Characterization and re-activation of oxygen sensors for use in liquid lead-bismuth

液体鉛ビスマス中で使用する酸素センサーの特性と再活性化

倉田 有司; 阿部 勇治*; 二川 正敏  ; 大井川 宏之 

Kurata, Yuji; Abe, Yuji*; Futakawa, Masatoshi; Oigawa, Hiroyuki

液体鉛ビスマスは、長寿命放射性核種の核変換処理を目的とした加速器駆動システムや高速炉において使用することが検討されている。このシステムでは、酸素濃度をコントロールすることが必要であり、酸素センサーはそのための重要な機器である。本研究では、酸素センサーの特性評価と鉛ビスマス中で正しい起電力を示さなくなったセンサーの再活性化処理を検討した。主として実験に用いた酸素センサーは、固体電解質としてイットリア安定化ジルコニア(YSZ)を使用し、Pt/ガスを参照極としたセンサーである。Pt/ガス参照極センサーは、400あるいは450C以上で、ガス中及び鉛ビスマス中で、理論値とほぼ等しい起電力を示すことがわかり、6000h以上、鉛ビスマス中で使用された。その後、このセンサーは、正しい起電力を示さない状態になったが、YSZ表面の硝酸洗浄によって、この状態から回復させることはできなかった。しかしながら、センサーのYSZ表面に再活性化処理を施すことにより、このセンサーは、約400C以上の鉛ビスマス中で、理論値に近い起電力を示すようになることがわかった。

Liquid lead-bismuth is a candidate material used for accelerator driven systems and fast reactors. Oxygen control in liquid lead-bismuth is essential in this system and oxygen sensors are the critical instruments for the active oxygen control system. In this study, a re-activation treatment was investigated as well as characterization of oxygen sensors for use in liquid lead-bismuth. The oxygen sensor with a solid electrolyte of yttria-stabilized zirconia (YSZ) and a Pt/gas reference electrode showed almost the same electromotive force values as the theoretical ones at temperatures above 400 or 450 C. After use for longer times than 6000 h, the outputs of the sensor became incorrect in liquid lead-bismuth. The state of the sensor showing incorrect outputs was not recovered by cleaning with nitric acid. However, it was found that the oxygen sensor was able to become a correct sensor indicating theoretical values after a re-activation treatment of the surface of the YSZ.