KAJIAN MODIFIKASI TEKNOLOGI FABRIKASI BAHAN BAKAR TRIGA GENERAL ATOMIC COMPANY MENJADI TRIGA PT. BATAN TEKNOLOGI

ISSN 0216 - 3128

132

Hadi Suwarno, dkk.

KAJIAN MODIFIKASI TEKNOLOGI FABRIKASI BAHAN BAKAR TRIGA GENERAL ATOMIC COMPANY MENJADI TRIGA PT. BATAN TEKNOLOGI Hadi Suwarno, Budi Briyatmoko Pusat Pengembangan Teknologi Bahan Bakar Nuklir dan Daur Ulang, BATAN

ABSTRAK KAJIAN MODIFIKASI TEKNOLOGI FABRIKASI BAHAN BAKAR TRIGA GENERAL ATOMIC COMPANY MENJADI TRIGA PT. BATAN TEKNOLOGI. Untuk mengantisipasi kemungkinan kesulitan pasokan elemen bakar TRIGA untuk reaktor jenis TRIGA Bandung-2000 dan Kartini di masa yang akan datang, dilakukan analisis kemungkinan PT. BATAN Teknologi bisa memproduksi elemen bakar TRIGA. Teknologi produksi elemen bakar TRIGA yang dikembangkan oleh General Atomic menggunakan beberapa peralatan produksi dengan desain spesifik dan tidak dimiliki oleh PT. BATAN Teknologi, seperti mesin press, tungku busur listrik, mesin ekstruder suhu tinggi, mesin hidriding, mesin las vakum otomatis, dan beberapa peralatan spesifik lainnya. Untuk mengatasi ketiadaan mesin-mesin tersebut di PT. BATAN Teknologi, perubahan teknologi pembuatan elemen bakar TRIGA General Atomic harus dilakukan. Modifikasi atas jalur produksi pelet U-Zr menjadi metoda lebur-cetak menyebabkan tidak diperlukan lagi mesin press dan mesin ekstrusi suhu tinggi. Mesin hidriding, mesin las vakum otomatis, dan beberapa alat bantu produksi sedang dirancang dan sebagian sedang dirakit. Sukses memodifikasi teknologi fabrikasi elemen bakar TRIGA General Atomic, memungkinkan PT. BATAN Teknologi akan memiliki kemampuan memproduksi sendiri.

ABSTRACT MODIFICATION ANALYSIS ON TRIGA FUEL FABRICATION TECHNOLOGY OF GENERAL ATOMIC COMPANY INTO TRIGA PT. BATAN TEKNOLOGI. To order to anticipate the difficulty problems in supplying TRIGA fuel elements to be used for the TRIGA Bandung-2000 and Kartini reactors in the future, analysis for the possibility of PT. BATAN Teknologi to produce TRIGA fuel element has been carried out. TRIGA fuel element production technology developed at the General Atomic uses machines with special designs which are not available at PT. BATAN Teknologi, such as pressing machine, arc melting, hot extruding machine, hydriding, automatic vacuum welding machines, and specific tools. To overcome the lack of machines at PT. BATAN Teknologi, modification on technology of TRIGA fuel production of the General Atomic should be carried out. Modification on the U-Zr pellet production line into casting method omitting the use of pressing and hot extruding machines. Hydriding, automatic vacuum welding machines, and other specific tools are under design and constructions. Success on modifying the General Atomic TRIGA fuel fabrication technology, mean that, PT. BATAN Teknologi will have an ability to produce the TRIGA fuel element.

PENDAHULUAN

B

ATAN sampai dengan saat ini telah memiliki tiga buah reaktor riset, yaitu dua buah reaktor jenis kolam terbuka buatan TRIGA (reaktor Kartini, Yogyakarta, dan reaktor TRIGA 2000, Bandung) yang berbahan bakar senyawa hidrida logam paduan U-Zr bentuk pelet dan sebuah reaktor jenis kolam terbuka (reaktor Serba Guna GA Siwabessy, RSG-GAS, Serpong) yang berbahan bakar dispersi uranium bentuk pelat. Untuk reaktor RSG-GAS bahan bakarnya di-produksi oleh PT. BATAN Teknologi (BANTEK), sementara reaktor Yogya dan Bandung masih harus diimpor dari General Atomic (USA) (sekarang CERCA, Perancis).

