DE2519805C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Sauerstoff-zu-Metall-Verhältnisses in oxidischen Kernbrennstoffen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Sauerstoff-zu-Metall-Verhältnisses in oxidischen Kernbrennstoffen

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Description

Pt |Fe/FeO |ThO2(Y2O3>CaO) IZrO2(CaO) |
ThO2(Y2O31CaO) j Probe ! Pt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Sauerstoff-zu-Metali-Verhältnisses in oxidischen Kernbrennstoffen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Eine der wichtigsten Kenngrößen zur Charakterisierung des physikalisch-chemischen Zustandes von -, oxidischem Kernbrennstoff ist das Sauerstoff/Metall-Verhältnis (O/Me). Die Messung dieses Verhältnisses erfolgte bisher meist mit Hilfe des Verfahrens von Lyon bzw. mit dessen Modifikation nach M c N e i 11 y und Chi kai la. In diesem Verfahren wird der
κι Brennstoff durch Oxidation oder Reduktion auf den Bezugszustand 0/Me=2 gebracht Die Gewichtsdifferenz zwischen dem Ausgangs- und dem Endzustand ist dann ein Maß für die Abweichung von der Idealzusammensetzung O/Me=2.
ι -, Dieses Verfahren hat eine relative Genauigkeit in der Bestimmung des 0/Me-Verhältnisses von nur etwa ±0,008. Eine ähnlich große systematische Unsicherheit liegt bei diesem Verfahren vor, da es nicht klar ist, ob bei einer Meßtemperatur von 9000C der Punkt für ein
2(i O/Me-Verhältnis von 2,000 bei einer freien Enthalpie des Sauerstoffs von AGo2=-100 kcal liegt, wie es McNei 11 y und Chika 11 a annehmen, oder ob dieser Punkt bei AGo2= -87 kcal liegt, wie es den thermodynamischen Daten nach Perron entspricht.
r, Mit dem gleichen systematischen Fehler behaftet, jedoch in der Reproduzierbarkeit etwa eine Größenordnung besser, ist die Gasgleichgewichtsmethode nach Jones, bei der man die CO2-Menge, die bei der vollständigen Reduktion der Probe freigesetzt wird,
jo volumetrisch mißt
Frei von der Wahl eines Bezugspunktes ist die von Waterbury und Mitarbeiter entwickelte Methode, bei der man das Oxid mit einem Überschuß an Graphit umsetzt, das bei der Reaktion entstandene Gas
j-) quantitativ zu CO2 oxidiert und dann sammelt und wiegt. Die absolute Genauigkeit dieser Methode liegt bei etwa ±0,005 O/Me. Diese Verfahren haben alle den Nachteil, daß es keine Eichproben gibt, mit denen man das einwandfreie Arbeiten der Apparatur überprüfen kann.
Ein weiterer gemeinsamer Nachteil ist, daß sie zerstörend wirken, d.h., die Proben (Tabletten) sind nach einer Messung nicht mehr verwendbar. Dieser Nachteil wirkt sich dann besonders unangenehm aus, wenn man eine große Zahl von Tabletten untersuchen
4-, muß, wie es beispielsweise notwendig ist, wenn man Aussagen über die Verteilung des O/Me-Verhältnisses innerhalb einer Charge oder — bei Anwendung eines Durchstoßsinterofens — innerhalb eines Schiffchens erhalten will. Für Messungen dieser Art wäre auch die
-,o Meßgeschwindigkeit der obengenannten Verfahren zu gering.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen des O/Me-Verhältnisses in oxidischen Kernbrennstoffen zu schaffen, mit welchem
-,-, die Nachteile der bisher bekannten Verfahren vermieden werden, das eine hohe relative Genauigkeit aufweist und das nur kurze Meßzeiten von maximal wenigen Minuten benötigt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des
bo erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen. Das Verfahren soll automatisierbar sein und eine routinemäßige Überprüfung der Vorrichtung ermöglichen.
