PEMBUATAN INGOT PADUAN U-7Mo-xZr DENGAN MENGGUNAKAN TEKNIK PELEBURAN DAN KARAKTERISASINYA

dokumen-dokumen yang mirip
KARAKTERISASI PADUAN U-7%Mo DAN U-7%Mo-x%Si (x = 1, 2, dan 3%) HASIL PROSES PELEBURAN DALAM TUNGKU BUSUR LISTRIK

ANALISIS STRUKTUR DAN KOMPOSISI FASE PADUAN U-7%Mo-x%Zr (x = 1, 2, 3% berat) HASIL PROSES PELEBURAN

KARAKTERISASI INGOT PADUAN U-7Mo-Zr HASIL PROSES PELEBURAN MENGGUNAKAN TUNGKU BUSUR LISTRIK

PEMBENTUKAN SINGLE PHASE PADUAN U7Mo.xTi DENGAN TEKNIK PELEBURAN MENGGUNAKAN TUNGKU BUSUR LISTRIK

ANALISIS SIFAT TERMAL LOGAM URANIUM, PADUAN UMo DAN UMoSi MENGGUNAKAN DIFFERENTIAL THERMAL ANALYZER

ANALISIS SIFAT TERMAL LOGAM URANIUM, PADUAN UMo DAN UMoSi MENGGUNAKAN DIFFERENTIAL THERMAL ANALYZER

KARAKTERISASI INGOT PADUAN U-7Mo-xTi HASIL PROSES PELEBURAN MENGGUNAKAN TUNGKU BUSUR LISTRIK

PEMBUATAN PELAT ELEMEN BAKAR MINI U-7Mo/Al

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PADUAN UMo SEBAGAI KANDIDAT BAHAN BAKAR NUKLIR TIPE DISPERSI

PENENTUAN SIFAT THERMAL PADUAN U-Zr MENGGUNAKAN DIFFERENTIAL THERMAL ANALYZER

KARAKTERISASI PADUAN AlFeNiMg HASIL PELEBURAN DENGAN ARC FURNACE TERHADAP KEKERASAN

PENGEMBANGAN PADUAN URANIUM BERBASIS UMo SEBAGAI KANDIDAT BAHAN BAKAR NUKLIR UNTUK REAKTOR RISET MENGGANTIKAN BAHAN BAKAR DISPERSI U3Si2-Al

PENGARUH UNSUR Ti PADA PADUAN U-7Mo-xTi TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN KEKERASAN INGOT SERTA MORFOLOGI SERBUK HASIL HIDRIDING - DEHIDRIDING

ANALISIS KOMPOSISI BAHAN DAN SIFAT TERMAL PADUAN AlMgSi-1 TANPA BORON HASIL SINTESIS UNTUK KELONGSONG ELEMEN BAKAR REAKTOR RISET

PENGARUH UNSUR Zr PADA PADUAN U-Zr DAN INTERAKSINYA DENGAN LOGAM Al TERHADAP PEMBENTUKAN FASA

PENGARUH KANDUNGAN MOLIBDENUM TERHADAP PERUBAHAN FASA DAN KAPASITAS PANAS INGOT PADUAN UMo

KARAKTERISASI SIFAT TERMAL PADUAN AlFe(2,5%)Ni(1,5%) DAN AlFe(2,5%)Ni(1,5%)Mg(1%) UNTUK KELONGSONG BAHAN BAKAR REAKTOR RISET

KARAKTERISTIK SIFAT MEKANIK DAN MIKROSTRUKTUR PADUAN UZrNb PASCA PERLAKUAN PANAS

PENGARUH KADAR Ni TERHADAP SIFAT KEKERASAN, LAJU KOROSI DAN STABILITAS PANAS BAHAN STRUKTUR BERBASIS ALUMINIUM

ANALISIS SIFAT TERMAL PADUAN AlFeNi SEBAGAI KELONGSONG BAHAN BAKAR REAKTOR RISET

STUDI PROSES PEMBUATAN SERBUK UMo SEBAGAI BAHAN BAKAR DISPERSI UMo-Al UNTUK REAKTOR RISET

REAKSI TERMOKIMIA PADUAN AlFeNi DENGAN BAHAN BAKAR U 3 Si 2

KAJIAN SINTESA PADUAN U-Mo DENCAN tara PELEBURAN

KOMPARASI ANALISIS REAKSI TERMOKIMIA MATRIK Al DENGAN BAHAN BAKAR UMo/Al DAN U 3 Si 2 /Al MENGGUNAKAN DIFFERENTIAL THERMAL ANALYSIS

KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK DAN MIKRO- STRUKTUR U-Mo SEBAGAI KANDIDAT BAHAN BAKAR REAKTOR RISET

PENGUKURAN SIFAT TERMAL ALLOY ALUMINIUM FERO NIKEL MENGGUNAKAN ALAT DIFFERENTIAL THERMAL ANALYZER

KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK DAN MIKROSTRUKTUR PADUAN INTERMETALIK AlFeNi SEBAGAI BAHAN KELONGSONG BAHAN BAKAR

HASIL DAN PEMBAHASAN. dengan menggunakan kamera yang dihubungkan dengan komputer.

