Teknologi Pembuatan Bahan Bakar Pelet Reaktor Daya Berbasis Thorium Oksida EXECUTIVE SUMMARY

Transkripsi

1 Teknologi Pembuatan Bahan Bakar Reaktor Daya Berbasis Thorium Oksida EXECUTIVE SUMMARY Dalam rangka untuk mengatasi adanya kekurangan energi yang terjadi di dalam negri saat ini, maka banyak penelitian yang bermunculan tentang pembangkit energi yang ramah lingkungan dan tidak lagi menggunakan bahan bakar fosil seperti minyak bumi, gas dan batu bara. Hal ini dilakukan untuk mengantisipasi adanya semakin menipisnya cadangan bahan bakar fosil di dunia saat ini dan semakin mahal serta kurang ramah lingkungan. PLTN dengan bahan bakar (BB) berbasis thorium makin menarik perhatian dunia apalagi bila dikaitkan dengan kecelakaan nuklir di Fukushima Jepang akhirakhir ini. Penggunaan bahan nuklir berbasis thorium oksida telah dikembangankan oleh beberapa negara maju sebagai bahan bakar nuklir untuk mengurangi dan menggantikan uranium yang banyak digunakan sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik (PLTN) di dunia. Pada umumnya bahan bakar reaktor daya sebagai reaktor pembangkit tenaga listrik, banyak menggunakan bahan bakar berbentuk pelet yang mengandung uranium, yaitu UO 2 (uranium oksida) atau PuO 2 (Plutonium oksida). Penggunaan bahan bakar ini semakin ditinggalkan karena dampak negatif yang ditimbulkan terhadap lingkungan dan dapat digunakan sebagai senjata pemusnah masal. Cadangan thorium secara global jauh lebih besar dari cadangan uranium di alam, yaitu sekitar 3 atau 4 kali dibandingkan dengan uranium, oleh karena itu dapat menjadi sumber daya yang melimpah dan berkelanjutan. Thorium bukan bahan fisil namun dapat diubah menjadi U-233 dengan mereksikannya dengan neutron menjadi isotop fisil. Di sisi lain, logam thorium tersedia cukup melimpah di Indonesia dan murah, karena monasit (yang mengandung thorium sekitar 0,26-14,9%) sudah ada sebagai produk samping dari Tailing Pasir timah dan juga Terak II yang berasal dari Industri tambang timah di Kep. Banka dan belitung, dan juga saat ini sudah ditemukan pula bahan baku pasir timah di Kalimantan, Kep. Riau (Kondur) dan Halmahera. Sehingga Indonesia tidak perlu lagi berhubungan dengan kartel uranium yang dapat 1

2 memainkan harga uranium sesuka hati. Lagi pula, limbah monasit membawa produk samping yang berupa logam tanah jarang (di antaranya adalah Y, La, Ce, Pr, Nd) yang mempunyai harga cukup mahal di dunia saat ini. Bahan bakar Thorium oksida yang apabila digunakan sebagai bahan bakar nuklir akan bereksi secara keseluruhan menjadi U 233 dengan adanya neutron didalam teras reaktor nuklir secara terus menerus dan sekaligus menghasilkan energi yang dapat digunakan sebagi energi listrik. Dengan telah berhasilnya penelitian yang dilakukan oleh Ki Won Kang dan kawan-kawan dari Korea Atomic Energy Research Institute, mengenai pembuatan bahan bakar pelet campuran thorium oksida dan uranium oksida dengan perbandingan 65 % : 35 % berat (ThO 2 dan UO 2 ). P. Balakrishna ) dan Kawankawan dari Departmen of Atomic Energy Nuclear Fuel Complex, Hyderabad, India juga telah melakukan penelitian bembuatan Blanket assemblies yang terdiri dari bahan bakar nuklir berbasis thorium oksida yang digunakan untuk bahan bakar pada teras Fast Breeder Reactor, menunjukkan bahwasanya logam thorium dapat digunakan sebagai bahan bakar nuklir yang dapat dicampur dengan uranium untuk dijadikan bahan bakar berbentuk pelet. Pada penelitian ini telah dilakukan pembuatan bahan bakar pelet campuran thorium oksida uranium oksida dengan komposisi 70 % - 30 % berat, yang akan digunakan untuk bahan bakar reaktor daya sebagai reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir. ThO 2 bisa dibuat, sama seperti pelet UO 2 cara perlakuaannya, melalui pengolahan serbuk keramik; preparasi serbuk, pencampuran, milling, pressing dan sintering. Hal ini secara umum dapat dilakukan dengan mengetahui sifat-sifat dari serbuk thorium oksida seperti luas permukaan dan ukuran partikel, besar partikel metode pencampuran dan teknologi sintering. Luas permukaan serbuk UO 2 berkisar dari 2 sampai 5 g/m 2, dan pelet hijau serbuk UO 2 dapat disinter sekitar 1700 o C. Perlu dicatat bahwa titik leleh ThO 2 adalah 3300 o C dan lebih tinggi 500 C dari pada UO 2 tersebut. Hal ini menunjukkan bahwa sintering ThO 2 memerlukan suhu yang lebih tinggi daripada UO 2. Namun, sangat sulit dan tidak ekonomis untuk menaikkan suhu sintering ThO 2 di atas 1800 C. Sehingga sangat penting dalam fabrikasi pelet ThO 2 untuk mempersiapkan serbuk ThO 2 yang dapat disinter pada suhu relatif rendah. Untuk mendapatkan suhu sinter yang relatif rendah diperlukan adanya teknik pencampuran secara baik. 2

