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

PENGEMBANGAN PADUAN URANIUM BERBASIS UMo SEBAGAI KANDIDAT BAHAN BAKAR NUKLIR UNTUK REAKTOR RISET MENGGANTIKAN BAHAN BAKAR DISPERSI U3Si2-Al Supardjo Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir (PTBN) BATAN Kawasan Puspiptek Serpong Tangerang Selatan, Banten 15310 Telp./Faks.: (021)7560915 / (021)7560909 Email: suparjo@batan.go.id ABSTRAK PENGEMBANGAN PADUAN URANIUM BERBASIS UMo SEBAGAI KANDIDAT BAHAN BAKAR NUKLIR UNTUK REAKTOR RISET MENGGANTIKAN BAHAN BAKAR DISPERSI U3Si2-Al. Paduan uranium berbasis UMo diteliti dalam rangka pengembangan bahan bakar dispersi U3Si2-Al pengayaan uranium rendah (<20%U 235 ). Bahan bakar dispersi U3Si2-Al memiliki stabilitas iradiasi yang sangat baik, tetapi olah ulang bahan bakar pasca iradiasi sulit dan densitas uranium optimum hanya sebesar 4,8gU/cm 3 (yang diharapkan >8 gu/cm 3 ). Proses fabrikasi bahan bakar dispersi tipe pelat UMo-Al dan U3Si2-Al hampir sama, yaitu dengan teknik metalurgi serbuk dan pembentukan pelat elemen bakar (PEB) dengan pengerolan panas. Ingot paduan U3Si2 hasil peleburan bersifat rapuh, sedangkan paduan berbasis UMo sangat ulet dan sulit dibuat serbuk secara mekanik/giling. Pelat elemen bakar UMo-Al densitas uranium 7gU/cm 3 hasil proses pengerolan cukup baik dan tebal kelongsong minimum 0,302 mm (spesifikasi 0,25mm), sehingga densitas uranium masih dapat ditingkatkan. Keunggulan bahan bakar dispersi UMo-Al adalah densitas uranium yang dapat dicapai pada proses fabrikasi >7gU/cm 3, olah ulang gagalan produksi maupun bahan bakar pasca iradiasi bahan bakar UMo-Al lebih mudah dibanding bahan bakar U3Si2- Al dan dalam penggunaannya sebagai bahan bakar di dalam reaktor dapat lebih lama. Kata kunci: Bahan bakar dispersi, bahan bakar UMo-Al, bahan bakar U3Si2-Al, densitas uranium ABSTRACT DEVELOPMENT OF URANIUM ALLOY BASED ON UMo AS A CANDIDATE FOR RESEARCH REACTORS NUCLEAR FUEL REPLACE OF U3Si2-Al NUCLEAR FUEL DISPERSION. The uranium alloys based on UMo studied in the framework of U3Si2-Al dispersion fuel development of uranium enrichment is low (<20% U 235 ). The U3Si2-Al dispersion fuel has a very good irradiation stability, but the reprocessing spent fuel is difficult and the optimum density of 4.8 gu/cm 3 only (which is expected> 8 gu/cm 3 ). The fabrication process of UMo-Al dispersion fuel plate and U3Si2-Al is almost the same, namely by powder metallurgy and the formation of the fuel plate with hot rolling. The U3Si2 alloy smelting results are brittle, while UMo based alloys are very ductile and difficult to produce powder by mechanically. The UMo-Al fuel plate with 7gU/cm 3 uranium density by rolling process quite good results and minimum cladding thickness of 0.302 mm (specification 0.25 mm), so that the uranium density could be improved. The advantages of UMo-Al dispersion fuel of the uranium density that can be achieved in the fabrication process >7gU/cm 3, reprocessing of fuel production failure and post-irradiation of UMo-Al nuclear fuel are easier than U3Si2-Al fuel and in its use as fuel in the reactor may be longer. Keywords: dispersion fuel, UMo-Al nuclear fuel, U3Si2-Al nuclear fuel, uranium density ISSN 1979-1208 443

