Development of ceramic oxygen sensor for material irradiation tests

材料照射試験用セラミック酸素センサーの開発

北岸 茂  ; 斎藤 隆; 近江 正男; 土谷 邦彦 

Kitagishi, Shigeru; Saito, Takashi; Omi, Masao; Tsuchiya, Kunihiko

材料試験炉(JMTR)は、燃材料の中性子照射試験や医療・工業用RI製造等に利用されてきた。2006年から改修を開始、2011年から再稼働する計画である。再稼働後のJMTRは、軽水炉の長期化対策、医療・工業用RI製造などの産業利用の拡大、科学技術の向上などの利用が期待されている。軽水炉燃材料の開発の一環として、炉内環境下での構造材料の腐食メカニズムの解明のために、中性子照射下の冷却水に含まれる溶存酸素や過酸化水素濃度を計測することが必要不可欠である。また、JMTRで使用する照射キャプセルは直径65mmに制限される課題がある。このため、小型セラミック酸素センサーの開発を行った。本研究は、放電プラズマ焼結法で成形したセラミック酸素センサー素子の高温ガス中及び高温高圧水中での特性評価を行った。

The Japan Materials Testing Reactor (JMTR) has been utilized for the various neutron irradiation tests of fuels and materials, as well as for radioisotope (RI) production since achieving the first criticality in March 1968. The JMTR was stopped at the beginning of 2006 to conduct refurbishment works, and the reoperation will be planned from 2011. The new JMTR is expected to contribute of many fields such as the lifetime extension of light water reactors (LWRs), progress of science and technology for fusion reactors and expansion of industry for RI production. It is important for neutron irradiation test of materials and fuels to clarify the irradiation environment. For example, the oxygen and hydrogen peroxide concentrations in the cooling water are required to measure in the analysis of corrosion mechanism of the structure materials under LWR conditions. However, the outer diameter of the irradiation capsule used in JMTR is limited below 65mm. Therefore, it is necessary for the measurement of irradiation environment to develop the small ceramic oxygen sensors. In this study, properties of the element of ceramic oxygen sensor fabricated by the Spark Plasma Sintering method were evaluated under a high temperature gas environment and a high pressure water environment.