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Entwicklung eines Modells zur Berechnung der Schmelzeausbreitung nach RDB-Versagen

Das Projekt "Entwicklung eines Modells zur Berechnung der Schmelzeausbreitung nach RDB-Versagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Fakultät XIII für Maschinenbau, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Nukleare und Neue Energiesysteme durchgeführt. Fuer zukuenftige Druckwasserreaktoren werden derzeit Kernfaengerkonzepte als eine Massnahme zur Beherrschung auslegungsueberschreitender Stoerfaelle mit Niederschmelzen des Kerns entwickelt. So ist fuer den EPR ('European Pressurized Water Reactor') ein Konzept ('EPR-Core Catcher') vorgesehen, in dem die Schmelze sich auf einer grossen Flaeche ausbreiten kann, um dann geflutet zu werden. Ziel ist es, mit einem grossen Verhaeltnis von Oberflaeche zu Volumen der Schmelze eine ausreichende Kuehlung sicherzustellen. Aus Kosten- und Sicherheitsgruenden ist es zur weitgehenden Abdeckung moeglicher Stoerfallszenarien sinnvoll, umfassende experimentelle Versuchsreihen durch Simulationsprogramme zu ergaenzen, die ein sehr wichtiges Instrumentarium zur detaillierten Analyse von Stoerfallszenarien unter spezifischen Bedingungen darstellen. Im Rahmen dieses Projektes wird in Anlehnung an das EPR-Konzept ein Modell zur Beschreibung des Ausbreitungs- und Abkuehlungsverhaltens von Schmelze entwickelt. Insbesondere beinhaltet dies eine Modellierung des dynamischen wie auch thermischen Verhaltens auslaufender Schmelze unter Beruecksichtigung der fuer den Spaltprodukttransport wesentlichen Prozesse.

Entwicklung des Computercodes MECO zur Simulation der Ausbreitung heisser Schmelzen auf Flaechen

Das Projekt "Entwicklung des Computercodes MECO zur Simulation der Ausbreitung heisser Schmelzen auf Flaechen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Fakultät XIII für Maschinenbau, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Nukleare und Neue Energiesysteme durchgeführt. Fuer zukuenftige Druckwasserreaktoren werden derzeit Kernfaengerkonzepte als Massnahme zur Beherrschung auslegungsueberschreitender Stoerfaelle mit Niederschmelzen des Kerns entwickelt. Zu ihrer Ueberpruefung wird der Prozess der Schmelzeausbreitung in einer Vielzahl von Experimenten untersucht. Fuer eine Uebertragung dieser Experimente auf Anlagenbedingungen ist die Entwicklung von Computerprogrammen sinnvoll und notwendig. Der Code MECO beschreibt das Ausbreitungs- und Abkuehlverhalten heisser Schmelzen ueber horizontal, geneigt und vertikal orientierte Ausbreitungszonen. Basierend auf den Navier-Stokes'schen Bewegungsgleichungen sowie der Energiegleichung fuer ein zZt 2-dimensionales Berechnungsgebiet erfolgt die numerische Simulation durch Kopplung des SOLA-Algorithmus (Finite-Differenzen-Verfahren) mit der 'Marker-And-Cell'-Methode. Waehrend der Ausbreitung der Schmelze werden Erstarrungsprozesse infolge verschiedener Waermeabfuhrmechanismen beruecksichtigt. Eine erste Validierung des Codes erfolgte anhand der Nachrechnung von Experimenten der KATS-Versuchsreihe des Forschungszentrums Karlsruhe sowie der COMAS-Versuche der Giesserei Siempelkamp, Krefeld.

