In Siedewasserreaktoren ist ein Boreinspeisesystem diversitär wirkend zur Reaktorschnellabschaltung installiert. Dieses System garantiert, dass der Reaktor beim Versagen des Schnellabschaltesystems in einen unterkritischen Zustand überführt werden kann. Der aufgrund der Nachzerfallsleistung entweichende Dampf trägt jedoch ständig einen Teil des eingespeisten Bors in Form von Borsäure mit sich. Da dieser Prozess bisher nicht quantifiziert wurde, ist somit das Eintreten einer Rekrititkalität während der Transiente ohne weitere Untersuchungen nicht auszuschließen. In der vorliegenden Arbeit erfolgt die Erstellung einer fundierten Datenbasis zur Quantifizierung des Borverlusts an verschiedenen Betriebspunkten. Dazu stehen nach vorheriger Konstruktion und Inbetriebnahme zwei Versuchsanlagen zur Verfügung, ein Versuchsautoklav und der Siedewasserreaktor-Simulator BORAN. Das in diesen Versuchsanlagen enthaltene und als Kühlmedium genutzte entionisierte Wasser wird wie bei einem Siedewasserreaktor mit einer hochkonzentrierten Lösung der Borverbindung Dinatrium-Pentaborat-Dekahydrat versetzt. Für weiterführende Untersuchungen findet auch Borsäure Verwendung. Die Bestimmung des Borgehalts der Kondensate des entwichenen Dampfes erfolgt mit Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS). Die durch Variation von Borkonzentration, Temperatur, pH-Wert und Volumendampfgehalt erzeugten Messdaten fließen in einem Flüchtigkeitsmodell in Form einer empirischen Gleichung zusammen, welches in den Thermohydraulikcode ATHLET implementiert wird. Experimente am SWR-Simulator BORAN und entsprechende Rechnungen mit dem modifizierten Code ATHLET von Langzeit-Deborierungstransienten bei unterschiedlichen Randbedingungen bestätigen das Flüchtigkeitsmodell. Gleichzeitig erfolgt mittels dieser Experimente die Validierung des Modells im ATHLET mit hinreichender Genauigkeit. Mit den Ergebnissen aus Rechnungen und Experimenten wird das Boreinspeisesystem in seiner aktuellen Konfiguration bewertet und mit zukünftigen Konzepten verglichen. Schlussendlich erfolgt der Nachweis, dass die Funktionalität des Boreinspeisesystem aus dem Blickwinkel der durchgeführten Analysen, trotz der nachgewiesenen Borflüchtigkeit, die Forderungen der KTA 3103 erfüllt und aufgrund der nachgewiesenen Borflüchtigkeit binnen der ersten beiden Stunden der Transiente keine Rekritikalität verursacht wird.:1 Einleitung und Motivation 1 A Theoretische Vorbetrachtung 2 Die Borchemie 9 2.1 Bor 9 2.2 Borverbindungen 9 2.3 Beeinflussung der Ionenzusammensetzung gelöster Borat-Ionen 15 2.4 Flüchtigkeit von Borsäure und Boraten 18 2.5 Veränderungen der Oberflächenspannung von Wasser durch Borverbindungen 23 3 Probenpräparation 24 4 RAMAN-Spektroskopie und Thermogravimetrie / Differenzthermoanalyse 25 B Beschreibung der Versuchsanlagen und des Simulationsprogramms 5 Versuchsanlage – Autoklav 29 6 Versuchsanlage – Umlaufschleife BORAN 31 7 Zweiphasenmesstechnik und Phasenschlupf 40 8 Leitfähigkeit und pH-Messungen an Borlösungen 46 9 Konzentrationsbestimmung 48 10 Konzentrationsmesssystem in der Umlaufschleife BORAN 51 C Messwerteerfassung und Modellbildung 11 Borausbreitung in einphasiger und zweiphasiger Strömung 55 12 Flüchtigkeit des Bors mit Wasserdampf 57 12.1 Vorbetrachtungen 57 12.2 Flüchtigkeitsmessungen am Autoklav 59 12.2.1 Einfluss von Substanz, Konzentration und Temperatur 59 12.2.2 Einfluss vom pH-Wert 62 12.2.3 Einfluss des Füllstandes 63 12.3 Flüchtigkeitsmessungen an der BORAN – Anlage 64 12.3.1 Vorteile gegenüber dem Autoklav 64 12.3.2 Einfluss von Temperatur und Dampfgehalt 64 12.3.3 Einfluss des Massenstroms 67 12.3.4 Einfluss des pH-Wertes 70 12.3.5 Transiente Messpunkte 71 13 Modellbildung – Beschreibung über empirische Gleichungen 73 14 Borflüchtigkeit mit eingeperltem Dampf oder Luft 77 14.1 Einperlung von Dampf in die BORAN – Anlage 77 14.2 Lufteinperlung in borsaure Lösung in Lufteinperlanlage 81 15 Ergebnisvergleich von BORAN – Anlage und Autoklav 84 16 Einordnung der Experimente in das Flüchtigkeitsmodell 85 17 Zusammenfassende Ergebnisdarstellung – Diskussion 87 17.1 Volumendampfgehalt und Phasengrenzflächendichte 89 17.2 Bormassenstromdichte 91 D Simulationen mit ATHLET und Deborierung 18 ATHLET – ein Simulationsprogramm der Thermohydraulik 93 