Tundjung
PEMBUATAN
PELET CAMPURAN
UOz, UJOs d~n TiOzl
}.~ ~L(f/;.
lndrati Yulianti2, Rochim Suratman3 daD Busron Masduki2 ABSTRAK PEMBUATAN PELET CAMPURAN UO2. UJOs DAN TiO2' Pelet U02 digunakan sebagai bahan bakar reaktor daya. Uranium oksida, U,Os sebanyak 1O % (berat) berfungsi sebagai pembentuk pori-pori yang relatif besar dan terdistribusi merata. Titan dioksida (0, I % berat) berfungsi sebagai "dopping" sehingga densifikasi pelet pada proses sinter terjadi lebih cepat. Petet mentah campuran basil kompaksi 3 ton/cm2 dipresinter terlebih dahulu kemudian dilanjutkan dengan proses sinter dalam atmosfir argon yang terkungkung. Laju pemanasan pada proses presinter 150 °C/jam, suhu presinter 600 °C, 700 °C, 800 °C, laju pendinginan :!: 150 °C/jam dengan waktu presinter 3 jam. Gas H2 digunakan sebagai reduktor pada proses presinter dengan laju alir 2 I/jam. Laju pemanasan dan laju pendinginan proses sinter 150 °C/jam, suhu sinter 1400 °C dengan waktu sinter 3 jam. Berdasarkan penelitian didapat data perbandingan O/U pelet = 2,08, densitas pelet basil sinter 1O,I g/cm' atau 92,15 % densitas teoritis, kekerasan pelet ratarata 579 t 4,65 (HV), ukuran butir rata-rata 11,03 ~ m dan pori-pori tertutup terdistribusi merata dengan ukuran 1-3 ~m. Secara kuantitatif, pelet tersebut memenuhi syarat untuk bahan bakar reaktor daya, tetapi daTi struktur mikronya temyata pori-pori terbuka belum terbentuk secara sempuma. Saran yang perlu dilakukan untuk pembuatan pelet campuran tersebut adalah kompaksi untuk membuat pelet mentah dinaikan menjadi 6 ton/cm2.
ABSTRACT FABRICATION OF VOl, VJ08 AND TiO, MIXED PELLETS. Pellets UO, are used as fuel in the nuclear power reactor. Uranium oxide, U,08 (10 % weight) has a function as a formating the closed pore with a good distribution on pellet. The dopping Ti02 (0,1% weight) can make the densification on the sintering process faster than without dopping. The green pellets, compacted on 3 ton/cm', are presintered with H, as gas reductor, after that the presintered pellets are sintered with argon atmosphere bath system. The rate of heating of the presintering is 150 .C/hour, the temperature of presintered 600 .C, 700 .C, 800 .C, the rate of cooling is* 150 .C/hour and the time of presintering is 3 hours. In the presintering process, H, is used as reductor. The rate of heating and cooling on the sintering is 150 .C/hour , the temperature of sintering is 1400 .C and the sintering time is 3 hour. Based on the experiment, the ratio 0/0 of pellet is 2,08, the densitY of pellet is 10,13 grarn/cm' or the theory densitY is 92,15 %, the average hardness of pellet is 579 * 4,65 HV, the grain size is 11, 03 ~m and the size closed pores with a good distribution are 1 -3 ~m. Quantitatively, the pellet is aplicable for nuclear power reactor, but based on the microstructure, the open pores are not formed completely. For making the mixed pellets, the compaction of the green pellets should be improved to be 6 ton/cm2. KEY WORD
Pellets,ClosedPore,Sintering
PENDAHULUAN Reaktor nuklir menganut sistim pengaman berlapis. pengaman pertama adalah bahan bakar tersebut. Pengaman kedua adalah kelongsong bahan bakar bila bahan bakar yang digunakan bempa pelet. Pengaman ketiga adalah batang kendali. Pengaman keempat adalah air pendingin reaktor clan juga berfungsi sebagai moderator. Pengaman kelima adalah tangki reaktor. Pengaman keenam bempa perisai beton. Pengaman ketujuh bangunan reaktor. Ini masih ditambah dengan sistim kendali pegoperasian reaktor secara keselumhan [I]. Untuk mengoptimalkan fungsi pengaman pertama maka dalam pembuatan bahan bakar reaktor nuklir hams memperhatikan syarat syarat bahan bakar tersebut. Syarat tersebut tidak akan lepas dari, sifat mekanik, sifat fisis sifat thermal clan struktur mikro. Sifat termal pada tulisan ini ditinjau daTi perbandingan 0/0 yang terdapat pada pelet tersebut. Syarat-syarat tersebut dapat dipenuhi dengan membuat pelet U02 secarateliti.
