ジルコニア固体電解質を用いた酸素センサの起電力に及ぼす中性子照射効果

Effect of neutron irradiation on electromotive force of oxygen sensor using zirconia solid electrolyte

日浦 寛雄*; 山浦 高幸 ; 本橋 嘉信*; 小檜山 守*

Hiura, Nobuo*; Yamaura, Takayuki; Motohashi, Yoshinobu*; Kobiyama, Mamoru*

原子炉燃料中の酸素ポテンシャルの炉内測定を可能とする酸素センサの開発を行った。本センサは、CaOで安定化したジルコニア電解質の両側に標準極と測定極を接触させて酸素濃淡電池を構成し、発生する起電力から測定極となる燃料中の酸素ポテンシャルを推定する。本開発試験では、センサ標準極にNi/NiO, 測定極には燃料の代わりにFe/FeOを用いることとし、さらに長寿命化対策を考慮してセンサを設計・試作して、その起電力特性を炉外試験及びJMTRでの照射下その場試験において調べた。炉外試験では、700 1000間の温度変化に対する起電力の温度依存性は理論値とほぼ一致し、起電力経時変化は800一定の下で980hにわたり4%以内であった。照射下その場試験では、高速中性子(E1 MeV)照射量8.010 m(照射時間1650h)までの700 900間の温度変化に対する起電力の温度依存性は炉外試験時に得られた結果とよく一致し、800一定下での起電力経時変化は理論値の6%以内であった。以上のことから、中性子照射下における燃料中の酸素ポテンシャルの測定が本センサにより可能であることがわかった。

The purpose of this study is to develop oxygen sensor which can measure the oxygen potential of the fuel in a nuclear reactor. The oxygen sensor with CaO stabilized zirconia solid electrolyte has been specially designed in order to prolong its life time. Electromotive force (EMF) of solid galvanic cell Ni/NiO|ZrO-CaO|Fe/FeO was measured in both the out-pile tests and the in-situ tests using Japan Material Testing Reactor (JMTR), and the characteristics of EMF was discussed. In the out-pile test, it was found that the EMF was almost equal to the theoretical values at temperatures ranging from 700 to 1,000, and the life span of the sensor was very long up to 980h at 800. In the in-situ test, it was found that the EMF showed almost the reliable values up to 300 h (neutron fluence (E 1 MeV) 1.510 m), at temperatures from 700 to 900. The imprecision of the EMF was found to be within 6% of the theoretical values up to 1,650 h irradiation time (neutron fluence (E 1 MeV) 8.010 m) at 800. The oxygen sensors were found to be applicable for the oxygen potential measurement of the fuels in a reactor.