3 Hasil yang diperoleh dari penelitian ini adalah 3 buah pelet hasil sinter dan 3 buah pelet mentah dengan spesifikasi sebagai berikut : Tabel 1. Hasil uji karakterisasi dari pelet (Th,U)O 2 dengan perbandingan 30 % - 70 % ThO 2 berat Jenis serbuk : (U+Th) Oksida eks pelarut HCl Laju pemanasan : 250 der/jam Posisi Hidrolik : 0 Suhu sinter : 1750 der C Tinggi Dies : 58 Waktu sinter : 4 jam Posisi Punch : 20 Laju pendinginan : 150 der/jam Tekanan : 5 MP Atmosfir : Helium No. Mentah Diameter (mm) Diameter Rata-rata Tinggi (mm) (mm) 1 2 Tinggi Ratarata (mm) Vol. Kotor (cc) Vol. Bersih (cc) Berat (g) Densitas (g/cc) Densitas Teoritis (%) 1 11,12 11,13 11,13 13,85 13,79 13,82 1,3427 1,3427 6,7631 5, , ,16 11,16 11,16 14,07 14,08 14,08 1,3761 1,3761 6,9355 5, , ,15 11,14 11,15 12,85 12,85 12,85 1,2529 1,2529 6,6159 5, ,1731 Sinter 1 10,29 10,41 10,45 10,38 12,22 12,36 12,29 1,0401 1,0401 6,7043 6, , ,51 10,42 10,47 10,47 12,47 12,44 12,46 1,0711 1,0711 6,8927 6, , ,35 10,34 10,5 10,40 11,58 11,64 11,61 0,9851 0,9851 6,6559 6, ,8768 Gambar 1. 5 buah pelet hasil sinter dan 3 buah pelet mentah dari pelet (Th,U)O 2 dengan perbandingan 30 % - 70 % ThO 2 berat 3

4 Gambar 2. Struktur mikro dari pelet (Th,U)O 2 hasil sinter dengan perbandingan 30 % - 70 % ThO 2 berat Nilai True Density (TD) dari pelet (Th,U)O 2 hasil sinter dengan perbandingan 30 % - 70 % ThO 2 berat adalah 9,4087 g/cc Tabel 2. Hasil uji analisis komposisi serbuk thorium oksida menggunakan alat uji Spektograf Emisi Atomik Spektroskopi Nama Contoh Kode Contoh Label Parametrer Hasil Uji Satuan Metode Uji Serbuk Thorium oksida 076/P/KA/10 Thorium oksida murni B Cd Mg Pb Fe Al Cu Cr Si 0,12 < 0,10 < 5,00 1,51 11,59 13,16 <1,00 1,77 11,25 4

5 Thorium oksida dari pasir monasit B Cd Mg Pb 0,102 < 0,10 < 5,00 1,07 Fe 9,17 Al 8,47 Cu <1,00 Cr 1,24 Si 7,56 Dari hasil yang diperoleh pelet (Th,U)O 2 hasil sinter dengan perbandingan 30 % - 70 % ThO 2 mempunyai kualitas baik, dan dapat digunakan untuk dipakai sebagai bahan bakar eksperiment pada operasi rektor daya pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) 5