Die Aufgabe wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gelöst, daß der Kernbrennstoff auf
t,-, eine Temperatur im größenordnungsmäßigen Bereich von 6500C bis 13000C erhitzt wird, daß diese Temperatur über die Meßzeit hinweg in engen Grenzen konstant gehalten wird und daß das Sauerstoff-Potential
des Kernbrennstoffs auf elektrochemischem Wege, analog zur bekannten Messung des Sauerstoff-Potentials in Metallschmelzen, unter Verwendung eines Festelektrolyten und einer Substanz mit bekanntem Sauerstoff-Potential als Bezugssubstanz zerstörungsfrei für den Kernbrennstoff gemessen wird. Bei einer ausgewählten Temperatur von 900° C wird die Temperatur-Schwankungsbreite beispielsweise auf ±0,15° C begrenzt
Als Festelektrolyt kann ein mit einem zweiwertiger, und/oder dreiwertigen Oxid dotiertes vierwertiges Schwermetalloxid eingesetzt werden. In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird als Festelektrolyt ein mit Yttriumoxid und Calciumoxid dotiertes Thoriumoxid verwendet Beispielsweise hat sich die Verwendung eines mit Y2O3 im Bereich von 3 bis 7 Mol-% und mit CaO im Bereich von 3 bis 7 Mol-% dotiertes ThO2 bewährt Aber auch ein mit Yttriumoxid dotiertes Thoriumoxid oder ein mit Calciumoxid dotiertes Thoriumoxid sind brauchbar. Als Bezugssubsfanz wird bekannterweise ein Metall-Metalloxid-Gemisch, beispielsweise ein Fe/FeO-Gemisch oder ein Ni/NiO-Gemisch verwendet
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Meßzelle, bestehend aus einem Keramikrohr mit einer am einen Ende des Keramikrohres angeordneten Normalelektrode, gebildet aus einer Bezugssubstanz mit einer durch das Keramikrohr gezogenen Platin-Anleitung, und einem die Normalelektrode gegen die zu untersuchende Probe abdeckenden Festelektrolyten und aus einer Gegenelektrode, gebildet aus einer Keramikscheibe mit einer Platinableitung, sowie durch einen bekannten regelbaren Ofen, eine bekannte, mit den Platinableitungen verbundene Potentialmeßeinrichtung mit Rechner und Anzeigegerät. Der Festelektrolyt ist tiegelförmig und mit dem Keramikrohr verbunden ausgebildet und die Normalelektrode auf der Innenseite des Tiegelbodens angeordnet. In einer anderen Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Ende des Keramikrohres wieder lösbar mit einem Tiegel aus hitzeschockbeständigem, Festelektrolyt- Eigenschaften aufweisenden Keramikmaterial verbunden und der Festelektrolyt in Form zweier Scheiben oder Tabletten ausgebildet, wobei die eine Scheibe oder Tablette auf der Innenseite des Tiegelbodens liegend, den direkten Kontakt der Normalelektrode mit dem Tiegel verhindernd und die andere Scheibe oder Tablette an der Außenseite des Tiegelbodens angeordnet ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus einer elektrochemischen Meßkette der Art
Pt |Fe/FeO IThO2(Y2O3,CaO) |ZrO2(Ca0) |
ThO2(Y2O3, CaO) I Probe | Pt.
Die Verwendung eines Festelektrolyten zur Messung des Sauerstoff-Potentials in flüssigen Metallen ist bereits beschrieben worden. Die hierzu verwendbaren Vorrichtungen bzw. Sonden sollen schockartigen Temperaturbelastungen standhalten können, wie sie beispielsweise bei einem schnellen Eintauchen in eine Stahlschmelze auftreten. — Bei der Messung des O/Me-Verhältnisses in oxidischen Kernbrennstoffen gibt es keine Temperaturschocks. Doch werden in den Festelektrolyten durch die von den Kernbrennstoffen auseesandten λ- und fi-Teilchen Gitterfehler verursacht.
die auf die Messungen einen verfälschenden Einfluß haben. Es wurde nun festgestellt, daß bei Temperaturen von mehr als 650°C diese Gitterfehler durch thermische Rekombination wieder ausgeheilt werden. Durch die
-, Wahl des Temperatur-Bereichs kann eine gleichmäßige Funktion des Festelektrolyten gewährleistet werden.
Dies ist bei der Messung des Sauerstoffpotentials in Metallschmelzen nicht gegeben.
