Application and development of numerical methods for the modelling of innovative gas cooled fission reactors

Innovative gas cooled reactors, such as the pebble bed reactor (PBR) and the gas cooled fast reactor (GFR) offer higher efficiency and new application areas for nuclear energy. Numerical methods were applied and developed to analyse the specific features of these reactor types with fully three dimensional calculation models. In the first part of this thesis, discrete element method (DEM) was used for a physically realistic modelling of the packing of fuel pebbles in PBR geometries and methods were developed for utilising the DEM results in subsequent reactor physics and thermal-hydraulics calculations. In the second part, the flow and heat transfer for a single gas cooled fuel rod of a GFR were investigated with computational fluid dynamics (CFD) methods. An in-house DEM implementation was validated and used for packing simulations, in which the effect of several parameters on the resulting average packing density was investigated. The restitution coefficient was found out to have the most significant effect. The results can be utilised in further work to obtain a pebble bed with a specific packing density. The packing structures of selected pebble beds were also analysed in detail and local variations in the packing density were observed, which should be taken into account especially in the reactor core thermal-hydraulic analyses. Two open source DEM codes were used to produce stochastic pebble bed configurations to add realism and improve the accuracy of criticality calculations performed with the Monte Carlo reactor physics code Serpent. Russian ASTRA criticality experiments were calculated. Pebble beds corresponding to the experimental specifications within measurement uncertainties were produced in DEM simulations and successfully exported into the subsequent reactor physics analysis. With the developed approach, two typical issues in Monte Carlo reactor physics calculations of pebble bed geometries were avoided. A novel method was developed and implemented as a MATLAB code to calculate porosities in the cells of a CFD calculation mesh constructed over a pebble bed obtained from DEM simulations. The code was further developed to distribute power and temperature data accurately between discrete based reactor physics and continuum based thermal-hydraulics models to enable coupled reactor core calculations. The developed method was also found useful for analysing sphere packings in general. CFD calculations were performed to investigate the pressure losses and heat transfer in three dimensional air cooled smooth and rib roughened rod geometries, housed inside a hexagonal flow channel representing a sub-channel of a single fuel rod of a GFR. The CFD geometry represented the test section of the L-STAR experimental facility at Karlsruhe Institute of Technology and the calculation results were compared to the corresponding experimental results. Knowledge was gained of the adequacy of various turbulence models and of the modelling requirements and issues related to the specific application. The obtained pressure loss results were in a relatively good agreement with the experimental data. Heat transfer in the smooth rod geometry was somewhat under predicted, which can partly be explained by unaccounted heat losses and uncertainties. In the rib roughened geometry heat transfer was severely under predicted by the used realisable k − epsilon turbulence model. An additional calculation with a v2 − f turbulence model showed significant improvement in the heat transfer results, which is most likely due to the better performance of the model in separated flow problems. Further investigations are suggested before using CFD to make conclusions of the heat transfer performance of rib roughened GFR fuel rod geometries. It is suggested that the viewpoints of numerical modelling are included in the planning of experiments to ease the challenging model construction and simulations and to avoid introducing additional sources of uncertainties. To facilitate the use of advanced calculation approaches, multi-physical aspects in experiments should also be considered and documented in a reasonable detail.

Physicochemical study of CaCO3 from egg shells

Calcium carbonate, a pharmaceutical excipient, is widely used as diluent in solid dosage forms. It is also used as a base for medicinal and dental preparations, a buffering and dissolution aid for dispersible tablets, a food additive and a calcium supplement. Egg shells are a rich source of mineral salts, mainly calcium carbonate, which corresponds to about 94% of the shell. Layer farms produce large amounts of shells, whose final disposal poses a challenge from the environmental standpoint. This work was designed to evaluate the physicochemical and thermal properties of calcium carbonate obtained from egg shells. The findings indicated that calcium carbonate from egg shells can be used as an alternative pharmaceutical excipient.

