Cu/Cu2O參比電極LBE氧傳感器的性能研究

朱卉平 張 瑜 趙云淦 劉旭東 常寶琛 李小波牛風雷 馬 雁 趙 平

1（華北電力大學 北京 102206）

2（國核電力規劃設計研究院有限公司 北京 100095）

3（中國原子能科學研究院 北京 102413）

4（平頂山工業職業技術學院 平頂山 467000）

鉛鉍共晶合金具有較高的沸點、良好的中子學性能、優良的抗輻照性能、傳熱性能和安全性能，是鉛冷快堆（Lead-cooled Fast Reactor，LFR）和加速器驅動次臨界反應系統（Accelerator Driven System，ADS）中重要的冷卻劑材料候選［1-2］。液態鉛鉍合金（Lead Bismuth Eutectic，LBE）中的溶解氧濃度是決定結構材料腐蝕行為的重要參數。研究表明：當LBE 中的氧濃度處于10-8～10-6wt.%時，結構材料表面能夠形成一層致密穩定的氧化膜，從而有效防止結構材料的進一步腐蝕［3］。目前，LBE 中的氧濃度控制技術已經成為LFR 和ADS 發展過程中的核心問題之一，而可靠的LBE氧濃度測量技術是LBE中氧濃度有效控制的關鍵。

目前，國內外已有多家研究機構開展了LBE氧傳感器的相關研究［4-10］，其采用的固態電解質和電極引線材料基本一致，主要差別在于參比電極的選擇。目前，已有的候選參比電極，包括Pt/air、Bi/Bi2O3、Cu/Cu2O、In/In2O3和Fe/Fe3O4等，其中Pt/air 和Bi/Bi2O3是目前研究最多的兩種參比電極，它們在氧濃度測試的穩定性和可靠性方面都已得到了證實。然而，兩種參比電極在實際應用中仍存在一定的局限性。Pt/air參比電極最低使用溫度過高（400°C），且內部與空氣聯通，在破漏情況下存在被測環境放射性物質泄漏的風險；Bi/Bi2O3最低應用溫度約為300°C，但金屬Bi熱膨脹系數較高，在降溫時易產生應力，導致固態電解質破損，從而引起傳感器失效。而Cu/Cu2O由于具有較低的應用溫度下限和良好的測試穩定性，是目前LBE氧傳感器參比電極研發的重要候選材料。……