8
J.\'.\'N 1410-1998 Pro.riding Pre.renta.ri Daur Bahan Bakar Nuklir PEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996 PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si- HIPOSTOIKIOMETRIK (KADAR Si <=3,7%) Asmedi Suripto,Sardjono, Martoyo Pusat Elemen BakarNuklir ABSTRAK Upaya untuk mendapatkan tingkat-muat tinggi dengan bahan bakar uranium silisida U3Si2dengan teknologi fabrikasiyang telah dikuasai saatini hanyaakan mampu mencapai tingkat-muatsedikit diatas5 gU/cm3 .Perolehan tingkat-muat di atas aras itu tidak dimungkinkan oleh adanya keterbatasan fabrikabilitas. Untuk menanggulangi barier fabrikabilitas itu difikirkan penggunaan bahan bakar dengan basis uranium silisida U3Si2 saja. Kelebihan U ini diperolehdengan mensintesis U3Si2padakeadaan Si- hipostoikiometrik, tanpa menerapkan heat treatment terhadap ingot yang diketahui akan dapat menimbulkan U3Sj yang tidak dikehendaki.KelebihanU diharapkanakan bereaksidenganrnatriks AI membentuk senyawa UAlx yang keberadaannyadapat diterima. Eksperimen untuk menjajagi kemungkinan menyiapkan daD menggunakan campuran bahan bakar itu telah dilakukan dengan melakukansintesiscampuran U3Si2-U pada komposisi kadar Si 3,7 % berat daD 3 % berat. Ingot d.'lpat diperoleh daD dijadikan serbuk dengan cukup berhasil daD kemudian difabrikasi menjadi pelat elemen bakar eksperimental untuk diamati derajat interaksi antara U bebas dan rnatriks AI selarnapengerjaan panas yang berlangsungselama perolan pel at elemenbakar. Penelitian masih akan diteruskan untuk tahapan-t.'lhapan lebih lanjut. ABSTRACT An attempt to obtain high uranium-loading in silicade dispersion fuel element using the fabrication technologyapplicable nowadays can reach Uranium-loadingslightly above 5 gU/cm3.It is dijJcult to achieve a higher uranium-loading than that because offabricability constraints. To overcomethose difficulties, the use of uranium silicade U;tSi based is considered.The excess of U is obtained by ~thesiting U,S'i1 in Si-hypostoichiometric stage,without applying heat treatmentto the ingot as it can generate undesired U;tSi. The U will react with the matrix to form U Alx compound; that its presure is tolerable. This experiment is to consider possibilities of employing the U;tSi1 as nuclear fuel element which have been performed by synthesiting U;tSirU with the compositionof3.7 % weight and 3 % weight U. The ingot was obtained and converted into powderform wich then was fabricated intOtexperimental plate nuclear fuel element.The interaction between free U and AI-matrix during heat-treatment is the rolling phase of the fuel element was observed. Thestudy of the nextphase will be conducted later. PENDAHULUAN disilisida, U3Si2, memiliki keunggulan relatif sebagaiberikut. Pencarian ballaD bakar untuk re.'lktor riset stabil selama iradiasi (dengan tingkat swelling minimal) telah mengantarkan kepada penggunaan uranium disilisida U3Si2, meninggalkan upaya untuk menggtmakan U3Si yang memiliki densitas lebih tinggi, akan tetapi kinerja selama iradiasi tidak baik I . a. densitasnya 12,2 g/cm3, cukup tinggi dibandingkan U3Os maupun U Alx b. st.'lbilit.'ls sangat baik selamairadiasi (tidak membengkak/swelling berlebihan) c. fabrikasi danprosesnya relatif mudah. Di Indonesia. penelitian pengguna.'ln U3Si2 sebagai ballaD bakar reaktor riset telah dimulai sejak 1988 dengan telah menguasai tahap sintesis ballaD bakar U3Si2,3 daD selanjutnya dibuktikan pula berhasil mencapai kemampu<'1D berproduksi ballaD bakar dalam jumlah lebih besar daD menyiapkan prototipe elemen bakar berisidispersi U3Si2-AI dengan tingkat muat 3.0 gU/cm3 Pada bulan Juli 1988 US-NRC (US-Nuclear Regulatory Commission) mengeluarkan pemyataan bahwa, atas dasar riset pengembangan yang menyelumh, bahan bakar maju U3Si2hingga tingkat muat 4,8 gU/cm3 terbukti laik digunakan sebagai bahan bakar tipe MTR (tipe pelat dengan bahan bakar dispersi) 2 .Bahan bakar uranium-

PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si- ... gU/cm3 .Perolehan

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si- ... gU/cm3 .Perolehan

J.\'.\'N 1410-1998 Pro.riding Pre.renta.ri Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996

PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si-HIPOSTOIKIOMETRIK (KADAR Si <=3,7%)

Asmedi Suripto, Sardjono, MartoyoPusat Elemen Bakar Nuklir

ABSTRAK

Upaya untuk mendapatkan tingkat-muat tinggi dengan bahan bakar uranium silisida U3Si2 denganteknologi fabrikasi yang telah dikuasai saat ini hanya akan mampu mencapai tingkat-muat sedikit diatas 5gU/cm3 .Perolehan tingkat-muat di atas aras itu tidak dimungkinkan oleh adanya keterbatasanfabrikabilitas. Untuk menanggulangi barier fabrikabilitas itu difikirkan penggunaan bahan bakar denganbasis uranium silisida U3Si2 saja. Kelebihan U ini diperoleh dengan mensintesis U3Si2 pada keadaan Si-hipostoikiometrik, tanpa menerapkan heat treatment terhadap ingot yang diketahui akan dapatmenimbulkan U3Sj yang tidak dikehendaki. Kelebihan U diharapkan akan bereaksi dengan rnatriks AImembentuk senyawa UAlx yang keberadaannya dapat diterima. Eksperimen untuk menjajagikemungkinan menyiapkan daD menggunakan campuran bahan bakar itu telah dilakukan denganmelakukan sintesis campuran U3Si2-U pada komposisi kadar Si 3,7 % berat daD 3 % berat. Ingot d.'lpatdiperoleh daD dijadikan serbuk dengan cukup berhasil daD kemudian difabrikasi menjadi pelat elemenbakar eksperimental untuk diamati derajat interaksi antara U bebas dan rnatriks AI selarna pengerjaanpanas yang berlangsung selama perolan pel at elemen bakar. Penelitian masih akan diteruskan untuktahapan-t.'lhapan lebih lanjut.

ABSTRACT

An attempt to obtain high uranium-loading in silicade dispersion fuel element using the fabricationtechnology applicable nowadays can reach Uranium-loading slightly above 5 gU/cm3. It is dijJcult toachieve a higher uranium-loading than that because of fabricability constraints. To overcome thosedifficulties, the use of uranium silicade U;tSi based is considered. The excess of U is obtained by~thesiting U,S'i1 in Si-hypostoichiometric stage, without applying heat treatment to the ingot as it cangenerate undesired U;tSi. The U will react with the matrix to form U Alx compound; that its presure istolerable. This experiment is to consider possibilities of employing the U;tSi1 as nuclear fuel elementwhich have been performed by synthesiting U;tSirU with the composition of 3.7 % weight and 3 % weightU. The ingot was obtained and converted into powder form wich then was fabricated intOtexperimentalplate nuclear fuel element. The interaction between free U and AI-matrix during heat-treatment is therolling phase of the fuel element was observed. The study of the next phase will be conducted later.

PENDAHULUAN disilisida, U3Si2, memiliki keunggulan relatifsebagai berikut.

Pencarian ballaD bakar untuk re.'lktor risetstabil selama iradiasi (dengan tingkat swellingminimal) telah mengantarkan kepada penggunaanuranium disilisida U3Si2, meninggalkan upayauntuk menggtmakan U3Si yang memiliki densitaslebih tinggi, akan tetapi kinerja selama iradiasitidak baik I .

a. densitasnya 12,2 g/cm3, cukup tinggidibandingkan U3Os maupun U Alx

b. st.'lbilit.'ls sangat baik selama iradiasi (tidakmembengkak/swelling berlebihan)

c. fabrikasi dan prosesnya relatif mudah.

