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NUCLEAR ENERGY MATERIALS FOR NUCLEAR APPLICATIONS CMAST (Computational MAterials Science & Technology) Virtual Lab www.afs.enea.it/project/cmast Surface oxidation can be used to protect the steel from dissolution (Active Oxygen Control): maintaining a low level of oxygen in the liquid lead allow the formation of a protective oxide layer on the steel surface thus eliminating the direct contact between the steel and liquid lead. Active Oxygen Control was found to work at relatively low temperatures but for temperatures above 500°C severe corrosion attack are observed both in austenitic and F/M steels with the formation of thick oxide layers, which may spall off periodically leaving the steel surface exposed to the coolant. The A15 phase Nb 3 Sn compound1 is currently being used in a variety of large- scale scientific projects employing high field superconducting magnets (above 10 T), including ITER (the International Thermonuclear Experimental Reactor). In these high-field magnets, the mechanical loads during cooldown (due to different thermal contractions) and operation (due to Lorentz forces) can be very large, and since the superconducting properties of Nb3Sn strongly depend on strain8–11, an overall performance degradation can take place. Some parts inside the TOKAMAK, facing the plasma, are made of Tungsten. European efforts are aimed to strengthen Tungsten to reduce its fragility. This is achieved alloying Tungsten with several other metals. Modeling studies are used to test several alloying compositions to find the optimal atomic configuration. The phonon dispersion curves and electronic band structures along different high-symmetry directions in the Brillouin zone were calculated, at different levels of applied strain, e, both on the compressive and the tensile side. Starting from the calculated averaged phonon frequencies and electron-phonon coupling, the superconducting characteristic critical temperature of the material, Tc, has been calculated by means of the Allen-Dynes modification of the McMillan formula. As a result, the characteristic bell-shaped Tc vs. e curve, with a maximum at zero intrinsic strain, and with a slight asymmetry between the tensile and compressive sides, has been obtained. These first-principle calculations thus show that the strain sensitivity of Nb 3 Sn has a microscopic and intrinsic origin, originating from shifts in the Nb 3 Sn critical surface. Crystalline Tungsten with a substitutional element Re, V and Ta (atom in red). Quantum atomic scale simulation are used to perform tensile test Total energy calculations to compute Lattice parameters; B bulk modulus;, Enthalpy of atomization; Formation energies of defects; Binding energies of defect clusters; Ideal tensile strength. Good agreement between experiments and modeling. There is a range of of oxygen concentration in which the corrosion is at a minimum We performed several iron-lead-oxygen simulations at the same T= 750°C but with different oxygen contents: 340 atoms (0.0583 wt%), 450 atoms (0.0771 wt%) 674 atoms (0.1152 wt%), 906 atoms (0.1552 wt%), 1132 atoms (0.1938 wt%), 1348 atoms (0.2307 wt%) Experiment Modeling LIQUID LEAD CORROSION OF IRON Authors: A. Arkundato Z. Su’ud, M. Abdullah, W. Sutrisno (Univ. Bandung Indonesia), M. Celino (ENEA) STRAIN SENSITIVITY AND SUPERCOMPUTING PROPERTIES OF Nb 3 Sn Authors: G. De Marzi, L. Morici, L. Muzzi, A. della Corte, ENEA M. Buongiorno Nardelli, Denton (USA) MECHANICAL PROPERTIES OF TUNGSTEN AND ITS ALLOYS Authors: S. Giusepponi, M. Celino, ENEA PROJECTS: • EERA, European Energy Research Alliance: Joint Programme on Nuclear Materials (EERA-NM) PROJECTS: • EURATOM-ENEA Association for the nuclear fusion development PROJECTS: • EFDA, European Fusion Development Agreement. Activity Integrated Radiation Effects Modelling and Experimental Validation Iron atoms = 10745 lead atoms = 40685 (123 123 123) Å3 Tensile tests Tungsten 1 substitution 2 substitutions nearest neighbor Ideal tensile strength Bulk modulus 2 substitutions second nearest neighbor 3 substitutions nearest neighbor INVESTIAMO NEL FUTURO Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile UNIONE EUROPEA Fondo europeo di sviluppo regionale

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NUCLEAR ENERGYMaterials for nuclear applications

CMAST (Computational MAterials Science & Technology) Virtual Labwww.afs.enea.it/project/cmast

Surface oxidation can be used to protect the steel from dissolution (Active Oxygen Control): maintaining a low level of oxygen in the liquid lead allow the formation of a protective oxide layer on the steel surface thus eliminating the direct contact between the steel and liquid lead.

