Klik Disini - KM Ristek - Kementerian Riset dan Teknologi

km.ristek.go.id

Klik Disini - KM Ristek - Kementerian Riset dan Teknologi

LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN1. Unit kerja: Pusat Teknologi Bahan Nuklir (PTBN)­BATAN2. Judul kegiatan3. Fokus Bidang Penelitian4. Jenis insentif5. Nama Peneliti Utama6. Jumlah dana penelitian7. Jumlah personil: Pembuatan PEB Dispersi UZrNbUntuk Bahan Bakar Reaktor Risetb. Sumber energi baru dan terbarukanRTIr. Masrukan, M.TRp 141.000 000,- (seratus empatjutarupiah).PenelitiTenaga pendukung2 orang6 orangTenaga administrasi : 2 orangTangerang Selatan, 10 November 2010Mengetahui:Plh. KepalaPeneliti Utama(Ir Bambang Herutomo )NIP. 19610712 198611 1001(Ir. Masrukan, MT)NIP. 19580812 198603 1005


RINGKASANKegiatan pengembangan teknologi bahan bakar reaktor riset di dunia saat iniditujukan untuk mendapatkan bahan bakar dengan kandungan uranium pengkayaanrendah (LEU) guna menggantikan bahan bakar dengan kandungan uraniumpengkayaan tinggi (HEU). Untuk mempertahankan fluks neutron tetap tinggi di dalamteras reaktor riset, maka dibutuhkan bahan bakar LEU berdensitastinggi agar jumlah Uyang dapat dimuatkan ke dalam bahan bakar per satuan volume menjadi lebih banyak.Reaktor riset G.A. Siwabessy di Serpong menggunakan bahan bakar LEU jenis U3Sb-AIyang mempunyai densitas lebih tinggi dibandingkan U30s-AI. Kelemahan penggunaanU3SirAI adalah kesulitan dalam pemisahan unsur Si pada saat pemungutan kembaliuranium dari gagalan dan limbah produksi U3Sh-AI. Untuk mengatasi permasalahantersebut akan dibuat bahan bakar dispersi baru yaitu paduan UZrNb-AI. Tujuan daripenelitian ini adalah mendapatkan bahan bakar dispersi paduan UZrNb-AI yangmemenuhi spesifikasi elemen bakar reaktor riset. Metoda penelitian yang digunakanadalah memadukan logam U, Zr dan Nb yang didispersikan di dalam matrik AI dimanaZr dibuat tetap 10 persen berat dan Nb divariasi dalam rentang 1 sampai dengan 7· persen berat menggunakan teknik peleburan. Paduan UZrNb hasil peleburanselanjutnya dibuat serbuk dengan teknik hydriding - dehydriding. Serbuk yang terjadidiuji komposisi U dan pengotorny, fraksi butir dengan menggunakan ayakan,penentuan fasa dengan teknik difraksi sinar X dan densitas serbuk. Setelah dilakukanbeberapa pengujian, selanjutnya dibuat inti elemen bakar (IEB) dan diukur dimensiketebalannya. kadar u235, dan distribusi U. IEB yang telah memenuhi persyaratanselanjutnya dirol panas dan dingin hingga menjadi pelat elemen bakar (PEB). Hasilpengujian serbuk bahan bakar UZrNb menunjukan kandungan pengotor di dalammasing-masing PEB hampir semua PEB masih memenuhi persyaratan kecuali unsur Ca.Unsur Ca pada masing-masing PEB untuk PEB (U10%Zr1 %Nb), (U10%Zr4%Nb) dan(U10%Zr7%Nb) adalah sebesar 68,2 ppm; 74,431 ppm dan 98,08 ppm; sedangkanpersyaratan yang diijinkan :550 ppm. Untuk densitas, masing-masing PEB mempunyaidensitas sebesar 11,601 g/cm 3 ; 11,3664 g/cm 3 dan 11,3664 g/cm 3 . Hasil pengujianpanas jenis menunjukkan bahwa panas jenis tertinggi dimiliki oleh bahan bakarU10%Zr4%Nb yaitu sebesar 0,43 Jf. Pada pengujan blister dari PEB U10%Zr7%Nbditemukan adanya blistff sedangkan yang lain tidak, hasil pemeriksaan homogenitas.. menunjukkan semua PEB memenuhi persyaratan sedangkan hasil pemeriksaan .white .pointsemua PEB yang diuji ditemukan blister. Pengujian akhhir yaitu uji pada PEB yakniketebalan kelongsong dan kondisi mea terlihat bahwa semua PEB yang diukkur measihrnemenuhi persyaratan sedangkan pada pemeriksaan kondisi meat menunjukkan semuameat terdapat dogbane. Memperhatikan hasil pengujian baik kondisi serbuk maupunsetelah menjadi PEB dapat disimpulkan bahwa PEB yang paling baik adalah PEB dariU10%Zr4%Nb.Kata kunci : PEB, UZrNb, kekerasan, mikrostruktur, densitas dan termal.ll


PRAKATADengan mengucap puji syukur kehadirat Allah swt atas selesainya pelaksanaanpenelitianProgram Insentif PKPP tahun kedua, tahun 2010. Pada tahun kedua iniprogram peneitian kami berjudul " Pembuatan PEB Dispersi UZrNb Untuk Bahan BakarReaktor Riset" yang merupakan kelanjutan progarm penelitian block grand KementerianPendidikan Nasional melalui Drektorat Jenderal Perguruan Tinggi (Dikti) tahhun 2009.Pada tahun 2009 telah dilakukan penelitian dengan mengambil judul "PengembanganPaduan UZrNb Untuk Bahan Bakar Reaktor Riset. Melalui program yang berkelanjtantersebut diharapkan dapat dihasilkan penelitian akhir yang dapat tuntas dan dapatdiaplikasikan di indutri khususnya industri nuklir yakni untuk bahan bakar reaktor riset.Program penelitian ini dapat terlaksana atas bantuan pendanaan dari KementerianPendidikan Nasional cq. Dirjen Dikiti melalui kantor Kementerian Riset dan Teknologi.Dalam kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnyakepada :1. Bpk. Menteri Pendidikan Nasional, cq. Bpk Dirjen Pendidikan Tinggi2. Bpk. Menteri Riset dan Teknologi,3. Bpk Kepala Badan Tenaga Nuklir Nasioanal (BATAN),4. Bpk Kepala Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir (PTBN)- BAT AN,5. Bpk Kepala Bidang Bahan Bakar Nuklir (B3N)-PTBN beseta staf,6. Bpk Kepala Bagian Tata Usaha (BTU)- PTBN beserta staf,7. Bpk Kepala Operasi Saran a dan Pendukung (BOSP)-PTBN beserta staf,8. Ibu Kepala Bidang Keselamatan Kerja (BKK)/ PPA -PTBN beserta staf,9. · Bpk Kepala Unit Pengamanan Nuklir (UPN)-PTBN beserta staf10. Anggota tim peneliti, para teknisi yang terkait, dan11. Ternan-ternan yang tidak dapat kami sebutkan satu persatuAtas bantuan, sarandan kerjasamanya sehingga penelitian ini dapat kamiselesaiakan dengan tepat waktu tanpa mengalami hambatan yang berarti. Kamilll


menyadari bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna, karena itu kamimengharapkan kritik yang membangun agar menjadi lebih baik.Akhir kata semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi kemajuan bangsa dannegara khususnya dalam membantu menyiapkan energi nuklir di masa mendatang.Tangerang Selatan, 10 November · 2010Peneliti UtamaIr Masrukan, MTIV