1. PENDAHULUAN Penelitian dan pengembangan bahan bakar dispersi untuk bahan bakar reaktor riset terus dilakukan oleh para peneliti di dunia dalam rangka memenuhi kesepakatan pengalihan penggunaan uranium dari pengkayaan tinggi (>90% U 235 ) ke pengkayaan rendah (<20% U 235 ) yang dicanangkan di USA tahun 1978. Pengalihan penggunaan bahan bakar dengan uranium pengayaan rendah mengakibatkan jumlah U 235 turun menjadi sekitar 1/5- nya (pada disain/ dimensi bahan bakar tetap) sehingga akan menurunkan unjuk kerja reaktor penggunanya. Untuk mempertahankan unjuk kerja reaktor minimal sama seperti penggunaan bahan bakar dengan uranium pengayaan tinggi tanpa mengubah disain dimensi bahan bakar dan teras reaktornya, maka sebagai alternatif yang paling memungkinkan dan ekonomis adalah menggunakan material bahan bakar baru yang memiliki densitas tinggi. Beberapa jenis bahan bakar yang telah digunakan dengan uranium pengayaan rendah diantaranya adalah UAlx-Al, U3O8-Al dan U3Si2-Al, namun densitas uranium yang dapat dicapai masing-masing hanya 2,3gU/cm 3, 3,2gU/cm 3 dan 4,8gU/cm 3[1]. Densitas uranium tersebut belum mampu mengkompensasi pengalihan penggunaan uranium dari pengayaan tinggi ke rendah yaitu antara 8 9 gu/cm 3 [2]. Bahan bakar U3Si2-Al densitas uranium 4,80 gu/cm 3 merupakan produk pengembangan bahan bakar dispersi dengan uranium pengkayaan rendah telah dikualifikasi oleh US Nuclear Regulatory Commission pada tahun 1988 [3]. Unjuk kerja bahan bakar U3Si2-Al cukup baik, sangat stabil selama proses iradiasi di dalam reaktor, namun untuk densitas uranium > 4,8 g/cm 3 fabrikasinya sulit [4]. Makin tinggi densitas uranium, maka jumlah bahan bakar bertambah dan matriks makin sedikit, sehingga pada proses pengerolan selalu terjadi kecenderungan pengelompokan uranium membentuk dog bone diujung pelat elemen bakar (PEB). Akibatnya, kelongsong pada daerah dog bone menjadi tipis (persyaratan minimum 0,25mm) dan tingkat homogenitas uranium di dalam meat pelat elemen bakar (PEB) menurun. Selain itu olah ulang bahan bakar U3Si2-Al gagalan produksi maupun pascairadiasi sangat sulit, sehingga menjadi masalah dalam penyimpanannya. Dalam usaha mengatasi perihal tersebut, maka penelitian material baru yang memiliki densitas tinggi, stabilitas iradiasi yang baik dan mudah dilakukan proses olah ulang, baik gagalan produk maupun bahan bakar pascairadiasi merupakan alternatif terpilih. Untuk mendukung program tersebut pengembangan bahan bakar baru diarahkan pada paduan uranium yang memiliki densitas tinggi dan mampu mempertahankan struktur kristal γ-u selama proses irradiasi. Paduan uranium yang memiliki kecenderungan membentuk fasa γ-u antara lain adalah: U-Cr, U-Mo, U-Nb, U-Re, U-Ru, U-Ti, U-V dan U-Zr. Diantara paduan tersebut yang memiliki densitas tinggi dan rentang fasa γ relatif luas adalah U-Mo sehingga paduan tersebut merupakan alternatif terpilih untuk bahan bakar di masa datang [1]. Paduan UMo memiliki struktur kristal bcc fasa γ, ulet, tampang lintang serapan netron Mo rendah, tahan terhadap korosi dan memiliki densitas ±16,4 g/cm 3 (tergantung % Mo). Densitas tersebut lebih tinggi dibanding densitas paduan U3Si2 yang hanya sebesar 12,20g/cm 3. Penggunakan UMo sebagai bahan bakar dispersi, maka densitas uranium dimungkinkan dapat ditingkatkan hingga >8 gu/cm 3. Selain itu proses olah