the ROM development is to develop a model as simple as possible from the mathematical and numerical point of view, while preserving the physics of the BWR stability behaviour. The ODEs of the ROM are deduced from the PDEs describing the dynamics of a BWR. The system of ODEs includes all spatial effects in an approximated (spatial averaged) manner, e.g. the space-time dependent neutron flux is expanded in terms of a complete set of orthogonal spatial neutron flux modes. In order to simulate the stability characteristics of the in-phase and out-of-phase oscillation mode, it is only necessary to take into account the fundamental mode and the first azimuthal mode. The ROM, originally developed at PSI in collaboration with the University of Illinois (PSI-Illinois-ROM), was upgraded in significant points: • Development and implementation of a new calculation methodology for the mode feedback reactivity coefficients (void and fuel temperature reactivity) • Development and implementation of a recirculation loop model; analysis and discussion of its impact on the in-phase and out-of-phase oscillation mode • Development of a novel physically justified approach for the calculation of the ROM input data • Discussion of the necessity of consideration of the effect of subcooled boiling in an approximate manner With the upgraded ROM, nonlinear BWR stability analyses are performed for three OPs (one for NPP Leibstadt (cycle7), one for NPP Ringhals (cycle14) and one for NPP Brunsbüttel (cycle16) for which measuring data of stability tests are available. In this thesis, the novel approach to nonlinear BWR stability analyses is extensively presented for NPP Leibstadt. In particular, the nonlinear analysis is carried out for an operational point (OP), in which an out-of-phase power oscillation has been observed in the scope of a stability test at the beginning of cycle 7 (KKLc7_rec4). The ROM predicts a saddle-node bifurcation of cycles, occurring in the linear stable region, close to the KKLc7_rec4-OP. This result allows a new interpretation of the stability behaviour around the KKLc7_rec4-OP. The results of this thesis confirm that the RAM-ROM methodology is qualified for nonlinear BWR stability analyses. / Die vorliegende Dissertation leistet einen Beitrag zum tieferen Verständnis des nichtlinearen Stabilitätsverhaltens von Siedewasserreaktoren (SWR). Trotz der Tatsache, dass in diesem technischen System nur negative innere Rückkopplungskoeffizienten auftreten, können in bestimmten Arbeitspunkten oszillatorische Instabilitäten auftreten. Obwohl relativ gute Kenntnisse über die signifikanten physikalischen Einflussgrößen vorliegen, fehlt bisher ein umfassendes Verständnis des SWR-Stabilitätsverhaltens. Das betrifft insbesondere die Bereiche der Systemparameter, in denen lineare Stabilitätsindikatoren, wie zum Beispiel das asymptotische Decay Ratio (DR), ihren Sinn verlieren. Die nichtlineare Stabilitätsanalyse wird im Allgemeinen mit Systemcodes (nichtlineare partielle Differentialgleichungen, PDG) durchgeführt. Jedoch kann mit Systemcodes kein oder nur ein sehr lückenhafter Überblick über die Typen von nichtlinearen Phänomenen, die in bestimmten System-Parameterbereichen auftreten, erhalten werden. Deshalb wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine neuartige Methode (RAM-ROM Methode) zur nichtlinearen SWR-Stabilitätsanalyse erprobt, bei der integrale Systemcodes und sog. vereinfachte SWR-Modelle (ROM) als sich gegenseitig ergänzende Methoden eingesetzt werden, um die Stabilitätseigenschaften von Fixpunkten und periodischen Lösungen (Grenzzyklen) des nichtlinearen Differentialgleichungssystems, welches das Stabilitätsverhalten des SWR beschreibt, zu bestimmen. Das ROM, in denen das dynamische System durch gewöhnliche Differentialgleichungen (GDG) beschrieben wird, kann relativ einfach mit leistungsfähigen Methoden aus der nichtlinearen Dynamik, wie zum Beispiel die semianalytische Bifurkationsanalyse, gekoppelt werden. Mit solchen Verfahren kann, ohne das DG-System explizit lösen zu müssen, ein Überblick über mögliche Typen von stabilen und instabilen oszillatorischen Verhalten des SWR erhalten werden. Insbesondere sind die Stabilitätseigenschaften von Grenzzyklen, die in Hopf-Bifurkationspunkten entstehen, und die Bedingungen, unter denen sie auftreten, von Interesse. Mit dem Systemcode (RAMONA5) werden dann die mit dem ROM vorhergesagten Phänomene in den entsprechenden Parameterbereichen detaillierter untersucht (Validierung des ROM). Die Methodik dient daher nicht der Verfeinerung der Berechnung linearer Stabilitätsindikatoren (wie das DR). Das ROM-Gleichungssystem entsteht aus den PDGs des Systemcodes durch geeignete (nichttriviale) räumliche Mittelung der PDG. Es wird davon ausgegangen, dass die Reduzierung der räumlichen Komplexität die Stabilitätseigenschaften des SWR nicht signifikant verfälschen, da durch geeignete Mittlungsverfahren, räumliche Effekte näherungsweise in den GDGs berücksichtig werden. Beispielsweise wird die raum- und zeitabhängige Neutronenflussdichte nach räumlichen Moden entwickelt, wobei für eine Simulation der Stabilitätseigenschaften der In-phase- und Out-of-Phase-Leistungsoszillationen nur der Fundamentalmode und der erste azimuthale Mode berücksichtigt werden muss. Das ROM, welches ursprünglich am Paul Scherrer Institut (PSI, Schweiz) in Zusammenarbeit mit der Universität Illinois (USA) entwickelt wurde, ist in zwei wesentlichen Punkten erweitert und verbessert worden: • Entwicklung und Implementierung einer neuen Methode zur Berechnung der Rückkopplungsreaktivitäten • Entwicklung und Implementierung eines Modells zur Beschreibung der Rezirkulationsschleife (insbesondere wurde der Einfluss der Rezirkulationsschleife auf den In-Phase-Oszillationszustand und auf den Out-of-Phase-Oszillationszustand untersucht) • Entwicklung einer physikalisch begründeten Methode zur Berechnung der ROM-Inputdaten • Abschätzung des Einflusses des unterkühlten Siedens im Rahmen der ROM-Näherungen Mit dem erweiterten ROM wurden nichtlineare Stabilitätsanalysen für drei Arbeitspunkte (KKW Leibstadt (Zyklus 7) KKW Ringhals (Zyklus 14) und KKW Brunsbüttel (Zyklus 16)), für die Messdaten vorliegen, durchgeführt. In der Dissertationsschrift wird die RAM-ROM Methode ausführlich am Beispiel eines Arbeitspunktes (OP) des KKW Leibstadt (KKLc7_rec4-OP), in dem eine aufklingende regionale Leistungsoszillation bei einem Stabilitätstest gemessen worden ist, demonstriert. Das ROM sagt die Existenz eines Umkehrpunktes (saddle-node bifurcation of cycles, fold-bifurcation) voraus, der sich im linear stabilen Gebiet nahe der Stabilitätsgrenze befindet. Mit diesem ROM-Ergebnis ist eine neue Interpretation der Stabilitätseigenschaften des KKLc7_rec4-OP möglich. Die Resultate der in der Dissertation durchgeführten RAM-ROM Analyse bestätigen, dass das weiterentwickelte ROM für die Analyse des Stabilitätsverhaltens realer Leistungsreaktoren qualifiziert wurde.