Die vorliegende Dissertationsschrift beinhaltet die Ergebnisse der Untersuchung von loka-len und globalen Prozessen der Wärmeübertragung beim unterkühlten Strömungssieden. Sie ist an der Schnittstelle zwischen Reaktorsicherheitsforschung und der experimentellen Thermofluiddynamik für Phasenübergänge einzuordnen. In technischen Anwendungen zur effizienten Übertragung großer Wärmemengen spielt der Prozess des Siedens eine wichtige Rolle. Dieser Vorgang bewirkt einen starken Anstieg des Wärmetransportes von der beizten Wand an das Fluid bei vergleichsweise geringem Anstieg der Wandtemperatur. Der maximal übertragbare Wärmestrom beim Sieden wird begrenzt durch die sogenannte kritische Wärmestromdichte, deren Überschreitung zum thermomechanischen Versagen der beheizten Komponente führen kann. Aufgrund der Komplexität dieser Prozesse ist es trotz intensiver Arbeiten in den letzten Jahrzehnten noch nicht gelungen, diese Vorgänge detailliert zu modellieren. Eine Weiter-entwicklung der Modelle zur realistischen Beschreibung des unterkühlten Strömungssie-dens erfordert neuartige Untersuchungen, welche eine genaue Klassifizierung der partiellen Wärmeübergänge des Blasensiedens ermöglichen. Die Analyse partieller Wärmetransportgrößen beim unterkühlten Strömungssieden sowie der Einfluss variierender thermohydraulischer Randbedingungen ist Schwerpunkt dieser Arbeit. In der entwickelten Versuchsanlage erfolgt die Erfassung der Siedevorgänge bei Strömungsgeschwindigkeiten von 0,1 – 2 m/s und Eintrittstemperaturen von 60 - 98 °C. Mit Hilfe empfindlicher Temperaturmessungen in einem elektrisch beheizten Kapillarrohr innerhalb des Strömungskanals werden die globalen Vorgänge beim Übergang von Kon-vektion zum Sieden erfasst. Durch eine modellbasierte Bestimmung der Oberflächentem-peratur lassen sich Phänomene nachweisen, welche bisher weitestgehend unbeachtet ge-blieben sind. Die transparente Versuchsstrecke ermöglicht eine Erfassung der lokalen Sie-devorgänge mit optisch und zeitlich hochauflösenden Messverfahren. Durch die Entwick-lung neuer Algorithmen der digitalen Bildverarbeitung wurde eine umfangreiche, kenngrö-ßenorientierte Auswertung der in großem Umfang entstandenen Datenmengen realisiert. Der Einsatz transparenter und elektrisch leitfähiger Beschichtungen ermöglicht die mikro-skopische Erfassung des Blasenwachstums in weiten thermohydraulischen Parameterberei-chen. Mit erweiterten Bildverarbeitungsalgorithmen erfolgt die detaillierte und dynamische Bewertung des Blasenwachstumsverhaltens. Die statistische Auswertung der Verläufe er-möglicht die Ableitung eines Blasenwachstumsmodells für unterkühltes Strömungssieden. In einer weiteren Versuchsanordnung werden die lokalen Wärmetransportvorgänge bei der Ablösung quasistatisch gewachsener Blasen mit Hilfe der Infrarot-Thermographie be-stimmt. Dadurch können erstmalig die aus der lokalen Abkühlung der beheizten Oberfläche durch Blasenablösung resultierenden Wärmeströme unter Vernachlässigung der Bla-senbildung experimentell quantifiziert werden. Weiterhin können die bisher theoretisch beschriebenen Driftströmungen beim Aufstieg der Blase experimentell nachgewiesen wer-den. Die ermittelten Größen und Zusammenhänge tragen zur Weiterentwicklung und zum Abbau von Unsicherheiten bei der Modellierung von Wärmetransportvorgängen beim unterkühlten Strömungssieden bei.