PENGARUH UNSUR Zr TERHADAP PERUBAHAN SIFAT TERMAL BAHAN BAKAR DISPERSI U-7Mo-xZr/Al

I. PENDAHULUAN. kelongsong bahan bakar, seperti sedikit mengabsorpsi neutron, kekerasan

PENGARUH PROSES QUENCHING TERHADAP LAJU KOROSI BAHAN BAKAR PADUAN UZr

PENGARUH KANDUNGAN NIOBIUM TERHADAP MIKROSTRUKTUR, KOMPOSISI KIMIA DAN KEKERASAN PADUAN Zr Nb Fe Cr

PENGARUH UNSUR Nb PADA BAHAN BAKAR PADUAN UZrNb TERHADAP DENSITAS, KEKERASAN DAN MIKROSTRUKTUR

PENGARUH SERBUK U-Mo HASIL PROSES MEKANIK DAN HYDRIDE DEHYDRIDE GRINDING MILL TERHADAP KUALITAS PELAT ELEMEN BAKAR U-Mo/Al

ANALISIS POLA DIFRAKSI PADA INGOT PADUAN Zr-1%Sn1%Nb-0,1%Fe DAN Zr- 1%Sn-1%Nb-0,1%Fe-0,5%Mo

STUDI TENTANG KEKERASANCLADDING PEB U3Sh-AL TMU RENDAH - TINGGI PRA IRADIASI

ANALISIS KADAR URANIUM DAN IMPURITAS DALAM PADUAN U-7MO-XTI DAN U-7MO-XZR

PENGARUH DENSITAS URANIUM DALAM PELAT ELEMEN BAKAR U-7Mo/Al-Si MENGGUNAKAN KELONGSONG AlMgSi1 TERHADAP HASIL PROSES PENGEROLAN

KARAKTER TERMAL SERBUK U-6Zr DAN U-10Zr SEBAGAI BAHAN BAKAR REAKTOR RISET

PENGARUH PENAMBAHAN TEMBAGA (Cu) TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO PADA PADUAN ALUMINIUM-SILIKON (Al-Si) MELALUI PROSES PENGECORAN

PENGARUH FABRIKASI PELAT ELEMEN BAKAR U-7Mo/Al DENGAN VARIASI DENSITAS URANIUM TERHADAP PEMBENTUKAN PORI DI DALAM MEAT DAN TEBAL KELONGSONG

PEMBUATAN SAMPEL INTI ELEMEN BAKAR U 3 Si 2 -Al

IDENTIFIKASI SENYAWA YANG TERBENTUK AKIBAT REAKSI TERMOKIMIA PADA INGOT BAHAN BAKAR

PENGARUH DENSITAS URANIUM TERHADAP UMUR DAN BURN UP BAHAN BAKAR NUKLIR DI DALAM REAKTOR RSG-GAS DITINJAU DARI ASPEK NEUTRONIK

Pengaruh Temperatur Heat-Treatment terhadap Kekerasan dan Struktur Mikro Paduan Al-Fe-Ni

ANALISIS KUALITATIF DENGAN MENGGUNAKAN TEKNIK DIFRAKSI SINAR X PADA PENAMBAHAN UNSUR Zr TERHADAP PEMBENTUKAN FASA PADUAN U-Zr

ANALISIS UNSUR Pb, Ni DAN Cu DALAM LARUTAN URANIUM HASIL STRIPPING EFLUEN URANIUM BIDANG BAHAN BAKAR NUKLIR

SINTESIS PADUAN AIFeNi DEN CAN METODA PELEBURAN

ANALSIS TERMAL PADUAN AlMgSi UNTUK KELONGSONG BAHAN BAKAR U 3 Si 2 -Al DENSITAS TINGGI

PENGARUH PENAMBAHAN KOMPOSISI Al PADA PADUAN Fe-Ni-Al

PENGARUH PENAMBAHAN NIKEL (Ni) TERHADAP STRUKTUR KRISTAL, MORFOLOGI, DAN KEKERASAN PADA PADUAN Al (2-x) FeNi (1+x)

KOMPARASI ANALISIS KOMPOSISI PADUAN AlMgSI1 DENGAN MENGGUNAKAN TEKNIK X RAY FLUOROCENCY (XRF) DAN EMISSION SPECTROSCOPY (

PENGARUH NITROGEN TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO PADUAN IMPLAN Co-28Cr-6Mo-0,4Fe-0,2Ni YANG MENGANDUNG KARBON HASIL PROSES HOT ROLLING

1 BAB I BAB I PENDAHULUAN

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. LATAR BELAKANG

III. METODOLOGI PENELITIAN. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei-Agustus 2012 di Instalasi Elemen

BAB III PERCOBAAN DAN HASIL PERCOBAAN

PEMBUATAN INTI ELEMEN BAKAR DAN PELAT ELEMEN BAKAR U-7MO/AL-SI DENGAN TINGKAT MUAT 3,6 G U/CM 3

FORMASI FASA DAN MIKROSTRUKTUR BAHAN STRUK- TUR PADUAN ALUMINIUM FERO-NIKEL HASIL PROSES SINTESIS

BAB V DIAGRAM FASE ISTILAH-ISTILAH

STUDI SIFAT BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA AKIBAT IRADIASI

LOGO. STUDI EKSPANSI TERMAL KERAMIK PADAT Al 2(1-x) Mg x Ti 1+x O 5 PRESENTASI TESIS. Djunaidi Dwi Pudji Abdullah NRP

PEMBUATAN KERAMIK BETA ALUMINA (Na 2 O - Al 2 O 3 ) DENGAN ADITIF MgO DAN KARAKTERISASI SIFAT FISIS SERTA STRUKTUR KRISTALNYA.