ulang bahan bakar UMo-Al lebih mudah dibanding dengan bahan bakar U3Si2-Al [5]. Jika fasa metastable γ dapat dipertahankan selama proses produksi bahan bakar dan iradiasi serta memiliki kompatibilitas termal baik dengan matriks Al, maka paduan UMo cocok/sesuai untuk digunakan sebagai bahan bakar reaktor riset. Program penelitian bahan bakar UxSiy-Al di Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir, BATAN telah dimulai sejak tahun 1989. Penelitian menggunakan fasilitas Instalasi Produksi Elemen Bakar Reaktor riset (IPEBRR) yang merupakan fasilitas produksi bahan bakar dispersi U3O8-Al/UAlx-Al pengayaan uranium ±19,75%U 235. Penelitian bahan bakar UxSiy-Al ISSN 1979-1208 444

khususnya U3Si2-Al berhasil dengan baik dan telah ditingkatkan ke skala produksi oleh PT.Batan Teknologi (persero). Keberhasilan produksi bahan bakar U3Si2-Al, maka sejak tahun 2001 semua bahan bakar diteras reaktor RSG-GAS digantikan bahan bakar U3Si2 Al dengan pengayaan dan densitas uranium 2,96gU/cm 3 sama seperti bahan bakar U3O8-Al. Keberhasilan penelitian bahan bakar U3Si2-Al di PTBN, mendorong penelitian bahan bakar berbasis UMo sesuai yang dikembangkan di dunia saat ini. Proses fabrikasi bahan bakar dispersi U3Si2-Al tipe pelat di PT. Batan Teknologi (persero) secara garis besar dilakukan melalui tahapan proses, pembuatan: paduan U3Si2, serbuk U3Si2, inti elemen bakar (IEB) U3Si2-Al, pelat elemen bakar (PEB) U3Si2-Al dan perakitan PEB bersama komponen struktur (pelat sisi, endfitting/ujung pasang, hundle/pemegang dan bout) menjadi elemen bakar (EB) atau elemen kendalai (EK). Secara umum proses fabrikasi bahan bakar UMo-Al sama dengan bahan bakar U3Si2-Al, namun sifat ulet ingot paduan UMo menjadi perhatian pada proses fabrikasinya. Sifat ulet paduan menyebabkan pembuatan serbuk tidak dapat dilakukan secara mekanik melainkan harus menggunakan cara lain sehingga perlu biaya yang lebih inggi. Beberapa metode proses pembuatan serbuk UMo diantaranya: mechanical crushing (milling, grinding) atau dengan menambahkan unsur pemadu untuk meningkatkan kerapuhan, cryogenic mechanical crushing, hydride-dehydride (HD) dan proses atomisasi [6]. Pemilihan masing-masing metode disesuaikan dengan tujuan penggunaan serbuk dan persyaratan/ kapasitas yang diperlukan. Fabrikasi bahan bakar dispersi berbasis UMo hampir sama dengan fabrikasi bahan bakar U3Si2-Al, sehingga dengan fasilitas yang dimiliki dan pengalaman penelitian bahan bakar U3Si2-Al, maka penelitian bahan bakar berbasis UMo di BATAN optimis dapat dilakukan. Keberhasilan penelitian bahan bakar berbasis UMo di BATAN memiliki prospek ekonomi yang sangat baik, mengingat Indonesia memiliki PT. Batan Teknologi (persero) yang merupakan satu-satunnya BUMN yang bergerak di bidang Nuklir. 2. METODOLOGI Paduan U3Si2 (92,5%U +7,5%Si) maupun U7Mo (93,0%U + 7,0%Mo) dibuat dengan teknik peleburan menggunakan tungku busur listrik bermedia gas argon (Ar). Setiap komposisi paduan dilebur selama 1 menit dengan 5 kali pengulangan [7,8]. Ingot paduan U3Si2 hasil peleburan bersifat rapuh sehingga mudah dibuat serbuk dengan milling, sedangkan ingot paduan UMo sangat ulet dan pembuatan serbuk tidak bisa dilakukan dengan milling melainkan harus dengan cara lain seperti hydride-milling-dehydride. Pembuatan serbuk