PENGARUH DENSITAS URANIUM PADA PROSES PEMBUATAN PELAT ELEMEN BAKAR DISPERSI U-7Mo/Al DAN U-7Mo/Al-Si

Transkripsi

1 Vl. 18 N., Oktber 2012: PENGARUH DENSITAS URANIUM PADA PROSES PEMBUATAN PELAT ELEMEN BAKAR DISPERSI U-7M/Al DAN U-7M/Al-Si Supardj, Ageng K, Maman K. A, Bybul Pusat Teknlgi Bahan Bakar Nuklir - BATAN Kawasan Puspiptek Serpng, Tangerang Selatan, suparj@batan.g.id (Naskah diterima tanggal: , disetujui: ) ABSTRAK PENGARUH DENSITAS URANIUM PADA PROSES PEMBUATAN PELAT ELEMEN BAKAR DISPERSI U-7M/Al dan U-7M/Al-Si. Penelitian ini dilakukan dalam rangka mendapatkan data pengaruh prses pengerlan terhadap karakteristik prduk PEB U-7M/Al dan U-7M/Al-Si densitas uranium,6 dan 6,0gU/cm. Lingkup penelitian meliputi pembuatan inti elemen bakar/ieb dan pelat elemen bakar/peb U-7M/Al dan U-7M/Al-Si serta pengujian yang meliputi: strukturmikr, kekerasan dan tebal kelngsng PEB. Pengujian strukturmikr pelat AlMg2 dan AlMgSi1 sebagai kelngsng dan PEB U-7M/Al dan U-7M/Al-Si dilakukan dengan teknik metalgrafi, sedangkan kekerasan kelngsng dan meat PEB dengan uji kekerasan vickers. Serbuk U-7M yang digunakan sebagai bahan bakar memiliki diameter partikel dengan kmpsisi -150 µm + 44 µm = 9,2% dan -44 µm = 6,8%. Hasil uji/analisis serbuk U-7M memiliki kadar U= 92,926% dan densitas 15,84 g/cm dan densitas matriks Al 2,7 g/cm. Kmpsisi serbuk U7M dan matriks Al/Al-Si untuk membuat inti elemen bakar/ieb.u-7m/al dan U-7M/Al-Si dimensi 25x15x,15 mm densitas,6 dan 6,0gU/cm dilakukan dengan perhitungan. Hasil hitung kmpsisi U-7M = 4,4009 g dan matriks Al/Al-Si = 2,0104 g untuk densitas uranium,6gu/cm serta U-7M = 7,49 g dan matriks Al/Al-Si =1,5101 g untuk densitas uranium 6,0 gu/cm dan pengepresan tekanan 15 bar diperleh ketebalan,00 mm dan,1 mm. IEB.U-7M/Al dan U7M/Al-Si bersama frame dan cver dirakit menjadi paket rl, kemudian dirl panas pada temperatur 425 C untuk kelngsng AlMg2 dan 450 C untuk kelngsng AlMgSi1 dilanjutkan rl dingin hingga ketebalan 1,40 mm. Pelat elemen bakar hasil rl diptng pada sisi lebar dan panjang dengan meat berada ditengah-tengahnya. Pengambilan sampel untuk uji strukturmikr, kekerasan meat dan kelngsng serta tebal kelngsng dilakukan dengan memtng meat PEB di daerah SD, TG dan SJ kemudian dilakukan preparasi sampel dan pengujian. Hasil uji menunjukkan bahwa partikel U-7M cenderung memanjang sesuai arah rl. Kekerasan kelngsng AlMg2 dan AlMgSi masing-masing sekitar 44,620 VHN, sedangkan kekerasan meat untuk PEB U-7M/Al/ U-7M/Al-Si densitas,60 gu/cm sebesar 182,245 VHN, sedangkan untuk densitas uranium 6,0gU/cm sebesar 209,272 VHN. Kenaikan kekerasan meat PEB menyebabkan pada prses pengerlan terjadi pengumpulan partikel U-7M sehingga kelngsng menjadi tipis. Data pengukuran diperleh bahwa tebal kelngsng PEB U-7M/Al dan U-7M/Al Si densitas uranium,6 gu/cm memenuhi persyaratan karena tebal kelngsng minimum >0,25 mm, sedangkan untuk densitas 6,0 gu/cm tidak memenuhi karena terdapat tebal minimum 0,24 mm untuk kelngsng AlMg2 dan 0,106 mm untuk kelngsng AlMgSi1. Untuk mengatasi ketipisan tebal kelngsng tersebut beberapa kemungkinan yang perlu dilakukan adalah 150