Keistimewaan pada kertas kerja ini adalah pembuatan pelet UO2 dengan bahan dasar serbuk UO2 buatan Pusat Penelitian Nuklir YogyakartaBATAN, bukan buatan CEA Perancis maupun buatan KFA, German. Serbuk UO2 buatan PPNYBA TAN distribusi ukuran serbuknya masih tergolong jelek maka serbuk ini harus digranulasi. Proses granulasi ini bertujuan untuk memperbaiki mampu alir sehingga efek bridging tidak terjadi pada saat serbuk dikompaksi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui sejauh mana keberhasilan pembuatan pelet UO2 dengan serbuk buatan PPNY yang telah digranulasi. Proses sinter yang dipilih adalah sinter dua tahap. Tahap pertama adalah presinter dengan tujuan untuk mereduksi UJOs sehingga terbentuk jejak pori-pori daD menghindari kegagalan visual berupa keretakan atau pecah pada tahap selanjutnya . Tahap kedua adalah sintering dalam atmosfir argon terkungkung pada suhu 1200 °C daD 1400 °C. Tiap tahapan hasilnya dianalisa untuk mengetahui perbandingan O/U, densitas, kekerasan, daD struktur mikronya.
I Dipresentasikan pada Pertemuan IImiah gains Materi 1997 2 Pusat Penelitian Nuklir Yogyakarta-BATAN 3 Institut Teknologi Bandung
280
TEORI
ProsidingPerlemuanllmiah SainsMaleri 1997
/SSN/4/0-2897
Metoda yang digunakan adalah gravimetri untuk menentukan perbandingan O/U, metoda pengukuran dimensi dan berat untuk menentukan densitas, metoda Vickers untuk menentukan kekerasan dan metoda metalografi dengan menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) untuk menentukan ukuran butir pelet dan pori-pori pelet [2].
Bahan bakar reaktor daya banyak menggunakan bahan bakar 002 berbentuk relet. Syarat yang harus dipenuhi untlik bahan bakar reaktor daya, pelet 002 harus mempunyai densitas teoritis >90 %, kekerasan 600 HV, ukuran besar butir relet >} 0 J.lmuntlik reaktor jenis PWR dan 15 J.lmuntlik reaktor jenis HWR. Pori-pori relet harus terdistribusi merata dan berukuran > I ~m sampai dengan 3 J.lm. Pori-pori tersebut untlik menampung produk fisi sehingga diutamakan pori-pori tertutlip walaupun pori-pori terbuka juga perlu diperhatikan. Pelet dengan pori-pori berukuran relatif besar untlik mencegah efek restruktlirisasi pada saat relet digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir. Efek ini disebabkan adanya perpindahan masa yang lebih mudah karena konstribusi ukuran pori-pori yang kecil serta perbedaan suhu yang sangat besar antara suhu pendingin dan suhu ditengah-tengah relet. Akibat restruktlirisasi relet maka terjadi lubang ditengah-tengah relet. Akibat yang paling fatal pertama didahului terjadinya collapse pada kelongsong dimana kelongsong ini melengkung kearah dalam bahan bakar. Akibat kedua terjadi interaksi antara bahan bakar dan kelongsong secara langsung yang disebut PC} (Pellet-Cladding Interaction). Peristiwa ini juga akan diikuti tahapan selanjutnya yaitu kemudahan produk fisi berinteraksi dengan kelongsong dengan fenomena yang disebut SCC (Stress-Corrosion Cracking)
volume UJOs ortorombik lebih besar dibandingkan volume U02 dengan kristal kubus. Tetapan kisi °30S a=6,71:t 0,01 A,b = 11,96+ 0,03A dan c = 4,15+0,01 A. Tetapan kisi 002 adalah 5,441 A. Behtuk kristal 002 yang unik ini menurut WILLIS [5]gerak atom 02- sangat spesifik yaitu kearah <111> dan <110> sehingga memungkinkan untuk menggerombol menjadi cluster dibagian tengah kristal 0°2. Akibat gerak ini, menurut PORTER [6], atom asing yang berukuran kecil dapat terinterstisi pada kedudukan oktahedral atau tetrahedral. Pada penelitian ini digunakan aditif Ti02 sehingga atom Ti4+ dapat terinterstisi seperti dugaan yang dinyatakan pada pustaka [7]. Secara skematis bidang (110) yaitu merupakan bidang paling aktif dari slip sistim kristal 002 bertambah padat tergambar pada gambar 1. Kepadatan bidang {110) bertambah berakibat mudahnya terjadi deformasi plastis pada suhu ~ 1100°C., sehingga densifikasi semakin cepat terjadi karena merupakan gabungan dari fenomena difusi atom 04+, Ti4+,02-, kekosongan dan deformasi plastis yang terjadi lebih awal dibandingkan tanpa adanya aditif. Densifikasi lebih cepat terjadi berarti pertumbuhan butir juga lebih cepat terbentuk sehingga ukuran butir bertambah besar.