18.1 Einführung in das Simulationsprogramm 93 18.2 Erstellen und Anpassen des Eingabedatensatzes für BORAN 96 19 Modifikation des ATHLETs für Deborierungsrechnungen 99 20 Flüchtigkeitsverhalten bei zeitlich langem Ausdampfen 101 21 Bewertung der bisherigen Ergebnisse 103 E Bezug zur Realanlage 22 Abschätzung des Borverlustes bei Transienten 105 23 Möglichkeiten der Reduktion der Borflüchtigkeit 107 24 Zukünftige Einspeisekonzepte 108 F Zusammenfassung 25 Zusammenfassung der Ergebnisse 113 26 Danksagung 117 27 Quellen- und Literaturverzeichnis 119 28 Tabellenverzeichnis 125 29 Abbildungsverzeichnis 126 G Anhänge 30 Anhang 1 Exakte Berechnung des pH-Wertes der Lösung beim Erwärmen 133 31 Anhang 2 ATHLET-Rechnung für Autoklav 135 32 Anhang 3 Konstruktionsbeschreibung der Versuchsanlage BORAN 137 / In boiling water reactors a boron injection system as an alternative system is installed to guarantee that the reactor shut down in case of a total or partial ATWS accident. Because of the heat generated by the fission products after shutting down a part of the injected boron is evaporated as boron acid. This process is not characterized quantitatively yet. This is the reason that the incidence of recriticality during a transient cannot be excluded without further research. In the following studies a funded database quantifying the loss of boron is established. The volatility of the boron solution was measured by experiments in a small autoclave and in a boiling water reactor simulator called BORAN after construction. The deionised water used as coolant in the facilities will be enriched with boron by a high concentrated solution of Disodium-Pentaborate-Decahydrate. The measurement of the boron concentration in the condensates of the exhausted vapour is carried out by inductively-coupled-plasma mass-spectrometry (ICP-MS). For additional analysis boron acid is also used. The boron concentration in the vapour mainly depends on the temperature and void fraction of the two-phase-flow. This volatility model in form of an empiric equation is implemented in the thermo hydraulic ATHLET-code. Furthermore the reason of the volatility of the analysed solutions will be discussed within a chemical and physical background. Experiments at the BORAN facility and corresponding calculation with the modified ATHLET-code of long time deboration transients with different boundary conditions prove the volatility model. Thereby the code will be validated with sufficient accuracy. The modified code with an adapted Input-Dataset provides the possibility to calculate transients with the loss of boron. With the consideration of the volatility the demand of the KTA-rule 3103 on the Boron injection system is also grantable.:1 Einleitung und Motivation 1 A Theoretische Vorbetrachtung 2 Die Borchemie 9 2.1 Bor 9 2.2 Borverbindungen 9 2.3 Beeinflussung der Ionenzusammensetzung gelöster Borat-Ionen 15 2.4 Flüchtigkeit von Borsäure und Boraten 18 2.5 Veränderungen der Oberflächenspannung von Wasser durch Borverbindungen 23 3 Probenpräparation 24 4 RAMAN-Spektroskopie und Thermogravimetrie / Differenzthermoanalyse 25 B Beschreibung der Versuchsanlagen und des Simulationsprogramms 5 Versuchsanlage – Autoklav 29 6 Versuchsanlage – Umlaufschleife BORAN 31 7 Zweiphasenmesstechnik und Phasenschlupf 40 8 Leitfähigkeit und pH-Messungen an Borlösungen 46 9 Konzentrationsbestimmung 48 10 Konzentrationsmesssystem in der Umlaufschleife BORAN 51 C Messwerteerfassung und Modellbildung 11 Borausbreitung in einphasiger und zweiphasiger Strömung 55 12 Flüchtigkeit des Bors mit Wasserdampf 57 12.1 Vorbetrachtungen 57 12.2 Flüchtigkeitsmessungen am Autoklav 59 12.2.1 Einfluss von Substanz, Konzentration und Temperatur 59 12.2.2 Einfluss vom pH-Wert 62 12.2.3 Einfluss des Füllstandes 63 12.3 Flüchtigkeitsmessungen an der BORAN – Anlage 64 12.3.1 Vorteile gegenüber dem Autoklav 64 12.3.2 Einfluss von Temperatur und Dampfgehalt 64 12.3.3 Einfluss des Massenstroms 67 12.3.4 Einfluss des pH-Wertes 70 12.3.5 Transiente Messpunkte 71 13 Modellbildung – Beschreibung über empirische Gleichungen 73 14 Borflüchtigkeit mit eingeperltem Dampf oder Luft 77 14.1 Einperlung von Dampf in die BORAN – Anlage 77 14.2 Lufteinperlung in borsaure Lösung in Lufteinperlanlage 81 15 Ergebnisvergleich