Das Projekt "Vorhaben: Porenräume und Mineralaggregate auf der nm-mym-Skala" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Greifswald, Geowissenschaften, Institut für Geographie und Geologie durchgeführt. Im Verbundprojekt RESKIN analysieren wir die Rolle der Kinetik chemischer Reaktionen für die langfristige Nutzungs- und Sicherheitsanalyse von Reservoirgesteinen. Hierfür ist ein mechanistisches Verständnis der Reaktionskinetik auf verschiedenen Skalen notwendig. In Arbeitspaket AP1 des Verbundes fokussieren wir auf die Mechanismen der Kinetik von Fluid-Festkörper-Reaktionen auf der Skala der Kristalloberflächen, Porenwände und Poren in Reservoir- und Barrieregesteinen. Wir untersuchen den Einfluss von Korngrenzen, Kristalldefekttypen, -dichte und chemischer Kristallzusammensetzung auf die skalenabhängige Reaktionskinetik und die Entwicklung initialer Porenmuster auf der Calcitoberfläche. Die Auswertung erfolgt mit dem innovativen Ratenspektrenkonzept, das quantitative Ergebnisse zu den mechanismenbezogenen Ratenbeiträgen liefert. Gemeinsam mit Ergebnissen auf der Porenskala (AP3) und der Porenstrukturskala (AP4) bilden die Resultate aus diesem Arbeitspaket das kinetische Rückgrat für die Aufskalierung des reaktiven Transports in Reservoirgesteinen (AP5). Mit kinetischen Monte Carlo (KMC) - Simulationen analysieren wir die Kinetik der Auflösung von Calcitzementen mit variablen Mg-Gehalten. Begleitet werden diese Untersuchungen mit einem experimentell-analytischen Ansatz. Die komplementäre Verwendung von Rasterkraft- und Ramangekoppelter Interferometriemikroskopie deckt hochortsaufgelöst mit großen Gesichtsfeldern die Längenskala über 6 Größenordnungen ab, d.h. vom nm- bis in den mm-Bereich. Ein Schwerpunkt liegt auf definiert variierten Reservoirbedingungen (AP2), die wichtig für die Wasserstoff-Speicherung sind. Die Vorhersagen der Simulationsrechnungen werden durch die Experimente getestet und daraus folgende Erkenntnisse fließen in die Optimierung des KMC-Codes ein. Mit diesem Ansatz entwickeln wir die Fähigkeit zur Prognose von Stoffumsatzraten. Das Ergebnis sind Ratenverteilungen, die die skalenabhängige und quantitative kinetische Signatur der Reaktionen repräsentieren.
Das Projekt "Vorhaben: Reaktionskinetik auf der Bohrkern-Skala" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Geowissenschaften, Abteilung Ingenieurgeologie durchgeführt. Im Verbundprojekt RESKIN analysieren wir die Rolle der Kinetik chemischer Reaktionen für die langfristige Nutzungs- und Sicherheitsanalyse von Reservoirgesteinen. Hierfür ist ein mechanistisches Verständnis der Reaktionskinetik auf verschiedenen Skalen notwendig. In Arbeitspaket AP1 des Verbundes fokussieren wir auf die Mechanismen der Kinetik von Fluid-Festkörper-Reaktionen auf der Skala der Kristalloberflächen, Porenwände und Poren in Reservoir- und Barrieregesteinen. Wir untersuchen den Einfluss von Korngrenzen, Kristalldefekttypen, -dichte und chemischer Kristallzusammensetzung auf die skalenabhängige Reaktionskinetik und die Entwicklung initialer Porenmuster auf der Calcitoberfläche. Die Auswertung erfolgt mit dem innovativen Ratenspektrenkonzept, das quantitative Ergebnisse zu den mechanismenbezogenen Ratenbeiträgen liefert. Gemeinsam mit Ergebnissen auf der Porenskala (AP3) und der Porenstrukturskala (AP4) bilden die Resultate aus diesem Arbeitspaket das kinetische Rückgrat für die Aufskalierung des reaktiven Transports in Reservoirgesteinen (AP5). Mit kinetischen Monte Carlo (KMC) - Simulationen analysieren wir die Kinetik der Auflösung von Calcitzementen mit variablen Mg-Gehalten. Begleitet werden diese Untersuchungen mit einem experimentell-analytischen Ansatz. Die komplementäre Verwendung von Rasterkraft- und Ramangekoppelter Interferometriemikroskopie deckt hochortsaufgelöst mit großen Gesichtsfeldern die Längenskala über 6 Größenordnungen ab, d.h. vom nm- bis in den mm-Bereich. Ein Schwerpunkt liegt auf definiert variierten Reservoirbedingungen (AP2), die wichtig für die Wasserstoff-Speicherung sind. Die Vorhersagen der Simulationsrechnungen werden durch die Experimente getestet und daraus folgende Erkenntnisse fließen in die Optimierung des KMC-Codes ein. Mit diesem Ansatz entwickeln wir die Fähigkeit zur Prognose von Stoffumsatzraten. Das Ergebnis sind Ratenverteilungen, die die skalenabhängige und quantitative kinetische Signatur der Reaktionen repräsentieren.