Regulation of gene expression in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires que l’on retrouve autant en eau douce qu’en milieu marin. Ils sont particulièrement connus pour causer des fleurs d’algues toxiques nommées ‘marée-rouge’, ainsi que pour leur symbiose avec les coraux et pour leur importante contribution à la fixation du carbone dans les océans. Au point de vue moléculaire, ils sont aussi connus pour leur caractéristiques nucléaires uniques, car on retrouve généralement une quantité immense d’ADN dans leurs chromosomes et ceux-ci sont empaquetés et condensés sous une forme cristalline liquide au lieu de nucléosomes. Les gènes encodés par le noyau sont souvent présents en multiples copies et arrangés en tandem et aucun élément de régulation transcriptionnelle, y compris la boite TATA, n’a encore été observé. L’organisation unique de la chromatine des dinoflagellés suggère que différentes stratégies sont nécessaires pour contrôler l’expression des gènes de ces organismes. Dans cette étude, j’ai abordé ce problème en utilisant le dinoflagellé photosynthétique Lingulodinium polyedrum comme modèle. L. polyedrum est d’un intérêt particulier, car il a plusieurs rythmes circadiens (journalier). À ce jour, toutes les études sur l’expression des gènes lors des changements circadiens ont démontrées une régulation à un niveau traductionnel. Pour mes recherches, j’ai utilisé les approches transcriptomique, protéomique et phosphoprotéomique ainsi que des études biochimiques pour donner un aperçu de la mécanique de la régulation des gènes des dinoflagellés, ceci en mettant l’accent sur l’importance de la phosphorylation du système circadien de L. polyedrum. L’absence des protéines histones et des nucléosomes est une particularité des dinoflagellés. En utilisant la technologie RNA-Seq, j’ai trouvé des séquences complètes encodant des histones et des enzymes modifiant les histones. L polyedrum exprime donc des séquences conservées codantes pour les histones, mais le niveau d’expression protéique est plus faible que les limites de détection par immunodétection de type Western. Les données de séquençage RNA-Seq ont également été utilisées pour générer un transcriptome, qui est une liste des gènes exprimés par L. polyedrum. Une recherche par homologie de séquences a d’abord été effectuée pour classifier les transcrits en diverses catégories (Gene Ontology; GO). Cette analyse a révélé une faible abondance des facteurs de transcription et une surprenante prédominance, parmi ceux-ci, des séquences à domaine Cold Shock. Chez L. polyedrum, plusieurs gènes sont répétés en tandem. Un alignement des séquences obtenues par RNA-Seq avec les copies génomiques de gènes organisés en tandem a été réalisé pour examiner la présence de transcrits polycistroniques, une hypothèse formulée pour expliquer le manque d’élément promoteur dans la région intergénique de la séquence de ces gènes. Cette analyse a également démontré une très haute conservation des séquences codantes des gènes organisés en tandem. Le transcriptome a également été utilisé pour aider à l’identification de protéines après leur séquençage par spectrométrie de masse, et une fraction enrichie en phosphoprotéines a été déterminée comme particulièrement bien adapté aux approches d’analyse à haut débit. La comparaison des phosphoprotéomes provenant de deux périodes différentes de la journée a révélée qu’une grande partie des protéines pour lesquelles l’état de phosphorylation varie avec le temps est reliées aux catégories de liaison à l’ARN et de la traduction. Le transcriptome a aussi été utilisé pour définir le spectre des kinases présentes chez L. polyedrum, qui a ensuite été utilisé pour classifier les différents peptides phosphorylés qui sont potentiellement les cibles de ces kinases. Plusieurs peptides identifiés comme étant phosphorylés par la Casein Kinase 2 (CK2), une kinase connue pour être impliquée dans l’horloge circadienne des eucaryotes, proviennent de diverses protéines de liaison à l’ARN. Pour évaluer la possibilité que quelques-unes des multiples protéines à domaine Cold Shock identifiées dans le transcriptome puissent moduler l’expression des gènes de L. polyedrum, tel qu’observé chez plusieurs autres systèmes procaryotiques et eucaryotiques, la réponse des cellules à des températures froides a été examinée. Les températures froides ont permis d’induire rapidement un enkystement, condition dans laquelle ces cellules deviennent métaboliquement inactives afin de résister aux conditions environnementales défavorables. Les changements dans le profil des phosphoprotéines seraient le facteur majeur causant la formation de kystes. Les phosphosites prédits pour être phosphorylés par la CK2 sont la classe la plus fortement réduite dans les kystes, une découverte intéressante, car le rythme de la bioluminescence confirme que l’horloge a été arrêtée dans le kyste.

