KE DAFTAR ISI ISSN 0854 - 5561
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
KOMPATIBILITAS MATRIK AI DENCAN BAHAN BAKAR JENIS UMo Aslina Br.Ginting ABSTRAK KOMPATIBILITAS
MATRIK AI OENGAN BAHAN BAKAR
JENIS UMo. Kompatibilitas
matrik AI dan bahan bakar UMo ditandai dengan tidak te~adinya reaksi antara matrik AI dengan UMo. Untuk membuktikan ada tidaknya interaksi bahan bakar UMo dengan matrik AI dilakukan penelitian tentang kompatibitas matrik AI dengan bahan bakar UMo menggunakan alat Differential Thermal Analysis (OTA) dari temperatur 30°C hingga 1700°C Oari analisis diperoleh
dengan kecepatan pemanasan 10°C/menit.
bakar jenis UMo dengan kandungan Mo 7%, 9%, 10% dan 15%
hasil
bahan bahan
mengalami perubahan
fasa dari fase a + cS menjadi fasa a + y pada temperatur 576,52°C hingga 580,16 °C. Pada temperatur 643,04°C hingga 645,37°C terjadi puncak endotermik yang menunjukkan terjadinya peleburan matrik AI. Pada temperatur 669.25°C hingga 679.14°C terjadi reaksi eksotermik yang menunjukkan interaksi antara leburan matrik AI dengan UMo dengan melepaskan sejumlah panas dan pada temperatur 1339.1 OoC hingga 1344,26°C te~adi reaksi endotermik yang menunjukkan terjadinya reaksi antara lelehan matrik AI dengan uranium membentuk senyawa UAlx dengan menyerap sejumlah panas. Oari hasil analisis ini dinyatakan bahwa matrik AI sangat kompatibel dengan bahan bakar UMo hingga temperatur 643.03°C tetapi diatas temperatur tersebut matrik AI telah bereaksi dengan bahan bakar UMo.
PENDAHULUAN
diinginkan
Berdasarkan
hasil analisis
fabrikator
persyaratan
ditunjang dengan keselamatan operasi reaktor bahwa pelat elemen bakar U3Si2-AI dengan sang at baik di gunakan sebagai bahan bakar di dalam reaktor1J. Sedangkan untuk tingkat
bakar
maju yang mempunyai
menjadi
5.2 g/cm3
bakar
densitas tinggi sekitar
18,6 g/cm3 adalah paduan UMo-AI. Paduan UMo
U3Si2-AI
dengan tingkat muat uranium 5.2 g/cm3 pada proses tabrikasi mengalami kendala dalam hal ketebalan kelongsong AIMg-2 yang dipersyaratkan. Bila muatan uranium ditingkatan
elemen
dengan
mencari bahan bakar maju yang mempunyai densitas lebih tinggi dari bahan bakar U30B-AI maupun U3Si2-AI. Salah satu bahan bakar
elemen bakar tersebut tidak mengalami kendala dalam proses fabrikasi tetapi penggunaannya didalam reaktor sedang dalam penelitian. bahan
pelet
sesuai
Oleh karena itu dalam meningkatkan muatan uranium. dilakukan penelitian dan pengembangan bahan bakar reaktor riset untuk
muat uranium 4.2 dan 4.8 g/cm3 data analisis fabrikasi menunjukkan bahwa kedua pelat
untuk
tabrikasi
tidak
reaktor riset karena ketebalan kelongsong bahan bakar yang dipersyaratkan adalah minimum 0.25 mm dan maksimum 0.36mm.