Das Projekt "Experimentelle und theoretische Untersuchungen zu radioaktiven Quellen und Gegenständen im Stahlschrott" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Brenk Systemplanung GmbH durchgeführt. In Artikel 92 der Richtlinie 2013/59/Euratom (Euratom-Grundnormen) werden Anforderungen zur Entdeckung herrenloser Strahlenquellen gestellt. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Verbesserung der Entdeckung von herrenlosen Strahlenquellen und radioaktiven Gegenständen im Stahlschrott. Dazu soll mittels Computersimulationen (Monte-Carlo-Simulationen) die Auffindbarkeit radioaktiver Quellen und Gegenstände im Stahlschrott theoretisch untersucht und diese Ergebnisse mittels experimenteller Untersuchungen an einem 'echten' Stahlschrottcontainer zu realitätsnahen Bedingungen abgesichert werden. Mittels einer an Schrottplätze, Schmelzbetriebe, Stahlwerke, Warenumschlagsplätze und sonstige Betriebe des Schrottkreislaufs gerichteten Umfrage werden die realitätsnahen Messbedingungen ermittelt. Zusätzlich werden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens noch die Möglichkeit und Notwendigkeit der Detektion von Neutronenstrahlung und der aktive Einsatz von Strahlung zur Auffindung radioaktiver Quellen und Gegenstände im Schrott bewertet. Die Bewertung der Detektion von herrenlosen Neutronenstrahlern soll auf Basis bereits erfolgter Funde geschehen. Auf Grund der für Deutschland nur sehr geringen Anzahl an dokumentierten Funden wird hierzu eine europaweite Anfrage an die jeweils zuständigen internationalen Behörden durchgeführt. Abschließend werden Informationsmaterial und Leitlinien entsprechend Artikel 92 der Richtlinie 2013/59/Euratom für verschiedene Personengruppen erstellt. Diese dienen sowohl der Sensibilisierung für das etwaige Vorkommen herrenloser Strahlenquellen und die damit verbundene Gefahren als auch als Leitlinie für die durch Personen zu ergreifenden Maßnahmen, welche eine herrenlose Quelle vermuten oder Kenntnis von einer herrenlosen Strahlenquelle haben.