Diagram Fasa. Latar Belakang Taufiqurrahman 1 LOGAM. Pemaduan logam

PENGARUH KANDUNGAN Si TERHADAP MIKROSTRUKTUR DAN KEKERASAN INGOT Zr-Nb-Si

SINTESIS KERAMIK Al 2 TiO 5 DENSITAS TINGGI DENGAN ADITIF MgO

KARAKTERISASI SIFAT TERMAL DAN MIKROS- TRUKTUR PELAT ELEMEN BAKAR (PEB) U 3 SI 2 -AL DENSITAS 4,8 GU/CM 3 DENGAN PADUAN ALMGSI SEBAGAI KELONGSONG

PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP SIFAT BAHAN PADUAN ALUMINIUM FERO NIKEL

Bab IV Hasil dan Pembahasan

PENINGKATAN SIFAT MEKANIK BAHAN STRUKTUR PADUAN ALUMINIUM FERO NIKEL DENGAN PENGUATAN FASA KEDUA DAN STRUKTUR BUTIR

TIN107 - Material Teknik #9 - Metal Alloys 1 METAL ALLOYS (1) TIN107 Material Teknik

ANALISIS SERBUK UMO UNTUK PEMBUATAN PELAT ELEMEN BAKAR DENGAN TINGKAT MUAT TINGGI

ANALISA PENGARUH AGING 400 ºC PADA ALUMINIUM PADUAN DENGAN WAKTU TAHAN 30 DAN 90 MENIT TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS

PENENTUAN FRAKSI BAKAR PELAT ELEMEN BAKAR UJI DENGAN ORIGEN2. Kadarusmanto, Purwadi, Endang Susilowati

ANALISIS KOMPOSISI KIMIA SERBUK HASIL PROSES HYDRIDING-DEHYDRIDING PADUAN U-Zr

ANALISIS MIKROSTRUKTUR DAN KIMIA TERHADAP HASIL KOROSI PADA INGOT AlFeNiMg

PENGARUH DEFORMASI DINGIN TERHADAP KARAKTER PADUAN Zr-0,3%Mo-0,5%Fe-0,5%Cr PASCA PERLAKUAN PANAS

KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK PADUAN ALUMINIUM AA.319-T6 AKIBAT PENGARUH VARIASI TEMPERATUR AGING PADA PROSES PRECIPITATION HARDENING

PEMERIKSAAN MIKROSTRUKTUR, KOMPOSISI KIMIA DAN KEKERASAN HASIL PENGELASAN PADUAN Al-6061

STUDI LAJU KOROSI PADUAN Zr-Mo-Fe-Cr DALAM MEDIA UAP AIR JENUH PADA TEMPERATUR C

PENGEMBANGAN PADUAN AlFeNi SEBAGAI BAHAN STRUKTUR INDUSTRI NUKLIR

pendinginan). Material Teknik Universitas Darma Persada - Jakarta

UJI KETAHANAN KOROSI TEMPERATUR TINGGI (550OC) DARI LOGAM ZIRKONIUM DAN INGOT PADUAN

ANALISIS KANDVNGAN PENGOTOR DALAM PELET VOz SINTER

KARAKTERISASI INGOT PADUAN Zr-Mo-Fe-Cr PASCA PERLAKUAN PANAS

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Geometri Aqueous Homogeneous Reactor (AHR) Geometri AHR dibuat dengan menggunakan software Visual Editor (vised).

PENGARUH WAKTU PEMANASAN TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR FASA PADUAN ALUMINIUM FERO NIKEL

PEMBUATAN MATERIAL DUAL PHASE DARI KOMPOSISI KIMIA HASIL PELEBURAN ANTARA SCALING BAJA DAN BESI LATERIT KADAR NI RENDAH YANG DIPADU DENGAN UNSUR SIC

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB I PENDAHULUAN. Salah satu pemanfaatan tenaga nuklir dalam bidang energi adalah

VARIASI PENAMBAHAN FLUK UNTUK MENGURANGI CACAT LUBANG JARUM DAN PENINGKATAN KEKUATAN MEKANIK

PERUBAHAN STRUKTUR MIKRO DAN KEKERASAN PADUAN Co-Cr-Mo-C-N PADA PERLAKUAN AGING

ANALISIS UNSUR-UNSUR PENGOTOR DALAM YELLOW CAKE DARI LIMBAH PUPUK FOSFAT SECARA SPEKTROMETRI SERAPAN ATOM

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Penelitian yang dilakukan di Kelompok Bidang Bahan Dasar PTNBR-

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

EKSTRAKSI STRIPPING URANIUM MOLIBDENUM DARI GAGALAN PRODUKSI BAHAN BAKAR REAKTOR RISET

BAB I PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang

PEMBUATAN GREEN PELLET U-ZrHx UNTUK BAHAN BAKAR PWR

PENGARUH UNSUR Mn PADA PADUAN Al-12wt%Si TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK LAPISAN INTERMETALIK PADA FENOMENA DIE SOLDERING SKRIPSI