Di Indonesia. penelitian pengguna.'ln U3Si2sebagai ballaD bakar reaktor riset telah dimulaisejak 1988 dengan telah menguasai tahap sintesisballaD bakar U3Si2,3 daD selanjutnya dibuktikanpula berhasil mencapai kemampu<'1D berproduksiballaD bakar dalam jumlah lebih besar daDmenyiapkan prototipe elemen bakar berisidispersiU3Si2-AI dengan tingkat muat 3.0 gU/cm3

Pada bulan Juli 1988 US-NRC (US-Nuclear

Regulatory Commission) mengeluarkanpemyataan bahwa, atas dasar riset pengembanganyang menyelumh, bahan bakar maju U3Si2 hinggatingkat muat 4,8 gU/cm3 terbukti laik digunakansebagai bahan bakar tipe MTR (tipe pelat denganbahan bakar dispersi) 2 .Bahan bakar uranium-

Page 2: PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si- ... gU/cm3 .Perolehan

Proliding Prelentali Daur Bahan Bakar Nuklir!'EBN-8.4TAN, Jakarta 18-19 Maret 1996

(setingkat-muat dengan yang digunakan di RSG-GAS daJam bentuk elemen bakar U3Os-Al) untukuji iradiasi, daD membllktikan bahwa elemen ituberkernarnpuan tetap stabil selama diiradiasi yangkemudian telah dibuktikan dengan ujipascairadiasi pada tabun 1994.4 Menyusul studiproduksi bahan bakar daD elemen bakar, studikonversi teras RSG-GAS dari penggunaan bahanbakar uranium oksida U30s ke penggunaan U3Si2juga sudah mulai dilaksanakan dan akandirealisasikan pada Repelita VI ini, dalam rangkameningkatkan kinerja RSG-GAS pada tingkat-muat U lebih tinggi memanfaatkan densitas U3Si2yang lebih kurang 50 % lebih tinggi dari densitasU3Os s. Selanjutnya, selama Pelita VI pengem-bangan bahan bakar U3Si2 dicanangkan bertargetmendapatkan pengu.'lsaan teknologi bahan bakaruranium silisida bertingkat-muat lebih tinggihingga mencapai sekitar 5,2 gU/cm3. 6

pada Gambar 1. Dihipotesiskan bahwa apabilarasio atomik U/Si dibuat sarna atau lebih besardari pada 3,0 (3 adalah tepat untuk membuatU3Si), talu campuran ditebur dan dikenaipendinginan cepat, maka akan terbentuk paduanU3Si2 bercampur dengan sisa uranium (yangberlebih) dalam bentuk U bebas.

Sepanjang garis pembentukan rasa U3Simisalnya. yang dikenal memiliki densitas tinggi ) ,

yaitu 15,2 g,lcm3, dari daerah leburan (likuidus)hingga terbentuknya beberapa campuran paduan .Apabila pendinginan berjalan cepat sekali, makatidak sempat terbentuk U3Si (atau U3Si yangterbentuk pada pendinginan cepat sangat sedikit),daD sebagai gantinya akan ada U3Si2 daD U bebas.Karena pembekuan yang berlangsung cepat, makaU3Si2 yang memiliki titik beku lebih tinggi akanmembeku terlebih dahulu membentuk dendrit daDberikutnya sisa U akan membeku di rongga-rongga antar dendrit tadi. Mekanisme ini sudahterbukti untuk paduan U3Si2 maupun lainnya 1.8 .

