Karakterisasi pelet sinter simulasi DUPIC hasil proses oksidasi-reduksi siklus ke-1

Jurnal Teknologi Bahan Nuklir, Vol.11, No.2, Juni 2015. 99-112.

Karakterisasi pelet sinter simulasi DUPIC hasil proses oksidasi-reduksi siklus ke-1 Erilia Yusnitha, Tri Yulianto, Sigit, Jan Setiawan Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir-BATAN, Kawasan Puspiptek-Serpong, Tangerang Selatan 15314, Banten, Indonesia e-mail : [email protected] (Naskah diterima 23-06-2015 disetujui 07-07-2015)

Abstract Characterization of UO2 sintered DUPIC simulation fuel pellet of oxidation-reduction process cycle-1. Oxidation process at a temperature of 500 °C had been done to UO2 sintered pellets as DUPIC fuel simulation with burn-up 40 MWd/kgU and 60 MWd/kgU. From oxidation process it was obtained U3O8 powder that then reduced using hydrogen gas at a temperature of 800 oC to reobtain UO2 powder. Characterization of UO2 powder from the cycle-1 of oxidation-reduction process was performed to determine density, surface area, and O/U ratio. To be used as DUPIC fuel, the UO2 powders obtained were compacted to produce green pellets and then were sintered at a temperature of 1700 oC to obtain sintered pellets of oxidation-reduction process product in the cycle-1. Characterization of sintered pellets was carried out in order to determine the density of sintered pellets, hardness, and microstructure. The experiments showed that bulk density and ratio O/U DUPIC fuel simulation with burn-up 40 MWd/kgU and 60 MWd/kgU were relatively similar, but tap density and surface area were different. Characterization of sintered pellets showed density of sintered pellets DUPIC fuel with burn-up 60 MWd/kgU was better than 40 MWd/kgU. However, the microstructure analysis of sintered pellets with burn-up 60 MWd/kgU was better than burn-up 40 MWd/kgU.

Keywords : DUPIC simulated fuel, oxidation-reduction process, density, surface area, O/U ratio.

JTBN | 99


Abstrak Karakterisasi pelet sinter simulasi DUPIC hasil proses oksidasi-reduksi siklus ke-1. Telah dilakukan karakterisasi terhadap pelet sinter UO2 bahan bakar simulasi DUPIC hasil proses oksidasi-reduksi siklus ke-1. Proses oksidasi dilakukan pada suhu 500 oC terhadap pelet sinter UO2 yang merupakan bahan bakar simulasi DUPIC dengan burn-up 40 MWd/kgU dan 60 MWd/kgU. Dari proses oksidasi tersebut diperoleh serbuk U3O8 yang kemudian direduksi dengan menggunakan gas hidrogen pada suhu 800 oC hingga diperoleh serbuk UO2 DUPIC. Karakterisasi serbuk UO2 hasil oksidasi-reduksi siklus ke-1 tersebut meliputi penentuan densitas, surface area dan rasio O/U. Untuk dapat digunakan sebagai bahan bakar DUPIC, serbuk UO2 yang diperoleh dikompakkan menjadi pelet mentah kemudian disinter pada suhu 1700 oC hingga diperoleh pelet sinter UO2 DUPIC hasil proses oksidasi-reduksi siklus ke-1. Karakterisasi pelet sinter tersebut dilakukan untuk memperoleh data uji densitas, kekerasan dan mikrostruktur. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa serbuk UO2 bahan bakar DUPIC simulasi dengan burn-up 40 MWd/kgU dan 60 MWd/kgU memberikan nilai bulk density dan rasio O/U yang relatif sama, sedangkan tap density dan surface area, memberikan nilai yang berbeda. Hasil karakterisasi pelet sinter diperoleh bahwa densitas pelet sinter UO2 bahan bakar DUPIC simulasi dengan burn-up 60 MWd/kgU lebih baik dari burn-up 40 MWd/kgU, sedangkan mikrostruktur pelet sinter dengan burn up 60 MWd/kgU lebih baik dibandingkan dengan burn-up 40 MWd/kgU.

Kata kunci : Bahan bakar simulasi DUPIC, proses oksidasi-reduksi, densitas, luas permukaan, rasio O/U.

1.

