bericht uber die tätigkeit der institute und abteilungen im jahre 1974

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BERICHT UBER 

DIE TÄTIGKEIT DER 

INSTITUTE UND ABTEILUNGEN 

IM JAHRE 1974 

Gesellschaft für Kernforschung m. b. H. Karlsruhe 

I KFK 2150 I

Druck und Herstellung sowie Vorbehalt aller Rechte fUr diesen Bericht 

GESELLSCHAFT FüR KERNFORSCHUNG MBH KARLSRUHE 

Februar 1975

BERICHT ÜBER 

DIE TÄTIGKEIT DER 

INSTITUTE UND ABTEILUNGEN 

IM JAHRE 1974 

Gesellschaft für Kernforschung m. b. H. Karlsruhe 

I KFK 2150 I

Vorwort 

Mit dem Bericht über die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der Institute und 

Abteilungen legt die Gesellschaft für Kernforschung den nach § 13,4 ihres Gesell 

schaftsvertrages geforderten wissenschaftlichen Jahresbericht über das vorausge 

gangene Geschäftsjahr vor. Er ist auf Wunsch des Wissenschaftlich-Technischen 

Rates und der Mitarbeiter nach Organisationseinheiten gegliedert. Die jeweiligen 

Beiträge dazu sind von den Instituten und Abteilungen in eigener Verantwortung 

erstellt worden. Sie sind auch einzeln durch Sonderdrucke über die Institutslei 

tungen zu beziehen. 

Der vorgelegte Bericht führt in erster linie Nachweis über den Einsatz von Organi 

sationseinheiten sowie deren Beiträge zum Forschungsprogramm der Gesellschaft 

für Kernforschung. Er dient als Entscheidungshilfe für den Aufsichtsrat bei der 

Bewertung von Einzelvorhaben im F+E-Programm sowie als Informationsquelle 

für unsere zu Mitbestimmungsgremien wahlberechtigten Mitarbeiter. Um die Ver 

antwortlichkeiten für Einzelleistungen zu betonen, wurde dieses Jahr erstmals 

jeder Vorhabensbeschreibung eine Namensliste der unmittelbar Beteiligten ange 

fügt. 

Für die Beurteilung der Gesellschaft als Ganzes wird nach den Beschlüssen des 

Aufsichtsrats und des Wissenschaftlich-Technischen Rates in der zweiten Jahres 

hälfte ein vom Vorstand zu erstellender Bericht erscheinen, der nach Aufgaben 

und Schwerpunkten gegliedert ist. Er wird Rechenschaft über den Fortgang der 

Arbeiten an den im Programmbudget mittelfristig genannten Zielen ablegen. 

Karlsruhe, Februar 1975 

Gesellschaft für Kernforschung mbH 

Vorstand und Wissenschaftlich-Technischer Rat

Institut für Angewandte Kernphysik (IAK) •••••••••••••••••••••••••• 

Inhalt 

Seite 

2 Institut für Angewandte Systemtechnik und Reaktorphysik (IASR) •••• 19 

3 

4 

Institut für Experimentelle Kernphysik (IEKP) 

••••••••••••••••••••• 

Institut für Neutronenphysik und Reaktortechnik (INR) ••••••••••••• 

5 Institut für Kernverfahrenstechnik (IKVT) ••••••••••••••••••••••••• 101 

6 Institut für Material- und Festkörperforschung (IMF) •••••••••••••• 111 

7 

8 

9 

Institut für Reaktorbauelemente (IRB) 

Institut für Reaktorentwicklung (IRE) 

Institut für Heiße Chemie (IHCH) 

••••••••••••••••••••••••••••• 

••••••••••••••••••••••••••••• 

•••••••••••••••••••••••••••••••••• 

10 Institut für Radiochemie (IRCH) ••••••••••••••••••••••••••••••••••• 191 

12 Institut für Strahlenbiologie (IStB) •••••••••••••••••••••••••••••• 207 

13 Institut für Datenverarbeitung in der Technik (IDT) ••••••••••••••• 213 

14 Schule für Kerntechnik (SKT) •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 219 

15 Abteilung Reaktorbetrieb und Technik (RBT) •••••••••••••••••••••••• 221 

19 Abteilung 

20 Abteilung 

21 Abteilung 

22 Labor für 

23 Labor für 

für Datenverarbeitung und Instrumentierung (ADI) •••••••• 252 

Strahlenschutz und Sicherheit (ASS) ••••••••••••••••••••• 263 

Behandlung Radioaktiver Abfälle (ABRA) •••••••••••••••••• 271 

Isotopentechnik (LIT) ••••••••••••••••••••••••••••••••••• 283 

Filtertechnik (LFT) ••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 293 

24 Medizinische Abteilung (Med) •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 297 

Veröffentlichungen der Projekte ••••••••••••••••••••••••••••••••••• 300 

45 

81 

141 

153 

171

Institutsvorhaben 

Inhaltsübersicht nach Arbeitsgebieten 

Niederenergiephysik ••••••••••••••••••••••••••••••••• IAK, IEKP, INR, 

Zykl 

Hochenergiephysik ••••••••••••••••••••••••••••••••••• IEKP 

Nukleare Festkörperforschung •••••••••••••••••••••••• IAK, IMP, IRCH 

Kern- und Strahlenchemie •••••••••• e ••••••••••••••••• IHCH, IRCH 

Nukleare Biologie ••••••••••••••••••••••••••••••••••• IStB 

Strategiestudien •••••••••••••••••••••••••••••••••••• IASR 

Reaktorentwicklung •••••••••••••••••••••••••••••••••• INR, IMF, IRB, IRE 

Brennstoffkreislauf ••••••••••••••••••••••••••••••••• IKVT, IHCH, IRCH, 

ABRA, lDT 

Isotopentechnik ••••••••••••••••••••••••••••••••••••• IRCH, INR, LIT 

Behandlung und Lagerung radioaktiver Abfälle •••••••• ABRA 

Strahlenschutz, Umweltüberwachung ••••••••••••••••••• ASS 

Nukleare Meßtechnik ••••••••••••••••••••••••••••••••• 

Fusionsreaktoren •••••••••••••••••••• ••. 0 ••••••••••••• 

IAK, IEKP, INR, Zykl, 

LIT, ADI 

IKVT, IEKP, IMF, INR 

DV-Anwendungen •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• IASR, IRE, IDT, ADI 

Tieftemperaturtechnologie ••••••••••••••••••••••••••• IEKP 

Technologie der Werkstoffe und der Fertigung •••••••• IAK, IMF 

Umweltschutz und Umweltgestaltung ••••••••••••••••••• IAK, IRCH, IHCH,IASR, 

Projekte 

Proj ekt Schneller Brüter ••• •.•••••••••••••••••••••••• IAK, IASR, INR, 

IRB, IRE, IHCH, 

RBT, ADI 

IMF, 

IRCH, 

Projekt Spaltstoffflußkontrolle ••••••••••••••••••••• IAK, IASR, INR, IRCH 

Projekt Actiniden ••••••••••••••••••••••••••••••••••• IHCH, IRCH, IMF, IAK, 

INR, LIT, RBT, ASS 

Projekt Nukleare Sicherheit ••••••••••••••••••••••••• IASR, INR, IMP, IRB, 

IRE, IHCH, IRCH, RBT, 

ASS, ADB, Bau, LFT 

Projekt Wiederaufarbeitung und Abfallbehandlung ••••• LFT, IASR, IHCH, IRCH, 

IDT, ABRA

Das Institut für Angewandte Kernphysik, das in zwei 

wissenschaftliche Bereiche, eine wissenschaftlich 

technische Infrastruktur und eine Abteilung für den 

Betrieb und die Weiterentwicklung des Karlsruher 

Isochronzyklotrons gegliedert ist, verfolgt zur Zeit 

grundlagen- und anwendungsorientierte Arbeiten auf den 

beiden Gebieten 

- Nukleare Festkörperphysik 

- Kernphysik. 

Im Bereich der Nuklearen Festkörperphysik werden die 

Themenkreise Neutronenstreuung, Magnetismus und 

Ioneneinpflanztechnik bearbeitet. Mit Hilfe der Neu 

tronenstreutechnik werden Untersuchungen der atomaren 

Bewegungsvorgänge und der chemischen Bindung in Fest 

körpern und Flüssigkeiten durchgeführt. Von be 

sonderem Interesse sind z. Zt. die Gitterdynamik der 

Hochtemperatursupraleiter und der eindimensionalen 

Festkörpersysteme sowie die Dynamik der flüssigen 

Metalle. Bei den magnetischen Systemen stehen die 

Verbindungen und Legierungen der Übergangsmetalle im 

Vordergrund. Auf dem Gebiet der Ioneneinpflanztechnik 

stehen Fragen der Herstellung neuer supraleitender 

Materialien und Fragen der Strahlenschädigung im 

Mittelpunkt des Interesses. 

Im Bereich der anwendungsorientierten kernphysikali 

schen Arbeiten werden als Grundlage für die Auslegung 

schneller Reaktoren im Rahmen des Projektes 

Schneller Brüter Neutronenwirkungsquerschnitte be 

stimmt. Als Beitrag zum Projekt Spaltstoffflußkon 

trolle werden zerstörungsfreie Methoden zur Be 

stimmung von spaltbarem Material entwickelt. Bei den 

Grundlagenvorhaben stehen Untersuchungen von Kern 

reaktionen im Vordergrund, die durch Neutronen oder 

geladene Teilchen induziert werden. 

Das Zyklotronlaboratorium hat die Aufgabe, das 

Karlsruher Isochronzyklotron zu betreiben und ent 

sprechend den Anforderungen der Benutzer weiterzu 

entwickeln. 

Am 31. 12. 1974 beschäftige das Institut ohne das 

Zyklotronlaboratorium 89 Mitarbeiter, davon 47 Aka 

demiker, 12 Ingenieure und 30 sonstige Mitarbeiter. 

Dazu kamen 4 Gäste und 6 Doktoranden. Für Betrieb und 

Weiterentwicklung des Zyklotrons waren 43 Mitarbeiter, 

davon 5 Akademiker, 6 Ingenieure und 32 sonstige Mit 

arbeiter tätig. 

-1- 

INSTITUT FüR ANGEWANDTE KERNPHYSIK 

(IAK) 

Leitung: Priv.-Doz. Dr. G. Schatz, NN

1810.1/2 Untersuchungen zur Struktur und Dynamik von 

Flwl 

kondensierter Materie 

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist das Studium des dy 

namischen Verhaltens und der chemischen Bindung von 

Festkörpern und Flüssigkeiten. Mit den Methoden der 

Neutronenstreuung werden Phononendispersionen und 

Phononenzustandsdichten von Festkörpern und Streuge 

setze von Flüssigkeiten bestimmt. Die experimentellen 

Arbeiten werden am FR2 in Karlsruhe und am HFR in 

Grenoble durchgeführt. Im Mittelpunkt stehen zur Zeit 

Untersuchungen an Metallen und intermetallischen Ver 

bindungen, vor allem an supraleitenden Materialien. 

Als Beitrag zum besseren Verständnis der Bedeutung der 

Gitterdynamik für die supraleitenden Eigenschaftenvon 

Hochtemperatur-Supraleitern werden Untersuchungen zur 

Bestimmung von Phononendispersionen und Phononenzu 

standsdichten an intermetallischen Verbindungen mit 

A-15 Struktur und Harts toffen (Karbide und Ni tride von 

Übergangsmetallen) durchgeführt. Bei den A-15 Verbin 

dungen wurde im Berichtsjahr vor allem das Temperatur 

verhalten der Phononenzustandsdichten von Vanadium 

und Niobverbindungen mit Elementen der 3. und 4. Haupt 

gruppe untersucht (7288, 7289). Hierzu wurden an Nb 3 Sn, 

Nb 3 Al, V 3 Ga und V 3 Ge Vergleichsmessungen bei 297 K, 

77 Kund 5 K durchgeführt. Es wurde ein anomal starkes 

Absenken der Phononenfrequenzen mit abnehmender Tem 

peratur nahezu im gesamten Bereich der Frequenzspek 

tren beobachtet, wobei die Frequenzverschiebungen um 

so größer sind, je höher die supraleitende Übergangs 

temperatur der untersuchten Verbindung ist. 

Abb. 1 

0.10 2.0 

Nb 3 Sn : Temperaturabhängigkeit der Phononen 

zustandsdichten. Vergleich mit der Tunnel 

dichte (Shen) zur Bestimmung der Elektron 

Phonon Kopplungsfunktion a 2 (w) 

Zum Studium des Einflusses der chemischen Zusammen 

setzung auf die Phononenspektren von Niobkarbid wurden 

Messungen der akustischen Phononendispersion an einem 

Einkristall der Zusammensetzung NbC. 89 (Tc = 4 K) 

durchgeführt. Wie beim nicht supraleitenden NbC.76 

-2- 

wurde bei den longitudinalen Zweigen eine ausgeprägte 

Verbreiterung der Phononenlinien in bestimmten Be 

reichen der Brillouinzone gefunden. Dagegen zeigen die 

transversalen Zweige einen sehr ähnlichen Verlauf wie 

beim stöchiometrischen Niobkarbid. Erste Untersu 

chungen deuten darauf hin, daß Form und Schwerpunkt 

der Phononenlinien in den Bereichen starker Deforma 

tion der Dispersionskurven nicht nur vom Wellenzahl 

vektor des Phonons, sondern auch vom Gesamtimpuls 

übertrag abhängen. Zur Zeit wird versucht, die Meßer 

gebnisse mit einem Doppelschalenmodell zu beschreiben 

Für einen Vergleich mit der aus Tunnelmessungen ge 

wonnenen Eliashbergfunktion (vergi. 2106. I) wurde der 

akustische Teil der Phononenzustandsdichte von nahezu 

stöchiometrischem Niobkarbid mit wesentlich verbes- 

serter Auflösung neu bestimmt. An einem Titankarbid 

Einkristall der chemischen Zusammensetzung TiC. 95 wur 

den Messungen der Phononendispersion begonnen. Bisher 

konnte der größte Teil der akustischen Zweige in den 

Hauptsymmetrierichtungen bestimmt werden. 

Die Messungen der akustischen Phononenzweige des ein 

dimensionalen Leiters Kaliumtetracyanoplatinat wurden 

fortgesetzt und auf Untersuchungen der Temperaturab 

hängigkeit der Phononenfrequenzen sowie der in Ver 

bindung mit dem übergang zur Peierls-Phase auftreten 

den kritischen Streuung erweitert (7294, 7296, 7410, 

7472, 7553, 8047, 8048). Es zeigte sich, daß die bei 

Raumtemperatur auftretende sehr ausgeprägte Kohn 

Anomalie in der Peierls-Phase bei 90 K deutlich redu 

ziert ist. Zur Klärung widersprüchlicher Aussagen 

früherer Röntgen-Strukturuntersuchungen wurden Mes 

sungen mittels elastischer Neutronenstreuung an einem 

deuterierten Einkristall durchgeführt. Die Auswertung 

der Meßergebnisse unter Verwendung von Röntgendaten 

in Zusammenarbeit mit dem MPI für Festkörperforschung 

Stuttgart führte zu einer zuverlässigen Bestimmung der 

positionen des Kristallwassers. Als Vorbereitung für 

geplante Neutronenstreuexperimente wurde eine Appara 

tur zur Präparation von Polyschwefelnitrid (SN)n sowie 

zur Züchtung von Einkristallen aufgebaut. Untersu 

chungen zur elektrischen Leitfähigkeit deuten darauf 

hin, daß (SN)n ähnliche eindimensionale Eigenschaften 

wie Kaliumtetracyanoplatinat zeigt. 

Die Untersuchungen zur experimentellen Bestimmung von 

Phononenzustandsdichten kohärenter Streuer mit spe 

zieller Anwendung auf die Elemente Arsen, Antimon und 

Wismut wurden zum Abschluß gebracht (7555, 7284). Die 

1972 begonnenen Messungen der Phononendispersionenvon 

Wismut-Antimon Legierungen wurden an den Systemen 

Bi. 92 Sb O . 8 und Bi. 8 Sb. 2 fortgesetzt. Ergänzend zu 

diesen Untersuchungen wurden Messungen des Streuge 

setzes an einer polykristallinen Probe zur Bestimmung 

der quasi-lokalisierten Antimon-Schwingungen durchge 

führt.

1811.1/2 Untersuchungen zur Elektronenstruktur von 

Festkörpern 

Ziel des Vorhabens ist das Studium der Elektronen 

struktur von Festkörpern. Mit Hilfe nuklearer Methoden 

wie Neutronenstreuung, Mößbauerspektroskopie und Kern 

resonanzmessungen mit neutronenaktivierten Kernen wer 

den vorwiegend lokale elektronische Strukturen und 

ihre Dynamik untersucht. Von besonderem Interesse sind 

dabei Fehlstellen in Kristallen und ungeordnete 

Systeme. 

Die Untersuchungen zur Bestimmung der atomaren und ma 

gnetischen Nahordnung in Legierungen der Übergangs 

metalle durch diffuse Neutronenstreuung wurden an 

Ni-Mn Einkristallen fortgeführt. Messungen mit hoher 

Energieauflösung, u.a. zur Analyse kritischer Fluktua 

tionen in Ni-Mn Legierungen, wurden mit dem an der 

kalten Quelle des FR2 neu aufgebauten Spektrometer 

durchgeführt. 

In Zusammenarbeit mit dem Physikalischen Institut der 

Universität Frankfurt wurden Kristallfeldaufspaltungen 

in den Legierungen ErAl 2 und Prln 3 bestimmt. Für ErAl 2 

ergab sich dabei ein gegenüber früheren Untersuchungen 

neues Termschema. 

Im Rahmen der Untersuchungen von magnetischen Halblei 

tern und von Nichtmetall-Metall-Übergängen wurden die 

Arbeiten mit der Mößbauerspektroskopie an 61 Ni in 

Nickelsulfid (Ni S, 0.965< y < I; NiAs-Struktur) abgey-schlossen 

(7282, 7340, 7545). Im Berichtsjahr wurden 

'k' 'd(' 0.01) wurden auch für T> 31 Kzwei 

Komponenten mit verschiedenen magnetischen Hyperfein 

feldern gefunden, deren Intensitätsverhältnis bei ge 

gebener Temperatur von der Konzentration 0, bei gege 

benem 0 aber auch von der Temperatur abhängt. Die Un 

tersuchungen zur Klärung dieses Verhaltens werden 

fortgeführt. 

-3- 

In pseudobinären Verbindungen Nil_oCuOSI.93 wurden mit 

zunehmendem 0 ähnliche Veränderungen der Hyperfein 

wechselwirkungen gefunden wie in Ni l _ o S I . 9 . Dieses Re 

sultat, das in übereinstimmung mit den Ergebnissen 

makroskopischer Untersuchungen steht, läßt sich durch 

eine gleichwertige Auswirkung von Cu-Ionen und Ni-leer 

stellen auf die Elektronenstruktur deuten. Weitere Mes 

sungen wurden am System NiS 2 _ x Se x begonnen. Hier wird 

besonders der im Konzentrationsbereich um x 'I> 0.5 auf 

tretende übergang von einem halbleitenden in einen me 

tallischen Zustand untersucht. 

Gemeinsam mit dem Institut für Kristallographie der 

Universität Tübingen wurden magnetische Strukturunter 

suchungen mit Neutronenbeugung und Messungen der Hyper 

feinwechselwirkungen durch Mößbauerspektroskopie mit 

61. d 57 F b' ( . III F IU Al F ) 

N1 un e an We er1ten Na 2 N1M 7;}1 = ,e, Cr 

durchgeführt. Mit der Substitution verschiedener drei 

wertiger Ionen wurden bei gleicher atomarer Struktur 

Unterschiede der magnetischen Ordnungstemperatur, der 

magnetischen Struktur, der magnetischen und der elek 

trischen Hyperfeinwechselwirkung gefunden, aus denen 

Rückschlüsse auf die Wechselwirkungen zwischen den 

verschiedenen magnetischen Ionen gezogen werden kön- 

nen. 

Die Kernresonanz-Experimente an neutronenaktivierten 

ß-Strahlern wurden gemeinsam mit einer Gastgruppe des 

I. Physikalischen Institutes der Universität Heidelberg 

fortgesetzt. In den Ferroelektrika LiNb0 3 und LiTa0 3 

8 . 8 . 

wurde durch L1-NMR das Quadrupolmoment von L1 be- 

stimmt. (Phys. Letters 52B, (1974) 54). Die Struktur 

von Strahlenschäden, die der (n,y)-Aktivierungsprozeß 

erzeugt, wurde in verschiedenen Kristallen untersucht. 

In CaF 2 konnten durch Bestimmung der Feldgradienten 

die Endplätze (n,y)-aktivierter Fluorkerne klassifi 

ziert werden. 

Die Weiterentwicklung von Verfahren zur Herstellung 

von Einkristallen, die für Untersuchungen im Rahmen 

der Forschungsvorhaben des Instituts benötigt werden, 

wurde verstärkt fortgesetzt. Für Messungen der 

Phononendispersion (vergI. 1810.1/2) wurden BiSb-, 

TiC- und NbC-Einkristalle mit verschiedenen Konzentra 

tionen hergestellt. Für Untersuchungen der Spindichte 

verteilung und Magnonendispersion durch Neutronenstreu 

ung gelang erstmals die Züchtung von hinreichend gros 

sen Einkristallen im Konzentrationsbereich 5 bis 

20 % Mn. 

Dr. J. Fink 

Dr. P. v. Blanckenhagen 

Dr. G. Czjzek 

Dr. G. Heger (Gast) 

Dr. M. Morariu (Gast)

Abb·3 

Querschnitt 

durch die 

Röhre KARIN 

] .Targetelektrode; 2.Beschleunigungselektrode(-200 kV); 

3. Ringionenquelle mit Ringelektrode (-10 kV); 

4. Radialfeldelektromagnet; 5.Glasisolatordurchführung 

für Hochspannung; 6.Ölhaube mit Targetkühlleitung und 

Kabelanschluß; 7.Neutronen-Kollimator 

sehen Hohltargets, auf das ein Ionenstrahl aus Deute 

rium und Tritium aus einer Ringionenquelle radial nach 

innen beschleunigt wird. Durch Reaktionen der eindrin 

genden schnellen D- und T-Ionen mit den dort in hoher 

Konzentration vorhandenen D- und T-Atomen entsteht 

eine zylindrische Flächenquelle schneller Neutronen, 

deren Innenraum für Bestrahlungen in einern nahezu iso 

tropen, gleichmäßigen Fluß für Materialproben und Ak 

tivierungsanalyse zugänglich ist. 

1974 konnte anhand einer mit Deuterium allein betrie 

benen Prototypröhre mit einern neuen Hochspannungs 

isolator und nach Entwicklung eines neuartigen Scandi 

umtargets erstmals die Betriebssicherheit und Zuver 

lässigkeit des Systems in einern Dauertest über 150 h 

demonstriert werden. Die nach mehreren Methoden be 

stimmte Ausbeute an 2,5 MeV-Neutronen aus der D-D 

Reaktion entsprach dabei mit 4,5 . 10 10 n/sec den 

theoretischen Erwartungen. Daraus ergibt sich für den 

Betrieb mit einer D-T-Mischung eine berechnete Quell 

stärke von 5 . 10 12 n/sec. 

Über die mit der Röhre KARIN ausgerüsteten Anlagen 

technischer und medizinischer Anwendungsbereiche 

besteht ein Lizenzvertrag mit einer Industriefirma, 

von der eine erste medizinische Anlage 1975 im 

Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg aufge 

stellt werden wird. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dipl.-Phys. A. Schrnidt, 

Ing. H. Dohrmann 

- 8-- 

Kernphysik 

IS02.1 y-Spektroskopie beim Neutroneneinfang 

Der Schwerpunkt der experimentellen Arbeiten lag bei 

der Untersuchung der ungeraden Neodymisotope zwi 

schen 143 < A < 151 mit dem Ziel, Veränderungen 

der Niveaustruktur im Übergangsgebiet zwischen 

sphärischer und permanent deformierter Kerngestalt 

zu verfolgen. 

Die Messungen werden in einer Zusammenarbeit teil 

weise mit dem Pakistan Institute of Nuclear Science 

142 ]44 

and Technology ( , Nd (n,y)) (S020), teilweise 

mit dem Institut Laue-Langevin in Grenoble 

(]46,14S,150Nd (n,y)) durchgeführt. 

Durch eine Intensitätsanalyse der 30] keV-Linie, die 

bei der 147Nd (n,y)-Reaktion beobachtet wird, konnte 

der Einfangquerschnitt des instabilen 147Nd zu 

G = 440 + 1506 bestimmt werden. 

In einer Zusammenarbeit mit dem IPN Lyon und ISN 

. . f k . 79,S]B 

Grenoble werden ferner dle Eln angrea tlonen r 

(n,y) und 130,132Ba (n,y) am Hochflußreaktor in 

Grenoble durchgeführt. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. D. Heck 

]S06 Experimente am Zyklotron 

Im Vordergrund standen experimentelle Untersuchungen 

eines Reaktionsmodells (Faltungsmodells) der elasti 

schen und inelastischen Streuung von a-Teilchen im 

100 MeV-Bereich (699S, 7769). Über dieses Modell 

gewinnt man aus den gemessenen Winkelverteilungen de 

taillierte Informationen über die Ausedehnung und 

Oberflächendeformation der nuklearen Dichtevertei 

lungen. Neben Studien an 90Zr und 1]6Sn wurde die 

inelastische Streuung an 56Fe näher untersucht 

(7729, 7907, 7325). In allen untersuchten Fällen 

zeigt sich eine erstaunliche Übereinstimmung mit den 

Ergebnissen elektromagnetischer Methoden (Elektronen 

streuung). Dabei ist die a-Teilchenstreuung äußerst 

empfindlich auf kleine Beimischungen der kollektiven 

Amplituden, wie statistische oder dynamische Hexade 

kapol (L=4)-Deformationen. Es ist auffällig, daß 

beschleunigte E4-Übergänge in der Nähe abgeschlosse 

ner Schalen auftreten, wo die niedrigsten 4+-Zustän 

de (verglichen mit der Energie des 2+-Zustandes) 

relativ tiefliegen. Im Falle von 202pb wurde mit 

einern speziellen Konversionselektronenspektrometer 

der 4+ ->- 0+ "cross-over"-Übergang trotz des extremen 

-6 . 

Verzweigungsverhältnisses von 3.6 . 10 dlrekt 

beobachtet (s. Abb. 4). Die entwickelte Meßmethode 

ermöglicht auch in anderen Fällen die Beobachtung 

äußerst seltener Übergänge.

verminderung für den Benutzer konnte erreicht werden, 

daß die anfälligen Komponenten der alten Doppelrechneranlage 

MIDAS zur Hälfte aus dem Dauerbetrieb genommen 

werden konnten und nun als Reserveeinheiten 

zur Verfügung stehen. Der Anschluß des Nachfolgerechners 

MIDAS 11 wurde bereits berücksichtigt. In Zusammenarbeit 

mit der ADI wurde mit dem Aufbau der Rechnerkopplung 

an die zentralen DV-Anlagen begonnen. 

Die Unterstützung der Experimentrechner in elektronischer 

und programmtechnischer Hinsicht hat an Umfang 

stark zugenommen. Neben der ständigen Beratung 

bei den bereits eingesetzten Experimentrechnern wurden 

drei Neuinstallationen vorgenommen. Außerdem sind 

4 weitere Installationen vorbereitet worden. Ziel 

des starken Experimentrechnereinsatzes ist es, dem 

Experimentator Hilfsmittel in die Hand zu geben, mit 

denen er seine Experimente ohne lästiges Datenbewegen 

sofort auswerten kann. 

Für eine ganze Klasse von Experimenten konnte die Auswertung 

auf speicherresidente Methoden zurückgeführt 

werden. Die Industrie hat einige unserer elektronischen 

Entwicklungen übernommen. Über weitere Lizenzen 

wird noch verhandelt. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. G. Ehret, Ing.W.Abel, 

Ing. H. Hanak, Frl. R. Kuhn, Frl. R. Maser, 

H. Richelsen 

1812.2 Betrieb und Ausbau des Van-de-Graaff- 

Beschleunigers 

Das neue Strahlführungssystem für Rückstreu- und 

Channellingexperimente mit leichten Ionen wurde im 

Frühjahr in Betrieb genommen. Mit einem auf 0,01 0 

kollimierten He+-Strahl von 100 nA konnten die geforderten 

Werte weit übertroffen werden. 

Der ursprünglich erst für 1975 geplante Beginn der 

Arbeiten zur schrittweisen Automatisierung des Beschleunigerbetriebes 

wurde nach 1974 vorgezogen. Das 

Meßwerterfassungssystem mit Prozeßrechner wurde in 

seiner Grundstufe aufgebaut, erste Auswertprogramme 

wurden geschrieben, und Testläufe ergaben, daß es mit 

Rechnersteuerung möglich sein wird, die Pulsbreite 

des Beschleunigers über lange Meßzeiten hinweg unter 

einer Nanosekunde zu halten. Die Arbeiten zur Schaffung 

von Experimentiereinrichtungen für Schwerionen 

gingen im Berichtsjahr trotz der Verzögerung bei der 

Lieferung des großen Analysiermagneten zügig voran, 

so daß es nunmehr gesichert ist, daß erste Experimente 

daran 1975 durchgeführt werden können. Wegen der 

bis 1974 angespannten Personalsituation mußte der Beschleuniger 

während des Sommers 4 Wochen stillgelegt 

werden. Dadurch betrug die Gesamtbetriebszeit 1974 

nur 5630 Stunden. Aufgrund vieler Verbesserungen an 

10 - 

der Anlage konnten von den Experimentatoren dennoch 

4930 Stunden als Meßzeit genutzt werden. Zur Verwendung 

des Beschleunigers für Experimente mit schnellen 

Neutronen und für Oberflächenschichtanalysen mit leichten 

Ionen kam erstmals die Erzeugung von Strahlenschäden 

hinzu. 

Beteiligte Mitarbeiter: A.Ernst, J. Nadasdy, 

D. Roller, H. Schreiber 

Zyklotronbetrieb und -weiterentwicklung 

Betrieb 

Das Zyklotron war 1974 6717 Stunden in Be 

trieb, davon 5962 Stunden für Experimente. 

Das ist das bisher beste Ergebnis seit Be 

stehen des Beschleunigers. Die Experimentier 

zeit verteilte sich folgendermaßen auf die 

verschiedenen Institute: 

IEKP 

LIT 

PSB 

IAK 

IRCH 

IHCH 

IMF 

996 h 

898 h 

847 h 

660 h 

229 h 

76 h 

42 h 

16,7 % 

15,1 % 

14,2 % 

11, I % 

3,8 % 

1,3 % 

0,7 % 

3748 h 62,9 % 

Die auswärtigen Benutzer kommen überwiegend 

aus Hochschulinstituten: 

FU Berlin 

MPI Heidelberg 

Uni Heidelberg 

TU München 

Uni Hamburg 

KFA Jülich 

Uni Mainz 

Uni Erlangen 

DKFZ Heidelberg 

Uni Bonn 

GSI Darmstadt 

Uni Marburg 

Uni Giessen 

Uni Stuttgart 

Inst. Boris Kidric, 

Belgrad 

Industrieaufträge 

664 h 

520 h 

222 h 

215 h 

158 h 

105 h 

100 h 

35 h 

27 h 

20 h 

18 h 

15 h 

14 h 

5 h 

4 h 

92 h 

2214 h 

I I , I % 

8,7 % 

3,7 % 

3,6 % 

2,7 % 

I ,8 % 

I ,7 % 

0,6 % 

0,5 % 

0,3 % 

0,3 % 

0,3 % 

0,2 % 

0,1 % 

0,1 % 

1,5 % 

37,1 % 

Die Verteilung der Experimentierzeit auf die 

Arbeitsgebiete der verschiedenen Gruppen 

zeigt die nachfolgende Tabelle:

Das Institut für Angewandte Systemtechnik und Reaktor 

physik befaßt sich grundsätzlich mit zwei untereinan 

der zusammenhängenden Themenkreisen: 

ENERGIESYSTEME 

UMWELTSYSTEME 

Beide Themenkreise sind umfassend. Sie bestimmen den 

Umkreis der experimentellen, theoretischen und system 

analytischen Arbeiten des IASR und haben sich orga 

nisch aus den bisherigen Arbeiten zur Kernenergie er 

geben. Konkret können im IASR nur Einzelarbeiten aus 

diesen Themenkreisen verfolgt werden. Mit anderen 

Stellen innerhalb und außerhalb des Zentrums findet 

eine enge Kooperation auf ergänzenden Sachgebieten 

statt. 

Ein großer Teil der Einzelarbeiten des IASR war 1974 

in die Projekte 

- Projekt Schneller Brüter 

- Projekt Spaltstoffflußkontrolle 

- Projekt Nukleare Sicherheit 

integriert. Jedoch sind auch diese für die Projekte 

durchgeführten Arbeiten den beiden großen Themen 

kreisen zuzuordnen. 

Am 31.12.1974 waren im Institut für Angewandte System 

technik und Reaktorphysik 44 Akademiker, 16 Ingenieure 

und 34 sonstige Mitarbeiter, außerdem 2 EURATOM-Dele 

gierte, 3 math.-techn. Assistenten in der Ausbildung 

und 2 Lehrlinge beschäftigt. Weiter waren zu diesem 

Zeitpunkt 1 Akademiker aus VA und 1 Ingenieur aus RBT 

am IASR delegiert. 

Während des Jahres 1974 wurde im Rahmen der Arbei 

ten für den SNR der Hauptteil des Experimentierpro 

gramms für die Anordnung SNEAK 9C durchgeführt. Wich 

tigstes Ziel der Anordnung war es, die Vorhersage 

kritischer Anreicherungen von Pu-Cores und die Kennt 

nis des physikalischen Verhaltens höherer Isotope 

(Pu, Am) zu verbessern. 

2 

INSTITUT FÜR ANGEWANDTE SYSTEMTECHNIK UND REAKTORPHYSIK 

(IASR) 

Leitung: Prof. Dr. W. Häfele 

PSB 1213 SNEAK beit mit französischen Gruppen (Anlagen MASURCA, HAR 

Die Auswertung der vorhergehenden Anordnung SNEAK 9A 

wurde abgeschlossen. Das Konzept für zukünftige Un 

tersuchungen über Großbrüter und über Thoriumblan 

kets wurde erarbeitet. 

Die Arbeiten wurden weiterhin in engem Kontakt mit den 

Industriefirmen der INB durchgeführt. Die Zusammenar- 

-19- 

MONIE, ERMINE) wurde durch vergleichende Auswertungen 

sowie Austausch von Experimentiereinrichtungen und 

Reaktormaterialien fortgeführt. Ein gemeinsames Experi 

ment über Großbrüter, das die SNEAK- und ZEBRA-Gruppen 

voraussichtlich in ZEBRA durchführen werden (eventuell 

unter Beteiligung weiterer Partner) wurde in mehreren 

Gesprächen vorbereitet. 

PSB 1213.6 Zweite Serie von Experimenten für 

den SNR: 

SNEAK 9B und SNEAK 9A 

Über diese Anordnungen wurden Abschlußberichte fer 

tiggestellt /7571, 7572, 7916/. Ein spezieller Be-

durch. Das IASR war in größerem Umfang an der Pla 

nung und Auswertung beteiligt; die Ergebnisse der 

ersten Messungen wurden 1974 zusammen mit dem TU 

publiziert (7915). Die ersten Meßdaten an U-Pu 

Mischoxid bis zu 5000 K liegen etwa auf einer Ge 

raden und sind gut interpretierbar. Der gemessene 

Dampfdruck liegt etwa um einen Faktor zwei bis drei 

über den bisher angenommenen, durch Extrapolation 

gewonnenen Werten. 

Um den Einfluß der Spaltprodukte auf eine Bethe 

Tait-Exkursion zu untersuchen, wurde in einem er 

sten Anlauf ein Rechenprogramm in Anlehnung an ein 

im ANL entwickeltes Modell geschrieben, das die 

Oxidationszustände und Dampfdrücke von Brennstoff 

und Spaltprodukten berechnet. Diese Daten wurden in 

dem Disassembly-Code KADIS verwendet, um die Ener 

giefreisetzung bei einer Exkursion zu bestimmen. Es 

zeigt sich, daß der Einfluß der Spaltprodukte die 

Energiefreisetzung erheblich reduziert (7825). 

Das Verhalten der Spaltprodukte während eines Stör 

falles hängt auch von Freisetzungs- und Transport 

mechanismen ab. Ein existierendes Modell für die 

Freisetzung von Spaltgas aus dem Brennstoffgitter 

wurde dazu verwendet, um das Brennstoffschwellen im 

stationären und transienten Fall zu untersuchen 

(7252). Dasselbe Modell wurde angewandt, um die 

Freisetzung des Spaltproduktes Cs abzuschätzen (7915). 

Beteiligte Mitarbeiter: 

E. Fischer 

H. Bogensberger 

A. Wickenhäuser 

PSB 1236.1 Theoretische Behandlung der Brennstoff 

Natrium-Reaktion 

Im Jahre 1974 wurden auf dem Gebiet der "Brennstoff 

Natrium-Reaktion" (BNR) folgende Arbeiten durchge 

führt: 

I. Thermische Wechselwirkung zwischen geschmolzenem 

Brennstoff und Natrium (siehe (7347». 

2. Theoretische Modelle zur "Brennstoff-Natrium 

Reaktion" (BNR). Hierbei wurden zwei Modelle ent 

wickelt. 

a) Ein theoretisches Modell mit variablen Massen 

für die thermische Wechselwirkung zwischen ge 

schmolzenem Brennstoff und Natrium in einem Schnel 

len Kernreaktor (sieh KFK-Bericht Nr. 2078). 

-22- 

b) Ein theoretisches Modell zur thermischen Brenn- 

stoff-Natrium-Wechselwirkung im SNR mit variab 

len Massen und mehreren Gruppen von Brennstoff 

partikeln. 

Das Hauptcharakteristikum dieses Modells ist die 

Berücksichtigung der Inhomogenität bei der Ver 

mischung der aktiven Brennstoffpartikeln unterein 

ander. Diese Inhomogenität wird durch eine Unter 

teilung der Partikel in mehrere Gruppen erfaßt. 

Beide Modelle gehen von einer Reaktion aus, die 

in zwei aufeinanderfolgenden Phasen abläuft. 

3. Ein theoretisches Modell zur Fragmentation wäh 

rend einer thermischen Wechselwirkung zwischen 

Brennstoff und Kühlmittel (siehe L. Caldarola und 

W. Kastenberg: On the Mechanism of Fragmentation 

during Fuel-Coolant Thermal Interactions, 

Conference on Fast Reactor Safety, Beverly Hills, 

California, April 1974). 

Die Theorie eines Fragmentationsmechanismus wurde 

entwickelt. Diese Theorie basiert auf dem Modell 

der Entstehung und Kollabierung von Dampfblasen 

in flüssigem Natrium. 

Die Rechnung zeigt, daß die freigesetzte mechani 

sche Energie ein Maximum bei einer Natriumtempera 

tur von etwa 760 °c hat. Dieses Ergebnis stimmt 

mit den Ergebnissen der französischen "JEF"-Expe 

rimente und der "Drop"-Experimente von Stahl in 

einem Tank mit Natrium überein. 


L. Caldarola 

G. Koutsouvelis

Die Übertragung der Simulationsexperimente auf die 

Bedingungen in einer Rauchfahne ergaben für bis- 

her untersuchte Feuchte- und Temperatur-Bereiche 

eine starke Abhängigkeit der SOZ-Oxidationsrate vom 

Verhältnis der Anfangskonzentrationen des SOZ und der 

Aerosole. 

Die neue Simulationskammer ASA 11 (4 

3 

m, klimatisiert) 

wurde in Betrieb genommen. Die speziellen Eigenschaf 

ten der Kammer, insbesondere ihre Wandbeschichtung 

mit einem chlorierten Polyäther (Penton), der mini 

male Adsorption und Permeation gegenüber SOZ und NO Z 

aufweist, wurden in Leerversuchen getestet. 

Die Weiterentwicklung der Aerosolmeßtechnik konzen 

trierte sich auf Probleme der optischen Partikel 

größenspektrometrie. Die Kalibrierung und die Be 

stimmung der Meßbereichsgrenzen wurden bislang immer 

nur experimentell durchgeführt, was beträchtliche Un 

genauigkeiten mit sich brachte. Das neuentwickelte 

theoretische Kalibrierverfahren wurde ausgebaut und 

mit Erfolg eingesetzt (7564, 7573). Darauf aufbauend 

wurde nun auch die Frage nach der Meßbereichsunter 

grenze aufgegriffen und entsprechende Absolutrechnun 

gen von Kalibrierfunktionen für verschiedene Spektro 

meteranordnungen durchgeführt. Es zeigte sich, daß 

(im Gegensatz zur Kalibrierung bei Partikelgrößen 

über I um) die Meßbereichsuntergrenze von der Spektro 

metergeometrie nur unwesentlich beeinflußt wird. Da 

gegen besteht eine starke Abhängigkeit von den Par 

tikeleigenschaften (Brechungsindex, Absorption) und 

von der Lichtquelle (Wellenlänge, Beleuchtungsstärke). 

Verwendet man gewöhnliche He-Ne-Laser als Lichtquel 

le, liegt die Meßbereichsuntergrenze zwischen 0,18 

und 0,23 um Partikeldurchmesser. 

Die Konstruktion eines evakuierbaren Laserspektro 

meters zur experimentellen Überprüfung dieser Ergeb 

nisse wurden abgeschlossen. Die bisher vorliegenden 

Meßergebnisse bestätigen die theoretischen Rechnun- 

gen. 

Auf dem Gebiet der Auswertung von Aerosolproben, die 

mit herkömmlichen Abscheideverfahren gewonnen und 

elektronenmikroskopisch fotografiert sind, kann das 

Prinzip der Fourier-Bildanalyse vorteilhaft einge 

setzt werden. Diese Methode beschleunigt die Aus 

wertung solcher Bilder erheblich und ist den bekann 

ten elektronischen Abtastverfahren an Informationsge 

halt und Vielseitigkeit deutlich überlegen. Erste Vor 

versuche wurden durchgeführt und bewiesen die Eignung 

des Verfahrens für aerosolmeßtechnische Zwecke. 

Die 1973 im wesentlichen abgeschlossenen Untersuchun 

gen zur Aerosolbildung beim photolytischen SOZ-Abbau, 

-26- 

die in Zusammenarbeit mit dem IRCH durchgeführt wur 

den, wurden ausgewertet (7453). Es ergab sich, daß das 

Laser-Aerosol-Spektrometer im Gegensatz zu anderen 

Methoden zur Teilchengrößenbestimmung von chemisch 

aggressiven und flüssigen Aerosolen (z.B. H Z S0 4 ) ge 

eignet ist. Besonders für derartige dynamische Aero 

solsysteme mit veränderlicher Partikelkonzentration 

und Partikelgrößenverteilung lieferte das Laser 

Aerosol-Spektrometer wegen seiner hohen Meßgeschwin 

digkeit bei gleichzeitiger guter Partikelgröße-Auflö 

sung befriedigende Meßergebnisse. 


G. Haury 

S. Jordan 

W. Schikarski 

W. Schöck 

SpFK 

SpFK 

21 

Spaltstoffflußkontrolle 

Systemanalyse 

Systemanalytische Überlegungen zur Materialbilanzie 

rung und zur Inventarbestimmung 

a) Optimierung von Überwachungsaufwand 

Der Schlußbericht "Optimization of Safeguards 

Effort" zum lAEO-Forschungsauftrag Nr. IZ09/RB 

wurde überarbeitet und als KFK-Bericht Nr.ll09 

veröffentlicht. Über diese Arbeit wurde auf der 

Reaktortagung 1974 in Berlin berichtet. 

b) Sequentielle Inventuren und Durchflußmessungen 

Eine Inventur in einer kerntechnischen Anlage ist 

mit beträchtlichem Arbeitsaufwand und erheblicher 

Betriebsstörung, eventuell sogar mit Stillegung 

der ganzen Anlage verbunden. Daher stellt das Pro 

jekt Überlegungen an, um Verfahren zur Aufwandsre 

duzierung zu entwickeln, ohne daß dabei unzulässi 

ger Verlust an Überwachungseffektivität, also Ent 

deckungszeit und Entdeckungswahrscheinlichkeit 

entsteht. Insbesondere wurden Studien über "Se 

quentielle Inventuren" und über "Durchflußmessun 

gen und Inventuren in Anlagen des Brennstoffzyklus" 

erarbeitet. Diese sollen Anwendung finden auf 

Z Referenzanlagen vom Typ der ALKEM, bzw. NUKEM.

esonders fiir Pu. Es fand sich eine signifikante 

Erhöhung des Interlaboratoriumsanteils der rela 

tiven Standardabweichung (RSD), sowie eine große 

Zahl von "Ausreißern", s. Abb. 3. 

IDA -72 : Compilation of Calculated RSD for Error Companents of U238 

and Pu 239 Concentration Determinations 

Including Interlab. Calc.after 

Analysed Type of sampie spiking Precision deviation rejectian of 

element solution procedure RSD ['1oJ RSD ['/,] outliersl% 1 

Uranium 

Plutonium 

Abb. 3 

inactive 

active 

inactive 

active 

no 0.29 015 0.0 

yes 0.41 0.74 0.0 

no 0.51 0.82 0.0 

yes 064 0.82 0.0 

no 0.38 059 23,5 

yes 051 070 40,0 

no 059 0.53 17,6 

yes 011 0,73 

not 

defined 

b) "J)ry-Spike"- und "Aluminium Capsule"-Experimente 

Abb. 4 

Die gleiche aktive Probelösung wie im Standard 

experiment und die ebenfalls auch dort verwende 

te U/Pu-Spike-Lösung wurden in Glasfläschchen 

bzw. Aluminium-Kapseln eingedampft, um den 

Transport der Proben zu erleichtern und "Alte 

rungseffekte" in den Lösungen auszuschließen. 

Die Analyse der wiederaufgelösten Proben ergab 

sehr gute Übereinstimmung mit der Standardmethode 

- diese Verfahren sind also iiberlegen. s. Abb. 4 • 

IDA-72: Results of Dry Spike and Alu-Copsule Experiments in 

Comparison to Standard Experiment lA-Solution) 

Deviation of mean Number of 

RSD of lab, means labs which 

Experiment calculatGd from mean of lab, participated 

from lab means means of standard in the 

loio J experiment 1% J experiment 

U Pu U Pu 

Dry spike 0,43 0,30 

Standard 1) 0.57 0,43 

Alu-capsule I 0.61 0.35 

Standard1) 0,59 0,45 

Alu-capsule II 0,54 0,48 

Standard 1) 0,61 0.45 

+0,21 

-0,27 

±O,OO 8 

-0.06 6 

±O.OO -0.06 5 

1) Calcutated fram the same group of laboratories which participated in Ihe 

corresponding experiment 

c) "Aging"-Experiment 

- Die Abhängigkeit des Alterungsverhaltens flüssi 

ger Proben von Pu-Konzentration und Säurekonzen 

tration und im Vergleich von aktiven und inakti- 

-28 - 

ven Lösungen wurde in verschiedenen Zeitintervallen 

(ca. 2 - 200 Tage) untersucht. Weitere Unter 

suchungen wären erforderlich. 

d) Röntgenfluoreszenzspektroskopie wurde als Parallel 

methode zur massenspektrometrischen Isotopen 

verdiinnungsanalyse ebenfalls angewandt, um U- und 

Pu-Konzentrationen zu bestimmen. Die Übereinstim 

mung der Ergebnisse war zufriedenstellend. 

