DE3511320C1 - Vorrichtung zur Reinigung der Gasatmosphaeren mehrerer Arbeitsraeume - Google Patents

Description

beitsräume anzugeben, welche sich einerseits optimal an die Verhältnisse jedes einzelnen Arbeitsraumes anpassen läßt und andererseits eine weitgehend zentrale Verarbeitung der zu entfernenden Gase mit einem Minimum an apparativem Aufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst. Weiterbildungen und vorteihafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Dadurch, daß jedem Arbeitsraum eine dessen Bedingungen angepaßte Einzel-Sorptionseinrichtung zugeordnet ist, und zur Verarbeitung der zu entfernenden, z. B. tritiumhaltigen Gase aus allen diesen Einzel-Sorptionseinrichtungen ein gemeinsamer Anlagenteil vorgesehen ist, wird sowohl eine optimale Anpassung an die Verhältnisse der einzelnen Arbeitsräume als auch eine effektive Weiterverarbeitung der zu entfernenden Gase mit geringem apparativen Aufwand gewährleistet.

Im folgenden wird eine Vorrichtung zum Entfernen von Tritium als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzug-50 enhält eine Turbomolekularpumpe 52, deren Einlaß mit der Sammelleitung 44 verbunden ist, und eine trokkene (ölfreie) Verdrängerpumpe 54, z. B. eine Kolbenpumpe, deren Einlaß mit dem Auslaß der Turbomolekularpumpe 52 verbunden ist.

Der Auslaß der Verdrängerpumpe 54 ist über ein Absperrventil 56 mit dem Einlaß 58 eines Behälters 60 verbunden, dessen Auslaß über ein Absperrventil 62 mit dem Einlaß eines trockenen (ölfreien) Membrankompressors 64 verbunden ist. Der Auslaß des Membrankompressors ist mit dem Einlaß χ einer Tritium-Beseitigungseinrichtung 66 verbunden, die anhand der F i g. 2 bis 4 noch genauer erläutert werden wird. Der Auslaß y der Tritium-Beseitigungseinrichtung ist über eine Ringleitung 68, die eine Aktivitätsmeßstelle 70 und ein Absperrventil 72 enthält, mit dem Einlaß 58 des Behälters 60 verbunden.

Zur Tritiumbeseitigung können verschiedene bekannte Einrichtungen alleine oder in Kombination verwendet werden. Die Einrichtung 66 kann gemäß F i g. 2 durch Druck-Tritiation von Linolsäure in Gegenwart eines Pd-Katalysators in einem Einweggefäß 74 erfolgen. Um dies einfach und sicher auswechseln zu können, sind zwischen der Pumpe 64 und dem Einlaß χ bzw.

ten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Er- 25 zwischen dem Auslaß y und der Ringleitung 68 jeweils

findung, und

Fig.2 bis Fig.4 verschiedene Ausführungsformen von Tritium-Beseitugungseinrichtungen für die Vorrichtung gemäß F i g. 1.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung zum Entfernen 30 getränkte Packung, die durch Absperrventile 80 vervon Tritium besteht aus einer Anzahl individueller Ein- schließbar ist und nach Sättigung mit Tritium ausgeheiten 10a, 10Z), 10c,... und einer gemeinsamen Gasbeseitigungseinheit 12. Die individuellen Einheiten 10 sind
jeweils einem geschlossenen Arbeitsraum, wie einer

ein Absperrventil 76 bzw. 78 vorgesehen. Die Beseitigung von Tritium mit Hilfe von Linolsäure ist bespielsweise in der EP-PS 43 401 beschrieben. Das Einweggefäß 74 enthält eine mit Linolsäure und Pd-Katalysator

wechselt und als Ganzes gelagert werden kann.

Gemäß F i g. 3 kann die Einrichtung 66 eine Katalysatorkammer 82 und eine anschließende Absorberkam-

Glove-Box, einem Caisson und dergl. zugeordnet; da sie 35 mer 84 enthalten. In der Katalysatorkammer wird das im Prinzip gleich sind, ist nur die Einheit 10a genauer gasförmige T2 oxidiert und das dabei entstehende triti-

umhaltige Wasser wird in einer Molekularsiebpackung in der Absorberkammer 84 absorbiert. Die Absorber

dargestellt und wird im folgenden im einzelnen erläutert.