tingkat muat uranium 2,9 g/cm3 dan 3.6 g/cm3
Tetapi
karena
dipilih sebagai
bahan
bakar maju reaktor riset dan sekaligus sebagai pengganti bahan bakar U30B dan U3Si2• Paduan UMo mempunyai densitas sekitar 18,6 g/cm3 dibanding bahan bakar U3Si2 hanya sekitar 12.2
menyebabkan
, sehingga paduan UMo tersebut dengan mudah dapat dibuat menjadi elemen bakar nuklir dengan tingkat muat uranium lebih besar dari 6
g/cm3[2]
volttme inti elemen bakar akan meningkat sehingga berpengaruh kepada perubahan ketebalan kelongsong AIMg2. Hal ini tidak
9 U/cm3. Keunggulan lain yang dimiliki paduan
24
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
ISSN 0854 - 5561
dan UAI4) [3.41.Sedangkan
UMo adalah mempunyai daerah fasa gamma (y) relatif besar dan mempunyai kompatibilitas
mengalami
panas dengan matrik AI relatif
baik[3] . Karena keunggulan yang dimiliki oleh paduan UMo tersebut maka paduan UMo tersebut merupakan salah satu bahan bakar
pembentukan senyawa UAlx pada temperatur 1372°e[5,6], Berdasarkan informasi dan hasil analisis
reaktor riset yang perlu dipelajari dan dilakukan penelitian dan pengembangan teknologi
terhadap kedua bahan bakar diatas maka untuk
serta stabilitas
fabrikasinya. Proses
fabrikasi
untuk
mengetahui kompatibilitas matrik AI dengan bahan bakar UMo perlu dilakukan suatu
pembuatan
bahan bakar jenis UMo, paduan UMo tersebut harus didispersikan dengan matrik AI, dimana
pembuktian Kemudian hasilnya akan dibandingkan dengan fenomena yang terjadi pada bahan bakar U30a dan U2Si3. Hasil
matrik AI tersebut berfungsi sebagai penghantar
penelitian
panas dalam bahan bakar serta berfungsi untuk mengisi kekosongan porositas yang terdistribusi didalam bahan bakar UMo. Oistribusi matrik AI
masukan kepada fabrikan bahan bakar reaktor riset untuk memahami karakter bahan dalam
ini
diharapkan
yang merata didalam bahan bakar UMo menyebabkan tidak terjadinya pengelembungan
METODELOGI PENELITIAN
bahan
1. Bahan:
bakar
sewaktu
digunakan
dapat
menjadi
mendesain bahan bakar jenis UMo,
di dalam
reaktor . Begitu pentingnya kegunaan matrik AI di dalam bahan bakar UMo maka perlu
Bahan Bakar UMo-AI dengan 7%, 9%, 10% dan 15%
dipahami dan diketahui fenomena yang terjadi
2. Peralatan :
kandungan
Mo
Differential Thermal Analysis (DTA)
akibat interaksi paduan UMo dengan matrik AI.
3.Cara
Oiduga fenomena tersebut akan menyebabkan perubahan karakter didalam bahan bakar.
Kerja Sampel
U Mo-AI hasil peleburan
U
AI dan bahan
dan Mo logam dengan kandungan Mo 7%, 9%,
bakar UMo ditandai dengan tidak terjadinya reaksi antara matrik AI dengan UMo. Salah
10% dan 15% disiapkan, kemudian masingmasing ditimbang seberat 85 mg. Sampel
satu langkah yang dilakukan untuk membuktikan kompatibilitas matrik AI dan bahan bakar UMo
bahan bakar dengan kandungan Mo 7% yang sudah diketahui beratnya dimasukkan kedalam krusibel Alumina. Kemudian dimasukkan
Kompatibilitas
matrik
dengan mempelajari fenomena interaksi bahan bakar UMo dengan matrik AI dengan alat
kedalam chamber OTA rod untuk divakumkan 10-1bar.
Setelah
tercapai
beberapa informasi ilmiah diketahui bahwa sebelum bahan bakar UMo irradiasi didalam
kondisi vakum selanjutnya dialiri gas Argon dengan
chamber tekanan
OTA rod 2,5 bar.
reaktor dilakukan beberapa proses yaitu proses atomisasi dalam pembuatan serbuk UMo yang
Analisis kompatibilitas matrik AI dengan bahan bakar UMo dilakukan pad a temperatur ruangan hingga mencapai temperatur 17000e
Differential
Thermal
Analysis
(OTA).
