PROSES PENGOMPAKAN DAN PENYINTERAN PELET CERMET UO2-Zr

dokumen-dokumen yang mirip
PENETAPAN PARAMETER PROSES PEMBUATAN BAHAN BAKAR UO 2 SERBUK HALUS YANG MEMENUHI SPESIFIKASI BAHAN BAKAR TIPE PHWR

EFEK PENAMBAHAN Nb20S TERHADAP PELET SINTER U02 DARI PROSES ADU

PERILAKU SERBUK UO 2 HASIL PROSES ADU, AUC, IDR DAN MODIFIED ADU SELAMA PROSES PENYINTERAN MENGGUNAKAN DILATOMETER

PENGARUH PENAMBAHAN Cr2O3 TERHADAP DENSITAS PELET SINTER UO2

PERBANDINGAN DENSITAS PELET UO2 HASIL PELETISASI MENGGUNAKAN SERBUK DAN MIKROSPIR

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

KARAKTERISASI PELET CAMPURAN URANIUM OKSIDA DAN ZIRKONIUM OKSIDA HASIL PROSES SINTER

PENGARUH WAKTU SINTER TERHADAP DENSITAS PELET UO 2 DARI BERBAGAI UKURAN SERBUK

RISET KARAKTERISTIK RADIASI PADA PELET BAHAN BAKAR

IDENTIFIKASI FASA PELET BAHAN BAKAR U-ZrH x HASIL PROSES SINTER DENGAN ATMOSFER NITROGEN

KARAKTERISASI PELET UO 2 MELALUI AUC DAN PELET UO 2 MELALUI ADU SELAMA SINTERING

BAB I PENDAHULUAN. Kebutuhan energi di dunia akan terus meningkat. Hal ini berarti bahwa

PENGEMBANGAN TEKNOLOGI PRODUKSI BAHAN BAKAR REAKTOR DAYA

SINTERING SUHU RENDAH ATAS KOMPAKAN SERBUK HALUS U02 DENGAN V ARIASI KANDUNGAN PELUMAS Zn-STEARAT

PENGARUH TEKANAN PENGOMPAKAN, KOMPOSISI Er 2 O 3 DAN PENYINTERAN PADA TEMPERATUR RENDAH TERHADAP KUALITAS PELET UO 2 + Er 2 O 3

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

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

PENGARUH TEMPERATUR, WAKTU OKSIDASI DAN KONSENTRASI ZrO 2 TERHADAP DENSITAS, LUAS PERMUKAAN DAN RASIO O/U HASIL REDUKSI (U 3 O 8 +ZrO 2 )

Bab IV Hasil dan Pembahasan

BAB III METODE PENELITIAN. penelitian ini dilakukan pembuatan keramik Ni-CSZ dengan metode kompaksi

PENGARUH SIKLUS PROSES OKSIDASI-REDUKSI URANIUM OKSIDA TERHADAP DENSITAS DAN BUTIRAN SERBUK U 3 O 8 DAN UO 2

B64 Pembuatan Green Pellet U-ZrHx Untuk Bahan Bakar Reaktor Riset. Peneliti Utama : Ir.Masrukan, M.T

BAB III METODE PENELITIAN. penelitian ini dilakukan pembuatan keramik komposit CSZ-Ni dengan

PENGARUH BURN-UP TERHADAP KARAKTERISTIK PELET SINTER SIMULASI BAHAN BAKAR BEKAS

PEMODELAN SISTEM TUNGKU AUTOCLAVE ME-24

TEKNOLOGI PEMBUATAN BAHAN BAKAR PELET REAKTOR DAYA BERBASIS THORIUM OKSIDA PURWADI KASINO PUTRO

PENGARUH PROSES SINTERING TERHADAP PERUBAHAN DENSITAS, KEKERASAN DAN MIKROSTRUKTUR PELET U-ZrHx

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan metode eksperimen.