Die Einheit 10a enthält einen geschlossenen Arbeitsraum 14, in dem sich eine Tritium-Experimentier- oder 40 als Einweggefäß ausgebildet sein.
Betriebseinrichtung 16 oder mehrere solcher Einrich- Die Absorberkammer 84 kann auch ein Material, wie

tungen befinden. Der Arbeitsraum 14 ist in einen Sorptionskreislauf 18 geschaltet, der ein im Arbeitsraum 14 angeordnetes Gebläse 20 enthält, durch das das im Arbeitsraum 14 enthaltene Gas durch eine Leitung 22, die eine Aktivitätsmeßstelle 23, z. B. mit einer Ionisationskammer enthält, in eine Sorptions-Einrichtung 28 gefördert wird. (Der Begriff »Sorption« soll Adsorption und Absorption umfassen.)

Die Sorptions-Einrichtung 28 enthält zwei Sorptions- 50 gasförmigem T2 unter Druck. Das Ventil 78 wird in diekolonnen 28a, 28£>, deren Einlaß durch ein Ventil 24a sem Falle dann als Drosselventil benutzt, um den erfor- bzw. 246 wahlweise mit der Leitung 22 verbunden wer- derlichen Druck in der Einheit 88 zu erzeugen.

kammer 84 kann ähnlich wie es in F i g. 2 dargestellt ist,

gebrannten Kalk oder Gips enthalten, in dem das tritiumhaltige Wasser chemisch oder als Kristallwasser gebunden wird.

Gemäß F i g. 4 enthält die Einrichtung 66 als erstes eine Absorberkammer 86 zum Absorbieren von tritiumhaltigem Wasser durch ein Molekularsieb (z. B. Zeolith) durch Gips, gebrannten Kalk und dergl. und anschließend eine Absorptionseinheit 88 zur Absorption von

den kann. Die Auslässe der Sorptionskolonnen können über weitere Ventile 30a bzw. 30έ mit einer Leitung 34 Beim Betrieb der beschriebenen Anlage wird die Atmosphäre jedes einzelnen Arbeitsraumes 14 durch das

verbunden werden, die über eine weitere Aktivitäts- 55 entsprechend der Größe des Arbeitsraumes bemessene

meßstelle 38 mit einer Einlaßleitung 40 verbunden ist, die im Arbeitsraum 14 mündet. Die Auslässe der Sorptionskolonnen 28a, 286 können ferner über jeweils ein Ventil 32a bzw. 32b mit einer Leitung 36 verbunden werden. Die Leitung 36 ist über ein Absperrventil 42a mit einer Sammelleitung 44 verbunden, die zum Einlaß der gemeinsamen Gasbeseitigungseinheit 12 führt.

Die Sorptionskolonnen 28a, 286 sind jeweils mit einer zur Regenerierung dienenden Heizeinrichtung 46a, 46b versehen.

Die gemeinsame Gasbeseitigungseinheit 12 enthält eine Pumpenanordnung 50, deren Einlaß an die Sammelleitung 44 angeschlossen ist. Die Pumpenanordnung Gebläse 20 durch die eingeschaltete Sorptionskolonne 28a oder 28b umgewälzt. Die Kolonnen 28 sind so dimensioniert, daß ein Mehrfaches des gesamten Tritiuminventars an das Sorptionsmittel angelagert werden kann. Als Sorptionsmittel kann aktiviertes Palladiummetall auf Alpha-Aluminiumoxid-Trägermaterial verwendet werden. Die Kolonnenfüllung wird durch Ausheizen bei vermindertem Druck aktiviert. Dies geschieht vorzugsweise bei 200 bis 300° C und einem Druck von 10~³ bis 10~⁴ hPa. Die Ausheizdauer beträgt, je nach dem vorangegangenen Beladungsvorgang einige Stunden, im allgemeinen zwischen 2 und 6 Stunden. An dem Sorptionsmittel wird gasförmiges Tritium