Active Oxygen Control was found to work at relatively low temperatures but for temperatures above 500°C severe corrosion attack are observed both in austenitic and F/M steels with the formation of thick oxide layers, which may spall off periodically leaving the steel surface exposed to the coolant.

The A15 phase Nb3Sn compound1 is currently being used in a variety of large-

scale scientific projects employing high field superconducting magnets (above 10 T), including ITER (the International Thermonuclear Experimental Reactor). In these high-field magnets, the mechanical loads during cooldown (due to different

thermal contractions) and operation (due to Lorentz forces) can be very large, and since the superconducting properties of Nb3Sn strongly depend on strain8–11, an overall performance degradation can take place.

Some parts inside the TOKAMAK, facing the plasma, are made of Tungsten. European efforts are aimed to strengthen Tungsten to reduce its fragility. This is achieved alloying Tungsten with several other metals. Modeling studies are used to test several alloying compositions to find the optimal atomic configuration.

The phonon dispersion curves and electronic band structures along different high-symmetry directions in the Brillouin zone were calculated, at different levels of applied strain, e, both on the compressive and the tensile side. Starting from the calculated averaged phonon frequencies and electron-phonon coupling, the superconducting characteristic critical temperature of the material,

Tc, has been calculated by means of the Allen-Dynes modification of the McMillan formula. As a result, the characteristic bell-shaped Tc vs. e curve, with a maximum at zero intrinsic strain, and with a slight asymmetry between the tensile and compressive sides, has been obtained. These first-principle calculations thus show that the strain sensitivity of Nb

3Sn has a microscopic and

intrinsic origin, originating from shifts in the Nb3Sn critical surface.

Crystalline Tungsten with a substitutional element Re, V and Ta (atom in red). Quantum atomic scale simulation are used to perform tensile test

Total energy calculations to compute Lattice parameters; B bulk modulus;, Enthalpy of atomization; Formation energies of defects; Binding energies of defect clusters; Ideal tensile strength.

Good agreement between experiments and modeling. there is a range of of oxygen concentration in which the corrosion is at a minimum

We performed several iron-lead-oxygen simulations at the same t= 750°c but with different oxygen contents:340 atoms (0.0583 wt%), 450 atoms (0.0771 wt%)674 atoms (0.1152 wt%), 906 atoms (0.1552 wt%),1132 atoms (0.1938 wt%), 1348 atoms (0.2307 wt%)

experiment

Modeling

LiqUid LEAd CoRRosioN of iRoNAuthors: A. Arkundato Z. Su’ud, M. Abdullah, W. Sutrisno (Univ. Bandung Indonesia), M. Celino (ENEA)

stRAiN sENsitivitY ANd sUpERCompUtiNG pRopERtiEs of Nb3snAuthors: G. De Marzi, L. Morici, L. Muzzi, A. della Corte, ENEAM. Buongiorno Nardelli, Denton (USA)

mEChANiCAL pRopERtiEs of tUNGstENANd its ALLoYsAuthors: S. Giusepponi, M. Celino, ENEA

proJects:• EERA, European Energy Research Alliance: Joint Programme on Nuclear Materials (EERA-NM)

proJects:• EURATOM-ENEA Association for the nuclear fusion development

proJects:• EFDA, European Fusion Development Agreement. Activity Integrated Radiation Effects

Modelling and Experimental Validation

iron atoms = 10745 lead atoms = 40685(123 123 123) Å3

tensile tests tungsten 1 substitution 2 substitutions nearest neighbor

ideal tensile strength Bulk modulus

2 substitutions second nearest neighbor

3 substitutions nearest neighbor

i n V e s t i a M o n e l f u t u r o

12 marzo 2014CENTRO RICERCHE ENEA PORTICI

Piazzale Enrico Fermi, 1 - Località Granatello - portici (NA)