DISTRIBUSI PERUBAHAN SERBUK URANIUM OKSIDA DALAM DRUM PENYIMPANAN

REAKSI TERMOKIMIA PADUAN AlFeNi DENGAN BAHAN BAKAR U 3 Si 2

BAB III PROSEDUR PENELITIAN

KARAKTERISASI HASIL PROSES OKSIDASI-REDUKSI SIKLUS I URANIUM OKSIDA

PENGARUH SUHU, WAKTU DAN PROSES RE-OKSIDASI PELET BAHAN BAHAN BAKAR BEKAS PWR SIMULASI

PENGARUH WAKTU OKSIDASI TERHADAP REGANGAN MIKRO PADA HASIL OKSIDASI GAGALAN PELET SINTER UO 2

BAB III METODE PENELITIAN. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimen

PEMBUATAN ALUMINIUM BUSA MELALUI PROSES SINTER DAN PELARUTAN SKRIPSI

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

KARAKTERISASI PADUAN AlFeNiMg HASIL PELEBURAN DENGAN ARC FURNACE TERHADAP KEKERASAN

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

1 BAB I PENDAHULUAN. Salah satu industri yang cukup berkembang di Indonesia saat ini adalah

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI MEMBRAN KERAMIK ZrSiO 4 -V 2 O 5 TESIS. ERFAN PRIYAMBODO NIM : Program Studi Kimia

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

PENGARUH DAYA TERHADAP UNJUK KERJA PIN BAHAN BAKAR NUKLIR TIPE PWR PADA KONDISI STEADY STATE

PENGARUH KOMPOSISI KAOLIN TERHADAP DENSITAS DAN KEKUATAN BENDING PADA KOMPOSIT FLY ASH- KAOLIN

[ FABRIKASI SILIKON KARBIDA FIBER UNTUK KELONGSONG BAHAN BAKAR NUKLIR BURN UP TINGGI (Tahun ke 2 dari 3 Tahun)

1 BAB I BAB I PENDAHULUAN

Bab IV Hasil dan Pembahasan

STUDI PENAMBAHAN MgO SAMPAI 2 % MOL TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIK KERAMIK KOMPOSIT Al 2 O 3 ZrO 2

BAB I PENDAHULUAN. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) telah banyak dibangun di beberapa negara di

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

PENGARUH PERUBAHAN TEKANAN PENGOMPAKAN DAN SUHU SINTER TERHADAP KARAKTERISTIK PELET SINTER UO 2 SERBUK HALUS 1-75μm

PEMBUATAN SAMPEL INTI ELEMEN BAKAR U 3 Si 2 -Al

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

OPTIMASI PROSES REDUKSI HASIL OKSIDASI GAGALAN PELET SINTER UOz

RISET KARAKTERISTIK BAHAN BAKAR PADA SAAT REAKTOR MENGALAMI FLUKTUASI DAYA

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

PENGARUH WAKTU PENAHANAN PROSES SINTERING TERHADAP NILAI KEKERASAN PRODUK EKSTRUSI PANAS DARI BAHAN BAKU GERAM ALUMINIUM HASIL PROSES PERMESINAN

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

PELAPISAN PERMUKAAN PELET UO2 DENGAN ZIRKONIUM DIBORIDA MENGGUNAKAN METODA SPUTTERING

KARAKTERISTIK SIFAT MEKANIK DAN MIKROSTRUKTUR PADUAN UZrNb PASCA PERLAKUAN PANAS

PEMBESARAN UKURAN BUTIR UO 2 DENGAN PENAMBAHAN DOPAN UNTUK MENGURANGI PELEPASAN GAS FISI

PENENTUAN SIFAT THERMAL PADUAN U-Zr MENGGUNAKAN DIFFERENTIAL THERMAL ANALYZER

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

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Metode penelitian yang dilakukan adalah dengan metode eksperimen murni.