bahan bakar dilakukan di dalam ruang tertutup bermedia gas inert (argon) agar tidak terkontaminasi dengan partikel dari udara dan sebaliknya, serta menghindari pekerja terkena radiasi. Media gas inert sangat diperlukan terutama pembuatan serbuk dari ingot paduan U3Si2 yang bersifat piroporik dan pembuatan serbuk UMo setelah hidriding membentuk UMoHx. Serbuk U3Si2/UMo yang telah memenuhi syarat bahan bakar dispersi dicampur dengan matriks serbuk Al dengan perbandingan berat sesuai densitas uranium yang akan dibuat. Campuran homogen serbuk U3Si2 dan Al atau U7Mo dan Al, masingmasing dipres pada tekanan tinggi membentuk inti elemen bakar (IEB) U3Si2-Al/U7Mo-Al. Inti elemen bakar dimasukkan di dalam frame (paduan Al) dan kedua sisinya ditutup dengan dua cover (paduan Al), kemudian pada keempat sisi sambungannya diikat dengan las TIG membentuk paket rol. Paket rol ditipiskan dengan pengerolan panas pada temperatur antara 425 s.d 480 o C (beberapa tahap) dan rol dingin hingga diperoleh ketebalan ±1,3 mm, kemudian dipotong hingga sesuai ukuran pelat elemen bakar (PEB) kurang lebih 700 mm x70 mm x 1,3 mm [9]. Pelat elemen bakar yang lolos uji dirakit menjadi menjadi elemen bakar dan elemen kendali U3Si2-Al/ U7Mo-Al. ISSN 1979-1208 445

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Proses pembuatan bahan bakar nuklir berbasis paduan uranium, pada tahap awal yang perlu diperhatikan adalah proses pembuatan ingot paduan agar diperoleh paduan yang memenuhi persyaratan bahan bakar nuklir. Untuk memenuhi hal tersebut maka pada proses pembuatan paduan (misal U3Si2/U7Mo) bahan yang digunakan seperti U,Si dan Mo harus memiliki kemurnian tinggi dan proses peleburan dilakukan di dalam media gas iner (argon), sedangkan untuk mendapatkan paduan yang homogen maka proses peleburan dilakukan berulang-ulang. Contoh ingot paduan UMo hasil peleburan ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 1. Ingot U7Mo Hasil Peleburan Ingot paduan U3Si2 memiliki struktur tetragonal, densitas ±12,20g/cm 3 dan bersifat britle (rapuh), sedangkan paduan U7Mo memiliki struktur bcc, densitas >16 g/cm 3 (tergantung kadar Mo) dan bersifat ulet. Sifat rapuh paduan U3Si2 menguntungkan pada proses pembuatan serbuk, karena dapat dilakukan dengan cara mekanik (ballmilling/grinding-mill) secara cepat dan biaya murah, sedangkan ingot paduan UMo bersifat ulet sehingga pembuatan serbuk tidak bisa dilakukan secara konvensional melainkan harus melalui cara lain, seperti: cryogenic milling, atomisasi, hydride-dehydride sehingga biaya yang diperlukan relatif lebih tinggi dibanding secara mekanik. Paduan U3Si2 dan UMoHx sangat reaktif terhadap oksigen sehingga apabila proses pembuatan serbuk di dalam media udara maka ada potensi terjadi reaksi oksidasi yang diawali percikan api yang akhirnya terjadi reaksi lanjut. Untuk menghindari perihal tersebut, maka pembuatan serbuk harus dilakukan di dalam ruang tertutup/glove box bermedia gas iner. Sebagai contoh bentuk serbuk U3Si2 dan U7Mo ditunjukkan pada Gambar 2. Gambar 2.A. Bentuk Serbuk U3Si2 Hasil Giling B. Bentuk Serbuk Umo Hasil Hydride Dehydride ISSN 1979-1208 446