Zusätzlich fanden Untersuchungen zu folgenden Themen 

statt 

e) a-Spektrometrie zur Bestimmung von Pu-238 

- Zu diesem Thema läuft ein neuer Interlaborato- 

riumstest. 

f) Einfluß der chemischen Probenbehandlung auf die 

Genauigkeit der Konzentrationsbestimmungen 

g) Probleme der Vorbereitung von aktiven und inak 

tiven Proben fiir Interlaboratoriumstests (Homo 

genisierung, Probenahme, Dichtemessung, Wägen 

von Aliquots, Probenverdiinnung) 

h) Massendiskriminierungskorrekturen 

i) "Ausreißer"-Kriterien bei der statistischen 

Datenanalyse 

Im Frühjahr fand ein Treffen von Vertretern der am 

Experiment beteiligten Labors zur Diskussion der 

Ergebnisse statt. Es wurde betont, daß solche In 

terlaboratoriumstests für die Teilnehmer von großem 

Interesse seien, und der Wunsch nach weiterer Zusam 

menarbeit ausgesprochen. Vorträge und Diskussionen 

wurden schriftlich festgehalten. 

Fiir den Abschlußbericht mußten eine Reihe neuer 

Rechnungen durchgeführt und der Text mit den Teil 

nehmern abgestimmt werden; die endgiiltige Fassung 

steht kurz vor ihrem Abschluß. 

SpFK 

27 

Überwachungsmaßnahmen 

I. Erörterung der von Euratom und IAEO fiir drei 

Referenzanlagen in der Bundesrepublik (NUKEM, 

WAK und KKS) vorgesehenen Maßnahmen der Spalt 

stoffflußkontrolle nach dem Verifikationsab 

kommen zum NV-Vertrag 

Die Bundesregierung setzte 1974 die Verhandlungen 

mit Euratom über die Regelung technischer Einzel 

heiten der Spaltstoffflußkontrolle nach dem Veri 

fikationsabkommen fort, für die Euratom und IAEO 

Entwürfe fiir drei Referenzanlagen in der

Bundesrepublik (NUKEM, WAK und KKS) ausgearbeitet und 

in "Anlagespezifischen Anhängen" (AsA) niedergelegt 

hatte. Das Ziel der Verhandlungen war, optimale, die 

Anlagebetreiber möglichst wenig belastende Regelungen 

für die Einzelheiten der Kontrolle zu finden. 

Eine erste vom Projekt ausgearbeitete Stellungnahme 

des Projekts zu den Entwürfen der Kontrollbehörden 

wurde im Frühjahr 1974 zwischen Vertretern Euratoms, 

der Bundesregierung, der betroffenen Anlagen und des 

PSpFK erörtert. Dabei konnte volle Übereinstimmung 

nicht erzielt werden. Es wurden deshalb getrennte Ver 

handlungen mit den einzelnen Anlagebetreibern ange 

schlossen. 

Die Verhandlungen mit KKS, an denen das Projekt neben 

Vertretern Euratoms und des VDEW-Arbeitskreises 

"Spaltstoffüberwachung" teilnahm, führten zu einem 

Konzept für die Anwendung von Versiegelungs- und 

Beobachtungsmaßnahmen, das unter Wahrung der Belange 

des Reaktorbetreibers die Überwachungsziele zu er 

reichen gestattet. Mittlerweile hat Euratom aller 

dings wieder Bedenken angemeldet, die noch ausgeräumt 

werden müssen. Es zeigt sich dabei, daß Euratom die 

Kontrollrechte nach dem Verifikationsabkommen exten 

siv auslegt und Rechte nach Verifikationsabkommen 

und Römischen Verträgen zueinander addiert. Streitig 

ist vor allem noch, daß zur Kernmaterialüberwachung 

mit Hilfe von Versiegelungs- und Beobachtungsmaßnahmen 

und Bilanzierung der (versiegelten oder beobachteten) 

Kernmaterialeinheiten eine Massenkontrolle unter Ver 

wendung von Daten aus Abbrandrechnungen gefordert 

wird, ferner, daß Möglichkeiten der unerlaubten 

Spaltstoffabzweigung durch den Betreiber in Betracht 

gezogen werden, die eklatante Verstöße gegen die Be 

dingungen eines technisch sicheren Reaktorbetriebs 

einschließen. 

Die noch offenen Fragen zum AsA für die WAK konnten 

in Besprechungen mit Euratom weitgehend gelöst werden. 

Es gelang, Regelungen für die Einteilung der Anlage 

in Materialbilanzzonen und Festlegungen für die Ein 

teilung des Kernmaterials in Einheiten (Chargen) zum 

Zweck der Bilanzierung zu finden, die eine sehr weit 

gehende Reduzierung des zunächst vorgesehenen Melde 

aufwands ermöglichen. Ferner sollen nunmehr mittel 

und niedrigaktive Abfall-Lösungen, die Kernmaterial 

unterhalb eines bestimmten, noch festzulegenden Kon 

zentrationsgrenzwertes enthalten, so daß dessen Rück 

gewinnung praktisch ausgeschlossen ist, von der Über 

wachung befreit sein. 

Die Verhandlungen über den AsA für die Nukem wurden 

ebenfalls abgeschlossen. Ein wesentliches Ergebnis 

ist, daß die ursprünglich vorgesehene Einteilung der 

Anlage in vier Materialbilanzzonen zugunsten einer 

-29- 

Einteilung in nur zwei (eine für die Produktions 

linie mit schwach angereichertem Uran, eine für die 

Linie mit hochangereichertem Uran) geändert und damit 

der Meldeaufwand verringert werden konnte. 

2. Studienarbeiten über die Durchführung der 

Kernmaterialüberwachung an verschiedenen Anlagen 

a) Leichtwasserreaktoren 

Gemeinsam mit dem VDEW-Arbeitskreis "Spaltstoff 

überwachung" wurden die Studienarbeiten über die 

Kernmaterialüberwachung an Leichtwasserreaktoren 

fortgesetzt und Ende 1974 mit der Fertigstellung 

der ersten Fassung einer "Materialsammlung"zunächst 

abgeschlossen. Die Materialsammlung umfaßt Zusam 

menstellungen und Studien u.a. über 

- die rechtlichen Grundlagen der Kernmaterial 

überwachung 

- den Fragenkatalog über Anlagedaten in den 

Ergänzenden Abmachungen zum Verifikationsabkommen 

- das Protokoll- und Berichterstattungssystem 

- Überwachungskonzepte mit Anwendung von Versie 

gelungs- und Beobachtungsmaßnahmen an Siede- und 

Druckwasserreaktoren 

- Inspektionstätigkeiten 

Sie geht von den Forderungen des Verifikations 

abkommens und der Ergänzenden Abmachungen hierzu 

sowie vom AsA-Entwurf für das KKS aus. Jedoch wird 

das Prinzip der Bilanzierung nach Chargen bei An 

wendung von Versiegelungs- und Beobachtungsmaßnah 

men konsequent durchgeführt. Die Materialsammlung 

stellt eine Unterlage dar, die dem BMFT, den Be 

treibern von LWR und dem Projekt bei der Verhand 

lung und Beurteilung von Anlagespezifischen Anhän 

gen für LWR, einschließlich der Referenzanlage KKS, 

zur Verfügung steht. Sie ist ebenfalls für die 

Nachfolgeverhandlungen zur Review-Konferenz über 

den NV-Vertrag von Bedeutung. 

b) SNR 300 

Lieferfirma und Betreiber des Kernkraftwerkes Kalkar 

(INB und SBK) fertigten die Zusammenstellung der 

Anlagedaten an, die den Überwachungsbehörden als 

Grundlage zur Ausarbeitung eines Anlagespezifischen 

Anhangs, d.h. zur Festlegung technischer Einzelhei 

ten der Überwachung dienen. Das Projekt wirkte da 

bei beratend mit. Euratom legte aufgrund dieser 

Zusammenstellung ein erstes Konzept für die Kern 

materialüberwachung am SNR 300 vor, das eine weit 

gehende Anwendung von Versiegelungs- und Beobach 

tungsmaßnahmen vor allem die Kameraüberwachung der 

Materialschleuse, vorsieht. Das Konzept wurde zwi 

schen Euratom, Reaktorbetreiber und -erbauer sowie

verkoppelung mit den HTR (für Prozeßwärme) mit einem 

Verhältnis PHTR < 2 2 gewährleistet werden. Für die 

PSBR - ' 

nur LWR- und nur HTR-Strategien ist ein dauernder 

Uranbedarf gegeben. Hohe Brutraten und kleiner Abbrand 

können den Gesamturanbedarf der BRD erheblich redu- 

zieren. 

5.) Vergleich von Freisetzungsraten wichtiger 

Spaltprodukte beim Normalbetrieb von kern 

technischen Anlagen 

Diesem Vergleich wurde ein Wirkungsgrad von 33 % für 

den Leichtwasserreaktor (LHR) bz,,,. 40 % für den 

Schnellen Brüter (SBR) zugrundegelegt. Der Entlade 

abbrand betrug für beide Reaktoren 34 000 HHd/t 

(Core, axiales Blanket und halbes radiales Blanket 

beim SBR gemischt), der Lastfaktor 0,7. Daraus er 

gibt sich beim LHR für die pro 1000 MHe und Jahr 

wiederaufzuarbeitende Brennstoffmenge 22,8 t, beim 

SBR 18,7 t. Die bestrahlten Brennelemente werden 

nach einer Abkühlzeit von ISO Tagen zur Hiederauf 

arbeitung gebracht. Die Spaltproduktinventare wur 

den mit dem Programm ORIGEll berechnet. 

Als maßgebend für die Freisetzung der betrachteten 

Isotope bzw. für Unterschiede im Freisetzungsmecha 

nismus zwischen LHR und SBR wurde folgendes ange 

sehen: 

Tritium: Beim LHR gelangt nur ca. 1 % des durch 

ternäre Spaltung im Brennstoff gebildeten Tritiums 

durch die Zirkaloyhüllen ins Kühlmittel und damit 

an die Umgebung. Der überwiegende Teil des Tritiums 

wird erst bei der Wiederaufarbeitung freigesetzt. 

Beim Natriumbrüter dagegen treten 50 - 80 % des im 

Brennstoff gebildeten Tritiums durch die Edelstahl 

hüllen der Brennelemente, können aber als Na-Hydrid 

mittels Kühlfallen ausgefroren werden. 

Krypton: Unterschiede ergeben sich hier aus der Tat 

sache, daß die Spaltausbeute von Kr-8S im schnellen 

Spektrum fHr Pu-239 etwa halb so groß ist wie die 

für U-235 im thermischen Spektrum. Aufgrund von 

Brennelementhüllschäden tritt ein Bruchteil von 

und 

gelangt über die Primärkühlmittelreinigung und in 

folge von Leckagen an die Umgebung. Etwa 99 % des 

Kryptons werden bei der \viederaufarbeitung freige 

setzt; für die in der nachfolgenden Tabelle ange 

führten Freisetzungsraten wurde ein Krypton-Rück 

haltefaktor von 100 für zukünftige Wiederaufarbei 

tungsanlagen angesetzt. 

Jod: Das ins Natrium gelangte Jod bildet NaJ und 

- 38- 

kann mittels Kühlfallen ausgefällt werden. Somit 

ist die J-131-Freisetzung beim Brüter trotz höhe 

rer Spaltausbeute geringer. Als J-131-Rückhaltfak 

tor bei der Wiederaufarbeitung wird 104 angenommen. 

LlVR SBR 

Tritium 16500 6000 

Krypton-85 3800 2000 

Jod-131 0,3 0,2 

Jod-129 0,0001 0,0001 

Freisetzungsraten für Reaktor und Wiederaufarbeitung 

(Ci!GW e . a) 

PNS 4530 F.) Risiko durch Kernenergie 

Der 1973 begonnene Statusbericht über quantitative 

Analysen von Unfallrisiken kerntechnischer Anlagen 

wurde im Jahre 1974 zum Abschluß gebracht. Darin 

werden zwei wesentliche Punkte eines Risikokonzepts 

hervorgehoben, nämlich erstens die Quantifizierung 

des Risikos und zweitens die Quantifizierung der 

Einflußgrößen der "Public Acceptance" von Kernener 

gierisiken . 

Die Reaktorsicherheitskonzeption beruht heute auf 

der Festlegung eines größten anzunehmenden Unfalls 

(GAU); durch das Sicherheitssystem sind Störfälle 

bis hin zum GAU abgedeckt: "deterministisches" 

Sicherheitskonzept. Andererseits erfordert die Quan 

tifizierung von Risiken Kenntnis über die Eintritts 

wahrscheinlichkeit von Komponentenversagen: " proba 

bilistisches" Konzept. Deterministisches und proba 

bilistisches Konzept ergänzen sich gegenseitig und 

stellen zwei Phasen in einer Entwicklung zu einem 

ausgewogenen und vollständigen Sicherheitskonzept 

dar. 

Im Rahmen des Statusberichts haben sich drei Gebiete 

der Risikoanalyse als Schwachstellen erwiesen, auf 

denen die Schwerpunkte zukiinftiger Arbeit liegen müS 

sen, um eine quantitative Analyse der Störfallrisiken 

VO" KE-Anlagen zu ermöglichen: 

a) Die Eintrittswahrscheinlichkeit unfallauslösen- 

der Ereignisse, sowie die Zuverlässigkeit der un 

fallhemmenden Funktion sicherheitstechnischer Ein 

richtungen, kann wegen mangelnder Daten der Komponen 

ten und nur unvollständiger Erfassung aller Funk 

tionszusammenhänge im allgemeinen noch nicht hinrei 

chend genau ermittelt werden. 

b) Der physikalische Ablauf des Unfallgeschehens 

vollzieht sich in außerordentlich komplexen

miker, 2 Ingenieure und I sonstiger Mitar 

beiter direkt vom BMFT finanziert. Außerdem 

arbeiteten in den verschiedenen Gruppen 8 

Akademiker und 3 sonstige Mitarbeiter als An 

gehörige der Universität Karlsruhe überwie 

gend an Problemen der niederenergetischen 

Kernphysik. Weiterhin zählten 15 Doktoranden, 

2 Diplomanden, 2 Gäste und 3 Lehramtskandi 

daten zum Teilinstitut I. 

Am Teilinstitut 11 (Leitung: Prof. Dr. A. 

Citron) wird die Technologie der Hochfrequenz 

Supraleitung anhand konkreter Anwendungen auf 

dem Gebiet der Beschleuniger und der kern 

physikalischen Instrumentierung entwickelt. 

Diese Technologie ist gekennzeichnet durch 

spezifische Supraleitungs-Probleme in den 

sehr dünnen stromtragenden Oberflächen 

schichten und 

hochfrequenztechnische Folgeprobleme, die 

mit der ungewöhnlich schmalen Bandbreite 

supraleitender Resonatoren zusammenhängen. 

Ein supraleitender Teilchenseparator für den 

im Bau befindlichen 300 GeV-Beschleuniger 

beim CERN in Genf ist in Fertigung. Ein su 

praleitender Linearbeschleuniger für Anwen 

dungen innerhalb und außerhalb der Kernphysik 

soll in mehreren Stufen realisiert werden. 

Als erste Stufe wurde der Aufbau eines Proto 

typ-Linearbeschleunigers für Protonen in An 

griff genommen. Die Arbeiten sollen zur Aus 

arbeitung eines Bauvorschlages für einen Pro 

tonenbeschleuniger von 600 MeV Energie führen. 

Ein solcher Beschleuniger würde die Erzeugung 

von TI-Mesonen in für Strahltherapie hinreich 

ender Intensität erlauben. Physikalische 

Rechnungen lassen erwarten, daß die Behand 

lung mit diesen Teilchen in vielen Fällen der 

herkömmlichen Strahltherapie überlegen ist. 

Aufgrund der bereits gewonnenen Erfahrungen 

wird weiter die Möglichkeit der Errichtung 

eines supraleitenden Nachbeschleunigers für 

Schwerionen hinter einem Tandembeschleuniger 

untersucht. 

Neben diesen Projekten werden anwendungsnahe 

Grundlagen-Untersuchungen zu den Eigen 

schaften supraleitender Oberflächen, die 

Hochfrequenzströme tragen, durchgeführt mit 

dem Ziel, über ein besseres Verständnis 

bessere Bedingungen für die Präparation sol 

cher Oberflächen zu erarbeiten. Auch die 

Möglichkeit weiterer technischer Anwendungen 

der Hochfrequenz-Supraleitung werden über 

prüft. 

Am Jahresende waren im Teilinstitut 11 

-%- 

21 Akademiker, 5 Ingenieure und 12 sonstige 

Mitarbeiter als Angehörige der GfK tätig, 

zusätzlich wurden 7 Akademiker, Ingenieur 

und 6 sonstige Mitarbeiter direkt vom BMFT 

finanziert. Außerdem arbeiteten 8 Akademiker 

und 4 sonstige Mitarbeiter als Angehörige der 

Universität Karlsruhe in den verschiedenen 

Gruppen. Weiterhin zählten 3 Gäste, 3 Doktor 

anden und 3 Diplomanden zum Teilinstitut 11. 

Die Arbeiten im Teilinstitut 111 (Leitung: 

Prof. Dr. W. Heinz) konzentrierten sich auf 

die Anwendung der Hochstromsupraleitung in 

Forschung und Technik. Sie bezwecken die Be 

reitstellung und Anwendung der Technologie 

supraleitender Magnete bei betriebsmäßiger 

Grenzbeanspruchung anhand konkreter Vorhaben. 

Im Jahre 1974 wurden die Arbeiten für supra 

leitende gepulste Magnete und deren Einsatz 

in der Kernphysik mit dem Test- und Langzeit 

betrieb eines supraleitenden Pulsmagneten mit 

Beschleunigerspezifikationen im wesentlichen 

zum Abschluß gebracht. 

In zunehmendem Maße wurden Entwicklungen auf 

dem Gebiet der Energietechnik und Fusion in 

Angriff genommen. Ziel im Bereich der Energie 

technik ist die Entwicklung eines supraleiten 

den Rotors für Synchrogeneratoren. Erste Ex 

perimente dienen der Untersuchung der Kühlbe 

dingungen in rotierenden Systemen. Weitere 

Beiträge zur Energietechnik sind Systemstu 

dien und Hochspannungsexperimente bei tiefen 

Temperaturen. So wurde 1974 z.B. eine Studie 

zur Energieübertragung mit fortgeschrittenen 

Hochleistungskabeln im Vergleich zu Supra 

leiterkabeln erstellt. 

Die experimentellen Arbeiten zur Fusion wur 

den mit der Untersuchung schnell entladbarer 

supraleitender Energiespeicher begonnen, be 

gleitet von Konzeptstudien für große toroi 

dale Magnetsysteme. Die Arbeiten zur Energie 

technik werden in Zusammenarbeit mit der 

Elektroindustrie, die zur Fusion im Rahmen 

des FRTP, zusammen mit dem IPP Garehing durch 

geführt. 

Die Entwicklungsvorhaben werden von Unter 

suchungen an technischen Supraleitern und 

Tieftemperatur-Strukturmaterialien sowie von 

anwendungsorientierten Grundlagenuntersuch 

ungen unterstützt. 

Am Jahresende waren im Teilinstitut 111: 17 

Akademiker, 9 Ingenieure und 12 sonstige Mit 

arbeiter als Angehörige der GfK tätig. Zu- 

sätzlich wurden 8 Akademiker, Ingenieur und 

13 sonstige Mitarbeiter direkt vom BMFT finan-

Dr. L. Szybisz 

DP W.-G. Thies 

Dr. R. Wischhusen 

Wechselwirkung von Kernstrahlung und Atomhülle 

Die Methode der Kern-Mößbauer-Spektroskopie 

wurde auf biologisch interessante Jod-Ver 

bindungen angewandt. Für 1974 wurde das Tabak 

Mosaik-Virus als Untersuchungsgut gewählt. 

Die Bearbeitung erfolgt in Zusammenarbeit mit 

der Abteilung Biophysik des Max-Planck-Insti 

tutes für medizinische Forschung, Heidelberg. 

Aus den Parametern der Messung (Isomeriever 

schiebung, Quadrupolaufspaltung) werden Aus 

sagen über die chemische Bindung des Jod und 

über die räumliche Anordnung der Liganden im 

Molekül erwartet. Die Messungen am Tyrosin 

als Vorstufe der Untersuchungen am Tabak 

Mosaik-Virus sind abgeschlossen und werden 

gegenwärtig gedeutet. Die bisher vorliegende 

Messung am Tabak-Mosaik-Virus reicht für eine 

genaue Auswertung noch nicht aus. 

tiber die Mößbauerarbeiten wurden 1974 zwei 

Berichte gegeben (7921, 8113). 

Die Abhängigkeit der Lebensdauer von Kern 

zuständen als Funktion der Elektronenkonfi 

guration der Hülle wurde für Cu 64 in ver 

schiedenen chemischen Verbindungen untersucht 

(7323). Die Methode liefert Aussagen analog 

zu denen, die aus der Messung der isomerie 

shift in Mößbauer-Untersuchungen erhalten wer 

den kann, hat jedoch den Vorteil auch auf 

solche Kerne anwendbar zu sein, bei denen kei 

ne rückstoßfrei emittierte Gamma-Strahlung 

beobachtet werden kann. 

Im vorliegenden Fall lassen sich aus den Meß 

ergebnissen Änderungen der Elektronendichte 

am Kernort von der Größenordnung 10- 4 er 

mitteln. Zusammen mit Messungen der Knight 

shift kann die paramagnetische Suszeptibili 

tät der Leitungselektronen bestimmt werden, 

die auf anderem Wege nicht zu erhalten ist. 

Am eisenfreien Orangenspektrometer wurde mit 

137 

Hilfe des Gamma-tibergangs in Cs die Eignung 

des Gerätes zur Messung der Konversionskoef 

fizienten nach der sogenannten Intern-Extern 

Methode geprüft (8106). Die Methode beruht 

darauf, die Zahl der inneren Konversionselek 

tronen mit der durch einen Konverter erzeug 

ten Photoelektronen zu vergleichen. Sie hat 

-48 - 

insbesondere den Vorteil, vom jeweiligen 

Zerfallsschema weitgehend unabhängig zu sein. 

Die Arbeiten zur Mehrfachstreuung von Gamma 

Strahlung an ferromagnetischen Materialien 

wurden abgeschlossen (7367, 7474). Die Er 

gebnisse sind grundlegend für die Auswertung 

der Messungen zur Prüfung der Quantenelektro 

dynamik, die seit dem 1.4.1974 am I. Physi 

kalischen Institut der Universität Heidelberg 

weitergeführt werden. 

Mitarbeiter: Prof. Dr. H. Appel 

Dr. H. Behrens 

Dr. P. Bock 

Dr. G. Bliche 

DP H. Haffner 

Dr. B. Jenschke 

DP P. Luksch 

Untersuchung von Kernreaktionen mit drei 

Teilchen im Endzustand 

DP M. Mikirditsian 

Die Untersuchung der Aufbruchsreaktion 

d+d+d+p+n mittels kinematisch vollständiger 

Experimente wurde im Jahre 1974 abgeschlossen. 

Dabei waren in den letzten Jahren vor allem 

drei Reaktionsmechanismen untersucht worden: 

im Jahre 1972 die quasifreie Deuteron-Proton 

Streuung und in den Jahren 1973 und 1974 die 

quasifreie Deuteron-Neutron-Streuung sowie 

1974 die Neutron-Proton-Endzustandswechsel 

wirkung. Die Winkelverteilungen für die 

quasifreie Deuteron-Proton- und Deuteron-Neu 

tron-Streuung zeigen für Schwerpunktswinkel 

oberhalb von 50 0 gute tibereinstimmung be 

züglich ihres Verlaufs und in der absoluten 

Größe des Wirkungsquerschnittes. 

Signifikante Unterschiede werden bei Schwer 

punktswinkeln unterhalb von 50 0 beobachtet. 

Die Ursache hierfür muß vor allem im zu 

nehmenden Einfluß der Neutron-Proton-Endzu 

standswechselwirkung bei kleineren Winkeln 

gesehen werden. Die Untersuchung der Neutron 

Proton-Endzustandswechselwirkung in weiten 

kinematisch erlaubten Bereichen läßt den 

Schluß zu, daß diese Wechselwirkung haupt 

sächlich im 3SI-Zustand erfolgt, wie bei Er 

haltung des Isospins erwartet wird. 

Eine Analyse der Winkelverteilung der Neu 

tron-Proton-Endzustandswechselwirkung in der 

Reaktion p+d+p+p+n mit Hilfe eines exakten

Dreikörpermodells unter Verwendung von sepa 

rablen Potentialen führt zu dem Schluß, daß 

dieses Modell in sehr guter Übereinstimmung 

mit den experimentellen Daten ist, und daß 

sich der Separationsansatz nach Watson, der 

auch für die Winkelverteilung eine gute Para 

metrisierung darstellt, aus diesem Dreikörper 

modell rechtfertigen läßt (7594, 8073, 8072). 

Mitarbeiter: Dr. W. Kluge 

Dr. H. Matthäy 

DP R. Schlüfter 

DP H. Schneider 

Erzeugung polarisierter Ionenstrahlen und 

Kernreaktionen mit polarisierten Teilchen 

Während zweier Teststrahlzeiten zu Jahresan 

fang wurden Messungen zur Optimalisierung 

von Intensität und Polarisation des be 

schleunigten vektorpolarisierten Deuteronen 

strahles durchgeführt. Es erwies sich als 

notwendig, das Filterfeld für die primären 

unpolarisierten positiven Ionen der Lambshift 

quelle neu zu konstruieren sowie die Streu 

kammer und die Quadrupole neu zu justieren. 

Außerdem wurde ein Polarisationsmonitor zur 

Überwachung der Strahlpolarisation und zur 

Untersuchung von Tensorpolarisationseffekten 

aufgestellt. Das System der Datenerfassung 

wurde entsprechend erweitert. 

Während zwei weiteren Strahlzeitperioden stand 

für insgesamt 150 Stunden ein Strahlstrom von 

5 bis 10 nA Intensität auf dem Target für 

Streuexperimente zur Verfügung. Maximal wur 

den 98 nA bis auf die Endenergie von 50 MeV 

beschleunigt und 30 nA aus dem Zyklotron ex 

trahiert. Die Vektorpolarisation betrug im 

Mittel P y E 0.43 ± 0.01. 

Mit diesem Strahl wurden Kernreaktionen von 

polarisierten Deuteronen am 12C für Streu 

winkel von 22 0 bis 80 0 

(Labor) untersucht. Es 

wurde die Analysierstärke in Abhängigkeit des 

Streuwinkels für die elastische und une la 

stische Deuteronenstreuung, sowie für die 

d,p-Strippingreaktion gemessen. Der Vergleich 

der elastischen Streudaten mit bereits vor- 

liegenden (W. Fetscher u.a. KFK 1357/1971) 

ergab gute Übereinstimmung. 

Darüber hinaus wurde im Rahmen des Vorhabens 

'Polarisierte Lambshiftquelle für das Insti 

tut für Kernphysik der Universität Köln' das 

Strahltransportsystem bis zum Tandem erstellt 

- 49 

und mit Erfolg getestet. Die Lambshiftquelle 

selbst ist für den für Januar 1975 vorge 

sehenen Tensorpolarisationstest vorbereitet. 

Mit Wirkung vom 1.10.1974 wurde das Vorhaben 

im Zuge einer Neuorganisation der Nieder 

energiekernphysik vom IEKP in das IAK über 

nommen. Es wird weiterhin durch eine Hoch 

schulgruppe des IEKP unterstützt. 

Mitarbeiter: Dr. L. Friedrich (IAK) 

Dr. F.K. Schmidt 

Dr. V. Bechtold (IAK) 

DP J. Bialy 

DP M. Junge 

M. Klauss 

DP G. Strassner 

P. Ziegler 

3.1/74/4 Mittelenergiephysik 

Anwendung kernphysikalischer Methoden in der 

Biophysik 

Der Einsatz von negativen Pionen in der 

Strahlentherapie ist aufgrund des günstigen 

Verhältnisses von Tiefendosis zu Oberflächen 

dosis erfolgversprechend. Der Vorteil kommt 

dadurch zustande, daß Pionen am Ende ihrer 

Bahn zunächst von den Atomen, überwiegend 

von Sauerstoff, und anschließend von Kernen 

eingefangen werden. Die beim Zerfall der 

Kerne frei werdende Energie wird auf Proto 

nen, Alpha-Teilchen und schwerere Bruch 

stücke sowie auf Neutronen und Gammaquanten 

übertragen. Es ist eine wesentliche Aufgabe, 

die Reichweite der Pionen und den Bereich 

der Energieabgabe der sekundär entstehenden 

Teilchen experimentell darzustellen. 

Aufgrund ihrer Instabilität zerfallen die 

Pionen bereits im Strahl in Myonen und diese 

wiederum in Elektronen. Myonen und Elektro 

nen unterscheiden sich von den Pionen u.s. 

in ihrer mittleren Reichweite. Es ist daher 

notwendig, die relativen Anteile von Pionen, 

Myonen und Elektronen im Strahl zu bestim- 

men. 

1974 wurde eine Meßapparatur aufgebaut, mit 

der die Zusammensetzung des Strahls am bio 

medizinischen Kanal des SIN ermittelt werden 

soll. Dies geschieht über eine kombinierte 

Messung von Flugzeit, spezifischem Energie 

verlust und Reichweite der Teilchen. Mit den 

eigentlichen Messungen am Strahl ist nach 

Fertigstellung des biomedizinischen Kanals

DP W. Hofmann 

H. Keim 

K. Ratz 

J. Spengler 

S. Stein 

3.2/69/4 Linearbeschleuniger 

1974 wurde ein entscheidendes Teilziel, der 

Festfrequenzbetrieb mit einer Wendelsektion, 

erreicht. Im Beschleunigertestlauf wurde die 

60 cm lange Wendel sektion (sechs A/2-Wendeln) 

mit einem Referenzoszillator fester Frequenz 

synchronisiert sowie nach erfolgter Phasen 

synchronisation bei Spitzenfeldstärken bis zu 

10 MV/m stabil betrieben (7356, 7361). 

Abb. 8: Niob-Wendelsektion, ca. 60 cm lang. 

Der Außenbehälter ist mit Kühlkanälen 

versehen und hat einen Innendurch 

messer von 20 cm. 

Danach wurde der endgültige Ausbau des Wendel 

beschleunigers vorangetrieben, da nun gezeigt 

war, daß die aufgetretenen mechanischen 

Schwingungsprobleme der Wendeln beherrschbar 

sind (7923). Die zweite Wendelsektion wurde 

geliefert, alle weiteren Wendelsektionen sind 

entwickelt und können gefertigt werden. Mit 

den beiden ersten Wendel sektionen wurden nach 

mehrfacher Oberflächenbehandlung reproduzier 

bar Hochfrequenzspitzenfeldstärken von 16 MV/m 

bzw. 48 mT erreicht, was nahezu den angestreb 

ten Maximalwerten entspricht. Die Feldbegren 

zung wird gegenwärtig in beiden Sektionen durch 

-56- 

das Auftreten von Elektronen verursacht, was 

den Ergebnissen von Laborversuchen auch an 

einfachen Niobresonatoren entspricht (7423). 

An der Klärung dieser Effekte wird weiter in 

der Grundlagengruppe gearbeitet (vgl. unten). 

Die dort entwickelten Standardverfahren zur 

Oberflächenpräparation konnten erstmals er 

folgreich auf die Wendelsektionen übertragen 

werden. Um den durch die naßchemische Behand 

lung eingebrachten Wasserstoff zu beseitigen, 

wurden auch die Wendelsektionen nach dem Elek 

tropolieren und Oxypolieren einer Ofenbehand- 

-6 

lung bei 1200 C und 4.10 Torr unterzogen. 

Dadurch wurden Güten größer 10 9 , d.h. ent 

sprechend geringe Oberflächenverluste, erst 

mals auch in Wendel sektionen erreicht. 

Die Entwicklung der Beschleunigungsstruktur 

für Stufe 2 bei einer Betriebsfrequenz von 

720 MHz wurde soweit vorangetrieben, daß eine 

fünfzellige Alvarezstruktur für den Einsatz 

im Modellbeschleuniger berechnet und konstru 

iert werden konnte. Akzeptanz- und Fokussie 

rungsrechnungen erlauben den Übergang vom 

Wendelteil auf den Alvarezteil schon bei einer 

Energie von ca. 6 MeV fest. Die zweizellige 

Teststruktur vom Alvarez-Typ für 5 MeV Proto 

nen sowie die Teststruktur vom Slotted-Iris 

Typ für 20 MeV Protonen wurde geliefert und 

in Betrieb genommen. Vorrichtungen zur Ober 

flächenpräparation dieser Strukturen von 

größerem Durchmesser wurden fertiggestellt. 

Der zum Ausheizen geplante große UHV-Ofen 

wurde beim Industriepartner fertiggestellt 

und steht vor der Auslieferung. Zahlreiche 

Laborversuche mit beiden Testresonatoren 

brachten reproduzierbar Beschleunigungsfeld 

siärken bis zu 3 MV/m bei Spitzenfeldern bis 

zu 22 MV/m sowie ausreichend hohen Güten. 

Damit ist gezeigt, daß die Niobtechnologie 

auch in komplizierter Geometrie bei 720 MHz 

beherrscht wird. 

Das Schwergewicht der Tätigkeit im Hochfre 

quenzbereich lag auf der Hf-Ausstattung und 

Regelung für die Wendelsektionen. Der Be 

schleunigertestlauf brachte den endgültigen 

Nachweis, daß mit der Regelschaltung - beste 

hend aus einer Amplitudenregelschleife, einer 

VCO-Schleife und einer Eigenfrequenzregel 

schleife mit PIN-Dioden-Tuner (Stellbereich 

10 kHz) - trotz starker, mechanisch beding 

ter Eigenfrequenzänderungen die Beschleuni 

gungsspannung bei 45% des Sollwertes auf 2% 

in der Amplitude und 4 0 

in der Phase stabili-

siert werden kann. Eine zweite, verbesserte 

Regelanlage wurde komplett mit Tuner im Labor 

versuch bei 50% des Sollwertes erfolgreich be 

trieben. Daneben wurde an der Hf-Ausstattung 

fUr den zweiten Beschleunigerteil (720 MHz) 

gearbeitet. Aufgrund der im Vergleich zur Wen 

del geringeren Anforderungen an den Hf-Aufwand 

wurde ein Regelkonzept ausgearbeitet und eine 

erste Anlage bei der Industrie bestellt. Der 

dazugehörige 200 W-Breitbandsender wurde in Be 

trieb genommen und zeigte gute Linearitätsei 

genschaften. Eine Hochfrequenzeinkopplung 

für die Alvarez-Struktur mit einer externen 

Güte von 10 6 für eine Leistung von I kW wurde 

im Modell entwickelt und ausgemessen. 

Die mechanischen und akustischen Störeinflüsse 

auf die Wendel wurden analysiert (7376). Als 

erste Maßnahme zur Verringerung der akusti 

schen Störungen aufgrund der Helium-Entspannung 

wurde das Joule-Thompson-Ventil auf dem Wendel 

kryostaten ausgegliedert. Dazu wurde der Kälte 

betrieb auf einen Zusatzkryostaten umgestellt 

(vgl. Kryogruppe). Erste akustische Messungen 

mit Zusatzkryostat und vollem Kältebetrieb 

zeigen eine deutliche Abnahme des Geräuschpe 

gels im Wendelkryostaten. 

Entwicklungs- und Konstruktionsarbeiten konzen 

trierten sich auf die Umrüstung des Kryostaten 

mit Zusatzkryostat, die Helium-Zuführung und 

die wegen der neuen Wendelsektionen geänderten 

Kryostat-Innenteile. Außerdem wurde eine mecha 

nische Abstimmeinrichtung und eine Chemisch 

Poliereinrichtung für die Alvarez-Struktur ent 

wickelt. 

Die kryotechnische Meßstellenerfassung wurde 

erweitert und eine Meßwertübertragung zur Käl 

teanlage geschaffen. Die beiden vorhandenen 

supraleitenden Quadrupole wurden im Testkryo 

staten mit "warmer Bohrung" ausgemessen. 

Ein weiterer supraleitender Quadrupol ist im 

Teilinstitut 111 im Bau (vgl. OC7A). 

Der Beschleunigerbereich wurde nach Beendigung 

des ERA-Projektes umgebaut. Dies erforderte 

bauliche Veränderungen sowie die Verlegung der 

Stromversorgungs- und Steuerleitungen in der 

Schaltwarte. Die Rechnungen für den Injektions 

weg und die Strahlanpassung am Beschleuniger 

eingang wurden abgeschlossen (7933). Die Mög 

lichkeiten zur Strahldiagnose wurden durch die 

Entwicklung eines Strahlprofilanzeigers, der 

bei Helium-Temperatur arbeitet, erweitert. 

- 57- 

Zum ersten Mal konnten in den Experimenten der 

Grundlagengruppe Schädigungen der Niob-Nb 2 0 5 

Grenzschicht durch die im Resonator auftreten 

den Elektronen klar identifiziert werden (7300, 

7364, 7601, 7893). Dadurch sind gegenwärtig 

die effektiv erreichbaren Hochfrequenzfeld 

stärken in supraleitenden Resonatoren begrenzt. 

Die Hochfrequenz-Restverluste wurden theore 

tisch erklärt mit quantenmechanischem Austausch 

zwischen Leitungsband und lokalisierten Zustän 

den im Oxyd (6578, 7297, 7586, 7587). Nachdem 

bereits die Frequenz- und Temperaturabhängig 

keit des Oberflächenwiderstandes Hinweise auf 

Sauerstoff zeigten (7372), zeigte auch die Än 

derung der Eindringtiefe mit der Temperatur 

Abweichungen von der BCS-Theorie, die durch 

Sauerstoff-Ausscheidungen erklärt werden kön 

nen (7299, 7590). Die Meßergebnisse werden 

bestätigt durch Pinning- und H c3 -Messungen 

(6934, 7298, 7609, 7588). 

Die gute Zusammenarbeit mit der amerikanischen 

Gruppe vom HEPL in Stanford wurde auch 1974 

fortgesetzt durch den Austausch von Mitarbei 

tern und gemeinsame Veröffentlichungen (7225, 

7227, 7239, 7300, 7364, 7601). 

Mitarbeiter: 

Projektleitung: Dr. M. Kuntze 

Sekretärin: D. Hamdi 

Wendelbeschleuniger: Dr. J. Frickel 

Kältebetrieb: 

Dr. K. Zieher 

Dr. W. Jüngst 

B. Messerschmidt 

N. Münch 

G. Redemann 

M. Rutz 

G. Westenfelder 

Alvarezbeschleuniger:Dr. K. Mittag 

R. Edin 

E. Dossinger 

Hochfrequenzaufbau: Dr. D. Schulze 

Dr. S. Brandelik 

H. Fiedler 

DI. R. Hietschold 

A. Hornung 

G. Rebhuhn 

P. Schlick 

Dr. L. Szecsi 

W. Herz 

H. Heckfuß 

H. Lotz 

F. Schürrer 

R. Vincon

Mitarbeiter: Leitung: Dr. H. Lenge1er 

3.2/75/10 Supraleitende Nachbeschleunigung 

nen. 

Sekretärin: G. Fir1 

H. Budig 

Dr. G. Dammertz 

R. Dittmann 

D. Ewert 

DP. M. Grundner 

DP. W. Hauser 

Ing. L. Husson 

F. Kröner 

R. Lehm 

E. Müller 

DI. E. Rathgeber 

H. Skace1 

von Ionen 

Ziel dieses Vorhabens ist es, ein Teilstück 

eines supraleitenden Linearbeschleunigers zu 

bauen, um mittelschwere Ionen zu beschleuni 

gen. Dieses Teilstück soll an die Beschleuni 

geranlage des Max-Planck-Institutes für Kern 

physik in Heide1berg angefügt werden. Aus dem 

Betrieb mit Ionenstrahl sollen Erfahrungen ge 

wonnen werden, die es erlauben, einen Bauvor 

schlag für einen Nachbeschleuniger mit supra 

leitenden Resonatoren auszuarbeiten. Die Ar 

beiten wurden im zweiten Halbjahr 1974 begon- 

Rechnungen und Messungen an Modellen dienten 

der Parameterwahl für die beiden Resonatoren, 

die im projektierten Teilstück eingesetzt wer 

den sollen. Bei einer maximalen Oberflächen 

feldstärke von 16 MV/rn kann in einem der pro 

jektierten Resonatoren eine Beschleunigung um 

250 keV pro Ladung erzielt werden. Diese Feld 

stärke konnte in einem supraleitenden Ver 

suchsresonator zuverlässig erreicht werden. 

Elektroneneinflüsse und lokale Defekte im 

Supraleiter begrenzen zur Zeit die maximale 

Feldstärke. 

In weiteren Versuchen verfolgten wir erstmals 

den Vorschlag, supraleitende Wendel resonatoren 

statt mit ruhendem superfluidem Helium (Helium 

11) mit strömendem Helium I zu kühlen. Diese 

Art der Kühlung sollte die Bau- und Betriebs 

kosten für den zu planenden Nachbeschleuniger 

vermindern. Schwingungen, die durch Dampfbil 

dung im Helium entstehen und den stabilen Be 

trieb der Resonatoren erschweren, konnten wir 

in unseren Vorversuchen durch konstruktive 

-59- 

Maßnahmen verhindern. Nach diesen günstigen 

Ergebnissen beabsichtigen wir, die Versuchs 

strecke nicht nur mit ruhendem Helium 11, son 

dern alternativ mit strömendem Helium I zu be 

treiben, um weitere Erfahrungen für den Bau 

vorschlag zu gewinnen. 

Die Speisung supraleitender Resonatoren mit 

Hochfrequenzenergie wird erschwert, wenn durch 

Vibrationen von Pumpen und Kompressoren die 

Eigenfrequenz dieser Resonatoren moduliert 

wird. Wir haben den Einfluß der Störer auf 

Modellresonatoren am Aufstellungsort des ge 

planten Beschleunigers untersucht. Die Fre 

quenzabweichungen erwiesen sich als genügend 

klein, um ein im Prinzip erprobtes Regelsy 

stem, das auf Amplitude und Phase der Be 

sch1eunigungsspannung einwirkt, einsetzen zu 

können. Mit dem Aufbau des Regelsystems für 

die Teststrecke wurde begonnen. Der Kryostat 

für das geplante Teilstück wurde konstruiert 

und ausgeschrieben. Alle kältetechnischen Ein 

richtungen wurden so ausgelegt, daß Betrieb 

mit ruhendem Helium 11 oder strömendem Helium 

I möglich ist. 

Mitarbeiter: Dr. J. E. Vetter 

Dr. G. Hochschild 

Dr. B. Piosczyk 

3.3/74/6 Kryoenergietechnik 

H. Daugart } abgeordnet vom 

J. Frauenfeld MPI für Kernphy- 

sik Heidelberg 

Entwicklungen der Kryoenergietechnik sollen zur Ein 

führung der Hochstromsupraleitung in die Energietech 

nik beitragen. Nach Beginn des Vorhabens 1973 mit den 

drei Zielrichtungen "Systemtechnische Untersuchungen", 

"Entwicklung supraleitender Energiespeicher" und 

"Grundlegende Beiträge zur Hochspannungstechnik bei 

tiefen Temperaturen sowie zur forcierten Kühlung mit 

Helium", konzentrierten sich die Arbeiten im Berichts 

jahr zunehmend auf die Schwerpunkte "Einsatz der Supra 

leitung bei Rotoren von Synchronmaschinen" und "Mag 

nete für die Fusion". 

Als systemtechnische Untersuchung wurde im Auftrag der 

EG-Kommission in Brüssel eine Studie über den Vergleich 

supraleitender Kabel mit fortgeschrittenen konventio 

nellen Kabeln erstellt, für die die gesamte europä 

ische Kabelindustrie Beiträge lieferte. Zweck der 

Studie seitens des Auftraggebers war es, an Hand der 

Ergebnisse Aussagen über eventuell nötige Forschungs-

den Spulen konnte eine Methode zur Messung von Kurz 

probenwerten in kurzgeschlossenen Sekundärspulen ent 

wickelt werden, die auf dem Zusammenbruch der indu 

zierten Abschirmströme beim Erreichen von kritischen 

Strom- und Feldwerten beruht. Mit hochempfindlichen 

Sondenspulen im Zentrum der Kurzschlußspulen, die die 

inneren Feldänderungen anzeigten, ließ sich zeigen, 

daß viele Multifilament-Supraleiter ab bestimmten 

Strömen eine Diffusion von Magnetfeld zulassen. Damit 

wird erstmalig klar, daß es für technische Supralei 

ter einen Übergangsbereich gibt zwischen einem reinen 

Supraleitungsstrom und dem sog. "take off-Strom" 

beim Übergang zur Normalleitung, in dem die Magnet 

felddiffusion eine induktive Spannungskomponente bei 

trägt. Arbeiten zu diesem Problemkreis sind noch im 

Gange. 

Experimente zur magnetischen, thermischen und mecha 

nischen Quenchauslösung, d.h. zum Fragenkomplex der 

vorzeitigen Auslösung von Normalleitung, sind im 

Gange oder im Aufbau begriffen. Erste Resultate zeig 

ten, daß von außen auf den Supraleiter einwirkende 

magnetische und thermische Störgrößen relativ groß 

sein müssen, um quenchauslösend zu wirken, und damit 

recht unwahrscheinlich sind, so daß eine örtliche 

mechanische Überbelastung des Supraleiters als innere 

Ursache wahrscheinlich ist. 

Für den supraleitenden Linearbeschleuniger im IEKP 11 

wurden kurze supraleitende Quadrupollinsensysteme ent 

wickelt und werden nun nach Überwindung von Fertigungs 

schwierigkeiten gebaut. Ein Entwurf von zwei Quadru 

polen mit Kryoausrüstung (I m Länge, Gradient 160 T/m, 

Bohrung 3 cm, Güte 6B/B < 10- 2 ) für ein Hyperonen 

strahlexperiment am CERN-SPS wurde von uns ingenieur 

mäßig erarbeitet. Im Rahmen einer gegenseitigen Unter 

stützung wurde von uns für das Plasma-Wandwechsel 

wirkungsexperiment HYDRA der Kernforschungsanlage 

Jülich ein supraleitendes Helmholtz-Spulenpaar von 

1 m Durchmesser und einem Zentralfeld von 1 Tesla 

konizpert und die Wicklung der Spulen begonnen. 

Mitarbeiter: Dr. P Turowski 

Ing. N. Brünner 

DI. N. Fessler 

Ing. S. Förster 

F. Gauland 

M. Kutschera 

B. Lott 

DI. G. Nöther 

H. Orschulko 

Y. M. Pellieux 

DP. M. Scherer 

Dr. C. Schmidt 

Ing. W. Specking 

-64- 

Mitarbeiter: S. Stumpf 

S. Weidelich 

D. Wiedemann 

3.3/74/7 Tieftemperaturmaterialien 

a) Technische Supraleiter 

Die Arbeiten im Berichtszeitraum konzentrierten sich 

auf Untersuchungen zum Verlust- und Strom-Feld-Verhal 

ten von technischen Supraleitern, überwiegend von 

NbTi-Legierungen. 