Das Projekt "Vorhaben: Entwicklung des Systemsimulationsmodells, der Schnittstellen und Durchführung der probabilistischen Risikoberechnung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH durchgeführt. Eine transparente und standortunabhängige Methodik zur Risikobewertung ist ein wesentlicher Baustein für die Akzeptanz sowie eine effiziente, sichere und nachhaltige Nutzung des geologischen Untergrundes. Die Stärke der vorgeschlagenen Methodik besteht darin, dass sie in jeder Projektphase auf dem jeweils aktuellen Kenntnisstand und Entwicklungsstand der Detailmodelle beruht und im Laufe der Entwicklung eines Projektes kontinuierlich verbessert wird. Der modulare Aufbau der Methodik ermöglicht hierbei, unabhängig vom Programmpaket die aktuellsten Modelle standortspezifisch zu integrieren. Ein Systemsimulationsmodell (AP 1) dient als Grundlage zur Risikobewertung durch die Integration der in den Einzelmodulen (APs 2-5) entwickelten Prozessmodelle. GEOSMART verfolgt das Ziel, eine konsistente Methodik zur Risikobewertung für die Nutzung des geologischen Untergrundes für hydro- und geothermale Tiefengeothermieprojekte sowie zur Speicherung und Entsorgung von Fluiden auf der Grundlage einer modularen Simulation des Gesamtsystems zu schaffen. Mithilfe einer bei der probabilistischen Modellierung üblichen Korrelationsanalyse werden Prozesse und Parameter identifiziert, die einen wesentlichen Beitrag zum standortspezifischen Risiko leisten. Dies erlaubt eine objektivierte Durchführung des Risikomanagements. Dazu erfolgt in GEOSMART die Implementierung von gekoppelten Prozesssimulationsmodellen unter Berücksichtigung von Mehrphasenfluss, Geomechanik, Geochemie und Wärmetransport sowie deren innovative Integration in ein ganzheitliches Systemsimulationsmodell zur effizienten Quantifizierung der wesentlichen Risiken. AP 1.1 Prozessanalyse und konzeptionelles Modell: AP 1.2 Modellimplementierung: AP 1.3 Anwendungsszenario: AP 1.4 Sensitivitätsanalyse AP 1.5 Anpassung und Dokumentation AP 1.6 Koordination des Gesamtprojektes
Das Projekt "Vorhaben: Minerallösung und Mineralfällung im Porenraum" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Im Verbundprojekt RESKIN analysieren wir die Rolle der Kinetik chemischer Reaktionen für die langfristige Nutzungs- und Sicherheitsanalyse von Reservoirgesteinen. Hierfür ist ein mechanistisches Verständnis der Reaktionskinetik auf verschiedenen Skalen notwendig. In Arbeitspaket AP1 des Verbundes fokussieren wir auf die Mechanismen der Kinetik von Fluid-Festkörper-Reaktionen auf der Skala der Kristalloberflächen, Porenwände und Poren in Reservoir- und Barrieregesteinen. Wir untersuchen den Einfluss von Korngrenzen, Kristalldefekttypen, -dichte und chemischer Kristallzusammensetzung auf die skalenabhängige Reaktionskinetik und die Entwicklung initialer Porenmuster auf der Calcitoberfläche. Die Auswertung erfolgt mit dem innovativen Ratenspektrenkonzept, das quantitative Ergebnisse zu den mechanismenbezogenen Ratenbeiträgen liefert. Gemeinsam mit Ergebnissen auf der Porenskala (AP3) und der Porenstrukturskala (AP4) bilden die Resultate aus diesem Arbeitspaket das kinetische Rückgrat für die Aufskalierung des reaktiven Transports in Reservoirgesteinen (AP5). Mit kinetischen Monte Carlo (KMC) - Simulationen analysieren wir die Kinetik der Auflösung von Calcitzementen mit variablen Mg-Gehalten. Begleitet werden diese Untersuchungen mit einem experimentell-analytischen Ansatz. Die komplementäre Verwendung von Rasterkraft- und Ramangekoppelter Interferometriemikroskopie deckt hochortsaufgelöst mit großen Gesichtsfeldern die Längenskala über 6 Größenordnungen ab, d.h. vom nm- bis in den mm-Bereich. Ein Schwerpunkt liegt auf definiert variierten Reservoirbedingungen (AP2), die wichtig für die Wasserstoff-Speicherung sind. Die Vorhersagen der Simulationsrechnungen werden durch die Experimente getestet und daraus folgende Erkenntnisse fließen in die Optimierung des KMC-Codes ein. Mit diesem Ansatz entwickeln wir die Fähigkeit zur Prognose von Stoffumsatzraten. Das Ergebnis sind Ratenverteilungen, die die skalenabhängige und quantitative kinetische Signatur der Reaktionen repräsentieren.