Pendahuluan DUPIC (Direct Use of PWR spent fuel in

CANDU

reactor)

secara

Hasil fisi yang terdapat dalam bahan bakar

internasional sejak dikembangkan oleh negara

bekas PWR cukup untuk dibakar lagi dalam

Korea bekerja sama dengan Kanada, dan

reaktor

merupakan salah satu teknologi daur ulang

mempunyai kemampuan untuk memperoleh

bahan bakar nuklir alternatif. Teknologi

energi maksimum dari hasil fisi termal pada

tersebut termasuk unik dan penuh inovasi

pembakaran uranium alam. Absorpsi neutron

dibandingkan dengan yang lain seperti olah

yang rendah oleh pendingin dan moderator air

ulang (reprocessing) dan daur ulang bahan

berat sejalan dengan penggunaan uranium

bakar MOX[1]. Dalam konsep DUPIC tersebut

alam dan uranium pengayaan rendah. Faktor

terjadi sinergi antara reaktor PWR dan

yang mendasari teknologi bahan bakar DUPIC

PHWR/CANDU yaitu penggunaan bahan

adalah fleksibilitas dan sinergisme antara

bakar bekas PWR yang dapat digunakan

PWR

kembali

reaktor

menggunakan prinsip penggunaan langsung

PHWR/CANDU tanpa menggunakan metode

bahan bakar bekas PWR secara proses kering

proses basah. Jadi dalam pengolahan bahan

untuk

bakar bekas PWR untuk reaktor CANDU

PHWR/CANDU[3-4].

sebagai

telah

bahan

dikenal

hanya menggunakan proses kering saja[2].

bakar

CANDU.

dan

Reaktor

PHWR/CANDU

fabrikasi

bahan

CANDU

yang

bakar

JTBN | 100


Proses fabrikasi bahan bakar DUPIC dimulai dari dismantling (pembongkaran) bundel bahan bakar bekas PWR hingga

dan produk fisi ini mempengaruhi serbuk bahan bakar DUPIC dan properti pelet[7]. Dalam bahan bakar, produk fisi dapat

diperoleh rod yang kemudian dipotong-potong

ditemukan

dengan ukuran tertentu

tergantung dari

gelembung gas atau dapat mengendap pada

peralatan yang tersedia. Rod yang sudah

larutan dengan fase sekunder stabil. Uji pasca

terpotong dipisahkan antara bahan bakar dan

iradiasi menunjukkan bahwa dua kelompok

kelongsong (decladding) secara mekanik dan

produk fisi dominan yang terbentuk yaitu

termik. Rod hasil decladding dikenai proses

metallic

OREOX (Oxidation and Reduction of Oxide

phases”.

Fuel) yaitu oksidasi pada suhu sekitar 450 oC

digantikan oleh molybdenum, technetium,

dan reduksi pada suhu 700 oC dalam suasana

ruthenium, rhodium dan palladium, dan “gray

gas argon. Proses OREOX merupakan proses

phases” (Ba, Sr, Cs) (Zr, U, Pu, Mo, RE) O3

yang memiliki ketahanan proliferasi dan

dimana, bagian utama terdiri dari BaZrO3 dan

akuntabilitas[5]. Dalam proses OREOX tidak

elemen tanah jarang (RE). Komposisi fase ini

terjadi proses pemisahan bahan nuklir yang

bergantung dan berdasarkan komposisi bahan

bisa digunakan sebagai senjata nuklir sehingga

fisil,

dapat

telah

temperatur didalam pin, burn-up dan sejarah

(non-proliferation

iradiasi[8]. Berbagai peralatan yang diperlukan

treaty) seperti Indonesia. Siklus oksidasi dan

dalam instalasi bahan bakar DUPIC berada di

reduksi

memecah

dalam hot cell, tungku OREOX, sistem off-gas

kelongsong bahan bakar, hal ini tercapai

treatment, penghancur dan pencampur bahan

dengan meningkatkan stress pada kelongsong

bakar bekas PWR untuk pembuatan bahan

dan dikarenakan peningkatan volume yang

bakar DUPIC, mesin kompaksi, tungku sinter

besar dari UO2 ke U3O8 pada bahan bakar

temperatur tinggi, grinder, pembersih dan

yang dioksidasi[6]. Gas fisi seperti Xe dan Kr

pengering pelet, pengatur stack pelet dan

dihilangkan dari serbuk bahan bakar konversi

pengumpan pelet untuk membuat pelet bahan

pelet bahan bakar bekas selama proses

bakar DUPIC, mesin las laser untuk fabrikasi

OREOX dan nuklida volatil seperti Cs

elemen bahan bakar DUPIC, peralatan kontrol

dihilangkan dari pelet mentah selama proses

kualitas untuk karakterisasi serbuk bahan

sintering. Namun, produk fisi yang lain tetap

bakar DUPIC, pelet dan elemen bakar[9].

dilakukan

menandatangani

di NPT

digunakan

negara

untuk

yang

ada di serbuk bahan bakar dan pelet mentah,

JTBN | 101

sebagai

“white

rasio

terlarut,

inclusions”

Metallic

O/M

atom

“white

bahan

pada

dan

“gray

inclusions”

bakar,

gradien


Penggunaan hot cell ini dikarenakan bahan

penelitian ini adalah untuk mempelajari

bakar bekas PWR yang merupakan bahan

karakteristik pelet sinter bahan bakar nuklir

awal bahan bakar DUPIC memiliki tingkat

simulasi DUPIC dari serbuk hasil proses

radioaktivitas yang sangat tinggi sehingga

siklus oksidasi-reduksi.

memerlukan

hot

cell

untuk

menjamin

2.