[2-4].
Vsaha untuk mencegah hal tersebut diatas maka kecuali dNakukan pengisian gas helium pada kelongsong bahan bakar faktor pembuatan pelet VOz juga sangat menentukan. relet harus mempunyai ukuran pori-pori besar daD tersebar merata dan butir pelet VOz mempunyai ukuran >10 11m. Pembentukan pori-pori terbuka tidak cukup memadai untuk menampung produk fisi, maka untuk membentuk pori-pori tertutup diusahakan memberi campuran 0308 kedalam serbuk U02 sebelum dikompaksi. Uranium oksida, 0308 mempunyai struktur kristal orlorombik sehingga
(110)
Gambar
(100)
SkemakedudukanatomTj4+ pada bidang (100)daD(lIO) padastmktur kristal0°2.
FROST [3] menyatakan ukuran butir pelet sangat menentukan unjuk kerja pelet V02 sebagai bahan bakar reaktor dalam pencegahan efek restrukturisasi. Secara logika dapat digambarkan sebagai berikut. Pori-pori berukuran kecil yang berisi produk tisi mudah bergerak karena ringannya maka bila pelet mempunyai ukuran butir besar poripori tersebut tidak mudah mencapai batas butir. Sebaliknya bila butir pelet berukuran kecil, pencapaian pori-pori tertutup berukuran kecil pada pada saat relet campuran mengalami proses batas butir sangat mudah dan bergabung dengan presinter maka teroksidasi menjadi 002 dengan pori-pori terbuka pactabatas butit. struktur kristal kubus pusat muka dengan tipe pengabungan pori-pori yang berisi produk tluorit. Adanya perubahan struktur kristal ini maka fisi memudahkan produk fisi ini bergerak menyusuri terjadi jejak pori-pori yang biasanya berupa poribatas butir dan terjadi keretakan yang panjang. pori tertutup .Pori-pori tersebut terbentuk karena
281
~ ~
f --'""'""...J.
Pro.~iding /'erlemuan //miah Sains Maleri /997
/SSN/4/0-2897
Retakan ini dapat memudahkan produk fisi mencapai kelongsong bahan bakar. Kelongsong bahan bakar akan mempunyai beban lebih berat sebagai sistim pengaman kedua karena pengaman pertama yaitu bahan bakar sudah berkurang fungsinya. Efek jelek yang terjadi adalah adanya konstribusi keretakan ini pada fenomena PCI dan SCC yang telah diterangkan diatas. Berdasarkan acuan KINGERY [8], SHEAKSPHERE [9], GOETSEL [10], dan VAN VLACK [II] , proses pembuatan pelet VO2 adalah sintering pelet basil pengompakan serbuk. Fenomena yang mendasari proses sinter adalah difusi dan deforrnasi plastis. Difusi berupa difusi atom dan kekosongan atau cacat dalam struktur kristal yang berada dalam pelet tersebut. Fenomena ini dimulai saat pelet dipanaskan sampai proses sinter selesai. ORLANDER [4] menyatakan fenomena deforrnasi dimulai saat kristal itu mencapai suhu transisi terjadinya perubahan sifat getas menjadi ulet sampai suhu kembali ke suhu transisi tersebut. Difusi dapat terjadi karena adanya energi yang ditambahkan dan berlangsung pada kurun waktu dimana adanya penambahan energi tersebut. Apabila dalam pelet mentah hasil kompaksi dapat digambarkan adanya titik-titik kontak maka disetiap titik kontak tersebut terjadi perbedaan tekanan karena adanya tegangan perrnukaan. Perbedaan tekanan ini memudahkan terjadinya perpindahan atom atau cacat dari perrnukaan yang cembung ke cekung. Dengan bertambahnya waktu dan naiknya suhu maka titik kontak ini akan berubah menjadi bidang kontak. Secara skematis dapat digambarkan pada gambar 2.
