ISSN 0852-4777

PEMBUA TAN KOMPONEN 5TRUKTUR DAN PERAKIT ANELEMEN BAKAR 5T ANDAR REAKTOR KARTINI

P3TM YOGYAKARTA

Abdul Rojak

ABSTRAK

Untuk menghitung derajat bakar (burn-up) bahan bakar yang selama ini digunakan di Reaktor

Kartini P3TM Yogyakarta, dibutuhkan sebuah elemen bakar standar. Untuk itu telah dilakukan

percobaan pembuatan elemen bakar standar jenis TRIGA dengan inti pelet UZrHx, berat uranium

10 gram dengan perkayaan 19,84% U-23S. Bentuk serta dimensi elemen bakar standar, sarna

dengan elemen bakar reaktor P3TM. Percobaan yang telah dilakukan menggu.'7akan 2 jenis material

yaitu paduan Aluminium (AI 6061 dan AIMg$i1) dan $$-304. Langkah pekerjaan terdiri daTi

pembuatan komponen struktur menggunakan mesin bubut dan frais, degreasing, pengelasan

menggunakan mesin las TIG, serta pengujian kebocoran hasil pengelasan dengan metoda bubble

test dan helium leak test. Komponen struktur terdiri daTi: kelongsong, tutup alas, tutup bawah,

sambungan tutup bawah, sumbat, dan prisma penahan. $elain itu dibentuk grafit alas dan bawah

sebagai pengapit pelet. Dari percobaan diperoleh data bahwa keberhasilan pembuatan elemen

bakar standar sangat ditentukan oleh kualitas hasil las. Beberapa kali percobaan pengelasan

terhadap material komponen struktur paduan AI dengan parameter pengelasan bervariasi

menunjukkan jejak las yang tidak homogen, sedangkan terhadap material $$-304 dengan besar

arus 20 A, f/J tungsten 0,7 mm, dan laju alir argon 12,S limen, diperoleh jejak las yang homogen.

Hasil helium leak test terhadap jejak las material komponen struktur paduan :41 terdeteksi adanya

tingkat kebocoran yang cukup tinggi, sedangkan terhada,1J jejak las material $$-304 diperoleh

tingkat kebocoran 0,2 x 10-8 cm31det pada tingkat kehampaan an tara 100 -30 millitorr.

PENDAHULUAN Melalui iradiasi tersebut, akan terbentuk

banyak unsur hasil pembelahan inti (misalnya

Cs-137) yang memiliki aktivitas tinggi dalam

kontribusi radiasi photon. Berdasarkan hasil

tersebut, derajat bakar dari elemen bakar

lainnya dapat dihitung .Oleh karena itu

elemen bakar standar sangat dibutuhkan

karena pihak P3TM tidak tahu riwayat

keberadaan elemen bakar yang selama ini

digunakan di reaktor Kartini[1J.

Reaktor Nuklir Kartini di P3TM

Yogyakarta merupakan reaktor jenis TRIGA

yang pemanfaatannya dikhususkan untuk

penelitian material.

Selama ini Reaktor Kartini menggurlakan

bahan bakar produksi General Atomic, AS.

Lama penggunaan bahan bakar di dalam

reaktor dibatasi oleh derajat bakar (burn-up)

yang sudah ditentukan. Untuk memenuhi kebutuhan elemen

baker stander tersebut, maka sejak tahun

1994 dirintis percobaan pembuatan elemen

bakar standar jenis TRIGA dengan inti pelet

UZrHx, berat uranium 10 gram dengan

perkayaan 19,84% U-235. Bentuk serta

dimensi elemen bakar standar sarna dengan

elemen bakar Reaktor Kartini P3TM. Upaya

pembuatan dilakukan di dalam negeri dengan

tujuan untuk menghemat devisa negara dan

Untuk mengetahui derajat bakar dari

bahan bakar P3TM yang sedang atau telah

digunakan, dibutuhkan sebuah elemen bakar

standar sebagai sumber pad a metoda

pengukuran dengan pelarikan gamma. Elemen

bakar standar akan diiradiasi selama waktu

tertentu sampai bahan bakar di dalamnya

berubah menjadi U pengkayaan rendah.