Reaktor Yogyakarta dan Bandung sudah cukup tua dan untuk meremajakan dan mendayagunakan kedua reaktor tersebut pemerintah Indonesia telah memutuskan untuk menaikkan daya reaktor menjadi lebih tinggi, yaitu dari 100 kW direncanakan menjadi 250 KW untuk reaktor Yogya (masih dalam tahap penjajagan) dan dari 1 MW menjadi 2MW untuk reaktor TRIGA 2000, Bandung (sudah terrealisasi). Dengan keputusan ini otomatis kebutuhan bahan bakar reaktor bertambah. Untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar kedua reaktor tersebut PT. BANTEK dan Pusat Pengembangan Teknologi Bahan Bahan Nuklir dan Daur Ulang (P2TBDU) menggagas untuk bekerja sama melakukan litbang pembuatan bahan bakar

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nukli r P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001

Hadi Suwarno, dkk.

ISSN 0216 - 3128

TRIGA. Langkah awal litbang ini telah dimulai tahun 1991 oleh P2TBDU, yaitu melakukan fabrikasi dummy fuel untuk bahan bakar Yogya -karta. Akhir-akhir ini PT. BANTEK, bekerjasama dengan P2TBDU, telah berhasil memfabrikasi dummy fuel dengan spesifikasi teknis sesuai dengan yang dipersyaratkan P3TM. Langkah berikutnya adalah mengembangkan teknologi pembuatan pelet U-Zr-H. Keberhasilan pembuatan pelet TRIGA, yang berarti juga sebagai keberhasilan fabrikasi, akan dapat mengeliminasi ketergantungan bahan bakar tersebut yang harus didatangkan dari Perancis, yang berarti pula menghemat keuangan negara. Pertimbangan teknis yang mendukung litbang ini adalah bahwa pertama, BATAN dan PT. BANTEK menyadari bahwa sarana, prasarana, dan sumber daya manusia terdidik yang dimiliki dinilai mampu untuk mewujudkan swadaya produksi bahan bakar TRIGA. Kedua, peralatan produksi yang dimiliki oleh PT. BANTEK dipandang cukup untuk mendukung pelaksanaan litbang ini, sementara peralatan uji dan sumber daya manusia (SDM) yang dimiliki oleh P2TBDU sangat memadai. Ketiga, teknologi hidriding, salah satu teknologi khusus dalam pembuatan paduan U -ZrHx, telah dikuasai oleh P2TBDU. Keempat, peralatan baru yang diperlukan untuk memproduksi bahan bakar, khususnya senyawa hidrida, bisa dirancang dan dibuat sendiri serta tidak memerlukan biaya yang tinggi. Kelima, PT. BANTEK dengan P2TBDU telah berhasil memfabrikasi prototipe bahan bakar TRIGA. Keenam, umur paten bahan bakar TRIGA telah lewat, sehingga apabila BATAN bermaksud mengembangkan bahan bakar ini maka BATAN tidak akan terkena sangsi internasional, khususnya klaim dari GA. Lagipula, apabila CERCA menyetop produksinya, maka BATAN tidak perlu khawatir karena bisa dibuat sendiri.

PEMBAHASAN

133

pengepresan seperti lazimnya bahan bakar jenis keramik, tetapi dibuat dengan cara lebur-cetak, yaitu paduan U-Zr dilebur kemudian dicetak menjadi pelet pejal. Informasi tentang teknik pembuatan bahan bakar TRIGA ini sulit dijumpai di perpustakaan sehingga sedikit yang memahami teknologinya. Secara garis besar proses pembuatan bahan bakar TRIGA yang dikembangkan oleh GA (1) ditampilkan pada Gambar 1 . Logam uranium dalam bentuk chips dan logam zirkonium dalam bentuk sponge (komposisi standar mengandung 8,5 – 12 % berat uranium dan diperkaya < 20%) dipress dalam mesin pres dengan kekuatan 30 ton/sqin membentuk batangan logam masif dengan diameter 1 dan panjang 12 inchi. Setiap 2 (dua) batang UZr hasil pres disambung memanjang dan dilas sehingga membentuk batang UZr dengan panjang + 24 inchi. Batangan UZr masif ini akan difungsikan sebagai elektroda pada proses peleburan. Dengan menggunakan arc melting furnace batangan UZr dilebur menjadi bentuk UZr ingot berdiameter 4,0 inchi. Bentuk ingot yang tidak sempurna dilebur ulang. Dengan teknik peleburan ini diperoleh hasil leburan yang homogen. Dengan sebuah mesin bubut, UZr ingot diubah menjadi sebuah UZr pejal dengan diameter 3,8 inchi. Dengan sebuah mesin hot o extruder, UZr pejal diekstrusi pada suhu 1400 F (760 o C) membentuk batang pejal dengan diameter 1,6 inchi. Batang UZr kemudian dicuci dengan larutan pikling dari bahan organik untuk membersihkan permukaannya dari kontaminan. Hasil pikling kemudian dibubut menjadi sebuah pelet UZr. Hasil pelet UZr yang lolos uji kemudian dihidriding dalam suatu unit hidriding sampai diperoleh rasio konsentrasi H dalam UZr adalah H:M = 0,8:1 atau rasio Zr:H = 1:1,6. Kondisi hidriding harus dikendalikan sedemikian rupa sehingga terjadinya senyawa UH 3 dapat dihindari. Pelet U-ZrH 1,6 yang diperoleh siap difabrikasi bersama dengan kelongsong baja nirkarat dan komponen yang lain menjadi bahan bakar TRIGA.

