Publications Repository - Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Die Anwendungsmöglichkeiten neuronaler Netze zur Operatorberatung bei der Prozeßführung exothermer Reaktionen werden am Beispiel einer säurekatalysierten Veresterung gezeigt. Um auch die potentielle Gefahr der verschiedenen Fehlerzustände bewerten zu können, wurden separate Perceptron-Netze zur Gefahrenbewertung und zur Fehleridentifikation angewendet. Die Ergebnisse zeigten, daß durch geeignete Trainingsdaten und Merkmalsextraktion aus den Prozeßdaten die Perceptron-Netze auch Fehler in Prozeßabläufen erkannten und richtig bewerteten, deren Daten nicht zum Netztraining benutzt wurden.

Eine Methode zur Ortung von Lecks und zur Abschätzung ihrer Leckraten ist für Druckanlagen mit komplizierter dreidimensionaler Topologie entwickelt worden. Sie basiert auf der Merkmalsextraktion aus dem leckinduzierten Körper- oder Luftschall und benutzt neuronale Netze zur Mustererkennung. Die zum Anlernen der neuronalen Netze notwendigen Schallmuster können mit Hilfe von simulierten Lecks an der Originalstruktur erzeugt werden. Die Methode ist auch dann einsatzfähig, wenn die Leckortung auf der Basis von Laufzeit- oder Dämpfungsdifferenzen versagt. Sie wurde prototypisch für einen WWER-Druckwasserreaktor entwickelt und getestet. Als Merkmale zur Charakterisierung des Leckortes wurden Kohärenzwerte zwischen hochfrequenten Mikrofonsignalen oder die Effektivwerte der Schallemissionssensorsignale genutzt. Zur Leckratenabschätzung wurden die Merkmale ausschließlich aus den Effektivwerten dieser Schallemissionssignale gebildet. Durch die Anwendung neuronaler Netze kann die Methode ohne Schwierigkeiten an Druckanlagen unterschiedlicher Topologie angepaßt werden.

Es wird eine Methodik beschrieben, die die Früherkennung von sicherheitsrelevanten Betriebszuständen ermöglicht. Die Ergebnisse werden am Beispiel der diskontinuierlichen und kontinuierlichen Veresterung diskutiert. Bei den Arbeiten stand die frühzeitige störungsabhängige Diagnose von unerwünschten Betriebszuständen innerhalb der gesamten Anlage im Vordergrund. Die Leistungsfähigkeit neuronaler Netze für die Identifizierung bestimmungsgemäßer und nichtbestimmungsgemäßer Betriebszustände wird sowohl mit Simulationsdaten als auch mit Meßdaten der chemischen Versuchsanlage nachgewiesen.

The suitability of pattern recognition for safety diagnosis of chemical plants will be discussed. Therefore, experiments in a miniplant and with a process simulator are carried out. The process characteristics are treated with different recognition methods and classified with the aid of expert know how. Afterwards, the trained system can be used for process diagnosis. The capability of neural networks for this problem could be shown.

In the beginning of 1996 the Drossel collaboration was established between the FZR and the BINP Novosibirsk for the development of a new electron injector. The injector combines the principle of a photocathode rf gun using a superconducting (sc) accelerating cavities. The objective of this development is a sc rf gun, which delivers a bunched electron beam in continuos wave mode. The beam parameters should fulfill the requirements of ELBE, a superconducting accelerator currently under construction at the Forschungszentrum Rossendorf. This accelerator is the base for an infrared FEL user facility and nuclear physics and radiation physics experiments.

The result of beam dynamics simulation with bunch charges up to a few tens pC in superconducting linaer accelerator for ELBE project [1] is presented. The accelerator consists of 3+1/2 TESLA cells RF-Gun and two 9-cell TESLA cavities. It is shown, that the change of a flat back wall of the half cell with cathode in its center by a conical back wall results in reduction of transversal bunch sizes and also in reduction of emittance at the accelerator exit by a factor of 20.