Für den zielgerichteten Einsatz von präventiven und mitigativen Notfallmaßnahmen sowie zur Beurteilung ihrer Wirksamkeit während auslegungsüberschreitender Unfälle in Druckwasserreaktoren aber auch für Hinweise zum Störfallverlauf und für die Abschätzung der Auswirkungen auf die Anlagenumgebung müssen geeignete Störfallinstrumentierungen vorhanden sein. Insbesondere der Zustand des Reaktordruckbehälterinventars (RDB-Inventar) während der In-Vessel-Phase eines auslegungsüberschreitenden Unfalls lässt sich mit aktuellen Störfallinstrumentierungen nur stark eingeschränkt überwachen, wodurch die o. g. Forderungen nicht erfüllt werden können. Die vorliegende Arbeit beinhaltet detaillierte Untersuchungen für die Entwicklung einer Störfallinstrumentierung, welche eine durchgängige Zustandsüberwachung des RDB-Inventars während der In-Vessel-Phase eines auslegungsüberschreitenden Unfalls ermöglicht. Die Störfallinstrumentierung basiert auf der Messung und Klassifikation von unterschiedlichen Gammaflussverteilungen, welche während der In-Vessel-Phase außerhalb des Reaktordruckbehälters auftreten können. Ausgehend von der Analyse zum Stand von Wissenschaft und Technik wird der modell-basierte Ansatz für Structural Health Monitoring-Systeme genutzt, um eine grundlegende Vorgehensweise für die Entwicklung der Störfallinstrumentierung zu erarbeiten. Anschließend erfolgt eine detaillierte Analyse zu den Vorgängen während der In-Vessel-Phase und eine daraus abgeleitete Definition von Kernzuständen für einen generischen Kernschmelzunfall. Für die definierten Kernzustände werden mittels Simulationen (Monte-Carlo-Simulationen zum Gammastrahlungstransport in einem zu dieser Arbeit parallel laufenden Vorhaben) Gammaflüsse außerhalb des Reaktordruckbehälters berechnet. Die Simulationsergebnisse dienen dem Aufbau von Datenbasen für die Entwicklung und Analyse eines Modells zur Klassifikation von Gammaflussverteilungen. Für die Entwicklung des Klassifikationsmodells kommen drei diversitäre und unabhängig arbeitende Klassifikationsverfahren (Entscheidungsbaum, k-nächste-Nachbarn-Klassifikation, Multilayer Perzeptron) zur Anwendung, um die Identifikationsgenauigkeit und Robustheit der Störfallinstrumentierung zu erhöhen. Die abschließenden Betrachtungen umfassen die Validierung der Störfallinstrumentierung mittels eines Versuchstandes zur Erzeugung unterschiedlicher Gammaflussverteilungen. Im Ergebnis der Untersuchungen konnte die prinzipielle Funktionsweise der entwickelten Störfallinstrumentierung nachgewiesen werden. Unter der Voraussetzung, die Gültigkeit der definierten Kernzustände zu untermauern sowie weitere, nicht in dieser Arbeit betrachtete Kernschmelzszenarien mit in die Entwicklung der Störfallinstrumentierung einzubeziehen, steht somit insbesondere für zukünftige Kernkraftwerke mit Druckwasserreaktoren eine Möglichkeit für die messtechnische Überwachung des RDB-Inventars während auslegungsüberschreitender Unfälle bereit. Die Arbeit leistet einen wesentlichen Beitrag auf dem Gebiet der Reaktorsicherheitsforschung sowie für den sicheren Betrieb von kerntechnischen Anlagen.:1 Einleitung 2 Analyse zum Stand von Wissenschaft und Technik 2.1 Sicherheit in deutschen Kernkraftwerken mit Druckwasserreaktor 2.1.1 Mehrstufenkonzept 2.1.2 Störfallinstrumentierungen 2.2 Auslegungsüberschreitende Unfälle mit Kernschmelze in DWR 2.2.1 Auslösende Ereignisse 2.2.2 Grundlegender Ablauf eines auslegungsüberschreitenden Unfall mit Kernschmelze 2.3 Strahlungstechnik, Strahlungsmesstechnik 2.3.1 Grundlagen der Strahlungstechnik 2.3.2 Wechselwirkungen von Gammastrahlung mit Materie 2.3.3 Messung ionisierender Strahlung 2.4 Verfahren und Methoden der Zustandsüberwachung 2.4.1 Zustandsüberwachung 2.4.2 Structural Health Monitoring 2.4.3 Mustererkennung 2.4.4 Entscheidungsbäume 2.4.5 k-nächste-Nachbarn-Klassifikation 2.4.6 Künstliche neuronale Netze 2.5 Schlussfolgerungen aus der Analyse zum Stand von Wissenschaft und Technik 2.5.1 Zusammenfassung zum Kapitel 2 2.5.2 Zielstellung, Aufbau und Abgrenzung der Arbeit 3 Analyse der In-Vessel-Phase und Definition von Kernzuständen 3.1 Detaillierte Analyse der In-Vessel-Phase 3.1.1 Auftretende Temperaturbereiche 3.1.2 Vorgänge während der frühen In-Vessel-Phase 3.1.3 Vorgänge während der späten In-Vessel-Phase 3.1.4 Spaltproduktfreisetzung 3.2 Definition von Kernzuständen für einen generischen Kernschmelzunfall 3.3 Zusammenfassung zum Kapitel 3 4 Datenbasen zur Entwicklung und Analyse des Klassifikationsmodells 4.1 Beschreibung der Monte-Carlo-Simulationsmodell 4.2 Beschreibung der Simulationsergebnisse und Merkmalsextraktion 4.3 Datenbasis zur Entwicklung 4.4 Datenbasen zur Analyse 4.5 Zusammenfassung zum Kapitel 4 5 Entwicklung und Analyse des Klassifikationsmodells 5.1 Beschreibung des Klassifikationsmodells 5.2 Teilmodell 1 - Entscheidungsbaum 5.2.1 Entwicklung 5.2.2 Analyse der Identifikationsgenauigkeit 5.3 Teilmodell 3 - k-nächste-Nachbarn-Klassifikation 5.3.1 Entwicklung 5.3.2 Analyse der Identifikationsgenauigkeit 5.4 Teilmodell 3 - Multilayer Perzeptron 5.4.1 Trainings- und Testdatenbasis 5.4.2 Entwicklung 5.4.3 Analyse der Identifikationsgenauigkeit 5.5 Teilmodell 4 - Vergleichsalgorithmus 5.5.1 Entwicklung 5.5.2 Analyse der Identifikationsgenauigkeit 5.6 Analysen zur Robustheit des Klassifikationsmodells 5.6.1 Ausfall einzelner Gammastrahlungsdetektoren 5.6.2 Gleichzeitiger Ausfall mehrerer Gammastrahlungsdetektoren 5.7 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen für das Kapitel 5 6 Validierung der Kernzustandsüberwachungsverfahren 6.1 Zielstellung und Vorgehensweise 6.2 Versuchstand zur Validierung 6.2.1 Aufbau 6.2.2 Funktionsweise 6.3 Anpassung der Kernzustandsüberwachungsverfahren an den Versuchsstand 6.4 Validierungsexperimente 6.4.1 Experiment 1 - Füllstandsänderungen 6.4.2 Experiment 2 - Quellenbewegungen 6.4.3 Experiment 3 - Füllstandsänderungen, Quellenbewegungen und Änderung von Profilkonturen 6.5 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen für das Kapitel 6 7 Zusammenfassung und Ausblick