Pengurangan jarak ini diikuti dengan pengurangan volume relet secara keseluruhan dan disebut penyusutan atau shringkage. Secara skematis dapat dinyatakan dengan model 4 butir bergabung menjadi satu (gambar 3).
m~
~~
IB,
A : terbentuk
'L
B : pertumbuhan leher dan
0 : titik kontak. bidang kontak ..C
: berkurangnya pori-pori.
Garnbar 3: Tahapan pembentukan bidang kontak sampai pengabungan partikel menjadi butir.
Pada tahap selanjutnya, pertumbuhan daerah leher berhenti dan terjadi pergerakan kurva batas butir yang disebabkan oleh perbedaan tekanan pada permukaan butir daTi arab cernbung kearah cekung. Adanya pergerakan batas butir terjadi pergerakan atom disekitamya yang besamya sarna tetapi berbeda arah gambar 4). Pergerakan batas butir ke arah lengkungan sehingga butir yang kecil akan hilang bergabung dengan dengan butir yang besar. Pergerakan atom-atom melintasi barns butir ini akan mengeluarkan energi yang merupakan daya dorong daTiterbentuknya petumbuhan butir.
v,
..;:
,i,
,
.
I /"
t.lO
... ~
(1)
,.11 o. , .tit,
Gambar 4: 1. Pergerakan atom dibatas butir. 2. Pertumbuhan butir.
.~. 00\,
(2)
r~ It. ~
..
Gambar2 : Perubahantitik kontak menjadi bidangkontak.
Peristiwa selanjutnya terjadi pertumbuhan leher yang disebabkan oleh difusi atom-atom pacta batas butir yang tadinya berupa bidang kontak. Arah difusi atom ini ketempat yang kosong, sedangkan kekosongan akan berdifusi kedaerah batas butir. Akibatnya jarak antara butir akan semakin dekat.
Pertumbuhan butir terjadi seiring dengan berkurangnya jumlah pori-pori secara keseluruhan. Akibat berkurangnya pori-pori maka harga densitas semakin bertambah demikian juga dengan kekerasan dan konduktivitas panas. Harga konduktivitas panas ini menurut ORLANDER [4] mempunyai korelasi dengan harga perbandingan O/U. Harga O/U diperoleh dari struktur kristal U02tx , dimana x = 0 maka harga konduktivitas paling tinggi dengan bertambahnya harga x maka konduktivitas panas semakin menurun. Dari pemyataan ORLANDER ini maka analisa dengan metoda gravimetri untuk mengetahui besamya O/U
282
~
ProsidingPertemuanIlmiah Soins Materi 1997
/SSN/4/0-2897 mentah kemudian dipresinter dengan laju pemanasan 150 °C/jam, suhu presinter 600 °C, 700 °C clan 800 °C, waktu presinter 3 jam sedangkan laju pendinginan :!: 150°C/jam. Sebagian dari pelet basil presinter diukur densitas, kekerasan clan perbandingan DIU nya, sebagian lagi disinter dalam atmosfir argon terkungkung pada suhu 1250 °C/jam clan suhu 1400 °C/jam.
cukup memadai untuk memprediksi atau mewakali harga konduktivitas panas. Harga O/V = 2 ini merupakan hasil yang idial.. Menurut SAND clan SHEAKPHERE [9], perubahan sifat relet dengan kenaikan suhu sintering dapat dinyatakan sebagai gambar dibawah ini. Sifat pelet.
konduktivitas panas.
002
1
I
TiO2 (0,1% berat). Zn-stearat (0,3% berat). PENCAMPURI
/
-.-/.,.i/ '"'"
Gas H2'
PRES]
Kekerasan
--.Suhu
sinter,"C
Gambar 5: Skemaperubahansifat relet dengan kenaikansuhusinter.