The interaction behavior of humic acids with uranium(VI) and the influence of humic substances on the migration behavior of uranium was investigated. A main focus of this work was the synthesis of four different humic acid model substances and their characterization and comparison to the natural humic acid from Aldrich. A radiometric method for the determination of humic acid functional groups was applied in addition to conventional methods for the determination of the functionality of humic acids. The humic acid model substances show functional and structural properties comparable to natural humic acids. Modified humic acids with blocked phenolic OH were synthesized to determine the influence of phenolic OH groups on the complexation behavior of humic acids. A synthesis method for 14C-labeled humic acids with high specific activity was developed.
The complexation behavior of synthetic and natural humic acids with uranium(VI) was investigated by X-ray absorption spectroscopy, laser-induced fluorescence spectroscopy and FTIR spectroscopy. The synthetic model substances show an interaction behavior with uranium(VI) that is comparable to natural humic acids. This points to the fact that the synthetic humic acids simulate the functionality of their natural analogues very well. For the first time the influence of phenolic OH groups on the complexation behavior of humic acids was investigated by applying a modified humic acid with blocked phenolic OH groups. The formation of a uranyl hydroxy humate complex was identified by laserspectroscopic investigations of the complexation of Aldrich humic acid with uranium(VI)at pH 7.
The migration behavior of uranium in a sandy aquifer system rich in humic substances was investigated in column experiments. A part of uranium migrates non-retarded through the sediment, bound to humic colloids. The uranium migration behavior is strongly influenced by the kinetically controlled interaction processes of uranium with the humic colloids.
The influence of humic acids on the sorption of uranium(VI) onto phyllite was investigated in batch experiments using two different humic acids. The uranium(VI) sorption onto the rock phyllite is influenced by the pH-dependent sorption behavior of the humic acids.

Zur Erfassung der Massenverteilung in Zweiphasenströmungen wurde vom Forschungszentrum Rossendorf ein Sensor entwickelt, der ein Querschnittsbild über dem Fluß in der Rohrleitung wiedergibt. Es beruht auf einer in die Rohrleitung eingebauten Gitteranordnung. Das Meßsystem ermittelt zeitlich nacheinander die Leitfähigkeit an den Gitterkreuzungspunkten und speichert diese Meßwerte als ein Bild auf einem angeschlossenen Rechner ab. Die Bildwiederholungsfrequenz beträgt 1024 Hz, das Ergebnis kann als digitaler Film vom Rechner wiedergegeben werden. Diese Untersuchungsmöglichkeit kann in der Verfahrenstechnik mehrfach Interesse finden, wenn es um Experimente zur Auslegung oder Überprüfung von Wärmetauschern, Blasensäulenreaktoren, Dampfmischern u. a. geht. Zum Zweck einer Probemessung wurde dieser Gittersensor an zwei verschiedenen Stellen in eine Druckstoßversuchsanlage (DN 80, PN 63, 21 m lang) zwischen zwei Flansche eingebaut. Es wurde die Form der auftreffenden Strömungsprofils beim Auftreten eines Kondensationsschlages ermittelt. Als Medium diente 30 %iges Methanol. Für das Experiment wurde die Rohrleitung befüllt. Anschließend wurde durch Öffnen einer im unteren Teil der Anlage angeordneten Absperrarmatur ein Teil der Flüssigkeit abgelassen. Durch die Schwerkraft bildet sich im oberen Teil der Rohrleitung eine Dampfblase. Der Druckstoß wird ausgelöst, indem eine Absperrarmatur geöffnet wird. Durch den niedrigen Druck, der in der Dampfblase herrscht, wird Flüssigkeit aus einem Speisebehälter stark beschleunigt und prallt schließlich auf den im senkrechten Abschnitt der Rohrleitung verbliebenen Flüssigkeitsspiegel. Dabei treten kurzzeitige Druckstöße in Höhe von 80 bar auf. Die Struktur des Schwalls wird im Detail durch den Sensor wiedergegeben.