PENGENALAN DAUR BAHAN BAKAR NUKLIR

DAN KOMPARASI SERBUK UO2 DARI PROSES ADU DAN AUC SELAMA PROSES PENGOMPAKAN.

BAB III KARAKTERISTIK DESAIN HTTR DAN PENDINGIN Pb-Bi

Bab III Metodologi Penelitian

PENGUKURAN KEKASARAN PERMUKAAN PELET UO 2 MENGGUNAKAN ALAT ROUGHNESS TESTER SURTRONIC 25

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

PENGARUH PENAMBAHAN 10%wt Mg DAN KECEPATAN MILLING TERHADAP PERUBAHAN STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIK PADUAN Al-Mg

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

BAB III METODE PENELITIAN. penelitian ini dilakukan pembuatan keramik CSZ-NiO untuk elektrolit padat

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

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

PROSES SIKLUS REDUKSI (U3O HASIL FISI) UNTUK BAHAN BAKAR DUPIC

Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI4) 2008

ANALISIS SIFAT TERMAL TERHADAP UNJUK KERJA PIN BAHAN BAKAR NUKLIR TIPE PWR PADA KONDISI TUNAK

PENGARUH UNSUR GERMANIUM TERHADAP KETAHANAN KOROSI PADUAN Zr-Nb-Mo-Ge UNTUK MATERIAL KELONGSONG PERUSAHAAN LISTRIK TENAGA NUKLIR

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

Jurnal Teknik Mesin UMY 1

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

Karakterisasi pelet sinter simulasi DUPIC hasil proses oksidasi-reduksi siklus ke-1

ANALISIS KERUSAKAN TABUNG ALUMINA TUNGKU SINTER MINI PADA PROSES PEMANASAN SUHU 1600 O C

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

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

METALURGI SERBUK. By : Nurun Nayiroh

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB IV ANALISIS & HASIL PERCOBAAN

PENGARUH PROSES QUENCHING TERHADAP LAJU KOROSI BAHAN BAKAR PADUAN UZr

Metode Uniaxial Pressing Proses Sintering...

STATUS PENCEMBANCAN INFRA - KODE ANALISIS KINERJA BAHAN BAKAR PLTN di KOREA SELATAN

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

BAB IV PEMBAHASAN. BAB IV Pembahasan 69

PENYIAPAN UMPAN GRAFITISASI DENGAN METODA GRANULASI BERTAHAP

III. METODOLOGI PENELITIAN. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari 2013 sampai dengan Juni 2013 di

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Pada bab ini mengungkapkan metode penelitian secara keseluruhan yang

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

PEMBUATAN PELAT ELEMEN BAKAR MINI U-7Mo/Al

ANALISA PENGARUH PENAMBAHAN MG PADA KOMPOSIT MATRIK ALUMINIUM REMELTING

Transkripsi:

ISSN 0852-4777 Proses Pengompakan dan Penyinteran Pelet CERMET UO 2-Zr (Tri Yulianto, Meniek Rachmawati, Etty Mutiara) PROSES PENGOMPAKAN DAN PENYINTERAN PELET CERMET UO2-Zr Tri Yulianto, Meniek Rachmawati, Etty Mutiara Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir (PTBN) - BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang Selatan, 15310 E-mail: yulianto@batan.go.id (Naskah diterima: 4 Desember 2012, disetujui: 15 Januari 2013) ABSTRAK PROSES PENGOMPAKAN DAN PENYINTERAN PELET CERMET UO 2-Zr. Bahan bakar inovatif berupa pelet cermet UO2-Zr dikembangkan. Kegiatan ini bertujuan untuk menaikkan derajat bakar bahan bakar PWR melalui perbaikkan konduktivitas panas pelet UO2 dengan penambahan sejumlah kecil logam Zr yang lebih kecil 10 % berat pada matrik UO2. Logam Zr akan membentuk jembatan/struktur jaringan selama proses pengompakan dan mengurangi kontak antar partikel UO2. Berdasarkan teori kesetimbangan fasa logam-logam oksida-keramik, teknik fabrikasi ini akan menghasilkan pelet UO2 dengan jaringan/saluran logam kontinyu pada batas butir UO2. Fabrikasi cermet dilakukan dengan variasi parameter pencampuran fraksi penyusun cermet dan pengompakan untuk menghasilkan jaringan/saluran logam kontinyu pada matrik UO2. Selanjutnya dilakukan karakterisasi pelet cermet UO2 yang meliputi pengujian visual, pengukuran dimensi, pengukuran densitas dan uji ceramografi untuk mendapatkan informasi struktur jaringan/saluran logam dalam pelet UO2 dan komposisi pelet cermet yang optimal dalam proses fabrikasi. Metode fabrikasi cermet ini diharapkan mempunyai efektivitas yang lebih tinggi dibandingkan jalur fabrikasi pelet UO2. Kata kunci: fabrikasi, cermet, pelet UO2 - Zr, PWR. ABSTRACT THE COMPACTION AND SINTERING OF UO2-Zr CERMET PELLETS. An innovative fuel pellet of UO 2 Zr cermet has been developed to improve thermal conductivity of UO 2 pellet by adding small amount Zr metal in to UO 2 matrix below 10 % weight. Zirconium powder will serve for the creation of bridges or web structure during compaction and will effectively reduce contact between of UO 2 particels. Based on the theory of phase equillibrium of metals metal oxides ceramic, this fabrication technique may produce UO 2 pellets containing continuous metal channel on the grain boundary of UO 2 through sintering in a reduction atmosphere. The fabrication was done by varying process parameters of mixing and compaction. Characterisation of UO 2-Zr cermet pellet involved visual test, dimensional and density measurement, and ceramography test. This advanced cermet fabrication technology may address common issue with cermet fuels such as microstructure with continuous metal channel structure in the UO 2 matrix, which is more effectively than the commonly accepted microstructure involving fraction of UO 2 pellet by standard fabrication route. Keywords: fabrication, cermet, UO 2-Zr pellet, PWR. 39