2 Pengaruh Densitas Uranium Pada Prses Pembuatan Pelat Elemen Bakar Dispersi U-7 M/Al dan U-7M/Al-Si (Supardj, Ageng K., Maman K. A., Bybul) menggunakan serbuk U-7M dengan partikel yang lebih halus atau menggunakan bahan kelngsng paduan Al yang memiliki kekerasan lebih tinggi. Kata kunci : bahan bakar dispersi, pelat elemen bakar U-7M/Al dan U-7M/Al-Si, densitas uranium, tebal kelngsng. ABSTRACT THE URANIUM DENSITY EFFECT ON PRODUCTION PROCESS U-7M/Al AND U-7M/Al-Si OF DISPERSION FUEL PLATE. The research was cnducted in rder t btain data n the influence f rlling prcess and prduct characteristics f U-7M/Al U-7M/Al-Si fuel plate with.6 and 6.0 gu/cm uranium density. The scpe f the study includes the manufacture f U7M/Al and U-7M/Al-Si fuel cre and fuel plate and testing include: micrstructure, hardness and fuel plate cladding thickness. The micrstructure testing f AlMg2 and AlMgSi1 plate as cladding and U-7M/Al and U-7M/Al-Si fuel plate dne metallgraphic techniques, while cladding and meat f fuel plate hardness with vickers hardness test. The U-7M pwder used as a fuel has -150 μm particle with + 44 μm = 9.2% and -44 μm = 6.8% cmpsitin. The test results / analysis f U-7M pwder had % uranium and a density f g/cm and 2.7 g/cm density f Al matrix. The U-7M pwder and matrix Al / Al-Si cmpsitin t make U-7M/Al-Si /U-7M/Al fuel cre with 25x15x, 15 mm dimensins and uranium density f.6 and 6.0 gu/cm dne calculatins. The results f calculating the cmpsitin f U-7M = g and the matrix Al / Al-Si = g fr uranium density f.6 gu/cm and U-7M = 7.49 g and the matrix Al / Al Si = 1,5101 g fr uranium density f 6.0 gu/cm and pressing pressure f 15 bar is btained thickness f.00 mm and.1 mm. The.U-7M/Al and U-7M/Al-Si fuel cre with frame and cver are assembled int packets by rllers, then heat rlled at temperatures f 425 C and 450 C fr AlMg2 and AlMgSi1 cladding cntinued cld rlling t a thickness f 1.40 mm. Fuel plate results after rlling is cut n the width and length f the meat psitin being the middle. Sampling fr micrstructure test, hardness and meat and cladding thickness is dne by cutting the meat f fuel plate in the near side, center and far side then perfrmed sample preparatin and testing. The test results shw that the U-7M particles tend t be elngated the directin f the rll. Hardness f AlMg2 and AlMgSi cladding each abut VHN, while fr U-7M/Al / U-7M/Al Si meat f fuel plate with.60 gu/cm uranium density f VHN hardness, while fr 6.0 gu/cm uranium density amunted t VHN. The increase in vilence PEB meat causes the rlling prcess ccurs particle cllectin U-7M making a thin cladding. Measurement data btained by the U-7M/Al and U-7M/Al-Si fuel plate with uranium density f.6 gu/cm thick cladding and eligible fr minimum cladding thickness > 0.25 mm, while fr a 6.0 gu/cm uranium density nt meet because there are minimum cladding thickness 0.24 mm fr AlMg2 cladding and mm fr the AlMgSi1 cladding. T vercme the thinness f thick cladding are several pssibilities that need t be dne is t use U-7M pwder with finer particles r using Al ally materials that have a higher hardness. Key wrds : despersin fuel, the U-7M/Al and U-7M/Al-Si fuel plate, uranium density, cladding thickness. PENDAHULUAN Penelitian bahan bakar dispersi tipe pelat USi2/Al telah dilakukan di Pusat Teknlgi Bahan Bakar Nuklir/PTBN-BATAN sejak tahun 1989 yang merupakan pengembangan bahan bakar UO8/Al 25 dengan uranium pengayaan ± 19,75% U. Pelaksanaan kegiatan penelitian bahan bakar USi2/Al dengan uranium pengayaan ± 151

3 Vl. 18 N., Oktber 2012: ,75% U dilakukan menggunakan fasilitas Instalasi Prduksi Elemen Bakar Reaktr Riset/IPEBRR dan telah berhasil difabrikasi bahan bakar dispersi USi2/Al tipe pelat dengan spesifikasi sesuai dengan [1] persyaratan bahan bakar dispersi. Uji iradiasi (bahan bakar USi2/Al densitas uranium 2,96 gu/cm ) di RSG-GAS hingga burn-up sekitar 50 % menunjukkan bahwa stabilitas iradiasi selama di dalam reaktr sangat baik dan tidak terjadi perubahan ketebalan PEB yang berarti yaitu hanya sekitar 0,714 %. Berdasar data penelitian dan kndisi prses yang