~-

URANIA No. 21& 22/Thn.Vl/Jqnuari-ApriI2000 15

)feel wn!leq ue)j6uepas 'leMe de4el ueJo~oqe)j

!fn ue)jednJeUJ lsel elqqng .sel!p dmm enpe)j

4elales lsel )feel wn!leq uep lsel elqqnq m!eAeJe~ ~ ue6uep ue)jn)jel!p ueJo~oqe)j !fn

'ue6oWO4 6uef. sel uenped 4elOJed!p ue)je

ue)jdeJe4!p e66u!48S '~nqesJe~ dn~n~ enpe)j

J!q!q ue6uep 6uos6uole)j \eqe~ ueewese)j4e\oJed!p Je6e 'v Jeqwe~ eped ue){)jnfunl!p

!}Jedes Je)j6u1\ew Jnle ~enq!p dn~n~ enpe)j

eped n~! U!eles 'uesele6ued ue)j4epnwsw

)jn~un 4es!dJe~ ~enq!p ue4eued ews!Jd

uep se~e dn~nl 'l jeqwe~ eped ue)j)jnfun~!p

!}Jedes ~nqeSJe~ \;/E)1~1 Jepue~s Je)jeq uewele

Jn~)jnJ~s ueuodwo)j ~n~ue8 's!eJj u!sew e}Jes

~nqnq u!sew ue)jeun66uew ~enq!p ~eqwns uep

'ue4eued ews!Jd '4eMeq dn~n~ ue6unqwes

'4eMeq dn~n~ 'se~e dn~n~ '6uos6uole)j: !Jep !J!pJe~ 6uef. Jn~)jnJ~S uauodwo)!

ueJo:>oqa)f !fn

"se~edn~n~ uesela6uad eped !~ades ewes 6ueA

epo~ew uep uesele6ued Je~eweJed ue6uap

~Il. sel u!sew ue>jeun66uew eAu6uos6uola>j

depeljJe~ ljeMeq dn~n~ ue6unqweAued

"6uesed!p ljeMeq dn~n~ ue!pnwe>j '6uos6uole>j

welep e>j ue>j>jnsew!p ljeMeq ~!JeJ6 uep '~alad'se~e ~!JeJ6 : ~run~-~nJn~eq eAu~n>j!Ja8

'Ienuew eJe:J8S Je~nd!p 6uef. !6eqw8d eled8)j

n~ueq ~ele ue)jeun6!p lue~suo)j !~e)j8pU8W 6uef.

uesej86u8d )jeJ86 4810J8dW8W )jn~un uep'e)jnqJ8~ 6uenJ !P ue)jn)jel!p UeSel86u8d

JnJ>jn.tJs ueuodwo>j ueJenqwad

'SV '~IWO~V leJauaE> !Jep 4alOJadiP xHJZn

~alad uep 6uos6uola'>j uB'>j6uepas ~uesela6uad

I!SeLl ueJo~oqa'>j uelrn6uad e1Jas 'uesela6uad

'Du!seaJDap '~!JeJ6 ue>IP~uaqwad 'Jn~'>jnJ~s

uauodwo'>j ue~enqwad !~nd!laW Jepue~s Je'>jequawala !se'>j!JqeJ I Jesaq s!Je6 eJe~as

uaw/l g'Z~= UOCJe J!le nfel -

ww L'O = ua~scum Ja~awe!p -

'v' OZ = snJe -

: ~n)j!Jaq !eceqas ueselacuad Ja~aweJed

uecuap Dil. set u!saw ue)jeunccuaw

eAuCUOSC1JOla)j depe4Ja~ sel!p se~e dn~nl.Vr~3)i V.l V.l

uesela6uad'6ue~ueJed )je4!d !nfmes!p 6ueA 'e~ JeqweE)

eped ue)j)jnfun}!p !1Jedes !S!AeJ ue)jn)jel!p e)jew

'uesele6ued l!se4 ueJo:->oqe)j !fn uep !se)j!JqeJ

ue4epnwe)j )jn}un s!u)je~ ue6ueqw!1Jed

eAUepe ue6uep Jo~e)j!JqeJ )je4!d uelnsnse~e unweu '~ JeqweE) eped ue)j)jnfun~!p

!1Jedes VlJl£d )je4!d 4elo ue)jde!s!p eAl:leMe

eped Jepue~s Je)jeq uewele ue6ue~ueH

"muelJet m)!eM

uep n4ns eped Jm)!nJts ueuodwo)! 4nJnlese)! eAuden Ue)!Sel!qwew uep UI/Al/lalO/l/alad