Speziell für die Druckstoßuntersuchungen an der Druckstoß-Versuchsanlage von Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen wurde vom Forschungszentrum Rossendorf ein Gittersensor zur schnellen Visualisierung der Verdampfungs- und Kondensationsvorgänge hinter einer schnellschließenden Armatur entwickelt. Er basiert auf der Messung der momentanen örtlichen elektrischen Leitfähigkeit des Zweiphasengemischs. Die Zeitauflösung des Geräts beträgt 1024 Messungen in der Sekunde. Der Sensor besteht aus zwei dicht hintereinander angeordneten Elektrodengittern mit jeweils 16 Elektroden. Die Messung erfolgt an den Kreuzungspunkten der Elektroden, d.h. an 16 x 16 Meßpunkten, die gleichmäßig über die Querschnittsfläche des Strömungskanals verteilt sind. Der Sensor ist in zwei Ausführungen verfügbar: (1) als Drahtgittersensor für Laboranwendungen und (2) als "schwerer" Sensor mit verstärkten Elektrodenstäbchen für höhere strömungsmechanische Belastungen. Letzterer wurde bei einer Vielzahl von Experimenten in Oberhausen erfolgreich eingesetzt. Eines der Ergebnisse ist ein neuartiges Verfahren zur Verhinderung des Kaviattionsschlages hinter einer Schnellschlußklappe. Durch Anordnung einer Hilfsarmatur hinter der eigentlichen Absperrarmatur ist eine Schnellabsperrung der Rohrleitung ohne Kavitationsschläge möglich. Der Einsatz von Rückschlagklappen stellt hierbei eine kostengünstige Variante dar. Um sekundäre Kavitationsschläge zu vermeiden, muß der Abstand zwischen Absperr- und Hilfsarmatur ausreichend bemessen sein. Die Hilfsarmatur muß einen möglichst geringen Druckverlust aufweisen. Durch geeignete technische oder organisatorische Maßnahmen muß sichergestellt werden, daß die Absperrarmatur nicht oder nur hinreichend langsam geöffnet werden kann, solange zwischen Absperr- und Hilfsarmatur eine Kavitationsblase eingeschlossen ist.

Auf dem Workshop Zweiphasenmeßtechnik 1997 wurde ein im Forschungszentrum Rossendorf entwickelter Gittersensor vorgestellt, der die Ermittlung von momentanen Gasgehaltsverteilungen in einem Rohrleitungsquerschnitt mit einer örtlichen Auflösung von ca. 3 mm bei einer Meßfolge von 1024 Hz erlaubt. Bei moderaten Strömungsgeschwindigkeiten (bis zu einigen m/s) werden dadurch die einzelnen Gasblasen in mehreren, zeitlich aufeinanderfolgenden Verteilungen abgebildet. Die Meßdaten können demzufolge für die Ermittlung von Blasengrößenverteilungen genutzt werden. Sie werden hierzu als dreidimensionale Gasgehaltsverteilung interpretiert, wobei eine virtuelle vertikale Achse aus der mittleren Strömungsge-schwindigkeit der Gasphase und der Meßfrequenz des Gittersensors näherungsweise definiert wird. An den Gitterpunkten dieser dreidimensionalen Verteilung liegt Gas, Flüssigkeit oder ein Gasgehalt zwischen 0 und 100 % vor. Letzterer ist als teilweise Belegung des Meßvolumens mit der Gasphase zu betrachten. Eine Blase ist ein zusammenhängendes, von der Gasphase eingenommenes Raumgebiet. Das Blasenvolumen kann daher näherungsweise ermittelt werden, indem die lokalen Gasanteile summiert werden, die an den zur Blase gehörenden Gitterpunkten vorliegen. Hierzu wurde ein spezieller rekursiver Algorithmus entwickelt, der analog zu den aus der Bildverarbeitung bekannten Füllalgorithmen, alle Gitterpunkte abarbeitet, die zu einem zusammenhängenden Gebiet gehören. Als Begrenzung der Gasgebiete muß ein unterer Schwellwert für den Gasgehalt eingeführt werden. Im Beitrag werden Ergebnisse vorgestellt, die in einer vertikalen, mit einem Wasser-Luft-Gemisch durchströmten Rohrleitung erhalten wurden. Die Leerrohrgeschwindigkeiten wurden in einem weiten Bereich variiert, so daß der Übergang von der Blasenströmung über die Pfropfenströmung bis zur Ringströmung erfaßt wurde. Die Ergebnisse zeigen den Übergang von der durch die Gaseinperlung erzeugten monomodalen Blasengrößenverteilung zur bimodalen, für eine Pfropfenströmung typischen Verteilung entlang des Strömungswegs. Dabei treten sowohl Koaleszenz- als auch Fragmentationsereignisse auf. Weiterhin werden gemessene Gasgehaltsprofile vorgestellt.