diterapkan, maka PT. Batan teknlgi (perser) yang merupakan satu satunya Badan Usaha Milik Negara/BUMN di indinesia yang bergerak di Bidang Nuklir menerapkan data penelitian tersebut ke dalam skala prduksi untuk tujuan kmersial. Berbekal pengalaman dan ketersediaan fasilitas fabrikasi di PT. Batan Teknlgi (perser) dan fasilitas uji di BATAN maka penelitian pengembangan perlu dan siap dilakukan. Paduan berbasis U-M merupakan material baru yang sedang diteliti didunia dalam rangka pengembangan bahan bakar reaktr riset dengan uranium pengayaan 25 <20% U. Penggunaan material berbasis U-M ke dalam bahan bakar jenis dispersi atau mnlitik yang di fabrikasi menjadi elemen bakar ke dalam bentuk pelat atau [2] rd (batang). Bahan bakar mnlitik merupakan bahan bakar yang berisi paduan berbasis U-7M dan dibungkus dengan [] kelngsng stainless steel atau zircaly, sedangkan bahan bakar dispersi terdiri dari campuran hmgen antara serbuk material berbasis U-M dan serbuk matrik nn fisil (Al, Mg dll), dibungkus dengan kelngsng pelat paduan aluminium. Material berbasis U-M dalam bentuk biner atau terner seperti U-M-Zr, U-MTi, U-M-Si memiliki berat jenis > 16 g/cm, dan lgam M, Zr, Ti dan Si mempunyai tampang lintang serapan netrn rendah sehingga berpeluang untuk digunakan sebagai bahan bakar reaktr [4,5] riset. Selain sifat-sifat tersebut juga stabilitas iradiasi dan kemudahan lah ulang 152 bahan bakar pasca iradiasi menjadi faktr utama pemilihan material tersebut untuk digunakan sebagai bahan bakar reaktr riset. Paduan U-7M bersifat ulet sehingga untuk pembuatan serbuk perlu dipilih metde yang tepat. Metde prses pembuatan serbuk material yang bersifat ulet seperti U-M dapat dilakukan beberapa cara diantaranya: Mechanical Crushing (milling, grinding atau penambahan unsur pemadu untuk menambah kerapuhan, crygenic mechanical crushing, hydride[6] dehydride dan prses atmisasi. Prses prduksi serbuk U-M adalah dengan membuat dekmpsisi fasa γ-u di dalam struktur selular. Struktur ini terdiri dari fasa α-u dan fasa γ-u diperkaya dengan M atau U2M, dimana U2M mula-mula berada pada batas butir (grain bundary) fasa γ-u kemudian akan tumbuh melalui pusat butir. Paduan hasil leburan dikndisikan dengan cara annealing sehingga diperleh paduan U-M berstruktur selular. Material berstruktur selular ini kemudian direaksikan dengan hidrgen menggunakan alat hidriding, maka fasa α-u ditransfrmasi menjadi UH yang terletak di batas butir sehingga bahan mudah pecah dan terburai menjadi bngkahan-bngkahan antar butir. Melalui prses dehidriding maka fasa γ -U akan diperleh kembali dengan prses termal, yaitu mengatur suhu prses pada fasa γ. Paduan U-M yang diperleh dalam bentuk butiran kasar kemudian digerus menjadi serbuk halus dengan diameter ukuran partikel <150 µm. Serbuk U-M yang telah memenuhi persyaratan tersebut dapat dilanjutkan untuk penelitian dalam bentuk pelat elemen bakar. Pembuatan bahan bakar dispersi U7M/Al dan U-7M/Al-Si dilakukan dengan teknik metalurgi serbuk, sedangkan pembentukan pelat elemen bakar U-7M/Al dan U-7M/Al-Si dengan teknik pengerlan panas dan dingin. Selama pengerlan, paket rl (susunan frame, cver dan inti elemen bakar/ieb) dipanaskan di dalam tungku

