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

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854-5561 STUDI TENTANG KEKERASANCLADDING PEB U3Sh-AL TMU RENDAH - TINGGI PRA IRADIASI Martoyo, Nusin Samosir, Suparjo, dan U. Sudjadi ABSTRAK STUDI TENTANG KEKERASANCLADDING PEB U3SI2-AL TMU RENDAH - TINGGI PRA IRADIASI. Kekerasan pelat elemen bakar (PEB) U3Si2-AI tingkat muat uranium (TMU) rendah sampai tinggi, pra iradiasi telah diuji dengan uji kekerasan Vicker's. Bahan bakar nuklir U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975% U235 dan tingkat muat uranium 2,96 gr/cm3, 3,6 gr/cm3, 4,2 gr/cm3, 4,8 gr/cm3, dan 5,2 gr/cm3, telah diuji kekerasannya. Hasilnya menunjukkan bahwa kekerasan rata-rata yang paling rendah adalah cladding yang mempunyai tingkat muat 2,96 U.gr/cm3. Kekerasannya adalah 44,1 HV. Sedangkan cladding yang mempunyai kekerasan rata-rata tertinggi adalah cladding yang mempunyai tingkat muat 4,2 U.gr/cm3, yaitu sebesar 56,2 HV. Kata Kunci : Pelat elemen bakar, U3Si2-AI, ± 1975% U235, densitas rendah sampai tinggi, kekerasan. ABSTRACT The hardness of fuel element plate of U3Si2-AI with low until high densities of uranium, before irradiation were tested with Vicker's hardness apparatus. The hardness of nuclear fuel element U3SirAI with enrichment ± 1975% U235 and density of uranium 2.96 gr/cm3, 3.6 gr/cm3, 4.2 gr/cm3, 4.8 gr/cm3, and 5.2 gr/cm3 were tested. The results shown that lowest hardness average was cladding with density 2.96 U.gr/cm3. The hardness 3 was 44.1 HV. Highest hardness average was cladding with density 4.2 U gr/cm. The hardness was 56.2 HV. Keywords: fuel element plat, U3SirAI, ± 1975% U235, low until high density, hardness. PENDAHULUAN Pada tahun 1988-2003 RSG-GAS telah memakai bahan bakar U30a-AI pengkayaan ± 1975% U235 produksi BATAN. Unjuk kerja bahan bakar tersebut sangat stabil selama digunakan. Selain melakukan produksi, penelitian dan pengembangan bahan bakar baru terus dilakukan seiring pengembangan bahan bakar reaktor riset di dunia internasional. Berkait program tersebut, sejak tahun 1989 BATAN mulai melakukan penelitian bahan bakar U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975% U235 dan tingkat muat uranium 2,96 gr/cm3, 3,6 gr/cm3, 4,2 gr/cm3, 4,8 gr/cm3, dan 5,2 gr/cm3 [1-4], Dua buah bahan bakar U3SirAI dengan pengayaan ± 1975% U235 dengan tingkat muat uranium 2,96 gr/cm3, dengan nomer seri RI SIE-1 dan RI SIE-2 telah berhasil difabrikasi dan dilakukan uji irradiasi di RSG-GAS[1]. Namun dikarenakan fasilitas uji kekerasan dan optical microscope di hot cell di PTBN, di ruang 107 rusak dan sampai sekarang masih dalam perbaikan, maka bahan bakar U3SirAI dengan pengayaan ± 1975% U235 dengan tingkat muat uranium 2,96 gr/cm3, sampai sekarang belum dapat diteliti kekerasan dan mikrostrukturnya. Dalam studi ini akan diuji kekerasan cladding bahan bakar U3Si2-AI pra irradiasi dengan pengayaan ± 1975% U235 dan tingkat muat uranium 2,96 gr/cm3, 3,6 gr/cm, 4,2 gr/cm3, 4,8 gr/cm3, dan 5,2 gr/cm3, dengan uji kekerasan viker's. Adapun tujuannya ialah untuk mengetahui kekerasan pra iradiasi cladding plat elemen bakar (PEB) U3Si2AI tingkat muat (TM) rendah sampai tinggi sehingga diketahui salah satu sifat mekanik dari cladding BB tersebut. Hal ini sangat berhubungan dengan sifat kerapuhan dan keausan. Karena bahan semakin keras maka akan semakin mudah patah, tetapi akan tahan aus. 136