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(T2) und tritiumhaltiger Wasserdampf (THO und T₂O) Bei Erschöpfung des Sorptionsmittels, z. B. der Koreversibel durch Adsorption bzw. Lösung gebunden. Im lonne 28a, kann die redundante Sorptionskolonne 286 Sorptionsmittel werden auch andere Stoffe aus dem um- so lange betrieben werden, bis die erste Sorptionskolongewälzten Gas, wie normaler Wasserdampf und Sauer- ne 28a regeneriert ist. Die zweite Sorptionskolonne stoff gebunden. Hierdurch ergeben sich eine raschere 5 kann also hinsichtlich der Kapazität kleiner ausgelegt Sättigung des Sorptionsmittels und kürzere Regenerie- werden, da sie im Prinzip nur während der Regenerierungsperioden, rung der »Hauptkolonne« benötigt wird.

Eine Folge einer Sauerstoffaufnahme durch das Sorp- Die gemeinsame Gasbeseitigungseinheit 12, die die tionsmittel ist die Umwandlung des adsorbierten Tri- Pumpenanordnung 50, den Behälter 60 und den Komtiums in THO bzw. T2O. Dieser Vorgang läuft teilweise 10 pressor 64 enthält, also die apparativ aufwendigsten bereits während des Absorptionsprozesses ab, die voll- Einheiten der Anlage, braucht nur ein einziges Mal vorständige Umsetzung erfolgt während des Aufheizens handen zu sein.

des Sorptionsmaterials beim Reaktivieren. Wenn vorwiegend tritiumhaltiges Wasser aus den Ar-Wenn das Sorptionsmittel in der Sorptionskolonne beitsräumen zu beseitigen ist, erfolgt die letztliche Be-28a bis zu einem gewissen Grade gesättigt ist, was durch 15 seitigung des Tritiums vorzugsweise nach dem Oxida-Vergleich der von 23 und 38 gemessenen Radioaktivitä- tion/Absorptions-Prinzip. Wenn jedoch hauptsächlich ten bestimmt wird, wird die Sorptionskolonne 28a aus gasförmiges T2 anfällt, hat das TROC-Verfahren (Bindern Kreislauf abgetrennt und dafür die Sorptionsko- dung des Tritiums an einer ungesättigten organischen lonne 286 eingeschaltet. Hierzu werden Ventile 24a und Verbindung) Vorteile.

30a geschlossen und dafür die Ventile 246 und 306 ge- 20 Wenn ausschließlich tritiumhaltiges Wasser zur Beöffnet. Die Ventile 32a und 326 sind geschlossen. seitigung vorliegt, was dann der Fall ist, wenn gleichzei-Die Regenerierung bzw. Reaktivierung des Sorp- tig mit Tritium auch O₂ an das Sorptionmittel gebunden tionsmittel in der Sorptionskolonne 28a erfolgt mittels wird, können auch andere Trocknungsmittel als MoIeder zentralen Gasbeseitigungseinheit 12. Hierzu werden kularsiebe, z. B. Kalk, Gips usw. in der Beseitigungseindie Ventile 32a und 42a geöffnet (die Ventile 426,42c,... 25 richtung verwendet werden.

sind geschlossen), die Heizeinrichtung 46a wird einge- Die Beseitigungseinrichtung 66 kann auch mehrere schaltet, die Pumpenanordnung 50 wird in Betrieb ge- verschiedene Beseitigungseinrichtungen, z. B. die gesetzt und das Ventil 56 wird geöffnet. Die Ventile 62 und maß Fig.2 bis 4, enthalten, die über entsprechende 72 bleiben geschlossen. Während des Aufheizens des Ventile wahlweise in den Kreislauf einschaltbar sind. Sorptionsmittels in der Kolonne 28a wird durch die Tür- 30

bomolekularpumpe 52 in der Kolonne 28a ein Vakuum Beispiel von mindestens 10~³ bis 10~⁴ hPa erzeugt und dadurch

die sorbierten Substanzen abtransportiert. Das von der Bei einem praktisch realisierten Ausführungsbeispiel