4 Pengaruh Densitas Uranium Pada Prses Pembuatan Pelat Elemen Bakar Dispersi U-7 M/Al dan U-7M/Al-Si (Supardj, Ageng K., Maman K. A., Bybul) pemanas pada temperatur 500 C selama 1 jam, selanjutnya dilakukan pengerlan beberapa tahap hingga terjadi penipisan hingga mendekati ketebalan pelat elemen bakar/peb standar yaitu sekitar 1, mm. Selama fabrikasi bahan bakar, fasa γ U-M [7] terdekmpsisi menjadi α-u dan γ. Terjadinya dekmpsisi membentuk fasa baru berptensi terjadinya perubahan sifat material tersebut. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan PEB U-7M/Al dan U-7M/Al-Si, yang diawali dari pembuatan paduan U-7M dengan teknik peleburan menggunakan tungku busur listrik. Pembuatan serbuk dari ingt paduan U-7M dilakukan dengan teknik hidriding-dehidriding-milling, pembuatan inti elemen bakar campuran serbuk U-7M dan serbuk matriks Al/Al-Si dengan pengepresan, sedangkan pembuatan PEB mini U-M/Al dan U7M/Al-Si dengan pengerlan panas dan dingin. Diharapkan dengan prses tersebut diperleh data uji PEB mini U-7M/Al dan U7M/Al-Si yang memenuhi persyartan bahan bakar tipe pelat dengan tebal kelngsng +0,05 0,8-0,08mm, sehingga dapat digunakan sebagai pedman penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan PEB U-7M/Al dan U7M/Al-Si yang memenuhi spesifikasi bahan bakar reaktr riset tipe pelat dan siap uji [8] iradiasi di RSG-GAS TATA KERJA Penelitian dimulai dari pembuatan ingt paduan U-7M, serbuk U-7M, inti elemen bakar/ieb U-7M/Al-Si dan pelat elemen bakar/peb U-7M/Al-Si. Ingt paduan U-7M dibuat dengan teknik peleburan menggunakan tungku busur listrik bermedia gas argn terhadap campuran 9% berat U dan 7% berat M. Ingt paduan U-7M hasil peleburan diubah menjadi serbuk dengan prses hidriding-dehidriding milling. Serbuk U-7M dan serbuk matriks Al/Al-Si dengan berat masing-masing sesuai dengan densitas uranium,6 dan 6,0 gu/cm, dicampur hingga hmgen dan dikmpaksi pada tekanan 15 bar hingga terbentuk lempengan IEB U-7M/Al dan IEB U-7M/Al-Si dengan dimensi 25 x 15 x ( ±,15) mm. Selanjutnya IEB dirakit menjadi paket rl menggunakan material frame dan cver serta inti elemen bakar/ieb yang berbeda. Frame dan cver (kelngsng) AlMg2 dirakit menjadi paket rl menggunakan IEB U-7M/Al, sedangkan kelngsng AlMgSi1 menggunakan IEB U7M/Al-Si. Masing-masing paket rl dibentuk menjadi pelat elemen bakar/peb dengan pengerlan panas dan pengerlan dingin. Paket rl yang berisi IEB U-7M/Al dan paket rl yang berisi IEB U-7M/Al-Si masing-masing dirl panas pada temperatur 425 C dan 450 C. PEB hasil pengerlan masing-masing dilakukan pengujian terhadap strukturmikr dan kekerasan kelngsng sebelum dan setelah prses pengerlan panas, strukturmikr dan kekerasan meat bahan bakar serta tebal kelngsngnya. HASIL DAN PEMBAHASAN Pelat elemen bakar/peb U-7M/Al dan U-7M/Al-Si dibuat dengan teknik pengerlan panas pada temperatur masing masing 425 C dan 450 C. PEB U7M/Al menggunakan kelngsng pelat AlMg2, sedangkan PEB U-7M/Al-Si menggunakan AlMgSi1. Hasil analisis pelat AlMg2 dan AlMgSi1 dilakukan menggunakan AAS, dan diperleh kadar unsur lgam seperti ditampilkan pada Tabel 1. Ditinjau dari data analisis menunjukkan bahwa kedua material tersebut memenuhi persyaratan untuk digunakan sebagai kelngsng bahan bakar reaktr riset tipe [7] pelat. 15

5 Vl. 18 N., Oktber 2012: Tabel 1. Kmpsisi unsur lgam di dalam pelat AlMg2 dan AlMgSi1. Unsur lgam Si Mn Mg Cr Ti Fe B Cd C Cu Li Zn Kadar unsur lgam, % Pelat AlMg2 Pelat AlMgSi1 1,1500 0,0020 0,7100 1,8000 0,9800 0,0040 0,100 0,2500 0,0002 0, , ,0000 0, ,900 Struktur mikr pelat AlMg2 dan AlMgSi1 fresh material yang digunakan sebagai kelngsng pelat elemen bakar/peb. pada Gambar 1., terlihat bahwa AlMg2 terlihat butiran yang bulat sedangkan AlMgSi1 berbentuk pipih. Hasil pengukuran kekerasan pelat AlMg2 dan AlMgSi1 menggunakan metde Vickers dengan beban 2 kgf terhadap sampel uji yang diambil pada psisi sesui arah rl dan tegak lurus arah rl seperti ditunjukkan pada Tabel. Data uji kekerasan pada perbedaan psisi sampel uji tidak menunjukkan perbedaan kekerasan yang signifikan dengan kekerasan rerata pelat AlMg2 dan AlMgSi1 berturut-turut 47,477 VHN dan 101,697 VHN. Pelat AlMg2 dan AlMgSi1 dibuat frame dan cver (Gambar 2) dengan teknik pengerlan dan pemesinan. Frame berukuran 145 x 180 x,15 mm dengan dua lubang masing-masing berukuran 25 x 15 x,15 mm dan dua buah cver berukuran masing-masing 145 x180 x 2,68 mm. (a)..(b) Gambar 1. Struktur mikr fresh material, (a) AlMg2, (b) AlMgSi. 154