Narnun penggunaan bahan bakar U3Si2tidak dapat menjawab permintaan tingkat-muatdispersi lebih dari 5 gU/cm3 (daging),dikarenakan keterbatasan fabrikabilitasnya. Batasserupa menjadi alasan mengapa U3Og yang hanya8,3 g/cm3 tidak mungkin memiliki tingkat-muatdi atas 3,2 gU/cm3 (daging). Masyarakatinternasional yang telah dan akan menderitakerugian unjuk kerja kerena mengubah bahanbakarnya dari perkayaan tinggi >90 % menjadi<20 % masih tetap belum puas denganpenggunaan U3Si2 yang tidak dapat mencapai

tingkat-muat tinggi.

Bila campuran ini dibuat menjadi serbukdaD dianggap sebagai bahan bakar, makadiperkirakan kehadiran uranium bebasnya secaradrastis akan meningkatkan densitas campuranyang terbentuk, yang pada gilirannya akan

memungkinkan mendapatkan tingkat-muat tinggi.Terbentuknya U3Si akan sangat kecil mengingatpaduan ini terbentuk St'lngat lambat di bawah subuperitektoid, yaitu 9250 C I

Namun keberhasilan mensintesis paduanuranium-silikon dan menjadikannya serbuk cajonbahan bakar masih menghadapi pertanyaan :bagaimana U bebas akan diizinkan dipergunakansebagai bahan bakar, mengingat sifat iradiasinyasangat buruk. Untuk itu diperlukan studikarakteris.'\sinya untuk mengetahui sifat fisikpaduan dan kelakuan/interaksinya dengan bahanlain yang menyusun pelat elemen bakar, terutamadengan aluminium dan U3Si2 baik selarna daJamproses fabrikasi maupun selama diiradiasi.Dipilihnya campuran bahan bakar ini disertaiharapan bahwa U bebas yang terdapat diantaradendrit U3Si2 itu akan berinteraksi dengan bahanlain, terutama matriks AI, membentuk paduanUAlx yang diketahui stabil dalam iradiasi.

Untuk menjawab tantangan itu, difikirkanpenyiapan bahan bakar barn yang memilikidensitas tinggi dan stabil selama iradiasi,sehingga dalam bentuk dispersi dapat mencapaitingkat-muat tinggi. Semula U3Si dipilih, tetapitemyata tidak memiliki sifat iradiasi yang baik.Sekarang sedang dicoba U-nitrida walaupunbel urn dibuktikan dapat rnernenuhi syarat sebagaibahan bakar.

Penelitian ini dimaksudkan untuk merintiskegiatan pengembangan ke arab perolebanpenguasaan teknologi paduan uranium-silikonyang dapat diglmakan sebagai baban bakar danmemberikan kemungkinan mendapatkan tingkat-muat amat tinggi.

Difusi U-AI terbukti berlangsung bahkanhanya di antara dua permukaan logam yang salingdilengketkan dengan tekanan pada pengaruh suhutertentu. Di dalam sistem dispersi yang diusulkannanti, bahan bakar campuran akan berbentuk butiryang sebagian besar berukuran puluhanmikrometer (40-125~). Dengan demikian, makabagian dati butir yang memiliki U bebas akan

KONSEP BAHAN BAKAR BARU URANIUMSILISmA

Kandidat bahan bakar diasumsikan akanberasal dari lingkungan famili uranium silisidayang memiliki diagram rasa seperti ditunjukkan

98

Page 3: PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si- ... gU/cm3 .Perolehan

Prosiding Presentasi Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996

berkesempatan berkontak langsung denganmatriks AI. Diharapkan dari kontak itu akanterjadi interdifusi yang menghasilkan ballaD bakarlebih stabil UAlxo

PERLENGKAPAN DAN TATAKERJA

~a. uranium terdeplesi (perkayaan 0,25 % -

0,30 %) dalam bentuk logamb. silikon berkemurnian tinggi (derajat

semikonduktor)c. bahan untuk pencucian kimia (pikling)d. gas argone. bahan pengetsa cuplikan ingot daD

cuplikan pelat elemen bakarf. bahan pembenulk mouldg. bahan poles cuplikan metalografi