Während man bei der Bestimmung von Sauerstoffge-
ii. halten in Metallschmelzen von weitgehend idealen Lösungen ausgehen kann (vorausgesetzt der technischwissenschaftliche Inhalt der DT-AS 19 28 845 trifft zu) und daher Geraden als Eichkurven hat (siehe DT-AS 19 28 845, Figur 4), hat man bei nichtstöchiometrischen -, Verbindungen, die wie die oxidischen Kernbrennstoffe ausnahmsweise sowohl unter- wie auch überstöchiometisch existieren können, S-förmig gekrümmte Eichkurven. Dadurch sind an die erfindungsgemäße Vorrichtung besondere Ansprüche im Hinblick auf Genauigkeit und Reproduzierbarkeit gegeben.
Wird zwischen zwei Stoffen unterschiedlichen chemischen Potentials ein Festelektrolyt gebracht so kann zwischen diesen beiden Stoffen eine elektrische Spannungsdifferenz gemessen werden. Liegt auf der einen Seite des Festelektrolyten der Stoff 1 mit dem Sauerstoffpotential AGo2 1 an, auf der anderen Seite der Stoff II mit dem Sauerstoffpotential 4Go2". so wird in einer solchen Anordnung die Spannung E gemessen nach der Formel:
= -T?-(lGc
In dieser Formel ist F die Faraday-Konstante; F = 23 066 .cal/Volt und ζ die Anzahl der Ladungen, die je Mol Sauerstoff durch den Elektrolyten transportiert werden. Pro Sauerstoffmolekül werden gemäß
w O2+ 4e" =2O"
vier Ladungen transportiert.
Um ein über längere Zeit genau definiertes Sauerstoffpotential zu bekommen, verwendet man Mischungen von Metallen und deren Oxiden als Bezugssubstanzen. Gut bewährt haben sich dabei die Mischungen
5OGew.-°/o Ni + 50Gew.-% NiOund
50 Gew.-% Fe+50 Gew.-% FeO.
Diese beiden Mischungen haben darüber hinaus den großen Vorteil, daß ihre Sauerstoffpotentiale sehr gut bekannt sind und sich leicht nachmessen lassen. Für die beiden Oxide wurden die folgenden Werte für die freie Enthalpie verwendet:
Ni/NiOJG^ = - 113300 + 41,5 · T(K) (cal)
Fe/FeO JGo2= -126210 + 31,1 T(K) (cal).
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das O/Me-Verhältnis jeder Art von oxidischem Kernbrennstoff ermittelt werden, beispielsweise sowohl von normalem UO2-Brennstoff für thermische Reaktoren als auch von mit Gadolinium »vergiftetem« Brennstoff. Das
höchste Sauerstoffpotential, für das das Verfahren und die Vorrichtung mit Erfolg einsetzbar sein muß, ist das von U4O9, das niedrigste das von PU2O). Untersuchungen ergaben, daß bei der Auswahl geeigneter Festelektrolyten darauf zu achten ist, daß sie möglichst in einem Bereich von Sauerstoff potentialdrücken von IO-35 at bei 7000C bis 10-° at bei 9000C genau arbeiten. Diesen Bereich deckt ThO2 (Y, Ca) gut ab, da dieser Elektrolyt für folgende 02-Partialdrücke noch gute Messungen ermöglicht:
P(O2) max.: 10-7[at],
) min.: 10-40[at].
Ein entsprechend dotierter Zirkondioxid-Elektrolyt ZrO2 (Y, Ca) dagegen ist nur verwendbar zwischen
P(O2) max.: 1 [at] und
P(O2) min.: 1O"25[at].