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854-5561 PROSEDUR PENELITIAN Fabrikasi atau pembuatan bahan bakar U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975% U235 dan tingkat muat uranium 2,96 gr/cm3, 3,9 gr/cm3, 4,2 gr/cm3, 4,8 gr/cm3, dan 5,2 gr/cm3 dilakukan di laboratorium PTBN dengan dibantu peralatan PT. BANTEK. Paduan U3Si2 dengan kadar Si 7,50% dibuavdifabrikasi dengan teknik peleburan di dalam tungku busur listrik, dan paduan hasil peleburan dibuat serbuk dengan menggunakan ball mill. Serbuk U3Si2 yang telah memenuhi persyaratan bahan bakar dicampur dengan serbuk matriks AI dengan perbandingan sesuai tingkat muat uraniumnya, kemudian dibentuk menjadi inti elemen bakar (IEB) dengan pengepresan pada tekanan tinggi. Inti elemen bakar hasil pengepresan berbentuk lempengan empat persegi panjang, kemudian dirakit bersama frame dan cover membentuk paket rol. Secara teknis IEB dimasukkan kedalam frame dan kedua sisi lainnya ditutup dengan cover. Selanjutnya pada keempat sisi dhas TIG (tungten inert gas) pad a beberapa titik yang dimaksudkan agar pad a proses pengerolan tidak terjadi pergeseran posisi antara IEB, frame dan cover nya sehing~a IEB tepat di tengah-tengahnya. Paket rol selanjutnya dirol panas pada suhu antara 425 C - 480 C membentuk pelat elemen bakar (PEB). PEB yang telah 10105 uji bersama komponen struktur dirakit menjadi elemen bakar (EB) sesuai desain EB RSG-GAS[1]. Kemudian bahan bakar tersebut diatas di potong-potong, lalu digrinding, Poleshing, Mounting, Etching dan sebagainya. Selanjutnya sam pel tersebut di uji kekerasan dengan metode Yiker's bagian sisi kiri dan kanan cladding bahan bakar tersebut. HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar 1 dan 2, menunjukkan hasil - hash uji kekerasan dari sam pel bahan bakar U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975% U235 dan tingkat muat uranium 2,96 gr/cm3, sampel ini diukur kekerasannya pada sisi kiri-kanan. Hasilnya menunjukkan bahwa kekerasan sebelah kiri sama dengan yang sebelah kanan dan hasilnya homogen sebesar 44,1 HV. Gambar 3 menunjukkan hash uji kekerasan dari sample bahan bakar U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975% U235 dan tingkat muat uranium 3,6 gr/cm3, sample ini diukur kekerasannya pada sisi kiri. Hasilnya menunjukkan bahwa kekerasan pad a sisi kiri tidak homogen. HasH pengukuran pada sisi kiri di lima penjejakan, kekerasannya ialah 52,8 HV, 52,8 HV, 50,9 HV, 49,0 HV, dan 50,9 HV. Rata-ratanya ialah 51,5 HV. Sedangkan pada sisi kanan hash kekerasannygl ialah homogen, besarnya ialah 54,9 HV (Iihat gambar 4). Gambar 5 dan 6 menun!ukkan hash uji kekerasan dari sam pel bahan bakar U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975% U 35 dan tingkat muat uranium 4,2 gr/cm3, sampel ini diukur kekerasannya pada sisi kiri (Iihat Gambar 5). Hasilnya menunjukkan bahwa kekerasan pada sisi kiri tidak homogen. Hasil pengukuran pada sisi kiri di lima penjejakan, kekerasannya ialah 54,9 HV, 52,8 HV, 52,8 HV, 54,9 HV, dan 52,8 HV. Rata-ratanya ialah 53,5 HV. Sedangkan pada sisi kanan hash kekerasannya ialah homogen, besarnya ialah 59,3 HV (Iihat Gambar 6). Gambar 7 dan 8 menunjukkan hash uji kekerasan dari sampel bahan bakar U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975% U235 dan tingkat muat uranium 4,8 gr/cm3, sam pel ini diukur kekerasannya pada sisi kiri (lihat Gambar 7). Hasilnya menunjukkan bahwa kekerasan pad a sisi kiri tidak homogen. Hasil pengukuran pada sisi kiri di lima penjejakan, kekerasannya ialah 54,9 HV, 54,9 HV, 52,8 HV, 54,9 HV, dan 54,9 HV. Rata-ratanya ialah 54,4 HV. Sedangkan pada sisi kanan hasil kekerasannya ialah homogen, besarnya ialah 50,9 HV (lihat Gambar 8). Gambar 9 dan 10 menunjukkan hash uji kekerasan dari sampel bahan bakar U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975% U235 dan tingkat muat uranium 5,2 gr/cm3, sam pel ini diukur kekerasannya pada sisi kiri. Hasilnya menunjukkan bahwa kekerasan pada sisi kiri ialah homogen, besarnya ialah 59,3. Pengukuran pad a sisi kanan hasilnya menunjukkan bahwa hasil pengukuran pad a sisi kanan di lima penjejakan, kekerasannya tidak homogen, kekerasannya ialah 52,8 HV, 52,8 HV, 50,9 HV, 50,9 HV, dan 52,8 HV. Rata-ratanya ialah 52,8 HV. Gambar 11-16 adalah Gambar beberapa penampang lintang potongan sam pel density 4,8 gru/cm3, gambar ini diambil dengan SEM. 137