Il giorno 12 marzo 2014, presso il Centro Ricerche ENEA di Portici, avrà luogo l’evento di inaugurazione del nuovo supercalcolatore CRESCO4. Realizzato nell’ambito del progetto PON 2007-2013 “TEDAT - Centro di Eccellenza per le Tecnologie e la Diagnostica Avanzata nel settore dei Trasporti”, CRESCO4 ha l’obiettivo di offrire una risorsa computazionale di alto livello alla comunità scientifica e al mondo produttivo, mettendo a disposizione dell’utenza sistemi avanzati di calcolo ad alte prestazioni per la modellistica, integrati in un’architettura distribuita e corredati da strumenti per la grafica avanzata. Supporta molteplici attività di Ricerca e Sviluppo, sia nei settori istituzionali dell’Agenzia, sia in collaborazione con altri enti nazionali e internazionali e con il sistema produttivo del Paese. Il nuovo supercalcolatore aggiorna il complesso delle infrastrutture di calcolo dell’ENEA, fornendo prestazioni cinque volte superiori a quelle dei sistemi già disponibili.L’evento si articolerà in un workshop con interventi di taglio sia istituzionale che tecnico, al quale seguirà la visita alle nuove infrastrutture di calcolo e una sessione poster sulle più recenti attività di ricerca svolte mediante l’infrastruttura di supercalcolo.Sarà possibile seguire l'evento in diretta streaming dal sito http://www.utict.enea.it.

PROGRAMMA

INAUGURAZIONE DEL SUPERCALCOLATORE

CRESCO

9:00 Registrazione partecipanti e welcome co�ee

9:45 Apertura dei lavori Giovanni Lelli, Commissario ENEA

Prima sessione INTERVENTI ISTITUZIONALI

10:00 Marco Rossi Doria, Sottosegretario di Stato all’Istruzione, all’Università e alla Ricerca

10:10 Fabrizio Cobis, Autorità di Gestione del Programma Operativo Nazionale “Ricerca, Sviluppo, Alta Formazione 2007-2013”, MIUR

10:20 Guido Trombetti, Vice Presidente Giunta Regione Campania, Assessore per Università, Ricerca Scienti�ca, Statistica, Sistemi Informativi e Informatica

10:30 Gaetano Ca�ero, Presidente Sezione ICT dell’Unione Industriali di Napoli

Seconda sessione RELAZIONI TECNICHE

10:40 Il Progetto Tedat Leander Tapfer, Responsabile Unità Tecnica Tecnologie dei Materiali Brindisi, ENEA

10:50 Il Sistema Hpc CRESCO4 Giovanni Bracco, Responsabile Laboratorio Infrastrutture per il Calcolo Scienti�co, ENEA

11:05 Where The World Stands on Supercomputing Jack Dongarra, Distinguished Professor University of Tennessee Department of Electrical Engineering and Computer Science, Director of the Innovative Computing Laboratory, Director of the Center for Information Technology Research

11:30 Co�ee Break

12:00 I bene�ci competitivi della collaborazione tra AVIO ed ENEA nel settore dei lanciatori Paolo Bellomi, Direttore Tecnico, AVIO

12:10 Computazione delle topologie e dinamiche delle reti complesse Inmaculada Leyva, Complex Systems Group, Universidad Rey Juan Carlos, Laboratory of Biological Networks, Centre for Biomedical Technology, Madrid

12:30 La modellistica molecolare per il design dei materiali Massimo Celino, Unità Tecnica Tecnologie dei Materiali, Laboratorio Metodologie Diagnostiche, ENEA

12:45 Supercalcolo a basso costo per il progresso tecnico/scienti�co dell'Italia Vincenzo Nuti, E4 Computer Engineering

Conclusioni

13:00 Silvio Migliori, Responsabile Unità Tecnica Sviluppo Sistemi per l'Informatica e l'ICT, ENEA