Teilvorhaben: Weiterentwicklung der Quasimono-Technologie

Das Projekt "Teilvorhaben: Weiterentwicklung der Quasimono-Technologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsverbund Berlin e.V., Leibniz-Institut für Kristallzüchtung durchgeführt. Ziel des Teilvorhabens ist die Prozessentwicklung zur Herstellung quasi- einkristalliner Si- Blöcke unter Einsatz von Keimen unter Nutzung externer Magnetfelder. Die angestrebte signifikante Verbesserung der Blockkristallqualität soll zu einer deutlichen Verringerung der Wirkungsgradlücke zwischen Solarzellen aus quasi-mono- und CZ- Silizium beitragen und die Kosten der Herstellung von Solarzellen senken. Hauptgegenstand dieses Teilvorhabens soll jedoch ein weiterer innovativer Lösungsansatz, die Entwicklung eines tiegelfreien Quasimono-Prozesses, sein. Die Tiegelfreiheit führt neben der strukturellen Qualität (Versetzungen, Korngrenzen) auch zu einer Wirkungsgraderhöhung der prozessierten Solarzelle. Die Konzentration an Verunreinigungen, wie O, C und Metallen wird dadurch erheblich reduziert. AP 1.2 stellt die kontinuierliche Weiterentwicklung der bisherigen Lösungsansätze (für G2) dar. Es ist vorgesehen, auch weiterhin Untersuchungen zum Ankeimprozess durchzuführen und den sich anschließenden Erstarrungsprozess zu entwickeln. Die Arbeiten umfassen: - Simulation / Experiment des Einflusses wandernder Magnetfelder auf die Schmelzenkonvektion und den thermischen Erstarrungsprozess - Prozessentwicklung bei experimentell geschickter Keimvorgabe am Tiegelboden - Charakterisierung von Defektstruktur und elektrischen Eigenschaften der modifizierten quasieinkristallinen Blöcke. Im AP 2.1 'Grundsatzversuche' sollen neue Lösungsansätze erforscht werden. Dabei geht es um die Reduzierung bzw. Eliminierung rekombinationsaktiver Defekte mit dem Schwerpunkt der Versetzungsbildung und -Vervielfältigung. Es soll untersucht werden, ob und wenn ja, bis zu welchem maximalen Keim-Durchmesser versetzungsfrei auf diesem Flächenkeim gezüchtet werden kann bzw. wie sich die Defektstruktur sowohl im Flächenkeim als auch im aufgewachsenen Teil entwickelt.

SIMPUREM - Innovative Erstarrungs- und Mahltechnologie und deren Anwendung zur Herstellung von Solarsilizium

Das Projekt "SIMPUREM - Innovative Erstarrungs- und Mahltechnologie und deren Anwendung zur Herstellung von Solarsilizium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden e.V. durchgeführt. Um die Wettbewerbsfähigkeit solarer Energieversorgung gegenüber herkömmlichen Energiequellen zu fördern, arbeitet die Adensis GmbH gemeinsam mit der Hochschule Lausitz und dem Leibnitz Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) an einem neuen Reinigungsverfahren für Solarsilicium. Der üblich energieintensive Übergang in die Gasphase wird bei dieser Reinigung vollständig vermieden. Die Aufbereitung wird über die Kombination von Legierung, zellularer Erstarrung von metallurgischem Silicium und einer innovativen, korngrenzenselektiven Zerkleinerung mit anschließender chemischer Reinigung erreicht. Die weniger stringenten Anforderungen an die Reinheit von Solarsilicium gegenüber elektronischem Silicium lassen den Weg als aussichtsreich erscheinen.

Experimentelle Untersuchungen zur Verifikation und Erweiterung des Candling (Abschmelz)-Modells aus dem Kernschmelzcode KESS-III

Das Projekt "Experimentelle Untersuchungen zur Verifikation und Erweiterung des Candling (Abschmelz)-Modells aus dem Kernschmelzcode KESS-III" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Kernenergetik und Energiesysteme durchgeführt. Mit geeigneten Experimenten soll das im Kernschmelzcode KESS-III enthaltene candling (Abschmelz)-Modell verifiziert und erweitert werden. Die Versuchsapparatur ermoeglicht es, eine definierte Metallmenge aufzuschmelzen, hieraus einen duennen Film definierter Dicke zu erzeugen und diesen auf einer vertikalen Pruefstrecke zur Erstarrung zu bringen. Waehrend des Erstarrungsvorgangs werden die fuer die Verifikation und Weiterentwicklung des Modells relevanten Parameter erfasst und von Versuch zu Versuch systematisch variiert.

Teilvorhaben: Modellexperimente für die gerichtete Kristallisation von Si-Blöcken