hingga
Oari
dilanjutkan dengan proses fabrikasi. Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan analisis tentang kompatibilitas
matrik AI dengan bahan
senyawa
kecepatan
pemanasan
10oe/menit
[7,a]. dengan 2x pengulangan pengukuran Langkah pengukuran yang dilakukan terhadap
bahan
analisis OTA terse but diperoleh bahwa bahan bakar U30a dan U2Si3 sangat stabil terhadap panas hingga temperatur 600oe. Tetapi diatas 6000e yaitu pada 637,5°e bahan bakar U30a telah bereaksi dengan matrik AI membentuk U02 dan AI203 dan pada akhir reaksi termik terjadi pembentukan
tekanan
dengan
bakar lama yaitu U30a dan U2SiP.4]. Oari hasil
•
U2Si3
reaksi termik pada temperatur 639Pe membentuk senyawa U(AI,Si)x yang diikuti oleh
bakar
dilakukan
dengan
dengan
masing-masing kandungan Mo
kandungan
Mo
7%,
cara yang sama terhadap bahan 9%, 10%
bakar dengan dan 15%. Hasil
analisis OTA berupa terrnogram puncak endotermik atau eksotermik dievaluasi .
UAlx (UAI2,UAI3
Temperatur
25
mulai
terbentuknya
puncak
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
tersebut
disebut
onset
temperatur
ISSN 0854 - 5561
a + Y [91. Perubahan fasa ini ditunjukkan dengan adanya perubahan base line aliran
dan titik
akhir terbentuknya puncak tersebut disebut top temperatur. Sedangkan luas puncak yang terbentuk menunjukkan jumlah dibutuhkan atau dilepaskan.
panas
panas dari pengukuran pad a temperatur 580.16°C seperti yang terlihat pad a puncak 1
yang
Gambar-1. Perubahan fasa yang terjadi pad a temperatur !;i80,16°C tidak menyebabkan
HASIL .DAN PEMBAHASAN Dari
analisis
kompatibilitas
interaksi matrik AI dengan bahan bakar UMo. Hal ini dibuktikan dengan hasil analisis termal masing-masing terhadap serbuk AI 99,999%
yang
dilakukan terhadap paduan UMo-AI dengan kandungan Mo 7% ,9%, 10% dan 15%, diperoleh
hasil
bahwa
matrik
AI
dan UMo seperti yang ditunjukkan Gambar 2a dan 2b. Dari hasil analisis ini terlihat aliran
sangat
panas untuk serbuk AI 99,999% mulai berubah
kompatibel dengan bahan bakar UMo hingga temperatur pemanasan 643,04°C. Tetapi pad a temperatur 580,16°C paduan UMo dengan
pad a temperatur 660,52°C, sedangkan aliran panas bahan bakar UMo telah berubah pada
kandungan
temperatur 578,63°C.
7%
perubahan fasa
Mo
telah
mengalami
dari fasa a + 8 menjadi fasa Crucible: Al203 1 Ma •• (mg) :120.7
experiment: Ujl UMo-Ai 1'%,3G-155OoC.100C1men Atm. : Ar UJIUMo-AI15%.30-155OoC.100C1men(Ulangan) (Seq 1) _;;:;:;;;;._~-;~-, 03-22~5 Procedure: ·-·······1····· "T--'··· . ····-·--r·..·-_·__m ••• ···T ----·•.·····-1 ---'---'T-----0: __ j -.----r-----.-----r Heat Flow/ mW
-..,..-- ...• ~ 130
l'
Exo
110
3
90
5
-30
200 •• mmm
•••••
300 400 L- ..-----L-_. __,
500
.L...
600
700
I
Gambar-1. Reaksi Termokimia
800
I
900
!
100(0 1100
L.....-J
Kompatibilitas
!
141400
1300 1.
'
Temperaturel
.
!
Matrik AI Dengan UMo Pada
Kandungan Mo 7%
26
1200
·C
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
ISSN 0854 - 5561
~A_~,I
.---r
Feg. : Experiment: 03-14-05 Procedure:
AI stand,30-75OoC,100C1men (14-03-05 ~: AI sland,3()"75OoC,100C/men (14-03-05) (Seq 1)
Crucible: A1203.J Mass (mg) 85.1
Ar
Heat Flowl mW
o -25 Onset Temp - 660,52oC
-75 -100 -125 -150 -175 -200 -225 -250 50
100
150
,
250 i
200
300
Gambar-2a.
r---,
Fig. : Experiment: 01-07-05 Procedure:
350
~O
450
Termogram
'.