13:15 Inaugurazione e visita SALA CALCOLO

13:30 Sessione poster | Proiezione modelli 3D | Fruizione remota del microscopio a ioni di elio del Centro Ricerche ENEA di Brindisi

UNIONE EUROPEAFondo europeo di sviluppo regionale

Agenzia nazionale per le nuove tecnologie,l’energia e lo sviluppo economico sostenibile

invest iamo nel  vostro futuro

12 marzo 2014CENTRO RICERCHE ENEA PORTICI

Piazzale Enrico Fermi, 1 - Località Granatello - portici (NA)

Il giorno 12 marzo 2014, presso il Centro Ricerche ENEA di Portici, avrà luogo l’evento di inaugurazione del nuovo supercalcolatore CRESCO4. Realizzato nell’ambito del progetto PON 2007-2013 “TEDAT - Centro di Eccellenza per le Tecnologie e la Diagnostica Avanzata nel settore dei Trasporti”, CRESCO4 ha l’obiettivo di offrire una risorsa computazionale di alto livello alla comunità scientifica e al mondo produttivo, mettendo a disposizione dell’utenza sistemi avanzati di calcolo ad alte prestazioni per la modellistica, integrati in un’architettura distribuita e corredati da strumenti per la grafica avanzata. Supporta molteplici attività di Ricerca e Sviluppo, sia nei settori istituzionali dell’Agenzia, sia in collaborazione con altri enti nazionali e internazionali e con il sistema produttivo del Paese. Il nuovo supercalcolatore aggiorna il complesso delle infrastrutture di calcolo dell’ENEA, fornendo prestazioni cinque volte superiori a quelle dei sistemi già disponibili.L’evento si articolerà in un workshop con interventi di taglio sia istituzionale che tecnico, al quale seguirà la visita alle nuove infrastrutture di calcolo e una sessione poster sulle più recenti attività di ricerca svolte mediante l’infrastruttura di supercalcolo.Sarà possibile seguire l'evento in diretta streaming dal sito http://www.utict.enea.it.

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INAUGURAZIONE DEL SUPERCALCOLATORE

CRESCO

9:00 Registrazione partecipanti e welcome co�ee

9:45 Apertura dei lavori Giovanni Lelli, Commissario ENEA

Prima sessione INTERVENTI ISTITUZIONALI

10:00 Marco Rossi Doria, Sottosegretario di Stato all’Istruzione, all’Università e alla Ricerca

10:10 Fabrizio Cobis, Autorità di Gestione del Programma Operativo Nazionale “Ricerca, Sviluppo, Alta Formazione 2007-2013”, MIUR

10:20 Guido Trombetti, Vice Presidente Giunta Regione Campania, Assessore per Università, Ricerca Scienti�ca, Statistica, Sistemi Informativi e Informatica

10:30 Gaetano Ca�ero, Presidente Sezione ICT dell’Unione Industriali di Napoli

Seconda sessione RELAZIONI TECNICHE

10:40 Il Progetto Tedat Leander Tapfer, Responsabile Unità Tecnica Tecnologie dei Materiali Brindisi, ENEA

10:50 Il Sistema Hpc CRESCO4 Giovanni Bracco, Responsabile Laboratorio Infrastrutture per il Calcolo Scienti�co, ENEA

11:05 Where The World Stands on Supercomputing Jack Dongarra, Distinguished Professor University of Tennessee Department of Electrical Engineering and Computer Science, Director of the Innovative Computing Laboratory, Director of the Center for Information Technology Research

11:30 Co�ee Break

12:00 I bene�ci competitivi della collaborazione tra AVIO ed ENEA nel settore dei lanciatori Paolo Bellomi, Direttore Tecnico, AVIO

12:10 Computazione delle topologie e dinamiche delle reti complesse Inmaculada Leyva, Complex Systems Group, Universidad Rey Juan Carlos, Laboratory of Biological Networks, Centre for Biomedical Technology, Madrid

12:30 La modellistica molecolare per il design dei materiali Massimo Celino, Unità Tecnica Tecnologie dei Materiali, Laboratorio Metodologie Diagnostiche, ENEA