PENENTUAN RASIO O/U SERBUK SIMULASI BAHAN BAKAR DUPIC SECARA GRAVIMETRI

Transkripsi:

PEMBUATAN INGOT PADUAN U-7Mo-xZr DENGAN MENGGUNAKAN TEKNIK PELEBURAN DAN KARAKTERISASINYA Supardjo (1), Agoeng K (1), Boybul (1) 1. Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir (PTBN)-BATAN Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan 15314 E-Mail: suparjo@batan.go.id. (Naskah diterima: 05-09-2011, disetujuai: 29-09-2011) ABSTRAK PEMBUATAN INGOT PADUAN U-7Mo-xZr DENGAN MENGGUNAKAN TEKNIK PELEBURAN DAN KARAKTERISASINYA. Percobaan pembuatan ingot paduan U-7Mo-xZr dilakukan dalam rangka pengembangan material baru untuk bahan bakar reaktor riset dengan densitas uranium tinggi. Ingot paduan U-7Mo-xZr dibuat dengan menggunakan teknik peleburan dalam tungku busur listrik dengan arus 150 A dan bermedia gas argon. Peleburan dilakukan dengan 5 kali pengulangan dan ingot paduan U-7Mo-xZr hasil peleburan dikenai pengujian/analisis meliputi: analisis kadar uranium, berat jenis, strukturmikro, kekerasan, sifat termal dan komposisi fasa. Pengamatan secara visual terhadap ingot paduan U-7Mo-xZr hasil peleburan tidak terlihat adanya retak, pori atau lapisan oksida dipermukaan dan dari pemeriksaan strukturmikro terlihat cukup homogen. Kenaikan kadar Zr dalam paduan U-7Mo-xZr menyebabkan kekerasan meningkat sedangkan densitasnya menurun. Data pengujian kekerasan paduan U-7Mo, U-7Mo-1Zr, U-7Mo-2Zr dan U-7Mo-Zr berturutturut adalah240,4; 294,6; 314,6; dan 333,2 VHN, sedangkan densitasnya 17,8628; 17,3517; 17,0335; dan 16,8721 g/cm 3. Data uji dengan menggunakan DTA menunjukkan bahwa terjadi reaksi indotermik dengan entalpi 3,2461 cal/g mulai pada temperatur 1.180,76 o C dan puncaknya pada temperatur 1.205,15 o C, sedangkan pola difraksi sinar-x menunjukkan bahwa ingot hasil peleburan dalam fasa γ. Dari hasil uji paduan U-7Mo-xZr menunjukkan bahwa paduan tersebut cocok untuk dinominasikan sebagai bahan bakar reaktor riset dimasa mendatang. Kata kunci: Proses peleburan, paduan U-7Mo-xZr, bahan bakar dispersi, densitas uranium tinggi. ABSTRACT THE MANUFACTURE OF U-7Mo-xZr ALLOYS WITH USING SMELTING TECHNICAL AND CHARACTERIZATION. The experiment of U-7Mo-xZr alloys manufacture done in order to develop new materials for research reactor fuel with a high uranium density. The U-7Mo-xZr alloy made by smelting technique in electric arc furnace with a current of 150 A and argon gas as mediated. Melting performed with 5 time repetitions and U-7Mo-xZr alloy produced are testing / analysis include: analysis of uranium content, specific gravity, micostructure, hardness, thermal properties and phase composition. Visual observation of the U-7Mo-xZr alloys remelting produced no visible cracks, pores or oxide layer on the surface and from it s micostructure looks quite homogeneous. 143