Study of nuclear receptor dynamics by BRET

Les récepteurs nucléaires (RN) sont des facteurs de transcription ligand dépendants qui contrôlent une grande variété de processus biologiques de la physiologie humaine, ce qui a fait d'eux des cibles pharmacologiques privilégiées pour de nombreuses maladies. L'un de ces récepteurs, le récepteur de l’œstrogène alpha (ERα), peut activer la prolifération cellulaire dans certaines sections de l'épithélium mammaire tandis qu’un autre, le récepteur de l'acide rétinoïque alpha (RARα), peut provoquer un arrêt de la croissance et la différenciation cellulaire. La signalisation de ces deux récepteurs peut être altérée dans le cancer du sein, contribuant à la tumorigénèse mammaire. L’activité d’ERα peut être bloquée par les anti-oestrogènes (AE) pour inhiber la prolifération des cellules tumorales mammaires. Par contre, l’activation des voies de RARα avec des rétinoïdes dans un contexte clinique a rencontré peu de succès. Ceci pourrait résulter du manque de spécificité des ligands testés pour RARα et/ou de leur activité seulement dans certains sous-types de tumeurs mammaires. Puisque les récepteurs nucléaires forment des homo- et hétéro-dimères, nous avons cherché à développer de nouveaux essais pharmacologiques pour étudier l'activité de complexes dimériques spécifiques, leur dynamique d’association et la structure quaternaire des récepteurs des œstrogènes. Nous décrivons ici une nouvelle technique FRET, surnommée BRET avec renforcement de fluorescence par transferts combinés (BRETFect), qui permet de détecter la formation de complexes de récepteurs nucléaires ternaires. Le BRETFect peut suivre l'activation des hétérodimères ERα-ERβ et met en évidence un mécanisme allostérique d'activation que chaque récepteur exerce sur son partenaire de dimérisation. L'utilisation de BRETFect en combinaison avec le PCA nous a permis d'observer la formation de multimères d’ERα fonctionnels dans des cellules vivantes pour la première fois. La formation de multimères est favorisée par les AE induisant la dégradation du récepteur des oestrogènes, ce qui pourrait contribuer à leurs propriétés spécifiques. Ces essais de BRET apportent une nette amélioration par rapport aux tests de vecteurs rapporteur luciférase classique, en fournissant des informations spécifiques aux récepteurs en temps réel sans aucune interférence par d'autres processus tels que la transcription et de la traduction. L'utilisation de ces tests nous a permis de caractériser les propriétés de modulation de l’activité des récepteurs nucléaires d’une nouvelle classe de molécules hybrides qui peuvent à la fois lier ERa ou RAR et inhiber les HDACs, conduisant au développement de nouvelles molécules prometteuses bifonctionnelles telles que la molécule hybride RAR-agoniste/HDACi TTNN-HA.

Standardization of Optimum Conditions for the Production of Glucosamine Hydrochiloride from Chitin

The study entitled standardization of optimum conditions for the production of glucosamine hydrochloride from chitin. Shellfish processing industries around the world turn out a significant quantity of head and shell as industrial waste. The waste must be removed immediately to prevent the contamination to the processing environment. The technique that are available for their disposal include ocean dumping, incineration or disposal of landfill sites. In this thesis the techniques and methods are used to process glucosamine hydrochloride from crustacean processing waste. Chitin is a nitrogenous polysaccharide, which is white, hard, inelastic, found in outer skeleton of insects, crabs, shrimp and lobsters and in the internal structures of other invertebrates. Glucosamine can be considered as a nutraceutical product by virtue of its properties. It is important for healthy skin, and plays a major role in the healing of surgical incisions and skin wounds. Deproteinisation of shrimp shell had significant effect on quality of chitin. Demineralization is also influences chitin quality. Solvents used for glucosamine hydrochloride affects the final yield and purity.

Biodegradation Of Phenol Using Spent Substrate Of Pleurotus Sp.

Phenol is an aromatic hydrocarbon which exists as a colorless or white solid in its pure state. Over the past several decades, there is growing concern about wide spread contamination of surface and ground water by phenol, due to rapid development of chemical and petrochemical industries. Phenol affects aquatic life even at relatively low concentration (5-25mg/L). Treatment for removal of phenol includes chemical as well as biological processes. Studies show that ligninases such as Lignin Peroxidase and Laccase, produced by Pleurotus sp., can degrade phenol. Spent substrate of Pleurotus mushrooms consists of ligninases. Present work was to investigate the potential of spent substrate of edible mushroom P. ostreatus for biodegradation of phenol. P. ostreatus was cultivated on paddy straw. After harvest, spent substrate was utilized for phenol degradation. According to the enzyme profile of two ligninases present in the spent substrate of P. ostreatus, maximum specific activity for Laccase was observed in 35 day old spent substrate and LiP activity was maximum in 56 day old spent substrate, which together contributed significantly for removal of phenol. Spent substrate of 35th and 56th day were each incubated with phenol sample (1:1w/v) for one day, which resulted in degradation of phenol by 48% and 45% respectively. From these results it appears that, spent substrate of P. ostreatus can be used effectively to remove phenol from industrial effluents