550
600
,
650
DTA serbuk AI 99,999%
Mo Standard, 3()"10000C,100C/mt Ut.,1o..
5~0
3O-10000C,100C1mt
Crucible:
(07-o1JQfi),: Ar (31-12-0.4) (Seq 1)
AI 100 I,d
Mass (mg) H7.5
Heat Flow/ mW
0.0005
t
Exo
0.0004
0.0003
50
,
100
160
,
200
,
250
300
Gambar-2b.
350
400
,
Termogram
27
450 ,
500
,
550
600
Temperaturel
DTA Bahan Bakar UMo
·C
•••. 'iI<
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
Oari Gambar-1
puncak
ISSN 0854 - 5561
-2 diperoleh
bahwa pada temperatur 645,37°c temperatur 661,28°c paduan UMo
pada
puncak-3
terjadi
berdekatan
dengan
hingga dengan
puncak endotermik peleburan matrik AI yang terjadi pada puncak-2. Hal ini disebabkan
kandungan Mo7% mengalami reaksi peleburan matrik AI dengan membutuhkan panas sebesar 132,85J/g. Fenomena peleburan matrik AI ini
karena adanya pengikatan atau difusi lelehan martik AI kedalam bahan bakar UMo secara
diindikasikan
dengan terjadinya
cepat, yang di.sebabkan
reaksi termo-
AI mempunyai kontak antar muka dengan gaya gerak yang lebih besar sehingga ikatan
kimia endotermik pad a onset temperatur 645,37°c dan berakhir pad a top temperatur 661 ,28°C. Hal ini menunjukkan bahwa matrik AI didalam temperatur
karena lelehan matrik
intermetalik lelehan AI dengan UMo terjadi secara simultan dengan reaksi peleburan matrik
UMo 7% mulai melebur pada 645,37°c dan berakhir melebur
AI(9). Pembentukan
senyawa
U(AI,Mo)x
pada
reaksi eksotermik tersebut menunjukkan bahwa pemanasan hingga temperatur 719,20°c terbentuk dua senyawa UAlx dan
pada temperatur 661,28°c dengan membutuhkan panas sebesar 132.85J/g. Pad a pemanasan lebih lanjut terhadap paduan UMo 7% pad a temperatur 679,14°c
UMo
dalam
kondisi
meta
stabil,
sehingga
hingga 719,20°c seperti yang ditunjukkan pada Gambar-1 puncak-3, jelas terlihat bahwa
pemanasan lebih lanjut pada temperatur 1339,11°c sampai dengan 1346,13°c terjadi reaksi termokimia membentuk puncak
hasil leburan matrik AI secara langsung bereaksi dengan bahan bakar UMo memben-
endotermik yang menunjukkan terjadinya pembentukan senyawa UAlx (UAI4, UAI3 dan
tuk senyawa U(AI,Mo)x[9). Reaksi pembentukan
UAI2) dari senyawa U(AI,Mo)x seperti yang terlihat pada puncak 4 Gambar-1. Pembentukan senyawa UAlx (UAI4, UAI3 dan
senyawa U(AI,Mo)x ditunjukkan dengan terjadinya reaksi termokimia eksotermik secara cepat setelah terjadi
reaksi peleburan matrik
UAI2) terjadi disebabkan oleh pengikatan logam uranium dengan lelehan matrik AI membentuk senyawa tersebut (9.10J .
AI. Pembentukan senyawa U(AI,Mo)x mulai terjadi pada onset temperatur 679,14°c dan berakhir pada top temperatur719,20°c mengeluarkan sejumlah panas
dengan sebesar
Reaksi termokimia bahan bakar reaksi berikut
358,64J/g seperti yang ditunjukkan pada puncak 3 Gambar-1. Reaksi termik eksotermik UMo + AI (padat) UMo + AI (padat) UMo
+ AI (Iiq )
UMo + U(AI,Mo)x Fenomena
• • • •
UMo-AI 9J.