Das Projekt "Teilvorhaben: Modellexperimente für die gerichtete Kristallisation von Si-Blöcken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für NE-Metallurgie und Reinststoffe durchgeführt. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Durchführung von Modellexperimenten zur Aufklärung und Optimierung der Schmelzströmung im Hinblick auf die Verbesserung der Kristallqualität und Erhöhung der Prozessausbeute bei der industriellen Herstellung von Silizium-Blöcken für die Photovoltaik. Die Motivation für die Zielstellung ergibt sich aus dem Bestreben für ein besseres Verständnis der hydrodynamischen Situation bei der Blockerstarrung von Photovoltaik-Silizium, um daraus Strategien für eine Kontrolle und Optimierung der Strömungs-, Temperatur- und Konzentrationsfelder während der Züchtung abzuleiten. Das Projekt beinhaltet die systematische Untersuchung des Strömungsfeldes in einer Modellschmelze unter dem Einfluss von Temperatur- und Magnetfeldern sowie bei der Erstarrung der Schmelze, wobei innovative Strömungs- und Erstarrungsfront-Messtechniken zum Einsatz kommen. Die Bearbeitung des Projektes erfolgt in enger Kooperation mit dem Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik der TU Dresden auf dem Gebiet der Messtechnik sowie mit der SolarWorld Innovations GmbH auf den Gebieten der numerischen Simulation und der Ableitung von Skalengesetzen zur Übertragung der Ergebnisse der Modellexperimente auf reale Züchtungsprozesse. Der Arbeitsplan umfasst die Durchführung und Auswertung von Strömungs- und Erstarrungsexperimenten mit systematischer Variation der thermischen und Magnetfeldparameter sowie der Schmelzhöhe und der Erstarrungsrate. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Weiterentwicklung von Anlagen und Prozessen für die Durchführung von Modellexperimenten unter reproduzierbaren Bedingungen und für die Erprobung von Konzepten der aktiven Strömungskontrolle.

SIMPUREM - Innovative Erstarrungs- und Mahltechnologie und deren Anwendung zur Herstellung von Solarsilizium

Das Projekt "SIMPUREM - Innovative Erstarrungs- und Mahltechnologie und deren Anwendung zur Herstellung von Solarsilizium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Adensis GmbH durchgeführt. Um die Wettbewerbsfähigkeit solarer Energieversorgung gegenüber herkömmlichen Energiequellen zu fördern, arbeitet die Adensis GmbH gemeinsam mit der Hochschule Lausitz und dem Leibnitz Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) an einem neuen Reinigungsverfahren für Solarsilicium. Der üblich energieintensive Übergang in die Gasphase wird bei dieser Reinigung vollständig vermieden. Die Aufbereitung wird über die Kombination von Legierung, zellularer Erstarrung von metallurgischem Silicium und einer innovativen, korngrenzenselektiven Zerkleinerung mit anschließender chemischer Reinigung erreicht. Die weniger stringenten Anforderungen an die Reinheit von Solarsilicium gegenüber elektronischem Silicium lassen den Weg als aussichtsreich erscheinen.

Untersuchung schwerer Stoerfaelle mit Kernzerstoerung. Experimentelle und rechnergestuetzte Modellierung von Kernschmelzvorgaengen in Leichtwasserreaktoren

Das Projekt "Untersuchung schwerer Stoerfaelle mit Kernzerstoerung. Experimentelle und rechnergestuetzte Modellierung von Kernschmelzvorgaengen in Leichtwasserreaktoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Fakultät XIII für Maschinenbau, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Nukleare und Neue Energiesysteme durchgeführt. Die Forschungsarbeiten im Rahmen dieses Projektes werden in Kooperation verschiedener europaeischer Forschungseinrichtungen durchgefuehrt. Sie betreffen im wesentlichen Weiterentwicklungen der beiden europaeischen Schwerstoerfallanalysecodes ICARE und KESS mit besonderem Schwerpunkt auf der Modellierung der Kernschmelzverlagerung waehrend der spaeten Stoerfallphase. Die RUB/NES-Beitraege betreffen dabei im wesentlichen Phaenomene, die im Zusammenhang mit der Verlagerung keramischer Kernschmelzen aus TMI-aehnlichen Schmelzepoolkonfigurationen in die untere Kugelkalotte des Reaktordruckbehaelters von Bedeutung sind. Im einzelnen werden dabei Modellansaetze zur Beschreibung von Schmelzestroemungen mit freien Oberflaechen unter Beruecksichtigung von Krustenbildungs- und Wiederaufschmelzvorgaengen entwickelt. Ein weiterer Schwerpunkt der NES-Beitraege liegt auf der analytischen Begleitung der am Forschungsinstitut Karlsruhe durchzufuehrenden Buendelexperimente zum Abkuehlen hocherhitzter Brennstaebe mit Wasser oder Wasserdampf. In diesem Zusammenhang sind insbesondere auslegungsbegleitende Analysen zum Hochtemperaturverhalten der Abgasstrecke der Buendelanlage durchgefuehrt worden sowie Nachrechnungen der Quenchexperimente mit Hilfe eines europaeischen Schwerstoerfallanalysecodes (ATH-LET/CD, KESS oder ICARE2) durchzufuehren.

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