Bahan Bakar TRIGA Pembuatan dan pemakaian bahan bakar TRIGA (Training, Research, and Isotope Production of General Atomic) dalam bentuk senyawa U-ZrH x telah diperkenalkan oleh General Atomic sejak tahun 1957. Karena bahan bakar TRIGA ini menjadi hak paten General Atomic (GA), maka reaktor TRIGA yang ada di dunia hingga saat ini memperoleh bahan bakarnya dari GA (GA kemudian mengalihkan hak produksi bahan bakar ini kepada CERCA, Perancis). Teknologi pembuatan bahan bakar TRIGA sangat spesifik karena pelet hidrida dari paduan U-Zr tidak dibuat dengan cara konvensional melalui

Pemilihan Proses Yang Disesuaikan Dengan Fasilitas di PT. BANTEK Dari Gambar 1 tampak bahwa secara garis besar untuk pembuatan pelet U-Zr diperlukan mesin press, mesin las, tungku busur listrik, mesin ekstrusi, mesin bubut, dan sebuah instalasi proses hidriding, sementara untuk proses fabrikasi diperlukan 2 (dua) buah mesin las vakum tinggi. Kalau proses fabrikasi cara GA diikuti maka PT. BANTEK harus menyediakan mesin-mesin tersebut. Saat ini PT. BANTEK memiliki sebuah mesin press dengan kekuatan yang cukup memadai untuk membuat

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001

134

ISSN 0216 - 3128

batang U-Zr. Untuk maksud ini cukup dilakukan dengan membuat dice khusus untuk mencetak U-Zr. Alat cetak ini bisa dipesan di dalam negeri. Tungku busur listrik yang dimiliki PT. BANTEK tidak dapat digunakan untuk melebur batangan U-Zr karena spesifikasinya jauh berbeda dengan tungku busur listrik milik GA. Meskipun tungku busur listrik yang dimiliki PT. BANTEK berkapasitas cukup besar, namun hasil leburan berbentuk cawan, bukan pelet. Modi-fikasi terhadap tungku ini sulit diwujudkan, sehingga harus dibeli. Mesin sikat yang berfungsi untuk membersihkan permukaan batang U-Zr hasil leburan dari kemungkinan adanya kontaminasi permukaan tidak dimiliki, namun mesin ini masih bisa dirancang, dibuat sendiri, dan harganya relatif murah. Mesin ekstrusi yang mampu beroperasi pada suhu tinggi tidak dimiliki oleh PT. BANTEK. Mesin ini sangat spesifik sehingga harganya sangat mahal dan tidak mungkin bagi PT. BANTEK untuk membelinya.

Hadi Suwarno, dkk.

Mesin bubut sudah dimiliki oleh PT. BANTEK dan presisisitas mesin masih baik sehingga tinggal membeli pisau bubut jenis HSS kualitas tinggi. Peralatan untuk proses hidriding belum dimiliki dan harus dibeli. Untuk maksud ini SDM P2TBDU mampu merancang dan merakit sendiri. Hingga saat ini komponen yang diperlukan untuk instalasi unit hidriding telah didatangkan dari Jerman dan sedang dirakit. Kekurangan komponen lainnya dapat didatangkan dari Jepang dan dalam negeri. Untuk perakitan diperlukan mesin las vakum tinggi dengan sistem otomatis. Mesin las vakum tinggi harus dibeli dan untuk maksud itu perlu dilakukan perancangan sehingga spesifikasi unit mesin las otomatis sesuai dengan spesifikasi bahan bakar TRIGA. Tabel 1 menampilkan peralatan yang diperlukan, yang dimiliki PT. BANTEK/BATAN, dan yang harus dibeli atau dimodifikasi, sementara mesin-mesin umum lainnya dan peralatan uji kualitas sudah ada di PT. BANTEK/BATAN.

Gambar 1. Estimasi diagram alir proses fabrikasi TRIGA General Atomic.


Hadi Suwarno, dkk.