Emitters wetted with Ga, Au₇₃Ge₂₇, Au₇₇Ge₁₄Si₉ and Co₃₆Nd₆₄ alloys were investigated with regard to the influence of the source temperature on the current-voltage characteristics and the energy spread of the different emitted ions. The latter was measured using a system that includes an ExB mass filter and a retarding field energy analyser. The energy spread significantly affects the available FIB spot size and depends also on the emission current, the charge state, and the mass of the ions or clusters. The influence of the source parameters, temperature and energy spread, on the beam performance in terms of spot size measurements is demonstrated with a 70 keV Ge²⁺ beam using the FIB system IMSA - 100.

The mechanism of thermal transport during low-energy ion nitriding of aluminium has been investigated using marker and isotope sequence techniques in connection whit ion beam analysis. For an ion energy of 1 keV and a temperature of 400°C, it is shown that stoichiometric nitride grows at the surface with aluminium being supplied by diffusion from the underlying bulk.

Merkmale der Zweiphasenströmung in elektrochemischen Membranzellen mit gasenden Elektroden sind eine kontinuierliche Zunahme des Gasvolumenstroms über die Zellenhöhe, die Bildung relativ kleiner Gasbläschen an der Elektrode, sowie die hohe Konzentrationen gelöster anorganischer Elektrolyte, die zu einer Behinderung der Koaleszenz führen. Aufgrund dieser Besonderheiten geht die Blasenströmung bei entsprechend hoher Gasproduktion in Richtung Zellenkopf in eine Schaumzone über. Die Nachbildung einer Elektrodenreaktion mit Gasentwicklung wird durch die katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid an Platin realisiert. Anhand von axialen Gasgehaltsverteilungen werden die Strömungsverhältnisse in zwei Versuchsanordnung beschrieben. Die zylindrische Versuchszelle mit einem Innendurchmesser von 52 mm und einer Höhe von 1,2 m besitzt als Katalysator ein zentral angeordnetes, platinbeschichtetes Titanrohr von 16 mm Außendurchmesser. Die Versuchszelle mit rechteckigem Querschnitt wurde zur weiteren Annäherung an die originalen Elektrolysezellen aufgebaut. Die beide Anordnungen stehen bei gleicher Arbeitshöhe in einem Volumenverhältnis von 1:3, wodurch Aussagen zum Scale-up möglich werden. Die rechteckige Versuchszelle verfügt über einen gerippten Katalysator, der die originale Gestalt der Elektrode annähernd wiedergibt. Durch die Konzentration der Wasserstoffperoxids im Feedstrom und durch die Prozeßtemperatur wird der gewünschte Gasvolumenstrom eingestellt. Der volumetrische Gasgehalt und das axiale Gasgehaltsprofil werden mittels über die Zellenhöhe angeordneten Differenzdruckaufnehmern gemessen. Bei kleinen Gasbelastungen dominiert der Bereich der Kleinblasenströmung (Gasgehalte < 60%). Der volumetrische Gasgehalt steigt zunächst annähernd linear mit der Säulenhöhe an. Hiernach geht die Kurve in einen degressiven Verlauf über, der für eine heterogene Blasenströmung mit konstanter Schwarmaufstiegsgeschwindigkeit charakteristisch ist. Innerhalb der Schaumzone, bei Gasgehalten von ca. 60% bis ca. 70% bildet sich ein Plateau im axialem Gasgehaltsprofil heraus. Hier wird der Mehreintrag an Gas durch die Zunahme der Blasenauftriebsgeschwindigkeit infolge von Koaleszenzereignissen ausgeglichen. Im Zellenkopf ist ein weiterer Anstieg des Gasgehalts auf Werte bis zu 84 % zu verzeichnen. Bei gleicher Zellenleistung werden in der flachen Zelle kleinere Gasgehalte erhalten als in der zylindrischen Anordnung. Dieses Verhalten wird auf die durch die Jalousieform des Katalysators bedingte bimodale Blasengrößenverteilung der Primärblasen zurückgeführt. Mittels Gammadensitometrie wurde in der flachen Zelle das Gasgehaltsprofil senkrecht zum Katalysator gemessen. Entgegen dem visuellen Eindruck bleibt der Gasgehalt entlang der Zellentiefe konstant. Der in unmittelbarer Nähe des Katalysators erwartete Gasgehaltsgradient konnte wegen konstruktiver Begrenzungen nicht beobachtet werden. Riser- und Downcomerzone der Zirkulationsströmung der Flüssigkeit wurden mit LDA-Messungen nachgewiesen.