Ue)!SeUeWew ue6uep dmnlJet )!eq welep

!P ue}!n)!el!p DU/SealDap sesoJd "eAUUee)!-nwJed 4nJnleS eped ledweuew 6UeA U!el

UeJOtO)! nete )!eAU!W ues!del ue)!6uel!46uew)!mun DU/SealDap sesoJd !eue)!!p Jm)!nJts

ueuodwo)! 4nJnles 11)!eJIP wnleqes

'ouodJes 'ue~e8ue6un)j6ulllP epe 6iJa~ ~CJS e~8g \eld ue)j~ee~

-uewew ue5uep ue)jn)jel!p lnqeSJe\ Jepue\s

Je)jeq U8W81e ue~enqwed ueeueS)jel8d 6u!seaJ6aa

O£ JeqweE:) eped ue)f)fnfum!p !tJedes ~nqeSJe~

~!JeJ6 )fn~Ue8 o~nqnq u!sew ue)feun66uew

~!JeJ6 )fOleq ue4eq !Jep )fn~ueq!p ~eled ~!de6ued

!e6eqes 4eMeq ~!JeJ6 uep se~e ~!JeJE:)

.vo£-ss uep (~!S61,'1JIV uep ~909 IV) w.n!u!wnIV

uenped m!eA le!Ja~eW s!uaf ~ ue)jeun6-6uaw ue)jn)jel!p 4ela~ 6ueA ueeqo:)Jad

.ue1ee

was uendwew8)j ue)j1e)j6u!U8W sn6!le)j8s t!JeJ6 ue}fntuaqwad

Vl.1V'fv.<80J. WlfJ JUJ1.1V;Y .l°PfViJ~ .lVPUV1S' .lV'fv8 UiJWiJ/3 UV1J'tV.liJJ uvp .lnPfn.llS' uiJuodwo){ uvlvnqWiJJ.

)lVfO~ 'V

A. ROJAK Pembuatan Komponen Struktur dan Perakitan Elemen Bakar Standar Reaktor Kartini P3TM Yogyakarta

test hanya dilakukan apabila dengan bubble

test tidak terdeteksi adanya kebocoran.telah diupayakan pemilihan param0ter

pengelasan yang tepat berdasarkan teori.Selain itu tarnpak cukup banyak lubang pori

yang tersebar di sepanjang jejak pengelasan

yang memperkuat dugaan penyebabkebocoran.

Berdasarkan pertimbangan teknis

fabrikasi, maka atas usul fabrikator dan

persetujuan pihak pemesan, pembuatanelemen bakar standar dilanjutkan

menggunakan komponen struktur dari jenismaterial SS~304.

pengamatan terhadap hasil pengelasan

kedua tutup menggunakan bahan 58-304,

menampakkan jejak las dan homogenitas

yang lebih baik dibanding paduan AI. Hal

tersebut dibuktikan dari hasil pengujian

kebocoran menggunakan helium leak test

dengan pencapaian tingkat kebocoransebesar 0,2 x 10-8 cm3/det. pada tingkat

kehampaan antara 100 -30 millitorr. Menurut

ketentuan, tingkat kebocoran yang diijinkanuntuk perangkat nuklir seperti halnya

elemen bakar jenis TRIGA adalah ~ 4,8 x 10-8cm3/det. pada tingkat kehampaan antara 100 -

30 millitorr3].

Langkah helium leak test adalah sebagai

berikut :

1. Udara di dalam elemen bakar standar

dihampakan; ,2. Helium diisikan ke dalamnya dan lubang

isian segera ditutup dengan sumbat,

kemudian sambungan tutup bawah

diikatkencangkan Rangkaian tutup bawah,sumbat, dan sambungan tutup bawah

dapat dilihat pad a Gambar 5;

3. Elemen bakar standar berisi helium

dimasukkan ke dalam tabung uji;

4. Tabung uji dihampakan;

5. Skala tingkat kehampaan serta kebocoran

diamati.

Setelah hasil uji kebocoran memenuhi

ketentuan yang dipersyaratkan, maka dila-

kukan pengelasan sambungan tutup bawah"

serta pemasangan prism a penahan dengan

pin penguncinya.