von BORAN – Anlage und Autoklav 84 16 Einordnung der Experimente in das Flüchtigkeitsmodell 85 17 Zusammenfassende Ergebnisdarstellung – Diskussion 87 17.1 Volumendampfgehalt und Phasengrenzflächendichte 89 17.2 Bormassenstromdichte 91 D Simulationen mit ATHLET und Deborierung 18 ATHLET – ein Simulationsprogramm der Thermohydraulik 93 18.1 Einführung in das Simulationsprogramm 93 18.2 Erstellen und Anpassen des Eingabedatensatzes für BORAN 96 19 Modifikation des ATHLETs für Deborierungsrechnungen 99 20 Flüchtigkeitsverhalten bei zeitlich langem Ausdampfen 101 21 Bewertung der bisherigen Ergebnisse 103 E Bezug zur Realanlage 22 Abschätzung des Borverlustes bei Transienten 105 23 Möglichkeiten der Reduktion der Borflüchtigkeit 107 24 Zukünftige Einspeisekonzepte 108 F Zusammenfassung 25 Zusammenfassung der Ergebnisse 113 26 Danksagung 117 27 Quellen- und Literaturverzeichnis 119 28 Tabellenverzeichnis 125 29 Abbildungsverzeichnis 126 G Anhänge 30 Anhang 1 Exakte Berechnung des pH-Wertes der Lösung beim Erwärmen 133 31 Anhang 2 ATHLET-Rechnung für Autoklav 135 32 Anhang 3 Konstruktionsbeschreibung der Versuchsanlage BORAN 137

The electronic and geometrical structure of single difluoro-bora-1,3,5,7-tetraphenyl-aza-dipyrromethene (aza-BODIPY) molecules adsorbed on the Au(111) surface is investigated by low temperature scanning tunneling microscopy and spectroscopy in conjunction with ab initio density functional theory simulations of the density of states and of the interaction with the substrate. Our DFT calculations indicate that the aza-BODIPY molecule forms a chemical bond with the Au(111) substrate, with distortion of the molecular geometry and significant charge transfer between the molecule and the substrate. Nevertheless, most likely due to the low corrugation of the Au(111) surface, diffusion of the molecule is observed for applied bias in excess of 1 V. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Pursuing the development and implementation of novel synthesis techniques to produce nanostructures with an interesting set of properties is a goal that advances the frontiers of nanotechnology. Also of fundamental importance is to revisit well-established synthesis techniques employing a new set of materials as precursors, substrates and catalysts. Fundamental breakthroughs in the field of nanotechnology can be achieved by developing new synthesis procedures as well as by adapting known procedures to new materials. This thesis focuses on both kinds of experiments. A variant of chemical vapor deposition (CVD) has been used to produce Al5BO9 nanowires out of sapphire wafers without the need of a catalyst material. The novelty of the work relies on the formation mechanism of the Al5BO9 nanowires. Essentially, the process can be described as a large-scale topological transformation taking place on the substrate’s surface as its chemical composition changes due to the arrival of precursor molecules. Dense mats of Al5BO9 nanowires cover large areas of the substrate that were previously relatively flat. The process is enhanced by a high temperature and the presence of pre-existing superficial defects (cracks, terraces, etc.) on the substrates. Al5BO9 nanowires as well as B/BOX nanowires and BOX nanotubes were also produced via a novel in-situ electron beam-induced synthesis technique. The process was carried out at room temperature and inside a transmission electron microscope. Au nanoparticles were used as catalyst for the case of B/BOX nanowires and BOX nanotubes, while the Al5BO9 nanowires were synthesized without the need of a catalyst material. The formation and growth of the nanostructures is solely driven by the electron beam. The growth mechanism of the B/BOX nanowires and BOX nanotubes relies on interplay between electrostatic charging of the precursor material (to produce and transport feedstock material) and electron stimulated desorption of oxygen which is able to activate the catalytic properties of the Au nanoparticles. For the case Al5BO9 nanowires a nucleation process based on massive atomic rearrangement in the precursor is instigated by the e-beam, afterwards, the length of some of the nanowires can be extended by a mechanism analogous to that of the growth of the B/BOX nanowires.