We studied the influence of humic acid (HA) on the uranium(VI) sorption onto the rock material phyllite and onto its main mineralogical constituents quartz, muscovite, chlorite, and albite at an ionic strength of 0.1 M in the pH range of 3.5 to 9.5 under aerobic conditions. The uranium(VI) concentration was 1·10-6 M and the HA concentration was 5 and 60 mg/L, respectively. The mass loading was 12.5 g/L. Furthermore, we studied the uranium and HA sorption on ferrihydrite (3·10-4 M Fe) and compared the results to the sorption behavior of phyllite. The study showed that the uranium sorption onto phyllite and onto its mineralogical constituents is influenced by the pH-dependent sorption behavior of the HA. Due to high HA sorption onto the solids in the acidic pH range the uranium uptake is enhanced compared to the uranium uptake in the absence of HA. A high concentration of dissolved HA in the near-neutral pH range may reduce the uranium sorption due to formation of aqueous uranyl humate complexes. Furthermore, we could show that the high uranium and HA sorption on phyllite is primarily caused by minor amounts of the secondary mineral ferrihydrite that is formed due to weathering of phyllite. Thus, the ferrihydrite predominates the contributions of the main minerals quartz, muscovite, chlorite, and albite, that are naturally present in the rock material phyllite.

FOREWORD

The microstructural evolution of reactor pressure vessel (RPV) steel effected by neutron irradiation is not yet sufficiently understood. The issue, however, is highly relevant for a safe operation of nuclear power plants (NPP).
Investigations have been performed by the methods of analytical high-resolution transmission electron microscopy (AHRTEM), the small angle neutron scattering (SANS) and the anomalous small angle X-ray scattering (ASAXS). The materials selected represent two different state-of-the-art products of VVER-type RPV steels.
One material is typical for the first VVER-440/230 generation and has a quite high content of impurities. The second material consists of surveillance specimens manu factured by Skoda Pilsen for the VVER 440/213 NPP in Paks (Hungary). The materials were irradiated to fluences of 7 to 14x1023 n/m2 (E > 1 MeV) within a high flux channel of the VVER prototype VVER-2 in Rheinsberg (Germany), or in the surveillance position of the Paks NPP, respectively. Whereas the detection of irradiation-induced precipitates by AHRTEM was not successful in every case, SANS showed an increase in the scattering intensity after irradiation, which could be interpreted as caused by a bimodal size distribution of irradiation-induced precipitates. A high first peak of the distribution appears at a radius of the precipitates of 1 to 2 nm. This peak disappears after annealing and is especially high but also thermally unstable for charges with high copper content. ASAXS measu rements prove that these precipitates are vanadium rich. There is a clear correlation between the integral of the sieze distribution within the range of the first peak of the distribution curve and the hardness. The correlation is independent of the treatment or the fluence. This shows the fine-dispersed nano-scale precipitates are the reason of the irradiation hardening.