Urania Vol. 17 No. 3, Oktober 2011 : 116-181 ISSN 0852-4777 Increased of Zr content in the U-7Mo -xzr alloy cause hardness increased while the density decreases. Hardness testing data of U-7Mo, U-7Mo-1Zr, U-7Mo-2Zr and U-7Mo-3Zr alloys consecutive 240.4: 294.6: 314.6, and 333.2 VHN, while the density of 17.8628; 17.3517; 17.0335, and 16.8721 g/cm 3. The data result with the DTA showed that the reaction occurs with enthalpy indotermik 3.2461 cal/g starts at a temperature of 1180.76 C and a peak at a temperature of 1205.15 C, whereas the X-ray diffraction pattern showed that the ingot remelting in γ phase. From the test results of U-7Mo-xZr alloy showed that the alloy is suitable to be nominated as a research reactor fuel in future. Key words: The process of smelting, U-7Mo-xZr alloy, dispersion fuel, high uranium density PENDAHULUAN Bahan bakar nuklir merupakan komponen utama beroperasinya reaktor nuklir, baik reaktor riset maupun reaktor daya. Reaktor riset pada awalnya menggunakan bahan bakar dengan uranium pengayaan tinggi (>90% 235 U), tetapi dengan adanya kekawatiran disalahgunakan untuk tujuan non damai oleh orang-orang yang tidak bertanggung jawab, maka seluruh reaktor riset di dunia dianjurkan untuk mengganti bahan bakar dengan uranium pengayaan rendah (<20% 235 U). Penggantian penggunaan bahan bakar dari uranium berpengayaan tinggi kepengayaan rendah (pada dimensi bahan bakar tetap) terdapat konsekuensi penurunan jumlah 235 U menjadi sekitar 1/5 nya sehingga otomatis akan menurunkan waktu tinggal di dalam reaktor. Untuk mempertahankan waktu tinggal di dalam reaktor minimal sama dengan penggunaan uranium berpengayaan tinggi, maka alternatif yang memungkinkan adalah menggunakan bahan bakar baru yang memiliki berat jenis tinggi sehingga jumlah 235 U dapat ditingkatkan. Bahan bakar U 3 Si 2 /Al densitas uranium 4,8gU/cm 3 dengan uranium berpengayaan rendah merupakan hasil pengembangan para peneliti yang tergabung dalam program RERTR dan telah mendapatkan lisensi dari US Nuclear Regulatory Commission pada tahun 1988 [1]. Stabilitas iradiasi bahan bakar U 3 Si 2 /Al sangat baik, tetapi dengan densitas uranium optimum hanya 4,8gU/cm 3 sehingga belum dapat mengkompensasi penurunan pengayaan uranium. Berdasarkan pertimbangan tersebut, maka diperlukan material baru yang memiliki berat jenis tinggi, stabil selama iradiasi, mudah difabrikasi dan olah ulang bahan bakar pasca iradiasi. Salah satu material yang ssuai sebagai kandidat bahan bakar tersebut adalah paduan uranium berbasis U-Mo. Paduan UMo memiliki berat jenis sekitar 16,4 g/cm 3 (tergantung kadar Mo), tahan terhadap korosi, tampang lintang serapan neutron rendah, tetapi paduan bersifat ulet (ductile) sehingga sulit dibuat serbuk secara mekanik (grinding mill/ball mill). Berat jenis tersebut lebih tinggi dibandingkan dengan berat jenis paduan uranium/uranium oksida yang telah digunakan sebagai bahan bakar reaktor riset seperti U 3 Si 2, U 3 O 8, dan UAl x yang masing-masing sebesar 12,2, 8,4, dan 6,7 g/cm 3. Penggunaan U-Mo sebagai bahan bakar tipe dispersi menunjukkan, densitas uranium di dalam meat pelat elemen bakar dapat ditingkatkan menjadi > 8,0 gu/cm 3 dan sesuai dengan yang diperlukan dalam bahan bakar reaktor riset terkait penggunaan uranium berpengayaan rendah. Kelebihan lain paduan UMo sebagai bahan bakar adalah proses olah ulang lebih mudah dibandingkan bahan bakar U 3 Si 2 /Al [3,4]. Logam uranium murni pada prinsipnya merupakan bahan bakar yang memiliki berat jenis tinggi, tetapi isotropic fasa γu selama iradiasi hanya stabil pada 144

temperatur tinggi, sementara pada temperatur rendah struktur fasa αu berpotensi swelling. Perubahan fasa γ ke α (melalui fasa β) tidak dapat ditahan dengan quenching fasa γu murni pada temperatur tinggi, tetapi pada rentang temperatur diatas dimana fasa α, β, dan γ menjadi stabil sehingga sebagai alternatifnya memerlukan penambahan bahan pemadu [6]. Molybdenum memiliki derajat kelarutan padat γu yang tinggi. Jika pendinginan lambat atau paduan mengandung < 7%Mo, kesetimbangan paduan U(Mo) dibawah 560 o C berupa campuran fasa αu dan γ (U 2 Mo), sementara larutan padat γ-u/mo terbentuk pada temperatur tinggi. Walaupun fasa γu paduan UMo memiliki unjuk kerja yang baik selama iradiasi, tetapi sebagai bahan bakar dispersi U-Mo/Al terlihat bahwa selama proses iradiasi terbentuk pori yang besar yang menyebabkan lapisan/layer hasil interaksi antara partikel bahan bakar U-Mo dan matriks Al menjadi tidak stabil. Pertumbuhan layer hasil interaksi menyebabkan temperatur bahan bakar naik karena konduktivitas thermal lebih rendah dari pada matriks. Selain itu layer hasil interaksi memiliki densitas lebih rendah daripada densitas rerata reaktan, sehingga pertumbuhan layer menyebabkan terjadinya swelling meat bahan bakar yang cukup signifikan [7]. Untuk menstabilkan dapat dilakukan dengan beberapa cara diantaranya menambahkan unsur logam ke dalam paduan UMo (Si, Ti, Zr, dll) atau menggunakan bahan matriks yang berbeda seperti serbuk Mg atau campuran Al dan Si [8]. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan paduan U-Mo-Zr dan karakterisasinya. Paduan U-7Mo-xZr (x=1; 2; dan 3 %) dibuat dengan teknik peleburan dalam tungku busur listrik bermedia gas argon. Ingot paduan U-7Mo-xZr hasil peleburan dikenai pengujian/analisis untuk mengetahui sifat paduan tersebut. Data pengujian/analisis digunakan sebagai dasar pertimbangan kesesuaiannya dengan persyaratan bahan bakar dan juga sebagai dasar pengerjaan/penelitian lebih lanjut. TATA KERJA Penelitian menggunakan bahan baku U deplesi dan bahan pemadu logam Mo dan Zr. Kadar U dianalisis dengan metode titrimetri menggunakan alat titroprosesor, sedangkan analisis unsur logam pengotor dalam logam U dan unsur logam dalam Mo/Zr menggunakan AAS (Atomik Absorption Spektofotometer). Hasil analisis digunakan sebagai dasar untuk menghitung komposisi berat logam U, Mo dan Zr pada pembuatan ingot paduan U-7Mo-xZr. Campuran U dan Mo dengan komposisi U-7Mo (93% berat U dan 7% berat Mo) dibuat sebanyak 3 buah, kemudian pada masing-masing campuran ditambahkan unsur logam Zr berturut-turut 1%, 2%, dan 3%. Selanjutnya masing-masing campuran dilebur dalam tungku busur listrik bermedia gas argon dengan arus 150A. Peleburan dilakukan dengan lima kali pengulangan dan setiap peleburan selama 2 menit. Ingot hasil peleburan diamati secara visual dan dikenai pengujian/analisis terhadap: berat jenis menggunakan alat Ultrapyc 1200e Version 4.00, strukturmikro menggunakan teknik metalografi, kekerasan dengan metoda Vickers, dan komposisi fasa dengan XRD. Data hasil pengujian dievaluasi kesesuainnya dengan persyaratan bahan bakar. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil analisis logam U, Mo dan Zr ditampilkan pada Tabel 1. Kadar unsur logam utama U, Mo dan Zr digunakan sebagai data masukan untuk perhitungan komposisi pembuatan ingot paduan U-7MoxZr, sedangkan unsur logam pengotor menjadi pertimbangan berkaitan dengan persyaratan serbuk bahan bakar. Hasil 145