Metodologi

keselamatan pekerja dan lingkungan. fasilitas

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini

bahan bakar DUPIC sejak tahun 1999 guna

adalah pelet sinter tipe PWR dengan diameter

memproses bahan bakar bekas PWR dan

11,16 mm dibuat dari serbuk UO2 yang

memfabrikasinya dalam skala laboratorium.

ditambah bahan kimia berbentuk oksida

Dalam fasilitas tersebut, sebanyak 25 buah

sebagai simulasi hasil fisi yaitu Sr, Y, Zr, Mo,

peralatan fabrikasi telah diinstal. Sementara

Ru, Rh, Pd, Te2, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Cd,

itu

Eu, Gd dan Sb – oksida. Pelet-pelet sinter

Korea

di

telah

mengembangkan

Indonesia,

juga

telah

dilakukan

penelitian dan pengembangan bahan bakar

tersebut

DUPIC dimulai dari kajian proses fabrikasi,

sebelumnya[14,15]. Bahan lain adalah Zn stearat

proses

dan

yang digunakan sebagai pelumas pada saat

karakterisasi serbuk hasil proses[10-12]. Namun

pengompakan serbuk menjadi pelet mentah.

penelitian bahan bakar DUPIC di Indonesia

Program komputer Origen digunakan untuk

untuk pembuatan pelet sinter dan karakterisasi

memperkirakan komposisi simulasi bahan

setelah proses siklus oksidasi-reduksi belum

bakar bekas dengan UO2 pengayaan U235 4%,

dilakukan. Pada proses DUPIC tidak ada

lama penyimpanan 5 tahun dengan burn-up 40

proses

MWd/kgU dan 60 MWd/kgU[14]. Selanjutnya

siklus

pemisahan

oksidasi-reduksi

produk

fisi

dan

telah

sinter

diperoleh

dilakukan

dari

proses

penelitian

transuranium, sementara unsur volatil dan

pelet

oksidasi

semi volatil dihilangkan selama perlakuan

menggunakan tungku Thermolyne pada suhu

termal/mekanik. Material radioaktif tinggi

500

diolah melalui proses fabrikasi yang dilakukan

pemanasan 5oC per menit. Pada proses

dalam hot cell[13]. Untuk mengatasi hal

oksidasi ini, pelet sinter hancur menjadi

tersebut, dalam penelitian ini digunakan bahan

bentuk serbuk. Serbuk yang diperoleh dari

kimia (Sr, Y, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, Te2, Ba, La,

proses oksidasi selanjutnya dilakukan proses

Ce, Pr, Nd, Sm, Cd, Eu, Gd dan Sb – oksida)

reduksi dengan menggunakan Muffle Furnace

sebagai pengganti produk fisi sesuai hasil

pada suhu 800 oC selama 3 jam dalam suasana

perhitungan software Origen pada burn up

gas hydrogen.

o

C selama 1 jam dengan kecepatan

40 MWd/kgU dan 60 MWd/kgU. Tujuan dari JTBN | 102


Setelah proses reduksi, sampel dipasivasi

oksidasi bahan bakar pelet UO2 menyebabkan

dengan menggunakan gas nitrogen. Proses

cracking atau pecahnya pelet UO2, karena

oksidasi-reduksi ini disebut dengan siklus

terjadi kenaikan volume sebesar 32 – 36%,

oksidasi-reduksi ke-1. Setelah itu dilakukan

ketika UO2 bertransformasi menjadi U3O8[16].

karakterisasi antara lain uji tap density

Parameter

menggunakan alat tap density meter, bulk

merupakan faktor penentu hasil serbuk.

density dengan alat bulk density meter, surface

Produk fisi membentuk solid solution di dalam

area dengan alat surface area meter dan rasio

matriks UO2 dan menghambat pembentukan

O/U. Serbuk hasil oksidasi-reduksi siklus ke-1

U3O8[17].

tersebut

kemudian

dipres

menjadi

pelet

mentah tipe PHWR dengan diameter 15 mm

dan

waktu

oksidasi

Oksidasi UO2 melibatkan dua tahap reaksi yaitu: UO2  U3O7/U4O9  U3O8

menggunakan mesin final pressing. Kemudian pelet mentah disinter menjadi pelet sinter

suhu

Pembentukan

U3O7/U4O9

dari

UO2

dengan menggunakan tungku sintering pada

melibatkan penurunan volume yang kecil.