12:45 Supercalcolo a basso costo per il progresso tecnico/scienti�co dell'Italia Vincenzo Nuti, E4 Computer Engineering

Conclusioni

13:00 Silvio Migliori, Responsabile Unità Tecnica Sviluppo Sistemi per l'Informatica e l'ICT, ENEA

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13:30 Sessione poster | Proiezione modelli 3D | Fruizione remota del microscopio a ioni di elio del Centro Ricerche ENEA di Brindisi

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Piazzale Enrico Fermi, 1 - Località Granatello - portici (NA)

Il giorno 12 marzo 2014, presso il Centro Ricerche ENEA di Portici, avrà luogo l’evento di inaugurazione del nuovo supercalcolatore CRESCO4. Realizzato nell’ambito del progetto PON 2007-2013 “TEDAT - Centro di Eccellenza per le Tecnologie e la Diagnostica Avanzata nel settore dei Trasporti”, CRESCO4 ha l’obiettivo di offrire una risorsa computazionale di alto livello alla comunità scientifica e al mondo produttivo, mettendo a disposizione dell’utenza sistemi avanzati di calcolo ad alte prestazioni per la modellistica, integrati in un’architettura distribuita e corredati da strumenti per la grafica avanzata. Supporta molteplici attività di Ricerca e Sviluppo, sia nei settori istituzionali dell’Agenzia, sia in collaborazione con altri enti nazionali e internazionali e con il sistema produttivo del Paese. Il nuovo supercalcolatore aggiorna il complesso delle infrastrutture di calcolo dell’ENEA, fornendo prestazioni cinque volte superiori a quelle dei sistemi già disponibili.L’evento si articolerà in un workshop con interventi di taglio sia istituzionale che tecnico, al quale seguirà la visita alle nuove infrastrutture di calcolo e una sessione poster sulle più recenti attività di ricerca svolte mediante l’infrastruttura di supercalcolo.Sarà possibile seguire l'evento in diretta streaming dal sito http://www.utict.enea.it.

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10:10 Fabrizio Cobis, Autorità di Gestione del Programma Operativo Nazionale “Ricerca, Sviluppo, Alta Formazione 2007-2013”, MIUR

10:20 Guido Trombetti, Vice Presidente Giunta Regione Campania, Assessore per Università, Ricerca Scienti�ca, Statistica, Sistemi Informativi e Informatica

10:30 Gaetano Ca�ero, Presidente Sezione ICT dell’Unione Industriali di Napoli

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10:40 Il Progetto Tedat Leander Tapfer, Responsabile Unità Tecnica Tecnologie dei Materiali Brindisi, ENEA

10:50 Il Sistema Hpc CRESCO4 Giovanni Bracco, Responsabile Laboratorio Infrastrutture per il Calcolo Scienti�co, ENEA

11:05 Where The World Stands on Supercomputing Jack Dongarra, Distinguished Professor University of Tennessee Department of Electrical Engineering and Computer Science, Director of the Innovative Computing Laboratory, Director of the Center for Information Technology Research

11:30 Co�ee Break

12:00 I bene�ci competitivi della collaborazione tra AVIO ed ENEA nel settore dei lanciatori Paolo Bellomi, Direttore Tecnico, AVIO

12:10 Computazione delle topologie e dinamiche delle reti complesse Inmaculada Leyva, Complex Systems Group, Universidad Rey Juan Carlos, Laboratory of Biological Networks, Centre for Biomedical Technology, Madrid

12:30 La modellistica molecolare per il design dei materiali Massimo Celino, Unità Tecnica Tecnologie dei Materiali, Laboratorio Metodologie Diagnostiche, ENEA

12:45 Supercalcolo a basso costo per il progresso tecnico/scienti�co dell'Italia Vincenzo Nuti, E4 Computer Engineering

Conclusioni

13:00 Silvio Migliori, Responsabile Unità Tecnica Sviluppo Sistemi per l'Informatica e l'ICT, ENEA

13:15 Inaugurazione e visita SALA CALCOLO

13:30 Sessione poster | Proiezione modelli 3D | Fruizione remota del microscopio a ioni di elio del Centro Ricerche ENEA di Brindisi