This work aimed at the utilization of chemical principles for stabilization of self-assembled monolayers (SAMs) of carboranethiol derivatives on a flat gold surface. Ideas employing surface confined coordination complex formation and dipole-dipole intermolecular interactions were outlined and the respective literature survey was compiled. Preliminary experiments were carried out to test for their feasibility and surfaces modified with self assembled monolayers proved very sensitive to reaction conditions ordinarily used for bulk synthesis. The chemical sensitivity of the studied surfaces, the necessity of using appropriate surface-sensitive analytical techniques and the depth of the problem initially defined made this task both advanced and challenging. The formation of intermolecular coordination complexes with ω-carboxylated SAMs of meta-carborane-9-thiol was chosen to answer those issues, extending the previous work of the author on carboxylated carboranethiol isomers presented in his bachelor thesis. Concepts different of those based on coordination chemistry are briefly discussed as well, but more as prospects for future work and to present this work in a broader context to which it belongs. Characterization of molecules assembled on a surface in a single layer requires surface sensitive...

<p>There is a growing need to understand the deformation mechanisms in titanium alloys due to their widespread use in the aerospace industry (especially within gas turbine engines), variation in their properties and performance based on their microstructure, and their tendency to undergo premature failure due to dwell and high cycle fatigue well below their yield strength. Crystal plasticity finite element (CPFE) modeling is a popular computational tool used to understand deformation in these polycrystalline alloys. With the advancement in experimental techniques such as electron backscatter diffraction, digital image correlation (DIC) and high-energy x-ray diffraction, more insights into the microstructure of the material and its deformation process can be attained. This research leverages data from a number of experimental techniques to develop well-informed and calibrated CPFE models for titanium alloys at multiple length-scales and use them to further understand the deformation in these alloys.</p> <p>The first part of the research utilizes experimental data from high-energy x-ray diffraction microscopy to initialize grain-level residual stresses and capture the correct grain morphology within CPFE simulations. Further, another method to incorporate the effect of grain-level residual stresses via geometrically necessary dislocations obtained from 2D material characterization is developed and implemented within the CPFE framework. Using this approach, grain level information about residual stresses obtained spatially over the region of interest, directly from the EBSD and high-energy x-ray diffraction microscopy, is utilized as an input to the model.</p> <p>The second part of this research involves calibrating the CPFE model based upon a systematic and detailed optimization routine utilizing experimental data in the form of macroscopic stress-strain curves coupled with lattice strains on different crystallographic planes for the α and β phases, obtained from high energy X-ray diffraction experiments for multiple material pedigrees with varying β volume fractions. This fully calibrated CPFE model is then used to gain a comprehensive understanding of deformation behavior of Ti-6Al-4V, specifically the effect of the relative orientation of the α and β phases within the microstructure.</p> <p>In the final part of this work, large and highly textured regions, referred to as macrozones or microtextured regions (MTRs), with sizes up to several orders of magnitude larger than that of the individual grains, found in dual phase Titanium alloys are modeled using a reduced order simulation strategy. This is done to overcome the computational challenges associated with modeling macrozones. The reduced order model is then used to investigate the strain localization within the microstructure and the effect of varying the misorientation tolerance on the localization of plastic strain within the macrozones.</p>

In this thesis, bulk and local scale spectroscopic and microscopic tools have been applied to investigate the purified raw material of SWCNT and synthesized MWBNNT, BN-nanocapsules, B-doped SWCNT and SiC nanostructures. Using bulk scale sensitive techniques, including optical absorption spectroscopy, Raman spectroscopy, high-resolution electron energy-loss spectroscopy, the average response of the whole sample is obtained. On the other hand, on a local scale transmission and scanning electron microscopy as well as TEM-electron energy-loss spectroscopy provide information on single tubes or other nanostructures. First, diverse chemical and oxidation methods for the purification of as-produced SWCNT were presented. Purified samples were investigated using TEM and OAS. The analysis of the optical absorption