Nuclear charge radii from X-ray transitions in muonic atoms of carbon, nitrogen and oxygen

Energies of muonic X-rays of the K-series of carbon, nitrogen and oxygen have been measured with an accuracy of about 15 eV. Root mean square radii of the nuclear charge distributions were deduced. The results 2.49±0.05 fm for carbon, 2.55 ±0.03 fm for nitrogen and 2.71 ±0.02 fm for oxygen are in good agreement at comparable accuracy with recent electron scattering data.

Effect of nuclear motion on the energy eigenvalues in muonic atoms

I have investigated the effect of the nuclear motion on the energy eigenvalues in muonic atoms. In addition to the usually used reduced-mass correction, I have calculated the relativistic influences including the magnetic and retardation interaction between the nucleus and the muon for the inner orbitals of muonic atoms.

Determinantes sociales de la salud en Bogotá DC: el caso del acceso y calidad de los servicios 2003, 2007 y 2011

Bogotá D.C. es una ciudad de más de siete millones de habitantes en su mayoría de estrato medio, dividida políticamente por veinte localidades. Aquí se generan la mayoría de oportunidades de desarrollo y día a día llega la población fluctuante de otras ciudades de Colombia en busca de un mejor futuro. Las necesidades de la población en una metrópolis como ésta no se hacen esperar y la salud entendida, como un buen estado físico y mental, además de ser una necesidad humana primordial se ha convertido en uno de los temas más agobiantes para los ciudadanos y los creadores de políticas públicas en el Distrito Capital. Alcanzar un adecuado estado de salud no es solo cuestión de asegurar y dar cobertura de servicio, también se requiere que las diferentes políticas públicas que existen estén articuladas para llegar al deseado estado de salud. Estas políticas públicas son los mismos determinantes sociales de salud, por los cuales la Organización Mundial de la Salud (OMS) ha impartido la instrucción de incrementar esfuerzos con el fin de mejorar el estado de salud de la población mundial. En esta investigación se realiza un análisis del Índice de Condiciones de Vida, calculado por el DANE, en la Encuesta Calidad de Vida para Bogotá en 2003, 2007 y Encuesta Multipropósito 2011, estudiando el primer factor que hace parte de dicho índice, el Acceso y Calidad de los Servicios, el cual se compone por cuatro aspectos: i) Abastecimiento y calidad del agua, ii) Eliminación de excretas; iii) Recolección de basuras y iv) Combustible para cocinar. La revisión teórica que aborda a los determinantes sociales de la salud evidencia que estos cuatro componentes son fundamentales para garantizar el estado de salud de los bogotanos y hacen parte de los objetivos del milenio. Adicionalmente se realizan regresiones lineales para determinar el peso que ha tenido el factor acceso y calidad de los servicios, en el estado de salud de los bogotanos, definiendo el Índice de Condiciones de Vida como variable proxy al estado de salud, para cada uno de los años de estudio. Por último se presentan algunos datos de los resultados de las políticas públicas relacionadas con el acceso y calidad de los servicios de los gobiernos de la ciudad correspondientes a los años de estudio.

Análisis crítico del concepto de seguridad humana en relación con la actuación de la MINUEE (Misión de Naciones Unidas Para Etiopía y Eritrea). Período 1998-2008

La monografía buscó realizar un análisis crítico del concepto de Seguridad Humana en relación con la actuación de la MINUEE en el período de guerra(1998-2000) y luego del retiro de la Misión (Julio de 2008), para establecer una crítica constructiva al funcionamiento de las OMP de la ONU, determinar los aciertos y desaciertos de la Misión en el uso del concepto de Seguridad Humana y sus múltiples dimensiones definidas en el PNUD(Seguridad: de la comunidad, de la salud, política, alimentaria, ambiental y personal) y comprender por qué la Misión fracasó en su intento de dirimir la crisis humanitaria y dar fin al conflicto.

Contribución al estudio del proceso de doblado al aire de chapa. Modelo de predicción del ángulo de recuperación y del radio de doblado final

Modelo de predicción de la geometría final de una pieza de chapa, radio y ángulo de doblado final, producida mediante un proceso de doblado al aire.