Urania Vol. 17 No. 3, Oktober 2011 : 116-181 ISSN 0852-4777 analisis menunjukkan bahwa logam U mempunyai kemurnian 99,95 %, dengan impuritas unsur logam Fe = 8,25 ppm (max. 1000 ppm) dan Mg = 2,49 ppm. Berdasar data analisis pada Tabel 1, komposisi Tabel 1. Data analisis logam U, Mo dan Zr masing-masing unsur logam untuk pembuatan paduan U-7Mo-xZr (x=1, 2, dan 3%) dapat dihitung seperti ditampilkan pada Tabel 2. Unsur Konsentrasi Unsur Dalam Logam Logam Logam U Logam Mo Logam Zr U 99,95 % - - Mo - 99,95 % - Zr - - 99,99% Cd ttd 1,68 ppm ttd Fe 8,25 ppm 35,07 ppm 175,67 ppm Co ttd 11,3 ppm 5,14 ppm Mn ttd 3,14 ppm ttd Mg 2,49 ppm 0,27 ppm 3,25 ppm Cu ttd 7,25 14,10 ppm Cr ttd ttd 159,74 ppm Ni ttd 60,94 ppm 107 ppm Al ttd 9475,23 ppm 334,60 ppm Si ttd ttd 2860,87 ppm Catatan: ttd = tidak terdeteksi Tabel.2. Data berat komposisi unsur logam pada pembuatan paduan Paduan Berat penimbangan, g U Mo Zr U-7Mo-1Zr 15,1163 1,1371 0,1643 U-7Mo-2Zr 14,9653 1,1241 0,3299 U-7Mo-3Zr 14,9937 1,1282 0,4987 Pengamatan secara visual terhadap ingot paduan U-7Mo-xZr hasil peleburan (dengan komposisi unsur logam pada Tabel 1) yang ditunjukkan pada contoh Gambar 1., terlihat bahwa ingot sangat masif dan tidak terdapat pori. Ingot paduan U-7Mo-xZr sangat ulet sehingga sulit dibuat serbuk secara mekanik (ball-mill dan grinding-mill). Oleh karena itu mengingat bahan bakar dispersi dibuat dengan metalugi serbuk, maka metode pembuatan serbuk yang tepat menjadi sangat penting. Gambar 1. Ingot paduan U-7Mo-1Zr hasil peleburan Kadar U di dalam ingot paduan U- 7Mo-xZr dianalisis dengan metode Titrimetri dan diperoleh hasil seperti ditampilkan pada Tabel 3. Bila dibandingkan dengan kadar U pada preparasi pembuatannya, kadar U pada 146