In dickwandigen Teilen aus den Druckbehälterstählen ASTM A533 B Cl. 1, 15CrMoV2 und 15CrNiMo2 wurde die Tiefenlagenabhängigkeit der Zähigkeit mit Kerbschlagbie geversuchen und mit quasistatischen 3-Punkt-Biegeversuchen an ermüdungsangeris senen Proben in Charpy-V-Geometrie nach dem ¿master curve¿-Konzept nach Wallin bestimmt. In bestimmten Tiefenbereichen treten Anomalien im Verlauf der Tiefenlagenabhängigkeit der mit den genannten Methoden ermittelten Übergangstemperaturen auf. Eine eingehendere Analyse zeigt, dass die Streuungen in den Zähigkeitskennwerten bimodal verteilt sind. Als Ursache werden Seigerungslinien ausgewiesen, in denen vorzugsweise der Kohlenstoffgehalt angereichert ist. Als Folge dessen entsteht in diesem Bereichen ein deutlich härteres, martensitisches Gefüge.
Die Lage der Linien relativ zur Rissspitze bestimmt die Bruchzähigkeit und damit die Referenztemperatur To nach dem ¿master curve¿-Konzept. Im Charpy-Kerbschlagbie geversuche ist eine derartige eindeutige Zuordnung nicht nachzuweisen.

The irradiation-induced microstructural changes in surveillance materials of the VVER
440-type weld metal Sv-10KhMFT were investigated by small angle neutron scattering
(SANS) and anomalous small angle X-ray scattering (SAXS). Due to the high fluence
a strong effect was found in the SANS experiment. No significant effect of the irradiationis detected by SAXS. The reason of this discrepancy is the different
scattering contrast of irradiation-induced defects for neutron and X-rays. An analysis
of the small angle X-ray scattering shows that the scattering intensity is mainly caused by vanadium-containing precipitates and grain boundaries. Both types of scattering defects are hardly changed by irradiation. Neutron irradiation rather produces additional scattering defects of few nanometers in size. Assuming these defects are clusters containing copper and other foreign atoms with a composition according to results of atom probe field ion microscopy investigations, both the high SANS and the low SAXS effect can be explained.

The knowledge about properties of the anisotropic turbulence in liquid metal flows exposed to an external magnetic field is essential for several technological applications such as the concept of a self-cooled liquid metal blanket for thermonuclear fusion reactors or the electromagnetic brake in metallurgical processes, but also of basic interest for turbulence research. Flow arameters like pressure drop and heat transfer rate are essentially determined by the interaction between the external magnetic field and the liquid metal flow. Several experimental studies [1-3] revealed that the application of a magnetic field leads not exclusively to a suppression of the turbulent perturbations. Velocity fluctuations remain and demonstrate a distinct anisotropy of the MHD turbulence showing a tendency to become two-dimensional. The properties of the local mass transfer are strongly
governed by the anisotropic character of the flow [4,5]. In this context a number of questions arises regarding the origin, the decay time or the size of the turbulent elements. A typical feature of the two-dimensional turbulence is that the energy becomes concentrated in organised large scale fluctuations. This fact ensures an intensive heat transfer on longer distances. Because of the anisotropy of the electromagnetic dissipation term vortices will be scarcely damped over long distances if their axes are aligned with the magnetic field lines [6]. For practical applications it is important to identify possibilities to promote the formation of such quasi-two-dimensional vortices in order to control the heat or mass transfer rate of the flow. It is well-known that the mentioned perturbations can be generated by rather specific means, for example, mechanical inserts or electrical currents between definitely arranged electrodes, etc..
In our experiments we force the turbulence intensity by mechanical means employing a grid of cylindrical bars or flat stripes. Due to the favourable material properties of the used liquid sodium we are able to extend the measurements into the region of high interaction parameters. In this way the obtained results complement the already existing knowledge about the two-dimensional MHD turbulence. The results concerning the measured turbulence intensity as a function of the interaction parameter N and the corresponding power spectral densities will be presented. Electrical potential probes were used to determine the velocity fluctuations. The measurements took place in two different test sections allowing either the variation of the axial distance between the turbulence promoter and the probe or the installation of special channel inserts in order to suppress the generation of the M-profile of the local velocity and to decrease the wall conductance ratio. The results obtained in both test sections will be compared and the influence of the altered boundary conditions onto the turbulent structure of the flow will be discussed.