suhu 1700 oC selama 3 jam. Pelet sinter yang

Efek penambahan UO2 dengan produk fisi

diperoleh

terlarut dalam matriks, terutama lanthanida,

dikarakterisasi

pengamatan mikroskop

seperti

mikrosruktur optik

dan

densitas,

dengan uji

alat

terhadap kecepatan oksidasi telah dipelajari

kekerasan

dan telah dituliskan bahwa pada solid UO2-

menggunanakan micro hardness tester. 3.

M2O3-solutions (M = Y, La, Gd) ada kenaikan

Hasil Dan Pembahasan

3.1.

Proses Oksidasi-reduksi siklus ke-1

Pelet UO2 sinter yang mengandung bahan simulasi

hasil

fisi

dengan

kinetik

penghambat

dengan

semakin

pembentukan bertambahnya

U3O8 jumlah

dopan[18]. Setelah proses oksidasi yang mengubah

burn-up

bentuk pelet menjadi serbuk U3O8, maka

40 MWd/kgU dan 60 MWd/kgU setelah

untuk dapat digunakan kembali sebagai bahan

o

dioksidasi pada suhu 500 C selama 1 jam

bakar DUPIC harus diubah kembali menjadi

berubah bentuk menjadi serbuk. Hal ini terjadi

UO2 dengan jalan direduksi dengan gas

karena pada proses oksidasi, pelet sinter

hidrogen pada suhu 800 oC selama 3 jam

berbasis UO2 saat dioksidasi berubah menjadi

dengan reaksi:

U3O8.

Pembentukan

JTBN | 103

U3O8

pada

proses

U3O8 + 2 H2  3 UO2 + 2 H2O


Serbuk UO2 hasil proses oksidasi-reduksi

karakterisasi serbuk hasil oksidasi-reduksi

siklus ke-1 dikarakterisasi antara lain bulk

pelet simulasi bahan bakar DUPIC dengan

density, tap density, surface area dan rasio

burn-up 40 MWd/kgU dan 60 MWd/kgU.

O/U.

Pada

Tabel

1

ditunjukkan

data

Tabel 1. Data Hasil Pengukuran Bulk Density, Tap Density, Surface Area dan Rasio O/U Serbuk UO2 Simulasi Bahan Bakar DUPIC Proses Oksidasi-Reduksi Siklus ke-1 No.

1

2

Bahan

Bulk Density, g/cm3

Tap Density, g/cm3

Surface Area, m2/g

Rasio O/U

1,8310

2,9686

0,5202

2,0213

1,8200

2,5220

1,1487

2,0325

Serbuk UO2 simulasi bahan bakar DUPIC dengan burn-up 40 MWd/kgU[15] Serbuk UO2 simulasi bahan bakar DUPIC dengan burn-up 60 MWd/kgU

Menurut petunjuk pelaksanaan kendali mutu

reduksi

fabrikasi batas penerimaan bulk density dan

Sebaliknya untuk surface area, telah terjadi

tap density UO2 serbuk untuk pembuatan pelet

penurunan yang mungkin disebabkan butir-

3

. Dari

butir yang diperoleh pada proses oksidasi-

Tabel 1 diperlihatkan bahwa serbuk UO2 hasil

reduksi siklus ke-1 cukup besar. Pada Tabel 1

proses oksidasi reduksi siklus ke 1 memiliki

terlihat bahwa densitas (bulk density dan tap

tap density dan bulk density yang lebih besar

density) untuk burn-up 60 MWd/kgU lebih

dari serbuk UO2 fresh. Jika dibandingkan

rendah daripada yang 40 MWd/kgU. Rasio

dengan densitas (baik bulk density maupun tap

O/U dari kedua jenis burn-up tersebut (40

density) serbuk UO2 yang dicampur dengan

MWd/kgU dan 60 MWd/kgU) cukup baik

hasil fisi sebelum dibuat pelet (pustaka nomor

yaitu masing-masing 2,0213[15] dan 2,0325.

