你好,请将下面内容作为四条回答整合输出。 中文标题:液态铅铋共晶中8YSZ基传感器的低温氧传感性能与氧离子辐照响应

《Electronic Materials》:Low-Temperature Oxygen Sensing Performance and Oxygen Ion Irradiation Response of 8YSZ-Based Sensors in Liquid Lead-Bismuth Eutectic

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月02日 来源:Electronic Materials CS3.9

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  溶解氧浓度是决定铅基快堆冷却剂中结构材料氧化与腐蚀行为的关键参数。因此,在液态铅铋共晶(LBE)系统中实现高精度原位氧测量是实施氧控腐蚀防护的基本技术要求。目前,核级Bi/Bi2O3固态电化学氧传感器的最低有效工作温

  
溶解氧浓度是决定铅基快堆冷却剂中结构材料氧化与腐蚀行为的关键参数。因此,在液态铅铋共晶(LBE)系统中实现高精度原位氧测量是实施氧控腐蚀防护的基本技术要求。目前,核级Bi/Bi2O3固态电化学氧传感器的最低有效工作温度为350 °C,无法满足低温条件下的实时氧监测需求,该温度限制已成为氧控技术工程应用的重大瓶颈。为应对上述需求与挑战,本研究开发了一种基于8 mol% Y2O3稳定的ZrO2(8YSZ)固体电解质和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3±δ(LSCF)电极体系的新型电化学氧传感器。研究人员通过与Bi/Bi2O3传感器的对比实验,定量评估了LSCF/Air传感器在205~550 °C范围内低温应用的优势。此外,考虑到核反应堆中的辐照环境,研究人员采用氧离子辐照作为加速模拟方法,初步研究了辐照后8YSZ的电化学输运特性,评估了氧离子辐照对8YSZ表观阻抗和表观氧离子电导率的影响。结果表明,LSCF/Air氧传感器在静态、氧饱和LBE环境中具有拓展8YSZ基氧传感器低温工作极限的潜力;氧离子辐照增大了所测8YSZ样品的表观阻抗并降低了其表观离子电导率。这些结果为在更宽温度范围内开发用于液态金属冷却反应堆系统氧监测与腐蚀控制的氧传感器提供了初步实验数据。
液态铅铋共晶(LBE)冷却快堆是第四代核能系统候选堆型之一,但在高温、强辐照和动态热工水力耦合条件下,液态LBE对奥氏体钢和铁素体/马氏体钢等结构材料表现出化学腐蚀与溶解侵蚀的显著协同效应。溶解氧浓度是控制LBE冷却剂热化学行为的关键参数:当氧浓度维持在10-8~10-6 wt.%范围内时,钢表面可原位形成连续致密的自修复双层氧化膜(如Fe3O4和(Fe, Cr)3O4),有效抑制基体金属元素的持续溶解;氧浓度偏离该窗口则可能引发点蚀、晶间腐蚀、流动加速腐蚀乃至回路堵塞。因此,高精度原位氧测量是实施氧控腐蚀防护的前提。目前,Bi/Bi2O3参比型氧传感器是最成熟的工程方案,但其最低有效工作温度通常被限制在350 °C左右,低于该温度时输出严重偏离能斯特行为,且辐照条件下的性能退化机制尚不明确,成为氧控技术工程应用的主要瓶颈。针对上述问题,研究人员开发了基于LSCF混合导体空气参比电极的新型氧传感器,并系统评价了其在低温LBE环境中的性能及8YSZ电解质经氧离子辐照后的电化学输运行为。结果表明,LSCF/Air传感器在205~550 °C范围内具有良好的精度与稳定性,最大相对误差仅?1.28%,显著优于Bi/Bi2O3传感器;氧离子辐照增大了8YSZ的表观阻抗并降低了其离子电导率。该研究为液态金属冷却反应堆系统在更宽温度范围内的氧监测与腐蚀控制提供了关键基准数据和传感器选型依据,论文发表于《Electronic Materials》。

研究中主要采用了以下关键技术方法:搭建了由316L不锈钢LBE容器、加热与温控系统以及输入阻抗大于10 GΩ的Agilent 34980A数据采集单元组成的氧传感器测试平台;制备了以8YSZ陶瓷管为固体电解质、分别以LSCF/Air和Bi/Bi2O3为参比电极的两种氧传感器;采用阶梯降温法在饱和氧LBE中对比测试两种传感器的输出电动势;应用电化学阻抗谱(EIS)技术,在开路电位下以10 mV交流扰动、105~10-2 Hz频率范围内测量阻抗谱,并通过ZView2.9c软件进行复数非线性最小二乘拟合,结合等效电路模型定量解析界面极化特性;在320 kV低能重离子综合研究平台端部腔室中对抛光8YSZ样品进行1.5 MeV氧离子辐照(注量8.0×1016 ions/cm2,峰值损伤约2 dpa,腔室真空度低于1×10-5 Pa),随后对辐照与未辐照样品的电化学性能进行对比测试。

**4.1 氧传感器电动势特性分析
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