Urania Vol. 19 No. 1, Februari 2013 : 1 62 ISSN 0852-4777 PENDAHULUAN Penguasaan teknologi fabrikasi pelet UO2sebagai bahan bakar nuklir tipe PWR sangat penting karena ditinjau dari aspek teknologi dapat meningkatkan kemandirian dan daya saing ilmiah teknis dalam penyediaan bahan bakar nuklir. Pelet UO2 telah digunakan pada lebih dari 85% PLTN tipe PWR selama hampir 50 tahun dan terus dilakukan peningkatan kinerjanya atau derajat bakarnya (burn up). Sampai saat ini pelet UO2 telah mampu dibakar hingga mencapai 60 MWd/kg dan 110 MWd/kg di laboratorium dengan pengembangan pelet, kelongsong dan bahan struktur lainnya serta disain elemen bakar [1]. Hal ini akan mengurangi kebutuhan bahan bakar baru maupun bahan bakar bekas per energi yang dihasilkan, kemudahan pengoperasian, meningkatkan kehandalan dan keselamatan [1]. Sejalan dengan perkembangan reaktor daya yang menuntut bahan bakar dengan derajad bakar (burn-up) tinggi tersebut, bahan bakar UO2-metal cermet (ceramic metal) merupakan kandidat bahan bakar PWR di masa datang [2-3]. Di dalam bahan bakar UO2-metal cermet, metal yang dipilih harus mempunyai konduktivitas panas yang tinggi seperti W, Mo, Cr, [2-3] dan Al serta Zr [1,4-5]. Konduktivitas panas logam yang tinggi akan meningkatkan pengambilan panas di dalam bahan bakar. Dengan demikian temperatur pusat bahan bakar akan lebih rendah/turun signifikan dibandingkan bahan bakar UO2 tanpa tambahan metal [4]. Penelitian bahan bakar cermet UO2-Zr yang telah dilakukan hingga saat ini adalah dengan mendispersikan keramik UO2 pada fasa Zr yang bertindak sebagai matriks dengan fraksi metal sekitar 50% volume [1,4-5]. Cara tersebut memungkinkan matriks logam dapat berperan sebagai pengungkung produk fisi, bahkan sampai pada penyimpanan lestari bahan bakar bekas. Pada penelitian ini akan dilakukan cara fabrikasi bahan bakar cermet UO2-Zr dengan mendispersikan metal Zr ke dalam keramik UO2 dengan fraksi metal lebih kecil 10% volume [2]. Cara ini memungkinkan pelet bahan bakar cermet mempunyai kandungan bahan fisil yang lebih banyak dibandingkan cara fabrikasi sebelumnya. Pemilihan Zr sebagai logam tambahan didasarkan pada kekuatan mekanik pada temperatur tinggi dari Zr yang tinggi, ketahanan korosi, dan sifat netroniknya [5]. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kinerja termik bahan bakar PWR melalui perbaikan karakteristik pelet UO2 dengan penambahan sejumlah kecil logam Zr pada matriks UO2.Serbuk Zr yang ditambahkan akan membentuk jembatan/struktur jaringan selama proses penyinteran dan mengurangi difusi inter partikel UO2. Teknik fabrikasi ini akan menghasilkan pelet UO2 dengan jaringan/saluran senyawa logam Zr yang kontinyu pada batas butir UO2 [2-3]. Jaringan/saluran senyawa logam Zr diharapkan dapat menurunkan gradient temperatur dari pusat ke permukaan pelet bahan bakar.di dalam penelitian ini akan dilakukan metode fabrikasi pelet cermet UO2-Zr melalui pengompakan dingin dan penyinteran (cold pressing and sintering) [6]. Pengompakan adalah proses pengubahan serbuk menjadi kompakan dengan sifat-sifattertentu, salah satunya adalah kerapatan / densitas. Pada proses pengompakan,respon serbuk terhadap compaction stress tidaklah sama akan tetapi tergantung karakteristik serbuk dan bahan pelumas yang ditambahkan. Kualitas pelet terutama ditentukan oleh karakteristik serbuk UO2 awal yang digunakan sedangkan pelumas berperan dalam mengurangi friksi antar partikel dan friksi antara partikel dengan dinding cetakan (dies). Selain itu, dengan adanya pelumas maka laju alir serbuk pada saat pengisian cetakan akan meningkat. 40