O Marquês de Pombal e o perdão aos judeus : Inquisição, legislação e solução final da questão do perdão aos judeus com o novo enquadramento jurídico pombalino

O presente trabalho tem como principal objectivo tratar da questão do perdão aos judeus no contexto pombalino. Desde a formação da nacionalidade portuguesa há sinais da presença dos judeus. No entanto, a trajetória desta minoria em Portugal nem sempre foi pacífica. Na época de D. Manuel I os judeus conversos ao cristianismo foram chamados de cristãos-novos, numa clara demonstração de desigualdade com os demais cristãos. Com a implantação da Inquisição em Portugal, os cristãos-novos de origem judaíca passaram a ser alvo prioritário das perseguições, inquirições, acusações e condenações. A trajetória dos critãos-novos em Portugal foi marcada por marchas e contramarchas dos monarcas portugueses e dos pontífices na concessão ou não dos perdões. No contexto de perseguição e ódio da Inquisição em Portugal aparece a figura do padre António Vieira que se posicionou em defesa dos judeus e dos cristãos-novos, além de propor a reestruração da Inquisição portuguesa. Como ponto de chegada nuclear do presente trabalho tratamos do período pombalino, com destaque para os vários diplomas promulgados por D. José. Estes diplomas que beneficiaram os cristãos-novos traziam um novo enquadramento jurídico decorrente da promulgação da Lei da Boa Razão, parte integrante da formação do direito português moderno.

Improved predictability of the troposphere using stratospheric final warmings

The final warming of the stratospheric polar vortex at the end of northern hemisphere winter is examined in ECMWF ERA-Interim reanalysis data and an ensemble of chemistry climate models, using 20 years of data from each. In some years the final warming is found to occur first in the mid-stratosphere, and in others to occur first in the upper stratosphere. The strength of the winter stratospheric polar vortex, refraction of planetary waves, and the altitudes at which the planetary waves break in the northern extratropics lead to this difference in the vertical profile of the final warming. Years in which the final warming occurs first in the mid-stratosphere show, on average, a more negative NAO pattern in April mean sea level pressure than years in which the warming occurs first in the upper stratosphere. Thus, in the northern hemisphere, additional predictive skill of tropospheric climate in April can be gained from a knowledge of the vertical profile of the stratospheric final warming.

Rapid selective separation of americium/curium from simulated nuclear forensic matrices using triazine ligands

In analysis of complex nuclear forensic samples containing lanthanides, actinides and matrix elements, rapid selective extraction of Am/Cm for quantification is challenging, in particular due the difficult separation of Am/Cm from lanthanides. Here we present a separation process for Am/Cm(III) which is achieved using a combination of AG1-X8 chromatography followed by Am/Cm extraction with a triazine ligand. The ligands tested in our process were CyMe4-BTPhen, CyMe4- BTBP, CA-BTP and CA-BTPhen. Our process allows for purification and quantification of Am and Cm (recoveries 80%–100%) and other major actinides in < 2d without the use of multiple columns or thiocyanate. The process is unaffected by high level Ca(II)/Fe(III)/Al(III) (10mg mL−1) and thus requires little pre-treatment of samples.

Nuclear and extended spectra of NGC 1068-I. Hints from near-infrared spectroscopy

We report the first simultaneous zJHK spectroscopy on the archetypical Seyfert 2 galaxy NGC 1068 covering the wavelength region 0.9-2.4 mu m. The slit, aligned in the north-south direction and centred in the optical nucleus, maps a region 300 pc in radius at subarcsec resolution, with a spectral resolving power of 360 km s-1. This configuration allows us to study the physical properties of the nuclear gas including that of the north side of the ionization cone, map the strong excess of continuum emission in the K band and attributed to dust and study the variations, both in flux and profile, in the emission lines. Our results show the following. (1) Mid- to low-ionization emission lines are split into two components, whose relative strengths vary with the position along the slit and seem to be correlated with the jet. (2) The coronal lines are single-peaked and are detected only in the central few hundred of pc from the nucleus. (3) The absorption lines indicate the presence of intermediate age stellar population, which might be a significant contributor to the continuum in the near-IR spectra. (4) Through some simple photoionization models we find photoionization as the main mechanism powering the emitting gas. (5) Calculations using stellar features point to a mass concentration inside the 100-200 pc of about 1010 M(circle dot).