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854-5561 KESIMPULAN Dari ~engujian kekerasan cladding bahan bakar U3SirAI pra irradiasi dengan pengayaan ± 1975% U23 dan tingkat muat uranium 2,96 gr/cm3, 3,6 gr/cm3, 4,2 gr/cm3, 4,8 gr/cm3, dan 5,2 gr/cm3, dengan uji kekerasan viker's, dapat disimpulkan bahwa kekerasan rata-rata yang paling rendah adalah cladding yang mempunyai tingkat muat 2,96 U.gr/cm3. Kekerasannya adalah 44,1 HV. Sedangkan cladding yang mempunyai kekerasan rata-rata tertinggi adalah cladding yang mempunyai tingkat muat 4,2 U.gr/cm3, yaitu sebesar 56,2 HV. DAFT AR PUST AKA [1] SUPARJO, N. SAMOSIR, U. SUDJADI, MARTOYO, dan JUNAEDI, Kualifikasi Pelat Elemen Bakar U3SirAI Tingkat Muat Uranium 2,96 glcm3 Pasca Irradiasi, Proseding hasil-hasil penelitian EBN Tahun 2008, PTBN, BATAN, hal. 213-217, ISSN 0854-5561, 2008. [2] S.WAS, M.ATZMON, L.WANG, A novel approach to material development for advanced reactor system, university of michigan, 2005. [3] ANONYM, ASM Handbook volume 9, metallography and microstructures, 2004. [4] SNELGROVE J, L, Qualification status of LEU fuels, International meeting on reduced enrichment for RERTR, Buenos Aires, Argentina, September 28-0ktober 1, 1987 138

ISSN 0854-5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 Density 2,96 g.u/cmj\3 50 ~ '_'_' m "' "'''' '' m 'm'_m'.''' 45 40 35 30 25 20-1-.--.-- IIDensity 2,96 g.u/cm"3 15 10 5 o. 1 2 3 4 5 Gambar 1. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 2,9 gru/cm3 50 2345 45 40 35 30 20 15 105 025 1 Density 2,96 g.u/cmj\3 II Density 2,96 g.u/cml\3 Gambar 2. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 2,9 gru/cm3 Sisi Kanan. 139

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854-5561 54 Density 3,6 gru/cmj\3 53 S2 51 50 density 3,6 gru/cm"3 49 48 47 1 2 3 4 5 Gambar 3. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 3.6 gru/cm3 Density 3,6U/cmJ\3.3,6grU/cm"3 1 2 3 4 5 Gambar 4. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pad a Sample Density 3.6 gru/cm3 Sisi Kanan. 140

ISSN 0854-5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 55,5 2345 52,S52 54,S54 53,S53 51,S55 1 Density 4,2 U.g/cmJ\3 Ii Density 4,2 U.g/cm"3 Gambar 5. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 4,2 gru/cm3 70 Density 4,2 U.g/cmJ\3 60 50 30 IiDensity 4,2 U.g/cm"3 o 1 2 : LI ------------------------------------------- 5 Gambar 6. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 4,2 gru/cm3 Sisi Kanan. 141

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854-5561 55,5 2345 52,552 54,554 51,5 53,553 55 1 Density 4/8 Ug/cm"3 iii Density 4,8 Ug/cml\3 Gambar 7. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 4,8 gru/cm3 Gambar 8. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 4,8 gru/cm3 Sisi Kanan. 142

ISSN 0854-5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 70 Density 5,2 U.g/cmJ\3 60 50 40 30 iii Density 5,2 U.g/cml\3 20 10 o 1 2 3 4 5 Gambar 9. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density ~,2 gru/cm3 53 49,S 51,S51 50,S50 52,S52 2345 1 Density 5,2 U.g/cmJ\3 II Density 5,2 U.g/cml\3!..-...... -.......... m mm.._._.m.m- ----...... -. ---... mj3 Gambar 10. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 5,2 gru/cm 143

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854-5561 Gambar 11. Penampang Lintang Potongan Sample Density 4,8 gru/cm3 Gambar 12. Penampang Lintang Potongan Sample Density 4,8 gru/cm3 144

----------------------... ------ - ISSN 0854-5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 Gambar 13. Penampang Lintang Potongan Sample Density 4,8 gru/cm3 Gambar 14. Penampang Lintang Potongan Sample Density 4,8 gru/cm3 145

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854-5561 Gambar 15. Penampang Lintang Potongan Sample Density 4,8 gru/cm3 Gam bar 16. Penampang Lintang Potongan Sample Density 4,8 gru/cm3 146