DAFTAR ISIHalamanLEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN ....................................RINGKASAN ........................ .. .. .. ................. ..................... ........... iiPRAKATA. DAFTAR lSIDAFTAR TABELDAFTAR GAMBAR .................................................................................iiivviviiBAB IPENDAHULUANBAB II TINJAUAN PUST AKA .........................................................BAB III TUJUAN DAN MANFAAT .....................................................BAB IV METODOLOGI ...................................................................BABV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ................................................DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................14910133132v


DAFTAR TABELHalamanTabel 5.1 Hasil analisis kandungan Zr dan Nb di dalam serbuk paduanooooooo 17UZrNbTabel 5.2 Laporan hasil analisis pengotor unsur di dalam paduan UZrNb 000Tabel 5.3 Densitas bahan bakar UZrNb-AI ooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo 19Tabel 5.4Tabel 5.5Tabel 5.6Tabel 5.7Hasil pengujian blister 000240 Oo 0 0 0 0 0 0. 0 000 0 0 .o 0. 0 0 o .. o 000 0 000 0 00 0 0 000 0 00 0 0 00 0 0 0 0 00.0 000.00 0000 0 00.Hasil pengujian white point . 00 0 0 00 0 •• 0. 0 0 •• 00 00 0 0 0. 0 0 0. 0 0 0 0. 0. 0 0 0. 0 0 0. 0 0 .o 0 0. 0 0. 0. 0. 0 0 0 00 0 24Ketebalan pel at elemen bakar hasil pengerolan pan as 0170 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0. 25Data Hasil pengujian ketebalam kelongsong oooooooooo ooooooo ooooooo ooooooooooo 27Vl


DAFTAR GAMBARHalamanGambar 2.1 Diagram fasa ternaryU-Zr-Nb ............................................. 5Gambar 5.1 Diagram alir blok jalannya percobaan ........................... 11Gambar 5.1 Bentuk dan ukuran ingot hasilleburan UZrNb ...................... 14Gam bar 5.2. Pacuan UZrNb yang mengalami keretakan setelah ... ..... ...... 15dihydridingGambar 5.3 . Serbuk UZrNb hasil hydriding (sebelum diayak) ... ................. 15Gambar 5.4. Serbuk UZrNb hasil hydriding (setelah diayak) ............... ....... 16Gam bar 5.5 Kurva panas jenis terhadap temperatur pad a ................ 20variasi kandungan NbGambar 5.6 Kurva sudut 28 terhadap intensitas sinar bahan ......... ........ 21bakar U10%Zr1 %Nb-AIGambar 5.7 Kurva sudut 28 terhadap intensitas sinar bahan ................ 21bakar U10%Zr4%Nb-AIGam bar 5.8 Kurva sudut 28 terhadap intensitas sinar bahan ...... .. ... ...... 22bakar U10%Zr7%Nb-AIGambar 5.9 Pelat elemen bakar (PEB) mini........................................... 26Hasil perolan PEB UZrNb:-AIGambar 5.10 Penampang membujur meat ................................................ 28Temperatur Pengerolan 425 °.C .·Gambar 5.11 Penampang membujur Meat ................................................ 29Temperatur Perolan 425 °CGambar 5.12 Penampang membujur meat ................................................. 30Temperatur Pengerolan 425Vll


BABIPENDAHULUANKegiatan pengembangan teknologi bahan bakar reaktor riset di dunia saat ini· terutama ditujukan untuk mendapatkan jenis bahan bakar uranium pengkayaan rendah(Light Enriched Uranium = LEU) dengan U 235 < 20 % yang berdensitas tinggi gunamenggantikan bahan bakar uranium pengkayaan tinggi (Height Enriched Uranium = HEll)dengan kandungan U 235 > 20 %. Konversi kat1dungan Uranium-235 dalam bahan bakarbertujuan untuk mengurangi resiko penyalahgunaan bahan fisil ke arah proliferasi.Pada saat ini. reaktor G.A Siwabessy di Serpong menggunakan bahan bakar LEU(Low Enriched Uranium) jenis U-Si (U3Sh-AI) yang mempunyai densitas lebih tinggi daribahan bakar U30s-AI. Penggunaan bahan bakar U3Si2-AI mempunyai kendala. yaknikesulitan memisahkan Si dalam limbah hasil proses pembuatan bahan bakar tersebut.Oleh karena itu. dipandang perlu mencari bahan bakar pengganti. seperti bahan bakarjenis UMo. UZr. UZrNb. dan lain-lain. Paduan U-Zr telah lama digunakan sebagai bahanbakar reaktor jenis TRIGA (Training Radioisotope General AtomiC) dalam bentuk UZrHx.Paduan bahan bakar U-Zr atau (U. Pu.)Zr juga mempunyai prospek yang baik di masamendatang yakni sebagai bahan bakar reaktor cepat yang menerapkan sistem daur bahanbakar tertutup kebal terhadap proliferasi (Integral Fast Reactor. Experimental BreederReactorll) di Argonne National Laboratory. USA 2 (1. 1.Masrukan dkk telah melakukan penelitian pembuatan paduan U-Zr dengankomposisi Zr dalam rentang 2 - 55% berat. Paduan tersebut diperlakupanaskan padasuhu 600~700 ac dengan waktu penahanan 4 jam i 31 . Dari hasil penelitian tersebutdiketahui paduan U-Zr yang mempunyai sifat fisis. mekanik. dan korosi terbaik adalah U -10% Zr. Penambahan Nb sebesar 1.5 % berat ke dalam paduan U-5% Zr. dan mendapatperlakuan quenching akan diperoleh struktur alpha yang mempunyai ketahanan korosicukup baik. bahkan pada penambahan Nb lebih tinggi yakni mencapai 7% berat dapatmembentuk fasa gamma[ 41 . Pada kondisi fasa gamma. laju korosi UZrNb umumnya1