ISSN 0852-4777 Proses Pengompakan dan Penyinteran Pelet CERMET UO 2-Zr (Tri Yulianto, Meniek Rachmawati, Etty Mutiara) Pada proses penyinteran, ada dua kinetika utama yang terjadi. Tahap awal penyinteran berupa proses densifikasi dan pada tahap akhir adalah pertumbuhan butir. Mekanisme yang terjadi pada kedua tahapan tersebut adalah proses difusi. Salah satu driving force dari proses difusi adalah energi aktivasi yang akan menentukan mampu sinter serbuk UO2. Hasil penelitian menyatakan bahwa serbuk dengan mampu sinter yang baik adalah serbuk yang tersusun dari partikel yang agak lunak (fairly soft particles) dengan ukuran partikel yang sangat halus yang mempunyai luas permukaan partikel yang besar. Mampu sinter juga akan ditentukan oleh ukuran dan tingkat kesempurnaan permukaan dan internal kristal penyusun serbuk. Di dalam penelitian ini akan dilakukan metode fabrikasi cermet melalui cold pressing and sintering menggunakan peralatan yang ada di Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir - BATAN. Selain penambahan logam Zr dapat menaikkan konduktifitas, diharapkan juga dapat memberikan pengaruh positif dalam pemenuhan persyaratan lain dari pelet UO2 saat fabrikasinya seperti kerapatan dan ukuran butir UO2. Penelitian ini dibatasi pada pengaruh penambahan logam zirkonium dalam proses pengompakan dan penyinteran pelet cermet UO2-Zr. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi pilihan proses fabrikasi bahan bakar maju untuk reaktor PWR disamping meningkatkan kemandirian dan daya saing ilmiah teknis dalam penyediaan bahan bakar nuklir maju dalam rangka mendukung opsi PLTN. TATA KERJA Fabrikasi cermet dilakukan dengan mencampurkan serbuk Zr dan serbuk UO2 dengan variasi fraksi serbuk Zr 0, 1, 5 dan 10% berat. Serbuk Zr yang digunakan berdiameter 100 mikron dengan bentuk bola yang seragam dan serbuk UO2 yang digunakan mempunyai distribusi ukuran 150-800 µm. Campuran tersebut dikompakan dengan variasi tekanan pengompakan 5, 5,5 dan 6 MP (Mechanical Pressure) menggunakan mesin kompaksi yang ada di PTBN-BATAN. Pelet mentah UO2-Zr selanjutnya disinter pada temperatur sinter 1700 o C dengan laju pemanasan 250 o C per jam dan waktu penyinteran 3 jam menggunakan tungku sinter yang ada di PTBN-BATAN. Selanjutnya dilakukan karakterisasi pelet cermet UO2 yang meliputi pengujian visual, pengukuran dimensi, pengukuran kerapatan/densitas dan uji ceramografi untuk mendapatkan informasi struktur mikro pelet cermet UO2-Zr. Data dimensi pelet diperoleh dengan cara mengukur tinggi dan diameter pelet menggunakan jangka sorong. Pengukuran kerapatan pelet dilakukan dengan cara membagi hasil pengukuran berat pelet menggunakan timbangan analitik dengan hasil perhitungan volume berdasarkan pengukuran dimensi. Untuk memperoleh informasi struktur mikro pelet mentah dan pelet sinter cermet UO2-Zr digunakan mikroskop optik dengan perbesaran 100x untuk penambahan Zr sebesar 0% dan 5%. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengompakan serbuk UO2 Zr menjadi pelet mentah cermet UO2 Zr dengan variasi tekanan 5-6 MP ditunjukkan pada Gambar 1 dan Gambar 2. Gambar 1 memperlihatkan tampilan fisik pelet mentah dan Gambar 2 merupakan grafik yang memperlihatkan hubungan antara kerapatan pelet mentah cermet dengan prosentase penambahan logam Zr. 41

Urania Vol. 19 No. 1, Februari 2013 : 1 62 ISSN 0852-4777 Gambar 1. Pelet mentah cermet UO2-Zr hasil proses pengompakan dengan tekanan 5-6 MP Pada Gambar 2 terlihat bahwa tekanan 6 MP memberikan kerapatan pelet mentahuo2-zr rata-rata relatif lebih tinggi dibandingkan tekanan yang lain. Hal itu terjadi pada setiap prosentase penambahan Zr yang berada dalam rentang 5,7550-5,9610 g/cm 3, dan selanjutnya pelet mentah dengan tekanan 6 MP ini yang dipilih untukdilakukan penyinteran. Pada Gambar 2 dapat dijelaskan cermet yang bertambah dengan fraksi zirkonium yang semakin tinggi. Hal ini dapat menjelaskan peran serbuk zirkonium dalam proses pengompakan serbuk cermet UO2-Zr. Telah dijelaskan bahwa pada proses pengompakan, respon serbuk terhadap compaction stress tidaklah sama akan tetapi tergantung karakteristik serbuk dan bahan pelumas yang ditambahkan. Selain karakteristik serbuk UO2 yang akan menentukan kualitas pelet mentah, bahan pelumas pun memegang peranan penting. Serbuk zirkonium dapat berperan sebagai pelumas pada proses pengompakan. Hal ini mengingat sifatnya sebagai logam yang lebih lunak dibandingkan dengan sifat keramik UO2. Serbuk zirkonium sebagai pelumas berperan dalam mengurangi friksi antar partikel dan friksi antara partikel dengan dinding cetakan (dies). Selain itu, dengan adanya pelumas maka laju alir serbuk saat pengisian cetakan akan meningkat. Dengan demikian campuran serbuk UO2-Zr mempunyai mampu alir yang lebih baik dibandingkan dengan serbuk UO2 itu sendiri, sebagaimana yang diperlihatkan oleh Gambar 2. Gambar 2 menunjukkan kecenderungan bertambahnya kerapatan pelet mentah dengan bertambahnya fraksi serbuk zirkonium dalam UO2. Hal yang sama terjadi juga pada tekanan yang lebih besar. Berkurangnya friksi antar partikel dan friksi antar partikel dengan dinding dies akan memberikan apparent density yang lebih tinggi dan memberikan kerapatan pelet mentah UO2-Zr yang lebih tinggi dibandingkan pelet UO2. Struktur mikro pelet mentah cermet ini ditampilkan oleh Gambar 3. 42