Das Projekt "Einbindung verzögerter Neutronen in das Monte-Carlo-Programm SERPENT zur Simulation von Transienten mit gekoppelter Neutronik und Thermohydraulik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Reaktorsicherheit und -technik durchgeführt. Das in der deutschen Reaktorsicherheitsforschung vornehmlich genutzte CFD-Programm zur Simulation der Thermohydraulik, ANSYS CFX, ist heute in der Lage, umfangreiche, transiente Vorgänge zu simulieren. Auf dem Gebiet der Monte Carlo Codes ist dies für die Neutronik in diesem Umfang noch nicht möglich. Bei der Auslegung eines Reaktors spielt der Einfluss der verzögerten Neutronen eine große Rolle, ohne sie wäre eine Regelung undenkbar. Auch für die Nachrechnung zeitabhängiger Abläufe, wie z.B. ein Reaktivitätsstörfall, ist die Einbeziehung dieses Einflusses unumgänglich. In den typischen Neutronik-Codes wie MCNP, SERPENT oder TRIPOLI sind die verzögerten Neutronen allerdings noch nicht implementiert bzw. nur Transienten ohne ihren Einfluss simulierbar. Daher soll im Rahmen dieses Vorhabens die Einbindung von verzögerten Neutronen im Monte Carlo Programm SERPENT vorgenommen werden, um die Berechnung von Leistungstransienten wie beispielsweise bei Reactivity Initiated Accidents zu ermöglichen, und mit der Anpassung einer bereits bestehenden exemplarischen Kopplung zwischen ANSYS CFX und SERPENT dabei auch die Rückkopplung zwischen Neutronik und Thermohydraulik einzubeziehen. Das Arbeitsprogramm ist in folgende Arbeitspakete unterteilt: AP1: Aufbereitung und Bereitstellung der Datenbasis AP2: Untersuchung verschiedener Implementierungsstrategien AP3: Umsetzung einer ausgewählten Strategie im gekoppelten CFX-SERPENT-Prototyp AP4: Plausibilitätsanalyse des transienten Verhaltens im Prototyp AP5: Umsetzung in SERPENT AP6: Verifikation und Validierung AP7: Dokumentation Die Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit dem IEK-6 des Forschungszentrums Jülich durchgeführt, wobei neben dem dort vorhandenen Know-How vor allem die Infrastruktur der institutseigenen Rechnerkapazitäten genutzt werden. Das zentrale Thema der Einbindung in den Quellcode SERPENT wird in engem Kontakt, auch vor Ort, mit dem Entwicklerteam des Programms SERPENT am VTT in Finnland erfolgen.
Das Projekt "Vorhaben: Analyse der Deckgebirgsintegrität am Beispiel eines Gasspeichers sowie der Stabilität der Risssysteme eines Tiefengeothermieprojekts im Rahmen einer Sensitivitäts- und Risikoanalyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Geologie durchgeführt. Eine transparente und standortunabhängige Methodik zur Risikobewertung ist ein wesentlicher Baustein für die Akzeptanz sowie eine effiziente, sichere und nachhaltige Nutzung des geologischen Untergrundes. Die Stärke der vorgeschlagenen Methodik besteht darin, dass sie in jeder Projektphase auf dem jeweils aktuellen Kenntnisstand und Entwicklungsstand der Detailmodelle beruht und im Laufe der Entwicklung eines Projektes kontinuierlich verbessert wird. Der modulare Aufbau der Methodik ermöglicht hierbei, unabhängig vom Programmpaket die aktuellsten Modelle standortspezifisch zu integrieren. Ein Systemsimulationsmodell (AP 1) dient als Grundlage zur Risikobewertung durch die Integration der in den Einzelmodulen (APs 2-5) entwickelten Prozessmodelle. GEOSMART verfolgt das Ziel, eine