加速器驱动次临界系统(ADS)被认为是能够有效嬗变核电厂乏燃料的途径之一。液态铅铋合金(LBE)是ADS系统中散裂靶和次临界堆冷却剂的首选材料,但与结构材料的相容性严重限制了 LBE的应用。研究表明一定浓度的溶解氧可以抑制LBE对结构材料的腐蚀,但前提是实现对LBE中氧浓度的精确控制。因此,液态LBE中的氧控技术成为研究热点之一。基于这一研究背景,本文工作开展了利用固态氧化铅(PbO)陶瓷球在液态LBE中的溶解和析出实现氧浓度控制(即固态氧控)的研究。氧浓度的精确探测、PbO陶瓷球的制备以及质量交换器的设计是固态氧控技术的关键,本工作在这三方面进行了理论和实验的探索。设计和开发了 Bi/Bi2O3、Cu/Cu2O两型氧传感器,并进行了性能测试和校准,其中Bi/Bi2O3、Cu/Cu2O两型氧传感器在响应速度、可重复性上表现出较好性能;Bi/Bi2O3型氧传感器被用LBE的固态氧控技术试验。开发了微波烧结PbO陶瓷球技术,并对PbO陶瓷球进行了致密度、硬度、强度等机械性能测试。结果表明,利用微波烧结技术制备的PbO颗粒在机械性能方面较传统烧结技术更优异,为固态氧控技术提供了优质的氧源。利用此技术制备的PbO陶瓷球被用于LBE的固态氧控实验和冲蚀作用数值模拟的验证实验,并在LBE的溶解和冲蚀作用下保持了结构完整性。提出了 LBE的固态氧控中PbO的消耗不仅来自LBE的溶解作用,还应当考虑LBE对PbO陶瓷球的冲蚀作用。建立了球床模型,用数值模拟的方法分别研究了液态LBE对PbO陶瓷球的溶解作用和冲蚀作用。设计并完成了独立验证试验,将液态LBE对PbO陶瓷球的冲蚀作用从复杂的溶解-冲蚀交互作用中独立出来进行研究。数值模拟结果分别在溶解作用和冲蚀作用方面与实验结果一致,但与溶解-冲蚀交互作用方面与实验结果符合不好。证明了液态LBE对PbO陶瓷球的溶解作用和冲蚀作用并不是简单的叠加关系。设计了质量交换器,用于罐式液态LBE系统的固态氧控实验。在同一平台上分别进行了固态氧控实验与气态氧控实验。实验对比结果显示出固态氧控技术在控氧效率和清洁方面的优越性。