ISSN 0852-4777 Proses Pengompakan dan Penyinteran Pelet CERMET UO 2-Zr (Tri Yulianto, Meniek Rachmawati, Etty Mutiara) a. b Gambar 3. Strukturmikro pelet mentah cermet UO2-Zr dengan penambahan Zr sebesar (a) 0% dan (b) 5%. Proses penyinteran pelet mentah dilakukan pada temperatur 1700 o C dengan atmosfir hidrogen, laju pemanasan 250 o C per jam dan waktu penyinteran 3 jam. Pelet hasil sinter secara visual diperlihatkan pada Gambar 4. Pelet sinter dengan fraksi serbuk zirconium 10%tidak terukur kerapatannya karena pelet sinter pecah/hancur. Gambar 5 memperlihatkan hubungan antara kerapatan pelet sinter UO2 dengan prosentase penambahan Zr. Gambar 4. Foto pelet sinter cermet UO2-Zr. 43

Urania Vol. 19 No. 1, Februari 2013 : 1 62 ISSN 0852-4777 Gambar 5. Grafik hubungan antara prosentase Zr yang ditambahkan terhadap kerapatan pelet sinter cermetuo2-zr. Pada grafik tersebut terlihat bahwa dengan bertambahnya prosentase serbuk Zr dalam pelet cermet, kerapatan pelet sinter semakin berkurang tetapi masih memenuhi persyaratan pelet sinter yaitu 10,4966; 10,3022 dan 10,1894 g/cm 3. Hal ini dapat dijelaskan melalui fenomena penyinteran. Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya bahwa pada proses penyinteran ada dua kinetika utama yang terjadi yaitu proses densifikasi dan pertumbuhan butir melalui mekanisme difusi. Salah satu driving force dari proses difusi adalah energy aktivasi yang akan menentukan mampu sinter serbuk UO2. Hasil penelitian mampu sinter serbuk UO2 sebelumnya menyebutkan, bahwa serbuk dengan mampu sinter yang baik adalah serbuk yang tersusun dari partikel yang agak lunak (fairly soft particles) dengan ukuran partikel yang sangat halus yang mempunyai luas permukaan partikel yang besar. Zirkonium yang bersifat lebih lunak dengan ukuran yang lebih kecil dari serbuk UO2 dapat menghambat proses difusi pada penyinteran, baik difusi kekosongan pada tahap densifikasi maupun difusi batas butir pada tahap pertumbuhan butir. Dengan demikian kecepatan difusi kekosongan maupun difusi batas butir pada pellet sinter cermet UO2-Zr lebih rendah dibandingkan kecepatan difusi kekosongan maupun difusi batas butir pelet UO2. Disamping itu, kerapatan teoritis serbuk logam Zr lebih rendah dibandingkan dengan kerapatan serbuk keramik UO2. Dengan demikian maka kerapatan pelet sinter cermet UO2-Zr lebih rendah disbanding kerapatan pelet sinter UO2 dan dengan semakin banyak kandungan Zr maka kerapatan pelet sinter cermet UO2-Zr akan semakin rendah. Struktur mikro pelet sinter cermet ditampilkan pada Gambar 6. Pengamatan struktur mikro terhadap pelet sinter UO2-Zr sebagaimana yang ditampilkan pada Gambar 6 menunjukkan bahwa terbentuknya jaringan yang diduga adalah senyawa logam Zr yang sifatnya kontinyu dan diharapkan dapat menaikkan konduktivitas panas pelet UO2 sehingga dapat mengurangi gradient temperatur dari pusat ke permukaan pelet saat iradiasi. 44