Zur Bestimmung der frequenzabhängigen Magnetisierungs 

verluste wurde ein pulsbares Solenoid gebaut (Abb.20), 

das in 8 cm Bohrung 4,6 Tesla erzeugt und mit 2 Tesla 

pro Sekunde erregt werden kann. Korrekturwicklungen 

erzeugen die geforderte Feldhomogenität von 0,1 % in 

einem sphärischen Volumen von 4 cm Durchmesser, in 

dem sich die Magnetisierungsprobe befindet. Der Supra 

leiter des Solenoiden besteht aus 32 Multifilament 

drähten, die im IEKP zu einem isolierten Kabel ver 

flochten wurden. Die Kühlung der Magnetspule erfolgt 

über Kupferdrahtmatten, die als Kränze (Abb. 20) aus 

den epoxydharzvergossenen Leiterwicklungen herausste 

hen. Mit nur drei Trainingsschritten erreichte der 

Magnet seinen Feld-Sollwert. 

Im Pulsfeld dieses Solenoiden wurden frequenzabhängig 

Magnetisierungsmessungen an Vielkern-Supraleitern und 

an Kabeln durchgeführt. Als Beispiel ist in Abb. 21 

das Verlustverhalten des Kabelleiters vom Magneten 

D2a gezeigt: die Leiterprobe ist einer dreiecksförmigen 

Feldänderung mit einer Frequenz von 10- 3 bis 10- 1 

Hz bei gleicher Amplitude von 4 Tesla ausgesetzt. 

Abb. 20: 

Pulsbares Supra 

leitersolenoid 

für Magnetisie- 

rungsmessungen 

(4,6 T in 8 cm 

0; 2 T/s)

P, IPo,ool Hz 

160 

MagnetisilHungsverlustedes D2a Kabels 

im transversalen Pulsteid 

140 (Amplitude: 4 TesLa.l 

120 

10 

80 

GD 

IJJ 

20 

0 

0,001 Op' 0,", 0,06 0,08 0,1 

Abb. 21: Magnetisierungsverluste des Kabel 

Die 

als 

von 

rung. 

Supraleiters für den Dipolmagneten D2a. 

Verlustleistung ist auf die bei 10- 3 Hz normiert; 

Absolutwert wurde bei 10- 2 Hz eine Verlustenergie 

120 kJ/m 3 ermittelt. Die Abweichung vom linearen 

Anstieg der Verluste mit der Frequenz (Abb. 21), der 

für Hystereseverluste im Supraleiter zu erwarten ist, 

zeigt den Einfluß von Wirbelstrombeiträgen in der 

normalleitenden Matrix des Leiters. - Untersuchungen 

zur Abhängigkeit der Magnetisierung von der Richtung 

der Leiterachse zum Magnetfeld ergaben für den longi 

tudinalen Fall typischerweise eine Verdoppelung der 

Verluste verglichen mit der transversalen Orientie- 

Die Untersuchungen des Einflusses von longitudinalen 

Magnetfeldkomponenten auf die kritische Stromtragfä 

higkeit bei kaltverformten NbTi-Leitern ergaben eine 

starke Anisotropie der Volumenpinningkräfte. Die 

Pinningkräfte erhöhten sich bei Verringerung des Win 

kels a zwischen Leiterachse und externem Magnetfeld 

von 90 0 auf 10 0 bis auf das Vierfache; das bedeutet 

für die entsprechende Erhöhung des kritischen Stromes 

etwa einen Faktor 20. Ursache dieser Anisotropie ist 

eine ausgeprägte Subbandstruktur im NbTi, bei der sich 

aufgrund der Kaltverformung beim Ziehen des Leiters 

Versetzungen zu schlauchartigen Gebilden gruppieren, 

die sich parallel zur Leiterachse erstrecken. Wird 

diese Struktur durch Warmbehandlung aufgebrochen, 

so vermindert sich die Anisotropie und verschwindet 

bei rekristallisierten Proben völlig, d.h. die Volu 

menpinningkraft wird winkelunabhängig, Ic·B·sin a 

wird konstant (Abb. 22). Diese Untersuchungen ergeben 

daher Aufschlüsse über den Optimierungsgrad hinsicht 

lich der Stromtragfähigkeit der jeweiligen Probe. 

Im Rahmen eines Entwicklungsprogrammes mit der Firma 

Vakuumschmelze zur Herstellung eines Supraleiterdrah 

tes für Schaltzwecke (NbTi-Filamente in hochresistiver 

CuNi-Matrix) wurden zur Optimierung der Stromtrag- 

-65 - 

fähigkeit bei 2 Tesla Proben mit unterschiedlicher 

metallurgischer Behandlung hinsichtlich ihrer Strom 

Feld-Charakteristiken untersucht. 

• 8 

* 7 

o 6 

• 5 

o 4 

x 3 

K 9 RE 

NbTi SO 

0.5 

sin oe: 

Abb. 22: Kritische Stromdichte eines rekristalli 

sierten NbTi-Einkernleiters in Abhängigkeit 

vom Winkel a zwischen Feldrichtung und 

Leiterachse I ·B·sin a = const. 

c 

In einem gemeinsamen Forschungsprogramm des IEKP und 

des IAK werden die Herstellung und Untersuchung dün 

ner Supraleiterschichten verfolgt. Die Aktivitäten im 

IEKP werden sich auf die Entwicklung von Dünn- und 

Mehrschichtsupraleitern konzentrieren, die sich bei 

hoher Übergangstemperatur durch eine große Stromtrag 

fähigkeit und ein günstiges Verlustverhalten auszeich 

nen. Zur Realisierung dieses Vorhabens wurde eine UHV 

Aufdampf- und Sputteranlage konzipiert und in Auftrag 

gegeben. Eine Meßtechnik zur Bestimmung der Stromtrag 

fähigkeit dünner Schichten wurde an NbN-Präparaten 

erprobt. 

Mitarbeiter: Dr. W. Schauer 

DP. K.P. Jüngst 

B. Krevet 

G. Obermaier 

A. Reichert 

N. Tonk 

b) Tieftemperaturbestrahlungen von Supraleitern 

Die Bestrahlungsuntersuchungen an technischen Supra 

leitern dienen der Simulation von Strahlenschädigungen 

an Magneten für Strahlführungen und Fusionsreaktoren. 

Fortgeführt wurden 1974 die Untersuchungen der Strahl 

einflüsse auf Stromtragfähigkeit und Temperaturver 

halten an den aktuellen AIS-Materialien V 3 Ga und Nb 3 Sn. 

Im Mittelpunkt standen neben apparativen Aufgaben 

(Einsatz eines temperaturvariablen Kryostaten, Ver 

besserung der Magnetisierungsapparatur) Strom- und 

1.0

Mitarbeiter: DP. H. Küpfer 

Dr. R. Meier 

B. Vogeley 

Dr. H. Winter 

3.0 Kryotechnische Entwicklungen und Kälte 

anlagen 

Die Abteilung entwickelt, erstellt und be 

treut kryotechnische und vakuumtechnische 

Einrichtungen für die Tieftemperaturvorhaben 

des Instituts. Die Arbeiten konzentrieren 

sich z.Z. auf die Forschungsvorhaben Supra 

leitender Linearbeschleuniger (LINAC), Supra 

leitender Teilchenseparator (SEPARATOR), 

Supraleitende Nachbeschleunigung von Ionen 

(SNB), Supraleitende Magnete (TTM) und Kryo 

energietechnik (KET), deren Kryokreisläufe 

erweitert bzw. geplant werden. Die Betriebs 

gruppen betreiben und warten die zur Projekt 

durchführung notwendigen umfangreichen 

Heliumanlagen und sind daneben bei Vorbe 

reitung und Durchführung von Experimenten 

eingesetzt. Außerdem werden projektorien 

tierte Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet 

der Wärmeübertragung sowie kühltechnische 

Studien bzw. Vorschläge für Neukonzeptionen 

von Kryokreisläufen durchgeführt. 

Der erste Wendelkryostat des LINAC (3.2/69/4) 

wurde nach Durchführung des 7. Großexperi 

ments auf eine geänderte Kältemittelzuspei 

sung umgerüstet. Das neue System besteht aus 

einem Vorkryostaten. in welchem die letzte 

Entspannung des Heliums auf Betriebstempera 

tur stattfindet und einer kommunizierenden 

HeII-Zuspeisung zum Wendelkryostaten. Haupt 

zweck des Umbaues war die Schwingungsdämp 

fung an den Beschleunigerwendeln, da die 

Ursache für die Schwingungen z.T. auf die 

frühere Entspannung des Heliums nahe der 

Wendeln zurückzuführen war. Bei einem Test 

an der Linde 300 W-Kälteanlage konnte das 

komplette Kryosystem bei Hell-Bedingungen er 

folgreich in Betrieb genommen werden und der 

Nachweis für eine wesentliche Schwingungs 

dämpfung im He-Bad erbracht werden. Sämtliche 

kryo- und vakuumtechnischen Vorbereitungen 

für das 8. LINAC-Großexperiment mit zwei 

Vollniob-Wendelsektionen wurden abgeschlos 

sen. Dabei wurden u.a. neuartige Kühlkammern 

für die HF-Einkoppelungen und eine Kühlfalle 

am Strahleingang und kalte Pumpzwischenstücke 

zur Vermeidung von Kontamination der supra- 

-70- 

leitenden Oberflächen beim Kaltfahren einge 

baut. Die Komponenten des zweiten Wendel 

kryostaten von ca. 5 m Länge zur Aufnahme 

von 6 weiteren Beschleunigungssektionen wur 

den fertiggestellt. 

Der Prototypkryostat des SEPARATOR (3.2/74/5) 

wurde bei einem Hell-Experiment mit zwei ge 

flanschten Niob-Sektionen an der Linde-Kälte 

anlage im Refrigeratorbetrieb eingesetzt. Da 

bei brachten die neu erstellten Einrichtungen 

wie Kavitäten-Montagewagen, elastisches Kavi 

täten-Auflage system im Kryostaten und das er 

gänzte Strahlvakuumsystem mit kalter Ionen 

getterpumpe die gewünschten Ergebnisse. 

Die beiden 4 m langen Hell-Kryostaten, welche 

1976 im CERN die Niob-Deflektorstrukturen des 

SEPARATOR aufnehmen werden, wurden bei der 

Firma LINDE fertiggestellt und befinden sich 

dort in der Abnahmephase. Die kryo- und 

vakuumtechnischen Vorbereitungen im Institut 

sind soweit fortgeschritten, daß mit dem 

ersten Verbundbetrieb des Kryostatenpaares an 

der Messer Griesheim-Kälteanlage im Mai 1975 

zu rechnen ist. Für das gleichzeitige Aus 

heizen aller 5 Niob-Sektionen eines Deflek 

tors (Oberflächenbehandlung) im neuen Leybold 

Heraeus-Ofen wurde ein Wolframeinsatz ent 

worfen und zur Fertigung in Auftrag gegeben. 

Im Rahmen der Studie zum Bau eines Nachbe 

schleunigers für mittelschwere Ionen (SNB 

(3.2/75/10» wurden folgende Arbeiten durch 

geführt. An einer Modellbeschleunigerwendel 

wurden Wärmeübertragungsmessungen bei er 

zwungen strömendem Hel begonnen, wobei ge 

zeigt werden konnte, daß diese gegenüber der 

Hell-Technik ökonomischere Kühlvariante eine 

ausreichende elektrische Stabilität gewähr 

leistet. Ein Modellkryostat zur Demonstration 

der Tauglichkeit des geplanten s.l. Ionen 

nachbeschleunigers im MPI Heidelberg wurde 

ausgelegt, konstruiert und zur Fertigung der 

Hauptkomponenten an Industriefirmen ausge 

schrieben. Der Kryostat bietet die Möglich 

keit, Experimente mit zwei Beschleunigungs 

sektionen sowohl bei HeII- als auch bei HeI 

Kühlbedingungen ohne Benutzung einer Refri 

geratoranlage durchzuführen. nie dazu not 

wendigen verfahrens technischen Zusatzein 

richtungen wie He-Pumpstand und He-Rückge 

winnungsanlage wurden konzipiert und bis zur 

Ausschreibungsreife gebracht.

Die Messer Griesheim 300 W-Kälteanlage wurde 

im Mai 1974 nach umfangreichen Änderungs 

arbeiten an der Expansionsmaschine und am 

Vakuumpumpenaggregat übernommen. Während der 

bisherigen Laufzeit von 1300 h bei ver 

schiedenen Betriebsweisen verflüssigte sie 

16000 1 LHe. Die Vorbereitungen zum Refri 

geratorbetrieb mit den Hell-Kryostaten von 

SEPARATOR und LINAC wurden getroffen. 

Die He-Rückgewinnungseinrichtungen wurden 

durch Inbetriebnahme von 4 Hochdruck-He 

Speichern erweitert. Die technischen Spezi 

fikationen zur Beschaffung eines zusätzlichen 

He-Rückverdichters und eines zusätzlichen 

Gasometers wurden erarbeitet. 

Auch die He-Anlagen im Bereich des Hauptge 

bäudes 401 wurden erweitert, um dem zunehmen 

den Experimentierbetrieb in Kältelabors 

Rechnung zu tragen. Dort wurden ein He 

Kompressor, ein He-Pumpstand und ein He 

Hochdruckspeicher in Form von Flaschenbündeln 

zusätzlich installiert und in Betrieb ge- 

nommen. 

Mitarbeiter: 

DI. W. Lehmann 

Sekr. Frau I. Böhmer 

Kryoentwicklungen 

für Vorhaben LINAC 

Ing. W. Herz (Verfahrenstechnik) 

Ing. F. Graf (Konstruktion) 

H. Heckfuß 

für Vorhaben SEPARATOR 

Ing. W. Barth 

G. Aupelt 

für Studie SNB 

L. Schappals 

für Vorhaben TTM und KET 

Ing. H. Katheder 

D. Weigert 

für Vorhaben Tieftemperaturmaterialien 

{3.3/74/7) 

H. Becker 

J. Pytlik 

allg. Arbeiten "He-Kühltechnik, Tief 

temperaturmeßtechnik,Meß-Regel-Sicher heitstechnik" 

Dr. G. Krafft 

-72- 

Ing. G. Zahn 

H.J. Spiegel 

Betriebsgruppen 

300 W-Anlagen 

lug. F. Spath 

Ing. R. Heil, G. Brinckmann 

Techn. H. Bayer, E. Ternig, H. Wagner, 

Operateure K. Arbogast, A. Brombacher, 

R. Gutheil, F. v.d. Heiden, J. Ohlenroth, 

H. Sautner, A. Speier, A. Straub, F. Süß, 

D. Weher 

Arbeiter H. Rapp 

He-Anlagen, Bau 401 

Techn. R. Berggötz, E. Kühn, A. Kraut 

Vakuum 

Ing. L. Hütten 

Techn. A. Heneka, K. Kärcher, H. Mirasch, 

H.-P. Schittenhelm

Das Institut für Neutronenphysik und Reaktortechnik 

befaßt sich mit Fragen, die mit den Grundlagen der 

Reaktorentwicklung, vor allem von schnellen Brut 

reaktoren zusammenhängen. Ein großer Teil der Arbei 

ten wird im Rahmen von Projekten durchgeführt. 

Mit der Bearbeitung von Problemen der Auslegung, der 

Berechnung und der Sicherheit schneller Reaktoren 

nimmt das Institut am Projekt Schneller Brüter teil. 

Fragen, die die Einwirkung von Kernreaktoren im 

Normalbetrieb und in Unfallsituationen auf die Um 

gebung betreffen, gehören in das Projekt Nukleare 

Sicherheit. Am Projekt Wiederaufarbeitung beteiligt 

sich das Institut mit theoretischen Arbeiten zu Kri 

tikalitätsfragen, am Projekt Spaltstoffflußkontrolle 

mit Beiträgen zur Instrumentenentwicklung. Bei allen 

diesen Aufgabengebieten besteht eine enge Zusammen 

arbeit mit anderen Instituten, anderen Forschungs 

zentren des In- und Auslands und vor allem mit der 

Industrie. Als Institutsvorhaben werden grundsätz 

liche physikalische, mathematische und numerische 

Fragestellungen zum gesamten Bereich der nuklearen 

Energietechnik untersucht. 

Im Institut werden die Möglichkeiten der Zusammen 

arbeit zwischen den Abteilungen und Gruppen verschie 

dener Arbeitsrichtung intensiv genutzt. Es ist da 

durch in der Lage, die wichtigsten Probleme der Ent 

wicklung der Kerntechnik zu verfolgen und zu beurtei 

len, Beiträge auch zu komplexen Fragestellungen zu 

leisten und sich rasch auf wechselnde Aufgaben einzu 

stellen. 

Am 31.12.1974 waren im Institut 113 Hitarbeiter be 

schäftigt, darunter 61 Akademiker, 20 Ingenieure und 

32 sonstige Mitarbeiter. Dazu kommen 1 Euratombe 

diensteter, 4 Bedienstete der Universität Karlsruhe 

sowie 6 ausländische Gäste und 6 Diplomanden. 

PSB 1121.21 Entmischungseffekte in Kernbrennstoffen 

Entmischungseffekte in Kernbrennstoffen, die während 

der Bestrahlung ablaufen, beeinflussen deren neutro 

nenphysikalische, thermische und chemische Eigen 

schaften. Die wesentlichen Auswirkungen sind Erhöhung 

der Zentraltemperatur und verstärkter Hüllangriff. 

Ziel des Vorhabens ist es, die Entmischungsvorgänge 

aufzuklären und die Möglichkeit zu erhalten, die 

schädliche Auswirkung durch geeignete Brennstoffwahl 

zu reduzieren. 

4 

-81- 

INSTITUT FÜR NEUTRONENPHYSIK UND REAKTORTECHNIK 

(INR) 

Leitung: Prof. Dr. K. Wirtz 

An die früher durchgeführten Arbeiten zur U-Pu-Ent 

mischung schlossen sich 1974 Untersuchungen zur Sauer 

stoffentmischung an. Die Messungen wurden im Labor an 

zylindrischen Brennstoffproben durchgeführt. Für die 

Experimente mit axialen Temperaturgradienten konnten 

die vorhandenen Apparaturen verwendet werden. Für 

Messungen mit radialen Gradienten wurde eine neue 

Apparatur eingesetzt. Es ergab sich, daß der Sauer 

stofftransport in starkem Maße vom Sauerstoff-/Metall 

Verhältnis abhängt. Die Sauerstoffmenge, die an der 

Brennstoffhülle für eine Korrosion zur Verfügung

enutzbar. Beide Programme enthalten für die ver 

schiedenen Phänomene z.T. sehr vereinfachte Hodelle, 

die entweder sehr konservativ sind und/oder der Über 

prüfung durch verfeinerte Methoden bedürfen. Außerdem 

sind auch noch nicht sämtliche Phänomene, die bei den 

verschiedenen Unfällen für frische und abgebrannte 

Reaktoren auftreten können, durch geeignete Rechen 

programme analysierbar. Neben diesen beiden Program 

men stehen weitere Programme zur verfeinerten Analyse 

(z.B. die ortsabhängigen Dynamikprogramme KINTIC-2 

und RADYVAR) zur Verfügung. 

Im Jahre 1974 wurden folgende Fortschritte und Ergeb 

nisse erzielt: 

Ortsabhängige Dynamik: Das zweidimensionale Dynamik 

prograoon KINTIC-2 wurde in das Programmsystem KAPROS 

eingebracht. Ein Vergleich von Punktkinetik und der 

adiabatischen Methode wurde für das SNR-300 MARK 1 

Core durchgeführt. Das 1973 in KINTIC-2 verfügbar ge 

machte neue Querschnittskonzept (zusammensetzungsab 

hängige mikroskopische Querschnitte) ,vurde auf seine 

Genauigkeit untersucht. Die beiden Programme RAUMZEIT 

und KASY ,,,urden zur Lösung der zei tabhängigen drei 

dimensivnalen Neutronendiffusionsgleichungen provi 

sorisch gekoppelt und erste Testrechnungen (Vergleiche 

mit KINTIC-2) wurden in Angriff genommen. Zwei Stu 

dien über die gegenwärtigen Probleme der orts- und 

energieabhängigen Neutronenkinetik wurden veröffent 

licht /7482/. Eine Untersuchung zur Zahl der notwen 

digen Energiegruppen bei ortsabhängigen Dynamikrech 

nungen wurde durchgeführt /7894/. 

Kernmaterialbewegungen: Es wurde eine erste Version 

eines Rechenprogramms fertiggestellt, das Heraus 

schwemmen von Brennstoff durch die Kühlkanäle be 

schreiben kann /7515, 7614, 7894/. Mit der Entwick 

lung eines Rechenprogramms zur Beschreibung von Ab 

schmelz- und Wiedererstarrungsvorgängen von Hüllrohr 

material wurde begonnen. Eine Studie über die Bedeu 

tung der Brennstoff-Bewegungsvorgänge für einen SNR 

Kühlmitteldurchsatzstörfall wurde veröffentlicht 

/7250/. Die genannten Rechenprogramme werden nach 

einer Testphase in den Predisassembly-Code CAPRI-2 

eingebracht. 

Hydrodynamik und Core-Disassembly: Das Disassembly 

Programm KADIS wurde weiterentwickelt und verbessert: 

Die tßglichkeit, zeitabhängige Reaktivitätsverläufe 

von dem Predisassembly-Programm CAPRI übernehmen zu 

können, wurde geschaffen und automatisiert /7894/. 

Das Brennstoff-Natrium-Reaktions-Modell wurde ver 

bessert und behandelt nun den Wärmeübertragungsprozeß 

vom Brennstoff zum Natrium in adäquater I·leise. Zu 

standsgleichungen für abgebrannten Brennstoff (unter 

Einbeziehung der Spaltprodukte) wurden verfügbar ge 

macht. KADIS wurde in einer ersten Fassung in KAPROS 

eingebracht und die Ausgabemöglichkeiten über Drucker 

und Plotter wurden erweitert. Eindimensionale Kontrolr 

rechnungen für das in KADIS verwendete Konzept der 

Berücksichtigung von Reaktivitätseffekten, die durch 

Haterialverschiebungen hervorgerufen werden, ergaben 

eine erste Bestätigung der Brauchbarkeit des Konzep 

tes. 

- 85- 

Dynamik und Sicherheitsuntersuchungen: Für den Reak 

tivitätsstörfall wurde mit den beiden Programmen 

CARtffiN (Belgonucleaire) und KADIS (GfK) eine Unfall 

analyse für die SNR-300 Hark 1 und Hark 1A Kerne 

durchgeführt. Unterschiedliche Ergebnisse für die 

beiden Kern-Entwürfe wurden mit Hilfe einer Sensiti 

vitätsstudie verständlich gemacht /7253/. Hit den 

beiden Programmen CAPRI-2 (GfK) und KADIS (GfK) wur 

den für den SNR-300 Mark 1A Kern im Rahmen des Geneh 

migungsverfahrens verfeinerte Unfallanalysen für den 

Reaktivitätsstörfall und den Kühlmitteldurchsatzstör 

fall gemeinsam mit dem IRE und der Firma Interatom 

ausgeführt. Eine umfangreiche Parametervariation gab 

über den Einfluß der verschiedenen Parameter auf den 

Unfallablauf Auskunft /7894/. Eine 1973 begonnene 

Studie über den Verlauf und die Energiefreisetzung 

zweiter Exkursionen im Bereich der Bodenkühlung des 

SNR-300 wurde fertiggestellt und dokumentiert. Der 

Einfluß von Brennstoff-Bewegungsvorgängen auf die Pre 

disassembly-Phase eines Kühlmitteldurchsatzstörfalles 

wurde in zwei Arbeiten diskutiert /8017/. 

Eine kritische Analyse einiger wichtiger Aspekte der 

zuverlässigen Vorhersage des Verlaufes von schweren 

hypothetischen Unfällen wurde durchgeführt und ver 

öffentlicht /7536/. Es wurde gezeigt, daß eine Reihe 

wichtiger Experimente erforderlich ist, um die be 

stehenden Unsicherheiten der Vorhersage zu reduzie 

ren. Für ein vom llliACRP gestelltes zweidimensionales 

Dynamik-Test-Problem (Benchmark Problem) wurden die 

Lösungen mit KINTIC-2 berechnet und mit den Lösungen 

anderer Teilnehmer an dem Test verglichen. Mit der 

Unfallanalyse eines großen natriumgekühlten Reaktors 

von 1000 MWe wurde begonnen. 

Teilprogrammsystem Dynamik und Sicherheit von KAPROS: 

Hit dem Aufbau eines Teilsystems von KAPROS für die 

Durchführung von reaktordynamischen Berechnungen und 

von Sicherheitsanalysen wurde begonnen. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. R. Fröhlich 

G. Angerer 

G. Arnecke 

M. J'1angelmann 

Dr. W. Maschek

Abb.2: 

Nach dem Fotoätzverfahren mit der bei Siemens 

errichteten Versuchsfertigungsanlage herge 

stellter sogenannter Foliennutzen mit sechs 

10 cm langen Folienstreifen, an deren Kanten 

jeweils 128 Trenndüsenstrukturen eingeätzt 

sind. Nach dem Stapeln solcher Streifen sind 

in einem 4 mm hohen und 10 cm langen Folien 

stapel ca. 0.5 m Trenndüsenschlitz enthalten. 

Bei der Dauererprobung eines nach dem spanab 

hebenden Verfahren von MBB hergestellten 

Trennelementabschnittes unter Verfahrensbe 

dingungen blieb die Trennleistung während der 

Testzeit von bisher 31000 Stunden weiterhin 

unverändert. Ebenso ist bei den nach dem Foto 

ätz- und Galvanoplastikverfahren gefertigten 

Trennelementabschnitten, die mit der erweiter 

ten Testkapazität seit Anfang 1974 mit UF 6 /H 2 

Gemisch getestet werden, während der bisher 

8000 Stunden Betriebszeit keine meßbare Ver 

änderung der Trennleistung festgestellt 

worden. 

In Zusammenarbeit mit der Universität Ulm 

wurden die Grundlagenuntersuchungen an staub 

förmigen Hydrolyse- und Reduktionsprodukten 

des UF 6 , die sich bei Störungen des Anlagen 

betriebes bilden können, fortgesetzt; Dabei 

wurde eine Methode gefunden, die möglicher 

weise besonders geeignet ist, das durch 

-103 - 

Reduktion entstandene feste UF 5 bzw. UF 4 

wieder in gasförmiges UF 6 zurückzuwandeln, 

ohne daß feste, durch Evakuieren nicht ent 

fernbare Nebenprodukte bei der Reaktion auf 

treten. Zur überwachung des Fluorwasser 

stoff (HF)-Gehaltes im Verfahrensgas wurde 

ein Infrarotspektrometer mit besonders hohem 

Auflösungsvermögen entwickelt und erprobt 

(Abb.3), mit dem der Fluorwasserstoff bereits 

in äußerst kleinen Konzentrationen (bis zu 

0.01 Mol% HF) im Verfahrensgas nachweisbar 

ist. 

Abb.3: 

o HF i 

" HF. 475 Torr H 2 

• HF. 25 Torr UFo' 475 Torr H 2 

1,5 2,0 2,5 3,0 

--- PHf [Torrl-- 

Eichmessungen mit einem Infrarotspektrometer 

zur Bestimmung sehr kleiner Fluorwasserstoff 

(HF)-Gehalte im Verfahrensgas. Aufgetragen 

ist die Extinktion der R3-Linie bei v= 

-1 

4109,95 cm der HF-Rotationsschwingungsban- 

de für reines HF und für die Gemische HF/H 2 

und HF/H 2 /UF 6 in Abhängigkeit vom HF-Partial 

druck PHF' 

Erprobung der technischen Prototyptrennstufen 

Die große Prototyptrennstufe wurde in 1974 

hauptsächlich für den Einzeltest der aus der 

laufenden industriellen Fertigung stammenden 

Trennelementrohre eingesetzt. Zur Erweite 

rung der Kapazität für Einzeltests wurden zu 

den beiden vorhandenen an die Stufe ange 

schlossenen Testloops zwei weitere Testloops 

installiert (Abb.4). Die Trennstufe, die 

seit 1971 trotz der außergewöhnlich hohen 

Belastung durch über 400 Anfahrvorgänge bei 

dem bisherigen Kurzzeitbetrieb ohne Störungen 

in Betrieb ist, wird nach der Installation 

entsprechender überwachungseinrichtungen ab 

Anfang 1975 auch für den weitgehend automa 

tisierten Dauerbetrieb zur Verfügung stehen.

Personelle Besetzung des Institutsprojektes 

Trenndüsenverfahren 

Stand 31.12.1974 

Projektleitung: Prof. Dr. E.W. Becker 

(bis 30.6.1974) 

Dr. K. Schubert (seit 1.7.1974) 

Projektverwaltung: Dr. H. Burghoff 1 ) 

Arbeitsgruppe Trennelemententwicklung und UF 6 

technologie: 

Dr. W. Bier (Gruppenleiter), Dr. W. Bacher, 

G. Born, H. Heibrock, Ing. G. Klossack, 

Dr. G. Linder, K. Maurer, W. Mannherz, 

2) 

G. Moll ,0. Nagel, E. Prem, Dipl.-Ing. F.J. 

Rosenbaum, H. Schlenker, G. Schüler, B. Wein 

brecht, E. Mayer. 

Arbeitsgruppe Komponentenerprobung: 

Dr. D. Seidel (Gruppenleiter), G. Decker 3 ), 

H. Mangold, Dr. H. Mayer, Dr. D. Plesch, 

H. Rinnert, D. Schlenker, H. Stutz. 

Arbeitsgruppe Anlagenentwicklung: 

Dr. R. Schütte 1 )(Gruppenleiter), J. Dröge, 

Dr. W. Fritz, A. Mayer, Dipl.-Ing. R. Schäfer, 

Dipl.-Ing. J. Schmid, M. Seitz, Dipl.-Ing. H. 

Steinhaus. 

Arbeitsgruppe Physikalische Entwicklung: 

Dr. W. Ehrfeld (Gruppenleiter) , Dipl.-Phys. 

W. Berkhahn, Dr. P. Bley, Dr. U. Ehrfeld, 

Dipl.-Phys. U. Heiden, C. Henn 1 ), M. Huber, 

H. Klein, Dipl.-Phys. U. Knapp, Dr. G. Krieg, 

M. Metz, H. Miles 2 ), J. Pappert, Dipl.-Phys. 

E. Schmid, E. Schwörer 2 ). 

1) Angehörige der Universität Karlsruhe 

2) von RBT delegiert 

3) von IRE delegiert 

-107 - 

1401.1 Verfahren für die Teilcheninjektion 

bei Fusionsexperimenten und in 

Fusionsreaktoren 

Für die Erzeugung heißer Plasmen oberhalb 

der Zündtemperatur eines Fusionsreaktors 

durch Injektion beschleunigter Teilchen wer 

den Trägerbündel mit relativ hohen Teilchen 

stromdichten angestrebt. Besonders geeignet 

sind hierzu die im IKVT entwickelten Cluster 

ionenstrahlen wegen ihrer vergleichsweise 

kleinen Raumladung. Der erste Schritt für 

den Einsatz des Verfahrens wurde mit der 

Planung eines Clusterinjektors für einen 

Stellarator im MPI für Plasmaphysik in Gar 

ching (IPP) eingeleitet. Im Frühjahr 1974 

wurde von Experten des IPP und des Culham 

Laboratory, England, nach einer Anhörung im 

IKVT (7640) der unverzügliche Bau des ge 

planten Injektors empfohlen. Die Herstellung 

der Injektorstruktur wurde anschließend als 

Industrieauftrag vergeben und der Einsatz 

des Injektors in Garching durch einen Ver 

trag zwischen der GfK und dem IPP sicherge 

stellt. 

Der geplante Teststand für die Entwicklung 

stromstarker Clusterionenquellen wurde in 

zwischen im IKVT aufgebaut. Bei den Unter 

suchungen zur Erzeugung intensiver Cluster 

strahlen erwies sich der Einfluß der Düsen 

geometrie als besonders wichtig. Bei geeig 

neter Formgebung (Abb.l0) läßt sich im Ver 

gleich zu anderen Düsen mit gleichem Gasdurch 

satz durch eine bessere Bündelung des Strah 

les eine merkliche Intensitätssteigerung er 

zielen. Im vergangenen Jahr lag das Haupt 

augenmerk auf der Entwicklung einer einfachen 

und zuverlässigen Herstellungstechnik sol 

cher Düsen. 

Das Clusterstrahlerzeugungssystem für die ge 

planten Versuche zur Hochgradientbeschleuni 

gung im Institut für Kernphysik der Univer 

sität Lyon wurde im IKVT getestet, nach Lyon 

transportiert und dort in die Hochspannungs 

elektrode der 1 MV-Anlage eingebaut. 

Zur Diagnostik an Clusterstrahlen wurde die 

Entwicklung eines schnellen Streulichtphoto 

meters (7109)(7857)(7545) fortgesetzt und in 

Zusammenarbeit mit der Universität Gießen 

mit der Anfertigung einer Studie zu einem 

Massenspektrometer für Clusterionen im 1 MeV 

Bereich begonnen.

abhängigkeit des Streuverhaltens ist von Be 

deutung, weil die Superflüssigkeit makroskoo 

4 M bIo k OO 

plscher He- engen 0 erha b gewlsser rltl- 

scher Geschwindigkeiten zerstört wird. 

Das Querstrahlverfahren zur massenseparativen 

Ablenkung der Komponenten eines Molekular 

strahIs (7844) wird auf Clusterstrahlen und 

auf unkondensierte Molekularstrahlen ange 

wendet. Im Berichtszeitraum ist erstmals 

Wasserstoff anstelle von Ammoniak als Quer 

strahlgas verwendet und die aufgrund einfacher 

Modellrechnungen (7641) erwartete stärkere 

Isotopentrennung abgelenkter Xenonatomstrah 

len nachgewiesen worden. 

Untersuchungen zur Reflexion neutraler und 

ionisierter Cluster an Stahloberflächen 

sind veröffentlicht worden (7943)(8043). 

Personelle Besetzung des Forschungsvorhabens 

Grundlagenforschung 

Stand 31.12.1974 

Dr. J. Gspann, Dr. G. Krieg (bis 31.8.1974), 

Dipl.-Phys. H. Vollmar. 

-109 -

der Vanadinoberfläche in ein Sprödbruchverhalten 

über. Die Implantation mit Heliumionen der Ener 

gie von 2 MeV führt bei gleicher Dosis zu erheb 

lich höheren Schwellvolumina (12 %), was offen 

bar auf die fehlende Reemission des Heliums auf 

grund größerer Eindringtiefen zurückzuführen ist. 

Dazu korrespondierend wird im Reinstvanadium bei 

einer Dosis von 1 - 2 x 10 17 He+/cm 2 noch keine 

Blisterbildung beobaohtet. 

Abb. 21: Blisterbildung und Heliumreemission 

3. Beeinflußung von Ausscheidungen durch Bestrahlung 

Die theoretische Voraussage, daß die Ausschei 

dungen durch Bestrahlung aufgelöst werden könn 

ten, wurde mit Hilfe der Transmissionselektronen 

mikroskopie an der kohärenten Ni 3 (NbX) in Inconel 

625 bestätigt. Es wurde vorgeschlagen, daß die ko 

härenten Ausscheidungen schon am Anfang der Auf 

lösung ihre Kohärenz mit der Matrix verlieren, 

und daher die Auflösung über "Recoil-Dissolution" 

abläuft, so als ob die Ausscheidungen inkohärent 

wären (7974). Inkohärente Ausscheidungen werden 

ebenfalls durch Bestrahlung aufgelöst, was anhand 

der Mg 2 Si-Phase in einer A1MgSi-Legierung nach 

gewiesen wurde (Abb. 22). 

Abb. 22: Auflösung der inkohärenten Mg 2 Si-Ausschei 

dung in einer A1MgSi-Legierung durch 250 keV 

Al+ Ionen-Bestrahlung bei Raumtemperatur 

(Dosis 5 x 10 16 Al/cm 2 ). 

Ferner wurde beobachtet, daß eine vorangehende 

Bestrahlung sowohl die Keimbildung als auch das 

-126 - 

Wachstum der Ni 3 (NbX)-Phase in Inconel 625 bei 

anschließender Auslagerung beeinflussen. Oberhalb 

einer Ni-Ionendosis von 10 17 Ni+/cm 2 wurde ein be 

schleunigtes Wachstum beobachtet. 

4. Chemische Wechselwirkung der Werkstoffe des Vaku 

ummantels mit Li-Metall 

Die Ergebnisse von zwei Versuchsserien zur Prüfung 

der Beständigkeit von Vanadium und Vanadiumlegierun 

gen in Lithium von 700 0 

6.2/71/2 Entwicklung von hochwarmfesten metallischen 

Werkstoffen 

liegen vor und sind Zum 

Teil publiziert (7647). Unlegiertes Vanadium wird 

entoxidiert und stark angegriffen. Titan enthal 

tende Legierungen erweisen sich als stabil gegen 

beide Erscheinungen. Materialkombinationen von au 

stenitischen Stählen und Vanadiumlegierungen ge- 

ben Anlaß zu Kohlenstofftransport und Aufkohlung 

der V-Legierungen. Vanadium wurde unter den genann 

ten Bedingungen in Lithium praktisch nicht gelöst. 


Dr. K. Ehrlich 

DP. D. Kaletta 

DP. W. Vaidya 

Ing. E. Schnitzer 

G. Przykutta 

B. Zeckai 

Dr. H. U. Borgstedt 

S. Peric 

Abgeschlossen wurde eine umfangreiche Untersuchung 

über das Ausscheidungsverhalten von Bor in Niob-sta 

bilisierten Stählen in Abhängigkeit von der Anlaßbe 

handlung. Die an der Korngrenze stattfindende Ausschei 

dung M23(CB)6-Phase wird mit zunehmendem Borgehalt be 

schleunigt. Die Kaltverformung hat auf den Ablauf der 

Bildung dieser Phase keinen Einfluß. Oberhalb von 

1000 0 C werden die M23(CB)6-Ausscheidungen aufgelöst, 

dabei verteilt sich das Bor gleichmäßig über das Korn. 

Im einzelnen ist dieser Vorgang von Borgehalt und von 

der Wärmebehandlung abhängig. Bei niedrigeren Tempe 

raturen erfolgt die Ausscheidung der Phase M 23 (CB)6 

an den Korngrenzen. Diese unterdrücken das Korngrenzen 

gleiten und erhöhen damit die Standzeit des Stahles. 

Begonnen wurde mit der Herstellung von dispersionsge 

härteten Ni-Si0 2 -Legierungen. Eine Studie der Oxida 

tionskinetik gab Aufschluß über die Behandlungsbe 

dingungen, unter denen Legierungen mit verschiedener 

Si0 2 -Teilchengröße und -Verteilung erstellt werden 

können. Gegenwärtig laufen Strukturbestimmungen an 

verschiedenen Oxidationsprodukten der NiSi-Ausgangs 

legierungen. 

Im Zusammenhang mit theoretischen Problemen der Kri 

stallplastizität wurden Fragen über die Mitwirkung 

innerer Spannungen bei der Verfestigung kubisch flä 

chenzentrierter Metalle und Legierungen erörtert.

des SNR-300-Brennstabkonzeptes wurden mit einer Zu 

sammenstellung der derzeit möglichen Aussagen über 

das Betriebsverhalten SNR-300 typischer Brennstäbe 

Mitte des Jahres 1974 abgeschlossen (Beitrag XI in 

(7645». Eine vereinfachte Teilmenge der in SATURN 

enthaltenen Modelle wurde zu einem interaktiven Pro 

gramm-Modul MERKUR zusammengefaßt, mit dem begrenzte 

Fragen zum Brennstabverhalten im Rahmen der Auslegung, 

Spezifikation und Betreuung von Bestrahlungsexperi 

menten schnell gelöst werden können. Die Version des 

Rechenprogrammes SATURN, die zur Simulation des Be 

triebsverhaltens von Brennstäben in Leichtwasserreak- 

toren geeignet ist, wurde der GKSS, Geesthacht und 

dem Institut für Kerntechnik, TU Hannover, zur Ver 

fügung gestellt (7954). Darüberhinaus ist mit der Aus 

bildung eines Gastwissenschaftlers aus Mexiko in der 

Anwendung dieser Version eine Zusammenarbeit zwischen 

dem Instituto Nacional de Energia Nuclear, Mexico, 

und der GfK auf dem Gebiet der Analyse des Bestrah 

lungsverhaltens von LWR-Brennstäben eingeleitet worden. 


DP. H. Elbel, DI. K. Keller, Dr. L. Steinbock 

PSB lIZI.O Herstellung von oxidischem Brennstoff 

llZ4.ll Herstellung und Eigenschaften von 

Karbid-Brennstoffen im Labormaßstab 

Im Jahre 1974 konnten für die Materialversuchsprogramme 

des PSB weitere ZI UOZ/PuOZ-Kurzstabprüflinge und zu 

sätzlicher Tablettenbrennstoff für das in-pile-Ver 

träglichkeitsverhalten (Mol-16 und Tablettenbrennstoff 

für 6 innenbeschichtete Hüllrohre) und für Schwellver 

suche (Mol-10) spezifikationsgerecht zur Verfügung ge 

stellt werden. Grundlage für die Anfertigung dieser 

engspezifizierten Prüflinge waren die in den vergange 

nen Jahren durchgeführten Herstellungsstudien zur An 

fertigung von UOZ/PuOZ-Brennstoffen verschiedener 

Stöchiometrie, so daß es auch gelang, ein extrem unter 

stöchiometrisches Brennstoffpulver bereitzustellen. 

Neben den Arbeiten zur Herstellung von Brennstoffen 

und Brennstäben wurden in enger Zusammenarbeit und im 

Auftrag der Fa. ALKEM bereitgestellte UOZ/PuOZ-Brenn 

stofftabletten mit einer axialen Bohrung versehen, 

deren Durchmesser und Exzentrizität scharf spezifi 

ziert waren. 

Nach Abschluß der Aufbauarbeiten an der Karbidlinie 

zur Herstellung karbidischer Mischbrennstoffe, 

(U,Pu)C, wurde die Erprobung der Komponenten dieser 

Anlage mit der Herstellung hochdichter UC-Tabletten 

(bis zu 96 % der theoretischen Dichte) erfolgreich 

durchgeführt. Im Rahmen dieser Arbeiten konnten dem 

Institut für Transurane für weitere physikalisch- 

-130- 

chemische Untersuchungen UC-Tabletten zur Verfügung 

gestellt sowie weitere Tabletten für die Arbeiten zur 

Natrium-Bindung zwischen Brennstoff und Hülle zurück 

gestellt werden. 

Die an Urankarbid gewonnenen Erfahrungen werden nunmehr 

auf die Herstellung von (U,Pu)C-Brennstoffen übertragen. 

Eine eingehende Untersuchung der auftretenden Plutonium 

Verluste bei der karbothermischen Reduktion der Oxide 

soll zu einer Optimalisierung des Herstellungsverfah 

rens (UNC-Verfahren) verbunden mit einer Senkung der 

bisherigen Plutoniumverluste führen. Es wird erwartet, 

daß in 1975 mit der Herstellung spezifikationsgerechter 

(U,Pu)C-Brennstofftabletten begonnen werden kann. 

Während des Aufbaus der Anlagen zur Natrium-Bindung und 

Natrium-Analytik konnte die Anlage zum Abfüllen definier 

ter Natrium-Mengen für die Bindung karbidischer Brenn 

stoffe in Betrieb genommen werden. Die Einfülltechnik 

wurde an simulierten Brennstabproben erfolgreich erprobt. 

Es wird damit gerechnet, daß in 1975 auch die Anlagen 

zur Natrium-Bindung und -Analytik fertiggestellt werden 

können, so daß erste Bindungen an karbidischen Brenn 

stoffen in 1975 möglich sein werden. 

Abb. Z4: Linie zur Herstellung von Mischkarbidbrennstoff 


Dr. H. Wedemeyer, Ing. E. Günther, R. Hanselmann, 

J. Heger, W. Jahraus, H. Nagel, Dr. H. Pollanz, 

M. Wittmann 

PSB llZI.l 

PSB I1Z4.21 

Charakterisierung und Qualitätskontrolle 

von plutoniumhaltigen Oxid- und Karbid 

Brennstoffen 

Es wurde eine Anlage für die zerstörungsfreie Messung 

des Sauerstoff/Metallverhältnisses (O/Me) von oxidi 

schen Kernbrennstoffen entwickelt. Das Verfahren beruht 

auf einer elektrochemischen Messung des Sauerstoff 

potentials der Tabletten. Das Sauerstoff/Metall-Ver 

hältnis wird aus den gemessenen elektromotorischen

die Bestrahlung der zweiten Kapsel bei Zentraltempe 

raturen um 2100 °c planmäßig weiter. Eine Dokumenta 

tion des Bestrahlungsexperimentes FR 2-Versuchsgrup 

pe 4b, bei welchem 35 Brennstabprüflinge bis zu Ab 

bränden zwischen 10 und 130 MWd/kg M ohne Defekte 

bestrahlt wurden, liegt in (7386) vor. 

Auf dem Gebiet der Karbid-Bestrahlungsexperimente 

wurden erste Ergebnisse des Experimentes Mol-lI vor 

gestellt (7273). Die Ergebnisse der Nachuntersuchung 

führten zu "integrierten" Schwellraten zwischen 

0,75 %/% Abbrand beim UC/PuC bzw. 1,3 %/% beim reinen 

UC. Wie die zerstörende Nachuntersuchung zeigt, fin 

det neben einer Brennstoffumstrukturierung eine deut 

liche Spaltprodukt- und Plutoniumentmischung statt 

(Abb. 27). 

Abb. 27: Mol-lI: Stab K2-2 (U,Pu)C 

Die unter Bezeichnung Mol-15/1 erstmals durchgeführ 

te Bestrahlung von Brennstäben mit (U,Pu)C-Brennstoff 

und Natrium-Bindung konnte erfolgreich abgeschlossen 

werden: Bei Stableistungen um 1000 W/cm konnten Ab 

brände von ca. 90 MWd/kg M erreicht werden. Zur Un' 

tersuchung des Verhaltens von karbidischen Brenn 

stoffen unter zyklischen Bedingungen wurde mit der 

Auslegung und Spezifikation des FR 2-Loop-Vg. 5 

Karbid begonnen. In einer Vorstudie wurden die we 

sentlichen Auslegungs- und Konstruktionsmerkmale 

eines 127-Stabbündels mit Karbidbrennstoff für die 

KNK II-Nachladung zusammengestellt. 

Eine Zusammenstellung der wesentlichen Brennstab- 

und Bündelexperimente liegt in Beitrag XVI (7645) vor. 