ISSN 0216 - 3128

Dari penjelasan di atas tampak bahwa masih banyak peralatan yang harus disediakan oleh PT. BANTEK untuk melengkapi sarana yang sudah ada dan sudah barang tentu memerlukan dana yang cukup besar. Mengingat masih banyak peralatan tambahan yang diperlukan untuk proses fabrikasi ala GA, sementara peralatan yang dimiliki PT. BANTEK

135

hanya sedikit yang bisa mendukung proses fabrikasi ala GA, maka dipertimbangkan untuk mengubah jalur produksi cara GA menjadi jalur baru yang disesuaikan dengan kemampuan PT. BANTEK/BATAN, seperti ditampilkan dalam Gambar 2 yang memiliki dua opsi proses fabrikasi.

Tabel 1. Peralatan utama fabrikasi bahan bakar TRIGA dan potensi yang ada di PT. BANTEK/BATAN. No

Peralatan yang diperlukan

PT. BANTEK/BATAN

Keterangan

1

Mesin Press tekanan tinggi

Ada

Perlu modifikasi die

2

Mesin Las

Ada

Perlu modifikasi

3

Tungku Busur Listrik

Ada

Tidak bisa digunakan

4

Mesin Ekstruder suhu tinggi

Tidak ada

Harus membeli

5

Mesin Sikat (Brush)

Tidak ada

Harga relatif murah

6

Unit Pikling

Tidak ada

Dirancang sendiri

7

Mesin Bubut

Ada

Perlu Pisau khusus

8

Mesin Hidriding

Tidak ada

Sedang dirakit

9

Mesin Las Otomatis vakum

Tidak ada

Dirancang sendiri

Peralatan uji mutu produk

Ada

Sedikit modifikasi

10


ISSN 0216 - 3128

136

Hadi Suwarno, dkk.

Gambar 2. Diagram proses alternatif pembuatan bahan bakar TRINATEK. Opsi pertama, dengan memanfaatkan tungku menjadi pelet dengan dimensi akhir sesuai spesifikasi busur listrik yang dimiliki PT. BANTEK, U-Zr dilebur pelet yang diinginkan dan siap untuk dihidriding bersama membentuk button besar yaitu ukuran menjadi pelet U-ZrHx. Dengan cara ini ternyata dapat diameter + 8 cm dengan tebal maksimum + 3 cm, diperoleh pelet UZrHx tanpa harus mengeluarkan sesuai dengan kapasitas cawan lebur. Button biaya yang besar karena hanya membuat alat cetak kemudian dimasukkan ke dalam alat cetak terbuat pelet. dari grafit untuk dilelehkan menjadi sebuah pelet. Opsi kedua, tahap penyiapan logam U dan Untuk melelehkan button U-Zr menjadi pelet logam Zr sampai dengan proses peleburan membuat digunakan tungku induksi yang ada di PT. BANTEK. paduan U-Zr dengan menggunakan tungku busur Sesuai dengan diagram fasa sistem U-Zr daerah fasa o listrik adalah sama dengan opsi pertama. Hasil tunggal δ-UZr2 memiliki titik leleh + 1700 C. leburan U-Zr yang diperoleh langsung dihidriding Sementara itu tungku induksi yang dimiliki PT. o membentuk senyawa U-ZrHx. Hasil hidriding BANTEK mampu dioperasikan sampai suhu 1800 C. kemudian ditumbuk menjadi serbuk. Untuk Dengan adanya tungku induksi ini maka menumbuk paduan ini PT. BANTEK telah memiliki button yang dihasilkan dari tungku busur listrik dapat satu unit mesin crusher dan beberapa mesin grinding. dilelehkan untuk dicetak menjadi pelet masif. Selanjutnya serbuk U-ZrH x ditimbang dan dipres Material untuk alat cetak terbuat dari grafit yang menjadi pelet sesuai dengan spesifikasi TRIGA. dilapisi dengan lapisan zirkonium sehingga dapat Ukuran butir partikel U-ZrHx yang ideal untuk dihindari kontak langsung uranium dengan grafit. mendapatkan pelet dengan porositas sekecil Bahan pelapis masih belum diketahui dan akan mungkin belum diketahui. Untuk maksud ini perlu diteliti, sementara alat cetak dapat dipesan atau dilakukan penelitian. Pembuatan pelet dengan cara dibuat sendiri. Gambar 3 adalah skema sederhana alat penge -presan ini hanya diperlukan modifikasi dice. cetak. Persoalan yang timbul dengan opsi kedua ini adalah adanya porositas yang mengakibatkan kemungkinan adanya udara yang terperangkap di dalam pelet selama pengepresan berlangsung. Untuk menghin dari adanya udara yang terperangkap bisa diatas dengan mengungkung mesin pres di dalam sistem boks yang dia liri argon, meskipun cara ini bukan jaminan bahwa pelet akan terbebas dari oksigen. Opsi kedua ini tampaknya lebih sederhana namun sangat riskan karena kemungkinan terjadinya oksidasi hebat pada saat pengepresan sangat besar. Itulah mungkin alasan utama opsi kedua ini juga tidak dipilih oleh GA. Untuk itu opsi ini juga tidak menjadi pilihan PT. BANTEK. Gambar 3. Alat cetak pelet Uzr .