In the event of hypothetical accident scenarios in PWR, emergency strategies have to be mapped out, in order to guarantee the reliable removal of decay heat from the reactor core, also in case of component breakdown. One essential passive heat removal mechanism is the reflux condensation cooling mode. This mode can appear for instance during a small break loss-of-coolant-accident (LOCA) or because of loss of residual heat removal (RHR) system during mid loop operation at plant outage after the reactor shutdown. In the scenario of a loss-of-coolant-accident (LOCA), which is caused by the leakage at any location in the primary circuit, it is considered that the reactor will be depressurized and vaporization will take place, thereby creating steam in the PWR primary side. Should this lead to ¿reflux condensation¿, which may be a favorable event progression, the generated steam will flow to the steam generator through the hot leg. This steam will condense in the steam generator and the condensate will flow back through the hot leg to the reactor, resulting in counter-current steam/water flow. In some scenarios, the success of core cooling depends on the behaviour of this counter-current flow. Over several decades, a number of experimental and theoretical studies of counter-current gas¿liquid two-phase flow have been carried out to understand the fundamental aspect of the flooding mechanism and to prove practical knowledge for the safety design of nuclear reactors. Starting from the pioneering paper of Wallis (1961), extensive CCFL data have been accumulated from experimental studies dealing with a diverse array of conditions A one-dimensional two field model was developed in order to predict the counter-current steam and liquid flow that results under certain conditions in the cold leg of a PWR when a SBLOCA (small break loss of coolant accident) in the hot leg is produced. The counter-current model that has been developed can predict the pressure, temperature, velocity profiles for both phases, also by taking into account the HPI injection system in the cold leg under a counter-current flow scenario in the cold leg. This computer code predicts this scenario by solving the mass, momentum and energy conservation equations for the liquid and for the steam separately, and linking them by using the interfacial and at the steam wall condensation and heat transfer, and the interfacial friction as the closure relations. The convective terms which appear in the discretization of the mass and energy conservation equations, were evaluated using the ULTIMATE-SOU (second order upwinding) method. For the momentum equation convective terms the ULTIMATE-QUICKEST method was used. The steam-water counter-current developed code has been validated using some experimental data extracted from some previously published articles about the direct condensation phenomenon for stratified two-phase flow and experimental data from the LAOKOON experimental facility at the Technical University of Munich. / Romero Hamers, A. (2014). STUDY OF THE THERMAL STRATIFICATION IN PWR REACTORS AND THE PTS (PRESSURIZED THERMAL SHOCK) PHENOMENON [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/36536 / Alfresco