14), maka serbuk hasil proses oksidasi pelet

3.2. Pembuatan pelet mentah dan sinter

adalah 1,5 ± 0,2 g/cm dan 2 g/cm

3 [19]

UO2 menjadi serbuk U3O8 kemudian direduksi

menjadi

bentuk

serbuk

lagi.

simulasi bahan bakar DUPIC

kembali menjadi serbuk UO2, telah terjadi

Setelah proses oksidasi-reduksi selesai

[15]

(disebut siklus oksidasi-reduksi ke-1) dimana

maupun 60 MWd/kgU. Hal ini disebabkan

serbuk U3O8 direduksi menjadi serbuk UO2,

pada proses sinter telah terjadi pamadatan dari

maka langkah selanjutnya adalah proses

yang semula serbuk kemudian menjadi pelet

pengepresan serbuk menjadi pelet mentah tipe

dimana pelet tersebut lalu dioksidasi dan

PHWR.

kenaikan baik untuk burn-up 40 MWd/kgU

JTBN | 104


Pelet mentah ini kemudian diukur dimensi

g/cm3

1,4363

atau

sekitar

22,5318%

dan ditimbang beratnya sehingga dapat diukur

sedangkan burn-up 60 MWd/kgU mengalami

densitasnya. Selanjutnya dilakukan proses

kenaikan rerata 3,0767 g/cm3 atau sekitar

sintering untuk mengubah pelet mentah

52,3592%. Hal ini menunjukkan bahan bakar

menjadi

simulasi

pelet

sinter.

Hasil

pengukuran

DUPIC

dengan

burn-up

60

densitas pelet mentah dan densitas pelet sinter

MWd/kgU memiliki kemampuan sinter yang

simulasi

40

lebih besar dari burn-up 40 MWd/kgU.

MWd/kgU dan burn-up 60 MWd/kgU hasil

Sehingga dengan densitas pelet mentah yang

siklus oksidasi-reduksi ke-1 diperlihatkan

lebih rendah mampu mendapatkan densitas

pada Tabel 2. Densitas rerata pelet sinter yang

pelet sinter yang lebih besar. Hal ini

diperoleh untuk burn-up 40 MWd/kgU adalah

menunjukkan

7,8144 g/cm3 (71,30 %TD), dimana TD

digunakan untuk simulasi bahan fisi yang

adalah

Sedangkan

sengaja ditambahkan untuk membuat simulasi

densitas rerata pelet sinter yang diperoleh

bahan bakar DUPIC dapat berfungsi sebagai

untuk burn-up 60 MWd/kgU adalah 8,9529

bahan aditif sintering, sehingga mampu

g/cm3 (81,69 %TD). Densitas pelet sinter yang

menambah kecepatan densifikasi pelet pada

diharapkan mencapai 94 - 95 %TD. Dari

proses sintering. Seperti pada pustaka nomer

penelitian ini densitas pelet sinter belum

19 bahwa pada proses pertumbuhan butir,

tercapai sehingga proses oksidasi-reduksi

dengan adanya dopan akan menyebabkan

perlu dilanjutkan sampai beberapa siklus lagi.

pergerakan batas butir menjadi terhambat

Tabel

hasil

fisi

Theoretical

2

dengan

Density.

memperlihatkan

burn-up

burn-up

60

sehingga

bahwa

bahan

memudahkan

kimia

terjadinya

yang

proses

MWd/kgU mengalami peningkatan densitas

densifikasi. Seberapa besar peranan dopan ini

dari pelet mentah ke pelet sinter lebih besar

perlu dikaji lebih lanjut karena untuk simulasi

daripada burn-up 40 MWd/kgU.

bahan bakar DUPIC bahan kimia yang

Bahan bakar simulasi DUPIC dengan burnup 40 MWd/kgU mengalami kenaikan rerata

ditambahkan

pada

penelitian

ini

ada

18 macam.

Tabel 2. Hasil Pengukuran Densitas Pelet Mentah dan Pelet Sinter Simulasi Bahan Bakar DUPIC Proses OksidasiReduksi Siklus ke-1 Nomor pelet

Burn-up 40 MWd/kgU Densitas Densitas Pelet sinter, Pelet mentah, g/cm3 g/cm3

Burn-up 60 MWd/kgU Densitas Densitas Pelet mentah, Pelet sinter, g/cm3 g/cm3

1

6,5351

7,9519

5,8923

8,9509

2

6,3540

7,7813

5,8563

8,9394

3

6,3781

7,7099

5,8801

8,9688

Rerata

6,3781

7,8144

5,8762

8,9529

JTBN | 105


Gambar 1. Hubungan Antara Densitas Pelet Mentah burn-up 40 MWd/kgU dan burn-up 60 MWd/kgU

Gambar 2. Hubungan Antara Shrinkage Dengan Bahan Bakar Simulasi DUPIC Proses Oksidasi Reduksi Siklus ke-1 dengan burn-up 40 MWd/kgU dan burn-up 60 MWd/kg. Dari Gambar 2 diperlihatkan bahwa burn-

menyebabkan densitas pelet sinter bahan

up 60 MWd/kgU mempunyai shrinkage yang

bakar simulasi DUPIC proses oksidasi reduksi

lebih besar dari burn-up 40 MWd/kgU.

siklus ke-1 burn-up 60 MWd/kgU lebih besar

Densitas pelet mentah yang lebih rendah

dari burn-up 40 MWd/kgU. Shrinkage yang

mampu memberikan densitas pelet sinter yang

terjadi pada diameter pelet lebih besar

lebih besar. Shrinkage atau penyusutan ini

daripada shrinkage tinggi pelet.