6 Pengaruh Densitas Uranium Pada Prses Pembuatan Pelat Elemen Bakar Dispersi U-7 M/Al dan U-7M/Al-Si (Supardj, Ageng K., Maman K. A., Bybul) Gambar 2. Frame dan cver. Ingt paduan U-7M hasil peleburan sangat ulet dengan kekerasan rerata 240,4 VHN dan tidak dapat diubah langsung menjadi serbuk dengan cara mekanik (ballmill) sehingga pada penelitian ini dilakukan. dengan prses hidriding-dehidriding-milling Serbuk U-7M hasil prses hidridingdehidriding-milling dari ingt paduan U-7M dengan diameter partikel < 150 µm ditunjukkan pada Gambar. Bentuk partikel butir serbuk U-7M tidak beraturan dan pada permukaannya terdapat dua jenis yaitu halus dan kasar mirip dengan serbuk U-M hasil penelitian yang dilakukan leh M. [9] Durazz et.al.. Permukaan partikel serbuk kasar merupakan partikel U-7M yang kemungkinan pada saat prses hidriding bereaksi dengan hidrgen membentuk senyawa U-7MHx yang bersifat rapuh, sedangkan permukaan partikel halus dan cenderung bulat merupakan partikel yang belum/tidak bereaksi dengan hidrgen. Permukaan partikel yang halus tersebut mengindikasikan bahwa paduan masih ulet sehingga pada prses pembuatan serbuk menggunakan ring-mill/penumbukan, partikel tidak pecah dan dengan tumbukan yang berulang-ulang menyebabkan permukaan menjadi halus. Prses dehidriding dilakukan pada temperatur >500 C, maka senyawa U-7MHx terdissiasi dan hidrgen lepas dari paduan U-MHx (material tetap rapuh) dengan meninggalkan jejak permukaan partikel U7M yang kasar. Bentuk serbuk U-7M sangat berpengaruh terhadap mampu alir, hmgenitas dengan serbuk matriks Al, pembentukan IEB dan pengerlan PEB. 155

7 Vl. 18 N., Oktber 2012: Gambar. SEM serbuk U-7M hasil prses hidriding - dehidriding - milling. Inti Elemen Bakar/IEB U-7M/Al atau U-7M/Al-Si densitas uranium,6 dan 6 gu/cm, merupakan campuran hmgen antara serbuk bahan bakar U-7M dan serbuk matriks Al / Al-Si yang dibentuk melalui prses kmpaksi pada tekanan 15 bar. Desain IEB berukuran 25 x 15 x ±,15 mm (vlume = 1,1625 cm ) dan berdasar vlume tersebut dan hasil analisis kadar U dalam U-7M= 92,926%, berat jenis U-7M = 15,84 g/cm, berat jenis matriks Al = 2,70 g/cm, maka kmpsisi campuran serbuk bahan bakar U-7M dan matriks serbuk Al/Al-Si dapat dihitung dengan hasil seperti ditunjukkan pada Tabel 2. Dari Tabel 2 terlihat bahwa makin tinggi densitas uranium jumlah bahan bakar U-7M meningkat sedangkan berat matriks Al/Al-Si makin sedikit. Gambar 4 merupakan IEB U-7M/AlSi hasil kmpakasi dengan dimensi 25 x 15 x,0 mm untuk densitas,6 gu/cm dan 25 x 15 x,1 mm untuk densitas 6,0 gu/cm. Ketebalan IEB dengan densitas uranium 6,0 gu/cm lebih tinggi dibandingkan dengan densitas,6 gu/cm. Hal ini disebabkan makin tinggi densitas uranium, maka jumlah serbuk bahan bakar U-7M makin banyak sedangkan jumlah matriks Al makin sedikit sehingga dengan kekerasan U-7M (240,4 VHN) yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan Al (47,477 VHN) maka pada tekanan kmpaksi yang sama, ketebalannya lebih tinggi. Tabel 2. Kmpsisi berat serbuk U-7M dengan matriks Al/Al-Si Jenis Bahan bakar U-7M/Al U-7M/Al-Si 156 Densitas Uranium, gu/cm,6 6,0,6 6,0 Berat serbuk U7M, g 4,4009 7,49 4,4009 7,49 Berat serbuk matriks Al, g 2,0104 1,5101 1,9099 1,446 Berat serbuk matrks Si, g 0,1005 0,0755