In the direct melt extraction process a quickly rotating wheel draws fibres out of a liquid metal pool which may contain any pure metal or alloy. One common application of such fibres is the production of highly porous metallic substrates, which, in the case of Ni-Al is ideally suited to serve as a highly heat- and corrosion-resistant catalyst carrier. But this demands the fibres to have diameters in the range of 50 to 100 microns and a small width distribution of their cross section. The main limitations of this process are due to turbulence within the melt and a wavy motion on the surface which both inhibit to fulfil these requirements.
Many patents are concerned with the stabilisation of the melt pool or at least of the contact region between metal surface and the extraction wheel. They propose submersing mechanical parts directly into, or placing them at least in close vicinity to the melt to avoid the non-stationary conditions produced by the turbulence within the liquid metal pool. Even made of heat resistant ceramics they suffer from corrosion or cracks and do not work reliable at all. The present work describes a non invasive control mechanism by means of magnetic fields of different strength and orientation. They can be applied either globally to damp the flow within the whole melt volume or locally to the meniscus region where the fibre is formed, to reach higher Lorentz forces in this very sensitive region. Model experiments (In-Ga-Sn, liquid at room temperature; no extraction) with global stabilisation were carried out to study the calm down of the turbulent surface of an inductively stirred melt. In a second setup the influence of this globally applied field on the fibres have been investigated (low melting Sn-Pb). Though the otherwise wavy surface was damped down to a nearly mirror-like plane the goal of significant smaller fibre cross-section was not reached by the global stabilisation alone. The clearly observable positive tendency towards smaller fibres is presently investigated with two series of model experiments with local stabilisation. The smaller volume which needs to be magnetised allows for a 5 times stronger field which can be achieved either by rare earth permanent magnets or a concentration of the globally applied field with magnetic field guides.

Electromagnetic levitation is a well-known technique for containerless processing of metals and alloys both in the solid and in the molten state. In experiments the levitated bodies often times show different types of instabilities resulting in a rotating and oscillating motion of the sample. In the paper we analyze the physical reasons for such spontaneous instabilities, and conclude on possible measures against it. The first type of instability considered is that due to possible coupling between the electric current passing through the magnetic system and the variation of position of the levitated body. It is shown that oscillatory motion of the body may be unstable if the electric power supply regime permits the electric current passing through the magnetic system to vary depending on its effective inductance. Another type of instabilities may occur because of the coupling between the motion of the body and the electric currents induced in the body itself. This effect may cause a spontaneous spin-up of the spherical body, occuring if the magnetic field frequency exceeds a certain critical threshold depending on the configuration of the field. It is shown that this type of linear instability may be completely suppressed by imposing a steady magnetic field of a strength comparable to that of the oscillating one. As a third type of instability we consider small vibrations of the spherical body occuring due to the finite diffusion time of the magnetic field into the body resulting in a delay of the induced currents with respect to the body position. Again, such vibrations may occur if the non-dimensional field frequency exceeds some specific threshold. This threshold and the
underlaying mechanism will be explained. The theoretical predictions are verified by model experiments using solid Al or Mg spheres. These instabilities can obviously be avoided by system parameters below the corresponding non-dimensional reshold. If this is not possible in reality, an active damping method using DC magnetic fields has been developed, too. The DC field can either be produced by permanent magnets or by an electromagnetic superposition to the levitation coils. Experiments will be shown demonstrating the stabilization effect due to the DC magnetic fields.