Gambar I. Diagram rasa sistem paduan U-SiPeralatan

bakar dicampur dengan serbuk bahan matriks(aluminium) dengan perbandingan tertentu daDdipres menjadi keping cetak inti clemen bakar(IEB). Keping cetak ini berupa cetakan dispersiserbuk bahan bakar dalam serbuk bahan matriks,sehingga bersama-sama mereka sering disebutbahan bakar dispersi. IEB ini kemudiandibungkus secara teknik picture and frame dengantiga lembar bahan kelongsong. Rakitan itukemudian dirol pada suhu tinggi (sekitar 4200 C)beberapa kali hingga memanjang sekaligusmenipis membentuk pelat clemen bakar (PEB). Didalam PEB ini serbuk bahan bakar tetap dalamkeadaan dispersi tetapi merata di luasan PEBtersebut.

a. Timbangan elektronikb. Tungku lebur vakum dengan busur listrikc. Piranti piklingd. Mesin gems, mesin ayak, mesin pengering

serbuke. Mesin pres inti elemen bakarg. Peralatan penyiap cuplikan metalograflh. Perala tan Uji : Mikroskop Optik daft

Mikroskop Elektron Scanning

Tatakerja Percobaan

Pembentukan campuran paduan

Logam uranium dan silikon, keduanyadalam bentuk serpih atau potongan kecil dileburbersama dan berulang-ulang untuk mendapatkankesempurnaan peleburan, dalam tungku busurlistrik vakum dalam lingkungan argon tekananrendah. Dengan komposisi be rat Si antara 3,0 -3,7 %, maka dati peleburan ini terbentukcampuran paduan uranium silisida daD uraniumbcbas berupa ingot berbentuk cakram.

BASIL DAN BABASAN

Sesuai perencanaan eksperimen, peleburandilakukan dengan komposisi Si 3,0 % dan 3,7 %.Komposisi 3,7 % sangat dekat dengan komposisiatomik U3Si, sehingga dengan sendirinyakomposisi 3,0 % jauh lebih kaya dengan U bebas.Peleburan berlangsung serupa dengan peleburanU3Si2 : logam U pertama melebur daD Si yangbertitik lebur lebih tinggi melarut di dalamleburan logam U.

Penyiapan pelat elemen bakar

Ingot berbcntuk cakram itu kemudiandigerus menjadi scrbuk, lalu dihaluskan daDdiayak untuk menghasilkan serbuk distribusiukuran yang dibutuhkan. bagi fabrikasi, yaituantara 40-1251.1.

Ingot yang diperoleh memperlihatkanmikrostruktur seperti terlihat pada Gambar 2a daD2b dan Gambar 3a daD 3b. Perlu dicatat, bahwabagian yang berkesempatan bertahan pada suhutinggi daD bagian yang segera mendingin masing-masing memperlihatkan mikrostruktur yang agakberbeda. Kiranya, struktur dendrit lebih besarterbentuk di bagian yang lebih lama bertahan

Untuk memfabrikasikan serbuk menjadielemen bakar diikuti proses fabrikasi yang berlakubagi uranium trioksida. Pertama serbuk bahan

QQ

Page 4: PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si- ... gU/cm3 .Perolehan

Prosiding Presentasi flmiah Dour Bahan Bakar NuklirPEBN.BATA.A/, Jakarta 18-19Maret 1996

a. mikrostruktur bagian luar ingot b. mikrostruktur bagian luar ingot

Gambar 2. Mikrostruktur ingot (Si 3,7%)Gambar dihasilkan dengan metalografi optik, perbesaran 1000 x

a. mikrostruktttr bagian luar ingot b. mikrostruktur bagian luar ingot

Gambar 3. Mikrostmktur ingot (Si 3,0%)Gambar dihasilkan dengan metalografi optik, perbesaran 200 x

I(K)

Page 5: PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si- ... gU/cm3 .Perolehan

Prosiding Prelenlasi Daur Bahan Bakor NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996

c. Citra SEM daTi barns bahan bakar dan bahanmatriks

a. Dispersi bahan bakar daging

Gambar 4. Citra SEM daTi pelat elemen bakar

pada suhu tinggi, sehingga kesempatanmenumbuhkan kristal dendrit menjadi Iebihtersedia. Pecan ukuran boleh jadi akan pentingartinya bagi fabrikasi karena dengan perbedaanukuran dendrit maka sebagai akibatnya ukurancelah berisi U bebas akan berubah pula dankesempatan membentuk kontak dengan Al daDsaling mendifusi pun berbeda.