8 Pengaruh Densitas Uranium Pada Prses Pembuatan Pelat Elemen Bakar Dispersi U-7 M/Al dan U-7M/Al-Si (Supardj, Ageng K., Maman K. A., Bybul) Gambar 4. Inti elemen bakar U-7M/Al-Si Inti elemen bakar/ieb U-7M/Al densitas,6 dan 6 gu/cm dibungkus menggunakan frame dan cver (kelngsng) pelat AlMg2, sedangkan IEB U-7M/Al-Si densitas,6 dan 6 gu/cm dibungkus dengan kelngsng pelat AlMgSi1. Pembentukan pelat elemen bakar PEB U-7M/Al-Si dengan pengerlan panas pada temperatur 450 C dan PEB U-7M/Al pada temperatur 425 C ditampilkan pada Gambar 5. dan 6. Secara ideal partikel U7M tersebar dikelilingi serbuk matriks Al-Si, namun pada praktiknya sulit diperleh, walaupun sebelum prses kmpaksi partikel serbuk U-7M dan matriks Al-Si sudah (a) SD dihmgenisasi. Hal ini disebabkan perbedaan densitas serbuk U-7M dan matriks campuran Al-Si yang cukup jauh yaitu masing-masing 15,84 g/cm dan ± 2,7 g/cm sehingga pada waktu memasukkan ke dalan lubang dies mesin press terjadi kecenderungan partikel U-7M mengumpul di bagian bawah sehingga berpengaruh terhadap hmgenitas IEB U-7M/Al-Si hasil pres. Prses pengerlan panas dilakukan 4 tahap hingga terjadi penurunan ketebalan dari ± 8,41 mm menjadi 1,65 mm dan dilanjutkan pengerlan dingin beberapa tahap dan diperpleh ketebalan ± 1,40 mm. TG SJ 157

9 Vl. 18 N., Oktber 2012: (b) SD TG SJ Gambar 5. (a) PEB U-7M/Al-Si densitas,6 gu/cm, kelngsng AlMgSi1 dan pengerlan pada temperatur 450 C (b) PEB U-7M/Al densitas,6 gu/cm, kelngsng AlMg2 dan [10] pengerlan pada temperatur 425 C (a) (b) SD TG SD TG SJ Gambar 6. PEB U-7M/Al-Si densitas uranium 6,0 gu/cm dengan kelngsng: (a) AlMgSi1 hasil pengerlan panas pada temperatur 450 C [10] (b) AlMg2 hasil pengerlan panas pada temperatur 425 C Dari Gambar 5 dan 6 terlihat bahwa partikel U-7M berbentuk pipih akibat pengerlan dan dikelilingi matriks Al. Secara ideal partikel U-7M di dalam meat dikelilingi matriks secara hmgen, namun hal ini sulit dicapai karena sangat dipengaruhi leh beberapa faktr diantaranya: bentuk partikel, 158 SJ teknik pengerlan dan densitas uraniumnya. Pengerlan bertahap dengan reduksi tebal yang berbeda-beda dengan tujuan agar terjadi aliran campuran U-7M dan Al yang merata dan tidak keluar dari lubang frame selama prses berlangsung. Bentuk partikel serbuk yang tidak beraturan dapat menghambat aliran material selama prses

10 Pengaruh Densitas Uranium Pada Prses Pembuatan Pelat Elemen Bakar Dispersi U-7 M/Al dan U-7M/Al-Si (Supardj, Ageng K., Maman K. A., Bybul) pengerlan karena terjadi friksi yang lebih tinggi dibanding partikel halus. Hal ini yang menyebabkan distribusi partikel U-7M di dalam matriks kurang hmgen. Makin tinggi densitas uranium di dalam meat PEB, jumlah bahan bakar bertambah, sedang jumlah matriks berkurang (Tabel 2), sehingga dengan perbedaan densitas U 7M (15,84 g/cm ) dan Al (2,7 g/cm ) yang cukup jauh, maka pada prses pengerlan terjadi aglmerasi di kedua ujung bahan bakar membentuk dgbne. Terbentuknya dgbne berdampak kelngsng menjadi tipis seperti ditampilkan pada Tabel. Data uji pada Tabel terlihat bahwa secara rerata tebal kelngsng keempat jenis PEB memenuhi persyaratan (>0,25 mm), namun untuk PEB U-7M/Al-Si dengan kelngsng AlMgSi1 dan PEB U-7M/Al dengan kelngsng AlMg2 densitas uranium 6,0 gu/cm tidak memenuhi persyaratan karena terdapat beberapa titik pengukuran yang memiliki ketebalan < 0,25 mm. Bila dibandingkan terhadap kedua jenis PEB dengan densitas uranium 6,0 gu/cm, maka PEB U-7M/Al dengan kelngsng AlMg2 terbentuk dgbne di daerah