E mat1rK~ ~ ~ ~Mtkro
TATA KERJA Bahan I.Serbuk UO2 hasil granulasi buatan Pusat Penelitian Nuklir Yogyakarta- BATAN. 2.Serbuk TiO2 berderajat nuklir. 3.Serbuk Zn-stearat buatan Merck. 4.Epoxy Resin sebagai bingkai spesimen. 5.Larutan etsa H2SO4:H2O2:H2O = 1:3:6. 6.Kertas poles SiC dengan ukuran dalam mesh 240,400,800,1200,1800, dan 3200.
I'Jf\1
I SEM.I
Gambar6. Blok DiagramTataKerja Penelitian
7.Film Polaroidtire 667.
Laju pemanasanproses sinter 150 °C/jam, waktu sinter 3jam clanlaju pendinginan150°C/jam. relet basil sinter ditentukan densitas, kekerasan, perbandingan0/0 clan diidentifikasi mikrostrukturnya secarametalografy.
Alat 1. Alat Pencampur daD Alat Kompaksi. 2. Tutigku Presinter. 3. Tungku "Carbollite" untuk sintering. 4. Pemotong spesimen dati Alat Poles. 5."Thermal Gravimetry Analyzer" . 6. Pengukur Kekerasan "Vickers". 7.A1attimbang. 8."Scanning Electron Microscope"(SEM).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tata Kerja Penelitian. PeneJitian ini mengacu pada bJok diagram lata kerja pada gambar 6. Serbuk U02 dicampur dengan Ti02 sebanyak 0,1 % berat clan Zn02 sebanyak 0,3 % berat. Pencampuran serbuk clilakukan pada mesin pencampur selama 1,5 jam supaya derajat homogenitasnya tinggi. Untuk memperoleh pelet mentah serbuk basil pencampuran dikompaksi dengan tekanan 4 ton/cm2 relet mentah diukur densitas, kekerasan clan perbandingan 0/0 nya. relet
Perbandingan O/U,Densitas daD Kekerasan Perbandingan 0/0 pada pelet mentah adalah 2,506, pengukuran ini dilakukan pada cuplikan dim ana campuran belum ditambah dengan Ti02 clan Zrt-stearat. Adanya kenaikan suhu ,pelet basil presinter clan basil sinter mempunyai harga perbandingan 0/0 yang makin lama makin kecil sedangkan harga konduktivitas panas makin lama makin besar. Densitas pelet basil presinter dan basil sinter mempunyai harga yang makin lama makin besar demikian juga dengan densitas teoritis clan kekerasan pelet. Data 0/0, konduktivitas panas, densitas, kekerasan dari penelitian ini terangkum pada tabel I dan dinyatakan dalam bentuk kurva perubahan sifat pelet pada gambar 7 .
283
.
Prosiding Pertemuan I/miah Sains Materi /997
/SSN/4/0-2897
Gambar 7 merupakan grafik perubahan konduktivitas panas, densitas dan kekerasan pelet terhadap perubahan suhu (pre) sinter. Bentuk kurva yang tergambar pada gambar 7 mirip dengan kurva yang terdapat pada gambar 5. Disini terjadi kesesuaian fenomena antara teoritis dan hasil penelitian. Tabel I: Pengaruh suhu (pre) sinter terhadap harga O/U, konduktivitas panas, densitas clan
27
600
700
800
12'"
1400
O/U k, W/cm °C
2,5 ,025
2,27 ,027
2,2 ,028
2,14 ,029
2,1 ,03
2,08 ,04
p, g/cm" p(leorilis) kekerasan, HV
5,79 52,89 147 :1:3,4
5,8 52,9 ]68 :1:4,1
5,81 53 187 :1:6,3
5,82 9,9 53,1 "'),J 200 ~~ :1:1,7 :1:2
catalan:
UOz dapat mencapai 0,08 W/cm.oC. Ini dapat dimengerti dengan peninjauan struktur kristal UOZtx dengan x = 0 maka struktur kristal tersebut tanpa cacat. Menurut ORLANDER [4] dan V AN VLACK [II] adanya cacat maka konduktivitas panas
menurun. Fenomena yang mendasari pembahasan
kekerasan Suhu,OC
rendah « I 000 °C) dan dalam atmosfir gas Hz. Apabila harga x = 0 maka konduktivitas panaspelet
densitas clan kekerasan peJet V02 adaJah sarna. Fenomena tersebut diawali dengan adanya difusi, kemudian difusi akan berlangsung terns sernentara disertai dengan deformasi plastis clan seJanjutnya ada pertumbuhan butir, pengurangan pori-pori clan secara makro terjadi densifikasi. Adanya kenaikan suhu sinter maka secra rnatematis dapat terlihat jelas bahwa koefisien difusi akan bertambah besar. Bentuk matematik tersebut dinyatakan dengan hukum Arhenius:
10,1 92,15 :1:4,65
harga kon uktivitas panas diperolen oarl pengukuran secara gratis yang diperoleh dari
Orlander(4).