Proses fabrikasi yang diawali dengan prosespulverisasi sedikit mengalami hambatan karenaingot yang bersifat jauh Iebih liat dari pada U3Si2yang rapuh. Sebagai akibatnya, banyak fraksiserbuk yang bemjut serpih panjang dari pada yangbempa butir bulat. Dikhawatirkan, prosespulverisasi yang berkepanjangan ini akanmengundang persenyawaan dengan oksigen yangakan mengubah sebagian U bebas menjadi U30syang stabil tetapi berdensitas relatif rendah.

Pengamatan terhadap irisan pelat elemenbakar eksperimental seperti ditunjukan oleh citramikrostruktur dengan Scanning ElectronMicroscope (SEM) pada Gambar 4a, 4b daD 4c.Gambar 4a menunjukan tebaran butir bahan bakarcampuran (Si 3,7 %) di dalam matriks AI.Gambar 4b memperlihatkan mikrostruktur daribahan bakar campuran di dalam sistem dispersi.Kenampakan ini berbeda dengan kenampakan

b. Citra SEM daTi butir bahan bakar

101

Page 6: PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si- ... gU/cm3 .Perolehan

ProsiJing Presentasi Dallr Bahan Bakar NllklirPEBN-BATAN. Jakarla 18-19 Maret 1996

mikrostroktur daTi bahan sarna sebelumdifabrikasi (lihat Gambar 2a daD 2b). Mungkin dibawah pengaruh suhu perolan dan tekanan roller,maka bentuk dendrit berubah menjadi lebihmembulat. Gambar 4c memperlihatkan bidangbatas antara butir bahan bakar dan bahan m~triksdisekitarnya. Untuk sementara ini belum dapatdiamaati adanya interaksi berupa munculnya rasa"ketiga" sebagai basil dari ;nterdiffus;on yangdiharapkan sudah mulai terjadi pada prosesfabrikasi (perolan) yang menggunakan waktulebih kurang 1 jam, suhu sekitar 4250 C dantekanan rol yang cukup tinggi ( tetapi tidakterukur).

akan menjadi salah satu program lanjut daripenelitian ini.

Enhancement of diffusion by irradiationboleh-jadi sangat menonjol apabila bahan bakardalam status terdispersi di daJam pelat diiradiasi.Oleh karena itu program iradiasi juga akandiadakan untuk mengamati keboleh-jadiantersebut.

Jadi penelitian ini masih sangat perludilanjutkan dengan melengkapi percobaan berkaitdengan campuran bahan bakar pada komposisi Si3,0 % yang belum diselesaikan, dan kemudianmenambahkan pula progam aniling terhadap pelatpada suhu lebih tinggi daD waktu lebih lama sertamengadakan percobaan iradiasi mini pelat darikedua bahan bakar.

Perlu dicatat disini, percobaan pembuatanpelat eksperiment.:'ll dengan bahan bakar berkadarSi 3,0 % belum dapat dilakukan pencekan apayang terjadi dengan bahan bakar tersebut.

SIMPULAN UCAPAN TERIMAKASm

Pengusulan bahan bakar kandidat berupacampuran U3 Si2 daD U berlebih dides.'lin akanmemberikan solusi akan kebutuhan bahan bakardengan densitc'ls tinggi. Bahan bakar ini, padakomposisi 3,0 % dan 3,7 % Si telah berhasildisintesis daD telah pula dipulverisasi dengansedikit kesulitan karena sifatnya yang jauh lebihliar daripada U3Si2. Penyiapan serbuk yang terlalulama dapat mengundang masuknya oksigen yangberakibat pada susutnya densitas campuran karenasebagian U bebas akan membentuk U3Os.