DP. D. Freund, Ing. w. Seither, Dr. L. Steinbock, 

Dr. H. Steiner 

PSB 1123.1 

PSB 1124.4 

Bestrahlungsnachuntersuchungen an Oxid 

und Karbid-Brennstäben sowie an Absorber 

materialien 

Die Untersuchungen an den Brennstäben des Bestrah 

lungsexperimentes RAPSODIE-I (zwei 34-Stabbündel mit 

Mischoxid-Brennstoff) wurden mit der zerstörenden 

-132- 

Analyse von 14 Stäben fortgesetzt. Aus den Ergebnis 

sen wurden die wesentlichen Entscheidungskriterien 

für die Auswahl und Spezifikation von Hüllrohren und 

Brennstoff für den Brennstab des SNR-300 gewonnen. 

Im Hinblick auf das Brennstab-Verhalten bei Hüllrohr 

schäden wurden die 5 defekten Stäbe aus dem Experi 

ment DFR-435 einer zerstörenden Analyse unterworfen, 

wobei insbesondere den Phänomen der Brennstoff-Aus 

schwemmung nachgegangen wurde. Es wurde nachgewiesen, 

daß der Brennstoff im wesentlichen noch als Oxid me 

chanisch vom Kühlmittel herausgespült wird. Eine vor 

angehende Umwandlung in Na-Uranat bzw. Plutonat ist 

für die Ausschwemmung nicht erforderlich. Abb. 28 

zeigt die ausgespülten Zonen ohne nennenswerte Uranat 

Phasen. 

Abb. 28: Ausschwemmung von Mischoxid-Brennstoff aus 

einem defekten Stab des Experimentes DFR-435 

4 benachbarte Ebenen 

Parameter-Untersuchungen zum Brennstoff-Verhalten wur 

den an einer Reihe von Brennstäben vorgenommen, die im 

epithermischen Fluß bestrahlt wurden (Experiment 

Mol-8C) . 

Mit dem integrierten Dichteversuch (Kapselversuchs 

gruppe 5a) kam im FR 2 eine Parameterkonstellation 

zur Bestrahlung, bei der Brennstoffdichte und Abbrand 

systematisch unter gleichen Bestrahlungsbedingungen 

variiert wurden. Zu diesem Zweck waren 4 verschiedene 

Brennstoffdichten jeweils im selben Prüfling neben 

einander untergebracht. Die Bestrahlung und Nachunter 

suchung wurde abgeschlossen. Die Struktur des Brenn-

6.0/71/4 Elektrochemische und metallkundliche Analyse 

Nach Reduzierung des Personaleinsatzes konnten die Ar 

beiten lediglich partiell weitergeführt werden, insbe 

sondere die Untersuchungen zur Korrosion und die Ent 

wicklungen für den Einsatz von Festelektrolyten. 

Die Korrosionsuntersuchungen haben zum Ziel, für hete 

rogene Legierungen die Korrosion durch charakterisie 

rende Parameter über konforme Abbildungen analytisch 

darzustellen. Die aufgestellten Modelle ohne Polari 

sation wurden bereits weitgehend ausgeschöpft. In den 

weitergeführten Untersuchungen werden Polarisation mit 

und ohne Gegenelektrode stufenweise berücksichtigt. 

Die exakten analytischen Darstellungen für die behan 

delten Modelle, elliptische Funktionen und Integrale, 

wurden ermittelt. Um für das allgemeinste zu behan 

delnde Modell unverdeckt durch den analytischen 

Apparat zu physikalisch überschaubaren Nah- und 

Fernlösungen zu kommen, steht die Behandlung der Grenz 

fälle in Parameterdarstellung aus. 

Für den Einsatz von Festelektrolyten wurde zur Sauer 

stoffbestimmung in Reaktorkreisläufen auch in Kalium 

schmelzen mit EMK-Messungen im Sättigungs- und Unter 

sättigungsgebiet begonnen. Im Zusammenhang mit Korro 

sionsproblemen in Reaktorkomponenten wurde eine Labor 

anlage zur Sauerstoffbestimmung in Wasserdampf bis 

herab zu ca. 10- 25 atm erstellt. Für die Bestimmung 

in Schmelzen und Gasen wurde ein Meßstand mit inte 

grierter Recheneinheit zur Konzentrationsausgabe fer 

tiggestellt. In Zusammenarbeit mit einem Lizenznehmer 

ist der probeweise Einsatz in Stahlwerken, Aluminium 

und Kupferhütten vorgesehen. Im Hinblick auf die Aus 

tauschreaktionen als den wesentlichen eigenschaftsver 

ändernden Vorgängen im festen Werkstoff wurde die Er 

fassung thermodynamischer Daten vorbereitet. 


Dr. H. Sundermann, S. Fenyi, V. Schauer 

-134-

Das Institut für Reaktorbauelemente befasst 

sich in Zusammenarbeit mit anderen For 

schungseinrichtungen innerhalb und ausserhalb 

der GfK und mit der Industrie dominant mit 

thermo- und fluiddynamischen Problemen. 

Alle bearbeiteten Aufgaben sind den For 

schungsschwerpunkten Sicherstellung der Ener 

gieversorgung und Schutz der Umwelt der GfK 

zuzuordnen. 

Im einzelnen umfassen die Aufgaben folgende 

Fragenkreise: 

- Untersuchungen von Wärmetausch- und Strö 

mungsvorgängen in Ein- und Mehrkanalgeo 

metrien bei regulärer und gestörter Geo 

metrie 

- Untersuchungen des Brennstabverhaltens 

bei Kühlmittelverlustunfällen 

- Entwicklung von Brennstabsimulatoren 

- Untersuchungen der Löslichkeit und Korro 

sion reaktorspezifischer Materialien im 

Kühlmedium 

- Entwicklung neuer Mess- und Auswertever 

fahren 

Die überwiegende Anzahl der bearbeiteten Pro 

bleme sind projektgebunden. In kleinem Um 

fang werden daneben zwei Institutsvorhaben 

betrieben, die sich einerseits auf den Wärme 

übergang in Zweiphasen-Strömungen beziehen, 

andererseits hydraulische Probleme der Fu 

sionsreaktortechnologie zum Gegenstand haben. 

Am 31.12.1974 waren im Institut für Reaktor 

bauelemente 27 Akademiker, 20 Ingenieure, 

49,5 sonstige Mitarbeiter, 2 ausländische 

Gäste sowie 6 Auszubildende beschäftigt. 

Blasenbildung und Wärmetausch beim Eindisper 

gieren von Heissdampf in vollentsalztes Wasser 

Trotz der grossen praktischen Bedeutung ist 

es bisher noch nicht gelungen, den Wärme- und 

Stofftausch zwischen zwei fluiden Phasen zu 

sammenfassend darzustellen. Dieser Tatbestand 

beruht darauf, dass die üblichen Ähnlichkeits- 

7 

Institut für Reaktorbauelemente 

(IRB) 

Leitung: Prof. Dr. U. Müller 

analysen zu einer unübersichtlich grossen 

Zahl dimensionsloser Kennzahlen führen. Einen 

einfacheren Zugang zum Problem gewinnt man 

aus der Vorstellung, Geometrie und Kinematik 

der Vorgänge von den gleichzeitig stattfinden 

den Transportvorgängen getrennt zu betrach 

ten. 

-141- 

Selbst eine Beschränkung auf die Behandlung

der Blasenbildung an Düsen in einem Einstoff 

system und des dabei ablaufenden Wärme- und 

Stoffaustausches macht eine Vielzahl von Ein 

zelbeobachtungen erforderlich. In einer ex 

perimentellen Arbeit im System Heissdampf 

Wasser wurden dazu in den vorangegangenen 

Jahren umfangreiche Messungen durchgeführt. 

Dabei konnten folgende wesentliche Ergebnisse 

gewonnen werden: 

Durch systematisches Erfassen der massgeben 

den mechanischen und physikalischen Einfluss 

grössen gelingt es, mit Hilfe einer Dimen 

sionsanalyse die in vielen Parameterstudien 

gewonnenen Ergebnisse für die erzeugten Bla 

senoberflächen und Bildungsfrequenzen als 

Funktionen von Re, We, Fr, Eu und Ec darzu 

stellen. Für den bereits in anderen Arbeiten 

beobachteten Umschlag von der stationären 

in die instationäre Blasenbildung konnte eine 

Erklärung gefunden werden. Mit der Lamb'schen 

Schwingungsgleichung für viskose Kugelkörper 

wird nachgewiesen, dass bei Übereinstimmung 

der Blasenbildungsfrequenz mit der zur ablö 

senden Blase gehörigen Eigenfrequenz dritter 

Ordnung der Umschlag erfolgt. Der Vorgang ist 

gekennzeichnet durch das Einsaugen einer sich 

gerade an der Düse bildenden Blase in die 

vorhergehende, abgelöste Blase. 

Bis zum Erreichen dieses Punktes nimmt der 

Wärmeaustauschkoeffizient während der Blasen 

bildung stetig zu, wenn der Dampfdurchsatz 

durch die Düse anwächst. Nach dem Umschlag 

bleibt der Austauschkoeffizient bis zum Er 

reichen der Blasenketten nahezu konstant. Die 

Austauschkoeffizienten liegen zwischen 0,1 

und 0,6 W/cm 2 grd. Grosse Werte werden bei 

kleinem Düsendurchmesser und hohem System 

druck gemessen. 

Die Stanton-Zahl, die als Verhältnis der wäh 

rend der Blasenbildung getauschten zu der 

durch die Düse konvektiv eingebrachten Wärme 

menge angesehen werden kann, zeigt in doppelt 

logarithmischem Maßstab eine lineare Abhän 

gigkeit von der Re-Zahl, so dass der Wärme 

tausch während der Blasenbildung in Form 

einer einfachen mathematischen Beziehung an 

gegeben werden kann. 


H. Schmidt 

E. Eggert 

-142- 

Fluid- und thermodynamische Untersuchungen 

für flüssigmetallgekühlte Fusionsreaktoren 

Die Bestimmung des Druckverlustes beim Flüs 

sigmetallstrom in hohen Magnetfeldern ist für 

die Kühlung künftiger Fusionsreaktoren von 

wesentlicher Bedeutung. 

Zur Untersuchung dieser magnetohydrodynami 

schen Druckverluste wurde eine Teststrecke 

entworfen und gebaut, in der das Kühlmittel 

vorwiegend senkrecht zum Magnetfeldvektor 

fliessen wird. Diese Teststrecke ist in einem 

Wasserkreislauf auf die rein hydrodynamischen 

Druckverluste untersucht worden. 

Die magnetohydrodynamischen Druckverluste 

können durch Isolierbeschichtung der Kanal 

wand wesentlich gemindert werden. Es wurden 

erste Versuche zur Isolierbeschichtung von 

Siliziumnitrid auf Chromnickel-Stahl-Proben 

ebener wie auch realistischer Kanalgeometrie 

mittels Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung ge 

meinsam mit der Vakuumindustrie durchgeführt. 

Im Zusammenwirken der Hochmagnetfeldanlage 

des IRB mit einem transportablen Flüssigna 

trium-Kreislauf des IRE wurde die Untersu 

chung von Teststrecken zur Ermittlung der 

MHD-Druckverluste begonnen. 

Diese Arbeiten werden gemeinsam mit dem In 

stitut für Reaktorentwicklung durchgeführt. 


PNS 4123 Fremdstoffe in Leichtwasserreaktor 

Kühlmitteln 

I. Michael 

R. Gschlecht 

E. Wiens 

Für den Aktivitätsaufbau im Primärkreislauf 

von Druckwasserreaktoren ist die Metallabga 

berate, d.h. die Menge der Metallionen und 

der Korrosionsprodukte die in das Kühlmittel 

abgegeben werden eine wesentliche Bestimmungs 

grösse, die es klein zu halten gilt. 

Es wurde damit begonnen, die Eigenmetallabga 

berate des Versuchsautoklaven (Werkstoff 

1.4541) bis zu Temperaturen von 300 °c und 

Drücken bis 86 bar über insgesamt ca. 100 

Stunden zu untersuchen. Das Wasser hatte da 

bei eine entionisierte Qualität mit dem pH 

Wert (bei Normaltemperatur und -druck) von 5,6.

mulierung erforderliche elektrische Lei 

stungssteuerung wurde geplant und gebaut. 

Für das direkte Beobachten bzw. filmtechni 

sche Erfassen von Hüllrohrerweiterungen durch 

Aufblähen wurde die Röntgendurchleuchtung als 

geeignetes Verfahren ermittelt. Es wurden 

verschiedene auf dem Markt befindliche Metho 

den auf deren Brauchbarkeit untersucht. Hier 

zu wurden Beobachtungen und Probeaufnahmen an 

einem die Aufblähbewegung simulierenden Mo 

dell durchgeführt. Die besten Ergebnisse 

brachten die Kombinationen: Gleichstrom 

Röntgenröhre - Röntgenbildverstärker-Filmka 

mera, wobei gleichzeitiges Verfolgen des Vor 

ganges über Fernseh-Monitor möglich ist. Eine 

solche Anlage wurde bestellt. 

Zur berührungslosen Temperaturmessung der 

aufblähenden Hülle wird ein neueres Quotien 

tenpyrometer durch einen Umbau den Versuchs 

anforderungen angepasst. Die erforderlichen 

Teile wurden ausgelegt und bestellt. - Die in 

Vorversuchen auf ihre Brauchbarkeit als Licht 

leiter getesteten Quarzglasstäbe wurden ther 

mischen, mechanischen und korrosiven Bean 

spruchungen in vollentsalztem Wasserdampf 

ausgesetzt. Die bisher erzielten Ergebnisse 

lassen ihren Einsatz als Lichtleiter erwar 

ten. 

Für das Experiment ist der Einsatz eines 

Messdatenerfassungssystems erforderlich, das 

128 Messwerte in möglichst schneller Folge 

(maximal 12,8 Millisekunden Abfragezeit, das 

entspricht einer Kanalfolgefrequenz von 10 

kHz) abtastet, aufbereitet und zur Aufnahme 

im zentralen Messdatenverarbeitungssystem 

CALAS bereitstellt. - Es wurden ein Konzept 

für die Anlage entwickelt, Angebote einge 

holt, technische Detailfragen geklärt und 

die Bestellung in die Wege geleitet. 

Zur Messdatenverarbeitung wurde ein schneller 

Datenweg (SDW) vom Experimentort zum ADI in 

stalliert. Über diesen Datenweg werden die 

digitalisierten Messdaten der Messdatener 

fassungsanlage, Steuer signale und Systembe 

fehle zum Rechner übertragen. In umgekehrter 

Richtung werden aufbereitete Daten und Steu 

erinformationen zu den Kontroll- und Steuer 

einrichtungen in der Schaltwarte zurückge 

meldet. Die Installation von 2 Terminals und 

2 Bildschirmen mit zugehörigen Steuereinhei 

ten sowie einem Kontrollbildschirm mit Ko- 

-145 - 

piergerät zur Erstellung von Kopien der 

Bildschirminhalte wurde begonnen. 

Beteiligte Mitarbeiter: K. Wiehr 

S. Barth 

F. Erbacher 

W. Hame 

U. Harten 

W. Just 

A. Megerle 

St. Müller 

H.J. Neitzel 

P. Schäffner 

He. Schmidt 

PNS 4239 Untersuchungen zum Einfluss der 

Grösse und Form von Kühlkanalblok 

kaden auf die Kernnotkühlung in der 

Flutphase eines Kühlmittelverlust 

unfalles 

Wenn während eines Kühlmittelverlustunfalles 

KÜhlkanalversperrungen durch aufgeblähte 

Brennstabhüllen entstehen, können diese Blok 

kaden die Kühlung der stark erhitzten Brenn 

stäbe während des Flutens beeinflussen. Die 

geplanten Experimente dienen dem Ziel, das 

Verhalten eines Wasser-Dampf-Gemisches in der 

Umgebung von Blockaden verschiedener Form und 

Grösse zu untersuchen und die KÜhlwirkung zu 

mes sen. 

Zur Vorbereitung dieser Untersuchung wurde 

eine Versuchsanordnung entworfen, konstruiert 

und bestellt, die aus einem Wasserkreislauf 

und einer Teststrecke besteht, in der Anord 

nungen aus elektrischen Heizstäben mit ver 

schiedenartigen künstlichen Blockaden geflutet 

werden können. Für die zur Verwendung vorge 

sehenen Heizstäbe wurden thermische Eigen 

schaften gemessen und ihre thermische Antwort 

auf die Flutkühlung wurde rechnerisch mit der 

eines Reaktorbrennstabes verglichen. Für die 

Befestigung auswechselbarer Blockadekörper 

mit gutem thermischem Kontakt zum Heizstab 

wurde ein Konzept ausgearbeitet und die Prü 

fung von Mustern unter Betriebsbedingungen 

vorbereitet. Erste Filmaufnahmen von der Zwei 

phasenströmung im Kühlkanal ergaben Hinweise 

für eine zweckmässige Ausstattung der opti 

schen Beobachtungseinrichtung und für die Kon 

struktion der erforderlichen Fenster an der 

Teststrecke. In einem Vorversuch wurden mit 

einfachen Mantelthermoelementen im Kühlkanal

Das Institut für Reaktorentwicklung befaßt sich in 

Zusammenarbeit mit anderen Institutionen innerhalb 

und außerhalb der GfK zu einem überwiegenden Teil 

mit technischen Problemen der Reaktorentwicklung. 

Dabei konzentrieren sich die Arbeiten schwerpunkt 

mäßig auf den Bereich der Reaktorsicherheit mit 

theoretischen und experimentellen Programmen für das 

Projekt Schneller Brüter (PSB) und das Projekt 

Nukleare Sicherheit (PNS). 

Darüber hinaus werden Aufgaben zum rechnergestützten 

Entwurf (Projekt CAD) im Rahmen des Forschungsschwer 

punktes Datenverarbeitung in der Technik (DVT) , in 

geringerem Umfang spezielle Grundlagenuntersuchungen 

auf dem Gebiet der Thermo- und Fluiddynamik des 

Forschungsschwerpunktes Kerntechnische Entwicklungen 

(KTE) sowie Untersuchungen zur Blanketkühlung mit 

Flüssigmetallen im Rahmen des Forschungsschwerpunktes 

Fusionsreaktortechnologieprogramm (FRTP) durchgeführt. 

Einige Angehörige des Instituts sind Mitglieder in 

verschiedenen ßeratungsgremien des Bundes und ande 

rer Institutionen auf den oben genannten Fachgebie 

ten. Die hierdurch geschaffenen Verbindungen fördern 

den Informations- und Erfahrungsaustausch. 

Nach dem Stand vom 31.12.1974 sind im Institut für 

Reaktorentwicklung beschäftigt: 45 Akademiker (davon 

2 Angehörige des Instituts für Reaktortechnik der 

Universität Karlsruhe), 30 Ingenieure, 37 sonstige 

Mitarbeiter (davon 2 Angehörige des Instituts für 

Reaktortechnik der Universität Karlsruhe) sowie 2 

Doktoranden. 

1. Arbeiten zum Projekt Schneller Brüter 

Die Schwerpunkte der Arbeiten zur Entwicklung von 

natriumgekühlten schnellen Brutreaktoren betreffen 

die Anlagensicherheit und umfassen zwei wesentliche 

Problemkreise: 

- thermohydraulisches und neutronenkinetisches Ver 

halten des Kerns auf Grund von Störfällen mit sehr 

geringer Eintrittswahrscheinlichkeit (die Vorgänge 

während der Kernzerlegungsphase werden von den In 

stituten INR und IASR bearbeitet), 

- Untersuchungen der Auswirkung lokaler Kühlungsstö 

rungen im Reaktorkern unter besonderer Berücksich 

tigung möglicher Schadensausbreitungsmechanismen 

(Propagation). 

8 

-153 - 

Institut für Reaktorentwicklung 

(IRE) 

Leitung: Prof.Dr.D.Smidt 

Die Arbeiten zu diesen beiden Bereichen sind insbe 

sondere für den Fortgang des atomrechtlichen Geneh 

migungsverfahrens für den Prototypreaktor SNR-300 von 

großer Bedeutung. 

Neben diesen sicherheitstechnisch orientierten Arbei 

ten werden in einer Reihe von technologischen Ver 

suchsprogrammen spezielle Probleme der konstruktiven 

Auslegung untersucht. Auch die Weiterentwicklung der 

natriumgekühlten Brutreaktoren wird im Rahmen der 

Verbesserung von thermohydraulischen Auslegungspro 

grammen und der Betrachtung konstruktiver Varianten 

in geringem Umfang verfolgt.

1.1 Untersuchung von schweren Störfällen mit sehr 

geringer Eintrittswahrscheinlichkeit 

1231.1 , 1234.3 , 1234.5 , 1239 , 1232.4 

Ziel dieser Arbeiten ist die Analyse der komplexen 

Vorgänge vor allem während der Einleitungsphase 

schwerer hypothetischer Unfälle in schnellen Reakto 

ren. Die Arbeiten können in folgende Teilbereiche 

aufgegliedert werden: 

- Verbesserung der Methoden zur theoretischen Be 

schreibung der Einleitungsphase schwerer hypotheti 

scher Unfälle im Rahmen des Rechenprogramms 

CAPRI-2. Anwendung vorhandener Methoden auf die 

Analyse des SNR-300 (Kenn-Nr. 1231.1) L-7249, 7250, 

7789, 7797, 7960, 8071 7. 

- Überprüfung der in CAPRI-2 verwendeten Modelle zum 

Natrium-Sieden und zur mechanischen Brennstabbe- 

lastung an Experimenten (Kenn-Nr. 1231.1, 1234.3, 

1234.5). 

Weiterentwicklung der Methoden zur transienten Be 

schreibung der zweidimensionalen Neutronenflußver 

teilung bei schweren hypothetischen Unfällen 

(Kenn-Nr. 1231.1) L 7482_7. 

- Arbeiten zum Verhalten geschmolzener Kernmateria 

lien nach schweren hypothetischen Störfällen inner 

halb des Reaktortanks (Kenn-Nr. 1239) L 7669_7. 

- Untersuchungen über die mechanischen Auswirkungen 

nuklearer Exkursionen auf den Reaktorbehälter 

(Kenn-Nr. 1232.4, Teilvorhaben 2). 

Im folgenden werden die Ergebnisse von Arbeiten auf 

drei Teilgebieten detaillierter dargestellt: 

1.1.1 Sensitivitätsstudie zum Störfallverhalten des 

Mark la-Kerns des SNR-300 

Die im Genehmigungsverfahren für den Mark la-Kern 

des SNR-300 notwendigen Unterlagen zum Verhalten 

bei hypothetischen Störfällen wurden in enger Zusam 

menarbeit mit dem INR und der Firma INTERATOM erstellt. 

Um den Einfluß der heute noch herrschenden Unsicher 

heiten bezüglich charakteristischer Eingangsparameter 

der physikalischen Modelle aufzuzeigen, wurde mit dem 

Programm CAPRI-2 L-7789_7 eine Sensitivitätsstudie 

für den frischen Kern durchgeführt, die folgende Pa 

rameter umfaßte: 

- Einleitungsrampe des Reaktivitätsstörfalls 

(0,15 $/s, 0,5 $/s, 5 $/s). 

-154- 

Anteil der axialen Brennstabexpansion, die in die 

Reaktivitätsrückwirkung eingeht 

( 0 %, 30 %, 100 %). 

- Einfluß der "bowing"-Reaktivität (0 %, 100 %). 

- Variation der Schwellwerte, bei denen Brennstab 

versagen angenommen wird. 

- Einfluß der Brennstoff-Natrium-Reaktionsparameter 

wie Partikelradius, Mischungszeitkonstante und 

Anteil der an der Reaktion beteiligten Brennstoff 

bzw. Natrium-Massen. 

- Kühlmittelüberhitzung bei Siedebeginn ( 3, 10, 50 K) 

- Anfangsfilmdicke beim Sieden und "dry-out" 

Bedingungen. 

- Variation der Schwellwerte für die Initialisierung 

von Brennstab-"slumping". 

- Unsicherheiten der Wertkurven für die Reaktivitäts 

rückwirkung (80 - 120 % Doppler, 70 - 130 % 

Na-void). 

Bezüglich der Übergabebedingungen an das Programm 

für die Kernzerlegungsphase KADIS wurde eine Methodik 

entwickelt, die die aus den Rechnungen folgenden 

Energiefreisetzungsraten weitgehend unabhängig vom 

übergabekriterium macht. Aus der Vielzahl der unter 

suchten Fälle wurde nach dem heutigen Stand des Wis 

sens bezüglich der zu wählenden Eingabeparameter je 

ein Rampenstörfall und ein Kühlmittelverlustunfall 

als Referenzfall ausgewählt. 

Die Ergebnisse der Studie haben dazu geführt, daß 

heute der Einfluß der verschiedenen physikalischen 

Unfallphänomene, wie zu.B. Sieden und BNR, auf den 

gesamten Störfallablauf wesentlich klarer erkannt 

und verstanden wird. Sie haben darüber hinaus ge 

zeigt, daß eine bessere experimentelle Absicherung 

der der theoretischen Analyse zugrunde liegenden 

Modelle notwendig ist, wenn der relativ große Streu 

bereich der Ergebnisse wesentlich eingegrenzt werden 

soll. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr.P.Royl 

Dr.B.Kuczera 

DI.D.Struwe 

Ing.W.Zimmerer 

DI.R.Düsing, INTERATOM

1.1.2 Experimentelle überprüfung und Verbesserung 

thermohydraulischer Modelle 

Zur Überprüfung der zur Störfallanalyse verwendeten 

Modelle wurde begonnen, die im Natrium-Siede-Kreis 

lauf des IRE durchgeführten 7-Stab-Experimente mit 

dem Programm BLOW-3 nachzurechnen. Es hat sich ge 

zeigt, daß mit einer geeignet gewählten Zwei-Kanal 

Darstellung des 7-Stabbündels integrale Größen, wie 

z.B. Siedebeginn und Zeitpunkt der Strömungsumkehr 

im Bündel, qualitativ richtig beschrieben werden 

können. Zur genauen theoretischen Interpretation der 

Versuche ist aber die Entwicklung eines Bündelsiede 

programms notwendig. 

Zur Vorbereitung der im Reaktor CABRI geplanten 

Brennstabversagensexperimente wurden Parameterunter 

suchungen bezüglich des thermohydraulischen Verhal 

tens durchgeführt. Die Studie führte zur Definition 

von Versuchsbedingungen, die bei steilen Reaktivi 

tätsrampen im thermischen CABRI-Reaktor eine best 

mögliche Simulation der Verhältnisse im schnellen 

Reaktor gewährleisten. 

Beteiligte Mitarbeiter: DI.D.Struwe 

Dr.M.Bottoni 

Ing.W.Jocham 

Dr.B.Kuczera 

DI.G.Lörcher 

1.1.3 Arbeiten zum Tankverhalten als Folge der 

Energiefreisetzung bei Störfällen mit sehr 

geringer Eintrittswahrscheinlichkeit 

Von besonderer Bedeutung für den Nachweis der Tank 

integrität bei nuklearen Exkursionen sind die ela 

stisch-plastischen Stoffgesetze für die Strukturma 

terialien. Eine Literaturstudie L-7677_7 zum Einfluß 

höherer Verformungsgeschwindigkeiten auf das Werk 

stoffverhalten hat gezeigt, daß die z.Zt. verfügba 

ren experimentellen Daten praktisch ausschließlich 

auf Experimenten bei nahezu konstanter Deformations 

geschwindigkeit beruhen. Die Brauchbarkeit der darauf 

aufbauenden Stoffgesetze für veränderliche Deforma 

tionsgeschwindigkeiten ist daher nicht gesichert. 

Darüber hinaus bestehen wegen der Wellenausbreitung 

in der Versuchsprobe bei hohen Deformationsgeschwin 

digkeiten besondere Interpretationsprobleme. Daher 

haben die z.Zt. verwendeten Stoffgesetze zur Be 

schreibung des elastisch-viskoplastischen Material 

verhaltens noch einen weitgehend hypothetischen 

Charakter. Um für die Anwendungen zu realistischen 

Materialgesetzen zu kommen, sind systematische 

-155 - 

experimentelle und theoretische Untersuchungen, die 

über die üblichen Techniken hinausgehen, erforderlich. 

Ferner hat ein Vergleich der Rechenprogramme ARES, 

ASTARTE und REXCO-HEP ergeben, daß die dort verwen 

dete Stoffgleichung zur Beschreibung des elastischen 

Materialverhaltens unerwünschterweise den Charakter 

eines Materials mit irreversiblen Eigenschaften 

(Hypoelastizität) hat. Durch Neuformulierung des 

Stoffgesetzes läßt sich dies vermeiden. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr.T.Malmberg 

DI.Y.S.Hoang 

1.2 Untersuchung von lokalen Kühlungsstörungen und 

ihren Auswirkungen 

1232.4 , 1233 , 1234.4 , 1235 , 1236.2 , 1242 , 

1244 ,1246.1, 1246.3 

In der Frage der Entstehung und der Auswirkungen von 

lokalen Kühlungsstörungen werden vom IRE drei in der 

Folge zusammenhängend dargestellten Komplexe bearbei 

tet, für die das Vorhaben "Störfallanalyse" eine in 

tegrierende Funktion hat: 

- die Möglichkeiten der frühzeitigen Detektion von 

örtlich begrenzten Störungen auch im Zusammenhang 

mit der Sicherheitsinstrumentierung, 

- Fragen des Ablaufs der Ereigniskette von lokalen 

Kühlungsstörungen bis zur Brennstoff-Kühlmittel 

Wechselwirkung mit den Möglichkeiten der Schadens 

ausbreitung (Propagation), 

- das Verhalten von Reaktorstrukturen unter den bei 

einer Brennstoff-Kühlmittel-Wechselwirkung auftre 

tenden dynamischen Belastungen. 

1.2.1 Analyse lokaler Störfälle 

1246.3 

Die Analyse und Diagnose von lokalen Kühlungsstö 

rungen haben das Ziel, die Möglichkeit einer raschen 

Schadensausbreitung zu untersuchen und Methoden zur 

rechtzeitigen Erkennung von Störungen zu entwickeln, 

damit eine zuverlässige Abschaltung des Reaktors 

durch geeignete Schutzeinrichtungen möglich ist. 

Abb.1 zeigt schematisch die Zusammenhänge zwischen 

den einzelnen Störfallereignissen. Der Untersuchung 

von aufgeführten Einzelphänomenen dienen die im nach 

folgenden behandelten Forschungsvorhaben. Im Berichts-

Abb.3: Kompakter Natrium-Siedekreislauf (KNS) 

während der Montage 

thermohydraulischen Verhältnisse im SNR-300 ergab, 

daß eine Blockade von etwa 60 % des freien Querschnit 

tes nur zu einer Austrittstemperaturerhöhung von 8 K 

und einer Durchsatzreduktion von 4 % führt. Bei die 

ser Blockadengröße kann aber lokales Sieden im Tot 

wasserbereich der Blockaden nicht mehr ausgeschlossen 

werden. Zur Unterstützung dieser Experimente wurde von 

der UKAEA das Rechenprogramm SABRE übernommen, das 

lokal blockierte Brennelemente berechnen kann. Der 

Vergleich zwischen SABRE und den Experimenten ergab 

für den betrachteten Fall eine gute Übereinstimmung 

für die Form der Temperaturfelder. Quantitativ erga 

ben sich jedoch bei SABRE um ca. 10 % kleinere Tem 

peraturen als im Experiment, unmittelbar hinter 

der Blockade. Die bisherigen guten Erfahrungen mit 

Simulationsexperimenten geben allen Anlaß, auch wei 

terhin in dafür geeigneten Fällen darauf zurückzu 

greifen. 

Die gemeinsam mit dem CEN/SCK und dem IMF unter dem 

Namen Mol 7C geplanten Kühlmittel-Blockade-Experimen 

te im Reaktor BR 2 in Mol (Kenn-Nr. 1234.4) sollen 

Aussagen über das in-pile Verhalten eines Brennstab 

bündels mit einer örtlichen Verstopfung mehrerer Kühl 

kanäle liefern. Im Gegensatz zu den Natrium-Siede 

experimenten mit elektrisch beheizten Simulationsstä 

ben werden hier frische Uranoxid-Brennstäbe unter 

-159 - 

Reaktorbedingungen eingesetzt. Nach positivem Ergebnis 

der erstellten Durchführbarkeitsstudie wurde mit der 

Spezifikation des I.Experiments und mit der Auslegung 

und Beschaffung der Versuchseinrichtung begonnen. Zur 

Bestimmung der fluid- und thermodynamischen Verhält 

nisse für das Testbündel und den Blockadebereich wur 

den ergänzende Versuche in Wasser und Natrium vorbe 

reitet. Die Durchführung des ersten Experiments im 

Reaktor ist für Ende 1975 geplant. 


1233.1: Dr.D.Kirsch 1233.4: Dr.W.Peppler 

P.Basmer Ing.H.H.Brüggemann 

Ing.F.Huber 

1233.2: Dr.K.Schleisiek E.Jenes 

D1.A.Kaiser Ing. 1. Kornelson 

Dr.W.Peppler Ing.K.Mattes 

D.Raupp Ing.P.Menzenhauer 

H.K.Römer M.Will 

1233.3: Ing.B.Dorr 1234.4: DI.W.Kramer 

DI.H.A.Rohrbacher 

1.2.4 Beanspruchung der Corestruktur bei lokalen 

Störfällen 

1232.4 , 1235 , 1236.2 

Als Folge von Brennstabdefekten sind beim Vorhanden 

sein von flüssigem Brennstoff lokale thermische Reak 

tionen zwischen flüssigem Brennstoff und Natrium (BNR) 

denkbar, die zu Druckpulsen und zu einer Deformation 

des Stabbündels führen können. Des weiteren sind Ein 

leitungsmechanismen denkbar, die schließlich zu einer 

Wechselwirkung zwischen einer größeren Menge geschmol 

zenen Brennstoffs innerhalb eines Bündels und Natrium 

führen können. 

Um die Möglichkeit der Schadenspropagation innerhalb 

eines Brennstabbündels abzuschätzen, wurde die Defor 

mation des Bündels infolge eines Druckpulses (lokale 

BNR) berechnet. Die Lösung des Problems erfordert ei 

ne dreidimensionale Analyse unter Einschluß der me 

chanischen Wechselwirkung zwischen Kühlmittel und 

Brennstäben L-7672_7. Zur Beschreibung der transien 

ten Bewegung des Kühlmittels wurde ein Singularitä 

tenverfahren entwickelt, bei dem Quellen, Dipole und 

Quadrupole entlang der Brennstabachse verteilt werden. 

Dadurch wird die Bewegung und Deformation des Brenn 

stabes näherungsweise erfaßbar.Der Vergleich der hier 

aus resultierenden Dehnungen mit entsprechenden Bruch 

dehnungen ergab, daß eine rasche pin-to-pin Schadens 

propagation zwar unwahrscheinlich, aber nicht ganz

auszuschließen ist. 

Zur Ermittlung der möglichen Druckpulse bei einer 

Brennstoff-Natrium-Wechselwirkung größeren Umfangs 

innerhalb eines Brennelementkastens sind unter kon 

servativen Annahmen spezielle BNR-Experimente in ei 

nem starren Rohr geplant, die im Euratom-Forschungs 

zentrum Ispra durchgeführt werden sollen (Kenn-Nr. 

1236.2). 

Die Untersuchung der mechanischen Auswirkungen einer 

BNR auf die Corestruktur erfolgt durch Simulation 

der BNR mit einer Sprengladung in einem Coremodell 

(Maßstab 1:1) für den SNR-300 (Kenn-Nr.1235). Die 

Versuche werden in Zusammenarbeit mit der UKAEA in 

Foulness (England) durchgeführt. Zur Zeit sind die 

bei einer BNR zu erwartenden Druckpulse nur näherungs 

weise bekannt. Daher haben die Versuche in Coremodel 

len zum Ziel, die obere Grenze der Druckverläufe zu 

finden, bei denen der Reaktor noch gefahrlos abge 

schaltet werden kann. Bei den bisher durchgeführten 

vier Versuchen wurde die Sprengladung schrittweise 

gesteigert,und es wJrden unterschiedliche Strukturma 

terialien benutzt, die den unversprödeten bzw.leicht 

versprödeten Zustand der Reaktormaterialien simulie 

ren. Parallel dazu werden mit der gleichen Spreng 

stoffmenge Explosionen in einem starren Rohr 

(overstrong wrapper-Versuche) durchgeführt, das die 

selben Abmessungen hat, wie das bei den geplanten 

BNR-Experimenten verwendete Rohr. Dadurch ist es mög 

lich, die verwendeten Brennstoffchargen den verschie 

denen BNR-Abläufen in etwa zuzuordnen. Der maximale 

Druck bei den overstrong wrapper-Versuchen betrug 

720 bar; rechnerische Abschätzungen zur BNR liefern 

deutlich kleinere Maximaldrücke. Aufgrund der gerin 

geren radialen Verdämmung betrug der maximale Druck 

in dem Coremodell dagegen nur 100 bar. Abb.4 zeigt 

einen Ausschnitt aus einem Querschnitt des Coremodells 

nach dem Versuch. Die bisherigen Versuche haben ge 

zeigt, daß die Abschaltstabführungsrohre nicht defor 

miert wurden. 

Um zu einem detaillierten Verständnis der transien 

ten Vorgänge zu kommen und um extrapolieren zu kön 

nen, sind ergänzende Detailversuche und die Entwick 

lung theoretischer Modelle notwendig (Kenn-Nr. 

1232.4, Teilvorhaben I). Es werden statische und 

stoßartige Belastungsexperimente an Brennelement 

modellen durchgeführt, die zur Überprüfung wesent 

licher Modellvorstellungen und Rechenverfahren die 

nen (Abb.5). 

Die Entwicklung der theoretischen Modelle hat zum 

Ziel, die gekoppelte Struktur- und Fluiddynamik im 

Coreverband zu beschreiben L 7792_7. Um diese Aufgabe 

-160- 

Abb.4: Ausschnitt aus einem Querschnitt im Zentrum 

des Coremodells nach dem Versuch(schematisch) 

Abb.5: Modell eines Brennelements nach statischer 

Belastung in der Versuchseinrichtung 

zu erfüllen, ist es notwendig, ein diskretes Modell 

für das elastisch-plastische Verhalten eines einzel 

nen Brennelements aufzustellen, das die Querschnitts 

deformation und Durchbiegung des Brennelementkastens 

sowie die Stützwirkung des Brennstabbündels bei tran 

sienter Belastung erfaßt. Das Modell für die Quer 

schnittsdeformation des Kastens ist durch ein diskre 

tes Mehrmassenmodell mit elastisch-plastischen Ge 

lenken charakterisiert. Die damit gekoppelte Brenn 

elementbiegung wird ebenfalls durch ein Mehrmassen 

modell L 7676_7 beschrieben.

Vergleiche der theoretischen Ergebnisse mit den sta 

tischen Versuchen zeigen eine gute übereinstimmung. 

Untersuchungen zur Kompaktierung des Brennstabbündels 

L-7445, 7446_1 und zu ihrer Wirkung auf die Quer 

schnittsänderung des Brennelements haben gezeigt, 

daß das System durch Stabbündel und Abstandshalter 

erheblich versteift wird. 

Beteiligte Mitarbeiter: R.A.Alexas 

Ing.H.Beutel 

Dr.K.Gast 

Dr.R.Krieg 

DI.R.Liebe 

Ing.H.Will 

DI. H. Zehlein 

1.3 Technologische Untersuchungen 

1261 , 1262.2 , 1262.31 

Ziel der Arbeiten im Rahmen des Teilprojektes 126 ist 

es, für die mechanische Auslegung von Brennelementen 

und anderen Reaktorbauteilen wichtige Informationen 

bereitzustellen. 

Die Untersuchungen umfassen: 

- 1261 das Schwingungsverhalten von Reaktor- und 

Kreislaufkomponenten, 

- 1262.2 das Betriebsverhalten von Wälzlagern in 

Natrium und 

- 1262.31 das Selbstverschweißen von Reaktorwerk- 

stoffen unter Natrium. 

Die Experimente zum Schwingungsverhalten wurden stär 

ker auf die unmittelbaren Bedürfnisse des SNR-300 

ausgerichtet. Ziel ist es, in enger Zusammenarbeit 

mit der Fa. Interatom den im Reaktor während des Be 

triebs zu erwartenden Schwingungszustand der wichtig 

sten Komponenten und die hierdurch hervorgerufenen 

Materialbeanspruchungen zu ermitteln sowie die auf 

diesem Gebiet zur Anwendung kommenden experimentellen 

und analytischen Methoden zu verbessern. Die zur Be 

stimmung der in Na-Kühlkreisläufen wirksamen hydro 

dynamischen Anregungskräfte im APB-Kreislauf der Fa. 

Interatom vorgesehene Instrumentierung wurde im Labor 

getestet und in den Kreislauf eingebaut. Mit den Mes 

sungen wird Anfang 1975 begonnen. 

Das Reibungs- und Verschleißverhalten von Kugellagern 

in Natrium wurde in einer ersten Gruppe von Experimen 

ten für fünf Sonderwerkstoffe verglichen. Einen um 

Größenordnungen niedrigeren Verschleiß wiesen dabei 

-161 - 

die Lager aus Hartmetall auf im Vergleich zu anderen 

verschleißfesten Werkstoffen mit üblichen Härtewerten. 

Das Hartmetall, das hier erstmals für Wälzlager ver 

wendet wurde, ist deshalb auch für die 2.Versuchs 

phase ausgewählt worden, in der die Zusammenhänge zwi 

schen Lebensdauer, Belastung, Temperatur und Drehzahl 

untersucht werden. Erste Ergebnisse hierzu zeigen, 

daß zwar die Lebensdauer im Vergleich zu üblichen Be 

triebsbedingungen um ca. 1 bis 2 Größenordnungen ge 

ringer sein wird, daß jedoch im Hinblick auf die An 

wendung in Reaktormechanismen mit langsamen, inter 

mittierenden Bewegungen befriedigende Betriebseigen 

schaften von Wälzlagern in Natrium erreicht werden 

können. 

Metallische Werkstoffe neigen in Natrium unter be 

stimmten Voraussetzungen zum Selbstverschweißen, was 

eine Beeinträchtigung der Funktion von bewegten Tei 

len zur Folge haben kann. Ziel der Untersuchungen ist 

die Ermittlung geeigneter Werkstoffpaarungen für die 

verschleiß- und selbstverschweißgefährdeten Teile des 

SNR-300, wie z.B. die Verspannflächen der Brennele 

mente. In früheren Versuchen hatten die Werkstoffe 

Inconel 718 und Stellit 6 ein günstiges Reibungs- 

und Verschweißverhalten gezeigt. Sie sind daher als 

Referenzwerkstoffe für den SNR-300 ausgewählt worden 

L-7149_1. Mit einer neuen Versuchsvorrichtung, die 

es ermöglicht, verschweißte Probenpaare auch unter 

Natrium bei Versuchstemperatur zu trennen, wurde in 

einer weiteren Serie von 18 Kurzzeittests (je ca. 

170 h) das günstige Verhalten für einen breiteren 

Parameterbereich, insbesondere auch für die Bedingun 

gen des SNR-300, bestätigt. D.h. die Paarungen 

Stellit 6 / Stellit 6 und Inconel 718 / Inconel 718 

neigen danach bis zu 823 K bzw. 873 K nicht zum Selbst 

verschweißen. Da es noch fraglich ist, ob diese Aus 

sage auch bei längeren Einsatzzeiten gilt, wird ein 

Langzeitversuch bei 873 K und einer Dauer von 1000 h 

vorbereitet. 


1261: DP.J.Kadlec 

Ing.K.D.Appelt 

1262.2: DI.K.Kleefeldt 

G.Gering 

1262.31: Ing.K.Mattes 

Ing.F.Huber 

Ing.W.Till 

H.Weinhold

1.4 Arbeiten zur Auslegung von natriumgekühlten 

Brutreaktoren und zu speziellen damit verbundenen 

hydraulischen und thermodynamischen Problemen 

1291 , 1296.1 , 1296.2 

Schwerpunkt dieses Themenbereiches ist insbesondere 

die thermohydraulische Auslegung von schnellen natri 

umgekühlten Reaktoren, wobei folgende Einzelprobleme 

bearbeitet werden: 

Anwendung und Verbesserung von Rechenprogrammen 

(Kenn-Nr. 1291),wie THESYS, THECA, VERA und TERA, 

zur thermohydraulischen Auslegung, um zu einer 

weitergehenden Ausnutzung der Auslegungsgrenzen 

zu kommen L-7667_7. 

Entwicklung von allgemein gültigen Turbulenzmodel 

len, die die direkte numerische Simulation des 

Energie- und Impulsaustausches erlauben, um so ei 

ne Überprüfung der in den Auslegungsprogrammen 

verwendeten einfachen Ansätze für die turbulenten 

Austauschgrößen zu ermöglichen (Kenn-Nr.1291). 

Mit der Entwicklung eines Rechenprogramms 

(TURBIT-2) wurde begonnen und eingehende Unter 

suchungen zur Formulierung der Randbedingungen 

durchgeführt. TURBIT-2 ist die Weiterentwicklung 

von TURBIT-I, das den Impulstransport bei hohen 

Reynoldszahlen simuliert. Eine vereinfachte Ver 

sion von TURBIT-2, das Programm EDDY-I, wurde fer 

tiggestellt und berechnet die Strömung in einem 

Plattenkanal. Es arbeitet im Gegensatz zu TURBIT-2 

ohne Feinstrukturmodell L 7894_7. 

Mit EDDY-I wurde gefunden, daß der Austauschkoeffi 

zient für Impuls kleiner als der für die Enthalpie 

ist. Die Reynoldsanalogie, welche die Ähnlichkeit von 

Impuls- und Enthalpietransport postuliert, gilt also 

nicht. Weiter wurde festgestellt, daß nur bei drei 

dimensionelen numerischen Simulationen sinnvolle 

Austauschgrößen zu erwarten sind. Die theoretischen 

Arbeiten werden durch experimentelle Untersuchungen 

unterstützt. Mittels der Laser-Doppler-Methode (Abb.6) 

konnte eine wesentliche Annahme im Feinstrukturmodell 

von TURBIT-I, das Vorhandensein des sogenannten 

Kolmogorov-Spektrums bei großen Reynoldszahlen und 

ab einem bestimmten Wandabstand,bestätigt werden. 

Für einen Reaktorentwurf (Kenn-Nr.1296.1) auf der 

Basis des Multipoolkonzeptes wurden Abschirmungs 

rechnungen für den Bereich des Reaktortanks und der 

notwendigen Durchbrüche in der Betonabschirmung 

(z.B. für die Hauptkühlmittelleitung) durchgeführt. 

Es zeigte sich, daß der Einfluß solcher Durchbrüche 

auf die Aktivierung der dahinterliegenden Sekundär- 

-162 - 

Abb.6: Laser-Doppler-Meßeinrichtung zur Bestimmung 

der Feinstruktur der Turbulenz in strömenden 

Flüssigkeiten 

komponenten und des Sekundärnatriums abschirmungs 

technisch beherrschbar ist. Diese Arbeiten wurden 

nicht fortgesetzt, weil es sich in Absprache mit der 

Fa.INTERATOM und in Ermangelung ausreichender Kapazi 

tät bei der Industrie als wichtiger erwies, für den 

SNR 2 die grundsätzliche Kernauslegung durchzuführen 

(Kenn-Nr.1296.2). Dabei erfolgte zunächst die Aufga 

bendefinition in Absprache mit den beteiligten Insti 

tuten IMF, INR, der Projektleitung PSB und mit der 

Industrie. Die Übernahme der Rechenprogramme und Vor 

bereitung der Eingabedaten für die thermohydraulischen 

Berechnungen wurden begonnen. 