Hal ini terjadi karena alat kompaksi yang digunakan

untuk

pengompakan

serbuk

menjadi pelet mentah adalah single acting

double floating pressing machine. Karakter alat pengompakan menyebabkan pada arah aksial

(tinggi

pelet)

terkena

tekanan JTBN | 106


pengompakan sedangkan pada arah lateral

dan dopan Er2O3 0,2-1% diperoleh kekerasan

(diameter pelet) tidak mengalami penekanan.

pelet sinter berkisar antara 544 - 668 HVN dan

Hal ini menyebabkan pada saat sintering,

tanpa dopan sebesar 549 HVN[20]. Kekerasan

shrinkage terjadi lebih besar pada area yang

pelet sinter dengan burn up 60 MWd/kgU

tidak mengalami penekanan yaitu arah lateral

lebih kecil dibandingkan dengan yang 40

(diameter pelet).

MWd/kgU. Hal ini mungkin disebabkan oleh

3.3. Pengujian

kekerasan

pelet

sinter

banyaknya hasil fisi simulasi yang ada pada pelet dengan burn up tinggi tersebut. Dari

simulasi hasil fisi Hasil uji kekerasan untuk pelet sinter

Tabel 3, pelet sinter burn-up 40 MWd/kgU

simulasi hasil fisi yang diperoleh dari proses

terdapat rentang kekerasan HVN yang cukup

siklus oksidasi-reduksi ke-1 dengan burn-up

lebar, hal ini menunjukkan kekerasan tidak

40 MWd/kgU dan 60 MWd/kgU diperlihatkan

terdistribusi merata. Hal ini terjadi karena

pada Tabel 3. Kekerasan rerata dari pelet

permukaan sampel yang dijejak alat uji

sinter tersebut masing-masing adalah 589,8

kekerasan

HVN dan

dibawahnya.

451,6 HVN. Dibandingkan

kemungkinan

ada

crack

dengan peneliti lain yang menggunakan UO2 Tabel 3. Data Hasil Uji Kekerasan Pelet Sinter Simulasi Bahan Bakar DUPIC Proses Oksidasi Reduksi Siklus ke 1 dengan Burn-up 40 MWd/kgU dan 60 MWd/kgU

No 1 2 3 4 5 Rerata

Kekerasan HVN 60 MWd/kgU 40 MWd/kgU 383 441 772 464 464 351 724 514 606 488 589,8 451,6

3.4. Pengamatan mikrostruktur Hasil pengamatan mikrostruktur dengan

pada

Gambar

7

Terlihat

perbedaan

bahwa

hingga burn-up

10. 40

perbesaran 500x untuk pelet sinter simulasi

MWd/kgU mulai terjadi pertumbuhan butir

bahan bakar DUPIC proses oksidasi reduksi

memiliki butir yang lebih kecil dibandingkan

siklus ke-1 dengan burn-up 40 MWd/kgU

dengan

diperlihatkan pada Gambar 3 hingga 6 dan

disebabkan komposisi hasil fisi yang tidak

untuk burn-up 60 MWd/kgU diperlihatkan

sama pada kedua burn-up tersebut. Adanya

JTBN | 107

40

MWd/kgU.

Perbedaan

ini


banyak unsur logam sebagai hasil fisi simulasi

menyebabkan crack didalam. Keberadaan

mengendap dan terdistribusi ke dalam batas

crack didalam bisa diperkuat justifikasinya

butir terutama pada burn-up tinggi. Hal ini

dari hasil pengujian densitas pelet sinter burn-

butir[7].

up 40 MWd/kgU yang lebih rendah dari pelet

MWd/kgU

sinter burn-up 60 MWd/kgU. Sedangkan

pertumbuhan butir tidak sebesar burn-up yang

burn-up 60 MWd/kgU memiliki pori dengan

lebih

Hasil

persebaran yang merata. Hal ini dipengaruhi

MWd/kgU

oleh banyak parameter seperti sifat serbuk,

akan

menghambat

Sehingga

pada

rendah

mikrostruktur

pertumbuhan

burn-up

(40

60

MWd/kgU

burn-up

40

).

memperlihatkan banyak terdapat pori yang

ukuran butir dan parameter pengompakan.