SD dengan tebal kelngsng minimum 0,24 mm, sedangkan PEB U-7M/Al-Si dengan kelngsng AlMgSi1 terbentuk dgbne dikedua ujungnya yaitu pada SD dengan tebal kelngsng minimum 0,171mm, sedang pada SJ 0,106 mm. Kedua PEB tersebut tidak memenuhi spesifikasi tetapi dari prses pembuatan yang sama, maka dengan parameter prses yang diterapkan menggunakan kelngsng AlMg2 lebih baik daripada AlMgSi1. Tabel. Ketebalan kelngsng densitas uranium,6 dan 6,0 gu/cm. Psisi pengukuran PEB Ketebalan PEB U-7M/Al-Si, mm Kelngsng AlMgSi1 Densitas,6 Densitas 6,0 gu/cm gu/cm rerata min. rerata min. Ketebalan PEB U-7M/Al, mm Kelngsng AlMg2 Densitas,6 Densitas 6,0 gu/cm gu/cm rerata min. rerata min. Sisi Dekat : Atas bawah 0,42 0,424 0,76 0,14 0,416 0,46 0,244 0,171 0,509 0,409 0,428 0,2 0,86 0,474 0,24 0,65 Tengah : Atas bawah 0,41 0,468 0,72 0,416 0,402 0,542 0,42 0,48 0,444 0,447 0,84 0,58 0,447 0,444 0,02 0,98 Sisi Jauh : Atas bawah 0,444 0,442 0,59 0,00 0,98 0,419 0,106 0,217 0,40 0,576 0,61 0,56 0,61 0,488 0,16 0,47 Struktur mikr kelngsng pelat AlMg2 dan AlMgSi1 pengerlan panas masing-masing pada temperatur 425 C dan 450 C ditunjukkan pada Gambar 7. Dibandingkan dengan strukturmikr AlMg2 dan AlMgSi1 fresh material (Gambar 1) terlihat bahwa untuk AlMg2 terjadi pertumbuhan butir, sedangkan AlMgSi1 tetap pipih. 159

11 Vl. 18 N., Oktber 2012: (a) (b) Gambar 7. Struktur mikr. (a) AlMg2 (as-rlled) pada 425 C, (b) AlMgSi1 (as-rlled) pada 450 C. Hasil pengukuran kekerasan fresh material dan setelah pengerlan panas yang pada Tabel 4. telihat bahwa setelah pengerlan panas kedua jenis kelngsng mengalami penurunan. Penurunan kekerasan AlMg2 akibat pertumbuhan butir, sedangkan AlMgSi penurunan kekerasan cukup jauh, yang kemungkinan diakibatkan hilangnya tegangan sisa pada prses pengerlan. Tabel 4. Kekerasan Pelat AlMg2 dan AlMgSi1 sebelun dan setelah pengerlan pada temperatur 425 C dan 450 C. Sampel AlMg2 (tegak lurus arah rl) AlMg2 (sesuai arah rl) AlMgSi (tegak lurus arah rl) AlMgSi (sesuai arah rl) Kekerasan rerata, VHN Fresh material Pengerlan pada temperatur 44,620 (425 C) 47,477 44,620 (425 C) 44,620 (450 C) 101,697 45,141 (450 C) Meat bahan bakar merupakan campuran partikel bahan bakar U-7M yang terdistribusi kedalam matriks serbuk Al/campuran Al-Si. Kekerasan meat bahan bakar tidak bisa dilakukan pengukuran menggunakan uji brinnel karena diameter bla sebagai indentr minimum 1,2 mm, sedangkan tebal meat hanya ±0,6 mm. Oleh karena itu pengukuran kekerasan meat dilakukan dengan mengukur kekerasan ingt paduan U-7M hasil peleburan dan matriks Al/Al-Si di dalam meat pelat elemen STDEV (SD) 0,901 0,901 0,901 0,901 bakar/peb U-7M/Al dan U-7M/Al-Si. Kekerasan matriks Al di dalam meat PEB U7M/Al dan U-7M/Al-Si diukur dengan metde Vickers dan diperleh kekerasan seperti ditunjukkan pada Tabel 5. Dari data kekerasan ingt U-7M sebesar 240,4 VHN yang dapat dianggap sebagai kekerasan serbuk U-7M. Data kmpsisi serbuk bahan bakar U-7M dan matriks Al/Al-Si serta uji kekerasan matriks di dalam meat PEB pada Tabel 5, maka kekerasan meat dapat dihitung dengan persamaan berikut. Kekerasan Meat = (berat U-7M x kekerasan U-7M) + (berat matriks Al x kekerasan matriks Al) ( berat serbuk U-7M + Al) Hasil perhitungan diperleh bahwa kekerasan meat PEB U-7M/Al-Si densitas uranium,6 gu/cm sebesar 182,245 VHN, sedangkan densitas uranium 6,0 gu/cm sebesar 209,272 VHN. Makin tinggi densitas uranium kekerasan meat PEB meningkat. 160 Hal ini disebabkan kenaikan densitas uranium jumlah serbuk U-7M bertambah, sedangkan jumlah matriks menurun, sehingga dengan kenaikan serbuk U-7M kekerasan meningkat.