konsistente Methodik zur Risikobewertung für die Nutzung des geologischen Untergrundes für hydro- und geothermale Tiefengeothermieprojekte sowie zur Speicherung und Entsorgung von Fluiden auf der Grundlage einer modularen Simulation des Gesamtsystems zu schaffen. Mithilfe einer bei der probabilistischen Modellierung üblichen Korrelationsanalyse werden Prozesse und Parameter identifiziert, die einen wesentlichen Beitrag zum standortspezifischen Risiko leisten. Dies erlaubt eine objektivierte Durchführung des Risikomanagements. Dazu erfolgt in GEOSMART die Implementierung von gekoppelten Prozesssimulationsmodellen unter Berücksichtigung von Mehrphasenfluss, Geomechanik, Geochemie und Wärmetransport sowie deren innovative Integration in ein ganzheitliches Systemsimulationsmodell zur effizienten Quantifizierung der wesentlichen Risiken. Der Arbeitsplan umfasst folgende Schritte: 1.) Analyse des aktuellen Standes von W+T 2.) Aufbau von Modellen zur Rissausbreitung bzw. Aktivierung existierender Diskontinuitäten 3.) Anwendung der Modelle auf zwei unterschiedliche Standorte 4.) Ableitung von Meta-Modellen als Input für die Monte-Carlo basierte Risikoanalyse
Das Projekt "Vorhaben: Reaktiver Transport und kinetische Aufskalierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik durchgeführt. Im Verbundprojekt RESKIN analysieren wir die Rolle der Kinetik chemischer Reaktionen für die langfristige Nutzungs- und Sicherheitsanalyse von Reservoirgesteinen. Hierfür ist ein mechanistisches Verständnis der Reaktionskinetik auf verschiedenen Skalen notwendig. In Arbeitspaket AP1 des Verbundes fokussieren wir auf die Mechanismen der Kinetik von Fluid-Festkörper-Reaktionen auf der Skala der Kristalloberflächen, Porenwände und Poren in Reservoir- und Barrieregesteinen. Wir untersuchen den Einfluss von Korngrenzen, Kristalldefekttypen, -dichte und chemischer Kristallzusammensetzung auf die skalenabhängige Reaktionskinetik und die Entwicklung initialer Porenmuster auf der Calcitoberfläche. Die Auswertung erfolgt mit dem innovativen Ratenspektrenkonzept, das quantitative Ergebnisse zu den mechanismenbezogenen Ratenbeiträgen liefert. Gemeinsam mit Ergebnissen auf der Porenskala (AP3) und der Porenstrukturskala (AP4) bilden die Resultate aus diesem Arbeitspaket das kinetische Rückgrat für die Aufskalierung des reaktiven Transports in Reservoirgesteinen (AP5). Mit kinetischen Monte Carlo (KMC) - Simulationen analysieren wir die Kinetik der Auflösung von Calcitzementen mit variablen Mg-Gehalten. Begleitet werden diese Untersuchungen mit einem experimentell-analytischen Ansatz. Die komplementäre Verwendung von Rasterkraft- und Ramangekoppelter Interferometriemikroskopie deckt hochortsaufgelöst mit großen Gesichtsfeldern die Längenskala über 6 Größenordnungen ab, d.h. vom nm- bis in den mm-Bereich. Ein Schwerpunkt liegt auf definiert variierten Reservoirbedingungen (AP2), die wichtig für die Wasserstoff-Speicherung sind. Die Vorhersagen der Simulationsrechnungen werden durch die Experimente getestet und daraus folgende Erkenntnisse fließen in die Optimierung des KMC-Codes ein. Mit diesem Ansatz entwickeln wir die Fähigkeit zur Prognose von Stoffumsatzraten. Das Ergebnis sind Ratenverteilungen, die die skalenabhängige und quantitative kinetische Signatur der Reaktionen repräsentieren.