Hasil leburan dikeluarkan dari grafit cetakan dan dipikling untuk menghi-langkan kontaminan yang mungkin menempel di permukaan pelet. PT. BANTEK memiliki sebuah bak pikling yang digunakan untuk membersihkan permukaan pelat elemen bakar dari minyak lumas yang menempel disebabkan oleh proses perolan panas/dingin. Namun, bak pikling ini tidak dapat digunakan untuk memikling pelet U-Zr karena selain pelarut yang digunakan berbeda, bak ini dimensinya terlalu besar untuk memikling pelet U-Zr. Bak pikling harus dirancang sendiri dengan menggu-nakan bahan baja nirkarat. Fasilitas yang dimiliki oleh PT. BANTEK bisa digunakan untuk membuat unit pikling yang dimaksud. U-Zr hasil leburan kemudian dibubut

Perakitan pelet U-ZrH x dengan kelongsong dan komponen dapat dilakukan di atas sebuah meja rakit yang dirancang spesifik yang bisa memasukkan pelet dan batangan grafit kedalam kelongsong dengan mudah. Juga, diperlukan 2 (dua) buah mesin las yang dilengkapi dengan sistem vakum dan dapat dioperasikan secara otomatis. Untuk membuat mesin las vakum otomatis ini tidak terlalu sulit dan bisa dirancang sendiri.

Peralatan Hidrida Sistem hidriding yang digunakan untuk mengubah senyawa U-Zr menjadi U-ZrH x, direncanakan dibangun di PT. BANTEK dan dirancang oleh tenaga ahli dari P2TBDU. Untuk membuat sistem hidriding, langkah awal yang diperlukan adalah melakukan prarancangan sistem


Hadi Suwarno, dkk.

serta menentukan diperlukan.

ISSN 0216 - 3128

komponen -komponen

yang

Prarancangan sistem hidriding telah selesai dengan spesifikasi alat adalah berupa sistem vakum -8 sebesar 5 × 10 Pa, volume sistem total sekitar 4 - 6 liter, dan pemvakuman berlangsung antara 1,5 – 2 jam. Bahan konstruksi terbuat dari baja nirkarat untuk sistem vakum tinggi dan tekanan tinggi, sementara bahan konstruksi untuk tangki hidriding terbuat dari quartz. Tungku pemanas dipilih memiliki kemampuan untuk menghasilkan panas dengan suhu o 1200 C dalam ruangan sebesar ± 600 ml, dimana sistem pemanasan dan pendinginannya bisa diprogram. Setelah rancangan selesai, langkah selanjutnya adalah melakukan kores -pondensi dengan produsen sistem vakum yang ada di pasar bebas. Hal ini dilakukan dengan mengontak perusahaan MKS (Amerika), Anelva (Perancis), Balzers (Jerman), ULVAC (Jepang), dan perusahaan komponen vakum lainnya, baik melalui perwakilannya di Indonesia maupun langsung ke produsennya. Dari keseluruhan pemasok yang dihubungi hanya MKS dan Balzers saja yang bisa menyuplai komponen dengan lengkap, dengan harga penawaran yang relatif sama. Pihak MKS memberi catatan bahwa kalau ingin membeli produk MKS maka pembeli diharuskan mengisi formulir memorandum of understanding yang sifatnya mengikat dan berisi statemen bahwa komponen ini tidak untuk keperluan nuklir atau persenjataan. Akhirnya dipilih perusahaan Balzers dari Jerman sebagai pemasok komponen dengan pertimbangan bahwa perusahaan ini paling lengkap produknya dan harganya sedikit lebih murah dibanding harga produk MKS. Komponen lain yang tidak bisa disuplai oleh Balzers, seperti komputer, komponen listrik, dan sebagainya, bisa diberi langsung di pasar dalam negeri.