Bei höheren Temperaturen als bei 9000C kann zwar gearbeitet werden, die Messungen werden dann aber teurer und störanfälliger.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen insbesondere darin, daß im Gegensatz zu den bekannten Verfahren und Vorrichtungen die zur Messung kommenden Proben nicht zerstört werden, das Verfahren und die Vorrichtung sowohl auf überstöchiometrischen Brennstoff (z. B. UO2+1) als auch auf unterstöchiometrisehen (z.B. PuO2-*) mit der gleichen, hohen relativen Genauigkeit bis zu ca. 2 ■ 10~5 angewendet werden kann und verhältnismäßig einfach und zeitsparend auch von nur angelernten Arbeitskräften durchführbar ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen für die Vorrichtung erlrutert. Ofen, Potentialmeßeinrichtung mit Rechner und Anzeigegerät werden in der Fig. 1, ebenso wie die im Ofen befindliche Meßzelle, nur grob schematisch, die unteren Enden zweier Meßzellen dagegen in den F i g. 2 und 3 detaillierter dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Meßzelle 1 in einem regelbaren Ofen 2 angeordnet. Die Ableitungen 3 und 4 der in der Meßzelle 1 befindlichen Elektroden führen zur Potentialmeßeinrichtung 5, die mit einem Rechner 6 verbunden ist, dessen Endwerte auf ein Anzeigegerät 7 übertragen werden. Die Einrichtungen 5,6 und 7 können auch in jeder denkbaren Kombination in einer oder zwei Einrichtungen zusammengefaßt sein.
F i g. 2 stellt das untere Ende einer Meßzelle dar. Am unteren Ende eines Keramik-Doppelrohres 8, 9 aus zwei ineinander gefügten Al2O3-Rohren ist ein Tiegel 10 aus dotiertem ThO2, z. B. ThO2 (Y2O3, CaO), angebracht, auf dessen Innenseite des Tiegelbodens eine Normalelektrode It, beispielsweise aus einer mit einer Platin-Ableitung 3 versehenen Fe/FeO-Scheibe oder Tablette bestehend, aufliegt Zwischen Festelektrolyt-Tiegel 10 und der aus einer Keramikscheibe 13, z. B. aus AI2O3, mit einer Platinableitung 4 bestehenden Gegenelektrode ist die zu untersuchende Probe 12 angeordnet
Fig.3 zeigt das untere Ende einer Meßzelle, in welcher das Festelektrolyt-Material auswechselbar ausgebildet ist Am unteren Ende eines AWDa-Doppelrohres 8, 9 ist wieder lösbar ein Tiegel 14 aus mit CaO dotiertem Ζ1Ό2 angebracht Auf der Innenseite 14a des Tiegelbodens liegt eine Festelektrolyt-Scheibe 15 oder Tablette aus dotiertem ThO2, beispielsweise aus ThO2 (Y2O3, CaO), auf, die ihrerseits wieder mit der
Normalelektrode 11 aus beispielsweise Fe/FeO in Kontakt stehi. Die Außenseite \4b des Tiegelbodens wird von einer zweiten Festelektrolyt-Scheibe 16 berührt, zwischen welcher und der Pt-Ableitung 4 der Gegenelektrode die zu messende Probe 12 zu liegen kommt.
Diese Ausführung hat den Vorteil, daß sie Festelektrolyt-Scheiben aufweist, die billiger und leichter erhältlich sind als Festelektrolyt-Tiegel und leichter auswechselbar sind. Die Meßzelle ist somit bei einem Zerbrechen des Festelektrolytmaterials schneller wieder in betriebsbereitem Zustand zu versetzen.
Eine Fehlerquelle bei Messungen der elektrochemischen Potentialdifferenz sind Thermospannungen, die infolge von Temperaturdifferenzen im Meßsystem auftreten. Um diese Fehlerquelle auszuschalten, wurde der das Meßsystem bzw. die Meßzelle beheizende Ofen so ausgelegt, daß weder bei konstant gehaltener Temperatur noch bei kleinen Temperaturschwankungen für die Messungen störende Temperaturdifferenzen im Meßsystem auftreten können.