ISSN 0852-4777 Proses Pengompakan dan Penyinteran Pelet CERMET UO 2-Zr (Tri Yulianto, Meniek Rachmawati, Etty Mutiara) (a) (b) Gambar 6. Struktur mikro pelet sinter cermet UO2-Zr dengan penambahan Zr sebesar (a) 0% dan(b) 5%. SIMPULAN Penambahan zirkonium dapat memperbaiki karakteristik serbuk selama proses pengompakan. Semakin tinggi % Zr akan memberikan kerapatan pelet mentah yang semakin tinggi. Penambahan % Zr akan mengurangi kerapatan pelet sinter tetapi masih memenuhi persyaratan pelet sinter. Prosentase penambahanzr lebih besar dari 5% akan menghasilkan pelet sinter yang tidak memenuhi persyaratan. SARAN Untuk memastikan bahwa jaringan kontinyu yang terbentuk pada pelet cermet UO2-Zr adalah jaringan logam Zr dan memastikan konduktivitas panas pelet sinter berjaringan Zr ini lebih tinggi dibandingkan konduktivitas pelet sinter UO2 disarankan untuk melakukan penelitian lebih lanjut tentang hal ini. Peralatan yang diperlukan untuk pengamatan jaringan logam Zr pada pelet cermet UO2-Zr adalah SEM, WDX dan XRD sedangkan peralatan untuk pengamatan konduktivitas panas pelet adalah alat pengukur konduktivitas panas. Selain itu perlu dikaji lebih lanjut untuk penentuan prosentase penambahan Zr yang optimal dalam memperoleh pelet cermet UO2-Zr dengan jaringan logam Zr yang kontinyu. DAFTAR PUSTAKA 1. IAEA-TECDOC-1374, 2003. 2. Song K.W., Jeon K.L., Jang Y.K., Park J.H. and Koo Y.H. (2009). Progress In Nuclear Fuel Technology In Korea. Nuclear Engineering And Technology, Vol.41 No.4 p.493-520. 3. Song K.W., Jeong Y.H., Kim K. S., Bang J.G., Chun T.Y., Kim H.K. and Song K.N. (2008).High Burner Fuel Technology In Korea. Nuclear Engineering And Technology, Vol.40 No.1 p.21-36. 4. McDeavitt Sean M., Downar T. J., Solomon A. A., Revankar S. T., Hash M. C., Hebden A.S. (2002).Thoriabased Cermet Nuclear Fuel: Cermet Fabrication And Behavior Estimates. Proceedings of ICONE10: 10th International Conference on Nuclear Engineering, ICONE10 22317 p.1-9, Arlington, VA.. 45

Urania Vol. 19 No. 1, Februari 2013 : 1 62 ISSN 0852-4777 5. Totemeier Aaron R., McDeavitt Sean M. (2009).Powder metallurgical fabrication of zirconium matrix cermet nuclear fuels. J Mater Sci, 44:5494 5500. 6. Burks D.E., Wachs D.M., Werner J.E. and Howe S.D. (2007). An Overview of Current and Past W-UO 2 Cermet Fuel Fabrication Technology. Proceedings of Space Nuclear Conference 2007, paper 2027 p.207-216, Boston, Massachusetts. 46