(580°C) (645.37°C)
UMo + U(AI,Mo ) x UAlx + Mo
(679.14°C) (1339.11°C)
terjadi
menurut
AI
dung an matrik AI didalam bahan bakar Mo 7%
dengan bahan bakar UMo pad a kandungan Mo 7% hampir sama dengan bahan bakar UMo pada kandungan Mo 9% 10 % dan 15%. Pad a
lebih besar dibanding dengan kandungan matrik AI didalam bahan bakar UMo 9%,10%
bahan bakar UMo dengan kandungan Mo 9%, 10% dan 15% terjadi reaksi termokimia
matrik AI dengan uranium membentuk senyawa UAlx terjadi lebih besar. Hal ini
sebayak
4 (empat)
tahap.
matrik
dapat
pada
[4,
UMo + AI (padat) UMo + AI (Iiq)
kompatibitas
yang terjadi
Sedangkan
dan
pada
15%, sehingga
didukung
bahan bakar UMo dengan kandungan Mo 7%
oleh
menyebabkan
terbentuknya
interaksi
puncak
terjadi reaksi termokimia sebanyak 5 (lima) tahap . Terjadinya perbedaan reaksi termik
endotermik pad a temperatur 1425,86°c hingga 1478,62°c seperti yang terlihat pad a puncak-5 Gambar-1. Puncak endotermik. tersebut
pada bahan bakar Mo 7% dibanding dengan 9%, 10% dan 15% disebabkan karena kan-
menunjukkan lanjutan untuk
28
terjadi reaksi termokimia pembentukan senyawa UAlx
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
ISSN 0854 - 5561
a
7%,9%,10%
menjadi fasa a + y [9] pad a masingtemperatur 578,63°C dan 578,48°C
+ 8 masing
dengan membutuhkan panas sebesar 21,14 JIg. Fenomena reaksi termik kompatibilitas matrik AI dengan bahan bakar UMo untuk
seperti yang terjadi pad a 7%pada suhu 580,160C.
dan 15% Mo secara menyeluruh
ditunjukkan
dengan
kandungan Fenomena
adanya
perubahan
ditunjukkan pada Gambar-1 hingga Gambar-5 dan pad a Tabel-1. Oari Gambar -3 dan 4 terlihat bahwa
line aliran panas dari pengukuran temperatur 578,63°C dan 578,48°C
bahan bakar UMo dengan kandungan 9% dan
yang terlihat
10 %Mo mengalami perubahan fasa dari fasa
puncak-1 Gambar-4
DI-~~!!~.~J ............ ---r Heat Flowl mW 1~0 150
r
Fig. : Experiment: 03-17-C15 Procedure: -,···········r·······
Ujl UMo-Al9%.3G-155OoC.100C1men 17..Q1.d1i.: At Uji UMo-Al5%.3G-155OoC.100C1men 15-03-05 (Seq 1) r , ·T···· .. · .. , ········T··· ·· . ······r·· ----,
base pada seperti
Gambar-3
dan
Crucible: Al203 1 Maas(mgl :103.5 ......,
1'
··· ·1il
I·
if' Exo
130 Enthalpy I
110 90
pad a puncak-1
Mo ini
Onsel point: 673.34 ·C Peak 1 top: 709.74 ·C JIg: -350.9522 (Exothermic effect)
Onset point: 643.57 ·C Peak 1 top : 661.03 ·C Enthalpy I JIg: 129.5703 (Endothermic effect)
70 50 3D
10
4
,...::10
Onset point: 1 340.97 ·C Peak 1 top: 1 353.56 ·C Enthalpy I JIg: 26.2071 (Endothermic effect)
-30
2 200
300
400 500 _.L_.----L-
.l.....•....•..•.
.•. _L __
600'
_.L
i700 ..Ll-
800 L.
Gambar-3. Reaksi Termokimia
__
900
L._
1000
L
Kompatibilitas
1100 _.L
1200
1300
.1..•••..............L
Temperature/"C
1.