Die Messungen werden über einen kleinen Prozeßrechner gesteuert. Die F i g. 4 zeigt das Flußdiagramm für das Rechnerprogramm zur Steuerung und Auswertung der O/Me-Messungen. Dem Flußdiagramm ist zu entnehmen, daß nach der Probenvorbereitung und Eingabe der Probe in die Meßzelle sowie nach deren Einbringen in den Ofen die Heizung eingeschaltet wird. Von nun an kontrolliert der Rechner die Temperatur und deren Konstanz. Sobald die Temperatur 900° C erreicht ist und die Schwankungsbreite während 120 see weniger als ±0,15° C ausmacht, beginnt der eigentliche Meßvorgang. Während dieses Meßvorganges, der etwa 200 see dauert, werden die Temperatur und die Spannung der Meßzelle 20mal gemessen. Während dieser Zeit darf die Temperatur nicht mehr als ±0,15° C schwanken, sonst wird der Meßvorgang unterbrochen. Aus den Spannungswerten, die von einem Digitalvoltmeter übernommen werden, wird über eine Eichfunktion das O/Me-Verhältnis berechnet. Diese O/Me-Verhältnisse werden abgespeichert und nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ausgewertet Nachdem der Mittelwert des O/Me-Verhältnisses und die Standardabweichung eine vorgegebene Größe nicht überschreitet, wird die Anlage vom Rechner abgeschaltet. Im anderen Fall wird der Meßvorgang wiederholt
Eine Automatisierung des Meßverfahrens kann dadurch erfolgen, daß man die Proben auf einem stangen- oder kreis- bzw. ringförmigen Magazin anordnet und dann das Magazin so unter der Meßsonde bewegt, daß nach jeder erfolgreich abgeschlossenen Messung eine neue Probe unter die Meßsonde zu liegen kommt, wobei die Steuerbefehle vom Rechner gegeben werden.
Wegen der stark . streuenden Literaturwerte des O/Me-Verhältnisses für (U, Pu)O2-Mischoxid war es notwendig, eine experimentelle Eichung des Systems vorzunehmen. Dazu wurden Proben mit 30% Plutonium und verschiedenen O/Me-Verhältnissen verwendet Das O/Me-Verhältnis dieser Proben wurde einmal zerstörungsfrei mit der hier beschriebenen Anlage und anschließend daran zerstörend nach dem gravimetrisehen Verfahren bestimmt
Die Ergebnisse der Analysen zeigten, daß bei dei gravimetrischen Bestimmungsmethode das Problem dei Ausreißer noch nicht gelöst ist
Als Näherungsfunktion wurde eine aus der Theorie der fehlgeordneten Ionenkristalle herleitbare Funktion
gewählt. Nach einigen Vereinfachungen und Zusammenfassungen wurde die Funktion
I G()j = Rt{k, + 2In -- ~— - K2 · λΛ
erhalten. In dieser Formel sind:
AGo2 = partielle Gibbsche Enthalpie (cal),
R = Gaskonstante,
T = Temperatur (K), KuK2 = Konstanten für die Anpassung,
χ = der auf reines Plutoniumoxid bezogene Stöchiometriefehler.
Berechnet man χ aus der transzendenten Gleichung, erhält man das O/Me-Verhältnis aus der Formel
O/Me
x+2 ■ (1-Cpu)
In dieser Gleichung ist Cp11 das Pu/U + Pu-Verhältnis.
Aus den gemessenen EMK-Werten E(VoIt) berechnet sich dann ^Gn2 zu
IGo2 = 4F ■ £ + IGo1HcZhCU= 92300 · £ + 89840.
Für die Anpassungskonstanten K\ und K2 wurden nach der Methode der kleinsten Quadrate die Werte
K, = -67,65303
K2= 12,28952
berechnet. Mit diesen Werten für die Anpassungsfunktion erhält man eine Streuung der Einzelmessungen von etwa 0,009 O/Me und eine Streuung des Mittelwertes von 0,0016 O/Me.
Der relative Meßfehler des neuen Verfahrens ist sehr
klein. Er berechnet sich aus der Formel
„,,,. . IE-4F -1
„O/Me)= --^ j
x(l-x)
Für einen Fehler AE= ±2 mV und verschiedene O/Me-Werte sind in der Tabelle die entsprechenden Meßfehler des O/Me-Verhältnisses zusammengestellt.
