核能在我国目前的能源结构中所占的比重正逐渐增大，同时在国防领域也具有不可替代的作用。液态铅铋共晶合金（Lead-bismuth Eutectic，LBE）因具有诸多优异的化学物理性能，被认为是铅基快堆冷却剂和加速器驱动的次临界系统（ADS）中散裂靶的首选材料之一。此外，铅基快堆在分布式供电、船舶与航空动力、战略武器方面也独具优势，特别适合核动力战略武器的小型化，以及移动式核电站。但LBE会对铁基结构材料产生溶解、氧化及晶间腐蚀，严重影响到结构材料的性能。研究表明，在LBE中的溶解一定浓度的氧，促使结构钢材表面形成保护性氧化膜，阻止LBE对结构钢材的进一步溶解腐蚀，从而保证结构材料在反应堆中长时间服役。但是，LBE中的氧浓度也不能太高，否则会形成大量氧化铅浮渣，阻塞管路。所以，必须结合电化学氧浓度氧测量技术和流量测量技术，有效管理铅基反应堆系统内氧浓度。
作为研究固态氧浓度控制技术的控氧性能的基础，论文研究首先对LBE内的氧浓度和流速测量技术进行了研发。随后采用数值方法对不同方案的固态控氧系统调节非等温LBE回路系统内的氧浓度的性能进行预研究，同时研究了不同边界条件下该控氧系统的供氧性能；通过该预研究工作，用以指导固态氧控系统的安装与运行。最后搭建了采用固态控氧技术的非等温LBE回路系统，完成实验台架的调试工作后，实验研究自主设计的固态控氧系统的供氧性能，分析了MX内温度和流速对其影响；同时分析了在控氧实验过程中，经历不同温度区间和升温速率、不同流速冲蚀后PbO的性能。
针对氧传感器研究而设计的不同温度限值、不同升降温速率、重复测试和校准实验结果表明，自主设计的LSCF和LSM两种空气型参比电极材料的氧传感器的测量电压和温度的线性拟合度在0.9998以上，在200至450℃温度区间，校准后电压与理论值最大误差低于1 mV，重复测量的电压差值和电压波动幅值可接受。氧传感器具有良好的准确性、稳定性和重复性，能够承受1℃/3min的升温速率（并非极限）。
组装了永磁体电磁流量计（PMFs），在300℃和375℃的温度下进行标定，线性拟性能良好，表明PMFs流量与输出电压值线性关系良好，零偏移可忽略不计，满足对低流速高温液态金属流速测量的需要。
通过数值方法对自主设计的采用固态控氧技术的非等温LBE回路系统的固态控氧系统的性能预研究表明，从安全和快速增氧的角度考虑，固态氧控系统需安装在热区（DELTA和MEXICO台架采用了此种方式）；调节MX温度将是快速调节系统内氧浓度值的有效方式。
最后进行固态控氧实验研究。调试实验结果表明，论文研究设计的实验回路和控氧系统满足实验需求。控氧实验结果表明调节MX内温度可有效调节实验系统内平衡氧浓度。分析经历1℃/3min、1℃/6min的升温速率和0.43m/s、0.84m/s的平均流速冲蚀和约200h的增氧实验的PbO的亏损率，结果显示PbO总的平均消耗速率与按实验所测量的氧浓度估算所得的PbO平均溶解速率接近，可以认为PbO主要以溶解的方式损耗自身质量，以物理方式引起的质量亏损可以忽略不计。
研究成果为铅基冷却快堆内氧浓度和流速的测量提供更可靠的技术支持，对指导固态氧浓度调节技术和系统的运行，促进铅基冷却快堆技术的应用具有重大的工程应用价值和实际意义。