Hochvakuumpumpe 52 abgesaugte Gas wird durch die der Erfindung ist der Arbeitsraum 14 eine Glove-Box

Verdrängungspumpe 54 in den als Zwischenspeicher 35 mit einem Volumen von 6 m³ und He-Atmosphäre. Das

dienenden Behälter 60 gefördert. Die einen Heizmantel Gebläse 20 hat eine Förderleistung von 20 m³/h, so daß

bildende Heizeinrichtung 46a heizt das Sorptionsmittel, also die Atmosphäre der Glove-Box etwa dreimal in der

das bei der bevorzugten Ausführungsform aus aktivier- Stunde umgewälzt wird. Die Absorptionskolonne 28a

tem Palladiummetall auf Alpha-Aluminiumoxid-Träger- besteht aus einem zylindrischen Edelstahlrohr mit ei-

material besteht, auf etwa 200 bis 300° C auf. Wenn das 40 nem Durchmesser von 20 cm und einer Höhe von 2 m.

Sorptionsmittel regeneriert ist, werden die Ventile 32a, In diesem Rohr befinden sich zehn Körbe mit jeweils

42a sowie 56 geschlossen und die Pumpenanordnung 50 2 kg eines Pd/AbOa-Absorptionsmittels (0,5% Pd auf

wird abgestellt. Das im Behälter 60 enthaltene, tritium- Alpha-Al2O₃-Kugeln von 4 mm Durchmesser) auf

haltige Gasgemisch kann nun unter kontrollierten Be- Drahtgeflecht-Sieben angeordnet, insgesamt also 20 kg.

dingungen verarbeitet werden. Hierzu werden die Ven- 45 Dieses Absorptionsmittel wird vor dem Gebrauch akti-

tile 62,72, 76 sowie 78 geöffnet und die Pumpe 64 wird viert, indem es unter einem Vakuum von ΙΟ-⁴ hPa etwa

angestellt. Das Gasgemisch aus dem Behälter 60 wird 4 Stunden auf 220° C erhitzt wird. Dadurch werden alle

nun durch die Tritiumbeseitigungseinrichtung 66 zirku- Feuchtigkeitsspuren und Gase ausgetrieben,

liert, in der das Tritium und/oder tritiumhaltige Wasser Bei einem ersten Test wurden 600 ml H₂ in die Glove-

gebunden werden, was mittels des Aktivitäts-Meßgerä- 50 Box eingespritzt, was auf T₂ umgerechnet ca. 1500 Ci,

tes 70 überwacht wird. d. h. ungefähr 250 Ci/m³ entspricht und das Gebläse bei

Die gemeinsame Gasbeseitigungseinheit 12 kann abgekühltem Adsorbens in Betrieb genommen. Bereits

über die Ventile 426,42c... nach Bedarf an die anderen nach dreißigminütiger Betriebszeit konnte in der Glove-

individuellen Einheiten 106,10c,... angeschlossen wer- Box kein H₂ mehr nachgewiesen werden, was bedeutet,

den. 55 daß innerhalb dieser Zeit mehr als 99% der Anfangs-

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist eine Rei- konzentration durch Adsorption abgebaut wurde,

he wesentlicher Vorteile auf: Bei einem zweiten Versuch mit Tritium und THO

Die Sorptionskolonnen 28 können speziell an die in ergab sich, daß die Adsorption von T₂ zwar rascher

der zugehörigen Einheit 10 installierten Experimente verläuft als die von THO, letzteres wird jedoch auch

und Einrichtungen 16 angepaßt werden. Die Kapazität 60 noch mit ausreichender Schnelligkeit adsorbiert, so daß

der Sorptionskolonne wird entsprechend dem T-Inven- sich eine Restaktivität von nur wenigen μΟ/ηι³ in rela-

tar und dem Gefährdungspotential ausgelegt. Entspre- tiv kurzer Zeit erzielen läßt.