paduan U-7Mo-1Zr, U-7Mo-2Zr, dan U-7Mo- 3Zr berturut-turut adalah: 92,07%, 91,14% dan 90,21%, sedangkan dari hasil analisis 92.30, 91.90, dan 91.23%. Perbedaan kadar U hasil analisis dengan kadar U pada preparasi awal kemungkinan disebabkan homogenitas paduan kurang sempurna, sehingga dengan perbedaan posisi pengambilan sampel untuk analisis diperoleh hasil yang berbeda. Untuk penyempurnaan homogenitas ingot paduan U-7Mo-xZr hasil peleburan maka perlu dilakukan pemanasan pada temperatur sedikit dibawah temperatur eutektoid (± 550 o C) selama beberapa jam. Sampel Berat(g) Tabel 3. Kadar U dalam ingot paduan U-7Mo-xZr Volume, cm 3 g/l Hasil analisis,% Faktor koreksi U-7Mo-1Zr 0.1572 25 6.2880 97.02 92.30 U-7Mo-2Zr 0.2261 25 9.0440 96.6 91.90 U-7Mo-3Zr 0.2106 25 8.4240 95.9 91.23 Densitas logam mengalami perubahan karena penambahan paduan karena massa atom terlarut berbeda dengan massa atom pelarut dan juga karena berubahnya parameter kisi. Perubahan dapat diturunkan dari hukum Vegard, yang mengasumsikan bahwa parameter kisi larutan padat berbanding linier dengan konsentrasi atomik [...]. Secara teoritis unsur-unsur pembentuk ingot paduan memiliki berat jenis masing-masing adalah: U=19,070 g/cm 3, Mo = 10,02 g/cm 3 dan Zr = 6,4 g/cm 3. Pengukuran berat jenis ingot paduan U-7Mo, U-7Mo-1Zr, U-7Mo-2Zr, dan U-7Mo-3Zr hasil peleburan menggunakan alat Ultrapyc 1200e Version 4.00 diperoleh berturut-turut 17,8628; 17,3517; 17,0335; dan 16,8721 g/cm 3 dan ditampilkan dalam bentuk grafik pada Gambar 2. Dari Gambar 2 terlihat bahwa penambahan unsur Zr kedalam paduan U- 7Mo menurunkan berat jenis paduan. Makin tinggi kadar Zr dalam paduan U-7Mo menyebabkan berat jenis paduan menurun dan makin tinggi kadar Zr semakin turun. Penurunan ini disebabkan dengan kenaikan kadar Zr, maka persentase uranium dan molibdenum yang memiliki berat jenis lebik tinggi daripada Zr di dalam paduan U-Mo-Zr menurun, sehingga otomatis berat jenisnya turun. Walaupun demikian paduan U-7Mo-3Zr dengan berat jenis terendah (16,8721 g/cm 3 ) dalam penelitian ini masih lebih tinggi dari paduan U 3 Si 2 yang hanya sebesar 12,2 g/cm 3. Berdasar pertimbangan berat jenis paduan, menggunakan paduan U- 7Mo-xZr sebagai bahan bakar, densitas uranium dapat ditingkatkan lebih tingi dibanding menggunakan bahan bakar U 3 Si 2 pada volume yang sama. Gambar 2. Hubungan kadar Zr dalam paduan U-7Mo-xZr dengan Berat jenis. Ingot paduan U-7Mo-xZr hasil proses peleburan diambil sampel pada bagian pinggir dan tengah dan dilakukan pengujian strukturmikro dengan teknik metalografi. Strukturmiko ingot paduan U-7Mo-xZr ditunjukkan pada Gambar 3. terlihat bahwa pada bagian pinggir ingot paduan strukturnya memanjang dan cenderung membentuk 147

Urania Vol. 17 No. 3, Oktober 2011 : 116-181 ISSN 0852-4777 denrit, sedangkan pada bagian tengah ingot cenderung bulat. Terbentuknya denrit pada bagian pinggir ingot karena pada saat peleburan selesai maka akan terjadi pendinginan dari bagian tengah ingot kearah pinggir ingot. Pada bagian pinggir ingot berdekatan dengan pendingin sehingga panas cepat terambil dan berakibat tidak sempat terjadi pertumbuhan butir, sedangkan pada bagian tengah ingot pendinginan lambat sehingga ada waktu untuk pertumbuhan butir sehingga strukturnya cenderung bulat. Bagian pinggir 25 µm (a) bagian tengah 25 µm Bagian pinggir 25 µm (b) bagian tengah 25 µm Bagian pinggir 25 µm (c) bagian tengah 25 µm Gambar 3. Strukturmikro ingot paduan (a) U-7Mo-1Zr, (b) U-7Mo-2Zr dan (c) U-7Mo-3Zr 148

Kekerasan ingot paduan U-7Mo-Zr diuji menggunakan metoda vickers. Penambahan unsur Zr di dalam paduan U-7Mo berpengaruh terhadap kekerasannya. Hasil uji menunjukkan bahwa makin tinggi kadar Zr dalam paduan U-7Mo-Zr, kekerasan meningkat seperti dituangkan pada Gambar 4. Kekerasan paduan U-7Mo, U-7Mo-1Zr, U-7Mo-2Zr dan U-7Mo-3Zr berturut-turut adalah 240,4; 294,6; 314,6; dan 333,2 VHN. Peningkatan kekerasan juga diikuti oleh sifat mekanik lainnya sesuai dengan sifat paduan dan berhubungan dengan ketidak laziman perlakuan pengerasan dengan perubahan struktural dengan mengambil tempat dekat paduan dengan dengan sedikit penambahan Mo. Walaupun kekerasannya meningkat, tetapi paduan U-7Mo-Zr belum bisa dibuat serbuk secara mekanik. bahwa pemanasan paduan hingga temperatur titik leleh uranium murni (1133 o C) paduan masih tetap stabil dan tidak terjadi perubahan sifat termal. Pada temperatur 1180,76 o C mulai terajadi perubahan fasa dan puncaknya pada temperatur 1205,15 o C dengan memerlukan energi/ panas sebesar 32461 cal/g. Uranium dan molybdenum berinteraksi peritectic membentuk larutan padat γ-u. Molybdenum menurunkan temperatur dan terjadi perubahan fasa uranium dari α β dan β γ. Gambar 5. DTA Ingot Paduan UMo-3%Zr Gambar 4. Hubungan kadar Zr dalam paduan U7MoxZr dan kekerasan Analisis termal paduan U-7Mo-3Zr dilakukan menggunakan alat Defferential Thermal Analysis (DTA). Dari data pengujian yang ditampilkan pada Gambar 5. terlihat Komposisi paduan U-7Mo-xZr hasil peleburan memiliki fasa γ. Fasa γ U-7Mo-xZr mudah terdisosiasi menjadi α-u dan γ -U 2 Mo pada pemanasan dibawah temperatur 600 o C. Data perhitungan pada Tabel 2, maka komposisi stoikiometri dari paduan tersebut dapat ditentukan berdasarkan % atom seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil perhitungan logam U, Mo, dan Zr berdasarkan % atom Paduan % Atom U Mo Zr Total U-7Mo-1Zr 0.823 0.154 0.023 1 U-7Mo-2Zr 0.804 0.150 0.046 1 U-7Mo-3Zr 0.785 0.147 0.068 1 149