0 = 00 exp {(-Q)/RT}
(1).
Do = koefisien difusi pelet ini harganya tetap hanya
I
tergantung dari atom-atom dan cacat yang berada pada pelet tersebut (atom 04+, Ti4+, 02dan kekosongan atau cacat). Pada penelitian yang telah dilakukan berdasarkan pustaka 12 pelet campuran tersebut Do = 2,51 x 10 -10
-.. Gambar 7: Pengaruh suhu sinter terhadap sifat pelet: konduktivitaspanas,densitasdankekerasan. Perubahan harga UfO dengan adanya perlakuan panas terhadap pelet ini disebabkan adanya peristiwa reduksi uranium oksida pada proses presinter. Atmosfir yang digunakan dalam presinter adalah gas H2. Fungsi gas H2 ini sebagai reduktor. Perubahan harga O/U pada proses sinter sangat sedikit, ini karena pelet uranium oksida secara keseluruhannya sudah berbentuk U02fx Perubahan perbandingan O/U hanya dipengaruhi oleh menurunnya harga x dimanaini hanya karena 02+yang terlepas daTipelet. Secara mikro dapat dikatakan terlepas dari struktur kristal uranium oksida.
ORLANDEJ{ [4] menerangkan bahwa harga konduktivitas panas dapat dikorelasikan dengan harega O/U. Kurva konduktivitas panas pada gambar 7 dibandingkan dengan gambar 5 terlihat belum sempuma pencapaian harga maksimum nya. lni karena O/V pelet hanya mencapai 2,08. Untuk mencapai hargaga x yang kecil ~ 0, pelet perlu direduksi kembali dengan suhu
Q
=
cm2/sec). energi aktivasi, pada penelitian yang telah
dilakukan terhitung : 23800 caVmole (12). R = .},987 cal/(OK)mole. r = suhu sinter, oK. Koefisien difusi pelet bertambah besar maka pertumbuhan butir akan bertambah cepat. lni berarti bahwa penutupan pori-pori clan densifikasi bertambah cepat. Densifikasi ini didukung juga dengan adanya perubahan sifat kristal dalam pelet secara keseluruhan bahwa menurut ORLANDER [4] sifat plastis 002 terjadi pada suhu ~ 1200 DC. Adanya atom Ti4+ dalam struktur kristal U02 maka sifat plastis yang mengakibatkan adanya deformasi plastis terjadi lebih cepat yaitu pada 1100 DC. Densitas yang diperoJeh pada suhu 1400 DC adalah 10,1 g/cm3 atau 92,15 % dari densitas teoritis. Harga ini sudah memenuhi syarat untuk bahan bakar reaktor nuklir pembangkit listrik. Harga kekerasan 581 :t4,07 HV. Data ini bila
dibandingkandengankekerasanpelet bahan bakar reaktor TRIGA MARK II, Bandung masih dibawahnya yaitu 600 HV. BerdaSarkan hat tersebut maka pelet 002 perlu dikaji struktur mikronya.
284
4.
/SSN/4/0-2897
Prosiding Pertemuan f./miah Sains Materi 1997
kompaksi pembuatan relet mentah diatas tekanan 4 ton/cm2 maka relet hasil sinter mempunyai densitas teoritis 95 %, kekerasan lebih besar dari 579 HV dengan struktur mikro yang lebih baik
Struktur Mikro relet Hasil Sinter Gambar 8 merupakan gambar struktur mikro pelet VO2 hasil sinter pada suhu 1250 °C clan 1400 °C. Berdasarkan metoda Heyn clan secarametalografi kuantitatif, besar butir pada gambar 8 atas adalah 5,46 ~m ini lebih kecil dibandingkan dengan besar butir gambar 8 bawah yaitu 11,043 ~m.
Gambar9: Skema pertumbuhanbutir dan berkurangnya pori-pori terbuka.