Proses Hidriding Pelet U-Zr Menjadi U-ZrH1.6 dan Sifat U-ZrH1.6 Proses hidriding pelet U-Zr menjadi U-ZrH 1,6 dilakukan dengan mereaksikan logam paduan U-Zr dengan hidrogen pada suhu > 700 oC. Pada suhu tersebut reaksi antara logam uranium dengan hidrogen dapat dihindari(2). Prinsip proses hidriding adalah sebagai berikut. Ada suatu sistem yang terdiri dari 2(dua) buah ruangan yang dihubungkan dengan sebuah valve. Salah satu ruangan berisi spesimen U-Zr. Apabila dua ruangan tersebut memiliki tekanan yang berbeda kemudian valve penghubung dibuka, maka akan terjadi kesetimbangan baru. Dari sini bisa

137

dihitung besarnya konsentrasi hidrogen yang ada di dalam ruangan dan diserap spesimen. Zr2 + 1,6H2 ⇔ U + 2ZrH1,6 Konsentrasi atom hidrogen di dalam senyawa (3) hidrida dapat dihitung dengan persamaan : NH = [(H/M) (ρ )(60,23)]/W dalam hal ini (H/M) adalah rasio atom H dan Zr, ρ adalah densitas hidrida, dan W adalah berat molekul paduan. Tekanan disosiasi Zr-H tidak dipengaruhi oleh adanya uranium. Hal ini telah dibuktikan oleh Raymond, dkk., dengan hasil penelitiannya yang menunjukkan bahwa adanya uranium hingga 75% berat U di dalam senyawa Zr-H ternyata tidak (4) mempengaruhi kesetimbangan Zr-H . Pada senyawa U-ZrHx dengan rasio atom [H/Zr] < 1,5 dan dalam kondisi nonisotermik, hidrogen akan bermigrasi ke daerah yang suhunya lebih rendah dan mengakibatkan perubahan geometri yang nyata. Namun, senyawa U-ZrH x dengan rasio [H/Zr] > 1,6 geometri pelet relatif stabil, kecuali apda suhu 1200 o (5) C . Berat jenis ZrH berkurang dengan bertambahnya konsentrasi hidrogen. Perubahan berat jenis melonjak tajam sebelum fasa delta tercapai, yaitu hingga rasio [H/Zr] = 1,5 dan hanya sedikit mengalami perubahan pada kenaikan konsentrasi (6) hidrogen setelah fasa delta dan epsilon dicapai . (7)

Ekspansi termik telah diukur oleh Faushee untuk sistem uranium-zirkonium hidrida mengandung 45% berat uranium dan dibandingkan dengan sistem yang sama dengan kandungan 8 ∼ 12 % berat uranium. Koefisien ekspansi termik sangat tergantung dari suhu. Dengan menggunakan dilatometer Faushee mendapatkan, bahwa untuk senyawa zirkonium hidrida dengan kandungan 45% berat uranium: ∆[/[ = [4,52 × 10-6 + 19,25 × 10-9 T] (oC)-1 Sementara dari percobaan Byron yang sama dilaporkan:

(8)

untuk komposisi

∆[/[ = [7,28 × 10-6 + 15,1 × 10-9 T] (oC)-1 Dari percobaan di atas diperoleh data bahwa saat bahan bakar digunakan dengan tenaga maksimum ekspansi radial maksimum adalah 0,6% untuk bahan bakar dengan kandungan 45% berat uranium, sedangkan untuk bahan bakar dengan kandungan 8 ∼ 12 % berat U ekspansi radial maksimum adalah 0,5%.


ISSN 0216 - 3128

138

Untuk senyawa U-Zr-H dengan rasio H/Zr = 1,6, harga konduktivitas termik yang digunakan o (9) adalah 0,042 ± 0,002 cal/sec-cm- C . Kapasitas panas uranium-zirkonium hidrida diperoleh dengan perhitungan. Untuk menghitung kapasitas panas paduan, digunakan persamaan sebagai berikut: Cpcamp = a CpU + b CpZrh Dengan cara ini diperoleh persamaan untuk perhitungan kapasitas panas U-Zr-H mengandung 8 – 12 % berat U sebagai berikut: -3

Hadi Suwarno, dkk.

sebuah meja kerja. Sementara, untuk mengelas ke dua tutup atas dan bawah menjadi satu dengan kelongsong digunakan dua buah mesin las vakum. Mesin las vakum pertama digunakan untuk menyatukan tutup bawah dan tutup atas, sedangkan mesin las kedua digunakan untuk mengelas akhir (spot welding) rod elemen bakar. Gambar 4 adalah gambar skematik mesin las vakum yang dirancang untuk mengelas tutup atas dan tutup bawah, sedangkan untuk spot welding rancangan sedikit berbeda.