1291: Dr.U.Schumann 

DI. G. Grötzbach 

DI.G.Lörcher 

1296.1: DI.K.Kleefeldt 

1296.2: DI.G.Bönisch 

Ing.H.Schnauder 

Ing.K.Schramm

2. Arbeiten zum Projekt Nukleare Sicherheit (PNS) 

Dieser Arbeitsbereich hat sich im Jahre 1974 zu einem 

bedeutenden Schwerpunkt innerhalb des IRE weiterent 

wickelt. Dabei wurden die Bereiche 

- Dynamische Beanspruchung von LWR-Komponenten und 

- Brennstabverhalten im Notkühlfall 

personell weiter verstärkt. Die Arbeiten zum 

- Informationssystem zur Reaktorsicherheit RESI 

wurden 1974 beendet. Die Arbeiten im Rahmen des 

Projekts Nukleare Sicherheit stehen im Zusammenhang 

mit dem Sicherheitsforschungsprogramm für LWR der 

Bundesregierung. 

2. I Dynamische Beanspruchung von LWR-Komponenten 

4211, 4212 

Ziel der Vorhaben ist die Ermittlung der in Druckab 

bausystemen von Siedewasserreaktoren auftretenden 

Druckpulsationen und der dadurch hervorgerufenen dy 

namischen Beanspruchungen sowohl bei Betätigung der 

Druckentlastungseinrichtungen als auch im Fall des 

Primärkreisbruchs. 

Für die in den Jahren 1972 und 1973 in MARVIKEN aus 

geführten Blowdown-Experimente wurde die im Rahmen 

des Gesamtprojekts vereinbarte Auswertung abge 

schlossen. Die erstellten Berichte werden gemeinsam 

mit denen der Projektgruppe in Schweden veröffent 

licht. Ein wichtiges Ergebnis dieser Experimente 

stellen die bei einigen Versuchen beobachteten Druck 

oszillationen dar. Die Auswertung hat gezeigt, daß 

die Gemischzusammensetzung (Luftgehalt, Dampffeuchte) 

die in einem Druckabbausystem ablaufenden Vorgänge 

stark beeinflußt. Für genauere quantitative Aussagen 

muß deshalb die Genauigkeit und Zeitauflösung der 

entsprechenden Meßverfahren verbessert werden. Für 

das geplante Marviken-Folgeprogramm wurde deshalb 

mit der Entwicklung geeigneter Meßverfahren begonnen. 

Es ist vorgesehen, die Dichtemessung nach dem Infra 

rot-Absorptionsprinzip durchzuführen und die Strö 

mungsgeschwindigkeit über eine Laufzeitmessung durch 

Korrelation der stochastischen Dichtesignalschwan 

kungen zu ermitteln. Das Entwicklungsvorhaben wird 

zusammen mit dem Institut für Thermische Strömungs 

maschinen der Universität Karlsruhe durchgeführt. 

-163 - 

Im Rahmen der weitergehenden vertieften Auswertung 

der MARVlKEN-Versuchsergebnisse wurde damit begonnen, 

die bei einigen Versuchen beobachteten Schwingungs 

phänomene genauer zu untersuchen. Ein Vergleich der 

Spektraldichtefunktionen der auf dem Boden der Kon 

densationskammer und in der Dampfverteilerkammer des 

Zuströmsystems gemessenen Druckverläufe deutet da 

rauf hin, daß hierbei Systemresonanzen von wesent 

lichem Einfluß sind. 

Spezielle Untersuchungen wurden auf Anregung der KWU 

während der im Rahmen der Inbetriebnahme des Kern 

kraftwerkes Brunsbüttel auszuführenden nichtnuklearen 

Heißtests durchgeführt. Versuchsziel war die experi 

mentelle Bestimmung des beim Abblasevorgang über die 

neu entwickelten Lochrohrdüsen in der Wasserkammer 

induzierten Druckpulsationfeldes und der entspre 

chenden dynamischen Antwort der Stahlbehälter- und 

Gebäudestruktur. Die bisher vorliegende Auswertung 

zeigt u.a., daß das Öffnen eines zweiten Abblase 

ventils zu einem erkennbaren Anstieg der gemessenen 

Druckpulsationen auch im Einflußbereich der Ausblase 

düse des I.Ventils führt. Die Kreuzspektralanalyse 

der Signale von räumlich verteilten Druckaufnehmern 

deutet darauf hin, daß in der Wasserkammer ein 

quasiperiodisches Druckpulsationsfeld mit einer 

endlichen Anzahl von Druckwellen in Umfangsrichtung 

gebildet wird. Die gemessene dynamische Reaktion der 

Kugelschale ist mit diesem Druckpulsationsfeld eng 

gekoppelt. 

Die weiteren Arbeiten zielen auf die rechnerische 

Ermittlung der Bauteilbeanspruchungen. Zunächst sol 

len dazu die in Brunsbüttel gemessenen Druckbelastun 

gen als Eingabewerte für transiente Berechnungen be 

nutzt und die ermittelten Strukturbeschleunigungen 

mit den entsprechenden Meßwerten verglichen werden. 

Der Vergleich zwischen Messung und Rechnung soll 

eine Aussage über die Zuverlässigkeit der rechneri 

schen Vorhersage derartiger dynamischer Beanspru 

chungen in Reaktorcontainments ermöglichen. 

Nach Prüfung, Auswahl und Beschaffung geeigneter 

Programmsysteme wurden Eigenschwingungsformen und 

Eigenfrequenzen des Containments unter Verwendung 

der ICES-Subsysteme TOPOLOGY, STRUDL und DYNAL be 

rechnet. Für das Gesamtmodell wurden mit maximal 

etwa 230 Knoten bzw. 350 finiten Elementen die 

Frequenzen und Schwingungsformen der Eigenschwin 

gungen bis etwa 50 Hz ermittelt. Die unterste Eigen 

schwingung bei 10 Hz ist eine seitliche Biegeschwin 

gung ("Nicken") der gesamten Struktur. Bei 29 Hz 

liegt eine Schwingungsform, bei der die Struktur 

in senkrechter Richtung gedrückt und gedehnt wird.

Abb.7: STRUDL - PLOT - Ausgabezeichnung von Teilstücken eines 

LWR-Stahlcontainments als Ergebnis einer Schwingungsberechnung 

(ursprüngliche Struktur der finiten Elemente: ausgezogen, 

Schwingungsform bei 33,8 Hz: gestrichelt) 

Bei etwa 34 Hz verformt sich die Struktur oval (Abb.7). 

Im Frequenzbereich von 35 bis 43 Hz liegen mehrere Ei 

genschwingungen, an denen jedoch nur Teile der Struk 

tur (überwiegend der Innenzylinder bzw. das kegelför 

mige Dach der Kondensationskammer) beteiligt sind. 


DLR.A.Müller 

K.D.Appelt 

DLG.Bönisch 

DI.M.Cramer 

Ing.F.Eberle 

Ing. E.Erb 

DLB.GÖller 

DP.J.Kadlec 

G.Lang 

Ing.B.Laursen 

P.Philipp 

Dr.E.G.Schlechtendahl 

DL K. Stölting 

DLE.Wolf 

-164- 

2.2 Das Verhalten von LWR-Brennstäben beim 

Kühlmittelverlust-Unfall 

4231 , 4236 

Ziel dieser Untersuchungen ist die Erstellung eines 

Codesystems zur Beschreibung des LWR-Brennstabverhal 

tens beim Kühlmittelverlustunfall. Die hierzu vom IRE 

durchzuführenden Arbeiten sind: 

- Erstellung eines Programmsystems, das sowohl für 

Sicherheitsuntersuchungen als auch unter Hinzunah 

me speziellerer Moduln zur Auslegung und Auswertung 

der Experimente (Kenn-Nr.4236, 4237, 4238, 4239) 

geeignet sein soll. Diese Arbeiten werden in enger 

Zusammenarbeit mit dem lKE/Stuttgart durchgeführt 

(Kenn-Nr.423J).

- Experimentelle Untersuchungen zum Brennstabverhal 

ten in der Blowdownphase eines Kühlmittelverlust 

unfalls. Diese Versuche werden gemeinsam mit RBT 

out-of-pile mit elektrisch beheizten Einzelstäben 

durchgeführt (Kenn-Nr.4236). 

Im Jahr 1974 wurden vom IKE/Stuttgart unter Mitar 

beit des IRE wesentliche Teile des Codesystems 

SSYST erstellt. Für die Entwicklung verbesserter Mo 

duln innerhalb des IRE wurden Vorarbeiten zur Stati 

stik des Hüllrohrblähens, zur Darstellung des Mate 

rialverhaltens des Zirkaloy-Hüllrohres während des 

Unfalls, zur Beschreibung der Hüllrohrmechanik und 

zur Thermohydraulik in der Flutphase durchgeführt. 

Aufgrund früherer Kritik an der Verwendung des Pro 

gramms RELAP 3 in SSYST wurde eine Vergleichsstudie 

zwischen den Rechenprogrammen RELAP 3 und BRUCH D 

durchgeführt. Sie ergab eine weitgehende Überein 

stimmung in den Ergebnissen. Daneben wurden Ausle 

gungsrechnungen zu geplanten Experimenten durchge 

führt. Für die Experimente zum Vorhaben 4236 wurde 

untersucht, ob mit Hilfe von gesteuerten Ventilen 

für ein Einzelstab-Experiment reaktorähnliche Bedin 

gungen eingestellt werden können. Diese Frage konnte 

positiv beantwortet werden. Erste Untersuchungen zu 

der Frage, ob ein frischer oder ein abgebrannter 

Brennstab bei einem Kühlmittelverlustunfall bezüglich 

möglicher Versagenskriterien entscheidend ist, deuten 

an, daß ein frischer Brennstab wegen der höheren auf 

tretenden Temperaturen stärker belastet wird. 

Die experimentellen Untersuchungen zum Brennstabver 

halten während der Blowdown-Phase eines Kühlmittel 

verlustunfalls werden out-of-pile mit elektrisch be 

heizten Einzelstäben durchgeführt (Kenn-Nr.4236). 

Die Versuche sollen einerseits Aussagen über die Ver 

sagensgrenzen von LWR-Brennstäben beim Kühlmittelver 

lustunfall liefern, andererseits werden die Ergebnis 

se der Überprüfung und Weiterentwicklung der theore 

tischen Versagensmodelle dienen (s.u.Kenn-Nr.4231). 

Die Vorversuche für die Neuentwicklung des benötigten 

Simulationsbrennstabes haben bestätigt, daß durch 

Beschichtung des Graphits mit Tantalcarbid das Pro 

blem der Verträglichkeit zwischen den U0 2 -Ringpellets 

und dem Graphitheizer gelöst werden kann. Zusätzlich 

ist es erforderlich, die elektrische Isolation zwi 

schen den U0 2 -Ringpellets und der Zircaloy-Hülle zu 

verbessern. Geeignete Lösungsmöglichkeiten werden 

z.Zt. gemeinsam mit RBT untersucht. Die Vorversuche 

zur Entwicklung eines neuen Meßgerätes für instatio 

näre Zweiphasenmassenströme (true mass flow meter) 

wurden bis zur Bestätigung der Brauchbarkeit des 

Meßprinzips geführt. Der Beginn der Experimente zum 

Brennstabverhalten ist für Anfang 1976 vorgesehen. 

-165 - 


4231: Dr.R.Meyder 4236: Dr.G.Class 

DI.S.Raff DI.M.Cramer 

DI.W.Sengpiel Ing.D.Fömpe 

2.3 Informationssystem zur Reaktorsicherheit (RESI) 

4510 

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde geprüft, 

welche Möglichkeiten im Bereich atomrechtlicher Ge 

nehmigungsverfahren für kerntechnische Anlagen beste 

hen, die Informationsbereitstellung zu verbessern und 

die Dokumentation zu systematisieren. Ziel war ein 

Systemvorschlag, welcher auch die Erstellung von ge 

eigneten Hilfsmitteln zur Abwicklung der Genehmigungs 

verfahren erlaubt. 

Die Arbeiten, welche gemeinsam mit dem Institut für 

Reaktortechnik der Universität Karlsruhe (TH) durch 

geführt wurden, fanden 1974 im IRE ihren Abschluß 

mit der Veröffentlichung der "Studie über ein Informationssystem 

zur Reaktorsicherheit (RESI)" 1.-7393_7 

sowie der Dokumentation des erarbeiteten Materials 

Die grundlegende Funktion des vorgeschlagenen Systems 

betrifft die Dokumentation und- die Informationsbereit 

stellung. Dies bezieht sich sowohl auf die aktuelle 

Datenhaltung über den Bauzeitbereich eines Kernkraft 

werkes als auch auf die Langzeitdatenhaltung. Eine 

weitere wichtige Funktion liegt in der Erarbeitung 

von geeigneten Hilfsmitteln (Leitfragenkataloge, 

Checklisten etc.) zur Unterstützung der atomrechtli 

chen Genehmigungsverfahren. Diese Unterstützung be 

zieht sich sowohl auf die Entwicklung von Regeln und 

Standards wie auch auf die Verbesserung des Informa 

tionsflusses. Die Dokumentation und die Auswertung 

der Erfahrungen aus Störfällen und dem Normalbetrieb 

von kerntechnischen Anlagen ist ein weiteres Aufgaben 

gebiet für das Informationssystem. 

RESI soll rechnergestützt mit dem System GOLEM der 

Fa.Siemens arbeiten, welches sich im Rahmen des 

Prototypbetriebs von RESI-2 für die gestellten Aufga 

ben ausreichend bewährt hat. Das EDV-System muß dabei 

mit optischen Speichereinrichtungen (Originalarchivie 

rung oder Mikrofilmarchiv) zusammenwirken. 

Zum Grundkonzept gehört die Feststellung, daß es nur 

ein zentrales Informationssystem zur Reaktorsicher 

heit unter einer Betriebsorganisation im Bereich des 

Bundesgebietes geben soll. Vor einer Entscheidung, ob 

das System für die Dauerbetriebsphase übernommen

Das Institut verfügt über besondere Einrich 

tungen und Erfahrungen auf folgenden Gebie 

ten: 

- Prozeßchemie und Verfahrenstechnik für 

hochradioaktive Stoffe, insbesondere Kern 

brennstoffe 

- automatische Prozeßkontrolle und Labor 

automation 

- Chemie energiereicher Ionen 

- hochauflösende organische Massenspektros 

kopie 

- Magnetochemie-Spektroskopie. 

Die Priorität der Aufgaben des neugegründe 

ten Projekts Wiederaufarbeitung (PWA) haben 

eine starke Konzentrierung der Institutstä 

tigkeit auf die Probleme der KEWA gebracht 

(geplante LWR-Aufarbeitungsanlage der 80-er 

Jahre). Demzufolge wurde auch das Institut 

in folgende Institutsabteilungen neu ge 

gliedert: 

- Extraktionschemie und Anlagenbetrieb 

(Leitung: Dr. W. Ochsenfeld) 

- Chemische Prozeßentwicklung (Leitung: 

DI H. Goldacker und Ing. H. Schmieder) 

- Head-End und Abgasbehandlung 

(Leitung: Dr. W. Weinländer) 

- Prozeßkontrolle und Automation 

(Leitung: Dr. P. Groll) 

- Analytische Dienste 

(Leitung: Dr. D. Ertel) 

- Organische Massenspektrometrie 

(Leitung: Dr. L. Stieglitz) 

- Schwerionenchemie 

(Leitung: Prof.Dr. G.K. Wolf) 

- Magnetochemie 

(Leitung: Priv.Doz. Dr.B. Kanellakopulos). 

Die vier bisher von verschiedenen Gruppen 

des Instituts betriebenen Anlagen wurden in 

ihrer Betriebsorganisation zusammengefaßt 

und der Abteilung Extraktionschemie zuge 

teilt. Es handelt sich dabei um folgende Ein 

richtungen: 

MILLI festinstallierte, hochaktive - 

6 ß" .. 

10 -y Cl-, a-dlchte und krltlka- 

litätssichere Extraktionsanlage mit 

1 kg Tageskapazität 

-171 - 

9 

INSTITUT FÜR HEISSE CHEMIE 

(IHCH) 

Leitung: Prof.Dr. F. Baumgärtner 

Vertretung: Dr. G. Koch 

TPL flexible, hochaktive - 

LABEX 

TAMARA 

4 . 

10 ß-y Cl-, 

a-dichte, neutronenabgeschirmte 

3 m Ci -, chemische Experimentier 

anlage, bestehend aus fünf Zellen 

Extraktionsanlage für reine a-Strah 

ler 

automatisch steuerbarer Extraktions 

zyklus mit 200 kg Tageskapazität. 

Durch die allgemeine PersonalsteIlenknapp 

heit einerseits und die Konzentrierung auf 

KEWA-Aufgaben andererseits können folgende 

F+E-Tätigkeiten aus den Bereichen Prozeß 

chemie und Grundlagenforschung nicht mehr 

weitergeführt werden: 

1. - Entwicklung eines Abtrennprozesses von 

Wertmetallen (Zink, Kupfer, Kobalt) aus 

Minen-, Kreislaufwässern und Schrott. 

2. Kontrolle und Automatisierung eines 

Wirbelschichtreaktors. 

3. - Targetierung von hochaktiven a-Strah 

lern als Energiequellen für nukleare 

Herzschrittmacher und für Americium-Be- 

strahlungskapseln. 

4. - Entwicklung eines hochaktiven Trenn 

5. 

6. 

und Reinigungsprozesses für die Gewin 

nung von PU-238 für nukleare Energie 

quellen. 

Thermodynamische Grundlagenuntersuchun 

gen zur Lösungsmittelextraktion. 

1H_ und 31P-kernmagnetische Resonanz 

messungen der Extraktionskinetik und 

des LigandenaustauBches in technisch

wichtigen Extraktionssystemen und an 

Transuranverbindungen. 

7. - Studie über die Wiederaufarbeitung carbi 

diseher Brennstoffe Schneller Brüter. 

8. - Entwicklung und Erprobung von Verfahren 

zur Entfernung von Cl -Strahlern aus Ab 

fallströmen. 

9. - Entwicklung einer elektrolytischen Plu 

tonium-Uran-Trennung im ersten Purex 

Zyklus. 

10.- Bau und Erprobung von SehneIlextraktoren 

Bei den 4 letztgenannten Vorhaben 7 bis 10 

handelt es sich um Entwicklungsaufgaben zur 

Wiederaufarbeitung. Nach dem Stand der Tech 

nik reicht die noch anstehende Entwicklungs 

zeit jedoch über die Bauentscheidung der 

KEWA hinaus. Deshalb mußten diese Arbeiten 

ebenfalls zugunsten kurzfristiger, KEWA bezo 

gener Aufgaben zurückgestellt werden. 

Die Abteilung Organische Massenspektrometrie 

bearbeitet Probleme der Wiederaufarbeitung 

und zusätzlich auf Anforderung staatlicher 

Einrichtungen hin führt sie Untersuchungen 

zur Sicherung der Trinkwasserversorgung durch. 

Die Arbeiten auf dem Gebiet der Schwerionen 

chemie sind durch die Gesellschaft für Schwer 

ionenforschung, Darmstadt, in der BRD über 

regional koordiniert und dienen der techni 

schen Anwendung von Schwerionenstrahlen. 

Die Abteilungen "Schwerionenchemie" und "Ma 

gnetochemie-Spektroskopie" werden von Dozen 

ten der Universität Heidelberg geleitet und 

überwiegend von Universitätspersonal durchge 

führt. Sie haben neben dem wissenschaftlich 

technischen Erkenntnisgewinn auch den Zweck 

der Ausbildung von akademischen Nachwuchskräf 

ten für das Institut. 

Am 31.12.1974 waren im IHCH beschäftigt: 

22 Akademiker, 21 Ingenieure, 72 sonstige Mit 

arbeiter, 5 Gastwissenschaftler aus Rumänien, 

Jugoslawien, Taiwan und Belgien, 9 Angestell 

te der Universität Heidelberg, sowie 7 Dokto 

randen und Diplomanden der Universität Heidel 

berg. 

1. Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen 

KEWA-Rahmenfließbild 

Im ersten Halbjahr 1974 wurde von PWA in Zu 

sammenarbeit mit den Firmen KEWA, GWK und 

Uhde-Lurgi-St. Gobain ein erster Referenzent 

wurf für das Fließschema der KEWA-Anlage er 

stellt. Mit Hilfe dieses sog. "Mark I"-Fließ 

schemas sollte insbesondere das verfügbare 

know-how erfaßt werden, um Ansätze und Ziele 

der erforderlichen technischen Entwicklungs 

arbeiten definieren zu können. Der Entwurf 

des chemischen Hauptprozesses (Extraktions 

fließschema) wurde vom IHCH ausgearbeitet 

(8063). Die Diskussion der anderen Prozeßtei 

le wurde unter Mitwirkung der zuständigen 

Fachleute des IHCH durchgeführt. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. G. Koch 

5100 Head-End 

Dr. W. Ochsenfeld 

Ing. H. Schmieder 

Dr. R.v. Ammon 

DI H. Goldacker 

Dr. H. Haug 

DI D. Leuchtmann 

Dr. W. Weinländer 

Mitte 1974 wurde der Bereich "Head-End und Ab 

gasbehandlung" neu geschaffen, um dem vor 

dringlichen Bedürfnis der KEWA nach Entwick 

lungsarbeiten auf diesem Sektor nachzukommen. 

Hauptziel der Arbeiten ist die Neuentwicklung 

oder Verbesserung von Verfahren zur Rückhal 

tung gasförmiger Spaltprodukte (Jod, Tritium, 

Krypton), die beim Zerschneiden der Brennele 

mente und Auflösen des Brennstoffs freige 

setzt werden. Dementsprechend sind Arbeiten 

zu folgenden Einzelvorhaben vorgesehen: 

PWA 5101/5151 

5113 

5154 

PNS 4140 

Der Aufbau der Arbeitsgruppe wurde bis Mitte 

172 - 

Auflöser-Teststand 

Head-End Gasanalytik 

Spaltgasverteilung 

Krypton-Abtrennung (vgl. 

sten Abschnitt). 

Oktober in dem z.Zt. gezogenen Rahmen abge 

schlossen. Die Planung einer Auflöserver 

näch- 

suchsstrecke wurde begonnen, die Verfahrens 

und Apparatefließbilder sind weitgehend er 

stellt. Ferner wurde eine Übersicht über die 

Eignung handelsüblicher Analysengeräte für

Zyklus der WAK ein 12-stufiger elektrolyti 

scher Mischabsetzer entworfen (2B-EMMA). Es 

ist vorgesehen, den Titan-Mischabsetzer in 

der nächsten Interventionsphase in die WAK 

einzubauen. 

Das Detailengineering wurde von der Fa. Uhde 

übernommen. 

c) Neptuniumverhalten unter den Bedingungen 

der elektrolytischen Plutonium-Uran 

Trennung (7969,7970) 

Unter den elektrolytischen reduzierenden Be 

dingungen der B-Batterie (EMMA) läßt sich 

Np als vierwertiges Element vom U abtrennen 

und mit dem Pu in die wäßrige Phase extra 

hieren. Dies wird dadurch möglich, weil die 

HN0 3 -Konzentrationen im Mischabsetzer klein 

gehalten werden können. Im günstigsten Fall 

konnten 98 % des Neptuniums mit dem Pluto 

niumprodukt abgeführt werden. 

d) Anodische Reoxidation (ROXI) 

8064) 

In Laborversuchen wurden Kreislauf- und 

Durchflußexperimente mit reinen Hydrazin-Lö 

sungen, mit Uran-Hydrazin-Lösungen und mit 

Plutonium-Hydrazinlösungen durchgeführt. 

U.a. wurden Stromausbeuten (ca. 100 %), 

Gasbildungsraten, Gaszusammensetzungen, 

Reaktionsordnungen und Einfluß des Anoden 

Kathodenoberflächenverhältnisses untersucht. 

Auf der Grundlage der Laborexperimente wurde 

eine Zelle im halbtechnischen Maßstab ge 

baut und mit N 2 H; erfolgreich getestet. Bei 

einem Durchmesser von 55 mm und einer Höhe 

von 250 mm läßt sich damit annähernd WAK 

Durchsatz für den 2. Pu-Zyklus erreichen. 

Abb. zeigt ein Photo dieser Zelle. 

(7969,7970, 

e) Elektrolytische Denitrierung und Oxalsäu 

rezerstörung (EDEN) 

In Laborversuchen wurde gefunden, daß die 

Nitrat-Reduktion an Ti, Hg und Pb als Katho 

denmaterial ohne Zusätze durchführbar ist, 

während sie an Pt und Graphit nur durch Zu 

satz katalytischer Mengen von Cu 2 + oder Pb 2 + 

in Gang kommt. Zweckmäßigerweise wird Gra 

phit als Kathodenmaterial verwendet. Die Re 

duktion erfolgt bis in den alkalischen 

-174 - 

Abb. 1: ROXI-Zelle für WAK-Durchsatz 

Bereich. Gleichzeitig erfolgt als Anodenreak 

tion die Oxalsäure zerstörung. In einer Labor 

zelle (Kathode Graphit, Anode Platin) wurden 

Salpetersäure und Oxalsäure quantitativ zer 

stört. 

f) Konstruktionsmaterialien 

Verschiedene neutronenabsorbierende Werk 

stoffe wurden bezüglich ihres Korrosionsver 

haltens untersucht. Für aussichtsreiche Ma 

terialien wurden Kritikalitätsrechnungen 


Beteiligte Mitarbeiter: DI H. Goldacker 


K. Buchmüller 

P. Fischer 

K. Flory 

A. Hollmann 

DI M. Kluth 

W. Roos x ) 

R. Schlenker 

R. Schlindwein 

S. Si I b ernage 1 

DCh. E. Warnecke 

x)Lehrstuhl für Radiochemie, Universität 

Heidelberg

5231 - 5236 Fließschemauntersuchungen 

1 1 51 Aufarbeitung von Schnellbrüter 

Brennstoffen 

a) Hochaktive Fließschemauntersuchungen in 

der Milli-Anlage 

In der Milli wurden zwei Kampagnen durchge 

führt; die eine betraf die Aufarbeitung von 

SBR-Brennstoff, die andere die von LWR 

Brennstoff. 

- AUfarbeitung von SBR-Brennstoff 

Der hochabgebrannte oxidische SBR-Brennstoff 

aus Dounreay enthielt 15 % Pu0 2 und 85 % 

U0 2 (60 % des Urans war U-235). Der mittlere 

Abbrand betrug 5 - 6.1 %, die Kühlzeit etwa 

8 Jahre (7337). Durch die lange KÜhlzeit war 

die Möglichkeit gegeben, den Einfluß der ho 

hen Spaltproduktkonzentration bei verhältnis 

mäßig geringer Aktivität zu studieren. Das 

Material wurde in zwei aufeinander folgenden 

Kodekontaminationszyklen gereinigt und das 

Pu von Uran im 3. Extraktionszyklus elektro 

lytisch getrennt (7536,8046). Von besonderem 

Interesse war der 1. Zyklus. Bei geringer 

Sättigung der organischen Phase von etwa 

45 % an Uran und Plutonium kam es nach 30 

Stunden zu so starker Niederschlagsbildung 

insbesondere bei der Rückextraktion, daß der 

Versuch infolge Verstopfung in den Mischab 

setzern abgebrochen werden mußte. Bei sehr 

hoher Sättigung der organischen Phase (85 % 

U + Pu am Feedpunkt) wurden nach störungs 

freiem Ablauf über 35 Stunden nur noch gering 

fügige Niederschlagsbildung am Feedpunkt und 

am wäßrigen Produkt aus lauf der Rückextraktion 

festgestellt. Der Gesamt-y-DF war dabei im 

1. Zyklus 5.6'10 3 . In der organischen Phase 

war die HDBP-Konzentration von etwa 100 mg/l 

höher als erwartet. 

- Aufarbeitung von LWR-Brennstoff 

Für die zweite Kampagne standen 5 kg oxidi 

scher VAK-Brennstoff mit 18 000 MWd/t Abbrand 

2,7 Jahre Kühlzeit, zur Verfügung. 

Der Brennstoff war in siedender 7 M HN0 3 

innerhalb von 2 Stunden praktisch vollstän 

dig lösbar. Mit der Lösung wurde der Extrak 

tionszyklus über 47 Stunden kontinuierlich 

gespeist. Die organische Phase wurde mit 80 % 

-175 - 

der möglichen Uran- und Plutoniummenge bela 

den. Ausfällungen wurden bis auf unbedeuten 

de Mengen nicht beobachtet, hydraulische Stö 

rungen traten nicht ein. Durch Extraktion 

und Waschen wurden folgende Dekontaminations 

faktoren erreicht: 

8.000 für Zirkon, 

700 für Ruthen, 

200.000 für Cer, 

500.000 für Cäsium. 

Die thermische Belastung betrug zwischen 20 

und 300 mW/I in den wäßrigen Phasen bzw. 

zwischen 3 und 4 mW/I in der abgetrennten 

organischen Phase. In den zuletzt genannten 

Lösungen erreichten die HDBP-Konzentrationen 

Werte zwischen 20 und 160 mg/I, wobei eine 

Beziehung zu der jeweiligen thermischen Be 

lastung nicht zu sehen ist. 

b) Pu-Reduktion mit Hydroxylamin-nitrat 

Die Reduktion von Pu(IV) zu Pu(III) mit 

Hydroxylamin-nitrat (HAN) wurde in stati 

schen Versuchen untersucht. Zur vollständi 

gen Reduktion des Pu(IV) in einer wäßrigen 

0,3 und 0,6 M HN0 3 0,05 M Pu enthaltenden 

Lösung waren pro Mol Pu 1,4 - 1,5 Mol HAN 

notwendig. Bei 1 M HN0 3 reichten 1,6 Mole 

HAN nur zu 80 % Reduktion aus, wobei die 

Reduktion sehr langsam verlief. Temperatur 

erhöhung auf 50 0 C beschleunigte die Reduk 

tion, so daß bei ausreichendem HAN-Überschuß 

(1,6 M HN0 3 , 2,4 Mol HAN/1 Mol Pu) eine voll 

ständige Reduktion zu erreichen war. Im Zwei 

phasensystem wurde bei geringer Säurekonzen 

tration in 10 Minuten 95 % des in 30 % TBP 

vorhandenen Pu in die wäßrige Phase zurückex 

trahiert. An DBP gebundenes Pu wird nur sehr 

langsam und unvollständig von HAN reduziert 

und wird deshalb im praktischen Betrieb in 

der organischen Phase verbleiben. 

c) Extraktionsdaten 

Für die Berechnung der Gegenstromextraktion 

(gemeinsam mit IDT) wurden die früher er 

stellten empirischen Funktionen für die Be 

rechnung von Verteilungsdaten von Uran- und 

Plutonium-Nitrat in Salpetersäurelösungen 

mit 20 bzw. 30 % TBP/Alkan revidiert. Ver 

teilungsdaten von Uran und Salpetersäure

nebeneinander wurden mit den inzwischen ver 

besserten Analysemethoden neu bestimmt. 

d) Crud-Bildung 

Untersucht wurde die Isolierung, Reinigung 

und Analyse von präparativ hergestellten 

Zr-HDBP Niederschlägen im TBP/Alkan-HN0 3 

System, die Verteilung von Zr in Gegenwart 

verschiedener HDBP-Konzentrationen in stati 

schen Versuchen, und die Entstehung von Zr 

HDBP-Niederschlägen im System HDBP/Alkan 

Zr(N0 3 )4- HN0 3' 

In Gegenstromexperimenten wurde das Verhalten 

des zr 95 und des HDBP und das Auftreten von 

Niederschlägen bei verschiedener Sättigung 

des organischen Extraktionsmittels 30 % TBP/ 

Alkan untersucht. Niederschläge entstanden, 

entgegen der bisherigen Meinung, mengenmäßig 

weniger in der Extraktion als bei der Rück 

extraktion. Mit sinkender Sättigung der orga 

nischen Phase entstehen mehr Niederschläge. 

Die im vorangegangenen Berichtszeitraum begon 

nenen Untersuchungen über das Verhalten von 

gepulsten Siebbodenkolonnen in Anwesenheit 

von Crud wurden am Teststand der Eurochemic 

(Mol, Belgien) fortgeführt. In der HA- und 

HS-Kolonne erfolgte selbst bei sehr hohen 

HDBP-Konzentrationen nur eine verhältnismäßig 

geringe Crud-Akkumulierung. Bei der Uranrück 

extraktion trat hingegen auch hier eine deut 

lich stärkere Crud-Bildung ein, wobei sich 

der Crud im Topdekanter der lC-Kolonne an der 

Phasengrenzfläche sammelte. In keinem Falle 

trat infolge Verstopfung eine Unterbrechung 

des Kolonnenbetriebs ein. 

Die mit Mischabsetzern ausgerüstete Modellan 

lage TAMARA wurde auch in diesem Berichtszeit 

raum für die WAK-Betriebshilfe eingesetzt. 

Die neukonstruierte HA-Batterie wurde vor 

ihrem Einbau in die WAK auf ihr Extraktions 

verhalten mit Uran und das hydraulische Ver 

halten bei Anwesenheit von Niederschlägen 

(Crud) untersucht. 

e) Studie zur SNR-Aufarbeitung 

Im Rahmen des PSB wurden für eine Studie über 

die Förderungswürdigkeit der PSB-Arbeiten 

die Probleme der Wiederaufarbeitung zusammen- 

-176 - 

gefaßt. Die Studie wird mit CEN gemeinsam 

erstellt. 

Über die Schließung des äußeren Brennstoff 

kreislaufs für SNR wurde auf einer KTG-Ta 

gung berichtet (8062). 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. W. Ochsenfeld 

5237 Pu-Abtrennung mit Levextrel 

DCh. U. Bauder 

Dr. G. Baumgärtel 

DCh. P.I. Bebesel 

Ing. K. Bier 

Dr. H.J. Bleyl 

E. Hamburger 

Ing. G. Höffle 

Dr. G. Petrich/IDT 

W. Riffel 

P. Schwab 

DCh. C.N. Turcanu 

Ing. H. Wegener 

An Levextrel 20/60 (Vernetzungsgrad 20 %, 

60 Gew.% TBP) wurde die Pu-Extraktion aus 

Abfallösungen, insbesondere aus Mutterlaugen 

der Pu-Oxalatfällung und die Möglichkeit der 

Feinreinigung der Pu-Produkte von Am und die 

Pu/U-Trennung untersucht. Im System Levex 

trel TBP 20/60 - HN0 3 Lösung wurden Vertei 

lungskoeffizienten von U(VI), Pu(III), 

Pu(IV), Pu(VI), Zr/Nb, Ru/Rh bestimmt. Die 

erhaltenen Verteilungskurven sind ähnlich 

denen mit TBP-Lösungen in KW, nur U(VI) und 

Pu(IV) weisen davon abweichend in Levextrel 

gleichgroße Verteilungskoeffizienten auf. 

In Säulenexperimenten wurden dynamische Ver 

teilungskoeffizienten für U(VI) und Pu(IV) 

bestimmt und die Kapazität des Levextrels 

für Pu(IV) ermittelt. Die Trennung des Pu/U 

durch Reduktion des Pu mit HAN zu Pu(III) 

auf Levextrel ist nicht genügend selektiv. 

Aus Oxalsäure-Lösungen wird Pu nur nach Zer 

störung der Oxalsäure ausreichend extrahiert. 

Nach elektrolytischer Zerstörung der Oxal 

säure wurde 97 % des Pu extrahiert und nach 

der Elution eine siebenfache Konzentrierung 

erreicht. Lewapol, das Matrixmaterial des 

Levextrels, wurde zur Abtrennung des TBP 

aus wäßrigen Produktlösungen untersucht. Aus

0,1 M bzw. 1 M HN0 3 wäßriger Lösungen wurden 

bei Beginn des Durchbruchs eine TBP-Beladung 

von 40 bzw. 48 g/l des Lewapol bestimmt. 


5241 Extraktionsmittel- und Raffinatwäsche 

Die Analytik von Prozeßlösungen wurde ver 

bessert. Mit dem jetzt angewandten Verfahren 

(Extraktion und anschließende Gaschromato 

graphie) können erstmals Monobutylphosphat 

und Dibutylphosphat nebeneinander mit einer 

Nachweisgrenze von ca. 20 ppm quantitativ 

bestimmt werden. 

X)L t h f" . . . 'ehrs 

u 1 ur Radlochemle, Unlversltat 

Heidelberg 

Ing. J. Schön 

E. Tullius 

Ein neues Verfahren der Lösungsmittelwäsche, 

welches im Gegensatz zur konventionellen 

Sodawäsche einen praktisch rückstandsfreien 

mittelaktiven Waste liefert, befindet sich 

in der Entwicklung. In Laborversuchen wurde 

der gleiche Wascheffekt bezüglich Dibutyl 

phosphat und Spaltprodukten wie mit Soda 

lösung erzielt. Besonders wirksam ist die 

Kombination des neuen Verfahrens mit der 

früher im IHCH entwickelten Festbett-Reini 

gung mit Pb0 2 . Eine bleiabgeschirmte Anlage 

für die Demonstration des Verfahrens mit de 

gradiertem Lösungsmittel aus der WAK wurde 

erstellt und die heißen Experimente vorbe 

reitet. 

Im Rahmen der Betriebshilfe WAK und der 

Serviceleistung für die Institutsarbeiten 

wurden 1350 Lösungsmittel-Analysen (Bestim 

mung von Tributylphosphat, Dibutylphosphat 

und Monobutylphosphat) durchgeführt. Weiter 

hin wurde mit Untersuchungen von aktiven Bi 

tumenproben (ADB-Betriebe) aus Störfällen 

begonnen. 


Dr. L. Stieglitz 

H. Bautz 

DCh. R. Becker x ) 

DI H. Goldacker 

K.H. Grözinger 

Ing. G. Gumb 


A. Wünschel 

Ing. W. Zetzl 

-177 - 

5611/5612 In-Line-Instrumente und Prozeßüber- 

wachung 

Für den a-Monitor wurde eine neue Glaswalze 

entwickelt; Tests mit diesem Material ver 

liefen äußerst vielversprechend. Die Film 

halterung wurde gebaut. Ein a-Monitor zum 

heißen Test wurde vorbereitet. Ein Plexi 

glasmodell zum Studium der Hydrodynamik wur 

de aufgebaut und erste Versuche durchgeführt. 

Die Fernansteuerung zur Eichung und Über 

prüfung der Detektorkontamination wurde ge 

plant und in Auftrag gegeben. 

Das Dichte-Leitfähigkeits-Gerät wurde fertig 

gestellt und nach abschließenden Tests zum 

Einsatz in der WAK an GWK übergeben. 

Für die y-Absorptiometrie wurde von Frie 

secke & Höpfner ein neuer Meßplatz gemietet, 

ausgetestet und aufgrund seiner guten Eigen 

schaften installiert. Die Ergebnisse eines 

Dauertests liegen vor. Eine Anordnung zum 

Test der Plutoniumausscheidung in der Meß 

küvette wurde aufgebaut und erste Versuche 

durchgeführt. Zur Korrektur der Messung von 

Lösungen mit y-Strahlern wurde eine Drei 

zellenanordnung konzipiert und in Auftrag 

gegeben. 

Die in einer In-line-Box installierte dop 

pelte Dichte-Meßeinrichtung wurde verbessert 

und anschließend ein ausgiebiges Testpro 

gramm absolviert, dessen Dokumentation in Ar 

beit ist. 


Dr. P. Groll x ) 

Ing. E. Kuhn 

H. Lugert 

P. Möser 

W. Nees 

Dr. E. Schwind 

M. Väth 

T. Willy 

x)bis 31.7.1974 Dr. G. Baumgärtel 

5621/5622 Laborautomatisierung 

Die Arbeiten wurden größtenteils auf die Be 

dürfnisse der Routineanalytik der GWK abge 

stimmt und in Zusammenarbeit mit GWK durchge 

führt. In diesem Zusammenhang wurden prinzi 

pielle Vorstellungen über den Aufbau des au 

tomatischen Kontrollabors einer Wiederaufar-

eitungsanlage erarbeitet. Eine Literaturar 

beit über die Automation der Analytik erbrach 

te hauptsächlich Ergebnisse für die Kern 

strahlungsmeßtechnik (7452). 

Eine Modifikation des "Janus-Pipetters" der 

Eurochemic wurde geplant und gebaut, seine 

Steuerung geplant und in Auftrag gegeben. 

Für ein Probenidentifizierungssystem wurden 

Kontakte mit Firmen aufgenommen, die z.B. 

für den medizinischen Bereich derartige Ge 

räte vertreiben (z.B. Siemens, Kimball). 

Erste Tests wurden durchgeführt. 

Der Verdünnerstand wurde aufgebaut und manu 

ell getestet. Ein Auftrag an ADI für Entwurf 

und Fertigung einer Steuerung wurde erteilt. 

Für die automatisierte Filtration wurden 

verschiedene Filter zur Klärung von Prozeß 

lösungen ausprobiert und eine Testapparatur 

aufgebaut. Da aus Platzgründen zur Zeit keine 

heißen Versuche möglich sind, mußten die wei 

teren Arbeiten zunächst zurückgestellt werden 

Für die U-Bestimmung mittels Extraktions 

chromatographie wurden für GWK Entwicklungs 

arbeiten für die automatisierte U-Bestimmung 

in Wasteströmen gemacht (TAM-Methode; LAW 

und MAW). Die chemischen Grundlagen für die 

Automatisierung wurden ausgearbeitet. Ferner 

wurden zur U-Bestimmung in HAW Ein-Weg-Säu 

len aus Polyäthylen entwickelt. Die belade 

nen und von Spaltprodukten befreiten Säulen 

können ins Labor geschickt werden, wo das 

Uran mit TAM kolorimetrisch bestimmt werden 

kann. Versuche zur Optimierung in Gegenwart 

einer simulierten Spaltproduktmischung wur 

den durchgeführt. 

Die Zwischenergebnisse einer kolorimetri 

schen In-Line-Säurebestimmung wurden zur 

Grundlage eines automatisierten Laborver 

fahrens verwendet, das 1975 aufgebaut werden 

soll. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. P. Groll 

Ing. K. Birringer 

Ing. E. Kuhn 

S. Netzer 

Ing. S. Radek 

L. Röder 

-178 - 

5650 a-Verteilung in Waste-Strömen 

Es wurde eine Studie über den Anfall, die Be 

seitigung und den relativen Toxizitätsindex 

der langlebigen Spaltprodukte und Actiniden 

in den radioaktiven Abfällen der Kernbrenn 

stoffwiederaufarbeitung durchgeführt. Bil 

dung und radioaktiver Zerfall der Spaltpro 

dukte und Actiniden wurde für verschiedene 

Brennstoffe des Uran-Plutonium- und des Tho 

rium-Uran-Brennstoffzyklus und für die hoch 

aktiven Abfälle nach der Wiederaufarbeitung 

berechnet (7394). Ihr Gesamtanfall wurde 

mit Hilfe einer Prognose der Kernenergieent 

wicklung in der BRD und in Westeuropa, sowie 

einer Rechnung zur Reaktorstrategie, die in 

Zusammenarbeit mit dem IASR erstellt wurden, 

bis zum Jahre 2010 abgeschätzt. Weiterhin 

wurde versucht, die Mengen und Zusammenset 

zungen der wichtigsten Abfallströme der Wie 

deraufarbeitung und Refabrikation abzuschät 

zen. Zum Vergleich der langfristigen Toxizi 

tät der hochaktiven Abfälle verschiedener 

Brennstoffarten von LWR, SBR und HTR wurde 

der zeitliche Verlauf des relativen Toxizi 

tätsindex bis 10 6 Jahre berechnet. Für die 

Beseitigung der langlebigen radioaktiven Ab 

fälle wurden 2 Alternativen diSkutiert, ein 

mal die Verglasung der hochaktiven Abfälle 

und Endlagerung in Salzformationen, zum ande 

ren die Abtrennung der Actiniden aus den 

hochaktiven Abfällen und Elimination durch 

Rückführung und Abbrennen im Kernreaktor mit 

thermischen bzw. schnellen Neutronen. In 

einer ersten Näherungsrechnung deutet sich 

an, daß die relative Toxizität der im Salz 

eingelagerten Abfälle bereits nach etwa 

2000 Jahren unter die Toxizität natürlich vor 

kommender radioaktiver Stoffe, nämlich eines 

Uranerzes mit niedrigem Urangehalt (0,2 % U), 

abfällt . 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. H. Haug 

IHCH-Infrastruktur: Analytische Dienste 

Schwerpunkte der analytischen Tätigkeit waren 

die Aufarbeitung hochabgebrannter Brennstoffe 

von VAK, Dounreay, sowie Fließschemauntersu 

chungen in der Milli (39 % aller Analysen), 

die Erprobung elektrolytischer Extraktions 

apparate (16 %), Untersuchungen über Pu-Ab 

trennung aus Wasteströmen und Pu-Feinreini 

gung mittels Levextrel (26 %), sowie der

und Kohlenwasserstoffen in der Atmosphäre ge 

leistet werden (6648). 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. L. Stieglitz 

Ing. W. Roth 

x)Lehrstuhl für Radiochemie, Universität 

Heidelberg 

M. Bauer 

Dr. P. Groll 

DCh. W. Leger x ) 

H. Manns 

9/71/16 Grundlagen und nichtnukleare Anwen 

dungen der Lösungsmittelextraktion 

a) Gewinnung von Zink aus Minen- und Kreis 

laufwässern 

Es wurden die Grundlagen für ein Verfahren 

zur Abtrennung von Zink aus Minen- und Kreis 

laufwässern erarbeitet, wobei geringe Zink 

Konzentrationen von zahlreichen Begleitele 

menten wie Fe, Cu, Ca usw. zu trennen sind. 

Die Abtrennung von Fe erfolgt durch Fällung 

oder aber durch Reduktion zu Fe II und nach 

folgende extraktive Trennung. Die Trennung 

von Cu, Ca usw. sowie ggf. von Fe II wird 

durch Extraktion mit HDEHP durchgeführt. Zur 

Erzielung einer ausreichenden Zn/Cu-Trennung 

muß die Zink-Beladung der organischen Phase 

auf max. 80 %begrenzt werden. 

Das Vorhaben ist mittlerweile zugunsten von 

PWA-Arbeiten eingestellt worden. 

b) Thermodynamik von Extraktionsreaktionen 

Die thermodynamischen Funktionen der Extrak 

tion von U(VI) und einigen Lanthaniden mit 

HDEHP wurden bestimmt. Die Ergebnisse wurden 

auf der Tagung über spezifische Wechselwir 

kungen in Wepion, Belgien, vorgetragen. Das 

Vorhaben ist zugunsten PWA eingestellt worden 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. Z. Kolarik 

DCh. R. Grimm 

H. Küsel 

W. Kuhn 

- 185- 

3112 Transurane für biomedizinische Systeme 

Bei diesen Arbeiten handelt es sich um Rest 

arbeiten aus PACT, die im Rahmen eines In 

stitutsvorhabens zu einem Zwischenabschluß 

gebracht werden. Zum größeren Teil sind die 

Arbeiten inzwischen abgeschlossen, Restarbei 

ten werden im Laufe des 1. Halbjahres 1975 

abgeschlossen. 

a) Targetierung von 241 Am 

241 

Für die Fortführung der Am-Bestrahlungsex 

perimente im HFR-Petten wurde, zur Verminde 

rung der Strahlenbelastung des Betriebsper 

sonals, eine verbesserte Targetierungsstraße 

, t 11' t D ' . 241 

lns a ler. amlt wurden dle Am0 2 /Al bzw. 