Langkah terakhir yaitu uji

kebocoran terhadap keseluruhanpengelasan dengan helium leak test.

ulanghasil

HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan data hasil uji kebocoran

tersebut, elemen bakar standar yang telah

dibuat dianggap memenuhi syarat untuk

dikenai uji nuklir di dalam reaktor.

Pad a awal percobaan pembuatan elemen

bakar standar di~unakan bahan kelongsong AI

6061, sedangkan komponen struktur lainnya

bahan AIMgSi1. KESIMPULAN

, Setelah melalui beberapa kali

pengulangan percobaan pengelasan serta

pengujian kebocoran dengan bubble test den

atau helium I"k t,.t, ttrdtt,kli kebOQOflnyang cukup tinggi di luar bates yang

dipersyaratkan. Hal terse but diduga

homogenitas paduan las kurang baik

mengingat kelongsong dengan komponenkedua tutupnya terdiri dari paduan AI yang

berbeda. Dugaan ini berdasar pede

pengamatan visual jejak las yang tidak

homogen, walaupun pad a setiap pengulangan

Oari percobaan pembuatan elemen bakar

standar jenis TRIGA, telah diperoleh hasil

yang memenuhi syarat dengan waktu

p.n;trjlln kumulltif = 1 tlhun, 1.8ma waktupengerjaan terse but diakibatkan adanya

kebocoran hasil pengelasan sehingga perlu

dilakukan pengerjaan ulang (dari awal),

terutama untuk bahan struktur paduan AI.

Sampai saat ini belum ada alih teknologi

dalam pembuatan elemen bakar jenis TRIGA

serta belum teisedia sarana dukung yang

URAN1A No. 21& 22/Thn.VI/Januari-ApriI2000 17

OOOZ I!JdV-!JenUer/l/\'U4lJU 'SI ~Z'ON VINV~ng~

i !U! ~ees

Ue)jeUnDlp euel. DUOSDUOle)j ue4eq ed'v' .

oAO}JeH !peH .~

8\1M\1r \1At-J\11

!~U! ue4eleqwed I!SeLl Jnsun ){eAueq

){n~ueqJe~ ue){e '~nqesJe~ !se!peJ! !nI8IeV-J

'4epUeJ ueeAe){6ued n !pefuew 4eqnJeq

eAuwelep !p Je){eq ue4eq !edwes n~ue~e~n~){eM eweles !se!peJ!!p ue){e 883 'ewwe6

Ue){!Jeled ue6uep ueJn){n6ued epo~ew

eped Jepue~s Jeqwns !e6eqes ue){eun6!pue){e 6ueA Je){eq uewele 4elepe 883 .

}jero~ InpQVNV.L \18 .nO8.LZd 18S!~ JOl)je8~

Je)je8 ue4e8 !6010U)j8.L 6uep!8 JelS

uep J!I)jnN eleUeJd leUo!s6un;:j leqe[8d

4elepe S,!nU8d(., efiueweln !s6unl

ede uep 883 ue6uap pns>\ew!p 6uefi edv .

owo~nJaH 6ueqwea '£"\eUJatul

uawn>lOO '"66-0~ t:)npoJd UO!SS!;:! Jo

\enue~ 6u!Jm:)eJnue~.. 'S~ISAHd IO3L/\J

'9B6 ~ 4:).le~ pa6ue4:) '17B6 ~ Jaqot:)o

'£ anssl 'O~9-60-6669-~B60 : N/d

\enueL/\J '..Ienue~ a:)ueuetu!eL'"J IJOteJ~do

'Jot:)atao >leal tsat-etJod.. 'NOISI/\IO

Sl:)nOO'dd ~nn:)'v'/\ N'v'I'd'v'/\'etJe>lefi60A L/\J.L£d

'Je>le8 ue4e8 P!8 qns JetS 'ouo[pJes. A'JI

ueouap 6uns6uel !se>l!unwo)!

U8)j8lj8Sn!p U8)jV .

8AUJ81Uewo)j S818 lj!S8)j 8W!Je 1 .£

)jero~ InpQV

l 3~S'v'Jepue~s !Jep u!)j6unw '~ede~ 6ueA sel Jnp-esoJd !Je:)!p eAU~n)j!Jeq ueeqo:)Jed )jn~un .

