Experimentelle Untersuchungen zur Partikelrückhaltung in Flüssigkeitsvorlagen

Abstract

Der vorliegende Bericht ist der zweite Technische Fachbericht zum Forschungsvorhaben „Analytische und experimentelle Untersuchungen zur Partikelrückhaltung in Flüssigkeitsvorlagen” (APVOR), welches vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV 1501618) gefördert und von der Arbeitsgruppe Plant Simulation and Safety an der Ruhr-Universität Bochum bearbeitet wird. In diesem Bericht werden die im Rahmen des Vorhabens durchgeführten Pool Scrubbing Versuche beschrieben und analysiert. Im Rahmen der hier durchgeführten Versuche konnte gezeigt werden, dass der Einfluss der Gastemperatur für die gewählten Randbedingungen im Bereich der Aerosolabscheidung tatsächlich einen eher untergeordneten Einfluss zu haben scheint. Allerdings zeigt sich eine positive Korrelation zwischen der Pooltemperatur und der Abscheideeffizienz: In den hier durchgeführten Experimenten mit Stickstoff als Einspeisegas steigt entgegen bisherigen Untersuchungen in der Literatur mit einer Erhöhung der Pooltemperatur auch die Abscheidung. Der Einfluss der Abscheidung durch Kondensation ist deutlich höher als die höhere Abscheidung durch eine veränderte Pooltemperatur. Auch die Relation des Einflusses der Gastemperatur zum Einfluss der Wasserüberdeckung auf die Partikelabscheidung konnte bestimmt werden. Die durch nasse Resuspension wieder freigesetzten Partikel wurden nach Größenklassen aufgeschlüsselt gemessen. Dabei zeigte sich, dass die Partikeldurchmesser 0,01 μm, 0,2 μm sowie 2 μm für das CsI bevorzugt wiederfreigesetzt werden. Auf diese drei Partikelgrößen entfielen ca. 56 % der wiederfreigesetzten CsI-Masse. Für das SnO2 zeigte sich, dass bereits nach einer Stunde des Wiederaufsiedens, die durch das Pool Scrubbing erzielte Abscheideeffizienz von ca. 64 % für Partikel mit dem Durchmesser von 0,03 μm auf ca. 50 % abgefallen ist. Es kann daher nicht davon ausgegangen werden, dass nicht-lösliche Partikel in einer Flüssigkeitsvorlage wegsedimentieren und daher bei einem Wiederaufsieden der Flüssigkeitsvorlage vernachlässigbar sind. Die im Rahmen der nassen Resuspension insbesondere beachtenswerten Submikronpartikel wurden in den hier durchgeführten Experimenten in nennenswertem Maße wiederfreigesetzt. Die Auswertung der durchgeführten Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen des Blasenzerplatzens an der Einspeisedüse, zeigten einen ähnlichen Zusammenhang zwischen Blasenzerplatzrate und freigesetztem Partikeldurchmesser über der Flüssigkeitsvorlage, der bereits in den Experimenten von Becker Technologies aufgezeigt worden ist. Offen bleibt, ob das Verhalten aus einer Tropfen-Partikel-Interaktion an der Wasseroberfläche resultiert, wie von Freitag und Schmidt [FRE18] als eine mögliche Interpretation angeführt.