---'-
..•
Matrik AI Dengan UMo Pad a
Kandungan Mo 9% Oari
hasil
analisis
terlihat
bahwa
paduan
bahan
kedua paduan ini sangat kompaktibel
dengan
senyawa dengan
U(AI,Mo)x . Hal ini diindikasikan pembentukan puncak eksotermik
matrik AI hingga temperatur pemanasan 643,04°C. Pada temperatur 643,57°C hingga 661,03°C matrik AI dalam paduan UMo 9%
709,74°C.
membentuk
Reaksi
pembentukan
senyawa
U(AI,Mo)x yang ditunjukkan reaksi termokimia eksotermik mengeluarkan panas sebesar
temperatur 643,57°C hingga 661,03°C seperti yang terlihat pada puncak-2 Gambar-3. Reaksi matrik AI terse but
UMo
secara cepat dan simultan dengan reaksi endotermik pada temperatur 673,34°C hingga
mengalami reaksi peleburan yang ditunjukkan oleh pembentukan reaksi endotermik pada
peleburan
bakar
350,95 JIg. Pembentukan senyawa U(AI,Mo)x terjadi secara cepat yang bersamaan dengan
membutuhkan
panas sebesar 129,57J/g. Oari puncak -3 _ Gambar-3 jelas terlihat bahwa hasil leburan
rekasi peleburan disebabkan oleh
matrik AI pada temperatur 643,57°C hingga 661,03°C secara langsung bereaksi dengan
matrik AI. Hal karena lelehan
ini terjadi matrik AI
secara cepat berdifusi dan bereaksi dengan paduan UMo membentuk senyawa U(AI,Mo)x.
29
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
FIg.:
ISSN 0854 - 5561
Experiment: UJIUMo-A/I8%,30-155OoC.1OoC1men 17.Q&&:
Crucible:
AI
03-17..05 Procedure: UJIUMo-A/5%;30-155OoC.100CJmen 1~3-05 (Seq 1) --- -----I------ ........•···- ·--··--·-·-r I !··-·-------1----· ----,---- I 1·-··- -----[- ----,----------) ..-'iW Flowl mW 2QO
Al203 1
Mas. (mg) :103.5 -
,-
···---------1···--·-------,.--------------
I
A\ Exo
180
-20
...• 0
1
-60
-80 100
200
____I
300
4100
500
J...._ ..._L
600
TOO
L -L......
800
l
900
I
1000
1100
1. ----L __
1200 .J
1300
I
Temperature'"C
L..
I
Gambar-4. Reaksi Termokimia Kompatibilitas Matrik AI Dengan UMo Pada Kandungan Mo 10% Pad a pemanasan
lebih lanjut
hingga
Gambar-5.
Pada temperatur
576,52°C
bahan
temperatur 1340,90°C sampai dengan 1353,56°C bahan bakar UMo 9% mengalami
bakar UMo dengan kandungan 15% Mo juga mengalami perubahan fasa dari fasa a + 0
reaksi
menjadi fasa a + y. Pad a temperatur
termokimia
membentuk
puncak
641 ,O°C
endotermik yang mengindikasikan terjadinya pembentukan senyawa UAlz, UAI3 dan UAI4 seperti yang terjadi pad a bahan bakar UMo-
peleburan
7%. Hal yang sama juga terjadi terhadap bahan
sebesar
bakar dengan kandungan Mo 10% seperti yang ditunjukkan pada Gambar-4 dan Tabel-1.
matrik AI ini diindikasikan dengan terjadinya reaksi termokimia endotermik pad a onset
hingga temperatur 660.64°C paduan UMo dengan kandungan Mo 15 % mengalami reaksi
Bahan bakar UMo-AI dengan kandungan 15% mengalami reaksi termokimia
temperatur
matrik
AI dengan
117,19J/g.
643,04°C
membutuhkan
Fenomena
dan berakhir
peleburan
pada top
temperatur 660,64°C seperti yang ditunjukkan pada Gambar-5 puncak -2.
dengan 4 tahap seperti yang ditunjukkan pada
30
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
ISSN 0854 - 5561
Crucible: Al2031
M_. (mg)
:1.08.5
..