Serbuk U3Si2/U7Mo dapat digunakan sebagai bahan bakar nuklir apabila memenuhi persyaratan standar yang telah ditetapkan meliputi: komposisi fasa, kadar isotop U 235, kadar U dan impuritas, fraksi partikel serbuk, dan densitasnya. Data uji/analisis serbuk bahan bakar selain kesesuaiannya dengan persyaratan, juga diperlukan untuk perhitungan komposisi berat bahan bakar dan matriks Al dalam rangka pembuatan bahan bakar disperse. Bentuk dan volume IEB serta densitas uranium dalam bahan bakar merupakan parameter yang ditetapkan sebagai dasar perhitungan. Komposisi berat bahan bakar U3Si2 atau UMo dengan matriks Al dalam bahan bakar dispersi tergantung dari densitas uranium, data uji/analisis serbuk bahan bakar dan matriks Al. Dari data tersebut telah dihitung hitung densitas uranium U3Si2-Al dan U7Mo-Al seperti ditunjukkan pada Tabel 1a dan Tabel 1b. Perhitungan bahan bakar U3Si2-Al hanya untuk densitas uranium 4,8 gu/cm 3, sesuai yang telah mendapatkan lisensi, selain itu karena dari sisi fabrikasi sulit ditingkatkan ke densitas yang lebih tinggi, karena kesulitan fabrikasi, sedangkan untuk bahan bakar U7Mo-Al dapat difabrikasi hingga densitas uranium >8 gu/cm 3. Makin tinggi densitas uranium, maka jumlah U dan U 235 bertambah, sedangkan matriks Al menurun. Tabel 1a. Hasil Hitung Densitas Uranium Bahan Bakar U3Si2-Al Densitas uranium bahan bakar U3Si2-Al, 4,8 gu/cm 3 Kadar U 235, % 19,75 Berat U dalam IEB U3Si2-Al, g 92,304 Berat isotop U 235,g 18,230 Berat serbuk U3Si2,g 99,788 Volume serbuk U3Si2,cm 3 8,179 Volume pori (Asumsi pori = 8%), cm 3 0,154 Volume serbuk Al, cm 3 10,897 Berat Al, g 29,422 Berat serbuk U3Si2 dan serbuk Al, g 129,21 Tabel 1b. Komposisi Berat Serbuk U7Mo Dan Serbuk Matrik Al Setiap Densitas Uranium Bahan Bakar U7Mo-Al Densitas uranium bahan bakar U7Mo-Al, gu/cm 3 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 Kadar U 235, % 19,75 19,75 19,75 19,75 19,75 Berat U dalam IEB U7Mo-Al, g 96,15 115,38 134,61 153,84 173,07 Berat isotop U 235, g 18,990 22,788 26,585 30,383 34,181 Berat serbuk U7Mo, g 103,387 124,065 144,742 165,419 186,097 Volume serbuk U7Mo, cm 3 6,329 7,595 8,860 10,126 11,392 Volume pori (Asumsi pori = 8%), cm 3 0,154 0,154 0,154 0,154 0,154 Volume serbuk Al, cm 3 12,747 11,481 10,216 8,95 7,684 Berat serbuk Al, g 34,417 30,999 27,583 24,165 20,747 Berat serbuk U7Mo dan Al, g 137,804 155,064 172,325 189,584 206,844 Campuran homogen serbuk bahan bakar U3Si2 atau UMo dengan serbuk matriks Al dipres pada tekanan tinggi hingga membentuk lempengan IEB berukuran sekitar: (100 x 60 x 3,15) mm. Kualifikasi IEB meliputi homogenitas distribusi uranium, kadar isotop U 235 dan ketebalan. Homogenitas uranium di dalam meat bahan bakar merupakan persyaratan yang harus dipenuhi agar pada saat digunakan sebagai bahan bakar di dalam reaktor tidak terjadi hot spot yang dapat menyebabkan swelling sehingga kelongsong rusak/retak yang dapat ISSN 1979-1208 447