sangat rendah ( 4 1. Selain itu. pada kondisi gamma paduan UZrNb berada dalam keadaanstabil. Penambahan unsur Nb ke dalam paduan U-Zr diduga dapat memperbaiki sifatpaduan. seperti sifat fisis. sifat termal. mekanik. dan korosi dengan tanpa mengurangi nilaiekonomi neutron.Bruno dkk[sJ telah melakukan penelitian pembuatan serbuk paduan UZrNb melaluiproses hydtiding-dehydriding. dimana UZrNb telah dipasivasi terlebih dahulu; Daripercobaan tersebut. Bruno memperoleh serbuk UZrNb yang terlapisi permukaannya dantidak reaktif sehingga lebih tahan terhadap korosi. Sementara itu. Bretscher dkk[ 6 Jmembuat paduan U-4%Zr-2%Nb yang mempunyai densitas 17.3 g/cm 3 . Berdcsarkan ujiiradiasi. sifat neutronik. dan fabrikasi. Brescher mendapatkan bahwa paduan U-Zr-Nbterbaik bila densitasnya lebih besar dari 8.0 g/cm 3 . Paduan UZrNb juga telah dicobadikembangkan menjadi bahan bakar untuk reaktor riset dengan teknik monolithic dan ·kelongsongnya dari paduan zirkaloy-4.Pada penelitian blockgrart. Diknas-BATAN tahun 2009 telah dilakukan pembuataningot paduan UZrNb dengan komposisi Nb masing-masing sebesar 1%. 4% dan 7% berat.Ingot UZrNb tersebut telah diperlakupanaskan pada temperatur 325. 400. dan 475 °Cdengan waktu penahanan selama 2. 4 dan 6 jam. Paduan UZrNb selanjutnyadikarakterisasi untuk mendapatkan sifat mekanik. sifat fisik. dan mikrostruktur. Hasilpenelitian hingga Oktober 2009 menunjukkan bahwa paduan UZrNb mempunyai densitas14.62 - 15.57 g/cm 3 . kekerasan 208- 294 VHN.Namun. penelitian di atas masih dalam tahap awal sehingga perlu dilanjutkanpada tahap berikutnya yakni menjadikan paduan UZrNb sebagai bahan bakar tipedispersi. Paduan UZrNb merupakan inti dan AI sebagai matriknya guna mengembangkanUZrNb-AI sebagai elemen bakar tipe dispersi untuk reaktor riset. Untuk membuat bahanbakar tipe dispersi. ingot paduan UZrNb yang bersifat ulet dan keras dibuat dalambentuk serbuk melalui proses . hydriding-dehyriding. Paduan UZrNb yang telah rapuhtersebut dengan mudah dijadikan serbuk dengan cara ditumbuk (milling). Serbuk UZrNbyang diperoleh selanjutnya didispersikan dalam matrik AI untuk selanjutnya dilakukanpengerolan sehingga membentuk pelat elemen bakar UZrNb-AI (PEB). Untuk membuat2


ahan bakar tipe dispersi. ingot paduan UZrNb yang bersifat ulet dan keras dibuat dalambentuk serbuk melalui proses hydriding-dehyriding. Paduan UZrNb yang telah rapuhtersebut dengan mudah dijadikan serbuk dengan cara ditumbuk (milling). Serbuk UZrNbyang diperoleh selanjutnya didispersikan dalam matrik AI untuk selanjutnya dilakukanpengerolan sehingga membentuk pelat elemen bakar (PEB) UZrNb-AI mini. SelanjutnyaPEB dikarakterisasi untuk · mendapatkan karakter sesuai spesifikasi elemen bakar reaktorriset.Tujuan penelitian adalah mendapatkan teknologi pembuatan PEB UZrNb-AI dengankualitas sesuai persyaratan unntuk bahan bakar reaktor riset. Pelat elemen bakar UZrNb­AI tersebut diharapkan menjadi kandidat elemen bakar reaktor riset di masa depan.3


BABIITINJAUAN PUSTAKAPada tinjauan pustaka ini dibahas antara lain: Pengaruh unsur pemadu pada logamU dan paduan UZrNb, pembuatan serbuk UZrNb, pembuatan PEB, analalisis komposisi,densitas, mikrostruktur dengan mikroskop optik, analisis fasa menggunakan XRD.2.1. Pengaruh unsur pemadu pada logam U dan Paduan UZrNbLogam U · mempunyai sifat-sifat yang terbatas, sehingga perlu ditambah denganunsur atau logam pemadu. Beberapa unsur di dalam sistem berkala dapat dipadukandengan logam uranium. Penambahan unsur pemadu ke dalam logam murni dengantujuan antara lain seba'gai berikut : [ 3 , 4 1-1. Mendapatkan ukuran butir yang halus,2. Menaikkan sifat mekanik,3. Sifat-sifat logam murninya sehingga mudah difabrikasi denganlogam lain,4.5.6.7.8.Menaikkan ketahanan terhadap bahaya radiasi,Mempertahankan fasa beta atau gamma Upada temperatur kamar,Melarutkan U yang diperkaya,Menahan lapisan difusi U dengan material kelongsong,Membuat elemen bakar tipe dispersi secara teknik langsung atau9. membuat elemen bakar dispersi dengan teknik metalurgi serbuk, dan. Menaikkan mampu cor ( castabilit;l) bahan bakar hasil cor.Unsur- Linsur yang biasa ditambahkan ke dalam logam U dengan tujuan mempertahankanfasa ~U pada temperatur kamar adalah : V, Nb, Cr, Mo, Mn, Ir, pt, AI, Si,sedangkan unsur-unsur Nb, Mo, Zr dapat ditambahkan ke dalam logam U untukmempertahankan fasa y. Sementara itu, beberapa unsur pemadu yang dapat memberikan4


efek racun thermal adalah unsur Zr (2% w), Si (0,87% w), AI (0,46 %w), Nb (0,36%w),Mo (0,15 %w), Cr (0,064 %w), V (0,041 °/ow) dan Ti (0,031 %w).[3]Dalam pemaduan UZrNb, sistim akan membentuk keseimbangan tiga unsur(ternary system) U, Zr dan Nb yang terdiri dari keseimbangan eutectoidtiga fasa. Padatemperature 685 °C terjadi keseimbangan eutectoid tiga fasa dengan persamaan reaksi :~ 3 - 5 ~ ( a 3 - 5 + l- 5 ). Pada temperatur yang relatif rendah ( 430 °C) sistem membentukkeseimbangan (/Zr + a 7 Zr ~ 81 7 i 4 1 • Diagram fasa ternary U,Zr dan Nb dapat dilihatseperti pada Gambar 2.1.- - ~/ ----Gam bar 2.1. Diagram fasa ternary UZrNb[ 4 12.2 Pembuatan serbukIngot UZrNb - hasil peleburan dan telah diperlakukan panas selanjutnya dihydridingdan dilanjutkan dehydriding untuk mendapatkan serbuk. Proses hydridng dimulai daripemvakuman hingga tekanan mencapai 10- 3 bar melalui sistem pemvakumanmenggunakan pompa difusi yang rotary. Setelah tekanan vakum dicapai selanjutnyadipanaskan hingga temperature 450 °C selama 5 jam, selanjutnya dialiri gas hydrogen(H 2 ) hingga kondisi mencapai jenuh yang memakan waktu lama tergantung dari berbaga5