Ucapan terimakasih disampaikan pertamakepada Sdr. Yuwono, mahasiswa PATN yangsedang mengerjakan penelitiannya dalam bidangyang ikut mendukung penelitian ini. Selain itu,para penulis juga mengucapkan terima kasihkeapada Sdr. Nusin Samosir yang banyakmembantu dalam pengoperasian SEM untukmendapatkan citra SEM dari pelat eksperimental.

PUSTAKA

Mikrostruktur dari kedua bahan bakar

campuran menunjukkan kemiripan struktur, yaitudidominasi oleh bekuan U3Si3 berbentuk dentritikyang mudah sekali membesar ukurannya karenapemanasan dan waktu. Perubahan akibat waktudan pemanasan ini dapat memberikan keuntungandaD kerugian terhadap kemungkinanberlangsungnya re.'\ksi interdiffusion antara U danAI yang diharapkan akan menyusut jumlah Ubebas, sehingga diduga akan menjadi faktor kuatyang meningkatkan aksept.1biIitas bahan bakarcampuran. Hal serupa juga diharapkan dari prosespulverisasi, di mana ukuran partikel dapatmenjadi faktor kuat yang menentukan laju reaksidifusi yang disebutkan di mllka.

Dari percobaan penyiapan pel atekperimental ( barn dengan campuran bahanbakar pada komposisi Si 3,7 %) ~ berhasilmenunjukkan adanya reaksi interdifilsi yangdiharapkan. Ini barangkali memerlukan upayaaniling lebih lama pada suhu lebih tinggi terhadappelat basil rol, yang diharapkan akan memberikanenhancement terhadap reaksi difusi itu. Upaya ini

I. Domagala. R.F., Phase in U-Si Alloys, Proc.of the International RERTR Meeting,October 1986, ANI.JRERTR/fM-9 (Juli1988).

2. US-NRC, Safety Evaluation Report Related tothe Evaluation of Low-Enrichhed UraniumSilicide-Aluminium Dipersion Fuel for Usein Non-Power Reactors, US-NRC ReportNUREG-1313 (1988).

3. Suwarno, H., et ai, Eksperimental Work onUxSiy Fuel Powder Preparation, Proc. of the2nd Asian Symposion on Research Reactor,Jakarta 1989 (1992).

4. Soentono, S. and Suripto ,A., Attempt toProduce Silicide Fuel Elemen in Indonesia.Proc. of the 12th Conf. on RERTR, Berlin1989 (1991).

5. Arbie, B., in a Doctorate Thesis to besubmitted in 1996.Suripto, A., et Terms ofReference (TOR) Proyek PPTEBN,BA T AN-PEBN (1993).

6. Domagala, R.F., et ai, Some Properties of U-Si Alloys in the Composition Range U3Si toU3Si2. ibid.

102

Page 7: PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si- ... gU/cm3 .Perolehan

Proliding Pre.rentast Dallr Bahan Bakar NuklJrPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996

7. yaitu masing-masing dibuat paduan UALxdan U3Si2 kemudian pada fraksi berat tertentudigabung dengan matrix AI agar diperolehtingkat muat tinggi sekaligus U terikatdengan AI.8.

Supardjo, Karakterisasi Paduan UxSiy padadaerah komposisi antara 6,62 sid 7,63 % Si,Tesis Magister, Institut Teknologi Bandung,1993.Green, D.R, Diffilsion of Uranium andAIuminium- Silicon Eutic Alloy, HandfordAtomic Product Operation Report HW-49697(1957).

Asmedi Suripto

Penggabungan diluar berakibat densitascarnpuran sangat rendah U3Si2 12,2 g/cc danUAl3 5,4 g/cc. Untuk memasukkan campurankedalam pelat. akan ada kesulitanfabrikabilitas yang terbatas pada 45 -50 %vol. bahan bakar.