berakibat terlepasnya bahan radioktif ke pendingin reaktor. Oleh karena itu distribusi uranium di dalam IEB harus homogen sehingga selama proses pengerolan masih tetap merata di daerah zona bahan bakar (meat). Bahan bakar dispersi U3Si2-Al maupun UMo-Al tipe pelat dibuat dengan teknik pengerolan panas dan penegerolan dingin. Inti elemen bakar hasil pengepresan dimasukkan kedalam lubang frame dan kedua sisinya ditutup dengan cover yang terbuat dari pelat paduan aluminium. Pada keempat sisi sambungannnya diikat dengan las TIG pada beberapa titik membentuk paket rol. IEB, frame dan cover dan paket rol ditunjukkan pada Gambar 3. Gambar 3. IEB, Frame dan Cover Serta Paket Rol Proses pengerolan dilakukan berulang-ulang dan terjadi penipisan pelat serta aliran campuran bahan bakar dan matriks Al sesuai arah rol. Pengerolan PEB dengan densitas uranium rendah distribusi campuran bahan bakar dan matriks Al relatif merata disepanjang PEB, sedangkan semakin tinggi densitas uranium, jumlah serbuk bahan bakar naik dan jumlah matriks menurun (Tabel 1.b). Perbedaan densitas antara serbuk UMo dengan serbuk matriks Al sangat jauh sehingga ada kecenderungan terjadi aglomerasi diujung PEB. Terjadinya aglomerasi diujung PEB mengindikasikan homogenitas menurun dan meat dibagian ujung menjadi tebal sehingga kelongsong menjadi tipis. Pelat elemen bakar hasil pengerolan berdimensi sekitar: (625 x 70,15 x 1,3 ) mm seperti ditunjukkan pada Gambar 4 [9]. Gambar 4. Pelat Elemen Bakar kelongsong PEB merupakan salah satu parameter batasan kemampuan fabrikasi, mengingat terdapat batasan tebal kelongsong minimum yang diijinkan dalam bahan bakar reaktor riset tipe pelat adalah sebesar 0,25 mm. Bahan bakar U3Si2-Al densitas uranium 4,8gU/cm 3 telah mendapatkan lisensi, namun densitas ini belum mampu mengkompensasi jumlah U yang diharapkan (>8gU/cm 3 ). Apabila densitas uranium ditingkatkan, maka homogenitas kurang baik, dan terbentuk dog bone diujung PEB sehingga ISSN 1979-1208 448

kelongsong menjadi tipis. Hal demikian memungkinkan tebal kelongsong < 0,25 mm sehingga kegagalan produksi meningkat dan tidak ekonomis dari sisi fabrikasinya. Sebagai contoh bentuk irisan PEB ditunjukkan pada Gambar 5, dan hasil pengukuran tebal kelongsong PEB U3Si2-Al densitas uranium 4,8gU/cm 3 dan U7Mo-Al densitas uranium 7,0 gu/cm 3 ditunjukkan pada Tabel 2. Jenis Bahan Bakar Densitas gu/cm 3 Gambar 5. Penampang Lintang Irisan PEB Tabel 2. Kelongsong PEB U3Si2-Al danumo-al Sisi jauh (SJ),mm Tengah (TG),mm Sisi dekat (SD),mm min. rerata min. rerata min. rerata U3Si2-Al 4,8 0,272 0,415 0,372 0,428 0,359 0,427 U7Mo-Al 7,0 0,302 0,407 0,354 0,439 0,304 0,425 Dari Tabel 2 terlihat bahwa bahan bakar U3Si2-Al densitas uranium 4,8gU/cm 3, memiliki tebal kelongsong minimum 0,272mm, sedangakan bahan bakar U7Mo-Al tebal kelongsong minimumnya 0,302 mm. Hal ini menunjukkan bahwa dengan berpatokan pada tebal kelongsong minimum 0,25 mm, maka bahan bakar U7Mo-Al berpeluang untuk ditingkatkan densitas uraniumnya dibandingkan bahan bakar U3Si2-Al. Elemen bakar yang diproduksi PT. Batan Teknologi (persero) terdiri dari 21 PEB, masing-masing berisi bahan bakar U3Si2-Al pengayaan uranium 19,75 % dan densitas uranium 2,96 gu/cm 3. Dimensi elemen bakar berukuran panjang total ± 868,5 mm dan ukuran bentuk kotak sekitar (80,6 x 75,85 x 723,5) mm seperti ditunjukkan pada Gambar 6 [9]. Bahan bakar atau dalam bahan bakar dispersi biasa disebut elemen bakar merupakan komponen utama beroperasinya reaktor nuklir. Pada saat reaktor nuklir beroperasi, akan terjadi reaksi fisi dan setiap isotop U 235 akan menghasilkan energi dan 2 3 neutron cepat. Apabila reaktor nuklir beroperasi pada daya tetap, maka jumlah produk fisi dan neutron cepat yang dihasilkan dapat diketahui. Oleh