Graphit-Pellets für das Experiment HFR4 her 

gestellt. Der Bestrahlungseinsatz wurde im 

August 1974 zur Bestrahlung eingesetzt, mußte 

jedoch nach etwa 6 Wochen wegen eines Thermo 

elementschadens vorzeitig entladen werden. 

Im Rahmen der Arbeiten zur Enwicklung von 

2 3 8 p E . 11 f"" . 

u- nergleque en ur Herzschrlttmacher 

wurden anschließend in denselben Versuchs- 

" 238 

elnrlchtungen Pu0 2 -Pellets hergestellt, 

Insgesamt 11 in Ta und Pt/Ir gekapselte 

Quellen mit je 100 mW Leistung wurden an die 

Firma Siemens-Erlangen für Batterietests aus 

geliefert. 

Beteiligte Mitarbeiter: H. Scheuermann 

L. Winkler 

b) Aufarbeitung von bestrahltem 241 Am 

Nach Abschluß der aktiven Vorversuche zu Be 

ginn des Jahres wurden die durchgeführten Ex 

perimente ausgewertet und das Referenzfließ 

schema für die TPL-Anlage endgültig festge 

legt. Die Abschirmanlage des TPL sowie die 

Versorgungs- und Wasteentnahmeeinrichtungen 

wurden komplettiert sowie mit der Planung 

und dem Bau einer zusätzlichen Abgasreini 

gungsbox begonnen (7862,7407). 

Nach Fertigstellung der Versuchseinrichtun 

gen an drei Boxen wurden diese probeweise 

eingebaut und auf Bedienbarkeit und hinsicht 

lich der Durchführbarkeit von Reparaturen 

und den Wechsel von Anlagenteilen getestet, 

wodurch in einigen Fällen Änderungsarbeiten

notwendig wurden. Insbesondere wegen Liefer 

sChwierigkeiten für einige Teile, wie z.B. 

d-dichte Durchführungen, strahlenbeständige 

Kabel etc. sowie wegen Personalverschie 

bungen zugunsten von PWA-Arbeiten konnten 

die Versuchs einrichtungen nicht wie vorgese 

hen bis zum Jahresende abgeschlossen werden 

(vermutliche Inbetriebnahme etwa Februar/ 

März 1975). 

Das im Rahmen dieser Arbeiten für die Tren 

nung von Am-em entwickelte Hochdruck-Flüssig 

keitschromatographiesystem für präparative 

Trennungen wurde auf der Gemeinschaftsschau 

der Forschungseinrichtungen der BRD auf der 

Interkama 74 in Düsseldorf vorgeführt. Das 

an entsprechende Analysengeräte und Rechner 

gekoppelte System erlaubt die vollautomati 

sche Durchführung von Trennungen schwer 

trennbarer Substanzen. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. W. Weinländer 

H. Antoni 

E. Bolz 

Ing. W. Bumiller 

H. Jahraus 

G. Kunz 

Ing. W. Lessle 

- 186-

Die Beteiligung des Instituts für Radiochemie am PWA 

wurde beträchtlich verstärkt. Das PNS-Thema "Untersu 

chungen zum Einfluß der Reaktorwasserchemie auf die 

Kreislaufkontamination" an das IRB abgegeben. 

Die "Nuclear Data Section" der IAEA hat die kontinu 

ierliche Erfassung von Anregungsfunktionen für Reakti 

onen mit geladenen Teilchen der Gruppe "Kernchemie" 

(Prof. Dr. H. Münzei) übertragen. 

Die Service-Leistungen der Isotopensteile werden durch 

die Aufnahme laufender Mo-99-Lieferungen an die Radio 

pharmaka-Industrie sprunghaft erhöht, wodurch die Ka 

pazität des FR2 genutzt wird. 

Die Tätigkeit des Bereichs Wasserchemie führte zu be 

deutsamen Resultaten (Sammelbericht KFK 1669 UF) 

Die Zusammenarbeit mit Prof. Sontheimer und seinem In 

stitut war befruchtend und effektiv. 

Die Ergebnisse der aerochemischen Untersuchungen sind 

in einem ersten Sammelbericht zusammengefaßt (KFK 

1975 UF); mit der Fertigstellung des beweglichen ESR 

Spektrometers ist die volle Leistungsfähigkeit der 

Gruppe erreicht. 

Dem Institut gehörten am 31. 12. 1974 an: 

32 Akademiker, 60 Sonstige, 10 Doktoranden sowie 5 

ausländische und 3 inländische Gäste, ferner 2 Sonder 

stelien für die Herrn Doz. Dr. S. H. Eberle übertrage 

ne Projektträgerschaft "Technologie der Gewinnung und 

Aufbereitung von Wasser sowie für die Schlammbehand 

lung" . 

10/73/1 Bestimmung, Erfassung und Anwendung von Kern 

daten 

Die Arbeiten über die Anregungsfunktionen von (a,xn) 

und (a,pxn)- Reaktionen für Mo (6988) wurden abge- 

schlossen. Die Übereinstimmung zwischen experimentel 

len Daten und berechneten Werten war auch im Bereich 

der magischen Zahl N=50 zumeist befriedigend. Erste 

experimentelle Werte für Wirkungsquerschnitte von 

(3He ,xn)-Reaktionen mit Ag und Nb liegen vor. 

Die Untersuchungen zur Bestimmung von Verunreinigungen 

im Reinst-Niob durch Aktivierungsanalyse (7456) mit 

energiereichen Neutronen wurden weitergeführt. So er 

gaben sich für Al und Si Nachweisgrenzen im ppm-Be 

reich . Zur Spurenanalyse ist die Abhängigkeit der 

Massenauflösung und der Nachweisgrenzen von den expe 

rimentellen Bedingungen durch Messung der gestreuten 

geladenen Teilchen ermittelt worden. 

Ein Gastarget zur Erzeugung von 43K durch die Reaktion 

Ar (a,p) wurde entwickelt, mit dem über 90% des gebil 

deten Kaliums durch elektrostatische Ablenkung auf 

einer dünnen Stabelektrode abgeschieden werden können. 

-191 - 

10 

INSTITUT FÜR RADIOCHEMIE 

(IRCh) 

Leitung: Prof. Dr. W. Seelmann-Eggebert 

Eine Analyse von Anregungsfunktionen ergab u. a., daß 

die effektiven Coulombschwellen deutlich unter den be 

rechneten Werten liegen. Diese Ergebnisse wurden zur 

Verbesserung des von uns entwickelten Verfahrens 

(7001) zur Abschätzung unbekannter Anregungsfunktionen 

benutzt. Da die Grenzen dieses halbempirischen Verfah 

rens erreicht sind, wurden diese Studien inzwischen 

abgeschlossen. Im zweiten Teil des Landolt-Börnstein 

I/5c (7001) sind über 200 Diagramme enthalten, mit de 

nen die in einem Target beliebiger Dicke bei Bestrah 

lungen entstehenden Aktivitäten ermittelt werden kön- 

neu. 

Die Erfassung von publizierten Anregungsfunktionen für 

Reaktionen mit geladenen Projektilen wurde weiterge 

führt. Um diese Karlsruher Wirkungsquerschnitt-Kompli 

kation auch im Rahmen der auf Initiative der IAEA eta 

blierten weltweiten Kooperation bei der Kerndatenerfas 

sung verfügbar zu machen, wurde mit der Umstellung auf 

elektronische Datenverarbeitung begonnen. Als Basis 

hierfür dient ein modifiziertes EXF0R-System. 

Das Manuskript für die 4. Auflage der Nuklidkarte 

(3834) wurde fertiggestellt. Die Ausliferung der Karte 

wird im Januar 1975 erfolgen.

Beteiligte Mitarbeiter: Prof. Dr. H. Münzel Markierungsdienst 

10/67/2 Bestrahlungsdienst 

Die Anzahl der Flußmessungen (240) hat durch die gefor 

derte Genauigkeit bei Metalldotierungen erheblich zuge- 

nommen. 

Den Trend der Auftragserteilungen der letzten fünf Jah 

re zeigt die folgendeTabelle: 

DI S. Flach 

K. Hemberle 

Dr. J. Lange 

F. Michel 

DCh. P. Misaelides 

G. Pfennig 

Dr. R. Schroerschwarz 

Die Service-Gruppe führte im 12. Jahr ihres Bestehens 

in enger Zusammenarbeit mit RBT/FR2 eine große Serie 

von Dotierungsbestrahlungen für die Industrie durch. 

In diesem Jahr wurden 2304 Bestrahlungsaufträge im FR2 

und Zyklotron durchgeführt: 731 in den Isotopenkanälen, 

901 mit der Rohrpost, 239 mit der thermischen Säule, 

163 mit dem Zyklotron und 270 in Sonderkanälen. Be 

strahlungen mit der Co-60-Panoramaquelle dienten der 

Strahlenbeständigkeitsprüfung von Motoren und Sensoren 

für den Reaktorbetrieb und zur Polymerisation von 

Kunststoffen. 

Es gingen 447 radioaktive Sendungen ein (Kauf). An die 

Institute der GfK wurden 677 radioaktive Proben abgege 

ben, davon 230 geeichte Präparate. 

Jahr 

Aufträge: 

1970 

1465 

1971 

1840 

1972 

2365 

1973 

2410 

1974 

2304 

Der Grund der 5%igen Abnahme der Aufträge wird darin 

gesehen, daß in der Zwischenzeit mehrere kleine For 

schungsreaktoren in Betrieb genommen wurden; besonders 

die Zahl der Bestrahlungen von Proben in den Isotopen 

kanälen ging zurück. Ferner ist gegen 1973 eine Ver 

schiebung in der Gruppe von Auftraggebern zu beobach 

ten: Die Zahl der Industrieaufträge hat um gut 25% zu 

genommen, während die wissenschaftlicher Institute ab- 

genommen hat (Tabelle) : 

Auftraggeber: Industrie ausw.Inst. GfK 

1973 22 38 40 (%) 

1974 30 27 43 (%) 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. P. Wolf 

U. Kaminski 

H. Lösche 

A. Ochs 

W. Rottmann 

- 192- 

Im Jahr 1974 wurden 21 radioaktiv markierte organische 

Verbindungen hergestellt und zwar: 

N,N'-bis-(I-Formamido-2,2,2-trichlor-äthyl)-(1 ,2_ 14 C)_ 

piperazin = W 524-(14C); 

I-Hydroxi-äthan-(14C)-I,I-diphosphonsäure, Di-Na-Salz 

(2 Synthesen zu verschiedenen Zeiten und mit verschie 

den hoher spezifischer Aktivität); 

Fluoren-(9- 14 C); 

puromycin-azid-(U- 3 H) ; 

1,2-Dimercapto-(35S)-propan-3-sulfonsäure, Na-Salz; 

Grandiflorensäure-(14C) (2 Synthesen mit verschieden 

hober spezifischer Aktivität) ; 

pulvinsäure-(14C); 

4-Hydroxi-pulvinsäure-(14C) ; 

Thymin- (2_ 14 C)'; 

polyacrylamid-(U- 3 H), Charge 34 K(2 Wilzbachmarkie 

rungen); 

polyacrylamid-(U- 3 H), Charge NP 10; 

2-Naphthylamin-(U- 3 H) (Substanz konnte nicht gerei 

nigt werden, da die Zersetzung rascher vonstatten 

ging als die Reinigung); 

N- (2-Benzamidoäthyl)-phenyl-sulfonyL-N'-cyclohe- 

14 

xyl-harnstoff-( C). 

9-Methoxi-anthracen; 

9-Methoxi-anthracen-d 9 

9-Methoxi-anthracen-d 3 

Benzoin-methyl-(13C)-äther 

2,3,4,5,6-Pentafluorphenyläthylenoxid; 

1-(2,6-Dimethyl-phenyl)-3-(2' ,5'-dimethoxi-phenyl)-2 

pyrazolin; 

1-(2,6-Dimethyl-phenyl)-3-mesityl-2-pyrazolin; 

ß-Dimethylamino-propiophenon-d 2 ·HCI; 

1,3-Diphenyl-2-pyrazolin-d 2 ; 

Reinigung von Norbornen-(2). 

Für 5 weitere Präparate wurden die inaktiven Arbeiten 

durchgeführt und Ange rote erteilt. 

Von 635 Aktivitätsbestimmungen waren 178 3H-Doppelmes 

sungen für "PWA", 12 3H-Doppelmessungen für "PSB", 

150 32P-Messungen für "LIT" und 35 3 H-, 14C_ und 

35S-Dreifachbestimmungen markierter Verbindungen. 

Der Verkauf radioaktiv markierter Verbindungen an aus 

wärtige Stellen erbrachte TDM 84. 

Bei 30 Aufträgen kamen radioaktiv markierte Verbindun 

gen zum Versand. 8 radioaktiv markierte Verbindungen 

wurden im Auftrag der Universität Karlsruhe gekauft 

bzw. abgefüllt und an die Universität weitergeleitet. 

Durch den Auszug der Gruppe Wasserchemie, den Umbau 

mit Renovierung, Neuinstallation und Umzug des Triti 

umlabors waren umfangreiche Nebenarbeiten erforderlich. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. H.-E. Noppel 

H. Schuster

Pentachlorphenol 

Hexachlor 

-1,3 butadien 

y-Hexachlorcyclohexan 

1,2,4,5-Tetrachlorbenzol 

Hexachlorbenzol 

Tabelle 

Fettgew. Leber Nieren Herz Blut 

mg/kg Gewebe 

0,3 

4 

so 

200 

0,001 

0, I 

3 

6 

20 

0,2 

0,2 

7 

13 

17 

0,04 0,25 

0,3 0,7 

Speicherung von Chlorkohlenwasserstoffen 

in inneren Organen und Blut von Ratten 

Um eine Beziehung zwischen der Konzentration im Fett 

und den einzelnen Organen zu finden, wurden die Fettgehalte 

des Fettgewebes, der Organe und des Blutes 

bestimmt: 

Fettgewebe: 

Leber 

Nieren 

Herz 

Blut 

0,63 gFett/gGewebe 

0,02 

0,02 

0,003 

0,005 

Bei Hexachlorbenzol ist e1n Zusammenhang zwischen Substanzkonzentration 

und Fettanteil zu erkennen. 

Relative Schadstoffkonzentrationen: 

Fettgewebe 

100 

Leber 

10 

Relative Fettgehalte: 

Fettgewebe 

300 

Leber 

10 

Dies hedeutet, daß der Schadstoff wahrscheinlich proportional 

zum Fettgehalt angereichert wird, oder anders 

ausgedrückt, daß die Konzentration des Schadstoffs im 

Fett überall im Körper gleich ist. 

- Komplexierung von Schwermetallen durch Huminsäure 

Die Arbeiten über die Komplexbildung wurden fortgesetzt 

und durch eine Untersuchung der Ausfällung von 

Huminsäure (HS) und Ligninsulfonsäure (LS) durch 

Schwermetalle ergänzt. Bei Konzentrationen um SO mg/l 

des Liganden bilden Blei, Barium, Kupfer, Zink und 

Uran einen Niederschlag, nicht aber Thorium. Auch bei 

hohen Konzentrationen des Kations, zum Beispiel2300mg 

Cu/I, bleibt ein Teil der Säure in Lösung (mind. 10%). 

Die Abhängigkeit des in Lösung gebliebenen Anteils vom 

pH wurde gemessen. 


Dr. S. H. Eberle 

M. Blangetti 

DCh. U. Degen 

E. Hellmund 

Niere 

10 

Niere 

10 

Herz 

Herz 

1,5 

Blut 

Blut 

2,5 

2 

3 

DCh. o. Hoyer 

Dr. A. Jacobs 

B. Kiehling 

DCh. K.P. Knobel 

DCh. E. Willin 

3 

3 

11/72/2 Untersuchungen über organische Verunreinigun 

gen in Fließgewässern 

Die Untersuchungen konzentrieren sich auf die schwerflüchtigen 

Verbindungen und werden in Zusammenarbeit 

mit dem Engler-Bunte-Institut der Universität Karlsruhe 


- Analyse von Wasserwerksfiltern 

Die aus den Aktivkohlen extrahierte Substanz weist 

folgende Zusammensetzung auf: 

Kohlenstoff 

Wasserstoff 

Chlor 

Schwefel 

30-50% 

4-7,5% 

2-5 % 

2-8 % 

Auffallend ist der im Vergleich zum Chlor hohe Schwefelgehalt. 

Wenn für die Verbindungen ein mittlerer 

Chlorgehalt von 50% bzw. für Schwefel von 15% zugrundegelegt 

wird, ergeben sich zum Beispiel für Extrakte 

aus Kohlen des Wasserwerkes Wittlaer folgende Werte: 

org. Substanz 

gesamt lJg/ I 

org. Chlor 

CI-Verbdg. 

org. Schwefel lJg/I 

S-Verbdg. 

-197 - 

Rheinw. Uferfiltr. Trinkwasser 

6600 

138 

276 

264 

1760 

3960 

230 

460 

190 

1270 

3090 

142 

284 

104 

690 

Der Anteil der Schwefelverbindungen an der Gesamtverschmutzung 

ist demzufolge höher als der der Chlorverbindungen. 

Die Schwefel enthaltenden Schadstoffe tragen 

wie die Chlorverbindungen zur schnellen Erschöpfung 

der Trinkwasserfilter bei. 

Bestimmung von elementarem Schwefel in Aktivkohleextrakten 

Der hohe Gesamtschwefelgehalt der Extrakte war der Anlaß, 

eine einfache Schnellmethode zur Bestimmung des 

elementaren Schwefels auszuarbeiten. Sie basiert auf 

der Umsetzung des Schwefels mit Cyanidionen und dreiwertigem 

Eisen zu rotem Eisen(III)-rhodanid, das photometrisch 

gemessen wird. Die untere Nachweisgrenze 

liegt bei 5 lJg Schwefel 

Analysen von Kohleextrakten mit dieser Methode ergaben, 

daß nur 10% des Gesamtschwefelgehaltes als elementarer 

Schwefel vorliegen. 

- Trennung von schwerflüchtigen Chlor- und Schwefelverbindungen 

an Al 0 

2 3 

Um Aufschluß über die Zusammensetzung der schwefelflüchtigen 

organischen Wasserinhaltsstoffe zu erhalten, 

wurde mit ihrer Auf trennung begonnen (6764). Da 

sich ein so heterogenes Substanzgemisch auch mit einem 

Hochdruckflüssigkeitschromatographen nicht ohne weiteres 

in Einzelkomponente zerlegen läßt, ist eine Vortrennung 

an Al 0 mit einer eluotropen Lösungsmittel 

2 3 

reihe entwickelt worden (Abb. I).

Die Arbeiten des Instituts verfolgen drei 

Hauptziele: 

- Die Entwicklung von Heilmitteln und die 

Ausarbeitung optimaler Behandlungspläne 

bei Vergiftungen mit radioaktiven Stoffen 

und gewerbehygienisch wichtigen Metallen. 

Einen Schwerpunkt der Untersuchungen bil 

den die Transurane, wobei sowohl ihre De 

korporation als auch ihr physiologisches 

Verhalten untersucht werden. Damit werden 

Grundlagen für die Abschätzung der mögli 

chen Strahlenbelastung gewonnen. 

- Die Aufklärung der Reaktionen, die durch 

Strahlung am Erbgut von Lebewesen hervor 

gerufen werden. Diese Untersuchungen sol 

len primär dazu beitragen, die erheblichen 

auf diesem Gebiet bestehenden Lücken unse 

res Wissens zu schließen. Darüber hinaus 

sind sie auch praktisch wichtig, unter an 

derem als Voraussetzung für Verbesserung 

des Strahlenschutzes und der Strahlenmedi- 

zin. 

- Gezielte Untersuchungen über Strahlenwir 

kungen auf menschliche und tierische Zel 

len, um Grundlagen für eine Verbesserung 

der Strahlentherapie zu erhalten. Dabei 

stehen einmal Experimente mit Strahlenar 

ten im Mittelpunkt des Interesses, die bis 

her kaum oder gar nicht verwendet wurden, 

aber gegenüber den allgemein benutzten Vor 

teile versprechen. Zum anderen sollen die 

Möglichkeiten der Hemmung von Erholungs 

und Reparaturprozessen in der bestrahlten 

Zelle geprüft werden, um damit die Strah 

lenempfindlichkeit von Tumorzellen erhöhen 

zu können. 

Die Arbeiten des Instituts sind entsprechend 

diesen Zielen zusammengefaßt. 

Dem Institut gehörten am 31.12.1974 17 Aka 

demiker, 29 sonstige Mitarbeiter, 1 Univer 

sitätsassistent, 1 wissenschaftlicher Gast 

und 7 Doktoranden an. 

12/68/1 Toxikologie von Transuranen und ge 

= 1816.1 werbehygienisch wichtigen Schwerme 

tallen. Entwicklung entsprechender 

Heilmittel 

A 1) Eingehende Modelluntersuchungen zur Fra 

ge der DTPA-Behandlung von 239pu-kontaminier 

ten Verletzungen wurden abgeschlossen (7714, 

7804, 1 Publikation im Druck) und zeitigten 

- 207- 

12 

INSTITUT FÜR STRAHLENBIOLOGIE 

(IStB) 

Leitung: Prof. Dr. K. G. Zimmer 

Prof. Dr. A. Catsch 

eine Reihe von Befunden, die für die werks 

ärztliche Praxis von Bedeutung sind: Die lo 

kale DTPA-Injektion in das kontaminierte Ge 

webe kann die Resorption von 239pu-Nitrat in 

so starkem Maße erhöhen, daß unter Umständen 

auf die bisher übliche Exzision des Gewebes 

verzichtet werden kann. Die Wirksamkeit des 

DTPA kann hierbei durch gleichzeitige Ver 

abfolgung anderer Chelatbildner (Citrat,

Das Institut arbeitet auf Gebieten der angewandten 

Informatik, die für den Einsatz von DV-Systemen in 

technischen Anwendungen von Bedeutung sind. 

Die wesentlichen Ergebnisse der Vorhaben im Bereich 

Rechnerstrukturen und Betriebssysteme für Prozeßauf 

gaben waren die Schaffung und Erprobung von Elemen 

tarfunktionen für Prozeßrechner-Betriebsorganisatio 

nen und ihre Umsetzung in eine VDI/VDE-Empfehlung, 

die Schaffung und Modeliierung von Grundkonzepten der 

Organisation von Mehrrechnersystemen und die weitge 

hende Abwicklung des Entwicklungsauftrages der 

SIEMENS AG für Prozeßrechner-Software. 

Größtes Gewicht unter den projektbezogenen Arbeiten 

des IDT hatte 1974 die Unterstützung des Projekts 

Wiederaufarbeitung und Abfallbehandlung: Das Prozeß 

überwachungssystem der chemischen Versuchsanlage 

TAMARA auf dem TR86-Rechnersystem wurde fertigge 

stellt, ein mathematisches Modell der Uran/Plutonium 

Extraktion wurde entwickelt und es wurden Systemana 

lyse und Simulationsmodelle von Lagerung und Trans 

port abgebrannter Reaktor-Brennelemente erstellt. 

Für die Entwicklung von interaktiver Graphik für Pro 

zeßwartentechnik und rechnergestütztes Konstruieren 

und Entwerfen mit Kleinrechnern in Unterstützung des 

Projektes CAD im 2. DV-Programm wurden wichtige Vor 

arbeiten geleistet. 

Aufbauend auf den Forschungsarbeiten zur Zuverläs 

sigkeit von Prozeßrechnern und deren systematischer 

Programmierung hat IDT innerhalb des Projektes PSB 

die Aufgabe des Austestens des Schutzrechnersystems 

BESSY für den SNR300 übernommen und als ersten 

Schritt Richtlinien zur sicheren Auslegung der Soft 

ware erstellt. 

Gemeinsam mit der Gesellschaft für Informatik und 

der VDI/VDE-Gesellschaft für Meß- und Regelungstech 

nik wurde im Kernforschungszentrum die erste umfas 

sende Fachtagung über rechnergestützte Automatisie 

rung: "Prozeßrechner 74" in der Bundesrepublik mit 

über 800 Teilnehmern durchgeführt /7528/. 

Im IDT waren am 31.12.1974 21 Akademiker, 2 Hoch 

schulangehörige, 8 Ingenieure und 5 sonstige Mitar 

beiter tätig. 

13/71/1 I Prozeßrechnersysteme 

Die 1973 im Zuge der Übernahme industrieller For 

schungs- und Entwicklungsaufgaben durch das IDT im 

Rahmen der Auftragsforschung aufgenommene Entwick 

lung eines Mehrfachzugriffssystems MZS330 für den 

- 213- 

13 

Institut für Datenverarbeitung in der Technik (IDT) 

Leitung: Prof. Dr. G. Krüger 

Dr. H. Trauboth 

Siemens-Prozeßrechner 330 wurde 1974 bis zur Imple 

mentierungsreife fortgeführt. Nach der Definition 

und Konzipierung des Gesamtsystems wurden einzelne 

Systemkomponenten unabhängig vom Zielrechner auf 

der IBM 360/65 simuliert und in ihrer Logik ausge 

tes tet.

Die Ergebnisse der Arbeiten wurden auf der 5. Jahres 

tagung des Anwenderkreises Siemens-Prozeßrechner vor 

gestellt /7466, 7468/. 

Beteiligte Mitarbeiter: DI. P. Kossmann 

DI. M. Didic 

A. Göbell 

DI. H. Herbstreith 

Dlnf. M. Rupp 

13/71/12 Strukturen modularer Mehrprozessorsysteme 

Die Arbeiten in diesem Bereich konzentrierten sich 

auf die Durchführung des PDV-Projektes "Hardwarenahe 

Elementarfunktionen der Ablaufsteuerung für Prozeß 

rechner-Betriebssysteme". Die theoretischen Ergeb 

nisse wurden im April auf der NTG-Fachtagung über 

"Struktur und Betrieb von Rechensystemen" vorge 

stellt /7467/. Die Leistungsfähigkeit des Konzepts 

für die Erstellung zugeschnittener Softwarepakete für 

kleine Rechner wurde für den Siemensrechner 320 de 

monstriert /7718/. Die grundlegenden Resultate wurden 

anläßlich der Tagung "Prozeßrechner 74" veröffent 

licht /7464,7529,7530/. 

Parallel zu den fortlaufenden Arbeiten an diesem Pro 

jekt konnte die Mitarbeit in einem vom VDI/VDE-Aus 

schuß "Programmiertechniken" initiierten Arbeitskreis 

"Prozeßrechner-Betriebssysteme" im September erfolg 

reich abgeschlossen werden. Der von zahlreichen kom 

petenten deutschen DV-Herstellern und Softwarehäusern 

getragene Arbeitskreis hat sich in seinem abschlies 

senden Bericht im wesentlichen auf das im IDT ent 

wickelte Strukturkonzept für Prozeßrechner-Betriebs 

systeme festgelegt. 

Ende des dritten Quartals fanden die anlaufenden Ar 

beiten zum Vorhaben "Zuverlässigkeit von Prozeßre 

chensystemen" ihren Niederschlag in einer Studie über 

die optimale Struktur der Betriebsorganisation für 

das Schutzrechnersystem BESSY des SNR300. Ein Simula 

tionsmodell für ein symmetrisches Drei-Rechnersystem 

mit 2 von 3-Redundanz befindet sich im Aufbau. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. J. Nehmer 

13/71/13 Prozeßforschungsrechner 

Dlnf. O. Eggenberger 

Durch die Installierung der ersten Rechnerausbaustufe 

im neuen IDT-Gebäude und den Ausbau der Anlage zu ei 

ner Doppel-Prozeßrechnerkonfiguration steht dem IDT 

ein leistungsfähiges Experimentierfeld zur Verfü- 

- 214- 

gung. 

Die Anlage besteht aus zwei mikroprogrammierbaren 

Varian V73 Rechnern, die je 32K Kernspeicher, 

Mikroprogrammspeicher, Platte, Magnetband, Karten 

leser, Schnelldrucker, Blattschreiber und Rechner 

kopplung haben. 

Die Systeme sind so konfigurierbar, daß sie sowohl 

als Einzel-Rechner mit schneller Rechnerkopplung 

als auch als Doppelrechner mit gemeinsamem Speicher 

arbeiten können. An Software steht das leistungs 

fähige Vortex 11 Betriebssystem mit Multi-Task-Be 

trieb, Realzeit Vordergrund-Verarbeitung, Vorder 

grund-Hintergrund-Überlagerung,Hardware-Speicher schutz, virtueller Kernspeicheradressierung und 

Ausgabe Parallelarbeit zur Verfügung. 

Zur Beschaffung eines interaktiven graphischen Sy 

stems wurde eine umfangreiche Bewertung der wichtig 

sten auf dem Markt angebotenen Systeme durchgeführt 

/7805/. 

Beteiligte Mitarbeiter: Ing. R. Merkel 

B. Raab 

R. Salaske 

G. SchönthaI 

13/71/14 Prozeßlenkung mit Mehrrechnersystemen 

Die durchgeführten Arbeiten zielten in ihrer Gesamt 

heit darauf ab, den Entwurf von Mehrrechnersystemen 

für Prozeßlenkungsaufgaben durch Bereitstellung von 

Konzipierungshilfsmitteln zu rationalisieren. 

Aus einer Analyse verschiedener technischer Prozesse 

(u.a. Energieverteilung, Transportsysteme) ergab sich, 

daß Struktur und Betriebsorganisation von Mehrrech 

nersystemen vorrangig unter Berücksichtigung folgen 

der Anforderungen auszulegen sind: 

- Steigerung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit 

des Systems, 

- leichte Erweiterbarkeit des Systems, 

- Bearbeitung zeitkritischer Realzeitaufgaben. 

Es wurden Konzepte entwickelt, die eine direkt rea 

lisierbare implementierungsnahe Formulierung von 

Verfahren zur Lösung folgender Aufgaben aus dem Be 

reich der Mehrrechner-Betriebsorganisation bein 

halten: 

- Auftragsvergabe unter Berücksichtigung aktueller 

Sys te.mzus tände 

- Erfassung des für die Auftragsvergabe relevanten 

Systemzustandes

Koordinierung einer beliebigen Zahl von über das 

Mehrrechnersystem verteilten Programmbearbeitungen 

mittels Interprozeßkommunikation /7399/. 

Für jeden Aufgabenbereich wurden mehrere Alternativ 

verfahren entwickelt. 

Der Anpassung der Betriebsorganisation und Struktur 

von Mehrrechnersystemen durch Auswahl und Kombina 

tion geeigneter Verfahren dient ein ModelIierungssy 

stem, dessen Erprobung im Berichtszeitraum abge 

schlossen werden konnte. Kern des ModelIierungssy 

stems ist das in SIMULA programmierte Simulations 

modell eines rekonfigurierbaren Mehrrechnersystems, 

in das die ebenfalls in SIMULA programmierten Verfah 

ren direkt eingebettet werden können /7982/. 

Für die statistische Analyse der experimentellen Er 

gebnisse der Untersuchungen am ModelIierungssystem 

wurde ein in SIMULA geschriebenes Programmpaket er 

stellt, das auf großes Interesse bei externen Insti 

tutionen stieß /7716/. 

Für das Zusammenwirken der Rechner eines Mehrrechner 

systems ist die Leistungsfähigkeit des Kommunikations 

systems, über das der Nachrichtenaustausch zwischen 

den Rechnern erfolgt, maßgeblich. Ein Programmpaket 

zur Vereinfachung des Entwurfs von Kommunikationssy 

stemen erlaubt die Berechnung der Zuverlässigkeit von 

Kommunikationsnetzen sowie eine Zusammenstellung von 

Modellen zur Abschätzung der Nachrichtenverzögerung 

in Kommunikationssystemen /7400,7717/. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. E. Holler 

13/73/3 Programmiertechniken 

DInf. O. Drobnik 

DI. R. Knöpker 

H. Marker 

Die 1973 begonnene Entwicklung des BASIC-Compilers 

für den Prozeßrechner S330 der Firma SIEMENS wurde 

fortgesetzt. Die Implementierung wurde zunächst in 

PL/I auf den IBM-Anlagen durchgeführt und ausgetestet. 

Dabei wurde besonders auf Programmeigenschaften wie 

modularen Aufbau, Lesbarkeit, Adaptierbarkeit und 

Testbarkeit geachtet. Durch die Arbeiten wurden wert 

volle praktische Erfahrungen beim Entwerfen, Imple 

mentieren und Testen von Sprachübersetzern gewonnen, 

die auch bei der Erstellung anderer großer Programm 

systerne verwertbar sind. Zum Austesten des BASIC-Com 

pilers durch eine Reihe von Testprogrammen wurde ei 

ne Testumgebung auf den IBM-Anlagen geschaffen, die 

es gestattet, die Zielmaschine S330 funktionell zu 

simulieren. Diese Teststrategie erwies sich als be 

sonders effizient und zuverlässig. 

- 215- 

Die Entwicklung der Entwurfssystematik GAUSS wurde 

durch die Verbesserung und Erweiterung des Makropro 

zessors zu einem vorläufigen Abschluß gebracht. Die 

Einsetzbarkeit des Makroprozessors STAGE2 zur Erzeu 

gung von übertragbarer Software wurde untersucht 

/7397,7398/ . 

Die Arbeiten auf dem Gebiet Computer Graphics wurden 

mit Untersuchungen über graphische Software für 

Prozeßüberwachungs- und -führungssysteme mit inter 

aktiver graphischer Mensch-Maschine-Schnittstelle 

fortgesetzt /7465/. Des weiteren wurde eine Studie 

über Hardware- und Softwareeigenschaften sowie Kon 

figurationsstrukturen von interaktiven graphischen 

Systemen zum rechnergestützten Entwickeln und Kon 

struieren zusammen mit einem Leistungsvergleich von 

typischen auf dem Markt befindlichen Sichtgeräten 

durchgeführt /7805/. 

Beteiligte Mitarbeiter: E. Balda 

DP. W. Geiger 

DI. H. Grauer 

DInf. V. Jarsch 

DInf. K. Kapp 

DInf. W. Sonnenberg 

DM. U. Voges 

5613 Automatisierung der Wiederaufarbeitung und 

Abfallbehandlung 

Das bestehende Prozeßüberwachungssystem der chemi 

schen Modellanlage TAMARA wurde vervollständigt und 

für den wechselnden Experimentierbetrieb und den 

Test bei Aufschaltung von Prozeßsignalen flexibler 

gestaltet. Mit der Integration zusätzlicher Pro 

grammoduln für die Protokollierung der Operateur 

kommandos und Verbesserung von Auswerteprogrammen 

wurde die Programmentwicklung abgeschlossen. Die 

geplante Erprobung des Gesamtsystems während des 

Prozeßlaufs von TAMARA wird Mitte 1975 erfolgen, 

wenn die Anlage wieder verfügbar ist. 

Für den Einsatz des Prozeßrechners VARIAN V73 im 

Bereich der automatisierten Prozeßüberwachung von 

Technikumsanlagen von PWA wurden u.a. folgende Vor 

arbeiten durchgeführt: 

- Erstellung eigener detaillierter Arbeitsunterla 

gen über das Realzeitbetriebssystem VORTEX, 

- Entwicklung verschiedenartiger Hilfsprogramme für 

Datenmanipulationen und mathematische Operationen. 

Parallel dazu wurde eine interne Studie über die 

allgemeine Strukturierung von Programmsystemen zur 

Automatisierung chemischer Prozesse angefertigt.

Im Bereich Laborautomatisierung wurden Untersuchungen 

über Anforderung, Erfassung, Verarbeitung, Darstel 

lung und Verteilung von Analysenergebnissen durchge 

führt, die als Grundlage für das ab 1975 gesonderte 

Vorhaben "DV-System für Laborautomatisierung" dienen. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. H.-R. Mache 

DI. H. Borrmann 

Dr. R. Friehmelt 

B. Fürniß 

Ing. K. Landmark 

I. Menzenhauer 

5614 Rechnersteuerung chemischer Versuchsanlagen 

Nach Eingliederung in PWA konzentrierte sich das Vor 

haben auf die mathematische Modellbildung und Simu 

lation der Uran- und Plutoniumextraktion als Vorstufe 

der Prozeßsignalanalyse. Es wurde ein stationäres 

Modell einer Mischabsetzer-Batterie zur Gegenstrom 

extraktion mit beliebiger Stufenzahl und beliebigen 

Ein- und Ausgängen entwickelt und für die Simulation 

implementiert. Der Test mit Meßdaten des Zirkon/ 

Hafnium-Systems war erfolgreich. 

Da in der Literatur vorhandene Reduktionen der Uran 

verteilungsdaten sehr widersprüchlich sind, wurden 

Messungen des IHCh von 1967 im System U/HN0 3 /TBP neu 

ausgewertet. Trotz erheblicher Unsicherheiten der 

Datenreduktion gab die Simulation der Uran-Extraktion 

in WAK-Mischabsetzer-Batterien und in Robatel-Zentri 

fugen die Tendenz der Meßergebnisse gut wieder. Für 

die Prozeßsignalanalyse wurde ein Programmsystem zur 

automatischen Sichtung von TAMARA-Betriebsdaten fer 

tiggestellt. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. G. Petrich 

5680 Logistische Probleme 

DI. H. Wacker 

Eine Systemanalyse des Eingangsbereichs einer großen 

Wiederaufarbeitungsanlage wurde durchgeführt. 

Zur Auslegung der Transport-, Lager- und Umladekapa 

zitäten für den Brennelementempfang sind Warte 

schlangen- und Simulationsmodelle entwickelt und er 

probt worden, die die Festlegung der Kapazitäten ge 

statten. Zur Bestimmung eines transportkostenminima 

len Standorts wurde ein Gradientenverfahren in APL 

implementiert. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dlnf. F. Schumacher 

- 216-

hob das Temperaturniveau an, änderte jedoch 

nicht die Art des Kurvenverlaufes. 

- Versuche mit um 30 cm abgesenktem Na 

Spiegel in senkrechter Anordnung zeigten 

keinen wesentlichen Unterschied im Temperaturverlauf 

gegenüber der vollen Büchse. 

Beteiligte Mitarbeiter: lng-grad M.Prüßmann 

lng-grad E.Weinert 

M. Hespeler 

A. Hinz 

PACT 3211 Analyse von unterirdischen Erzlagerstätten 

PACT 3221 Prozeßkontrolle 

Die im Herbst 1973 begonnenen Entwicklungsarbeiten 

an einer thermoelektrischen Kühleinrichtung 

für Halbleiterdetektoren in 

Bohrlochsonden wurden im 2. Quartal 74 beendet. 

Eine erste Anlage (zweistufige Peltier-Kaskade) 

kommt in der RFA-Bohrlochsonde 

zum Einsatz. 

Für beide Bohrlochsonden - RFA- und ny 

Sonde - sind die Strukturen einschließlich 

der Tieftemperaturkomponenten fertiggestellt 

bzw. stehen kurz vor der Fertigstellung. 

Die für den Betrieb der RFA-Sonde erforderliche 

Elektronik (Versorgung Meßwertaufnahme, 

-verarbeitung und Datentransfer) 

wurde im Berichtszeitraum projektiert, entwickelt 

und in die Sonde integriert. Die 

Projektierung der sondenseitigen Elektronik 

der ny-Sonde wurde begonnen. 

Die für den Feld-Einsatz von Bohrlochsonden 

erforderlichen Peripheriegeräte für Transport, 

Förderung, Versorgung und Sicherheit 

stehen erprobt zur Verfügung. Diese Peripheriegeräte 

gestatten ein von öffentlichen 

Versorgungseinrichtungen und vom Wetter unabhängiges 

Arbeiten vor Ort. Die Abbildung 

zeigt den klimatisierten Elektronik-Container, 

ein 10 kVA-Dieselaggregat und eine 

Förderwinde mit aufgelegten 550 m Kabel. 

Die RFA-Sonde wurde im März 74 auf einer 

geologischen Fachtagung in Karlsruhe vorgestellt, 

und auf der lnterkama im Nov. 74 

wurde das gesamte Sondensystem anhand eines 

- 223- 

Modells mit Hilfe von Schaubildern demonstriert. 

Ein Diskussionspapier über Analysentechnik 

in Flotationsanlagen konnte nach Literaturstudien 

und Gesprächen mit Aufbereitungsfachleuten 

erstellt werden, und das 

Konzept einer halbtechnischen Meßzelle für 

Flotationstrüben wurde erarbeitet. 

Beteiligte Mitarbeiter: lng-grad R. Wolf 

DI H.• Döbele 

Fr. Stein 

PACT 3212.1 Manganknollen-Analysensystem 

Die Entwicklung der Schleppsonde für den 

Test des Analysenverfahrens als Zwischenschritt 

für die Bereitstellung des Manganknollen-Analysen-Systems 

wurde soweit fortgeführt, 

daß mit der Fertigung und dem 

Funktionstest der Originalbauteile begonnen 

werden konnte. 

Mit dem zweiten Versuch im Watt bei 

Wilhelmshaven zusammen mit der Gesellschaft 

für Kernenergieverwertung in Schiffahrt und 

Schiffbau mbH wurde die Einsatzbereitschaft 

des hydraulischen Probenahmesystems nachgewiesen. 

Dabei waren alle Bauteile in 

Originalausführung, - also auch die für 

eine Meerestiefe bis 6500 m druckausgeglichenen 

Motoren - , auf einem Schlitten 

montiert, der in ca. 2 bis 3 m Wassertiefe 

über Grund geschleppt wurde. Die Abbildung 

zeigt den Versuchsaufbau. 

In Wärmetests wurde nachgewiesen, daß die 

Kompressor- und Elektronikabwärme über die 

aus TiA16V4 gefertigten Druckkugeln mit 

Zwischenring abgeführt wird. 

Für die Meßdatenerfassung wurde ein Halbleiterspeicher 

entwickelt und getestet, 

das Konzept für die Datenübertragung wurde 

festgelegt und die Ausführung in Auftrag 

gegeben. 

Durch Versuche auf einem Rütteltisch wurden 

die beim Schleppen auf dem Meeresboden 

zu erwartenden Beschleunigungen und Frequenzen 

auf den Kryostataufbau mit Detektor 

simuliert und die auftretenden Mikrophonieeffekte 

durch Änderung der Detektor-

Abbildung zu FACT 3211 

Abbildung zu FACT 3212.1 

-224-

halterung beseitigt. Um Transport- und Einbauprobleme 

klein zu halten, wurde der 

Kryostatprototyp so verändert, daß die 

neuerdings erhältlichen hochreinen Ge 

Detektoren verwendet werden können. 

In Zusammenarbeit mit der ADI wurde das 

Steuerprogramm erstellt und der Verstärker 

für den Ge-Detektor entwickelt und getestet. 

Die Arbeiten im IAK dienen insbesondere 

noch der Verringerung und Eingrenzung der 

Analysefehler. 

An einem Wasserkanalmodell der Schleppsonde 

im Maßstab 1:8 wurde in Versuchen die 

hYdrodynamische Auslegung bestätigt und 

das Verhalten beim Anlaufen gegen Hindernisse 

untersucht. Die Konstruktion des 

Schleppgestells durch die Fa. Dornier 

System wurde abgeschlossen und die Fertigung 

begonnen. 

Beteiligte Mitarbeiter: DI J. Lange 

lng-grad B. Glaser 

Ing-grad J. Hübener 

DI G. Müller 

Ing-grad E. Rathjen 

A. Schäf 

DI H. -U. Tamm 

PNS 4112 Entwicklung von Abluftfiltern für 

Wiederaufarbeitungsanlagen 

Zur Reduzierung der Emission von Spaltjod 

bei der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen 

wird in Zusammenarbeit mit LFT eine 

Jodfilteranlage (Abscheidegrad 99,9 %) entwickelt. 

Die inzwischen abgeschlossene Vorplanung 

sieht die folgenden Teilziele vor: Entwicklung 

einer Teststrecke an der WAK mit 

FiltertrommeIn; Entwicklung und Bereitstellung 

einer fernbedienten Prototyp-Jodfilteranlage 

für die KEWA mit FiltertrommeIn; 

Untersuchungen zur Weiterentwicklung 

einer kontinuierlich oder diskontinuierlich 

arbeitenden Jodfilteranlage. 

Im letzten Quartal des Berichtszeitraums 

wurden die Randbedingungen sowie das Arbeitsprinzip 

der Jodfilteranlage festgelegt. 

Mit der Ausarbeitung von Alternativlösungen 

über Aufbau, Wechsel- und Fern- 

- 225- 

bedienungstechnik zur Konzeption der Filteranlage 

wurde begonnen. 

Beteiligte Mitarbeiter: DI K. Jannakos 

Ing. G. Potgeter 

DI J. Vagner 

G. Zabel 

PNS 4140 Krypton- und Xenon-Entfernung 

aus der Abluft kerntechnischer 

Anlagen 

Die in Auftrag gegebenen Studien über die 

alternativen Abtrennverfahren Freon-Absorption 

und Tieftemperatur-Rektifikation wurden 

abgeschlossen und einer vergleichenden 

Analyse unterzogen. 

Die Entscheidung zur Weiterentwicklung fiel 

zu Gunsten der Tieftemperatur-Rektifikation 

aus. 

Eine Versuchsanlage zur Rektifikation von 

50 Nm 3 /h Prozeßgas wurde spezifiziert und 

die Beschaffung eingeleitet. Ein Fließschema 

dieser Anlage mit den erforderlichen 

Vorreinigungsschritten wurde erarbeitet. 

Beteiligte Mitarbeiter: DI E. Hutter 

PNS 4212 Dynamische Beanspruchung von LWR 

Druckabbausystemen 

hier: Anlage zur Erzeugung von 

Ar41 am FR2 

Argon 41 (Ar41) soll als geeignetes radioaktives 

Tracergas für Geschwindigkeitsmessungen 

in Gasströmungen bereitgestellt 

werden. Die Anlage wurde im Berichtszeitraum 

erstellt. Die Einzelkomponenten wurden 

erfolgreich erprobt. Die Gesamtanlage 

kann nunmehr bei Anforderung in Betrieb 

genommen werden. 

Beteiligte Mitarbeiter: H. Mock 

Ing-grad H.Schülken

PNS 4212 Dynamische Beanspruchung von LWR 

Druckabbausystemen 

hier: Entwicklung eines Radionuklidmeßverfahrens 

zur Massenstrommessung 

in instationären 

Mehrphasenströmungen 

In Zusammenarbeit mit dem LIT wurde mit dem 

Aufbau einer Teststrecke für das Zweiphasengemisch 

Uasser/Luft mit Strömungsgeschwindigkeiten 

bis 10 m/s begonnen. Für die 

Radionuklidinjektion wurde ein Gasinjektionsventil 

entwickelt, das Impulsdauern bis 

herab zu 5 ms ermöglicht. 