Relativer Stöchiometriefehler bei einer Einzelmessung und bei 20 Messungen mit einer Genauigkeit von ± 2 mV in Abhängigkeit von der Stöchiometrie Cpu = 0,3
O/Me /1(0/Me) 20 Messunger
I Messung 1,7 ■10"s
1,999 7,6 · 10"5 7,1 ■ΙΟ"5
1,995 3,16 · 10"4 1,2 • 10"4
1,99 5,2 · ΙΟ"4 1,7 • 10"4
1,98 7,7 · 10"4 2,5 ■ ΙΟ"4
1,96 1,1 · 10"3 2,5 • 10"4
1,94 1,1 · 10"3 2,7 •ΙΟ"4
1,92 1,2 · 10~3 2,7 ■ 10"4
1,90 1,2 · 10'3
Wie man der Tabelle entnehmen kann, ist es be normalen Analysen nicht notwendig, die Messung mehrfach zu wiederholen, da der Fehler durch di< Spannungsmessung kleiner ist als der Meßfehler zufolgi der fehlerhaften Eichung des Systems. Eine mehrfach! Wiederholung ist aber dann notwendig, wenn mai kleine relative Unterschiede zwischen mehreren Tablet ten feststellen will.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Messen des Sauerstoff-zu-Metall-Verhältnisses in oxidischen Kernbrennstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbrennstoff auf eine Temperatur im größenordnungsmäßigen Bereich von 6500C bis 13000C erhitzt wird, daß diese Temperatur über die Meßzeit hinweg in engen Grenzen konstant gehalten wird und daß das Sauerstoff-Potential des Kernbrennstoffs auf elektrochemischem Wege, analog zur bekannten Messung des Sauerstoff-Potentials in Metallschmelzen, unter Verwendung eines Festelektrolyten und einer Substanz mit bekanntem Sauerstoff-Potential als Bezugssubstanz zerstörungsfrei für den Kernbrennstoff gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als Festelektrolyt ein mit Yttriumoxid und Calciumoxid dotiertes Thoriumoxid verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Y2C>3 im Bereich von 3 bis 7 Mol-% und mit CaO im Bereich von 3 bis 7 Mol-% dotiertes ThO2 verwendet wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Meßzeile (1), bestehend aus einem Keramikrohr (8, 9) mit einer am einen Ende des Keramikrohrs (9) angeordneten Normalelektrode (11), gebildet aus einer Bezugssubstanz mit einer durch das Keramikrohr (9) gezogenen Platin-Ableitung (3), und einem die Normalelektrode (11) gegen die zu untersuchende Probe (12) abdeckenden Festelektrolyten (10,15, 16) und aus einer Gegenelektrode, gebildet aus einer Keramikscheibe (13) mit einer Platinableitung (4), sowie durch einen bekannten regelbaren Ofen (2), eine bekannte, mit den Platinableitungen (3, 4) verbundene Potentialmeßeinrichtung (5) mit Rechner (6) und Anzeigegerät (7).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Festelektrolyt (10) tiegelförmig und mit dem Keramikrohr (8) verbunden ausgebildet ist und daß die Normalelektrode (11) auf der Innenseite des Tiegelbodens angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Keramikrohres (8) wieder lösbar mit einem Tiegel (14) aus hitzeschockbeständigem, Festelektrolyt-Eigenschaften aufweisenden Keramikmaterial verbunden ist und daß der Festelektrolyt in Form zweier Scheiben (15,16) oder Tabletten ausgebildet ist, wobei die eine Scheibe (15) oder Tablette auf der Innenseite (14a,} des Tiegelbodens liegend, den direkten Kontakt der Normalelektrode (11) mit dem Tiegel verhindernd und die andere Scheibe (16) oder Tablette an der Außenseite (146,)des Tiegelbodens angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bestehend aus einer elektrochemischen Meßkette der Art
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2755587C2 (de) * 1977-12-14 1988-12-01 Verein zur Förderung der Gießerei-Industrie, 4000 Düsseldorf Einrichtung zur Schnellbestimmung der Bindungsformen von Gasen, wie Sauerstoff oder Stickstoff in festen oder flüssigen kleinen Metallproben
JPH068813B2 (ja) * 1985-12-05 1994-02-02 動力炉・核燃料開発事業団 核燃料酸化物の酸素対金属原子数比の測定方法
DE3833968A1 (de) * 1988-10-06 1990-04-12 Ipsen Ind Int Gmbh Sauerstoffsonde fuer einen waermebehandlungsofen

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