1 4 2 40-0
500
... .I..
1._
600 ._
_J
TOO _
_ . m ••••••••••Ml
,._~
800
900
.1.."
3.
1000 _,
...J_ __ ~,,
1100
1200
1...
}
1300
Tomperatur""'C
__ L
.1...•.••..•.....
~
.
Gambar-5. Reaksi Termokimia Kompatibilitas Matrik AI Dengan UMo Pada Kandungan Mo 15% Pemanasan pad a temperatur 669,25°C terlihat bahwa hasH leburan
tersebut sang at kompatibel dengan bahan bakar UMo hingga temperatur 643,04°C. Pada
matrik AI secara langsung bereaksi dengan bahan bakar UMo membentuk senyawa
temperatur sekitar 643,04°C hingga 661,.28°C keempat paduan bahan bakar tersebut
U(AI,Mo)x. Reaksi pembentukan senyawa U(AI,Mo)x ditunjukkan dengan terjadinya reaksi
mengalami
hingga
704,noC
panas sebesar 343,28J/g
tersebut
menunjukkan
seperti
oleh karena kandungan matrik AI didalam paduan UMo-AI tersebut bertambah kecH
bahwa
dengan
terjadi
reaksi
naiknya
kandungan.
%Mo,
sehingga
panas yang dibutuhkan juga semakin berkurang. Pad a kisaran temperatur 669,25°C
tidak stabil[9,10jsehingga pada pemanasan lebih lanjut hingga temperatur 1344,26°C sampai 1355,2°C
dengan
kecil dengan meningkatnya kandungan %Mo didalam paduan tersebut. Hal ini disebabkan
pemanasan hingga temperatur 704. nOc terbentuk dua senyawa UAlx dan UMo yang
dengan
AI
dibutuhkan untuk peleburan matrik AI bertambah
yang ditunjukkan pada puncak -3 Gambar-5. Pembentukan senyawa U(AI,Mo)x pada reaksi eksotermik
matrik
membutuhkan sejumlah panas seperti yang dituangkan pada Tabel-1. Besar panas yang
termokimia eksotermik secara cepat setelah terjadi reaksi peleburan matrik AI dengan mengeluarkan
peleburan
hingga 719,20oC keempat paduan bahan bakar tersebut mengalami reaksi pembentukan
termokimia
membentuk puncak endotermik yang menyatakan pembentukan senyawa UAlx (UAI4, UAh dan UAI2) seperti yang terlihat pada puncak 4
senyawa U(AI,Mo)x reaksi peleburan
yang simultan matrik AI.
dengan Reaksi
pembentukan senyawa U(AI,Mo)x ditunjukkan dengan reaksi termokimia eksotermik dengan
Gambar-5. Pembentukan senyawa UAlx (UAI4, UAI3 dan UAI2) terjadi disebabkan lelehan matrik AI berdifusi dengan logam uranium membentuk
melepaskan sejumlah panas. Besarnya panas yang dibutuhkan bertambah kecil dengan
senyawa tersebut sebesar 24,26 JIg.
bertambahnya menunjukkan
dan
membutuhkan
panas
Dari hasH analisis kompatibilitas matrik
kandungan Mo. Hal ini reaksi termokimia eksotermik
yang terjadi dominan dipengaruhi besarnya jumlah lelehan matrik AI
_ .AI dengan bahan bakar UMo kandungan Mo 7%,9%,10% dan 15% dengan menggunakan alat DTA dapat diketahui bahwa matrik AI
mampu berinteraksi dan mengikat UMo membentuk senyawa U(AI,Mo)x.
31
oleh yang
paduan
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
ISSN 0854 - 5561
Pad a temperatur 1339,1°C hingga temperatur 1355,5°C paduan bahan bakar tersebut mengalami reaksi termokimia endotermik
Silisida Densitas OTH/LAK/01/98. 2.
yang menunjukkan terjadinya pembentukan senyawa UAlx• Pembentukan senyawa UAlx tersebut denga~
3.