melintang memanjang. Hal ini kemungkinan

10 micron

10 micron

Gambar 3. Mikrostruktur pelet sinter simulasi bahan


bakar DUPIC Proses Oksidasi Reduksi Siklus ke 1


dengan burn-up 40 MWd/kgU penampang melintang


tepi

tengah

10 micron

10 micron





dengan burn-up 40 MWd/kgU penampang membujur


tepi

tengah

JTBN | 108


10 micron

10 micron







tepi

tengah

10 micron

10 micron







tepi

tengah

4.

siklus ke-1 untuk burn-up 60 MWd/kgU

Kesimpulan Karakterisasi serbuk UO2 hasil proses

(81,69 %TD) lebih baik dari burn-up 40

oksidasi-reduksi siklus ke-1 dengan burn-up

MWd/kgU (71,30 %TD). Kekerasan pelet

40

MWd/kgU

sinter burn-up 40 MWd/kgU sebesar 589,8

menunjukkan bahwa untuk bulk density dan

HVN dan burn-up 60 MWd/kgU sebesar

rasio O/U yang diperoleh relatif sama,

451,6

sedangkan untuk tap density dan surface area

menunjukkan bahwa burn-up 60 MWd/kgU

terdapat perbedaan. Densitas pelet sinter dari

lebih baik dari burn-up 40 MWd/kgU. Adanya

serbuk UO2 hasil proses oksidasi-reduksi

hasil

MWd/kgU

JTBN | 109

dan

60

HVN.

fisi

Pengamatan

pada

serbuk

mikrostruktur

mempengaruhi


karakteristik pelet sinter, proses oksidasi-

Won Il Ko, Jang Jin Park, Ki Ho Kim, Ho

reduksi perlu dilakukan pengulangan hingga

Hee Lee and Joo Hwan Park, (2006), The

beberapa kali.

Status And Prospect of DUPIC Fuel

5.

Technology, Nuclear Engineering and

Ucapan Terimakasih Penulis

mengucapkan

Technology, Vol. 38 No. 4.

terimakasih

kepada Yth. Tim Penelitian Pengembangan

3.

Chang and Soon-Heung Chang, (2010),

Teknologi Proses DUPIC antara lain Saudara :

Comparative cost analysis of direct

Agus Sartono D.S. A.Md, Mugiyono A.Md,

disposal versus pyro-processing with

Mahpudin, Triarjo S.ST, Suyoto S.ST, Iwan

DUPIC in Korea.

Setiawan ST, Yatno DAS, M.M. Lilis Windaryati,

Mu’nisatun

Sholichah

4.

Moon, Joo Hwan Park, Sang Ho Na and

Sri Wahyuningsih S.ST, serta staf

BKKABN

dan

BPFBBN

yang

Chang Je Park, Kweon Ho Kang, Ho Jin Ryu, Cheol Yong Lee, In Ha Jung, Je Sun

Ngatijo A.Md, Isfandi A.Md, Slamet Pribadi A.Md,

Annals of Nuclear

Energy 37.

S.ST,

Banawa Sri Galuh A.Md, Mujinem A.Md,

Jewhan Lee, Jeong Ik Lee, Won Joon

Kee Chan Song, (2008), Irradiation tests

telah

and

membantu kegiatan penelitian ini.

post-irradiation

examinations

of

DUPIC fuel. Annals of Nuclear Energy 35.

6.

Daftar Pustaka

1.

Jong Sook Hong, Ho Dong.Kim, Myung

B. Szpunar and J.A. Szpunar, (2012),

Seung Yang, Hyun Soo Park, Howard

Application of density functional theory

Menlove,

in assessing properties of thoria and

Ahmed

Abou-Zahra

and

Winston Alston, Safeguards Experience

recycled

on the DUPIC Fuel Cycle Process, LA-

Materials, article in press.

UR-01-0936

2.

5.

Korea

Atomic

Energy

6.

fuels,

Journal

of

Nuclear

Geun Il Park, Jae Won Lee, Jung Won

Research Institut-Korea, Los Alamos

Lee, Young Woo Lee and Kee Chan

National Laboratory, Los Alamos-USA

Song, (2008). Effect of impurities on the

International Atomic Energy Agency,

microstructure of DUPIC fuel pellets

Vienna,

using the simfuel technique, Nuclear

http://lib-www.lanl.gov/la-

pubs/00796025.pdf, diakses 27-6-2014

Engineering and Technology, Vol.40

Myung Seung Yang, Hangbok Choi,

No.3.

Chang Joon Jeong, Kee Chan Song, Jung Won Lee, Geun Il Park, Ho Dong Kim,

JTBN | 110


7.

8.