chendes gilt für das Gebläse 20, dessen Förderkapazität Bei einer Modifikation der oben beschriebenen AnIa-

entsprechend dem Volumen des zugehörigen Arbeits- ge ist die Gasbeseitigungseinheit mit den Einheiten 10a, raumes 14 ausgelegt werden kann. 65 106,... nicht fest verbunden, sondern als fahrbare Ein-

Über die Sammelleitung 44 können beliebig viele in- heit ausgebildet, die nach Bedarf zu den verschiedenen

dividuelle Einheiten an die zentrale oder gemeinsame Einheiten 10 gefahren und über eine entsprechende

Gasbeseitigungseinheit 12 angeschlossen werden. Rohrleitungskupplung an diejenige Einheit 10 ange-

schlossen werden kann, deren Sorptionseinrichtung gerade zu regenerieren ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

1 2 mosphäre (Luft, der der Sauerstoff und/oder etwaige Patentansprüche: Feuchtigkeit entzogen worden sind) oder ein Inertgas, wie ein Edelgas, enthalten.

1. Vorrichtung zur Reinigung der Gasatmosphä- Die in den Arbeitsräumen installierten Experimente ren mehrerer getrennter geschlossener Arbeitsräu- 5 oder Betriebseinrichtungen weisen im allgemeinen some durch Entfernung schädlicher, insbesondere ra- wohl unterschiedliche Tritiuminventare als auch unterdioaktiver Gase, wie Tritium, mit einem eine Um- schiedliche Gefährdungspotentiale auf. Beispiele solwälzpumpe enthaltenden individuellen Gaskreislauf eher unterschiedlicher Einrichtungen sind ganzmetallifür jeden Arbeitsraum, dadurch gekenn- sehe Apparaturen, Systeme mit offener Probeentnahme, zeichnet, daß jeder Gaskreislauf eine regene- io Elektrolysierzellen mit hoher Wahrscheinlichkeit der rierbare Einrichtung (28) zum Abtrennen und tem- Freisetzung von tritiertem Yasserdampf, temperierte porären Zwischenspeichern der zu entfernenden Metallgetter, bei denen T-Permeation oder Leckage Gase sowie eine Einrichtung (46) zum Freisetzen der auftreten können, um nur einige Beispiele zu nennen, zwischengespeicherten Gase enthält, und daß eine Aus Sicherheitsgründen wird die Atmosphäre solcher gemeinsame Gasbeseitigungseinheit (12) vorgese- 15 geschlossener Arbeitsräume laufend überwacht und hen ist, die wahlweise an die Abtrennungs- und Zwi- durch Vorrichtungen zur Tritiumentfernung verarbeischenspeichereinrichtung jedes Arbeitsraumgas- tet, wobei sowohl sogenannte Normal-Freisetzungen kreislaufes anschließbar ist und eine Vakuumpum- (Freisetzung von Tritium durch Permeation, Leckage, penanordnung (50) zum Absaugen der in der gerade Wartung, Probenentnahme) als auch Störfall-Freisetangeschlossenen Einrichtung (28) freigesetzten 20 zungen (schlagartige Freisetzung des gesamten Tritium-Gase, einen Behälter zur Aufnahme der abgesaugten Inventars) in Betracht gezogen werden müssen.

Gase sowie eine mit dem Behälter verbundene Ein- Es ist bekannt, jeden geschlossenen Arbeitsraum mit

richtung zum Binden der zu entfernenden Gase ent- einer eigenen Vorrichtung zur Tritiumbeseitigung zu

hält. versehen, die an die jeweiligen Verhältnisse individuell

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 25 angepaßt ist, d. h. z. B. hinsichtlich Durchsatz, T-Aufnahzeichnet, daß die regenerierbare Einrichtung (28) ei- mevermögen, Wartungsintervall und Gefährdungspone regenerierbare Tritium-Sorptionseinrichtung ist, tential für den betreffenden Arbeitsraum und die in ihm und daß die gemeinsame Gasbeseitigungseinheit enthaltenen Experimentier- und Betriebseinrichtungen (12) eine Einrichtung (66) zum Binden von tritium- speziell ausgelegt ist. Diese Lösung ist jedoch sehr aufhaltigen Bestandteilen der abgesaugten Gase ent- 30 wendig, da für jeden Arbeitsraum eigene Gebläse, Komhält. pressoren, Reaktoren, Absorbtionsstrecken, Filter,