12 Pengaruh Densitas Uranium Pada Prses Pembuatan Pelat Elemen Bakar Dispersi U-7 M/Al dan U-7M/Al-Si (Supardj, Ageng K., Maman K. A., Bybul) Tabel 5. Kekerasan matriks Al di dalam meat PEB U-7M/Al. Densitas U, gu/cm Berat bahan bakar dan matriks dalam meat, g Serbuk Serbuk U-7M Al/Al-Si,6 4,4009 2,0104 6,0 7,49 1,5101 Psisi pengukuran kekerasan dalam meat PEB Kekerasan matriks Al, VHN Rerata, VHN Tengah Sisi jauh Sisi dekat Tengah Sisi jauh Sisi dekat 5,82 57,82 5,18 52,20 59,6 55,94 54,94 55,8 SIMPULAN UCAPAN TERIMA KASIH Strukturmikr meat PEB U-7M/Al dan U-7M/Al densitas uranium,6 dan 6,0 gu/cm terlihat bahwa bentuk partikel bahan bakar U-7M pipih dan memanjang sesuai arah rl yang dikelilingi matriks Al. Hmgenitasnya cukup baik, dan makin tinggi densitas uranium jumlah bahan U-7M bertambah, sedangkan jumlah matriks Al/AlSi berkurang. Kekerasan meat PEB U7M/Al atau U-7M/Al-Si dengan densitas uranium,6 dan 6,0 gu/cm berturut-turut 54,94 VHN dan 55,8 VHN, sedangkan kekerasan kelngsng AlMg2 / AlMgSi1 ± 44,62 VHN. Perbedaan kekerasan meat dan kelngsng yang cukup jauh tersebut yang menyebabkan terbentuknya dgbne diujung meat PEB sehingga kelngsng menjadi tipis. Hasil uji tebal kelngsng keempat jenis PEB memenuhi persyaratan (>0,25 mm), namun untuk PEB U-7M/Al-Si dengan kelngsng AlMgSi1 dan PEB U7M/Al dengan kelngsng AlMg2 densitas uranium 6,0 gu/cm tidak memenuhi persyaratan karena terdapat beberapa titik pengukuran yang memiliki ketebalan <0,25 mm. Untuk mengatasi ketipisan tebal kelngsng tersebut beberapa kemungkinan yang perlu dilakukan adalah menggunakan serbuk U-7M dengan partikel yang lebih halus atau menggunakan bahan kelngsng paduan Al yang memiliki kekerasan lebih tinggi. Atas terlaksananya penelitian dan dituangkan di dalam karya tulis ini, ucapan terima kasih disampaikan kepada DR. Ir. Kusnant selaku Direktur Prduksi PT. Batan teknlgi (perser) beserta staf dan karyawan PTBN atas kntribusinya pada penelitian ini. PUSTAKA [1]. Spesifikasi bahan bakar dispersi tipe pelat USi2/Al RSG-GAS. [2]. G.A. Mre, et.al, (2008). Mnlithic Fuel Fabricatin Prcess Develpment at the Idah Natinal Labratry. RERTR, Washingtn, D.C. USA. []. E.E. Pasqualini. (2006). Advances and Perspectives in U-M Mnlithic and th dispersed fuels. The 28 RERTR, Republic f Suth Africa. [4]. Luis Olivares, et.al. (2007). Nuclear Fuel Develpment Based On UM Allys Under Irradiatin Evaluatin Of LEU USi2 4,8 gu/cm test Fuel. The RERTR Internatinal Meeting On RERTR, Czech Republic. [5]. L. Olivares, J. Marin, J. Lisba and Barrera. (2009). Manufacturing And Characterizatin Of LEU Dispersin Miniplates Based On Hydrided UM st Pwders. RERTR

13 Vl. 18 N., Oktber 2012: Internatinal Meeting Beijing, China. On RERTR, Prses fabrikasi dan Kendali Kualitas bahan Bakar USi2/Al. [6]. SOLONIN, M.I., et.al. (2000). Develpment f the Methd f High Density Fuel Cmminutin by HydrideDehydride Prcessing. Internatinal RERTR Meeting Prgram, Las Vegas, Nevada. [9]. [7]. D.D. Keiser, JR., A.B. Rbinsn, D.E. Janney, and J.F. Jue. (2008). Results Of Recent Micrstructural Characterizatin Fuels With Al Ally Matrices That Cntain Si. RRFM, Hamburg, Germany. [8]. PT. Batan Teknlgi (perser). (n.d). [10]. Supardj, Bybul, Ageng Kadarjn. (2012). Pengaruh Fabrikasi Pelat elemen Bakar U-7M/Al Dengan Variasi Densitas Uranium Terhadap Pembentukan Pri di dalam Meat dan Tebal Kelngsng. Jurnal Teknlgi bahan Nuklir, Vl.8 N M. Durazz, C.J.Rcha, J. Mestnik Filh, R.M. Leal Net. (2010). Pwdering Ductile U-M Allys Fr Nuclear Dispersin Fuels. Transactins, RRFM, Marrakech, Mrcc.