貴金属ゲートMOSキャパシタセンサを用いる高温高圧水用溶存酸素計測システムの試作

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555214
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 原 信義 東北大学, 工学部, 助教授 (40111257)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤尾 昇 東北大学, 工学部, 助手 (80222503) ; 杉本 克久 東北大学, 工学部, 教授 (80005397)
• Keywords: 溶存酸素センサ / 高温高圧水 / MOSキャパシタ / 腐食電位

Research Abstract

1.研究目的
沸騰水型原子炉では,ステンレス鋼製器機・配管の粒界応力腐食割れ(IGSCC)および照射誘起応力腐食割れ(IASCC)の予知・保全対策の確立が急務となっている。SCCはある臨界電位以上で発生することから,腐食電位を決定している溶存酸素(dissolved oxygen ; DO)濃度を計測することで発生を予知することができる。本研究では,貴金属ゲートMOSキャパシタセンサを利用した高温高圧水用DO計測システムを開発することを目的とする。
2.研究成果
(1)高温高圧水用DOセンサーの試作:単結晶シリコン上に多孔質Pt薄膜を形成したMOSキャパシタセンサーを試作し,高温水中での特性評価実験を行った結果,温度が150℃以上になるとシリコン単結晶にクラックを生じることが分かった。そこで,Pt電極と単結晶TiO_2電極とを組み合わせたEOSキャパシタセンサーを試作した結果,本センサーは250℃までの高温水中で動作することが分かった。
(2)高温高圧水中におけるDO応答特性の測定と校正曲線の作製:Pt-TiO_2キャパシタセンサーを用いて,250℃までの各温度におけるDO応答特性を調べ、応答電圧からDOを求めるための校正曲線を作製した。
(3)DO計測システムの作製:(2)で求めたデータを統計的に処理し,各温度における校正曲線を計測装置のソフトウエアーに組み込むことによって,応答電圧と温度の値からDO濃度が出力されるシステムを作製した。
(4)DO濃度とステンレス鋼の腐食電位の関係:作製したDO計測システムによるDO濃度測定とステンレス鋼の腐食電位測定を同時に行い、DO濃度と腐食電位との関係を求めた。このデータを基にして、DO濃度から腐食電位の推定することが可能となった。