Beteiligte Mitarbeiter: Ing-grad A. Suppan 

PNS 4236 Untersuchungen zum Brennstabverhalten 

in der Blow-down-Phase 

eines Kühlmittelverlustunfalles 

Out-of-pile-Versuche mit Einzelstäben 

Brennstabsimulatorentwicklung 

Durch Aufdampfen einer etwa 10/um dicken 

Tantalkarbidschicht auf die Heizstaboberfläche 

konnte bei einer Oberflächentemperatur 

von 2900 oe eine Reaktion Graphit/ 

U0 2 -Pellet über eine ausreichend lange Heizzeit 

verhindert werden. 

Eine weitere Sperrschicht aus A1 2 0 3 zwischen 

U0 2 -Ringpellet und Hüllrohr wurde 

wegen des mit steigender Temperatur stark 

fallenden elektrischen Widerstandes von U0 2 

erforderlich und konnte unter Anwendung des 

Plasmaspritzverfahrens unter Einhaltung 

einer Durchmessertoleranz von 0,01 mm bei 

einer Schichtstärke von 0,1 mm befriedigend 

gelöst werden. 

Versuchsanlage 

Nachdem zwei unterschiedliche Prinzipien 

für die Ausführung der Versuchsapparatur 

ein offenes Druckwasserversorgungssystem in 

Einwegfahrweise und ein geschlossener Druckwasserkreislauf 

- abwägend gegenübergestellt 

waren, konnten alle Hauptkomponenten ausgelegt, 

spezifiziert und bestellt werden. 

Die Konstruktion der eigentlichen Teststrecke 

mit zwei Kugelplena und 8 den eigentlichen 

Brennstabsimulator umgebenden Heizstäben 

- 227- 

(siehe Abbildung) wurde im wesentlichen abgeschlossen 

und konnte dem TüV zur Vorprüfung 

vorgelegt werden. 

Instrumentierung und Meßwerterfassung 

Neben der Festlegung und Spezifikation 

aller experimentell erforderlichen Meßstellen 

am Kreislaufsystem wurde die Entwicklung 

spezieller Meßverfahren in Angriff 

genommen. So konnte eine pyrometrische 

Meßkette für die berührungslose Oberflächentemperaturmessung 

des Hüllrohres 

durch eine Uasser/Uasserdampfschicht entwickelt 

werden, wobei eine Meßgenauigkeit 

von 3 % im Temperaturbereich von 550 - 

900 oe erreicht wurde. 

Bedingt durch die Kürze des blow-down-Ablaufes 

und der in dieser Zeitspanne anfallenden 

Vielzahl von Meßinformationen 

wurde ein elektronisches Meßwerterfassungssystem 

konzipiert, das bei einer Abfragefrequenz 

von 100 Hz pro Meßstelle unmittelbar 

nach Versuchsende die hauptsächlich 

interessierenden Ergebnisse in Kurvendarstellungen 

zur Verfügung stellt. Dabei 

wurde das bestehende System eALAS weitgehend 

integriert, das auch die Versuchsablaufsteuerung 

vornimmt. 

Beteiligte Mitarbeiter: Ing-grad K. Hain 

Ing-grad F.Brüderle 

A. Naschwitz 

Ing-grad N.Paroth 

F. Schloß 

Ing-grad F.Vollmer 

PNS 4237 Untersuchungen zum Brennstabverhalten 

in der 2. Aufheizphase 

eines Kühlmittelverlustunfalles 

In-pile-Versuche mit Einzelstäben 

im DK-Loop des FR2 

Im Mittelpunkt der Arbeiten stand die Vorbereitung, 

Durchführung und Auswertung von 

Vorversuchen im DK-Loop des FR2. Juni/ 

Juli 1974 wurden insgesamt 11 Versuche mit 

einer Brennstabattrappe und 18 Versuche mit 

3 nuklear beheizten Brennstäben durchgeführt. 

Im Unterschied zu den DWR-Stäben der 

Leistungsreaktoren waren die Vorversuchs-

PNS 4241 Experimentelle Untersuchung der 

Abschmelzphase von U0 2 -Zircaloy 

Brennstäben bei versagender Notkühlung 

Für die ersten Untersuchungen wurde ein Versuchskessel 

aufgebaut und ein Brennstabsimulator 

entwickelt (radiale DUR-Dimensionen 

mit einem zentralen Wolframheizer). Mit der 

Anordnung wurden Abschmelzexperimente in 

Schutzgas (Helium) und Luft ausgeführt. Mit 

diesen Umgebungsatmosphären sollten die beiden 

Grenzfälle 'fehlender Dampf'und 'Dampf im 

Überschuß'angereichert werden, die bei einem 

Störfall in verschiedenen Corebereichen zu 

erwarten sind. Als Parameter wurden der 

Temperaturanstieg und der radiale Temperaturverlauf 

variiert. 

Die Abbildung 1 zeigt den geöffneten Versuchskessel 

mit einem Wolframstab in der 

Einspannvorrichtung. 

Abb. 1 

Die ersten Versuche zeigen, daß Hülle und 

Brennstoff nicht getrennt abschmelzen 

(Schmelztemperaturen: Zircaloy 1850 °c, 

U0 0 2850 °C), sondern daß durch die starke 

"'- 

Wechselwirkung zwischen Zircaloyhülle und 

U0 2 -Pellets (Verdampfen, Diffusion) das Verhalten 

des Dreistoffsystems Uran-Zircaloy 

Sauerstoff für das Abschmelzen bestimmend 

ist. 

Bei den Versuchen in nicht oxydierender 

Atmosphäre (s. Abb. 2)sind bei allen Versuchen 

schon unter 2000 °c Hülle und Pelletsäule 

abgeschmolzen. Eine typische Abhängigkeit 

von Aufheizgeschwindigkeit und radialem 

Temperaturprofil konnte dabei nicht festgestellt 

werden. 

230 - 

Abb. 2 

Bei den Abschmelzversuchen in Luft bildet 

sich eine relativ feste Hülle aus Zirkondioxid, 

die umso stärker ist, je langsamer 

die Temperatur erhöht wird (s. Abb. 3). 

Bei den in unseren Versuchen erreichten 

Temperaturen von über 2000 °c bleibt die 

Hülle stabil, während es im lnnern des 

Stabes zu einem gemeinsamen Schmelzen des 

mit dem U0 2 wechselwirkenden Restzircaloys 

kommt. 

Abb. 3 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. S. Hagen 

lng-grad Malauschek 

K.P. Wallenfels

PNS 4243 Versuche zur Erfassung und Begrenzung 

der Freisetzung von Spaltund 

Aktivierungsprodukten beim 

Kernschmelzen 

Zur Untersuchung des Verhaltens verschiedener 

Th0 2 -Tiegel gegenüber flüssigem Corium 

(Mischung aus U0 2 , Stahl und Zircaloy) und 

zur Entwicklung eines geeigneten Schmelzverfahrens 

wurden Versuche mit Corium-Schmelzen 

bis 60 g in einem provisorischen Induktionsofen 

durchgeführt. Als Stromversorgung 

diente ein Hochfrequenzgenerator mit einer 

Anodenleistung von 12 kVA. Das Schmelzgut 

wurde dabei durch direkte Ankoppelung an das 

Induktionsfeld der Spule aufgeheizt. Die 

Versuche wurden in Wasserdampf und an der 

Luft unter normalem Druck durchgeführt. 

Aus den Versuchen konnten folgende Ergebnisse 

abgeleitet werden: 

- Die maximale gemessene Temperatur von 

rd. 2400 °c konnte vermutlich infolge 

Siedevorgängenin der Schmelze trotz 

Leistungserhöhung nicht gesteigert werden. 

- Ab 2200 °c setzen heftige Rauchschwadenentwicklung 

und Flammen ein, verbunden 

mit Herausquellen aus dem Tiegel und 

nachfolgendem Abkühlen der Schmelze. 

- Bei einigen Versuchen ist der Tiegel domartig 

mit Schlacke zugewachsen, so daß 

keine pyrometrische Temperaturmessung 

mehr möglich war. 

- Es ist gelungen, die flüssige Corium 

Schmelze unter oxydativer Atmosphäre bis 

15 Minuten lang in den porösen Th0 2 -Tiegeln 

zu halten. 

Bei den meisten Versuchen in der oxydativen 

Atmosphäre ist eine Schichtung der 

Schmelze aufgetreten. Über eine homogene 

metallische Schmelze war eine poröse 

keramische Schichtung angeordnet. 

Die Schmelzanlage für schwachaktive Proben 

SASCHA (siehe Abbildung) wurde fertiggestellt, 

und die ersten Vorabnahmeversuche 

beim Hersteller wurden durchgeführt. 

- 231- 

Bei der Entwicklung der Temperaturmeßtechnik 

für die Anlage SASCHA wurde wegen 

der Drifterscheinungen am Pyrometer erforderlich, 

die ursprünglich vorgesehenen 

Wellenlängen für pyrometrische Messung zu 

ändern und einen neuen Lichtleiter zu wählen. 

Die Versuche mit Tauchrohren aus Th0 2 

und Zr0 2 , die als Pyrometer-Glührohre bzw. 

Thermoelement-Schutzrohre dienten, waren 

bis 2000 °c erfolgreich. Weitere Versuche 

mit dickwandigen Tauchrohren für höhere 

Temperaturen sind in Vorbereitung. 

Beteiligte Mitarbeiter: DI D. Perinic 

B. Kammerer 

H. Knauß 

DI A. Mack 

DI B. Stuka 

PNS 4420 Technik der Räum- und Demontagearbeiten 

Nach einer Analyse des Gesamt-Komplexes 

einer nach einem schweren Störfall erzwungenen 

Stillegung (PNS 4421), z.B. eines 

Kernkraftwerkes, wurde ein koordiniertes 

Programm für F+E-Arbeiten aufgestellt, an 

dem außer GfK die Firmen KAR, NIS, NUKEM 

und TN beteiligt sind. Das Ausräumen stark 

beschädigter Brennelemente aus dem RDB ist 

eines der Hauptprobleme. Mit der Beschreibung 

denkbarer Ausgangszustände nach dem 

Störfall wurde begonnen. Außerdem wurde 

eine Untersuchung über die Einsatzmöglichkeiten 

ferngesteuerter mobiler Arbeitsgeräte 

abgeschlossen (PNS-Arbeitsbericht 

32/74) .

Für die Beseitigung des HDR wurde eine 

Studie über mögliche Methoden und Verfahren 

sowie Kosten für Spezialgeräte ausgearbeitet. 

Im Rahmen der Geräteentwicklung (PNS 4422) 

wurde das Manipulatorfahrzeug MF2 zur Erprobung 

dem KTH übergeben. Das MF3-Fahrgestell 

befindet sich in einem fortgeschrittenen 

Bauzustand. Seine Einsatzsteuerung sowie 

ein einfacher Ausrüstungssatz für die 

Schadenserfassung sind vergabereif konzipiert 

und ausgelegt. Der für einen weiteren 

Ausrüstungssatz vorgesehene elektrische 

Master-Slave-Manipulator EMSM 11 ist in 

wesentlichen Teilen konstruktionsreif 

durchgearbeitet. Der Prototyp EMSM I wurde 

probebetrieben und mit den für Demonstrationseinsätze 

nötigen Ergänzungen ausgestattet. 

Beteiligte Mitarbeiter: DI G.W. Köhler 

DI W. Bahm 

M. Salaske 

DI G. Scholer 

DI J. Weppner 

15/73/6 Entwicklung kerntechnischer Einrichtungen 

FR2-Projekt 2 Tieftemperaturbestrahlungsanlage 

am FR2 

a) Neubau des Reaktoreinsatzes 

b) Umbau und Ergänzung des 

Kreislaufes 

Die Neukonstruktion des Reaktoreinsatzes, 

der zur Verbesserung der Experimentiermöglichkeiten 

u.a. mit einer pneumatischen 

Sondenflußmeßeinrichtung und einem verstärkten 

coreseitigen Bleimantel versehen 

wird, konnte praktisch abgeschlossen werden. 

Wegen des verstärkten Bleimantels 

mußte eine Zwangskühlung analog der Brennelementkühlung 

angewandt werden. 

Die Flußmeßeinrichtung mit pneumatisch geförderten 

Kugelsonden wurde out-of-pile 

aufgebaut und befindet sich zur Erprobung 

der Einzelkomponenten z.Zt. in einem automatischen 

Dauerbetrieb. 

- 232- 

Beteiligte Mitarbeiter: G. Kimmig 

Ing-grad H. Leiste 

FR2-Projekt 87 Bestrahlung von U0 2 mittlerer 

Dichte für Firma KWU, 

Erlangen 

Im Rahmen dieses Projektes sollen U0 2 -Proben 

von vier verschiedenen Brennstoffsorten 

bei bestimmten Spaltraten und Temperaturen 

in der vom IMF entwickelten Kapsel Typ 8 mit 

kontinuierlicher Messung der Längenänderung 

drucklos bestrahlt werden. 

Die Versuche dienen zur Ermittlung der 

Dimensions- und Dichteänderung von U0 2 

Brennstoff verschiedener Porenstruktur beim 

Nachsintern bzw. Schrumpfen und Schwellen 

für die Weiterentwicklung von LWR-Brennelementen. 

Im Berichtszeitraum wurden die Koordinierungsarbeiten 

fortgesetzt. Aufgrund der gewünschten 

Versuchsparameter - Leis tungsdichte 

und Temperatur - sind notwendige Rechnungen 

durchgeführt worden, um die erforderlichen 

Gasspalte und Flußpositionen festlegen zu 

können. Die Fertigung der KVE-Oberteile 

ist abgeschlossen. Für die ersten zwei KVE 

wurden 4 Innenkapseln mit Brennstoff und 

Natrium gefüllt und an die Firma NTG, 

Hailer, zur Montage der Bestrahlungskapseln 

weitergeleitet. 

Beteiligte Mitarbeiter: Ing-grad 

W. Knappschneider 

FR2-Projekt 88 Neutronenradiografieanlage 

Die Konstruktion und Teilefertigung der 

Neutronenradiografieanlage wurde abgeschlossen. 

Ein Probeaufbau erfolgte in der Technikumshalle 

der RBT/IT. Parallel zur Montage 

der Anlageteile erfolgte die elektrische 

Ausrüstung mit ihren vielfältigen überwachungsfunktionen. 

Nach Erprobung und Endabnahme wird die Anlage 

voraussichtlich im Frühjahr 1975 an 

ihrem zukünftigen Standort vor der thermischen 

Säule im FR2-Reaktorgebäude installiert. 

Beteiligte Mitarbeiter: Ing-grad H.Hoffmann 

Ing-grad M.Trettin Ing-grad J.Hauschild

Drehschieber 

mit 

Folienträger 

Objektaufnahme 

mit Antrieben 

Kollimator mit 

Schieber 

Deckendurchbruch 

Neutronenradiographieanlage 

- 233- 

/ 

Thermisohe Säule 

/

KTH Bedienungsgerüst für Reaktor-Periskop 

Für die Inspektion von Druckbehältern und 

Coreeinbauten der LWR wird eine Adaptierung 

eines Periskopes an vorhandene kraftwerkseigene 

Einrichtungen konstruktiv untersucht. 

Bisher konnten die Unterlagen für die 

Vergabe des Gerätes erstellt werden. 

Beteiligte Mitarbeiter: G. Zabel 

Heiße Zellen Röntgenanlage für Grobstrukturprüfungen 

Diese Anlage erlaubt, aktive und inaktive 

Prüflinge wie Brennelemente, Platten, 

Strukturmaterialien zerstörungsfrei durch 

Radiographie zu prüfen. Auch y-scanning 

kann durchgeführt werden. Die universelle 

Auslegung der Anlage gestattet es, Prüflinge 

als Rundstab bis 20 mm 0 und bis zu 3,8 m 

Länge sowie Platten bis 20 mm Dicke, 90 mm 

Breite und ca. 3,5 m Länge zu untersuchen. 

Als Strahlenquellen dienen sowohl ein Betatron 

als auch eine Röntgenröhre. Das Radiographieren 

mit dem Betatron erfolgt in Abschnitten 

bis 360 mm Länge, während bei der 

Verwendung einer Röntgenröhre kontinuierliche 

Filmaufnahmen bis zu einer Länge von 

1,9 m möglich sind. 

Die hierzu erforderlichen Geräte und Apparaturen 

wie Röntgenturm, Greiferkopf, 

Dickenausgleiche, Filmkamera, Aufrichtevorrichtung, 

elektro Steuerung uSW. wurden 

entworfen, konstruktiv entwickelt, im 

wesentlichen gefertigt, geliefert und abgenommen. 

Anfang 1975 wird die Anlage provisorisch 

in Betrieb genommen. Dabei wird das 

Mol 7b-Bündel radiographiert. 

Beteiligte Mitarbeiter: P. Babiak 

15/73/7 Fernbedienungstechnik 

Im Rahmen der Weiterentwicklung der Fernbedienungstechnik 

wurde der Prototyp K20 

(s. Abbildung) eines neuartigen mechanischen 

Master-Slave-Manipulators erprobt. Nötige 

Detailverbesserungen wurden eingeleitet. 

Das Demonstrationsmodell einer Doppeldeckel 

Schleuse für einen Vollschutzanzug wurde so 

vervollständigt, daß es im aktiven Versuchs- 

- 235- 

betrieb erprobt werden kann. 

Beteiligte Mitarbeiter: DI W. Köhler 

21/74/4 Endlagerung radioaktiver Abfälle 

In Zusammenarbeit mit ABRA wurden im Berichtszeitraum 

Planungs- und Entwicklungsarbeiten 

für die Mittelaktiv-Einlagerung 

und die Hochaktiv-Versuchseinlagerung geleistet. 

Beteiligte Mitarbeiter: Ing-grad M. Selig 

Ing-grad W.Herrmann 

Ing-grad H.Modreker 

21/70/41 Kaverne 

Die Detailplanung der Umladezelle über der 

Kaverne für Mittelaktiv-Einlagerung wurde 

abgeschlossen. Die Spezifikationen für alle 

festen Einbauten und den größten Teil der 

maschinentechnischen Einrichtungen wurden 

ausgearbeitet. 

21/73/46 Entwicklung neuer Verfahren und 

Techniken für Transport, Manipulation 

und Einlagerung von 

radioaktiven Abfällen 

Bei der Mittelaktiv-Einlagerung mußten eine 

Reihe von zusätzlichen technischen Ergänzungen 

für den E2-Behälter und die 20'-

Das erste Ziel der Bearbeitung ist die Erstellung 

einer Vorstudie, die voraussichtlich 

im April 75 abgeschlossen sein wird. 

Beteiligte Mitarbeiter: Ing-grad 

R. Baumann, Nukem 

Ing-grad J. Krisch 

ADB Sanierung der Dekontaminationsbetriebe 

'Sanierung der Abwasser-Dekontaminations 

Anlage' 

Zu diesen Arbeiten gehören die Verbesserungen 

der vorhandenen LAW-Anlage, mit dem 

Ziel, für kurze Zeit - bis Mitte 75 - mit 

dieser Anlage sowohl den Anfall an LAW 

als auch den Anfall von MAW sicher zu verarbeiten, 

bei stark herabgesetzter Strahlendosis 

für das Personal. 

Schwerpunkte der Arbeiten: 

Rohrleitung- und Ventilaustausch, 

Verbesserung der Pumpen, 

Verlegung neuer Konzentratleitungen, 

Einbau einer Phasentrennapparatur, 

Anbringung von Abschirmungen, 

Bau neuer Bituminierbox und 

Aufbau der Kerosin-Waschanlage. 

Beteiligte Mitarbeiter: DI O. Drolshammer 

W. Link 

'MAW-Direkteinspeisung' 

MAW in der vorhandenen LAW-Deko-Anlage bei 

ADB zu verarbeiten ist durch direkte Einspeisung 

bis zu 10 %MAW in die vorhandenen 

Verdampfer möglich. Hierdurch wird die 

Strahlenbelastung des Bedienungspersonals 

wesentlich herabgesetzt. Die Anlage wurde 

konzipiert, Einzelkomponenten konstruiert, 

bestellt und zum Teil geliefert. Die Inbetriebnahme 

erfolgt bis zum Mai 1975. 

Beteiligte Mitarbeiter: H. Junker 

'Entfernung des Bodensatzes aus Vorlagenbehälter' 

Die Vorlagenbehälter für die LAW-Verdampfer 

haben einen Bodensatz, der durch die Neutralisierung 

der sauren Abwässer entstanden ist 

- 237- 

und durch die vorhandene Umwälzung der Behälter 

nicht verhindert werden konnte. Die 

Feststoffe führen gelegentlich zur Verstopfung 

von Wärmetauschern und Ventilen 

und außerdem stellen sie ein Reaktivitätsrisiko 

dar, weil sie auch Schwermetall 

Salze (Pu) enthalten. 

Eine komplette Anlage zur Förderung der 

Feststoffe aus den Behältern in die Bituminieranlage 

wird geplant und gebaut. Die 

Anlage wird im Frühjahr 75 montiert. 

Beteiligte Mitarbeiter: H.J. Becka 

Bituminierungsanlage und MAW-Zwischenlager 

Neben dem Umbau und der teilweisen Neuplanung 

der Bituminierungsanlage wurde 

eine neue Anlage zum Zwischenlagern von MAW 

Rohwasser und -Konzentrat projektiert und 

die zugehörigen Rohrleitungen, Pumpen, Rührwerke, 

Behälter, Armaturen etc. ausgelegt. 

Beteiligte Mitarbeiter: DI G. Böhme 

Ing-grad H.Frotscher 

Ing-grad H.Wohnlich 

ASA Untersuchungen zum Problem der Rohstoffnutzung 

und -wiederverwendung 

Die Studie 'Wiedergewinnung von NE-Metallen 

aus Abfällen' ist abgeschlossen und wurde 

in der entsprechenden Arbeitsgruppe beim 

BMFT diskutiert. Daraus abzuleitende Aufgaben 

werden in den rohstoffspezifischen 

Fachausschüssen der Industrie besprochen 

und ggfs. als eigene Forschungsanträge an 

das BMFT formuliert. 

An der Bewerbung um zusätzliche Forschungsmittel 

kann sich die GfK im Rahmen dieser 

Arbeitsgruppe beteiligen. 

Aus aktuellem Anlaß wird gegenwärtig auf 

Wunsch der Arbeitsgruppe die genannte Studie 

um ein Kapitel über Aluminium erweitert. 

Vorschlag, Bearbeitung und Diskussion rohstoffrelevanter 

Probleme im Rahmen des 

Studienprojektes 'Rohstoffe' der AGF. Abschluß 

des Entwurfs eines Arbeitsplanes zur 

Erstellung eines Rohstofffluß-Simulationsmodells 

einschließlich der Modell-Grobstruktur, 

zusammen mit H. Dr. Gerve, LIT, und 

Mitarbeitern von FhG-ISI und KfA.

Beginn der Formulierung eines von der AGF zu 

betreuenden 'Sofortprogramms' zu dringlichen 

Fragen und notwendigen Untersuchungen zum 

Problemfeld der Rohstoffsicherstellung für 

die Bundesrepublik, zusammen mit H. Dr. 

Gerve, LIT. 

Beteiligte Mitarbeiter: DI H. Tangen 

Serviceleistungen 

Konstruktionsarbeiten 

- Universal-Hüllrohr-Prüfanlage für Brennelement-Hüllrohre 

mit und ohne wendelrippen 

(IMF). 

Beteiligte Mitarbeiter: R. Gaa 

- Rotorkryostat zur Untersuchung der wärmeübertragung 

in flüssigem Helium in einem 

hohen Zentrifugalfeld (IEKP). 

Beteiligte Mitarbeiter: DI J. Vagner 

- Laborgeräte für die Verarbeitung Pu-haltiger 

Kernbrennstoffe (IMF). 

Beteiligte Mitarbeiter: DI J. Lange 

- Analysengerät für Bohrkerne (LIT) 

- Versuchsstände für Verschleißmessungen 

(LI:r) 

- Abgeschirmte Handschuhboxen (LIT) 

- Magnetführungssystem für klinischen Einsatz 

von Isotopen (IEKP) 

- Zweikreis-Neutronen-Diffraktometer (FR2) 

- Umbau der 1000 m 3 /h Aktiv-Abgas-Anlage 

(FR2) 

- Versuchsanlage zur Verfestigung hochaktiver 

Spaltprodukte nach dem Thermitverfahren 

(ABRA) 

- Vakuumschweißvorrichtung für Brennstäbe 

(IMF) 

- Vorrichtung zum Messen von Festigkeitswerten 

bei tiefen Temperaturen (IEKP) 

- 238- 

Stahlgerüste für Vakuumkammer (IAK) 

- Glovebox, rechnergesteuerte Feinventile, 

Hochdruckeinspeisung, Komponenten für die 

PU-Trennung in der TPL-Anlage (IHCH) 

- Verschiebeeinrichtung für 6 to-Transportbehälter 

(IHCH) 

- Schweißvorrichtung für Herzschrittmacherkapseln 

(FR2) 

- Handschuhbox für elektro Mikroskopieproben 

(Heiße Zellen) 

- Zelle für Transienten-Versuche (Heiße 

Zellen) 

u.a.m. 

wissenschaftlich-technische Serviceleistungen 

- Isotopenanalysen an D 2 0-Proben (FR2) 

- Q- und y-Messungen an Helium und D 2 0-Proben 

(FR2) 

- Bestimmung des Stickoxid-Gehaltes (FR2) 

- Bestimmung der Ar-41-, Cl-38- und Br-82 

Aktivität in der Reaktorabluft (FR2) 

Neutronenaktivierungsanalysen von Na in 

A1Mg3-Proben (FR2) 

CO- und CO 2 -Konzentrationsmessungen im 

Abgas der Notstromdieselaggregate (FR2) 

- Sicherheitsbetrachtungen für Kleinprobenbestrahlungen 

(FR2) 

- analytische Überwachung der Deuterierungen 

und Entdeuterierungen von Ionenaustauscherharzen 

(FR2) 

- Kalibrierung von Spaltgasmeßanlagen (HZ) 

- Galvanische Versilberung von Kupferdrahtnetzen 

(LFT) 

- Versuche zur Glanzvergoldung von Kupferund 

A1Mg3-Teilen (PACT)

- Berechnung von D 2 0-Dichtewerten bei verschiedenen 

Temperaturen (SpFK) 

- y-spektroskopische Untersuchungen an Beizschlammproben 

(KKN Niederaichbach) 

- Gasproben (KNK) 

- Luftfilterproben (LFT und ASSÜ) 

- Spurenuntersuchungen an biologischen Materialien 

durch Neutronenaktivierungsanalyse 

- Chemische Untersuchungen an Polyurethanschaum 

und GEHOPON-Lack-Komponenten 

(ADB) 

- n-Flußdichtemessungen für die FR2-Projekte 

P?, 102, 105 und für das PSB 

- Kalibrierung aktiver Co-Drähte für die 

y-Scaneinrichtung (HZ) 

- y-Dosismessungen für Bestrahlungsexperimente 

in der y-Bestrahlungseinrichtung 

des Sägebeckens (FR2) 

- y-Dosisrechnungen für das FR2-Projekt 104 

- Abschirmrechnungen für MAw-Behälter 

(ADB) 

- n-Dosisrechnungen für die Bestrahlungseinsätze 

der FR2-Projekte P26 und P55 

- Kritikalitätsabschätzungen (ADB) 

- Studie über die nukleare Depolymerisation 

von Kunststoffen (ASA) 

u.a.m. 

Elektrotechnischer Service 

Erstellung eines Transientenspeichers 

(FR2) 

- Meßwerterfassungsanlage für Zerreißmaschine 

(Heiße Zellen) 

- Steuerung sowie Meßwerterfassungs- und 

Ausgabeanlage für Instron-Zerreißmaschine 

(IMF) 

- 239- 

- Interface zum Anschluß von Zeitstandsöfen 

an eine PDP 11 (IMF) 

- Meßplatz für magnetische Eigenschaften 

(TA-Stäbe-FR2) 

u.a.ID.

Die Abteilung Reaktorbetrieb und Technik (Leitung 

Dr. K. Zuehlke) gliedert sich seit 1.3.1974 in die 

Bereiche Kerntechnische Betriebe und Ingenieurtechnik. 

Im folgenden werden die Arbeiten der Kerntechnischen 

Betriebe behandelt. 

Die Kerntechnischen Betriebe haben die Aufgabe, die 

Reaktoren FR2 und STARK sowie die Anlage Heiße Zellen 

mit Transplutoniumlabor und den Kerntechnischen Hilfs 

zug zu betreiben, betriebsbereit zu halten und die 

Voraussetzungen für eine optimale Nutzung dieser Ein 

richtungen zu schaffen. Hierzu steht diesen die Gruppe 

Betriebsinstandhaltung zur Verfügung. 

Diese Aufgabenstellung umfaßt die eigentliche Betrieb,, 

abwicklung an den Reaktoren, den Betrieb der großtech 

nischen Experimente des FR2, die Betreuung der Experi 

mentatoren und Kunden, die Durchführung des Untersu 

chungsbetriebes sowie materialkundliche Arbeiten an 

den Heißen Zellen, den Betrieb und die Weiterentwick 

lung des Kerntechnischen Hilfszuges sowie die Ausfüh 

rung von Wartungs- und Reparaturarbeiten an allen vor 

genannten Anlagen und Einrichtungen. 

Im Dezember 1974 waren im Bereich Kerntechnische Be 

triebe insgesamt 193 Mitarbeiter tätig (Stellenplan 

soll 189,5). Diese Zahl setzt sich zusammen aus 15 Aka 

demikern, 34 Ingenieuren, 98 sonstigen technischen An 

gestellten sowie 46 Lohnempfängern. Außerdem waren 

ständig 12 Fremdfirmenangehörige (Leihpersonal) be 

schäftigt. 

Anlage Heiße Zellen 

Scheeder 

Die Anlage Heiße Zellen war im Jahre 1974, wie in den 

vorangegangenen Jahren, voll ausgelastet. An einzelnen 

Untersuchungsplätzen bestehen Wartezeiten für Untersu 

chungen geringerer Dringlichkeit bis zu einem Jahr. 

a) Betriebseinrichtungen 

Die im Einsatz befindliche apparative Ausstattung 

der Anlage hat sich 1974 nicht wesentlich verändert. 

Neu im heißen Untersuchungsbetrieb eingesetzt wur 

de ein gemeinsam mit der Herstellerfirma entwickel 

tes Kalorimeter zur l"lessung von Wärmequellen mit 

kontinuierlicher Energiefreisetzung. Die erreichte 

absolute Meßgenauigkeit lag bei ca. ± 1 %inner 

halb eines Meßbereichs von 1 bis 100 W. 

Zur Radiografie von bestrahlten Prüflingen und 

Brennstabbündeln wurde ein abgeschirmter Röntgen 

turm gemeinsam mit RBT/Ingenieurtechnik konzipiert. 

Der Turm wird auf die Zellen aufgesetzt und ge 

stattet nach dem Endausbau die Röntgenprüfung von 

bis zu ca. 4 m langen Einzelprüflingen und Stab- 

- 240- 

ABTEILUNG REAKTORBETRIEB UND TECHNIK! 

KERNTECHNISCHE BETRIEBE 

(RBT/KTB) 

Leitung: DI W. Steiger 

bündeln. Als Strahlungsquelle wird entweder eine 

400-keV-Röntgenröhre bei kontinuierlichem Filmvor 

schub oder ein 18-MeV-Betatron in intermittieren 

dem Betrieb eingesetzt. Durch den Aufbau der Anlage 

auf den Zellen können andere Untersuchungsarbeiten 

in den Zellen parallel zur Röntgenprüfung ohne 

Störung weiterlaufen. Die Durchstrahlung langer 

Bündel und Stäbe ist durch diese Anordnung über 

haupt erst möglich. Mit Lieferfirma und Hauptwerk 

statt wurde der Turm soweit hergestellt, daß er 

im Januar 1975 erstmals provisorisch, d.h. ohne 

automatische Steuerung von Prüflingen und Filmen, 

zur Durchstrahlung eines bestrahlten 19-5tabbün 

dels eingesetzt werden kann. 

An die Boxenanlage zur Dekontamination von defekten 

Geräten und bestrahlten Proben wurden zwei gas 

dichte, bleiabgeschirmte Zellen angebaut. 

In den neuen Zellen können ab März 1975 Dichtebe 

stimmungen an Brennstofftabletten und -partikeln 

mit einer Mikrowaage durchgeführt werden. Des 

weiteren werden auf dieser Waage Neutronenflußde 

tektoren, die zusammen mit Experimenten bestrahlt 

wurden, vor der Aktivitäts-Absolutmessung ausge 

wogen. Nach Einbau eines Detektors wird auch die

In der Bestrahlungseinrichtung im Brennelement 

lagerbecken wurden im Jahre 1974 42 Proben be 

strahlt. Es wurde die in-pile-Erprobung eines uni 

versellen D 2 0-gekühlten Bestrahlungseinsatzes so 

wie eines Bestrahlungseinsatzes zur Erzeugung von 

Ar-41, das als Tracermaterial bei Strömungsmessun 

gen dienen soll, durchgeführt. 

Zu erwähnen ist noch die Versuchsreihe zur Simu- 

lation und zum Nachweis der durch Natriumsieden 

in Schnellen Reaktoren verursachten Reaktivitäts- 

änderungen, ferner Vorversuche zur Bestimmung der 

Auslegungsparameter für eine Neutronenradiografie 

anlage in der Thermischen Säule sowie der Test von 

In-core-Spaltkammern für den KNK I in der Thermi 

schen Säule bei hohen Temperaturen. 

Daß auch im Jahre 1974 ein sicherer Reaktor- und 

Experimentierbetrieb ohne besondere Zwischenfälle 

durchgeführt werden konnte, ist das Verdienst al 

ler Mitarbeiter und Beteiligten, denen an dieser 

Stelle besonderer Dank ausgesprochen werden soll. 

c) Einsatzleiter vom Dienst (EvD) 

Von den Schichtleitern des FR2 wurde die für das 

gesamte Kernforschungszentrum wesentliche Tätig 

keit des EvD ausgeübt. Es kam im Jahre 1974 zu 

140 EvD-Einsätzen mit einer Gesamteinsatzdauer 

von 114 Stunden. 

Beteiligte Mitarbeitermit Leitungsfunktion: 

Schichtbetrieb und EvD 

B.A. Ammermann 

W. Demant 

R. Frölke 

H. Hüther 

1- Möller 

H. Wilker 

K. Zeller 

Reaktoranlagen 

H. Christoph 

Kreislaufanlagen 

R. Kettner 

Experimente 

W. Holub 

Planung 

D. Philipp 

Überwachung 

Dr. W. Comper 

-250-

Die Abteilung hat zwei Aufgabenkomplexe: 

Zentrale Datenverarbeitung. 

Die zentralen DV-Anlagen stehen allen Einrich 

tungen der GfK für die Durchführung der im Rahmen 

der Forschungs- und Entwicklungsvorhaben notwen 

digen Datenverarbeitungsaufgaben zur Verfügung. 

ADI obliegen die Planung, der Ausbau und Betrieb 

dieser Anlagen, die Bereitstellung der erforder 

lichen Grundsoftwaresysteme, Beratung und Unter 

stützung der Benutzer sowie die Aus- und Weiter 

bildung im Bereich der Datenverarbeitung. 

Prozessautomatisierung 

Aufgabe dieses Bereiches ist es, Ingenieur 

leistungen auf den Gebieten der Prozessautomati 

sierung, der Meßtechnik, Instrumentierung und 

Elektronik zu erbringen. Die zu bearbeitenden 

Aufträge resultieren aus den Forschungs- und 

Entwicklungsvorhaben der GfK und umfassen das 

ganze Spektrum einschlägiger Aufgaben von der 

Gerätewartung bis zu komplexen Automatisierungs 

vorhaben sowie, in dem durch die Anforderungen 

bedingten Umfang, die Entwicklung von Hilfs 

mitteln. 

Am 31.12.1974 waren bei ADI beschäftigt: 

31 Akademiker, 56.5 Ingenieure, Programmierer und 

Operateure, 20.5 weitere Mitarbeiter sowie 29 math. 

technische Assistenten zur Ausbildung. 

Betrieb der zentralen DV-Anlagen 

Die im ADI installierten Rechenanlagen standen den 

Benutzern im Jahre 1974 etwa 7274 Stunden zur Ver 

fügung. Während die /360-65 nur für die interaktiven 

Systeme wie TSO, APL und TCP zur Verfügung stand, 

übernahm die /370-168 (bis Mitte März die /370-165) 

die gesamte Stapelverarbeitung (BATCH). Dabei wurde 

eine Auslastung von 61% erreicht. Im Einzelnen sind 

die Institute/Abteilungen an den Gesamtkosten pro 

zentual wie folgt beteiligt: 

ASS 1% IRB 2% 

IAK 4% IRE 15% 

IASR 6% ZYKL 3% 

IEKP 15% rest. GfK 14% 

IDT 4% 

IKVT 4% externe Ben. 5% 

IMF 2% 

INR 17% ZAED 8% 

- 252 

19 

Abteilung Datenverarbeitung und Instrumentierung 

(ADI) 

Leitung: DP. H. Stittgen 

Die folgende Tabelle zeigt die Verfügbarkeit der 

beiden Rechenanlagen in den einzelnen Monaten. 

Unter Verfügbarkeit wird die Zeit verstanden, die 

sich ergibt aus Normalzeit (Anzahl der Tage pro 

Monat mal 24 Stunden vermindert um die Fehlerwarte-, 

Fehlersuch- und Fehlerbehebungszeit und ebenfalls 

vermindert um die Wartungszeiten.

BATCH /360-65 Bemerkungen 

Januar 89,0% 92,6% 

Februar 93,5% 93,7% } bi. 19.3.74 /370-165 

März 87,4% 87,2% } Installation+Test 

/370-168 

April 70,0% 79,8% 

Mai 80,7% 94,7% 

Juni 80,9% 89,1% 

Juli 79,5% 94,7% 

August 80,1% 90,6% 

September 93,0% 93,5% 

Oktober 85,3% 91,8% 

November 94,4% 93,9% 

Dezember 87,2% 84,9% 

Die geringe Verfügbarkeit in den Monaten Mai, Juni, 

Juli und August ergibt sich wegen großer Schwierig 

keiten der Hardware der /370-168. So betrugen die 

Ausfallzeiten allein wegen Hardwarefehler im Mai 31 

Stunden, im Juni 45 Stunden, im Juli 111 Stunden 

und im August 96 Stunden. 

Die Zahl der eingetragenen Benutzer betrug am 

31.12.74 für den BATCH-Betrieb 777, für TSO 326 und 

für APL 183. 

Über die Benutzung der drei Plotter (zwei IBM 1130 

und ein CALCOMP) ist folgende Aussage zu machen: 

Die Gesamtzahl der erstellten Plots auf beiden 

1130-Geräten betrug im Jahre 1974 12000, davon 

waren 70% Kulizeichnungen und 30% Tuschezeichnungen. 

Hierfür wurden 5.372.000 Lochkarten verbraucht. 

Die Erstellung von Plots auf dem CALCOMP-Plotter ge 

schieht über Magnetbänder. Durchschnittlich wurden 

35 Plotbänder pro Tag erstellt. Davon sind 54% Kuli 

plots und 46% Tuscheplots. 


G. Brunschede 

H. Hohn 

B. Becker 

W. Biedermann 

F. Bisser 

R. Bohlender 

H. Britz 

H. Burkard 

S. Cramer 

H. Hartmann 

W. Hauf 

G. Kaddatz 

H. Kammerer 

P. Kareher 

L. Kobbe 

R. Lang 

H. Nagel 

K. Nagel 

W. Rittershofer 

H. Rödel 

H. Roth 

W. Schlotter 

E. Schwarzmeier 

K. Unger 

W. Wagner 

H. Wicker 

G. Hiederkehr 

P. Wust 

G. Zechiel 

A. Berggötz 

L. Seidler 

A. Söldner 

R. Wiederkehr 

- 253- 

"Allgemeine Systemarbeiten" 

Der Bereich Allgemeine Systeme umfaßt die Gebiete Be 

triebssysteme (OS, ASP), Stapelverarbeitung, Lizenz 

Programme (außer APL/APLPLUS) und Abrechnung. Ent 

sprechend dem Dienstleistungs-Charakter des Bereichs 

dienten alle Arbeiten dazu, den Benutzern der Rechen 

anlagen die vorhandene Maschinenkapazität in mög 

lichst großem Umfang mit vielfältigen Anwendungsmög 

lichkeiten zur Verfügung zu stellen. 

Neben den laufenden Arbeiten Wartung und Pflege der 

Systeme sowie der Beratung der Benutzer waren eine 

Reihe weiterer Aufgaben zu bewältigen. 

Durch Erweiterungen der Peripherie-Geräte sowie einem 

Übergang von der Rechenmaschine IBM /370-165 auf eine 

/370-168 waren mehrere Systemgenerierungen (Anpassen 

des Betriebssystems an die gegebene Hardware) notwen 

dig. Um Erfahrungen mit der neuen Maschine /370-168 

zu sammeln, \'llrde eine dieser Generierungen bei DESY 

Hamburg auf der dort vorhandenen /370-168 durchge 

führt. 

Die vorhandenen Plotter genügen in Kapazität und 

Qualität nicht mehr den Anforderungen. Deshalb wurde 

aus dem vielfältigen Marktangebot ein Vorschlag für 

die Neubeschaffung eines Plotters erarbeitet. Beson 

derer Wert wurde auf weitgehende Verträglichkeit der 

Steuerprogramme für den neuen Plotter mit der Soft 

ware der vorhandenen gelegt. 

Die Programme, die eine Auswertung der vorn System ge 

lieferten Abrechnungs- und Leistungs-Daten ermög 

lichen, wurden vervollständigt. Die neuen Programme 

liefern insbesondere umfangreiche Maschinenstatis 

tiken. 

Um den Benutzern das Erstellen von Fortran-Programmen 

zu erleichtern, wurde ein neuer Übersetzer, der 

WATFIV-Compiler, übernommen. Dieses Lizenz-Programm 

ermöglicht es Programm-Fehler schneller zu lokali 

sieren als mit den bisher benutzten Übersetzern. 

Durch Änderungen am System wurde eine einfachere Be 

dienbarkeit erzielt. So werden z.B. die Übersichten 

über die im System wartenden Rechenaufträge auto 

matisch in vorn Operator angegebenen Zeitintervallen 

ausgedruckt (Funktion DISPLAYA). 

Erwähnt werden müssen noch 

* die Mitarbeit bei Arbeitsgruppen der inter 

nationalen Benutzervereinigungen SEAS und SHARE, 

* die lokale Verwaltung der NEA-Programm-Bibliothek 

(Nuclear Energy Agency), 

* die Mitarbeit bei Kursen über Datenverarbeitung 

sowie

* das Einarbeiten in die neuen virtuellen Betriebs 

systeme, die an unseren Maschinen etwa ab Anfang 

1976 eingesetzt werden. 

Beteiligte Mitarbeiter: J. Enzmann 

H. Bär 

P. Fette 

D. Koopmann 

U. Sauter 

R. Seith 

19/73/4 Teilnehmersysteme/Datenfernverarbeitung 

Die vom Rechenzentrum der GfK betriebenen Teilnehmer 

systeme sollen dem naturwissenschaftlich und tech 

nisch, nicht jedoch in der DV vorgebildeten Benutzer 

die Lösung seiner Aufgaben erleichtern. Zusammen mit 

der Datenfernverarbeitung gewährleisten Teilnehmer 

systeme dem Anwender die Lösung seiner Aufgaben an 

seinem Arbeitsplatz und dort: 

- die interaktive Erstellung und Veränderung von 

Daten und Programmen, 

- das Austesten von Programmeinheiten im Dialog und 

- die Verwendung von Datenstationen als Eingabe/Aus 

gabegeräte zur Programmausführungszeit ("benutzer 

programmierter Dialog"). 

APL("A Programming Language"): Neben der Wartung des 

Systems wurde 1974 insbesondere an der Verbesserung 

der öffentlichen Bibliotheken gearbeitet, eine zur 

Erweiterung des Systems notwendige Generierung ver 

bereitet und zum Ende des Jahres teilweise durchge 

führt. Für die GWK wurde ein Direktanschluss ihres 

Datenbüros eingerichtet, nachdem eine Umstellung 

auf EDV bereits 1973 begonnen hatte. 

TCP("Terminal Control Program"): Der Betrieb von TCP 

wurde plangemäß am 1.10.74 eingestellt, nachdem 

alle Funktionen anderweitig-insbesondere durch 

TSO - verfügbar waren. 

TSO("Time Sharing Option"): Das am meisten benutzte 

Teilnehmersystem der GfK wurde in folgenden 

Punkten erweitert: 

- für das bereits existierende System der automa 

tischen Hintergrundspeicherverwaltung wurden 

Instituts- und Abteilungskontingente, sowie 

dynamische Benutzerkontingente geschaffen; 

- die Kommandosprache wurde erweitert: das Listen 

und Stanzen von Dateien im "Background" ist vom 

"Foreground" initiierbar; für erhöhte Daten 

sicherheit wurde ein Kommando erstellt, das 

wertvolle Datenbestände auf Magnetbändern 

- 254- 

sichert; die Processoren TSPLOT und PLOTI 130 er 

möglichen grafische Ausgabe, - direkt auf 

TEKTRONIX-Bildspeichersichtgeräten bzw. indirekt 

zur Aufzeichnung am CALCOMP-Plotter; 

Datenfernverarbei tung: Wegen der Enveiterung des 

Terminalnetzes, insbesondere der Beschaffung 

schneller alphanumerischer Datensichtgeräte, und 

einer neuen programmierbaren Terminalsteuereinheit, 

wurde eine Generierung des Gesamtbetriebssystems 

notwendig. Im Dezember waren die Arbeiten an Hard 

und Software der Steuereinheit soweit fortge 

schritten, daß sie Anfang 1975 ihren Betrieb auf 

nehmen kann. Nach der AUßerbetriebnahme von TCP um 

fasste das Terminalnetz 42 Datenstationen und 14 

Bildspeicherterminals für grafische Ausgaben. Zur 

Messung der Auslastung und zur Optimierung des 

Terminalnetzes wurde ein Terminalnetzmonitor er- 

stellt, der anhand von zeitlich beliebig dicht 

liegenden Stichproben die Aktivitäten einzelner 

Geräte aufzeichnet. 

Performance-Verhalten: Ein wesentlicher Teil der 

Arbeit war der Bewertung des Betriebssystem-Ver 

haltens zugeordnet. Dabei wurden das TSO-Antwort 

zeitverhalten und die zeitliche Abhängigkeit von 

Zugriffen auf die Rechnerperipherie in den Vorder 

grund gestellt. 

Das im Vorjahr entstandene System zur Erfassung des 

TSO-Antwortzeitverhaltens mittels TSTRACE wurde so 

weiterentwickelt, daß über mehrere Messreihen 

statistische Abweichungsanalysen in Abhängigkeit 

von Benutzungslast und Systemparametern mit T- und 

X-Test gemacht werden konnten. In einigen Konkreten 

Fällen konnten mit seiner Hilfe Verbesserungen 

durch Veränderung von Systemparametern erzielt 

werden. 