Soil that is heavily contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) is often found at the sites of former gasworks and wood-impregnation plants. Since PAHs are toxic these sites represent a hazard to human health and the environment, and therefore they need to be treated, preferably by a method that destroys the contaminants, and thus eliminates the problem permanently. However, during biological and chemical degradation of PAHs other toxic compounds may be formed. If these transformation products are sufficiently persistent they could potentially accumulate during remedial processes. In the work underlying this thesis the degradation and transformation of PAHs were studied in three remedial processes: viz. a pilot-scale bioslurry reactor, microcosms with wood-rotting fungi and lab-scale treatments with Fenton's reagent. A group of transformation products referred to as oxygenated-PAHs (oxy-PAHs) was found to be particularly important, as these compounds are toxic and were shown to be relatively persistent in the environment. The oxy- PAHs were, for instance, found at significant concentrations in the gasworks soil used in most of the studies. This soil was highly weathered and had therefore been depleted of the more readily degradable compounds. In addition, experiments in which earthworms were exposed to the gasworks soil showed that the oxy-PAHs were more easily taken up in living organisms than PAHs. To facilitate the studies, new extraction and fractionation methods were developed. For instance, pressurized liquid extraction (PLE) was investigated for its reliability and efficiency to extract PAHs and oxy-PAHs from soil. Furthermore, a selective PLE-method was developed that can simultaneously extract and separate the PAHs and oxy-PAHs into two different fractions. This was accomplished by adding a chromatographic material (silica or Florisil) to the extraction cell. Under certain conditions all three remedial processes resulted in increasing amounts of oxy- PAHs in the soil. For example, 1-acenaphthenone and 4-oxapyrene-5-one accumulated in the bioslurry reactor. Similarly, in the soil inoculated with a white-rot fungus 9-fluorenone, benzo[a]anthracene-7,12-dione, 4-hydroxy-9-fluorenone and 4-oxapyrene-5-one accumulated. Finally, in an ethanol-Fenton treatment the concentration of some PAH-quinones increased in the soil. The results show that it might be necessary to monitor oxy-PAHs as well as PAHs during the remediation of PAH-contaminated sites. Otherwise, the soil may be considered detoxified too early in the process. In the long term it would be desirable to include analyses with sufficient marker compounds to follow the possible production and elimination of the oxy-PAHs. However, until such compounds can be identified it is suggested that contaminated soil should be screened for oxy-PAHs in general. The selective PLE-method presented in this thesis could be a useful tool for this.

The theoretical part of this diploma thesis consists of current matters regarding the presence of perfluorinated organic compounds in living environment elements. The attention has been focused on perfluoroktanoic acid (PFOA), (PFOS), and (FOSA). Physical-chemical characteristics of these organic pollutants and their toxicological and environmental aspects have been described. Possible ways of the pollutants analytical determination have been specified. The experimental part has explored effects of extraction techniques (sonication, pressurized solvent extraction, solid-phase extraction) used for PFAS separation from seats of fire soil sample. Identification of the analytes have been achieved by liquid chromatography/mass spektrometry.

The master´s thesis focuses on high-alumina refractory materials used mainly in aluminia metallurgy. Teoretical part of this thesis is aimed at distribution of refractory materials, possibilities of its production and raw material basis. Characteristic properties are described as well as application possibilities in aluminium technology. In final part of this thesis experimental data are evaluated to obtain physical, mechanical, chemical properties of high-alumina refractory materials. Those are used for economical optimalization of raw materials.

This master’s thesis deal with design of EV-55 Outback airplane with pressurized cabin. In this thesis are given common principles and requirements of regulations on construction pressurized cabin. A necessary fuselage modifications and fuselage construction are included. Also construction and build up of air-conditioning system and emergency oxygen system are included. Some parts of this thesis are about weight and balance, definition of pressurized cabin load, simple stability analysis and basic flight performance calculation. At the end of this master’s thesis a result of weight and flight performances are compared with analogous airplanes by other producers.