KESIMPULAN Penelitian pembuatan pelet campuran 002, OJ08 dan Ti02 dapat disimpulkan sebagaiberikut:
Densitas pelet campuranhasil sinter 1400 °c dalam atmosfir argonterkungkung 10,1 g/cm3 ataudensitasnya= 92,15 % densitasteoritis. 2. Perbandingan O/U = 2,08 dengan har-ga konduktivitaspanas0,04 W/cm°C. :3 Kekerasanpelet masih lebih rendah harganya hila dibandingkan dengan pelet bahan bakar reaktor TRIGA MARK 11yaitu barn mencapai 579:!:4,65 HV. Ukuran butir pelet 11,03 ~m denganbesarporipori tertutup bervaraisi dari < 1~m sampai dengan3 ~m clanterdistribusimerata. 1
uc
pori-pori
terbuka
Gambar8. Struktur mikro pelethasil sinteratmosfirargon terkungkung (atas) : suhu 125Q°C daD(bawah):
suhu1400°C Penggabungan butir-butir kecil menjadi butir besar atau pertumbuhan butir clan berkurangnya pori-pori terbuka nampak jelas dari gambar struktur mikro tersebut. Secara skematis penggabungan butir atau pertumbuhan butir dapat digambarkan seperti pada gambar 9.
Berdasarkan skema tersebut diatas ada kemungkinan bahwa pori-pori terbuka dapat terjebak menjadi pori-pori tertutup, walaupun pori-pori tertutup dalam penelitian ini banyak ditimbulkan adanya penambahan V)08 menjadi V02. Hal ini dapat dicermati pada gambar 8 atas, sedangkan pada gambar 8 bawah menunjukkan pori-pori tertutup terdistribusi cukup merata. Gambar 8 bawah menunjukkan bahwa poripori terbuka masih terlihat jelas clan tidak berbentuk bulat. lni karena kompaksi pada pembuatan relet mentah kurang besar yaitu 4 ton/cm2. Apabila
Saran yang perlu dilakukan dalam penelitian lebih lanjut adalah : I. Waktu presinter diperpanjang > 3 jam sehingga UO2:1:x mempunyai harga x ~ o. 2. Kompaksi pembuatan pelet mentah diperbesar > 4 ton/cm2 atau 6 ton/cm2.
DAFT.AR PUSTAKA. [I]
Anoname, Penegenalan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), Atomos, BAT AN Thn I, no 2, Maret (1986). [2] STRASSER A.A, Quality Control of Nuclear Fuels Technical and Economic Aspects, Journal
285
ProsidingPertemuanlImiahSainsMateri 1997 of
Nuclear
Materials,
106, North
/SSN/4/0-2897 Holand,
[8] KINGERY, W.D., BOWEN, H.K., UHLMAN, D.R., Introductionto Ceramic,John Willey and Sons,New York, (1980). [9] SANDS, R.L., SHAKESPHERE,C.R., Powder MetallurgyPractice and Applications,London, Nuclear Reactor Fuel Elements, Technical (1966). Information Center, Office Public Affairs, IRD [10]CLAUS, GOETZEL, G., Treatise on Powder Administration, (1976). Metallurgy, Vol I, IntersciencePublishers,New [5] WILLIS, Chemical Applications of Thermal York, (1966). Neutron Scattering, United Kingdom Atomic [I I] VAN VLACK L.H., Elements of Materials Energy Authority Reach Group, Oxford Science, Adison Wesley, Publishing Co, Inc. University, (1973). London,(1960). [6] PORTER, D.A., KENETH,E., EASTERLING, [12]YULIANTI, T.I., dkk, Model Pertumbuhan Phase Transformation in Metals and Alloys, Butir dan Penyusutanpelet Uranium Oksida + Van Nostrand Reinhold Co, (1981). TiO2 (0,1% berat) hasil Sinter Dalam Atmosfir [7] YULIANTI, T.I., SURA TMAN,R., Fenomena Argon, proceding PPI-PranataNuklir, PPNY, Laruit Padat Atom Ti4+ Dalam Struktur Kristal BATAN, Yogyakarta,(1997). Amsterdam, (1986). [3] BRIAN, R.T., FROST, Nuclear Fuel Elements, Pergamon Press,New York, (1982). [4] DONALD. R. 0., Fundamental Aspects of
UOb Seminar Sains dan Teknologi Nuklir, PPTN-BATAN, Bandung, (1997).
286