Daneben entstanden Teile eines interaktiven Systems 

zur zeitlichen Analyse von Eingabe-/Ausgabe-Vor 

gängen auf Hintergrundspeichern. Ziel war es, Eng 

paß-Situationen auf Magnetplatten zu erkennen, zu 

beurteilen und abzustellen. Hierzu wurden Kenn 

zahlen festgelegt, die die "Effektivität" einzelner 

Ausgabekategorien (Kanäle, Steuereinheiten, Daten 

träger) beschreiben, es gehen ein Such- und Daten 

übertragungszeiten bei erfolgreichen Operationen, 

Zeit und Ursache für nicht erfolgreiche Operationen 

(gegenseitige Blockierung, fehlerhafte Übertragung). 

Die Beseitigung der Engpässe erfolgte durch Um 

ordnung oder Urnorganisation der Datenbestände.

Beteiligte Mitarbeiter: D. Schriefer 

19/73/5 Anwendungsmethodik 

H. Bär 

R. Böker 

J. Mc Culler 

B. Petruschka 

R. Pietschmann 

W. Strolz 

S. Wirtz 

Aufgabe der Anwendungsmethodik ist die Beratung, 

Unterstützung und Weiterbildung der Mitarbeiter des 

Zentrums auf datenverarbeitungstechnischen und 

mathematisch-methodischem Gebiet. Neben der Be 

ratung und Unterstützung anderer Institute in Einzel 

problemen und der Übernahme von Programmieraufträgen, 

stehen die systematische Erarbeitung und Bereit 

stellung von allgemein interessierenden Verfahren 

und Methoden in der Anwendung der Datenverarbeitung 

im Vordergrund. Besonders zu erwähnen sind hierbei 

die Auswahl, Beschaffung, Pflege und eine dem Bedarf 

im Zentrum angemessene Erweiterung von anwendungs 

bezogener Standardsoftware. Die Verbindung zur Pro 

grammierpraxis wird durch Übernahme von Programmier 

aufträgen und Erarbeitung exemplarischer Lösungen in 

wichtigen Anwendungsgebieten gewährleistet. Ziel ist 

es, in enger Zusammenarbeit mit der Betriebs- und 

Systemorganisation zu einer effektiven und optimalen 

Nutzung der Datenverarbeitungsanlagen beizutragen. 

Hierzu dienen auch die gemeinsam getragenen Aktivi 

täten im Bereich der Weiterbildung der Benutzer in 

Form von Kursen und Kolloquien, sowie die Bereit 

stellung von Handbüchern und Planungsbriefen. Aus der 

Reihe der Einzelarbeiten sollen nur einige, für die 

behandelten Gebiete typische aufgeführt werden. 

Beratung, Unterstützung 

Die Beratung gliedert sich in eine Dauerberatung 

durchgeführt von Math.-technischen Assistentinnen 

und eine nach fachlichen Gesichtspunkten gegliederte 

Spezialberatung. Als Beratungs- und Unterstützungs 

tätigkeiten anderer Institute seien hier genannt: 

Beratung des Bereichs VA zur Projektkontrolle mit 

EDV;Beratung in numerischen Problemen der Interpo 

lation und Approximation (ASS, IKVT, IMF); 

Theoretisch - methodische Untersuchungen der Risiko 

analyse (PNS, PSC); Spieltheoretische Untersuchungen 

für das Projekt SPFK;Delegation eines Mitarbeiters 

zur Kernplanungsgruppe für Fachinformationssysteme 

in Frankfurt. 

-255 - 

- Standardsoftware 

Pflege, Erweiterung und Dokumentation von öffent 

lichen Bibliotheken insbesondere auf numerischen 

Gebiet (SSP, APL). Übernahme und Optimierung des 

Programmsystems MISPAK in APL und anschließende An 

wendung auf die Auswertung der Fortbildungsumfrage 

der PA. 

- Programmieraufträge 

Hier seien genannt: 

Fertigstellung und Dokumentation der Zweiten Version 

eines Lagerverwaltungsprogramms für die ADB. Fertig 

stellung von Betriebsabrechnungsprogrammen für die 

AVW. 

Systemanalyse, Programmierung und laufende Beratung 

bei der Umstellung des Datenbüros der GWK auf EDV. 

Ferner sind hier eine laufende Wartung und Betreuung 

dieser und früherer Programme zu nennen. 

Aus- und Weiterbildung 

Für die DV-Weiterbildung der Benutzer unserer Rechen 

anlagen fanden 1974 insgesamt 10 Veranstaltungen statt 

3 Einführungen in den allgemeinen Betrieb und die Teil 

nehmersysteme, 2 Kurse über DV-Grundlagen, sowie 5 

Kurse über Programmiersprachen. An diesen Veranstal 

tungen, die sich über 50 Halbtage erstrecken, nahmen 

insgesamt 250 Mitarbeiter teil. 

Nach dem Beschluß, die Ausbildung von Math.-tech 

nischen Assistenten (MATA) einzustellen, hat ADI 1974 

keine neuen MATA eingestellt. Die Ausbildung der be 

reits eingestellten wurde fortgesetzt. Im Prüfungsjahr 

1974 bestanden alle 14 angemeldeten ihre Prüfung vor 

der IHK Ludwigshafen. Es befinden sich Ende 1974 noch 

29 MATA in Ausbildung: 10 zur Prüfung im Frühjahr 

1975 und 19 zur Prüfung im Frühjahr 1976. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. G. Wilhelmi 

DM. R. Antonczyk 

D1. W. Fischer 

DM. R. Kupsch 

DM. B. Petruschka 

DM. D. Sanitz 

Dr. H. Wenze lburger 

1. Wichmann

Das Graphische System GS 

Das System, dessen Funktionen den geräteunabhängigen 

Aufbau von Bildern mit beliebig komplexer Struktur 

sowie das Manipulieren solcher Bilder und deren Aus 

gabe an verschiedenen graphischen Geräten gestatten, 

wurde im ersten von drei Implementierungsabschnitten 

für IBM-Anlagen der Serien /370 und /360 programmiert. 

Der bisher implementierte Funktionsumfang umfaßt 

neben der allgemeinen Ablaufsteuerung, auf der auch 

alle zukünftigen Erweiterungen des Funktionsumfangs 

aufgebaut werden, folgende Funktionen: 

Aufbau und Verwaltung der Struktur von Bildern, 

die - vorläufig noch nicht speicherbar - für die 

Dauer eines Batch-Jobs oder einer TSO-Sitzung exi 

stieren. 

Aufbau von graphischen Elementen als graphischem 

Inhalt solcher Bilder: Punkte, Vektoren, Linien, 

Zeichenketten. 

Ausgabe der Bilder unter TSO auf TEKTRONIX/6II 

Bildschirme und im Batch-Betrieb auf Magnetband 

für das CALCOMP Plot-System. 

Dieser Funktionsumfang ist unter TSO im Kommando 

Modus und im Batch-Betrieb als Unterprogramm-Paket 

für FORTRAN-Programme und für PLI-Programme verfüg 

bar. 

Nach Abschluß der entsprechenden Tests wird der be 

treffende Abschnitt des GS für die Benutzer der Groß 

rechenanlagen im 1. Viertel des Jahres 1975 freige 

geben. 

Beteiligte Mitarbeiter: DI. W. Strolz 

K. Gogg 

D. Kleffmann 

H. Rudolph 

DP. S. Wirtz 

- 256-

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. O. Fromhein 

19/70/3 Rechnerkopplung 

DI. W. Heil 

DP. F. Herrmann 

Dr. H. Kröger 

DI. W. Rapp 

B. Deimling 

G. Dietzel 

D. Fröhlich 

O. Müller 

H. Bühnen 

Im Jahre 1974 wurden insgesamt 1170 Leiterplatten ge 

fertigt. Davon waren 620 für den Bedarf von ADI 11. 

Die restlichen verteilen sich auf 8 weitere Institute 

und Abteilungen. 

ADI 11 übernimmt für Anlagen und Geräte, die in ADI 11 

entwickelt werden, auch die Betreuung. Darüber hinaus 

ist eine Gruppe von Ingenieuren und Technikern für die 

Reparatur und Hartung elektronischer und elektro-me 

chanischer Geräte ausgebildet. 

H. Cuntz Seit Herbst 1974 wird von dieser Gruppe auch die War 

Die Arbeit an dem im Aufbau befindlichen System zur 

Kopplung von labormäßig in den Instituten eingesetz 

ten Kleinrechnern mit den von ADI betreuten Großre 

chenanlagen galt vorzugsweise den Systemkomponenten 

für den interaktiven Datenverkehr. Die Entwicklung 

des Kontrollprogramms für den Verkehrsrechner und der 

groß- und kleinrechnerseitigen Zugriffsmethoden ist 

im grundsätzlichen abgeschlossen. Nachdem Ende 1974 

der Verkehrsrechner und die nach unseren Vorstellun 

gen extern gefertigten Datenübertragungskanäle für 

einen prototypischen Kleinrechneranschluß zur Auslie 

ferung gelangten, steht der Erprobung der Systemsoft 

ware jetzt nichts mehr im Wege. Mit dem Abschluß die 

ser Arbeiten wird das System unter Beschränkung auf 

den interaktiven Datenverkehr und auf Kleinrechneran 

schlüsse vom Typ PDPII einen betriebsfähigen Zustand 

erreicht haben. 

Zur Verwendung im Rahmen der Rechnerkopplung wurde 

ein PDPII-Cross-Assembler in PL/I geschrieben und auf 

der IBM-Anlage implementiert, der die Programmierung 

der im allgemeinen nicht mit Kartenleser und Schnelldrucker 

ausgerüsteten Kleinrechner erleichtern helfen 

soll. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. F. Barthel 

DI. H. Santo 

\,. Stiefel 

Fertigung, Reparatur und Wartung 

Für die Durchführung der Aufgaben sind in ADI 11 ausser 

den technisch-wissenschaftlichen Mitarbeitern 

auch technische Zeichner, Mechaniker sowie Kräfte für 

Leiterplattenfertigung und Verdrahtungsarbeiten beschäftigt. 

Die Leiterplattenfertigung ist so ausgebaut, 

daß auch für andere Institute und Abteilungen 

Musterplatten und Kleinserien gefertigt werden können. 

- 261 - 

tung von Teletype-Maschinen, die in großen Stückzahlen 

im Kerforschungszentrum vorhanden sind, vorgenommen. 

Die nachstehende Tabelle gibt einen Überblick über die 

ausgeführten Wartungsarbeiten: 

I. Geräte im CALAS-Bereich 

2. Geräte im Großrechner-Bereich 

3. Oszillographen 

4. Netzgeräte 

5. Meßanlagen 

6. Nucleare Elektronik 

7. Elektro-mechanische Geräte 

8. Sonstige elektronische Geräte 

Beteiligte Mitarbeiter: DI. H. Heep 

J. Sonnekalb 

E. Jourdan 

H. Prüßmann 

F. Maack 

M. Rieder 

H.-D. Wüste 

H. Balduf 

T. Friedle 

Zahl der Reparaturen 

O. Baitsch 

K.-H. Blaschke 

H. Eckelt 

A. Blaschke 

J. Karcher 

G. Strobl 

120 

65 

154 

60 

31 

31 

92 

109

den die Detektoreigenschaften insbesondere die Back 

ground- und Gammadiskriminierung sowie die günstigste 

Wahl der Detektorhochspannung für einen Großflächen 

proportionalzähler, einen Szintillationszähler und 

einen Rem-Counter untersucht [7998J. Auf dem Gebiet 

der Neutronendosimetrie wurden umfangreiche Unter 

suchungen über das latente Fading bei Kernspurdetek 

toren im Bereich von 0 0 bis 50 0 C bzw. 0 %bis 97 % 

relativer Luftfeuchte durchgeführt [7734J. 

Weitere Untersuchungen galten der Gammadosismessung 

im Bereich des natürlichen Strahlenpegels [7819J, dem 

supralinearen Verhalten und der Wiederverwendung von 

LiF-Thermolumineszenzdosimetern nach einer Hochdosis- 

bestrahlung [7822J sowie der Energieabhängigkeit der 

Dosisanzeige von selbstablesbaren Stabdosimetem und 

deren Empfindlichkeit gegenüber ß-Strahlung [7730J. 

In Zusammenarbeit mit der Industrie wurde mit dem 

Neubau eines automatischen Auswertegerätes für Phos 

phatglasdosimeter begonnen. 

Beteiligte Mitarbeiter: DP E. Piesch 

B. Burgkhardt 

I. Hofmann 

H.G. Röber 

DP A.M. Sayed 

20/73/3 Optimierung gammaspektroskopischer Meßmetho 

den zur Identifizierung einzelner Radionu 

klidebei extrem niedrigen Aktivitäten 

Es wurde ein Meßplatz zur Messung von Gamma-Spektren 

mit Ge(Li)-Halbleiterdetektoren zum Nachweis von 

Radionukliden bei extrem niedrigen Aktivitätskonzen 

trationen in Umweltproben aufgebaut. Zur Verbesserung 

der Nachweisgrenze wurde im Jahre 1974 ein Anticomp 

tonshield in Betrieb genommen. Die Kalibrierung der 

Gesamtanlage mußte wegen Reparaturen am Detektor zu 

rückgestellt werden. Zur Speicherung und Auswertung 

des Spektrums wurde eine Magnetbandeinheit ange 

schafft und der vorhandene rechnergesteuerte Vielka 

nalanalysatormeßplatz für einen gleichzeitigen Be 

trieb mehrerer Detektoren erweitert. Zur Inkorpo 

rationsmessung von Transuranen wurde ein Sandwich 

Szintillationsdetektor erprobt und mit einem selbst 

gebauten Lungenphantom kalibriert. Mit diesem Phantom 

ergab sich eine untere Nachweisgrenze für 239pu von 

6 nCi pro Lunge bei einer Meßzeit von 50 min. 

-264- 

Beteiligte Mitarbeiter: DP H. Fessler 

H. Kreiselmaier 

J. Pawelzik 

DP T. Petkov 

S. Vollmar 

20/74/4 Erfassung der derzeitigen Strahlenbelastung 

in Wohn- und Aufenthaltsräumen 

Ziel dieses Vorhabens ist die Gewinnung einer reprä 

sentativen Aussage über die Strahlenbelastung der Be 

völkerung der Bundesrepublik Deutschland in Wohn- und 

Aufenthaltsräumen, die durch natürliche Strahlung und 

durch die natürlichen radioaktiven Stoffe in Bauma 

terialien verursacht wird. Im Rahmen dieses Vorhabens, 

an dem 7 weitere Meßstellen beteiligt sind, wurden 

von der Abteilung Strahlenschutz und Sicherheit rund 

4000 Wohnhäuser ausgemessen. Die mittlere Dosislei 

stungin den Wohnungen ist nach den Ergebnissen dieser 

Messungen um etwa 15-20 %höher als im Freien. Zum 

Teil wurden auch erheblich höhere Werte festgestellt. 

Eine zusammenfassende Auswertung aller in der Bundes 

republik Deutschland von den verschiedenen Meßstellen 

ermittelten Meßwerte wird vom Bundesgesundheitsamt 

vorgenommen. 

Beteiligte Mitarbeiter: DP E. Piesch 

I. Hofmann 

PNS 4132 Messung der 129J-Konzentration in der Umwelt 

Die Arbeiten wurden 1974 begonnen. Zur Verfügung 

stand eine Neutronenaktivierungsmethode zur Bestim 

mung von 129J in Abwässern. Die Nachweisgrenze betrug 

pCi 129J pro Liter. 50 Abwasserproben der WAK wur 

den mit dieser Methode auf 129 J analysiert. Neue ana 

lytische Methoden für folgende Probematerialien wur 

den entwickelt: Aktivkohle, Aerosolfilter, Pflanzen, 

Boden, Fleisch (Schilddrüsen), Fisch, Milch und Was 

ser. Die erreichten Nachweisgrenzen liegen bei 

3 . 10- 4 pCi 129J / g für feste Proben und bei 10- 3 pCi 

129J / I für flüssige Proben [7735J. Da nur die Kennt 

nis der 129 J / 127J-Verhältnisse sinnvolle Aussagen 

über die Kontamination von Umgebungsproben erlaubt, 

werden z.Zt. die verwendeten Chemikalien von 127J _ 

Spuren gereinigt. Diese Arbeiten sind weitgehend ab 

geschlossen. 


DI H. Schüttelkopf 

I. Schlager

PNS 415Z Auswirkungen von Kühltürmen großer Kern 

kraftwerke auf ihre Umgebung 

Es wurde eine erste Version eines Computer Programms 

zur numerischen Berechnung des Aufstiegs von Kühl 

turmfahnen erstellt. Das vorliegende Programm berech 

net die 3-dimensionale Verteilung von Temperatur, 

Vertikalgeschwindigkeit, Wolken- und Regentröpfchen 

in der Fahne. 

Beteiligter Mitarbeiter: 

PNS 431Z Theoretische und experimentelle Unter 

suchungen zur Ausbreitung radioaktiver Gase 

Die Messung meteorologischer Daten am nunmehr voll 

ständig instrumentierten ZOO m hohen Meßturm, ihre 

Registrierung und Speicherung wurden im Berichtszeit 

raum planmäßig weitergeführt, so daß jetzt die voll 

ständigen Daten einer mehr als I-jährigen Meßperiode 

auf Magnetband vorliegen. Dieser Datensatz umfaßt 

neben den bereits bisher gemessenen Profilen der 

Windrichtung, der Windgeschwindigkeit und der Tem 

peratur auch dasjenige des Taupunktes, die Meßwerte 

zweier Vektorfahnen in 40 und 100 m Höhe, sowie die 

Strahlungsbilanz. Aufgrund des zuverlässigen Betriebs 

der Vektorfahnen konnte die Bestimmung der Stabili 

tätsklassen soweit verbessert und vereinfacht werden, 

daß ihre Bestimmung durch den Prozeßrechner möglich 

ist. Im Rahmen von CALAS können Isodosenkarten für 

kurzzeitige Emissionen radioaktiver Stoffe in die 

Atmosphäre auf dem Bildschirm der Sichtstation aufge 

rufen werden. Aufgrund der positiven Erfahrungen wur 

de ein Vorschlag der meteorologischen Instrumentie 

rung eines Kernkraftwerkes ausgearbeitet. Zu den Aus 

wertungen der meteorologischen Daten im Berichtszeit 

raum zählen mittlere Tagesgänge der Temperatur und 

der Strahlungsbilanz, die Häufigkeitsverteilung des 

Temperatur- und Feuchtegradienten, die Konzentrations 

dosen der bodennahen Luft bei intermittierender Emis 

sion sowie die Bestimmung der Stabilitätsklassen nach 

verschiedenen Schemata und deren Korrelation unter 

einander. Letztere Untersuchung liefert zahlenmäßige 

Unterlagen über die Zuverlässigkeit verschiedenen 

Schemata. Der ausbreitungsklimatologische Standort 

vergleich wurde auf die Standorte Lahr und Söllingen 

(Nato-Flughäfen) ausgedehnt. 

DMet K. Nester 

Die Auswertung von Vorversuchen zum Ausbreitungsver 

halten dreier verschiedener chemischer Tracer in der 

Atmosphäre zeigte, daß die beiden preiswerteren Sub 

stanzen - CCl 4 und CFCl 3 - bei Verwendung eines 

Emissionstanks mit einer Emissionsrate von 60 kg/h 

eine ausreichende Meßgenauigkeit ermöglichen. Eine 

- 265- 

entsprechende Emissionsanlage wurde gebaut und ge 

prüft. Mit dem dritten - in dieser Hinsicht überle 

genen - Tracer CBrZF Z wurden zwei Ausbreitungsver 

suche bei neutraler Stabilitätskategorie mit gleich 

zeitiger Emission von tritiiertem Wasserdampf und 

CBrZF Z durchgeführt. Dabei wurde die Zahl der Sam 

melstellen von Z5 auf 50 erhöht, so daß bei dem nun 

mehr verbreiterten Probenahmesektor die Wahrschein 

lichkeit des Herausdrehens der Windrichtung stark 

reduziert wurde. Bei den Versuchen wurde ein ähn 

liches Verhalten der beiden Tracer festgestellt, so 

daß mit CBrZF Z eine Leitsubstanz zur Verfügung steh4 

um den Anwendungsbereich der Ausbreitungsversuche 

auch auf bisher nicht untersuchte Emissionshöhen und 

Stabilitätskategorien auszudehnen. Mit diesem Tracer 

wurden 3 weitere Ausbreitungsversuche mit erstmaliger 

Emission der Leitsubstanz in 60 m Höhe am meteorolo 

gischen Turm durchgeführt. Die Arbeiten an einem 

automatischen Probenahmegerät für chemische Leitsub 

stanzen wurden fortgeführt, ein Prototyp steht vor 

der Fertigstellung. 

Die Messungen der Gamma-Strahlung aus der Ar-41-Ab 

luftfahne des FR Z mit Hilfe eines hochempfindlichen 

Szintillations-Dosisleistungsmeßgerätes wurden bei 

stabiler Ausbreitungskategorie fortgesetzt. Es wurde 

eine befriedigende Übereinstimmung zwischen Messung 

und Berechnung festgestellt. Zur Berechnung der Lang 

zeit-Gammadosis in der Umgebung eines oder mehrerer 

Emittenten wurde das Rechenprogramm WOLGA entwickelt. 

Dieses berücksichtigt sowohl unterschiedliche Wind 

richtungshäufigkeiten in den einzelnen Sektoren als 

auch die standortspezifischen Ausbreitungsparameter 

und ermöglicht damit eine wesentlich genauere Dosis 

berechnung als bisher. 


Dr. W. Hübschmann 

Dr. L.A. König 

DCH H. Schüttelkopf 

Dr. H. Dilger 

J. Hiller 

D. Nagel 

Dr. D. Papadopoulos 

W. Tachlinski 

Dr. P. Thomas 

DMet S. Vogt 

DP M. Winter

PNS 4131 Messung der Tritiurnkontamination der Umwelt 

Das Probenahmeprogramm umfaßt den Bereich der Ober 

rheinischen Tiefebene zwischen Kehl und Mannheim. 

Untersucht wurde der Tritiumgehalt von Oberflächen 

wasser von 42 Probenahmestellen (Rhein und vorwie 

gend rechtsrheinische Zuflüsse) und von Grund- und 

Trinkwasser von insgesamt 60 Probenahmestellen. Die 

Sammlung von Niederschlägen erfolgte an 14 Stellen, 

von denen sich 4 auf dem Betriebsgelände des Kern 

forschungszentrums befinden. Ein Teil der Wasserpro 

ben stammt aus der Umgebung der Kernkraftwerke Nie 

deraichbach, Gundremmingen, Philippsburg und Neckar 

westheim. 

Insgesamt wurde die Tritiurnkonzentration in rund 

2400 Wasserproben von 116 verschiedenen Probenahme 

stellen bestimmt. Knapp 1000 Proben entfielen auf 

Grund- und Trinkwasser, nahezu weitere 1000 Proben 

auf Oberflächengewässer und 500 auf Niederschläge. 

Die Nachweisgrenze der mit Hilfe der Flüssigszintil 

lationsmeßtechnik meßbaren Tritiurnkonzentration 

konnte verbessert werden. Ohne vorangehende Anreiche 

rung des Tritiums wurde eine Nachweisgrenze von ca. 

0,15 nCi/1 erreicht. Die mittlere Tritiurnkonzentrati 

on des Niederschlags lag 1974 mit 0,57 nCi/1 um 33 % 

über der des Vorjahres. Dem entspricht bei nur ge 

ringfügig erhöhter Niederschlagsmenge (1974: 620 mm) 

eine Erhöhung der Tritiumflächenbelastung von 

0,25 Ci/km 2 auf 0,36 Ci/km 2 . Bei der Mittelbildung 

wurden nur jene Sammelstellen berücksichtigt, die 

durch Emissionen des Kernforschungszentrums nicht be 

einflußt werden konnten. Die mittlere Tritiurnkonzen 

tration des Rheins zwischen Kehl und Mannheim ergab 

sich gegenüber 1973 unverändert zu rund 0,6 nCi/l. 

Die Jahresmittelwerte der Tritiurnkonzentrationen der 

Rheinzuflüsse haben sich gegenüber 1973 dagegen um 

rund 26 % erhöht. Dennoch lagen sie im Mittel bei nur 

60 % des Konzentrationswertes für den Rhein. Bei 

Grund- und Trinkwasser waren keine signifikanten Er 

höhungen der Tritiurnkonzentration feststellbar. 

Beteiligte Mitarbeiter: Dr. L.A. König 

H. Schüler 

DP M. Winter 

- 266-

8026 MOEHRLE, G. 

Strahlenschaeden, Erkennung und Behandlung, 

Massnahmen bei Stoerfaellen. 

Kcmbinierter Grunc- und Spezial kurs fuer 

Roentgendiagnostik der Aerztekammer 

Niedersachsen, Hannover 6.-8.Dezember lS74 


Die Dekontamination der Haut. 

Kcmmissicn der Europaeischen Gemeinschaften, 

Wissenschaftliches Kolloquium ueber die 

medizinische Ueberwachung von Arbeitern, die 

ioni sierenden und nicht-i cni si erenden 

Strahlungen ausgesetzt sind, Bruessel, 

28.-29.November 1974 

-269 - 


Das Genetische und Somatische Strahlenrisiko 

bei der natuerl ichen und zivi lisatorischen 

Strahlenexposition. 

Sicher hei tsschul ung im Strahlen schutz, 

IBM-Boeblingen, 6.-7.Ncvember 1974

6 

rc:J15 

o 

1 

900 

800 

700 

100 

500 

400 

300 

200 

100 

2 

Füllmenge 34,5 kg Glas 

Füllhöhe 390 mm 

Füllgesthwindigkeit ca.1 kg/min 

2 3 

Abkühlzeit [h) - 

100 200 300 '00 500 600 700 800 900 

T [oe] .. 

Abb. 3 Wärmeleitfähigkeit des Glases als Funktion 

der Temperatur 

1 Mitte 

2 f 

3 Wand innen J1 

4 Wand auAen 

I oo.., 

11 

...AI'" 

Lage der Thermoelemente 

Abb. 2 Abkühlvorgang der gefüllten und auf 900 0 

aufgeheizten Kokille ohne Zwangskühlung. 

- 275- 

g co 

11 

...A 

Fluorid-, Sulfat- und Chloridionen studiert. Gadoli 

nium, das als Neutronengift in der Wiederaufarbeitung 

Verwendung finden soll, war in den bisher hergestell 

ten und untersuchten Gläsern nicht in nennenswerten 

Mengen enthalten. Deshalb wurden erste Versuche unter 

nommen, bei denen bis zu 11 Gew.% Gd 2 0 3 und 22 Gew.% 

Spaltproduktoxide erfolgreich bei 1l000C zu einpha 

sigen Gläsern erschmolzen wurden. 

In der nachstehenden Tabelle sind die Zusammensetzungen 

und Eigenschaften der Versuchs-Grundgläser (VG) und 

Glasprodukte (CP) dargestellt, die für die Verfesti 

gung von WAK- bzw. KEWA-!WW ausgewählt wurden.

Aufgabe des Laboratoriums für Isotopentech 

nik ist die methodische Weiterentwicklung 

isotopentechnischer Verfahren, deren prak 

tische Nutzbarmachung und Anwendung. 

Der Teilbereich Chemie/Verfahrenstechnik 

(Leitung: Dr. Vogg) beschäftigt sich mit 

- Anwendung von Radionukliden auf physika 

lisch-chemische Prozesse 

Anwendung von Radionukliden in Technischer 

Chemie und Verfahrenstechnik 

- Aktivierungsanalyse (mit Reaktor, Neu 

tronengenerator und Neutronenisotopen 

quellen). 

Der Teilbereich Physik/Maschinenbau 

(Leitung: Dr. Gerved beschäftigt sich mit der 

Anwendung von Radionukliden im Maschinenbau: 

-Erarbeitung physikalisch-technischer Grund- 

lagen 

-Anwendung der Radionuklidtechnik für For 

schungsaufgaben aus Maschinenbau und Tri 

bologie 

-Industrielle Anwendungen 

Am 31.12.74 waren im LIT 20 Akademiker, 11 

Ingenieure und 17 sonstige Mitarbeiter sowie 

2 Doktoranden und 2 Gastwissenschaftler be 

schäft igt. 

2004.1 Anwendung von Radionukliden auf 

physikalisch-chemische Prozesse 

Für die Korrosionsuntersuchungen in flüssi 

gen Medien wurden die Arbeiten zur Verfah 

rensoptimierung durch eine neue Datenausgabe 

und -verarbeitung weitgehend abgeschlossen. 

Es ist dadurch möglich, zwei Versuchsstände 

prallel mit einer Meßwertausgabe zu betrei 

ben. Der Aufbau eines kombinierten Elektro 

chemie-Radionuklidtechnik-Prüfstandeseröff net die Möglichkeit zu kinetischen Untersu 

chungen von Korrosionssystemen im Passivbe 

reich, da hier bisher verläßliche Daten feh 

len. Das Verfahren ist jetzt soweit ausge 

baut, daß es in Systemen mit geringem Abtrag 

und fehlender elektrischer Leitfähigkeit gute 

Ergebnisse liefert und in speziellen Berei 

chen anderen Verfahren überlegen ist. Ver 

suchsreihen von Messing und C-Stahl in HCOOH 

bei verschiedenen Temperaturen und Wasserge 

halten dehnten das Arbeitsgebiet auf organi 

sche Systeme aus. Daneben wurde auch mit Vor- 

-283- 

22 

LABORATORIUM FUR ISOTOPENTECHNIK 

(LIT ) 

Leitung: Dr. A. Gerve; Dr. H. Vogg 

untersuchungen in halogenierten Kohlenwasser 

stoffen begonnen. Auf dem Gebiet der Werk 

stoffprüfung bei geringem Abtrag wurden Vor 

arbeiten zur Kavitation durchgeführt. 


H. Geisert, Dr. J. Vehlow 

2004.2 Anwendung von Radionukliden in Tech 

nischer Chemie und mechanischer Ver 

fahrenstechnik 

Im Rahmen der methodischen Untersuchungen von 

Transport- und Vermischungsprozessen (8008) 

war es mit einer im zeitlichen Wechsel ge 

schalteten Bleischieberanordnung erstmals 

möglich, eine wellenförmige Axia1bewegung 

der dynamischen Drehrohrfü11ung nachzuweisen. 

Die gewonnenen Erkenntnisse wurden auch durm 

Messungen zur Bestimmung lokaler Füllungs 

grade unter Anwendung einer Durchstrahlungs 

methode bestätigt. Es liegt eine eindeutige

periodische Änderung der Transmission vor. 

Die konzipierte Dichtemeßanordnung gestattet 

Profile bewegter Haufwerkskollektive in dre 

henden Rohren auszumessen, wobei noch eine 

Sandgutschicht von 2 mm auflösbar ist. Die 

Beurteilung stetiger Mischprozesse mit char 

genweiser Spurstoffeinspeisung gelingt an 

hand eines Mischgütemaßes. An praktisch ge 

messenen Ubertragungsfunktionen läßt sich 

zeigen, wie man bei systematischer Spektren 

überlagerung in Taktfolgen ein Mischgütekri 

terium, nämlich den Quotienten aus Konzentra 

tionsschwankung und mittlerer, sich einstel 

lender Konzentration, findet. 

Durch Verweilzeitmessungen an einem Schleu 

dermischer mit insgesamt lO Detektoren längs 

der Mischtrommel und auf dem Austragsförder 

band konnte der Transport- und Vermischungs 

prozeß eines als Modellstoff verwendeten Fut 

termittels studiert werden. Anhand der er 

rechneten statistischen Momente der Vertei 

lungskurven wurde der starke Einfluß von Men 

genstrom und Schleuderwellendrehzahl auf den 

Bewegungsmechanismus der Füllmenge bestätigt. 

Aufgrund der Erfahrungen, die bei den Dreh 

rohruntersuchungen in Brunsbüttel gemacht 

wurden (8010), ist die Meßausrüstung für die 

digitale Erfassung zeitabhängiger Vorgänge 

mit Hilfe von Radionukliden unter Verwendung 

modifizierter Vielkanalanalysatoren erwei 

tert und verbessert worden. Für die Messun 

gen stehen inzwischen zwei DIDAC-Systeme mit 

bis zu 20 Meßsonden zur Verfügung. Nach Inbe 

triebnahme eines zweiten CALAS-Terminals 

konnten in Zusammenarbeit mit ADI wesentliche 

Fortschritte im Auswerteprogramm VERWE 2 er 

reicht werden, so daß auch bei Messungen in 

realen Systemen, in denen Störungen der Ver 

weilzeitspektren z.B. durch Einstrahlung oder 

Recycling auftreten, eine Computerauswertung 

möglich ist. 

In Fortführung der Versuche zur Leckortung 

erdverlegter Gasleitungen mit Ar-41 wurden 

systematische Untersuchungen an einer Test 

strecke durchgeführt, um auch für Nieder 

druckleitungen bei sehr geringen Leckraten 

eine genaue Leckortung zu ermöglichen. An 

der Teststrecke können die praktisch vorkom 

menden Gegebenheiten simuliert werden. Es 

zeigte sich, daß nicht nur unter Hochdruck 

bedingungen in einer Rohrbettung im Sand und 

- 284- 

bei großem Leckdurchmesser eine genaue Leck 

ortung möglich ist, sondern daß man auch bei 

nur 600 mm WS in gepacktem Lehm und einem 

1 mm Leck eine Ortung des Rohrlecks erreichen 

kann. Das Meßverfahren wurde zum Patent an- 

gemeldet (7876). 


H. Lohner, Dr. A. Merz, Dr. J. Schmitz, 

R. Walter 

2004.4 Aktivierungsanalyse (mit Reaktor, 

Neutronengenerator, Neutroneniso 

topenquellen) 

Für Aktivierungsanalysen mit Reaktorneutro 

nen wurde auf dem Gebiet der Standardisie 

rung mit dem praktischen Einsatz internatio 

naler Multistandards begonnen. Ein vom Sach 

verständigenkreis Aktivierungsanalyse ange 

regter Vergleich verschiedener Methoden zur 

rechnergesteuerten y-Spektrenauswertung 

brachte für das eigene ISINAA-Programm ei 

nen sehr guten Erfolg. Zum Thema Wasserana 

lytik wurden die Untersuchungen der Amazonas 

wasserproben abgeschlossen. Der Methodenver 

gleich RFA/NAA bei Schwebstoffproben wurde 

fortgesetzt. 

Zur Luftstaubanalyse werden jetzt in einer 

automatisch arbeitenden Meßstation Monats 

mittelwertproben gewonnen. Diese werden z.Zt. 

auf 45 Elemente quantitativ analysiert und 

die erhaltenen Konzentrationswerte mit meteo- 

rologischen Daten sowie mit S02-Mittelwer 

ten korreliert. Die Meßstation ist seit 

1.3.74 in Betrieb. Das Luftstaubanalysenpro 

gramm selbst erfuhr einen ersten erfolgrei 

chen Test durch Beteiligung an einem von 

EURATOM durchgeführten Ringanalysenvergleich 

an Mailänder Luftstaub. Eine systematische 

Untersuchung von Partikelabgasen aus Ver 

brennungskraftmaschinen ist angelaufen. 

Aus der Geologie wurden 3 Probleme bearbei 

tet (7747). Die Arbeiten auf biologisch-me 

dizinischem Gebiet wurden mit 2 Themen (Nie 

rensteinbildung, Blutserumuntersuchungen) 

wieder aufgenommen. 

Wie in den Vorjahren wurden auch 1974 akti 

vierungsanalytische Serviceleistungen er 

bracht, insbesondere wurde mit den Vorar 

beiten für mehrere Großaufträge begonnen. 

Die Sauerstoffspurenbestimmungen mit 14 MeV 

Neutronen konzentrierten sich 1974 auf die

kristallographischen Materialstruktur im we 

sentlichen die tribologischen Eigenschaften 

bestimmt. 

Beteiligte Mitarbeiter: M.Fautz, F.Kronen 

berger, K.Szatzschneider 

Wertanalysen für Einsatzmöglichkeiten der 

Radionuklidtechnik: 

Es wurde ein System entwickelt, das es ge 

stattet, konventionelle und RNT-Verschleiß 

meßverfahren vom technischen und wirtschaft 

lichen Standpunkt zu bewerten. 

Das System ist stufenförmig aufgebaut und 

arbeitet nach dem Aussiebungsprinzip. 

Zuerst werden Verschleißprobleme daraufhin 

untersucht, in wieweit sie technisch mit RNT 

Verschleißmeßverfahren zu lösen sind. Die 

technisch möglichen RNT-Meßverfahren für eine 

bestimmte Problemstellung sowie die konven 

tionelle(n) Alternative(n) gehen in ein er 

stes Nutzwertanalysesystem ein. Dort werden 

über ein Kriterienpaket die technischen 

Leistungsfähigkeiten, Durchführungszeiten 

und Kosten der einzelnen Alternativen kardi 

nal bewertet und die Kriterien untereinan- 

der gewichtet. Die einzelnen Punktzahlen wer 

den nach einer "Wertsynthese-Regel" zu Nutzen 

kennziffern zusammengefaßt. 

Anhand von Fallstudien typischer Verschleiß 

probleme wird das Nutzwertanalysesystem mit 

Änderungen verschiedener Kriterien-Gewicht- 

ungen, wie sie sich aus den Randbedingungen 

in der Praxis ergeben können, das System 

Empfindlichkeitsanalysen unterzogen. 

In einem zweiten Nutzwertanalysesystem wird 

der Rentabilitätsgrad bzw. Kapitalrückfluß 

zeit für eine RNT-Meßanlage den unternehmeri 

schen Gesichtspunkten gegenübergestellt. Es 

soll eine Entscheidungsvorbereitung zum Ein 

satz einer Meßanlage in der Industrie liefern. 

Beteiligte Mitarbeiter: F.Emrich 

- 287-

daß auch im Motor (Zylinderverschleiß) die 

untersuchten Mehrbereichsöle nicht den der 

angegebenen hohen Nennviskositätsklasse ent 

sprechenden Verschleißschutz bieten (vgl. 

Bild 1). 

Dr.Rüdinger, Herrmann, Schwannecke und 

externe Stellen 

2005.22 Untersuchungen an Vollmotoren und 

Maschinenelementen 

"Kurzzeit-Langzeitverschleißverhalten": Bei 

der Untersuchung der Übertragbarkeit von mit 

RNT gewonnenen Kurzzeitverschleißergebnissen 

an kritischen Motorbauteilen auf deren Lang 

zeitverschleißverhalten ist es notwendig, 

charakteristische Verschleißverläufe der un 

tersuchten Bauteile über deren Lebensdauer 

zu kennen. Die dazu notwendigen Langzeitver 

schleißmessungen (bis über 6000 Motorlauf 

stunden) sind zu etwa 70% abgeschlossen. Sie 

wurden in enger Zusammenarbeit mit den Mo 

torenfirmen MWM und KHD durchgeführt, die 

Prüfstände und Bedienungspersonal zur Ver 

fügung stellen. Die Verschleißwerte wurden 

über ein spezielles Probenziehverfahren er 

faßt und bei Bedarf durch kontinuierliche 

Messungen mit Hilfe des RN-Meßwagens ergänzt. 

Als wichtiges Ergebnis dieser Langzeitver 

suche konnte festgestellt werden, daß die 

verschiedenen untersuchten Bauteile alle 

ähnliche charakteristische Verschleißverläufe 

aufweisen. Nach "Grob- und Feineinlauf" stel 

len sich für lange Laufzeiten konstante Ver 

schleißverhältnisse ein, die sich erst kurz 

vor dem Ausfall des Bauteils wieder ändern. 

Diese Langzeitversuche wurden durch Kurzzeit 

versuche (bis ca. 70 Std.) auf LIT-Prüfstän 

den ergänzt. 

Die bisher gewonnenen Ergebnisse lassen es 

möglich erscheinen, von Kurzzeitverschleiß 

ergebnissen auf das Langzeitverschleißver 

halten zu extrapolieren. 

"Optimierung von Motoreinlaufprogrammen": 

Hier wurden 1974 die Bausteine des Systems 

zur Erstellung eines optimierten Einlauf 

programmes für Dieselmotoren vervollständigt 

und in Industrieversuchsreihen erprobt. 

Dabei erbrachte die Optimierung an einem 

Dieselmotor der Firma MWM eine Zeitverkürzung 

zum bisher üblichen Einlaufprogramm um ca. 

50% von 1,5 Stunden auf 45 Minuten, wobei die 

Motorleistung dieselben Endwerte erreichte, 

die für einen volleingelaufenen Motor ver 

langt werden. 

-289- 

Bei der DB-AG wurde das Versuchseinlaufpro 

gramm für den OM 617 (Fünfzylinder-PKW-Die 

selmotor) optimiert. Hier konnte eine Ver 

kürzung von 4 auf 2 Std. erreicht werden, 

wobei die Motoren mit dem kürzeren Programm 

eine höhere Endleistung erreichten, als die 

nach dem alten Programm Eingefahrenen. Eine 

bei dieser Einlaufoptimierung in Zusammenar 

beit mit der DB-AG vorgenommene Ölverbrauchs 

messung nach der Tritium-Methode ergab eine' 

gute Korrelation dieses wichtigen Einlauf 

parameters mit dem zur Optimierung herange 

zogenen Verschleißratenverlauf des "Steuer 

bauteils". Die Messungen wurden durch Ober 

flächenuntersuchungen ergänzt. 

Die optimierten Programme wurden in den Ver 

suchsabteilungen der jeweiligen Firmen ein 

geführt um die Ergebnisse abzusichern. Dabei 

haben sich die positiven Erfahrungen bisher 

voll bestätigt. 

Aufgrund der bei diesen Einsätzen gemachten 

Erfahrung wurde das System weiter verbessert 

und wird 1975 in neuen Einlaufserien erprobt 

werden. 

Hervorzuheben ist die außerordentlich gute 

Zusammenarbeit mit den beteiligten Industrie 

firmen, ohne die eine solche sehr aufwendige 

Arbeit vom LIT nicht bewältigt werden könnte. 

"Ausbau der Motorenprüfstände im LIT": Hier 

konnten die Arbeiten zu einem erprobten 

rechnergesteuerten Regel- und Überwachungs 

system für einen Motorenprüfstand zu 80% ab 

geschlossen werden. Das System konnte in 

mehreren Testläufen die erhofften Vorteile,wie 

z.B. Entlastung des Personals, Verbesserung 

der Datenerfassung usw. bestätigen. Nach Er 

probung des 1974 installierten Feuerüber 

wachungssystems wird es möglich sein, den 

Prüfstand ohne personelle Aufsicht im 24-h 

Betrieb, z.B. auch über das Wochenende, lau 

fen zu lassen. 

Mit der Installation eines Abgasabsaugsystems 

wurde 1974 auch die Parallelbenutzung mehre 

rer Prüfstände ermöglicht. 

"Radiale Druckmittelzuführung": In dem mit 

der FVA durchgeführten Vorhaben wird mit 

Hilfe der RNT das Verschleißverhalten von 

radialen Kolbenringdichtungen untersucht,um 

Daten zur sicheren Auslegung solcher Bau 

teile zu erhalten. 

Ein Prototypprüfstand wurde erstellt und die 

RN-Verfahren zur Verschleißmessung und zur

Ringdrehungsmessung erprobt. Die zusätzlich 

zur Prototypanlage für das Vorhaben benö 

tigten fünf weiteren Prüfstände wurden auf 

gebaut. 

"Freilaufverschleiß": Hier wird ebenfalls in 

Zusammenarbeit mit der FVA das Verschleißver 

halten von Klemmrollen- und Klemmkörperfrei 

läufen mit Hilfe der RNT untersucht, um 

sichere Auslegungsdaten für diese Bauteile 

zu erhalten. 

Zur Ermittlung des Einflusses der verschleiß 

bedingten Geometrieänderung des Freilaufes 

auf seine Funktion wurde ein Klemmwinkelmeß 

gerät aufgebaut und erprobt. Ein Gerät zur 

Messung der statischen Drehfederkennlinie 

befindet sich im Aufbau. 

"Gleitlagerermüdung": Durch die Arbeiten zur 

Untersuchung von Ermüdungsschäden in Gleit 

lagern konnte nachgewiesen werden, daß mit 

Hilfe der RNT eine Früherkennung solcher 

Schäden bereits beim Auftreten erster An 

risse in der Laufschicht der Lager möglich 

ist, was konventionell nicht erkannt werden 

kann. Diese Früherkennung ermöglichte den 

rechtzeitigen Abbruch des Versuchslaufes 

und gab somit die Möglichkeit, Gleitlager 

mit solchen Ermüdungsschäden im Frühstadium 

einer eingehenden metallurgischen Unter 

suchung bei der Staatlichen Materialprüfungs 

anstalt Darmstadt zuzuführen. 

Durch Fahren einer Reihe von Ermüdungsver 

suchen auf dem Gleitlagerprüfstand des LIT 

mit umlaufender Last konnte außerdem ein we 

sentlicher Beitrag zur Erstellung eines Er 

müdungskennfeldes geleistet werden, wobei 

auch hier wieder die exakte Bestimmung des 

Auftretens erster Ermüdungsanrisse mit der 

RNT sehr wichtig war. 

Leider mußten diese Arbeiten Ende 1974 aus 

Kapazitätsgründen eingestellt werden. 

Volz, Lausch, Häutle, Rogler, Dr.Katzenmeier, 

Maurer, Essig, Holler 

2005.3 Industrielle Anwendungen der RNT 

Die Bearbeitung von Industrieaufträgen dient 

zur Versorgung von Industriefirmen ohne ei 

genes Isotopenlabor mit RN-Verfahren, zur 

Kontrolle der Bewährung des erreichten Stan 

des der RNT unter Industriebedingungen und 

zur Weiterentwicklung von Aktivierungen und 

Meßsystemen aufgrund des Rückflusses von Er 

fahrungen und Anregungen bei der Durchführung 

- 290- 

solcher Versuche. 

Drei Gruppen von Arbeiten sind zu unterschei 

den: 

1. Aufträge die mit dem RN-Meßwagen bei der 

Firma selbst durchgeführt werden. 

2. Aufträge die im LIT bearbeitet werden. 

3. Dünnschichtaktivierung für Firmen mit 

eigenem Isotopenlabor (werden ab 1975 un 

ter den RN-Grundlagen 2005.11 geführt). 

Insgesamt wurden 1974 16 Aufträge mit einem 

Gesamtvolumen von 162 TDM bearbeitet. Dies 

bedeutet gegenüber 1973 bereits einen ge 

ringen Rückgang, der auf den sich immer 

stärker auswirkenden Personalmangel des LIT 

zurückzuführen ist. 

Der RN-Meßwagen war 1974 insgesamt 1720 std. 

(Auslastung 93%) im Einsatz. Von den 1648 h 

für das LIT P/M wurden 305 h für Industrie 

aufträge und 1343 h für die Bearbeitung von 

Forschungsaufgaben, hauptsächlich "Kurzzeit 

Langzeitverschleiß" und "Einlaufoptimierung", 

verwendet. Die hohe Auslastung des Wagens ist 

ein Beweis für die Notwendigkeit eines sol 

chen mobilen RN-Labors. 

Roth

ROQ3 KROCßCL, R. 

nas Projekt Wiederaufarbeitung und 

Abfallbehandlung der GfK (PWA). 

KFK-Nachrichten, 0(1974) No 4, 5.4-8 

-3M

bericht uber die tätigkeit der institute und abteilungen im jahre 1974

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