Das Projekt "Vorhaben: Reaktionskinetik - Mechanismen und Aufskalierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Fachbereich 05 Geowissenschaften, Fachgebiet Mineralogie durchgeführt. Im Verbundprojekt RESKIN analysieren wir die Rolle der Kinetik chemischer Reaktionen für die langfristige Nutzungs- und Sicherheitsanalyse von Reservoirgesteinen. Hierfür ist ein mechanistisches Verständnis der Reaktionskinetik auf verschiedenen Skalen notwendig. In Arbeitspaket AP1 des Verbundes fokussieren wir auf die Mechanismen der Kinetik von Fluid-Festkörper-Reaktionen auf der Skala der Kristalloberflächen, Porenwände und Poren in Reservoir- und Barrieregesteinen. Wir untersuchen den Einfluss von Korngrenzen, Kristalldefekttypen, -dichte und chemischer Kristallzusammensetzung auf die skalenabhängige Reaktionskinetik und die Entwicklung initialer Porenmuster auf der Calcitoberfläche. Die Auswertung erfolgt mit dem innovativen Ratenspektrenkonzept, das quantitative Ergebnisse zu den mechanismenbezogenen Ratenbeiträgen liefert. Gemeinsam mit Ergebnissen auf der Porenskala (AP3) und der Porenstrukturskala (AP4) bilden die Resultate aus diesem Arbeitspaket das kinetische Rückgrat für die Aufskalierung des reaktiven Transports in Reservoirgesteinen (AP5). Mit kinetischen Monte Carlo (KMC) - Simulationen analysieren wir die Kinetik der Auflösung von Calcitzementen mit variablen Mg-Gehalten. Begleitet werden diese Untersuchungen mit einem experimentell-analytischen Ansatz. Die komplementäre Verwendung von Rasterkraft- und Ramangekoppelter Interferometriemikroskopie deckt hochortsaufgelöst mit großen Gesichtsfeldern die Längenskala über 6 Größenordnungen ab, d.h. vom nm- bis in den mm-Bereich. Ein Schwerpunkt liegt auf definiert variierten Reservoirbedingungen (AP2), die wichtig für die Wasserstoff-Speicherung sind. Die Vorhersagen der Simulationsrechnungen werden durch die Experimente getestet und daraus folgende Erkenntnisse fließen in die Optimierung des KMC-Codes ein. Mit diesem Ansatz entwickeln wir die Fähigkeit zur Prognose von Stoffumsatzraten. Das Ergebnis sind Ratenverteilungen, die die skalenabhängige und quantitative kinetische Signatur der Reaktionen repräsentieren.
Das Projekt "Modellierung der Sorption von Radionukliden an organophilen Tonmineralen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Zentrum für Strahlenschutz und Radioökologie durchgeführt. Als Füllmaterial oder als Bestandteil technischer Barrieren in Endlagern von chemisch-toxischen oder radioaktiven Abfällen werden bestimmte Tonminerale verwendet bzw. in den Designstudien vorgeschlagen. Dabei sind vor allem drei Eigenschaften dieser Tone ausschlaggebend: Die geringe Wasserleitfähigkeit, das Quellvermögen bei Wasserzutritt und das Rückhaltevermögen für Kationen. Das wünschenswerte Rückhaltevermögen auch für Anionen fehlt bei naturbelassenen Tonen, kann aber durch Behandlung erzeugt werden, bei der die Zwischenschicht-Kationen der Tone durch bestimmte organische Kationen ersetzt werden. Dadurch entstehen sogenannte organophile Tone, die so eingestellt werden können, daß sie beide Ionenarten sorbieren können. Die entscheidenden Mechanismen dieser Sorptionsprozesse an organophilen Tonmineralen und die sich dabei ergebenden Strukturen des Tonminerals sind noch nicht vollständig bekannt. Ihre umfassende Kenntnis ist jedoch wichtig für die gezielte Optimierung ihrer Sorptionseigenschaften und ihrer Eignung zum Einsatz unter Endlagerungsbedingungen. Das Optimierungspotential liegt in der chemischen Struktur, Größe und Ladungsverteilung des organischen Kations sowie in der Wahl des Tonminerals. Zur Erlangung bisher fehlender Detailkenntnisse und zur Unterstützung der Optimierung soll daher in diesem Forschungsvorhaben eine Computersimulation des Organo-Ton-Systems auf der Basis der bisher gesammelten experimentellen Informationen entwickelt werden. Mit diesem Modell soll die Konsistenz des bisherigen Verständnisses der beteiligten Phänomene überprüft, geeignete Fragestellungen an das Experiment entwickelt und Optimierungsschritte durch Simulation ausgewählt werden.
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| Bund | 15 |
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| Förderprogramm | 15 |
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