Sebagai
ASLINA BR GINTING,
Penelitian Teknologi 1998. 4.
dan dibandingkan dengan analisis terhadap bahan bakar U30a-AI dan U3Si2-AI dapat
Bahan
Bakar
Perbedaan
Reaksi
G.l
Dasar IImu Pengetahuan Dan Nuklir, Yogyakarta 26-27 Mei
.COPELAND and J.L. SNELGROVE"
Examination of Irradiation High U-loaded U30a-AI fuels Plates" Proceeding of the International Meeting on Research and Test Reactor Core Conversations from HEU to
dinyatakan bahwa Umo tersebut sangat kompatibel dengan matrik AI hingga temperatur 643,04°C. Bahan bakar UMo mulai berinteraksi
lEU Fuels,ANU1987
dengan matrik AI sekitar temperatur di atas 643,04°C, sedangkan bahan bakar U3Si2-AI
5.
pada temperatur 639 dan bahan bakar U30a-AI pada temperatur 637,5°C
RF
DOMAGALA, T.C.WlNCEK, SNELGROVE, M.I.HOMA and
J.L. RR
HEINRICHh, "DTA Study of U3Si2 - AI and U3Si2 - AI Reactions", IAEA - TECDOC -
KESIMPULAN
643(4) ,1992.
Dari hasil analisis kompatibilitas matrik
6.
AI dengan bahan bakar UMo dapat dipahami bahwa bahan bakar jenis UMo dengan kandungan Mo 7%, 9%, 10% dan 15% sangat kompatibel dengan matrik AI hingga temperatur 643,04°C. Diatas temperatur tersebut bahan
J.L. SNEGROVE, RF.DOMAGALA, G.L.HOFMAN, T.C.WINCEK, G.L. COPELAND, RW.HOBBS and RL.SENN, "The Use of U3Si2 Dispersed AI .in Plate Type Fuel Elements for Research and Test Reaktor", ANl / RERTR /TM 11,1987.
bakar UMo telah berinteraksi dengan matrik AI membentuk senyawa U(AI,Mo)x. Semakin besar
7.
CHANG-KYU Interface
SARAN
8.
Dalam hal mengetahui dan memahami keunggulan lain bahan bakar UMo-AI maka 9.
analisis lainnya.
"laporan
Analisis
Elemen
Bakar
U3Si and
Aluminium"
Analyzer
Type
F.SMITH,"Material Edition,
Science Volume
Keselamatan ke
32
92",
THADDEUS B. MASSAlSKI,"Binary Alloy Phase Diagrams" Second Edition, Volume 3, USA,1992. Enginering",Second USA, 1992.
SERBA
Oksida
11-
Korea Atomic Energy Institute, Daejon 305606, Korea, April 1991. SETARAM," Manual Operation for
10. WilLIAM DAFT AR PUST AKA REAKTOR
Bitween
Differential Thermal France, 1992.
perlu dilakukan analisis lebih lanjut yaitu karakterisasi sifat mekanik, strukturmikro dan
TIM KESELAMATAN
RHEE, SU-II PYUN and
HIUN KUK,"Phase Formation and Growth at
kandungan Mo semakin kecil panas yang dibutuhkan maupun yang dilepaskan untuk melakukan reaksi termokimia tersebut.
Penggantian
Kandidat
Termokimia Bahan Bakar U30a-AI Dengan U3Si2-AI, Prosiding Pertemuan IImiah
kompatibitas matrik AI dengan bahan bakar UMo pada kandungan Mo 7%, 9%, 10% dan 15%
_GUNA
RSG.
Reaktor Riser Presiding Persentasi IImiah Daur Bahan Bakar Nuklir V, Jakarta, 1999.
Besarnya reaksi endotermik yang terjadi sangat dipengaruhi oleh jumlah lelehan matrik AI dapat mengikat uranium dalam senyawa U(AI,Mo)x. Bila dievaluasi dari hasi analisis
1.
g/cm3",
M.HUSNA AlHASA, ASMEDI SURIPTO," Karakterisasi Mekanik dan Mikrostruktur UMo
membutuhan panas yang berkurang menurunnya kandungan %Mo.
2,96
KE DAFTAR ISI
and 3,