This work is based on the occurrence of drug residues in the environment. This study is focused on the development and optimization methods for determination of selected drugs in the surface water, aquatic sediment and sewage sludge from waste water treatment plant. From the group of drugs were chosen antibiotics. Antibiotics presented in the environment can cause adverse effects including toxic effects, immunity disorders and indirect bioalteration effects. Sulfonamide antibiotics, which are used in the treatment of urinary and respiratory tract infections as well as in the treatment of other infectious diseases, were chosen as a target compounds. Three optimized analytical methods for determination of sulfonamide antibiotics were developed. For the optimization of extraction were tested: solid phase extraction, pressurized solvent extraction, microwave extraction and ultrasonic extraction. For the final analysis was used liquid chromatography with two detectors - diode array detector and mass spectrometer. These optimized methods were applied for the analysis of real samples. The surface water and sediment samples were collected from two Moravian rivers (the Svratka river and the Svitava river). Samples of sewage sludge were collected from waste water treatment plant Brno-Modřice. Fish samples from the Svratka river were also collected. It was observed that all the selected sulfonamide antibiotics are present in real sediment samples (ug.kg-1). Simultaneously presence of some target analytes in real surface water (ug.l-1) and in sewage sludge (ug.kg-1) samples has been confirmed. In samples of surface water from the Svitava river and in fish samples sulfonamide antibiotics were not detected or their concentrations were below the limit of detection.

In the presented PhD. thesis, problems covering occurrence of polybrominated diphenyl ethers (PBDE) and perfluorinated compounds in the environment were solved. The study was focused on identification and further verification of optimal methods in order to determine PBDEs and perfluorinated compounds sampled from the aquatic ecosystem. Polybrominated diphenyl ethers belong to persistent compounds classified as main pollutants; within the environmental constituents, they have been observed particularly in the last decade. For these studies, there were selected surface water matrices and sediments taken in various localities within the river Svratka basin. The analyses were to demonstrate whether they accumulate and remain in these specific matrices for longer time. There we assessed the congeners of polybrominated diphenyl ethers as follows: BDE-28, 47, 66, 85, 99, 100, 153, 154 and 183. In order to isolate them from matrices, various extraction techniques were used, i.e., ultrasonic extraction, microwave extraction, and pressure solvent extraction. Gas chromatography method with electron capture detection (GC/ECD) was selected for determination. The accomplished studies also assessed basic chemical, physical and environmental characteristics of diphenyl ethers in the environmental constituents. The attention was also paid to perfluorooctanoic compounds (PFOA), (PFOS) and (FOSA); physico-chemical properties of these organic pollutants were characterised and their toxicological and environmental aspects were evaluated. Usability of extraction techniques (ultrasonic extraction, pressure solvent extraction, solid phase extraction) applied to PFCs isolation from sediments samples was assessed. Identification and quantification of these analytes were performed using a high performance liquid chromatography/mass spectrometry method (HPLC/MS). After that, the optimized methods applied to real samples. Surface water and sediments were sampled within the river Svratka basin, in particular, from 19 sampling localities. PBDE occurrence was confirmed in sediments samples from the Svratka river (g.kg-1), PBDE were not detected in the surface water samples, their concentrations were below the detection limit, resp.; perfluorinated compounds were not detected in sediments and water samples at all.

The nuclear industry has long relied upon bounding parametric analyses in predicting the safety margins of reactor designs undergoing design-basis accidents. These methods have been known to return highly-conservative results, limiting the operating conditions of the reactor. The Best-Estimate Plus Uncertainty (BEPU) method using a modernized version of the Code-Scaling, Applicability, and Uncertainty (CSAU) methodology has been applied to more accurately predict the safety margins of the Oregon State University Advanced Plant Experiment (APEX) facility experiencing a Loss-of-Feedwater Accident (LOFA). The statistical advantages of the Bayesian paradigm of probability was utilized to incorporate prior knowledge when determining the analysis required to justify the safety margins. RELAP5 Mod 3.3 was used to accurately predict the thermal-hydraulics of a primary Feed-and-Bleed response to the accident using assumptions to accompany the lumped-parameter calculation approach. A novel coupling of thermal-hydraulic and statistical software was accomplished using the Symbolic Nuclear Analysis Package (SNAP). Uncertainty in Peak Cladding Temperature (PCT) was calculated at the 95/95 probability/confidence levels under a series of four separate sensitivity studies. / Graduation date: 2013