karena itu apabila geometri reaktor tidak berubah, maka fluk neutron cepatnya tetap sama. Untuk bahan bakar dispersi U3Si2-Al atau UMo-Al dengan uranium pengayaan tinggi (>90%U 235 ) maupun bahan bakar uranium pengayaan rendah (<20%U 235 ) jika daya dan geometri reaktor tetap (jumlah elemen), maka fluk neutron cepat tetap sama. Konversi bahan bakar dari penggunaan uranium pengayaan tinggi ke pengayaan uranium rendah pada geometri dan daya yang sama, maka fluk neutron termal akan menurun antara 5 25 % dengan variasi posisi iradiasi. Penggantian bahan bakar dispersi U3Si2-Al dengan UMo-Al akan menyebabkan densitas U 238 naik dan tangkapan neutron cepat naik pula serta tangkapan Mo sejumlah neutron dan kontribusi fluks neutron termal menurun [10]. ISSN 1979-1208 449

Gambar 6. Elemen Bakar U3Si2-Al Kenaikan jumlah U 235, akan meningkatkan reaktivitas, tetapi tidak proporsional karena juga diikuti kenaikan jumlah U 238. Penambahan panjang siklus bahan bakar di dalam reaktor berhubungan dengan densitas uraniumnya. Sebagai contoh, jika mengubah penggunaan bahan bakar dengan densitas uranium dari 4,8 menjadi 7,5 gu/cm 3, maka panjang siklus naik menjadi 56%. Konsekuensi pengalihan penggunaan bahan bakar dari pengayaan uranium tinggi ke pengayaan rendah dengan bahan bakar U3Si2-Al densitas uranium 4,8 gu/cm 3 terjadi penurunan waktu siklus bahan bakar dari 100 hari menjadi 53 hari, sedangkan dengan menggunakan bahan bakar densitas uranium 5,2 dan 5,5gU/cm 3, siklus bahan bakar masing-masing naik menjadi 57 dan 60 hari. Dapat dilihat bahwa = 53 x 5,2/4,8 = 57 hari dan 53 x 5,5/4,8 = 60,7 hari dan dengan cara yang sama dapat dihitung untuk bahan bakar UMo dengan densitas uranim 6 gu/cm 3 = 66,25 hari, 7 gu/cm 3 = 77,29 hari, 8 gu/cm 3 = 88,33 hari, dan 9 gu/cm 3 = 53 x 8,0/4,8 =99,37 hari. Dari data hitung terlihat bahwa kenaikan densitas uranium akan menaikkan siklus bahan bakar di dalam reaktor. Perubahan penggunaan bahan bakar dari U3Si2-Al (4,8gU/cm 3 ) menjadi UMo-Al dengan densitas uranium yang lebih tinggi akan menaikkan siklus bahan bakar di dalam reaktor. Kenaikan siklus bahan bakar dapat diperkirakan terjadi penghematan konsumsi bahan bakar antara 30 50%. Biaya uranium untuk menghasilkan unjuk kerja yang sama, maka jumlah uranium yang dibutuhkan kurang lebih sama. Meskipun demikian, terjadi penurunan biaya produksi antara 15-25% (dengan asumsi biaya fabrikasi antara U3Si2 dan UMo sama). Hal ini dapat berpengaruh apabila biaya fabrikasi UMo lebih besar daripada U3Si2, karena kesulitan pembuatan serbuk, sedangkan keuntungan penggunaan bahan bakar UMo adalah olah ulang gagalan produk dan bahan bakar pascairadiasi mudah dilakukan. Olah ulang dapat dilakukan dengan proses pelarutan, limbahnya lebih sedikit dan menentukan penyimpanan larutan, sehingga penggunaan bahan bakar UMo-Al biaya olah ulang bahan bakar pascairadiasi dan penyimpanan dapat dihemat antara 30 50% [10]. 