kondisi misalnya besar kecilnya diameter butir atau ingot material yang dihydriding,kondisi kemurnian gas hidrogen. Proses ini adalah proses hydriding. Untuk mengecek hasilhydriding sebelum tungku dibuka terlebih dahulu dilakukan proses dehydriding dengancara memanaskan lagi pada temperature 450 °C guna mengusir gas hidrogen yang terikatsebagai hidrida. Pemanasan ini dikenal dengan dehydriding. Pekerjaan ini diulangiberkali-kali sambil dicek apakah ingot telah menjadi rapuh atau belum. Jika telah rapuhdikeluarkan dari tungku untuk selanjutnya digerus/milling sehingga ingot menjadi serbuk.2.3 Pengujian komposisi unsur dengan AASPengujian komposisi kimia dilakukan untuk mengetahui komposisi unsur dan pengotordi dalam serbuk UZrNb. Pengujian yang dilakukan dengan menggunakan teknikspektrometri serapan atom (MS). Teknik MS adalah suatu teknik urtuk menganalisisunsur-unsur dalam suatu bahan berdasarkan penyerapan sinar oleh atom-atom yangberada pada tingkat dasar untuk mengeksitasi elektron terluar. Proses penyerapan sinarterjadi pada panjang gelombang yang spesifik dan karakteristik untuk tiap unsur. Prinsiputama dari teknik MS adalah bila larutan suatu senyawa tertentu diaspirasikan ke dalamnyala maka senyawa tersebut akan mejadi uap kemudian akan terurai menjadi uap-uapatom bebas (proses atomisast). Uap-uap atom bebas tersebut akan menyerap energi radiasiyang berasal dari lampu katoda cekung pada panjang gelombang yang khas dankarakteristik untuk setiap unsur. Akibat dari proses penyerapan radiasi tersebut, elektrondari atom-atom bebas tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Intensitas radiasi yangdiserap sebanding dengan jumlah atom dalam contoh, sehingga dengan mengukurintensitas radiasi yang diserap (absorbansi) atau mengukur intensitas radiasi yangditeruskan (transmitasi), maka konsentrasi unsur di dalam cuplikan · dapat ditentukan.Hubungan serapan dengan konsentrasi atom dirumuskan dalam hukum Lambert Beeryaitu [ 71 :Log Io/It = am.b.c = ADengan:Io = Intensitas mula-mula6


It = Intensitas sinar yang diteruskanam = koefisien serapan mediab = panjang burnerc = kepekatan atom-atom yang mengabsorpsiAnal isis komposisi unsure dilakukan untuk mengetahui unsure-unsur yang terkandung ·didalam serbuk UZrNb beserta unsure pengotornya. Untuk mengetahui komosisi unsuredigunakan teknik spektroskopi serapan atom (AAS). Prinsip analisis komposisi dengganteknik AAS adalah mengukur absorbansi unsure-unsur dalam keadaan gas kemudiandibandingkan dengan unsure standar.2.4. Pengujian densitasPada pengukuran densitas dari serbuk UZrNb yang mempunyai komposisi Nb berturutturutsebesar 1%, 4 % dan 7 % dilakukan dengan alat piknometer Ultrapyc 1200e. Alatpiknometer dengan merk Quantacrome tersebut dirancang untuk menentukan volumedari material dengan menerapkan hukum Archimedes dan hukum Boyle. Densitasdiperoleh dari pembagian massa dengan volume. Piknometer jenis ini terdiri dari satu unittimbangan, ultrapyc .1200e dan koniputer. Dalam pengoperasiannya, piknometer dialirigas He pada tekanan 1,5 - 2 Psi. Untuk keperluan pengukuran, sampel yang dimasukkansedikitnya mencapai 50% dari volume tempat sampel atau 75% dari ketinggian sampelsel.2.5. Pembuatan pelat elemen bakar (PEB)IEB yang telah . diukur ketebalannya selanjutnya dirol panas dan dingin. Padapercobaan ini direncanakan pengerolan dilakukan pada temperature 325 °C, 425 °C dan500 °C dan setiap satu variasi temperatur pengerolan dilakukan tiga variasi Nb (1%, 4%dan 7% Nb) sehingga keseluruhan pengerolan direncanakan sebanyak 9 kali. Akan tetapidalam pelaksanaannya, pada pengerolan temperatur 325 °C dan 500 °C mengalamikendala yakni pada pengerolan 325 °C temperatur pengerolan masih terlampau rendah7


sedangakan pada temperatur 500 °C ternyata temperatur pengerolan terlalu tinggi.Pada temperatur 325 °C komposit bahan bakar belum plastis sedangkan kelongsong daribahan AIMg2 telah plastis sehingga sewaktu dirol komposit bahan bakar masih kerastetapi bahan kelongsong telah menjadi lunak. Okeh karena itu pelaksanaan pengerolanpada temperature tersebut sulit dilakukan. Sebaliknya pada temperatur 500 °C keduabahan komposit dan kelongsong AI te1ah plastis bahkan kelongsong AI terlalu plastisdannmenjadi terlampau lunak sehingga menyulitkan pelaksanaan pengerolan. Darikenyataan tersebut pelaksanaan pengerolan hanya dapat dilakukan pada temperatur 425°C dimanC'l. kedua bahan komposit maupun kelongsong telah cukup plastis sehinggapelaksanaan pengerolan dapat dilakukan.PEB hasil pengerolan selanjutnya dikenai pengujian yang terdiri dari pengujian tidakmerusak dan merusak. Pengujian tidak merusak meliputi pengujian blister, homogenitasdan white ,roint sedangkan pengujian merusak meliputi pengujian ketebalan kelongsongdan kondisi meat8


BAB IIITUJUAN DAN MANFAAT3.1 TujuanPenelitian bahan bakar reaktor riset ini mempunyai tujuan untuk mendapatkanbahan bakar dispersi paduan UZrNb-AI yang memenuhi spesifikasi elemen bakar reaktorriset. Bahan bakar dispersi UZrNb-AI ini diharapkan dapat menggantikan bahan bakaryang sudah ada pada saat ini yaitu bahanb bakar uranium silisida.3.2. ManfaatKeberhasilan mengembangkan bahan bakar baru tentu memberikan banyakmanfaat diantaranya : (a). mengurangi biaya operasi -reaktor karena bahan bakar UZrNb­AI ini mempunyai densitas yang tinggi, (b). mengurangi ketergantungan terhadap luarnegeri karena tidak mengimpor bahan bakar, (c). kemandirian dalam hal penyediaanbahan bakar yang dibuat di dalam negeri, dan (d). Kemandirian dalam hal teknologipembuatan bahan bakar nuklir.9


BABIVMETODOLOGIDibuat paduan UZrNb dengan cara melebur logam U, Zr dan Nb di dalam tungkupeleburan busur listrik. Peleburan dilakukan pada arus iistdk 100 A dalam media · gas ·argon. Setiap sampel dibolak-balik hingga 5 kali peleburan agar tercapai keadaan yanghomogen. Pada pembuatan paduan ini dibuat paduan UZrNb dengan variasi komposisi Nbberturut-turut sebesar 1%, 4% dan 7% berat. Paduan UZrNb hasil peleburt:~n selanjutnyadiperlakukan panas yakni dipanaskan pada temperature 800 °C selama 5 jam kemudiandidinginkan di dalam air (quenching). Setelah diquench sampel dipotong-potong tipis,ditimbang lebih kurang 15 g kemudian dihidridinqdehydriding menggunakan peralatanhydriding-dehydriding. Proses hydriding- dehydriding dimulai dengan memanaskan padatemperatur 450 °C selama 4 hingga 5 jam kemudian divakum hingga tekanan 10- 3 bar.Setelah kondisi vakum tercapai selanjutnya dialiri gas hydrogen hingga mencapai jenuh.Proses ini diulangi lagi dan dicek hingga sampel menjadi rapuh. Sampel hasil hydridingdimiling hingga rapuh dilanjutkan pengayakan untuk diambil serbuk berukuran (40-90 )J.lm. Serbuk yang telah diayak dikenai beberapa pengujian diantaranya : komposisi unsurmenggunakan teknik AAS, densitas menggunakan autopycnometer, fraksi ukuranmenggunakan ayakan, fasa dengan XRD, dan mikrostruktur dengan mikroskop optik.Setelah diuji dengan bebrapa pengujian selanjutnya dibuat menjadi inti elemen bakar(IEB) dengan menambabhkan serbuk AI (untuk setiap PEB dibuat dari 6,16841 g dicampurdengan 1,898 g) dimasukkan ke dalam cetakan dan dipress hingga membentuk kompositbahan bakar. IEB yang terjadi diukur dimensi ketebalannya~ kadar u235, dan distribusiU. IEB yang telah memenuhi persyaratan Komposit bahan bakar selanjutnya dibuat PEBdenggan terlebih dahulu dimasukkan ke dalam figura dan ditutup dengan bahan daripaduan AIMg2 selanjutnya dirol panas pada temperature 425 °C dan dilanjutkanpengerolan dingin hingga memperoleh ketebalan 1,33 mm. Skema percobaan secarakeseluruhan ditampilkan pada Gambar 4.1.10