G. Brillant, F. Gupta and A. Pasturel,

Choi and Jin Kyoung Kim, (2007),

(2011), Fission products stability in

Evaluation of proliferation resistance

uranium dioxide, Journal of Nuclear

using the INPRO methodology, Nuclear

Materials, 412.

Engineering and Technology, Vol. 39,

http://nextbigfuture.com/2009/04/dupic-

No. 2.

fuel-cycle-direct-use-of.html, Fuel Cycle,

DUPIC

13. Erilia Yusnitha, Tri Yulianto dan Etty

Direct Use of Pressurized

Mutiara, (2013), Pengaruh Burn Up

Water Reactor Spent Fuel in CANDU,

Terhadap

diakses 25 Juni 2014.

Simulasi Bahan Bakar Bekas, Jurnal

9. Sigit, (2006), Proses Fabrikasi Bahan Bakar

Ilmiah

Karakteristik

Daur

Bahan

Pelet

Bakar

Sinter

Nuklir

DUPIC, Prosiding Seminar Nasional XV

URANIA, Vol. 19, No. 3, 149-160,

Kimia Dalam Industri dan Lingkungan,

Serpong, ISSN 0852 – 4777.

hal. 69-74, Yogyakarta, 7 Desember 2006, ISSN 0854-4778.

14. Erilia Yusnitha, Sigit, Bambang, H., Agus, S.D.S., Mugiyono, Ade Mahpudin,

10. Sigit, Martoyo, Ngatijo, Rahmat, P. dan R.

Triarjo, Suyoto, Iwan, S., Yatno, D.A.S.,

Didiek, H., (2005), Pengaruh Siklus Proses

Sugeng, R., M.M. Lilis W., Benawa,

Oksidasi-Reduksi

S.G.,

Uranium

Oksida

Ngatijo.

Rahmiati,

Asminar,

Terhadap Densitas Dan Butiran Serbuk

Mu’nisatun, S., Mujinem, Isfandi, Slamet,

U3O8 Dan UO2, Jurnal Teknologi Bahan

P., (2014), Pengembangan Teknologi

Nuklir, Vol.1, No. 2, Juni 2005, hal 68 -76,

Proses DUPIC, Hasil-hasil Penelitian

P2TBDU BATAN, Serpong, ISSN 1907-

EBN Tahun 2013, PTBBN-BATAN,

2635.

Serpong, ISSN 0854-5561.

11. Sigit, Ghaib Widodo, Haryono, S.W.,

15. B. Szpunar, J.A. Szpunar, V. Milman and

Supardjono, M. dan Nurwidjajadi, (2008),

A. Goldberg, (2013), Implication of

Pengaruh Temperatur, Waktu Oksidasi

volume changes in uranium oxides: A

dan Konsentrasi ZrO2 Terhadap Densitas,

density functional study. Solid State

Luas Permukaan dan Rasio O/U Hasil

Sciences 24, 44 – 53. K.H. Kang, S.H.

Reduksi

Na, K.C. Song, S.H. Lee and S.W. Kim,

(U3O8+ZrO2), Jurnal

Ilmiah

Daur Bahan Bakar Nuklir URANIA,

(2007),

Vol.14, No.3, Serpong, ISSN 0852-4777.

simulated fuel with dissolved fission

12. Myung Seung Yang, Joo Hwan Park, Won Il Ko, Kee Chan Song, Kun Mo

JTBN | 111

products

Oxidation

in

air

behavior

at

Thermochimica Acta 455.

of

573-873

the

K,


16. Reijo Pehrman, Martin Trummer, Claudio M. Lousada and Mats Jonsson, (2012),

Bahan Nuklir Vol. 9, No. 1, 1-11, ISSN 1907-2635

On the Redox Reactivity of Doped UO2

18. Abdul Latief, Tata Terbit S., Djoko

Pellets – Influence of Dopants on the

Kisworo, Slamet Pribadi dan Arief, S.A.,

H2O2 Decomposition Mechanism, Jounal

(2005), Pengaruh Tekanan Pengompakan,

of Nuclear Materials, 430.

Komposisi Er2O3 Dan Penyinteran Pada

17. Futichah,

Tri

Yulianto,

(2013),

Temperatur Rendah Terhadap Kualitas

Pembesaran Ukuran Butir UO2 dengan

Pelet

UO2+Er2O3,

Jurnal

Teknologi

Penambahan Dopan Untuk Mengurangi

Bahan Nuklir Vol. 1, No. 2, 58-107, ISSN

Pelepasan Gas Fisi, Jurnal Teknologi

1907-2635.

JTBN | 112

Karakterisasi pelet sinter simulasi DUPIC hasil proses oksidasi-reduksi siklus ke-1

Recommend Documents