~

V>iV1Snd

lnqeSJe~ ueefJe)fed ueeUeS)feled

ueJe~Uele)f 6uefunuew )fn~un e6eue~ undnew

IUeJeS lap! ednJeq )f!eq uen~ueq se~e )fe4!d

enwes epede)f 4!Se)f ew!Ja~ ue)fde'.)n6uew

unsnAued '~nqesJe~ V9IHJ. s!uef Jepue1S Je>leq

uewele ue~enqwed eAU!eSeleS ue6ueo

!se)j!~!sads !ensas de)j6ual

4!qal !ses!Ja~)jeJe)j!p I1IJad eAU~n)j!Jaq ueeq-o~Jad )jn~un 'sel ueJo~oqa)j eped se~eq

-as !ses!Ja~)jeJe)j ue6uap uenln4epuad ue-eqo~Jad ue)\ednJaw 4!seW !U! ueeqo~Jad .

(JetuaWO)f) ofpJedns 'Z

'epe wnleq eAuuesele6ued JnpesoJd e6nf

ue!>I!wep "ue>l~!e>l!p wnleq 'f0 4elesewn~! eueJe>l 4el0 '!enses 6ueA uesele6ued

Je~eweJed etJes epo~ew !Je:)-!Je:)uew

pns)jew ue6uep ue~enqwed ueeqo:)Jedde~e~ UB)jn)jel!p 4!SeUJ !U! \ees )jn\Un .

HIS'v'}t 'v'WI~3.l N'v'd'v':>n

'/iJelOJ :J/lewolne ue)jeun66uew ueseja6ued

)jeJe6 le\JeSIP sJepn edwe4 xoq 6u/PI")"" wslepiP ue)jn)jel!p BAU)j!eq9s uesele6uvd '>I!eq4!qel 6ueA l;se4 ue)j}edepufJw >\mun 'vo£-ss uep ~909-1'v'

m!ef. we~ew Z epe ue)jeun6!p 6uef. UeljBg .

NV~VS

>tero~ Inpq'v'leUO!SU8i\Uo)j

uep lenuew eJe::>8S Ue)jn)jel!p 4!sew

eAuueSel86u6d le4 welep ew8inJ8i JepueiS

Je)jeq U8W818 ue~enqwad e65u148S '!epeW8W

~ef.uuesela6uadJnpasoJd }enq!p snJe4 ef.utn[UeI8S 6uef.'VO !eU8>j!p ueSel86ued uee[Je6ued lje>jed'V .

1J1.llryV,{2°J.

Wlf<{ !1I!l./V.¥ ./Ol:YV8?/ ./VPUVIS .//JJfVfJ UiJ1UiJ/3 UVI!'fvjiJc/ uvp ./1/1'fn./1S uiJuodwoJ/ uvlvnqlUiJc/){VfO~ V

A. ROJAK Pembuatan Kompanen Struktur don Perakitan Elemen Bakar Standar Reaktor Kartini P 3TM Yogyakarta

(misalnya CS-!37) yang memiliki aktivitas

tinggi dalam kontribusi radiasi photon,

Berdasarkan hasfl tersebut, derajat bakar

dari bahan bakar P3TM yang sedang atau

telah_digunakandapat dibitung,'

.-t; ,.""

dilas

19URANIA No. 21& 22/Thn.VI/Januari-ApriI2000

Gambar 1a Rancangan akhir ebsGambar 1 Rancangan awal ebs

1\.

I{UI/\K f'embuatan .~ompollen oS'iruktur don Perakitall Elemell Bllkclr S't"I/dar f~eaktvr Kartmi P31:\1 li)g)'akarta

kelongsong

tutup atasprisma

c [D=:J

sambungantutupbawah

sumbat

tu~up bawah

Gambar 2 Komponen struktur ebs TRIGA

20 URANIA No.21 & 22/Thn.VI/Januari-ApriI2000

A. ROJAK Pernbuatan Kornponen Struktur dan Perakitan Elernen Bakar Standar Reaktor Kartini P3TM Yogya!f;arta

Gambar 3 Grafit

Gambar 4 BentuK daerah pengelasrln

tutup bawah

sumbat~L

sambungantutup bawah

Gambar 5 Rangkaian tutup bawah

URANIA No. 21& 22/Thn.VI/Januari-AoriI2000 21