Potongan logam U, Zr, dan NbPeleburan U,Zr dan NbIngot UZrNbPerlakuan panasPerancannqan dan pembuatan miniHvdridina-dehvdridinaSerbuk UZrNbAnalisis Kadar U,Zr,Nb dan pengotorFraksi ukuran butir+I Deisitas I~----------------~------------~~ .. TidakI SerbukyaIIEB~J. +KetebalanJ.......~Distribusi U dan kadar11


TidakReject ~~~----YaI Pengerolan dingin jI~..PEB+ • • •j_Blister,DimensiHomogenitas Bentuk Ketebalan WhitecacatII n;:!l;:!m inti meat kelongsong nni(lf.. •t~ ~ lIRejectGambar 4.1. Diagram alir blok jalannya percobaan12


BABYHASIL DAN PEMBAHSANPadahasil dan pembahasan ini dibahas antara lain : pembuatan ingot UZrNb,proses hydriding ingot UZrNb, pengujian serbuk, pembuatan PEB pengujiannya.5.1 Pembuatan ingot UZrNbHasil percobaan pembuatan ingot UZrNb ditampilkan pada Gambar 5.1. Pada Gambar5.1 ditampilkan bentuk dan ukuran sampel hasil peleburan UZrNb. Untuk membuatpaduan ingot UZrNb tersebut logam U, Zr sponge dan logam Nb dilebur di dalam tungkupeleburan busur !istrik. Tungku peleburan busur listrik dioperasikan pada arus sebesar100 A dan dalam media gas argon. Kuat arus dlam peleburan ini agar diperhatikankarena apabila arus yang digunakan terlalu rendah maka panas yang ditimbulkan olehelektroda kurang kuat dan berakibat ingot yang terbentuk kurang menyatu, disebabkanpanas yang digunakan kurang tinggi. Sebaliknya apabila arus yang digunakan terlampaubesar maka panas yang ditimbulkan juga terlampau tinggi sehingga unsure yang dileburkemungkinan sebagian telah menguap. Apabila sebagian unsur telah menguap maka ingotyang terjadi akan kekurangan unsur yang menguap sehingga komposisi paduan tidaksesuai yang direncanakan. Oleh karena itu untuk mendapatkan sampel yang sesuaidengan yang direncanakan maka penggunaan arus listrik harus tepat. Selain itu setiapsampel yang dibuat pada saat peleburan dibolak-balik hingga lima kali untukmendapatkan kondisi sampel berupa ingot yang homogen. Bentuk UZrNb hasil peleburanberbentuk lingkaran dengan ukuran diameter 14 mm dan ketebalan lebih kurang 5 mmpada bagian tengah.13


Gambar 5.1. Bentuk dan ukuran ingot hasilleburan UZrNb5.2 Pembuatan serbuk UZrNb dan pengujianHasil pembuatan sebuk UZrNb ditampilkan pada Gambar 5.2 , 5.3 dan 5.4,. DariGambar 5.1 terlihat bahwa pada pembuatan serbuk UZrNb terlihat mulai terjadikerapuhan yang ditandai adanya lubang-lubang dan penipisan ingot. Proses hydridingdimulai dengan pemanasan dengan tujuan untuk membuka pori-pori agar mudah terjadipenyerapan gas hidrogen. Pemanasan ini dilakukan pada temperatur 450 °C selama lebihkurang 50 jam (dilakukan secara terputus setiap akan dimulai proses hydridifXJ dimanasetiap akan dimulai hydriding dilakukan selama 2 jam). Setelah dipanaskan selanjutnyadidinginkan hingga temperatur 200 °C dan selama lebih kurang 50 jam (dilakukan secaraterputus setiap akan dimulai hydriding) . Proses selanjutnya yakni pemvakuman hinggamencapai temperature 10- 3 bar dan dijaga konstan. Apabila tekanan telah tercapaiselanjutnya gas hidrogen dimasukkan ke dalam tabung tempat sampel (tabung ret01t.)ditunggu hingga mencapai jenuh. Proses penyerapan ini memakan waktu lama mencapai200 jam ( dikerjakan secara terputus-putus setiap mengerjakan hydriding. setelahdivakum). Penyerapan gas hidrogen ini mengakibatkan terbentunya hidrida UZrHx yangberada pada batas-batas butir sehingga ingot menjadi rapuh .. Sebelum UZrNb inidikeluarkan terlebih dahulu dilakukan pemanasan pada temperature 450 °C selama 1 jamuntuk mengeluarkan gas hidrogen yang terserap. Pemanasan ini dikenal dengan istilahdehydriding. Gas hidrogen ini perlu dikeluarkan untuk menghindari reaksi antar gas14


hidrogen bereaksi dengan oksigen dari udara yang dapat menimbulkan letupan.Pembuatan serbuk melalui cara hydriding-dehydriding ini memakan waktu lama tetapicara tersebut lebih sederhana dibandingkan cara lainnya misalnya dengan cara atomisasiDari Gambar 4.3 terlihat ingot UZrNb telah pecah menjadi berbentuk serbuk yangmasih kasar dengan bentuk yang tidak beraturan dan agak pipih. Serbuk UZrNb yangtersebut selanjutnya diayak untuk mendapatkan ukuran yang sesuai yakni 40-90 Jlm.Serbuk yang telah diayak diperlihatkan pada Gambar 5.4.Gambar 5.2. Paduan UZrNb yang mengalami keretakan setelahdihydridingGam bar 5.3. Serbuk UZrNb hasil hydriding (Sebelum diayak)15