3 o

Cpcamp = 2,04 + 4,17 x 10 T W-sec/cm C o (dari 0 C) Sifat mekanik senyawa ZrH telah diteliti dengan mengukur creep spesimen untuk fasa β, δ, dan (δ+ε). Dari beberapa pengukuran diperoleh bahwa kekuatan creep sangat dipengaruhi oleh struktur paduan. Fasa beta memiliki kekuatan creep yang jauh lebih rendah dibanding dengan fasa delta dan fasa (delta+epsilon) (δ+ε) sedikit memiliki kekuatan creep yang lebih baik dibanding fasa (10-12) delta . Ini menjadi salah satu pertimbangan dipilihya fasa delta sebagai senyawa hidrida untuk bahan bakar TRIGA. Zirconium hidrida memiliki reaktivitas yang rendah di dalam air, uap air, dan di udara pada suhu o di bawah 600 C. Zirkonium hidrida padat telah dicoba dipa -naskan di udara pada suhu sampai 600 o C dalam waktu yang relatif panjang dan tidak ada hydrogen yang lepas. Lepasnya hydrogen dari zirconium hidrida padat pada permukaannya akan mengakibatkan terbentuknya lapisan film oksida yang selanjut-nya akan mencegah migrasi hydrogen (13) menuju kelongsong . Percobaan uji korosi telah dilakukan dengan mencelupkan spesimen ke dalam autoclave berisi uap air yang dipanaskan pada suhu o 300 C dan tekanan 1230 psi selama 400 jam. Diperoleh kecepatan korosi rata-rata adalah 350 2 mg/cm -bulan, yang diikuti oleh konversi lapisan permukaan spesimen dari senyawa hidrida menjadi (14) lapisan film oksida .

Peralatan Perakitan Elemen Bakar TRIGA Elemen bakar TRIGA secara umum terdiri dari sebuah kelongsong, tutup kelongsong bagian bawah dan atas, semuanya terbuat dari baja nirkarat. Di dalam kelongsong disusun dua batang grafit dan sebatang U-ZrHx yang terletak persis di tengah (15) kelongsong . Untuk merakit kelongsong, grafit, tutup atas, tutup bawah, dan batang U-ZrHx tidak memerlukan peralatan khusus, bisa dilakukan di atas

Gambar 4. Mesin las vakum otomatis sistem TIG Weld yang dirancang. (1) Pintu sistem las vakum, (2) Vakum gauge, (3) Torch, (4) Chuck, (5) Rod TRIGA, (6) Kaca pengamat, (7) Safety Valve.

KESIMPULAN Hasil analisis menunjukkan bahwa teknologi produksi elemen bakar TRIGA milik General Atomic Company tidak dapat ditiru oleh PT. BANTEK/BATAN karena keterbatasan peralatan yang dimilikinya. Oleh karena itu diperlukan modifikasi proses teknologinya. Dari dua opsi yang masih dimungkinkan untuk membuat pelet U-Zr, yang disesuaikan dengan fasilitas yang ada, dipilih metoda melebur-cetak dengan menggunakan tungku induksi. Dengan metoda lebur-cetak tidak diperlukan mesin press berkekuatan tinggi dan mesin ekstrusi panas. Mesin hidriding dan mesin las vakum otomatis harus dimiliki oleh PT. BATAN Teknologi dan sampai saat ini sedang dirancang. Dengan dikuasainya teknologi produksi elemen bakar TRIGA dan dimilikinya peralatan


Hadi Suwarno, dkk.

ISSN 0216 - 3128

hidriding dan las vakuum otomatis maka tidak ada lagi kendala yang dihadapi oleh PT. BATAN Teknologi dalam mengembangkan bahan bakar TRIGA untuk keperluan sendiri.

UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih disampaikan kepada PT. BATAN Teknologi dan BATAN yang telah membuka kerjasama ini sehingga rencana swakelola pembuatan bahana bakar TRIGA di dalam negeri dengan hasil teknologi sendiri bisa dilaksanakan dan direalisasi.