Vertical two-phase flow is normally classified into the four basic flow regimes bubble, slug, churn and annular flow. The transition between the different flow regimes does not occur suddenly and many extensions of this classification can be found in literature. For the prediction of flow patterns empirical and theoretical flow pattern maps have been developed.
A new criterion is presented for the transition between bubble and slug flow which is based on local instantaneous conductivity measurements with a wire mesh sensor (1 kHz that means 1000 frames per second, 242 measuring points in a tube cross section area). The high resolution allows the calculation of particle size distributions.
The transition from homogeneous bubble flow to heterogeneous bubble flow is indicated by the appearance of a bimodal bubble size distribution. If the equivalent bubble diameter exceeds the tube diameter the transition from bubble to slug flow occurs. The new criterion is compared with different empirical (Govier & Aziz, Weisman & Kang) and theoretical flow maps (Taitel, Bornea & Dukler, Ishii & Mishima) and shows a good agreement.

The SWR1000 is a new innovative boiling water reactor concept, which is developed by Siemens AG. This concept is characterized in particular by passive safety systems (e.g. four emergency condensers, four building condensers, eight passive pressure pulse transmitters, six gravity-driven core flooding lines). In the framework of BWR Physics and Thermohydraulic Complementary Action (BWR-CA) to the EU BWR R&D Cluster emergency condenser tests were performed by Forschungszentrum Jülich at the NOKO test facility. In this paper post test calculations with ATHLET are presented, which aim at the determination of the removable power of the emergency condenser and its operation mode. The 1D thermal-hydraulic code ATHLET was extended by the module KONWAR for the calculation of the heat transfer coefficient during condensation in horizontal tubes. In addition, results of CFD-calculations using the code CFX-4 are presented, which investigate the natural convection during the heat up process at the secondary side of the NOKO test facility.

In many technologies such as the refinement of metallic melts the injection of gas bubbles is used to drive some liquid motion, enhance transport processes or to control the rate of chemical reactions. The resulting flow structure strongly depends on two phase flow parameters such as bubble size, bubble distribution or the local void fraction. Magnetic fields can be used to control the characteristics of a liquid metal bubbly flow.
We present experimental investigations of the bubble formation in heavy liquid metals as well as the influence of external magnetic fields on the turbulent dispersion of gas bubbles and the slip ratio in liquid metal bubbly flows, respectively.

a) Bubble formation
If gas bubbles are injected into a liquid metal characterised by a large surface tension one should be care to get a good wetting between the fluid and the surface of the gas injector. Otherwise, the gas would try to spread out along this interface to form gas layers. A control of the bubble size and formation rate becomes difficult. The comparison between experiment and theoretical models describing bubble formation processes requires an ideal wetted gas injector.
The bubble formation in mercury and the eutectic alloy InGaSn has been studied by means of several methods of gas injection, for instance through single orifices or injectors made from sintered metals with a mean porosity of a few microns. X-ray measurements have been used to directly observe the resulting gas bubbles rising in the liquid metal. In the case of an single orifce the influence of electromagnetic forces on the bubble frequency has been demonstrated.

b) Turbulent bubble dispersion, slip ratio
The transport properties of small argon bubbles have been studied in turbulent upwards channel flows of sodium and mercury. The bubbles were injected by a single orifice located in the centre of the channel cross section. After a distinct distance the local void fraction and the bubble velocity has been measured by means of electrical resistivity probes. The flow has been exposed to external magnetic fields directed transverse or longitudinal to the mean flow direction.
We will present and discuss measuring results showing the effect of the magnetic field strength and direction on the horizontal gas distribution and the ratio between gas and liquid velocity.