Gambar 5.4. Serbuk UZrNb setelah diayak5.2.1 Analisis komposisi unsurHasil analisis komposisi unsur Zr dan Nb didalam serbuk UZrNb yang diujimenggunakan AAS ditampilkan pada Tabel 5.1 dan 5.2. Dari Tabel 5.1 dan 5.2 terlihatbahwa kandungan unsur Zr di dalam serbuk UZrNb masih memenuhi mempunyaiperbedaan yang tidak terlalu jauh dibandingkan yang direncanakan sedangkan Nbberturut turut sebesar 1,261; 1,362 dan 4,419 %. Hasil analisis Zr pada masing-masingU10%Zr1 %Nb, U10%Zr4%Nb, dan U10%Zr7%Nb mempunyai perbedaan dengan yangdirencanakan sebesar 0,75 %, 1,1 % dan 0,8 %. Perbedaan tersebut tidak signifikansehingga hasil analisis ini mendekati yang direncanakan. Namun untuk hasil Nbmempunyai perbedaan yang cukup signifikan. Dari hasil analisis komposisi pengotoryang ada seperti tertera pada Tabel 2 terlihat bahwa hampir semua unsur yang adamasih memenuhi persyaratan untuk bahan bakar reaktor riset kecuali unsur Ca. UnsurCa yang terkandung di dalam masing-masing serbuk U10%Zr1 %Nb , U10%Zr4% danU10Zr7%Nb adalah sebesar 68,2; 74,43 dan 98,08 ppm sedangkan yangdipersyaratakan adalah ~ 50 ppm. Hal ini disebabkan oleh logam U yang digunakandalam membuat paduan UZrNb masih mengandung logam Ca melebihi yang16


dipersyaratkan. Perlu diketahui bahwa logam U dibuat dari proses reduksi UF4 denganmenggunakan logam Ca. Logam Ca yang digunakan kemungkinan masih tersisa di dalamlogam U sehingga mengotori logam U yang dihasilkan. Akan tetapi, kandungan logam Cadi dalam logam U tersebut belum cukup untuk membentuk fasa atau senyawa barudengan logam U, Zr maupun Nb. Oleh karena itu, keberadaan pengotor Ca tersebut tidakmenimbulkan masalah pada bahan bakar yang dihasilkan. ·Tabel 5.1. Hasil analisis kandungan Zr dan Nb di dalam serbuk paduanUZrNbNo Unsur Hasil analisis(% berat)U10%Zr1%Nb U10%Zr4%Nb U10Zr7%Nb1 Zr 9,25 8,90 9,802 Nb 1,261 1,362 4,419Tabel 5.2. Laporan hasil analisis pengotor unsur di dalam paduan UZrNbNo Unsur Hasil analisis Pesyaratan Limit(ppm)(ppm)deteksiU10%Zr1%Nb U10%Zr4%Nb U10%Zr7%Nb1 Cd < LD


7 Mo - - - 48 Mn Ttd Ttd Ttd 10 0,0039 Ni 6,1911 11,2309 6,565 3010 AI 11,633 9,633 38,407 so11 Zn 1,3266 3,2756 1,0927 -12 Co Ttd Ttd Ttd - 0,00315.2.2. Pengujian densitasHasil pengujian densitas serbuk UZrNb-AI dengan menggunakan autopik'!ometerditampilkan pada Tabel 5.3. Dari Tabel 5.3 tersebut dapat ditunjukkan bahwa nilaidensitas semakin berkurang pada serbuk UZrNb-AI apabila kandungan Zr semakinbertambah. Untuk serbuk U10%Zr1 %Nb-AI, U10%Zr4%Nb-AI dan U10%Zr7%Nb-AIberturut turut sebesar 11,60 1 ; 11,3664 dan 10,497 gjcm 3 . Berkurangnya nilai densitastersebut disebabkan oleh nilai densitas Zr yang rendah dibandingkan densitas logam U.Densitas Zr adalah sebesar 8,5 gjcm 3 sedangkan Nb sebesar 19 gjcm 3 Oleh karena nilaidensitas Nb lebih rendah dibandingkan dengan densitas logam U murni sehingga padapenambahan Nb yang semakin besar berarti akan menurunkan jumlah U. Berkurangnyajumlah U yang mempunyai densitas tinggi dan bertambahnya logam Nb yang mempunyaidensitas rendah mengakibatkan menurunnya densitas paduan UZrNb yang terjadi.Apabila dibandingkankan nilai densitas paduan UZrNb sebelum ditambah serbuk AIsebagai matriks terlihat bahwa nilaii UZrNb setelah ditambah serbuk AI lebih rendahdibandingkan sebelum diberi serbuk AI. Nilai densitas U10%Zr1 %Nb, U10%Zr4%Nb danU10%Zr7°/oNb masing masing adalah sebesar 15,60 ; 15,26 dan 14,60 gjcm 3 []. Hal inidisebabkan serbuk AI yang mempunyai densitas rendah dibandingkan densitas logamU, Zr dan Nb sehingga pada penambahan logam AI akan menurunkan nilai densitas yangterjadi.18


Tabel 5.3. Densitas bahan bakar UZrNb-AINo Item Densitasg/cm 31 U10%Zr1 %Nb-AI 11,6012 U10%Zr4%Nb-AI 11,36643 U 10%Zr7%Nb-AI 10,4975.2.3. Pengujian panas jenisHasil pengujian panas jenis dengan menggunakan DSC ditampilkan pada Gambar5.5. Pengukuran panas jenis dilakukan dari temperatur 55 hingga 437 °C. Dari Gambartersebut terlihat bahwa dari temperatur 55 hingga 155,8 °C semua sampel ujimenunjukan kenaikan nilai panas jenis, tetapi setelah melampaui temperatur 155,8 °Csemua sampel uji mengalami penuurunari nilai panas jenis, Pada temperatur 155,8 °Cuntuk nilai panas jenis untuk U10%Zr1 %Nb-AI ; U10%Zr4%Nb-AI dan U10%Zr7 %Nb-AImasing-masing adalah sebesar 0,09 Jrc; 0,43 Jrc dan 0,2urc. Untuk bahan bakarnuklir nilai panas jenis diharapkan sebesar-besarnya agar panas yang terjadi dapatdipindahkan ke sekeliling sebesar-besarnya pula. Besar kecilnya panas yang dipindahkantergantung dari besar kecilnya panas jenis material tersebut. Artinya material yang· mempunyai · panas jenis · tinggi akan mampu memidahkan panas lebih · besar. ·Memperhatikan nilai panas jenis yang dimiliki oleh ketiga bahan bakar tersebut makabahan bakar U10%Zr4%Nb mempunyai nilai panas jenis yang paling tinggi yaitu sebesar0,43 Jf. Oleh karena bahan bakar tersebut mempunyai nilai panas yang tinggi makabahan bakar U10%Zr4%Nb sehingga mempunyai kemampuan memindahkan panas kesekeliling paling besar.19


u0~0. c,0_4r,OA0.3{:'0. :\V>'·c: 0 )C~V>c"'. ..__)O .. o0.. "' (). I r,0 . 1o.o:,00 100 200 :iOO -~00 '>00Temper


Co untsIN GOTXX .8 (1 % Nb)600400 ' '! :2 00Po s ition [• 2ThetaJ (Copper {Cu))Gam bar 5.6. Kurva sudut 28 terhadap intensitas sinar bahan bakar U10%Zr1 %Nb-AIC ountsING O X VII1. 8 (4%Nb )60040020030 40 50 60 70 80 90Po s ition t• 2 T heta ] (Coppe r (C u))Gambar 5.7. Kurva sudut 28 terhadap intensitas sinar bahan bakar U10%Zr4%Nb-AI21


