Characterization of Water-Filled Ag/AgCl Reference Electrode

Pressure-balanced external Ag/AgCl electrode has been extensively used for both Pressurized Water Reactor (PWR) and Boiling Water Reactor (PWR) environments. The use of KCI-based buffer solution often becomes the source of electrode potential drift due to slow leakage through its porous plug, typically made of zirconia. It is reported that results of our effort to improve the stability of electrode potential by using high purity water as the filling solution in which $Cl^-$ ion activity can be established and maintained at the solubility of AgCl even with the sustained leakage for a long period. Stability tests have been made in boron and lithium mixture solution at $288^{\circ}C$. The electrode potential remained stable within 10 mV over one week period. And after a thermal cycle between 288 to $240^{\circ}C$ the potential shift of Ag/AgCl electrodes did not exceed 15 mV By using the limiting equivalent ionic conductances and Agar's hydrodynamic theory, the thermal liquid junction potential (TLJP) of the electrode has been predicted. The calculated values for the water-fiued Ag/AgCl electrode potential, in which the chlorine concentration in the filling solution was derived from the measured data at ambient temperature, had a good agreement with the experimental values.

외부 Ag/AgCl 기준 전극은 가압형 및 비등형 경수로 환경에 널리 사용되었다. 전극의 채움 용액 (Siting solution)으로 통상 KCl을 사용하는데, 다공성 지르코니아로 만들어지는 플러그를 통한 Cl 이온의 누설이 전극의 전위차 변동을 유발하는 문제가 있다. 누설로 인한 전위차 변동의 문제를 해결하기 위해 채움 용액으로 순수를 사용하였다 순수를 사용하는 경우 상온에서의 AgCl용해도에 의해 Cl이온의 농도가 결정된다. 붕산과 수산화리튬 혼합용액으로 $288^{\circ}C$에서 전극의 안정성 실험을 실시하였다. 약 일주일간 전위차 변화는 10mV 이내였으며, $288^{\circ}C$와 $240^{\circ}C$에서의 온도 사이클링 시험 전후의 전위차 변화는 15mV 이내였다. 이온의 limiting equivalent conductances와 Agar의 수역학적 이론을 토대로 하여 전극의 TLJP을 계산하였다. 전극 채움 용액 내의 Cl이온 농도를 상온에서 측정한 값으로 보정하여 이론값을 계산할 경우, 실험값과 비교적 잘 일치하는 것을 알 수 있었다.