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Wärmetauscher, Regel- und Steuerorgane usw. vorgezeichnet, daß die regenerierbare Tritium-Sorptions- sehen werden müssen.

einrichtung ein durch Erhitzen regenerierbares Der apparative Aufwand läßt sich durch ein zentrales

Sorptionsmittel enthält. 35 Tritium-Beseitigungssystem verringern, welches an

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- mehrere oder alle geschlossenen Arbeitsräume des Lazeichnet, daß die Umwälzpumpe (20) innerhalb des bors angeschlossen ist. Ein solches zentrales System Arbeitsraumes (14) angeordnet ist. muß dann aber den Bedingungen aller Arbeitsräume

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- genügen, und zwar sowohl hinsichtlich der Atmosphäre, zeichnet, daß die Pumpenanordnung (50) der ge- 40 ζ. B. Luft, Inertgas, Edelgas, mit oder ohne Sauerstoff, meinsamen Gasbeseitigungseinheit (12) eine ölfreie mit oder ohne Feuchtigkeit), hinsichtlich der Druckver-Hochvakuumpumpe (52) und eine dieser nachge- hältnisse (Überdruck, Unterdruck, Atmosphärendruck, schaltete ölfreie Verdrängungspumpe (54) enhält. niederer oder hoher Durchsatz), hinsichtlich des Ge-

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- fährdungspotentials (Art des Experiments und des äußezeichnet, daß der Behälter (60) der gemeinsamen 45 ren Einschlusses (wie metallisch, offen usw.) und hin-Gasbeseitigungseinheit (12) und die Einrichtung (66) sichtlich des Tritiuminventars (Menge absolut gerechzum Binden der zu beseitigenden Gase in Reihe mit net, Aggregatzustand — wie gasförmig oder an feste einer Pumpe (64) in einen Gaskreislauf geschaltet oder flüssige Stoffe gebunden usw.). Hieraus folgt, daß sind. ein zentrales System mit den unterschiedlichsten Be-

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 50 triebszuständen gefahren werden muß. Die Anzahl der zeichnet, daß die gemeinsame Gasbeseitigungsein- Regel- und Steuerorgane für Druck, Temperatur, heit (12) mehrere verschiedene, wahlweise einschalt- Durchsatz, Zusatzgas-Dosierung usw. steigt dadurch bare Einrichtung zum Binden der zu beseitigenden, drastisch an und für die Lüfter, Gebläse und Kompresinsbesondere tritiumhaltigen Gasbestandteile ent- soren sind große Durchsatz- und Druckbereiche erforhält. 55 derlich. Die Steuerung von Katalysatoröfen, die Dimensionierung von Absorbtionsstrecken, Bemessung von

Filtern und Abschneidern müssen weite, verfahrenstechnisch nur schwierig abzudeckende Bereiche umfassen. Ein zentrales System ist daher komplex und unüber-

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung 60 sichtlich, die Sicherheitsbedingungen sind schwer zu gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. überblicken und werden dadurch leicht unrealistisch an-

In größeren Tritiumlabors gibt es die verschiedensten gesetzt, Störfälle und Systemausfälle sind schwer be-Experimentiereinrichtungen, die jeweils in einem eige- herrschbar.

nen geschlossenen Arbeitsraum (»Containment«), wie Ähnliche Probleme treten auch bei anderen Anlagen

einer Glove-Box, einem Caisson oder dergl. unterge- 65 auf, in denen radioaktive Gase aus getrennten Arbeitsbracht sind. Diese Arbeitsräume werden zum Teil mit räumen entfernt werden müssen. Atmosphärendruck, zum Teil mit Unterdruck betrieben, Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-

sie können gewöhnliche Luft oder eine gereinigte At- gründe, eine Vorrichtung für mehrere geschlossene Ar-