飽和氧濃度鉛鉍合金中Bi/Bi2O3型氧傳感器性能測試與研究

許裕恒，牛風雷，張 瑜，趙云淦

(華北電力大學 核科學與工程學院，北京 102206)

液態鉛鉍合金作為鉛基快堆的冷卻劑雖然具有諸多優點，但液態鉛鉍合金對反應堆結構材料具有腐蝕性，危害反應堆安全[1,2]。研究表明，將液態鉛鉍合金中的氧濃度控制在一定范圍內能有效避免LBE對結構材料的腐蝕又不至于在回路中形成多余氧化鉛殘渣[3]。為了控制LBE中的氧濃度，必須準確測量LBE中的氧濃度[4]。中國科學院FDS團隊、法國原子能和替代能源委員會(CEA)、比利時核能研究中心(SCK)、德國卡爾斯魯厄理工學院(KIT)、美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)等都已開展相關液態鉛鉍合金(LBE)中氧濃度測量裝置的研究工作[5,7,14]。以Bi/Bi2O3作為參比電極的氧傳感器由于其能夠減少事故發生時放射性氣體泄漏概率，且具有更廣的測溫范圍，更高的精度，是諸多氧傳感器中應用較為廣泛的一種[6,7]。但Bi/Bi2O3傳感器在低于350 ℃的溫度區間使用時，精度會明顯下降[8]，國內對Bi/Bi2O3傳感器的研究還處于起步階段，Bi/Bi2O3氧傳感器的穩定性、響應性、準確性還需進一步研究[9,10]。本文選用的是自主研制的參比電極為Bi/Bi2O3的氧傳感器，在華北電力大學核學院成功搭建的池式液態鉛鉍合金固態氧控實驗平臺上進行相關傳感器性能研究[11]，研究了傳感器在300～500 ℃溫度區間溫度連續變化時的響應性、穩定性和準確性。

1 實驗裝置

1.1 傳感器結構

傳感器結構如圖1所示，氧傳感器由外殼、固態電解質、參比電極、電極引線組成。固態電解質為氧化釔穩定氧……