DAFTAR PUSTAKA 1. WALLACE, W.P., SIMNAD, M.T. and TUROVLIN, B., Nucelar Metallurgy, 5(1958)49. 2. SUWARNO, H., Master Thesis, The University of Tokyo, 1994. 3. GYLFE, J.D. et.al, Evaluation of Zirconium Hydride as Moderator in Integral Boiling Water -Superheat Reactors, USAEC Report NAA-SR-5943, North American Aviation, 1962. 4. RAYMOND, J.W., Equilibrium Dissociation Pressures of the Delta and Epsilon Phases in the Zirconium-Hydrogen System, USAEC Report NAA-SR- 374, North American Aviation, 1964. 5. MERTEN, U. and BROKOS, J.C., Journal of Nucl. Mat’l, 10(1963)201-208. 6. BERNATH, L., SNAP-4 Summary Report, USAEC Report NAA-SR-8590, Atomics International, 1963. 7. FOUSHEE, F.C., Physical Properties of TRIGA-LEU Fuel, General Atomic Document E-11-834, February 1980. 8. BYRON, G.F., SNAP Technology Handbook, Vol II: Hydride Fuels and Claddings, USAEC Report NAA-SR-8617, Atomic International, 1964. 9. BECK, R.L., Trans. Am. Soc. Metals , 55(1962) 556.

139

14. SIMNAD, M.T., Nucl. Eng. Des, 64(1981)403-422. 15. Data spesifikasi elemen bakar TRIGA -2000, Bandung, dan Kartini, Yogyakarta, dan komunikasi dengan Dr. Guntur Daru Sambodo, Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknik Nuklir, BATAN.

TANYA JAWAB Hadirahman − Apa kelebihan dan kekurangan TRIGA BANTEK? − Apa kajian ini pernah dikemukakan pada pejabat Batan dan bagaimana tanggapannya? Hadi Suwarno − TRIGA Bantek sama dengan TRIGA GA atau CERCA. − Maaf saya tidak bisa menjawab.

D.T. Sony T − Mengenai harganya apakah juga sudah dianalisis (dapat bersaing dengan harga import)? − Bagaimana dengan peraturan bahwa limbah/ bahan bakar bekas harus kembali ke pabrik pemroduksi? Hadi Suwarno − Harga import sekarang ±$ 35.000/bundle. Karena peralatan PT. Bantek cukup lengkap, hanya diperlukan sedikit modal ± RP 1-2 milyar. Modal tersebut setara dengan 4-5 bundle bahan bakar, jadi sangat menjanjikan. − Dikenal prinsip country of origin yaitu penanggung jawab uranium adalah negara dimana uranium itu berasal. Setahu saya kalau kita beli uranium dari USA, Perancis, atau Inggris tidak ada masalah.

10. BROKOS, J.C., Journal of Nucl. Mat’l, 3(1961) 216. 11. BERLING J.T., and JOHNSON, G.D., Elevated Temperature Tensile Creep properties of U-ZrH alloy Hydrides, USAEC Report NAA-SR-11649, Atomic International, 1965. 12. VETRANO, J.B., Nucl. Eng. Des, 14(1970)390. 13. GILFE, J.D. et al., Evaluation of Zirconium Hydride as Moderator in Integral Boiling Wa-ter-Superheat Reactors, USAEC Report NAA-SR-5943, North American Aviation, 1962.

Edi Triyono − Mengingat kebutuhan dalam waktu dekat ini untuk reaktor Kartini akan bahan bakar untuk uprating daya ke 250 kW. Kira -kira tahun berapa PT. Bantek siap mensuplay elemen bakar reaktor TRIGA. − Apakah sistem jaminan kualitas sudah siap untuk produksi.


140

ISSN 0216 - 3128

Hadi Suwarno − Tergantung dari policy BATAN. Namun, kalau semuanya lancar 2003 ~ 2004 sudah siap diproduksi. − Untuk bahan struktur, jaminan kualitas diperoleh dari negara pemasok. Untuk pelet TRIGA harus dilakukan uji PIE. Perlu waktu ± 9 bulan untuk PIE, baru bisa dikatakan kualitas terjamin. Widarto − Sebenarnya peralatan-peralatan fabrikasi yang sudah ada tersebut, apakah semata -mata juga dimaksudkan untuk fabrikasi bahan bakar? Bila ya, bahan bakar jenis apa yang dapat dihasilkan?

Hadi Suwarno, dkk.

− Bila akan dimodifikasi sehingga dapat digunakan untuk fabrikasi bahan bakar jenis TRIGA, kira-kira harganya lebih besar mana dibanding kalau langsung beli! Hadi Suwarno − Peralatan di Bantek untuk memproduksi bahan bakar pelat U3O8-Al atau U3Si2-Al untuk konsumsi RSGGAS, Serpong. − Untuk membuat bahan bakar TRIGA perlu dana ± Rp 1-2 milyar. Jadi tidak terlalu besar dan sudah bisa memenuhi kebutuhan sendiri.


KAJIAN MODIFIKASI TEKNOLOGI FABRIKASI BAHAN BAKAR TRIGA GENERAL ATOMIC COMPANY MENJADI TRIGA PT. BATAN TEKNOLOGI

Recommend Documents