spectra in the UV-Vis energy range revealed that some of the chemical treatments are harmful to nanotubes. In contrast to the chemical treatments an oxygen burning procedure was used on the raw material in high vacuum and a temperature range 450?650oC. The purification processes of SWCNT by HNO3 and oxygen burning procedures resulted in SWCNT comprised of selected diameters and a reduced diameter distribution. Both HNO3 and oxygen burning treatments can be used to selectively remove SWCNT with smaller diameters from the samples. In addition, an adapted substitution reaction was used for the synthesis of multiwall boron nitride nanotubes. It was shown that the IR-response of MWBNNT can be used as a fingerprint to analyse MWBNNT. As in h-BN for the analysis one has to be aware of the sample texture and the LO-TO splitting of the IR-active modes. TEM images and B1s and N 1s excitation edges of the grown material reveal the presence of multiwall BN nanotubes with an inner diameter of 3.1 nm and with a larger interplanar distance than in h-BN. The electronic properties of the multiwall BN nanotubes as derived from the q-dependent dielectric function e(w,q) are dominated by the band structure of the hexagonal-like BN sheets, as revealed by the large degree of momentum dispersion observed for the p and s+p plasmons, in agreement with that previously reported for different graphitic allotropic forms. Moreover, a fast and highly efficient synthesis route to produce BN nanocapsules with a narrow size distribution was developed. This was achieved by an adapted substitution process using SWCNT as templates followed by a rapid cooling treatment. The IR responses reveal the strong dipole active fingerprint lines of h-BN with distinct differences, which are due to texturing effects and which highlight the BN nanocapsules potential application as a reference source when deriving the sp2 to sp3 ratio in BN species due to their random orientation Furthermore, the idea of substitution was used for the systematic studies of B-doped SWCNT. The experiments carried out have resulted in 1, 5, 10, and 15 % boron incorporated into the single wall carbon nanotubes. Core level excitation spectroscopy of the B1s and C1s edges revealed that the boron atoms substitute carbon atoms in the tube lattice keeping an sp2-like bond with their nearest C neighbour atoms. Our results show that a simple rigid band model as has been applied previously to intercalated SWCNT is not sufficient to explain the changes in the electronic properties of highly doped B-SWCNT and a new type of a highly defective BC3 SWNT with new electronic properties is obtained. Finally, different silicon carbide nanostructures were produced. The spectroscopic and microscopic data led to a good understanding of the formation process. NH3 acts as a source of hydrogen that plays a key role in the formation of the structures through its ability to decompose SiC at high temperature such that along with the stacking faults that arise from the many polytypes of SiC the produced SiC nanorods become porous then hollow and eventually are completely decomposed.

Thema dieser Arbeit ist eine experimentelle Untersuchung zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften von Hartmetallen auf der Basis von Wolframkarbid– Kobalt unter Benutzung von Ionen–Implantation in Kombination mit den hierbei auftretenden Struktur– und Phasen–Änderungen. Die vorliegende Arbeit unterscheidet sich von allen anderen bisherigen Arbeiten besonders durch (1.) die detaillierte Analyse der mikroskopischen Veränderungen und durch (2.) deren Verknüpfung mit der Änderung der tribologischen Eigenschaften des Materials.

Die Sauerstoffausscheidung in Silicium wird durch die Höhe der Bordotierung beeinflusst. Mit dem Ziel der Aufklärung der Mechanismen bei der Ausscheidung wurden verschiedene physikalische Messmethoden angepasst und ein breiter Borkonzentrationsbereich charakterisiert. Es wurden die frühen Phasen der Ausscheidungsbildung sowie Komplexbildung als auch das Wachstum der Sauerstoffausscheidungen untersucht. Mithilfe einer neuen Methodenkombination aus alkalischem Ätzen und FTIR-Spektroskopie konnten verschiedene Bor-Komplexe nachgewiesen werden. Die Erkenntnisse über deren Existenz sowie Kinetik wurden numerisch umgesetzt. Mittels Kleinwinkel-Neutronenstreuung wurden erstmals in den frühen Phasen der Sauerstoffausscheidung deren Form und Größe in Abhängigkeit der Borkonzentration bestimmt. Die physikalischen Prozesse, die zu einem beschleunigten als auch anomalen Ausscheidungsverhalten in Abhängigkeit der Borkonzentration führen, konnten teilweise aufgeklärt werden.

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Diploma thesis work solves design of the apartment house in city Nový Bor. It is a four-storey detached building without basement. The shape of house is rectangle with maximum dimensions 38,27x14,17 m. The apartment house is designed of clay block Porotherm 300 mm, is founded on foundation strips and the roof is flat in two levels. There is designed a 14 flats.