Urania Vol. 17 No. 3, Oktober 2011 : 116-181 ISSN 0852-4777 Dengan demikian senyawa yang terbentuk dalam ingot paduan U-7Mo-1Zr, U-7Mo-2Zr, dan U-7Mo-3Zr berturut-turut adalah U 0,823 Mo 0,154 Zr 0,023, U 0,804 Mo 0,150 Zr 0,046, dan U 0,785 Mo 0,147 Zr 0,068. Hasil pengujian difraksi sinar x terhadap sampel ingot paduan U-7Mo-xZr dengan x = 1, 2, dan 3 % berat ditunjukkan pada Gambar 6 [7]. Fasa γ-u paduan U-Mo memiliki keunggulan tahan terhadap iradiasi, dan penambahan Zr ke dalam paduan akan menambah stabilitasnya. Gambar 6. Pola difraksi sinar-x ingot paduan U-7Mo-xZr [7] SIMPULAN Pengamatan secara visual terhadap ingot paduan U-7Mo-Zr hasil peleburan tidak teramati adanya pori dan oksida dipermukaan serta bersifat ulet. Dari mikrostruktur teramati bahwa pada bagian pinggir terbentuk denrit sedangkan pada bagian tengah butiran berbentuk bulat dan homogen. Kenaikan kadar Zr menyebabkan kekerasan naik, sedangkan berat jenis menurun. Berat jenis terendah dalam penelitian ini adalah paduan U-7Mo-3Zr sebesar 16,8721 g/cm 3. Berat jenis tersebut masih lebih tinggi dibanding berat jenis paduan U 3 Si 2 (12,2 g/cm 3 ), sehingga cocok untuk disiapkan sebagai kandidat bahan bakar reaktor riset dengan densitas tinggi. UCAPAN TERIMA KASIH Atas terlaksananya penelitian dan penulisan makalah ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada rekan-rekan pegawai di Pusat teknologi Bahan bakar Nuklir/PTBN BATAN yang telah berkenan berpartisipasi dalam penelitian ini. Semoga tulisan ini bermanfaat untuk pengembangan bahan bakar reaktor riset lebih lanjut. PUSTAKA [1]. U.S. Nuclear Regulatory Commission., (1988), SafetyEvaluation Report Related to the Evaluation Of Low Enriched Uranium Silicide Aluminium Dispersion Fuels for Use in Non Power Reactors, U.S.Nuclear Regulatory Commission Report NUREG-1313. [2]. A.GAY, M. BELIERES in COGEMA., (1997), Reprocessing ability of high density fuel for research and test reactor The proceedings of the 20th RERTR meeting, Jackson Hole USA. [3]. C.K.KIM,et.al.,(2002), Status of The Qualification Program For Atomized UMo Dispersion Rod Type Fuel in Korea, Ens RRFM, Belgium. [4]. JONG MAN PARK et.al.,(2005), Phase Stability And Diffusion Characteristics Of U-Mo-X (X=Si, Al, Zr) alloys, RERTRBoston, USA. [5]. JONG MAN PARK et.al.,(2006), Interdifusion Behavior of U-Mo-Zr/Al-Si, Proc 2006 RERTR international meeting, Cape Town, South Africa. [6]. LUIS OLIVARES, et.al.,(2007), Nuclear Fuel Development Based On U-Mo alloys Under Irradiation Evaluation Of LEU U3Si2-4,8gU/cm 3 Test Fuel, RERTR, Prague, Czech Republic. [7]. IVANOV, O.S, et.al.,(1983), Phase Diagram of Uranium Alloys, Amerind Publishing co. [8]. SUPARDJO, BOYBUL, AGOENG K DAN WISNU A.A.,(2010), Analisis 150

Struktur dan Komposisi Fasa Paduan U-7Mo-xZr (x = 1, 2, dan 3 % berat) Hasil Proses Peleburan, Jurnal Teknologi Bahan Nuklir, Vol. 6 No.2. 151