UNIONE EUROPEAFondo europeo di sviluppo regionale

Agenzia nazionale per le nuove tecnologie,l’energia e lo sviluppo economico sostenibile

invest iamo nel  vostro futuro

12 marzo 2014CENTRO RICERCHE ENEA PORTICI

Piazzale Enrico Fermi, 1 - Località Granatello - portici (NA)

Il giorno 12 marzo 2014, presso il Centro Ricerche ENEA di Portici, avrà luogo l’evento di inaugurazione del nuovo supercalcolatore CRESCO4. Realizzato nell’ambito del progetto PON 2007-2013 “TEDAT - Centro di Eccellenza per le Tecnologie e la Diagnostica Avanzata nel settore dei Trasporti”, CRESCO4 ha l’obiettivo di offrire una risorsa computazionale di alto livello alla comunità scientifica e al mondo produttivo, mettendo a disposizione dell’utenza sistemi avanzati di calcolo ad alte prestazioni per la modellistica, integrati in un’architettura distribuita e corredati da strumenti per la grafica avanzata. Supporta molteplici attività di Ricerca e Sviluppo, sia nei settori istituzionali dell’Agenzia, sia in collaborazione con altri enti nazionali e internazionali e con il sistema produttivo del Paese. Il nuovo supercalcolatore aggiorna il complesso delle infrastrutture di calcolo dell’ENEA, fornendo prestazioni cinque volte superiori a quelle dei sistemi già disponibili.L’evento si articolerà in un workshop con interventi di taglio sia istituzionale che tecnico, al quale seguirà la visita alle nuove infrastrutture di calcolo e una sessione poster sulle più recenti attività di ricerca svolte mediante l’infrastruttura di supercalcolo.Sarà possibile seguire l'evento in diretta streaming dal sito http://www.utict.enea.it.

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CRESCO

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9:45 Apertura dei lavori Giovanni Lelli, Commissario ENEA

Prima sessione INTERVENTI ISTITUZIONALI

10:00 Marco Rossi Doria, Sottosegretario di Stato all’Istruzione, all’Università e alla Ricerca

10:10 Fabrizio Cobis, Autorità di Gestione del Programma Operativo Nazionale “Ricerca, Sviluppo, Alta Formazione 2007-2013”, MIUR

10:20 Guido Trombetti, Vice Presidente Giunta Regione Campania, Assessore per Università, Ricerca Scienti�ca, Statistica, Sistemi Informativi e Informatica

10:30 Gaetano Ca�ero, Presidente Sezione ICT dell’Unione Industriali di Napoli

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10:40 Il Progetto Tedat Leander Tapfer, Responsabile Unità Tecnica Tecnologie dei Materiali Brindisi, ENEA

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11:05 Where The World Stands on Supercomputing Jack Dongarra, Distinguished Professor University of Tennessee Department of Electrical Engineering and Computer Science, Director of the Innovative Computing Laboratory, Director of the Center for Information Technology Research

11:30 Co�ee Break

12:00 I bene�ci competitivi della collaborazione tra AVIO ed ENEA nel settore dei lanciatori Paolo Bellomi, Direttore Tecnico, AVIO

12:10 Computazione delle topologie e dinamiche delle reti complesse Inmaculada Leyva, Complex Systems Group, Universidad Rey Juan Carlos, Laboratory of Biological Networks, Centre for Biomedical Technology, Madrid

12:30 La modellistica molecolare per il design dei materiali Massimo Celino, Unità Tecnica Tecnologie dei Materiali, Laboratorio Metodologie Diagnostiche, ENEA

12:45 Supercalcolo a basso costo per il progresso tecnico/scienti�co dell'Italia Vincenzo Nuti, E4 Computer Engineering

Conclusioni

13:00 Silvio Migliori, Responsabile Unità Tecnica Sviluppo Sistemi per l'Informatica e l'ICT, ENEA

13:15 Inaugurazione e visita SALA CALCOLO

13:30 Sessione poster | Proiezione modelli 3D | Fruizione remota del microscopio a ioni di elio del Centro Ricerche ENEA di Brindisi

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