C ounts600 INGOTXVI.8(7%Nb)4002 0030 4 0 50 60 70 80 90P os1lion 1• 2 Theta] (Copper (C u))Gambar 5.8. Kurva sudut 28 terhadap intensitas sinar bahan bakar U10%Zr7%Nb-AI5.3.Pembuatan pelat elemen bakar dan pengujianPembuatan PEB meliputi antara lain : (1). pembuatan komposit, (2). pengerolankomposit menjadi pelet elemen bakar, (3). pengujian destruktif dan non destruktif.5.3.1. Pembuatan komposit inti elemen bakar {IEB}Serbuk UZrNb yang telah diayak dan mempunyai ukuran 40 hingga 90 J.lr'ndicampur dengan serbuk AI murni. Dari hasil perhitungan seperti diuraiakan pada 2.a.2yakni perhitungan kebutuhan bahan baku untuk membuat PEB maka sebanyak 6,16841g UZrNb dicampur dengan 1,15 g serbuk AI dan dihomogenisasi. Setelah dihomogenisasiselanjutnya dimasukkan ke dalam mini die dan dipress pada tekanan 150 ton sehinggamembentuk komposit bahan bakar. Komposit bahan bakar selc:mjutnya dianil selanjunyadimasukkan ke dalam bingkai dan ditutup serta dilas pada ujung-ujungnya5.3.2. Pengerolan komposit menjadi pelat elemen bakar {PEB}Perolan komposit menjadi PEB dilakukan pada temperatur 350, 425, dan 500 °C.Pada perolan 350 °C sulit dilakukan karena temperatur pengerolan masih terlampaurendah sehingga komposit sulit dirol. Demikian pula pada pengerolan yang dilakukan22


pada temperatur 500°C ternyata komposit bahan bakar menjadi terlalu lunak dan sulitdilakukan pengerolan. Pada temperatur 325 °C komposit bahan bakar belum plastissedangkan kelongsong dari bahan AIMg2 telah plastis sehingga sewaktu dirol kompositbahan bakar masih keras tetapi bahan kelongsong telah menjadi lunak. Okeh karena itupelaksanaan pengerolan pada temperatur tersebut sulit dilakukan. Sebaliknya padatemperatur 500 °C kedua bahan komposit dan kelongsong AI telah plastis bahkankelongsong AI terlalu plastis dan menjadi terlampau lunak sehingga menyulitkanpelaksanaan pengerolan. Dari kenyataan tersebut pelaksanaan pengerolan hanya dapatdilakukan pada temperatur 425 °C dimana kedua bahan komposit maupun kelongsongtelah cukup plastis sehingga pelaksanaan pengerolan dapat dilakukan. PEB hasilpengerolan panas dan dingin ditunjukkan pada Gambar 9.5.4. Pengujian tidak merusak {non destructive) dan merusak {destructive)Pengujian tidak merusak untuk mengetahui ada tidaknya blister, homogenitas danwhite point5.4.1. Pengujian tidak merusak (non destructive test}. a. Pengujian blisterKeberadaan blisterdi dalam PEB dapat diuji dengan alat ultrasonik. Di dalamPEB tidak dikehendaki adanya blister karena apabila terdapat blister mengakibatkanikatan antarlogam kurang kuat sehingga apabila ikatan tersebut terlepas maka bahanbakarjproduk fisi keluar ke lingkungan. Hasil pengujian blister di dalam PEB sepertitertera dalam Tabel 4.4. Dari Tabel 4.4 tersebut terlihat pada bahan bakarU10%Zr7%Nb /425 ssetelah diuji ditemukan adanya blister sedangkan bahan bakaryang lain tidak ditemukan. Hal ini disebabkan pada bahan bakar dengan kandunganNb lebih banyak bahan bakar cenderung menjadi lebih ·lunak, sehingga pada saatdikenai pengerolan maka bahan bakar tersebut timbul blister.23


Tabel 5.4. Hasil pengujian blisterNo PEB/Temperatur BlisterPengerolan ( 0 C)1 U10%Zr1 %Nb-AI /425 Tidak ada2 U10%Zr4%Nb-AI I 425 Tidak ada3 U10°/oZr7%Nb-AI /425 Adab. Pemeriksaan homogenitasDari pengujian homogenitas dapat dilihat bahwa semua PEB masih memenuhipersyaratan yang ditentukan. Hasil pengujian tidak dapat ditampilkan karena beruparekaman pada kertas panjang.c. , Pemeriksaan white point dan dimensi meatPemeriksaan white point dan pengukuran dimensi meat menggunakan sinar Xyang hasilnya direkam pada film Dari film tersebut selanjutnya diamati keberadaanwhite point dan ukuran dimensi meat yang ada. Dari hasil pengujian seperti terteradalam Tabel 4.5 terlihat bahwa ketiga PEB yang diuji ternyata ditemukan whitepointTabel 5.5 Hasil pengujian white pointNo PEB/ Temperatur White pointPengerolan ( 0 C)1 U10%Zr1 %Nb-AI /425 ada2 U 10%Zr4%Nb-AI/425 ada3 U10%Zr7%Nb-AI /425 ada5.4.2. Pengujian merusak ( destruvtie test)Pengujian destruktif untuk mengetahui ketebatan kelongsong dan keadaan meat(whisker! dogbane). Dalam pengujan ini diuji antara lain : (a) ketebalan kelongsongdan (b). kondisi meat24


a. Ketebalan KelongsongDalam pengujian ini PEB dipotong-potong selanjutnya diambil potongan kecil(10 x 5mm) dan dimounting dengan resin. PEB yang telah dimounting dihaluskandengan menggunakan ampelas dari grit 320 sampai 1500 kemudian dipolish dengandiamond paste dan siap untuk diperiksa. Hasil pemeriksaan ketebalan kelongsongditampilkan pada Tabelpada Gambar 5.9 hingga 5.11.dan untuk mengetahui ada tidaknya whisker ditampilkanDari Tabel 5.6 a hingga c yang memuat data hasil pengerolan panas dapat diihatbahwa hampir semua PEBstandar.y~ng telah dirol sampai tahapan ke IV masih memenuhiTabel 5.6 Ketebalan pelat elemen bakar hasil perolan panas..a. Temperatur Perolan 425 °C (U10%Zr1 %Nb)Tahapan Ketebalan Waktu Ketebalan(mm) Pemanasan Standar(menit)(mm)I 6,9 30 8,35-7,0II 5,52 3 . 7,0-5,6III 2,51 6 5,6-2,6IV 1,60 3 2,6-1,65b. Temperatur Perolan 420 °C (U10%Zr4%Nb)Tahap Waktu .Waktu pemanasan Ketebalan StandarPemanasan(mm)( menit)I 6,9 30 8,35-7,0II 5,51 3 7,0-5,6III 2,5 6 5,6-2,6IV 1,65 3 2,6-1,6525


c. Temperatur Perolan 425 °C (U10%Zr7%Nb)Tahapan Keteb Waktu Ketebalanalan Pemanasan Standar(mm) ( menit) (mm)I 6,65 30 8,35-7,0II 5,55 3 7,0-5,6III 2,54 6 5,6-2,6IV 1,68 3 2,6-1,65PEB hasil perolan panas selanjutnya dirol dingin sehingga mencapai ketebalan 1,40mm. Langkah selanjutnya adalah aniling PEB pada temperatur 450 °( selama 1 jamdan diluruskan menggunakan rol pelurus. Maksud aniling setelah perolan dingin adalahuntuk menghilangkan tegangan sisa akibat perolan dingin karena bila tegangan sisayang ada masih cukup besar dapat menimbulkan korosi batas butir (intergrannularcorossion).Gambar 5.9. Pelat elemen bakar (PEB) mini.Hasil perolan PEB UZrNb-AISementara itu hasil pemeriksaan ketebalan kelongsong seperti tertera pada Tabel5.7 dapat dilihat bahwa pada bagian tengah (TG) ketebalan kelongsong masihmemenuhi persyaratan, sedangkan untuksisi dekat (SD) dan sisi jauh (SJ) untuktemperatur pengerolan pada PEB U10%Zr7%Nb tidak memenuhi persyaratan karenaketebalan kelongsong pada sisi jauh di bagian bawah hanya 0,246 mm. Demikian pula26