4. KESIMPULAN Berkaitan dengan pengembangan bahan bakar U3Si2-Al menjadi UMo-Al, maka apabila ditinjau dari alur proses fabrikasi dari kedua bahan bakar tersebut hampir sama, sedangkan perbedaannya terletak pada proses pembuatan serbuk. Ingot paduan U3Si2 bersifat rapuh sehingga mudah dibuat serbuk secara mekanik (ball mill/grinding mill), sedangkan paduan UMo sangat ulet sehingga pembuatan serbuk harus dilakukan dengan cara lain seperti atomisasi, hydride dehydrid dll. kelongsong PEB merupakan salah satu persyaratan bahan bakar tipe pelat yang harus dipenuhi yaitu dengan ketebalan minimum 0,25 mm. Dari hasil percoban yang dilakukan, tebal kelongsong minimum PEB U3Si2-Al dengan densitas uranium 4,8gU/cm 3 sebesar 0,272 mm, sedangkan untuk PEB UMo- Al densitas uranium 7gU/cm 3 sebesar 0,302 mm. Data tersebut menunjukkan bahwa densitas uranium bahan bakar UMo-Al masih dapat ditingkatkan > 7gU/cm 3. Menggunakan bahan ISSN 1979-1208 450

bakar UMo-Al dengan densitas uranium >7gU/cm 3, siklus/waktu tinggal bahan bakar di dalam reaktor dapat lebih lama. Bila dibandingkan kedua jenis bahan bakar tersebut, maka biaya fabrikasi bahan bakar UMo-Al kemungkinan lebih rendah, olah ulang gagalan fabrikasi/bahan bakar pascairadiasi lebih mudah dan siklus bahan bakar di dalam reaktor dapat lebih panjang dibanding menggunakan bahan bakar U3Si2-Al. DAFTAR PUSTAKA [1]. KIM, K. H., et.al, Development of High Loading Alloy Fuel by Centrifugal Atomization, RERTR, Korea 1996. [2]. CORNEN, M., et.al., About the Effects of Si and/or Ti Additions On the UMo/Al Interactions, RRFM, Hamburg, Germany, 2008. [3]. U.S. Nuclear Regulatory Commission: Safety Evaluation 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 (July 1988). [4]. MARIN, J., et.al, The Chilean LEU Fuel Fabrication Program, Status Report, RERTR, Chicago, Illinois on October 5-10, 2003. [5]. HAMY, J. M., et.al,status as of March 2002 of The UMo Development Program, 6 th International Topical meeting on Research Reactor Fuel Management, Belgium, March 17 to 20,2002. [6]. SOLONIN, M. I., et.al, Development of the Method of High Density Fuel Comminution by Hydride-Dehydride Processing, International RERTR Meeting Program, Las Vegas, Nevada, October 1-6, 2000 [7]. SUPARDJO, MASRUKAN, Pembuatan dan Karakterisasi Paduan UMo Sebagai Kandidat Bahan Bakar Nuklir Tipe Dispersi, Jurnal Teknologi Bahan Bakar Nuklir, Vol.4 No.2 Juni 2008. [8]. SUPARDJO, Karakterisasi Paduan UxSiy pada Daerah Komposisi Antara 6,62 s/d. 7,63%Si, Thesis Magister, ITB, 1993 [9]. PT. BATAN TEKNOLOGI (Persero), Proses Produksi Elemen Bakar U3Si2-Al. [10]. Guidez, J., What is the Interest for Research Reactor to Use the New MTR Fuel UMo?, 4 th International Topical Meeting on research Reactor Fuel Management, Ens RRFM, France, March 19 to 21, 2000 DISKUSI 1. Pertanyaan dari Sriyana (PPEN): a. Waktu konstruksi PLTN dan penurunan Biaya dengan asumsi semua parameter dalam kondisi ideal sebagai contoh desain tidak berubah, SDM, sarana dan prasarana siap, material datang sesuai kualitas dan tepat waktu dll. Bagaimana untuk Indonesia? b. Waktu konstruksi pada tabel kurun waktu th 1970-1995 dan 1996-sekarang datanya sulit untuk disimpulkan. Jawaban: a. Bagaimana asumsi ideal dapat dipenuhi oleh owner di Indonesia perlu menjadi perhatian tersendiri, karena belum berpengalaman dalam membangun PLTN. Pada beberapa perhitungan ekonomi dibuat sensitivitas 7 s/d 9 tahun waktu konstruksi. b. Terima kasih. Ini hanya ingin menggambarkan bagaimana teknologi konstruksi diterapkan. Sebaiknya kami akan tambahkan jenis teknologi PLTN dan teknologi konstruksi. ISSN 1979-1208 451