TANYA-JAWAB

1. Eric Johneri

Media apa yang digunakan daD berapavolume media tersebut daJam proses quenchyang dilakukan. Karena hal tersebut akansangat berpengaruh terhadap rasa daDperbandingannya. Dengan teknik quenchingserta media yang dipakai ada kemungkinansuat activity berkurang sehingga pulverisasibisa diatasi !.

.

4. As Natio Lasman

Saya pernah mendengar, bahwa dari sisifabrikasi elemen bakar pelat dengan U3Si2ternyata terdapat optimasi ekonomiproduksi/fabrikasi. Untuk densitas U-23S < 4gr U/cc ternyata tidak/kurang ekonomis biladibanding dengan densitas ~ 4 gr U/cc. Andaipernyataan tersebut benar, mengapa daIamrencana produksi U3Si2-AI yang dilakukandigunakan kerapatan < 4 gr U/cc ?

Asmedi Suripto

Quenching berlangsung dalam rongga tungkuinduksi sendiri yang bersuasana sub tekananberisi argon. Sangat mengharapkan saran,apabila ada, yang dapat membantu metodapenyiapan ingot yang tidak lagi terlalu liat.

Asmedi Suripto

Memang benar, hila dipandang dari kacamataoperator reaktor, karena densitas tinggi(muatan-tinggi) akan : memperpanjang lifetime -+ less fabric cost/cycle, teras bisadengan # offuel elements lebih sedikit. Tetapihila muatan terlalu tinggi, maka burnup tidakdapat terlalu diharapkan membesar terns,karena ketahanan bahan struktur yangmembatasinya. Semua diatas adalah darilogika pikir fabrikator, menanggapi jalanpikiran operator.

2. Mulyadi R

Bila temperatur fabrikasi yang Saudaralakukan rendah, maka menurut pendapat sayatak mungkin terjadi reaksi VAl (temperaturmelting V > 20000 dan AI > 6000 C ).K.'lfena bila diharapkan terjadi difusi hamsdiatas atau mendekati temperatur tersebut.

Asmedi Suripto

Temperatur fabrikasi tidak terlalu rendah,sekit.:'lr 420 -5000 C dengan waktu beberapajam clan dengan tekanan rol beberapaton/cm2. Jadi wajar mengharapkan teljadinyahal itu mengingat penelitian sebelumnyatelah membuktikan adanya difusi tersebut.

5. Gunandjar

Pada kesimpulan disebutkan bahwapembuatan bahan barn (dengan konsep barn)tid.1k sulit. Mohon dijelaskan tidak sulit(tingkat kesulitan) tersebut relatif terhadapbahan bakar U3Si2 atau terhadap U3Si 1.Dari segi waktu yang dibutuhkan untukpembuatan bahan bakar barn. Berapa waktuyang diperlukan clan bagaimana jikadibanding dengan U3Si (pada U3Si disebutkanperlu waktu pemanasan selama 3 hari setelahpembekuan) 1.

.

J. Bambang Galung Susanto

Kalau melihat dari basil penelitian ini,temyata U bebas tidak bisa diharapkanmenjadi U Alx. Bagaimana pendapat Saudarakalau pada penelitian ini arab dirubah sedikit

103

Page 8: PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si- ... gU/cm3 .Perolehan

Proliding Pre"entall Dour Bahan Bakar NukllrPEnN-BAT AN. Jakarta 18-19 Maret 1996

ini saya kurang mengerti peningkatan difusidalam hal apa, apakah difusi unsur atau difusiyang lain. Untuk hal ini mohon penjelasan ?

Asmedi Suripto.Terhadap U3Si2, daD terlebih terhadap U30s

yang sulit. U3Si belum pemah kita buat daDcoba.

.Sengaja untuk bahan bakar barn tidak adaani/ing, jadi yang dipakai adalah hasillebur ascast.

Asmedi Suripto

Oisini ditinjau interatomic diffusion sajadimana U daD AI diharapkan mengalamiinterdifusi cukup berarti.

6. Sugondo.Dalam kesimputan ada pernyataan

Irradiation Enhanced Diffusion, datam hat

104