pada sisi dekat di bagian bawah ketebalan pelat hanya 0,224 mm sedangkanperyaratan harus lebih besar dari 0,250 mm. Dengan melihat hasil pengujian ketebalankelongsong tersebut pada semua sisi nampak bahwa ketebalan kelongsong yangpaling maksimum adalah pada PEB U10%Zr4%Nb karena pada PEB tersebutmempunyai ketebalan yang paling besar. Oleh karena itu dilihat dari ketebalankelongsong · dapat dlsimpulkan bahwa pada PEB U10%Zr4%Nb yang paling baik.Tabel 5.7.Data Hasil pengujian ketebalam kelongsongNo Pel at SJ TG SDAtas Bawah Atas Bawah Atas Bawah1 U10%Zr1% 0,293 0,314 0,365 0,373 0,266 0,2762 U10%Zr4% 0,303 0,270 0,432 0,382 0,254 0,3143 U10%Zr7% 0,284 0,246 0,419 0,413 0,294 0,224b. Kondisi meatHasil pemeriksaan mmeat ditunjukkan pada Gambar sampai Dari Gambar 5.10sampai Gambar 5.12 terlihat semua PEB yang diuji masih memperlihatkan adanyadogbane. Terbentuknya dogbone disebabkan kekerasan kelongsong lebih rendahdibandingkan kekerasan bahan bakar. Disini PEB yang digunakan adalah dari bahanbakar UZrNb-AI adalah dari paduan AIMg2 dimana paduan AIMg2 mempunyaikekerasan rendah. Oleh karena itu masih terlihat adanya dogbone.27


. 'a_..· .. _.!>""Sl8Gambar 5.10 Penampang membujur meat U10%Zr1 %Nb.Temperatur pengerolan 425 °(a). Sisi Dekat (SD), dan b) Sisi Jauh (SJ)28


' !1 2 3Gambar 5.11. Penampang membujur meat U10%Zr4%Nb.Temperatur pengerolan 425 °Ca). Sisi Dekat (SD), dan b) Sisi Jauh (SJ)29


~.. .-·-;' .,... .. . -< ' .. •Keterangan :2 3bGambar 5.12. Penampang membujur meatU10%Zr4%Nb.Temperatur Pengerolan 425 °(a). Sisi Dekat (SD), dan b) Sisi Jauh (SJ)1 UZrNb-AI, 2 Matriks, 3 Kelongsong30


V. SIMPULAN DAN SARAN5.1 SimpulanDari penelitian pembuatan PES disperse UZrNb untuk reaktor riset dapat disimpulkansebagai berikut :Pembuatan ingot UZrNb yang menggunakan tehnik peleburan busur listrik padakuat arus 100 A. Untuk · membuat serbuak UZrNb dari ingot UZrNb digunakan teknikhydridirK.J-dehydriding dengan memanaskan 450 °C, divakum pada tekanan 3,3 x 10- 3 danpemasukan hidrogen pada temperatur 250 °C.Hasil pengujian komposisi serbukmenunjukkan hampir semua unsur yang disyaratkan sebagai bahan bakar hampermemenuhi kecuali logam Ca. Dari pengukuran densitas diperoleh bahwa densitas serbukUZrNb-AI semakin berkurang apabila kandungan Zr semakin bertambah. Untuk serbukU10%Zr1 °/oNb-AI, U10%Zr4%Nb-AI dan U10%Zr7%Nb-AI berturut turut sebesar 11,60 1; 11,3664 dan 10,497 gjcm 3 . Pada pengujian panas jenis diperoleh nilai panas jenis yangdimiliki oleh ketiga bahan bakar tersebut maka bahan bakar U10%Zr4%Nb mempunyainilai panas jenis yang paling tinggi yaitu sebesar 0,43 Jrc. Hasil pengujian fasa dapatdiidentifikasi fasa a-U, senyawa Zr6Fe0,6Se2, Ti0,04U0,96 dan Zr6CI12. Pada pengujanblister dari PES U10%Zr7%Nb masih ditemukan blister sedangkan yang lain tidak, hasilpemeriksaan homogenitas menunjukkan semua PES memenuhi persyaratan sedangkanhasil pemeriksaan white point menunjukkan semua PES yang diuji ditemukan white pointSementara itu, hasil pengujian akhir pada PES yakni ketebalan kelongsong dan kondisimeac terlihat bahwa semua PES yang diukur masih memenuhi persyaratan sedangkarrpada pemeriksaan kondisi meatmenunjukkan semua meatterdapat dogbane.5.2. SaranUntuk memberika hasil yang lebih baik agar pada pengujian ditambahpengji~m fasa dengan SEM-EDS sehingga dapat diidentifikasi senyawa atau fasa lebihakurat. Hal ini penting karena terbentuknya senyawa atau fasa baru akan mempengaruhiunjuk kerja bahan bakar di reactor.31


DAFTAR PUSTAKA1. Http:/ I en.wikipedia.org/wiki/ Experi-mentaL Breeder_ Reactor II. Down-load:tanggal 4-1-2008.2. Suwarno H, " Karakter Bahan Bakar TRIGA", Presiding Seminar Nasioanal ke 11Teknologi dan Keselamatan PL TN Serta Fasilitas Nuklir, Malang, 15 September 2005.ISSN: 0854-2910.3. Masrukan," Pengaruh Penambahan Unsur Zr Terhadap Kekerasan dan MikrostrukturPaduan U-Zr". Seminar Nasional ke 14 Teknologi dan Keselamatan PLTN sertaFasilitas Nuklir", PTRKN-BATAN, Bandung, Nopember 2008. ISSN: 0854-2910.Halaman 419-424.4. Kaufmann A ," Nuclear Reactor Fuel Elements. Metallurgy And Fabrication, U S.Atomic Energy Commission. New York. Intersience Publisers. John Wiley andSons. Tahun 1972, halaman 82-83.5. Bruno. " Methodology of UZrNb Alloy Powder Passivation Obtained By Hydride-Dehydride Process". International Nuclear Atlantic Conference -INAC 2007. Santos.Brazil. 29 September- 5 Oktober 2007.6. Balart. dkk." Progress on LEU Very High density Fuel And Target Developments inArgentina''. RRFM Meeting. 30 April-3 Mey 2006, Sofia, Bulgaria.7. Asminar, " Pengujian Komposisi Paduan UZr untuk Bahan Bakar Reaktor Riset DenganMenggunakan AAS", Presiding Laporan Teknis Penelitian PTBN-BATAN, 2009. ISSNNo 0854-5561.32

More magazines by this user
Similar magazines