/SSN /4/0-1998
Pro.riding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar Nukllr PEBN-BATAN. Jakarta /8-/9 Marel /996
PENGKAJIAN BAHAN BAKAR REAKTOR TEMPERA TUR TINGGI (KARAKTERISTIK BAHAN BAKAR HTTR) Erlan Oewita , Veronica Tuka , Gunandjar Pllsat Pengkajian Teknologi Nuklir
ABSTRAK PENGKAJIAN BAHAN BAKAR REAKTOR TEMPERA nJR TINGGI (KARAKTERISTIK BAHAN BAKAR }frI"R). Reaktor Telnperatur Tinggi adalah slIntu jenis reaktor IIntuk mel1dapatkan suhu pendingin (gas He) yang tinggi (950°C). Salah satll kem\mgkinan nplikasi HTTR adalah kogenerasi IIntuk menghasilkan uap suhu tinggi dan tenaga Iistrik, YaJ1gdapat digllnnkan IIntllk 1nemenuhi keblltuhan energi \mtllk industri dimasa datang. Mengingat temperatur opernsi J-ITTR yang Cllkllp tinggi, diblltultkan bahaJ1baknr YaJ1gstabil baik secara mekanik, kimia dan fisika terhadap 5111111 YaJ1gtinggi, scrta stabil terhadap pet1ganlh fraglnen-fraglnen basil fisi dan netron seIama iradiasi. Pengkajian karakteristik bahan bakar HTTR ini didasarkw1 pada data eksperimen untllk mendapatkan infonnasi kelayakan operasi }frI"R. Hasil pcngkajian memmjllkkan bahwa pelepasw1 gas hasil fisi pada derajat bakar 3,6 % FIMA yang sarna dengan dcrajat bakar maksimmn HTTR adalah lebih kecil dnri pada pelepasan maksimum yang diestimasikan dalwn disain I'frrR (5xIO.4), dimana RIB IIntllk bahan bakar yang difabrikasi seSllai dengan metode fabrikasi blok bahan baknr bcntllk prismn udnlnh rendah ( antara 10.9dm1 10'S).
ABSTRACT mE ASSESSMENTOF HIGH TEA/PERATUREREACTORFl.IEL (t'HARACTERISTICSOF InTR FUEL). InTR i.f one of the reactor typl! with HI!lium coolant and outlet coolant temperatureof 950°C. Onepo.fsibility of mTR application is the coogl!nI!1Yltionof .fteanl in high temperafllreand electric power for supply energy to industry in thefuture. ('onsidering 10thl! high opl!rating h!mperatureofH7TR. therciforeit is neededthe reactorfuel which have good nlechanical.chenlical and phy.tical stability to the high lenlperature,and stable to the influence of fission fragment and f/(!utron during irradiation. This assessnlentof the fnTR fuel characteristics based on the experimentdata to find in/omlation of mTR operationfi!asibility. RI!.fult of the assesmlentindicated that fission gas releaseat bum-up of .i.6% FIAlA which Wfl.tthe sanleas the maxinlurnbum up in the HTTR design \MSfairly lower than the nlaximunl release I!slinlah!d in thl! dl!sign (5xIU4). which is RIB from the fuel fabricated by the prismatic blockfuel method would below (between10" and 10~.
PENDAHULUAN Reaktor Temperatur linggi (RTT) atau lffGR (High 7'emperature Ga.\'-Cooled Reactor) adalah suatu jenis reaktor untuk mendapalkan suhu pendingin (gas He) yang tinggi (950°C). Selain itu. RTT dikembangkan untuk menghasilkan listrik dan untllk membuat bahan bakar (fisil ) barn 0_233dari bahan fertil Th-232. Dengan kemampuan RlT menghasilkan panas suhu linggi, maka sangallah mungkin reaktor ini menghasilkan uap air daD tenaga listrik. Uap air pada suhu sampai 530°C dan 17 MPa dapat digunakan untuk memcnuhi kebutuhan encrgi untuk industri. sepcrti misalnya dalam industri kimia atau gasifikasi lurgi batubara. Selain itu panas yang dihasilkan juga dapat digunakan unluk proses pcmbuatan Substitute Natural Gas (SNG, 36 MJ/mJ) atau gas sintesis (CO, H2' 9-11 MJ/m3) dari lignite atau batubara keras pada suhu diantara 700 -900°C. Reaktor tempcratur tinggi ini diharapkan menjadi reaktor yang paling menjanjikan untuk mcnghasilkan
energi panas S<1mpai950°C tanpa mengeluarkan gas CO2 yang dapat mengakibatkan efek mmah kaca. maupun gas-gas lain seperti sulfur oksida dan gas nitrogen oksida yang dapat mengakibatkan efek hujan asam. Oleh karena itu RTT mernpakan S<1lah satu altematif untuk memenuhi kebutuhan energi nasionaJ melaJui deversifikasi energi yang bersih. serta dapat menunjang penghematan ( konservasi ) energi konvensional. Disisi lain, mengingat temperatur operasi RTf yang cukup tinggi, maka dibutuhkan bahan bakar yang st.'lbil baik secara mekanik, kimia dan fisika terhadap suhu yang tinggi, serta stabil terhadap pcngaruh fragmen-fragmen hasil fisi dan netron selama iradiasi. Untuk memahami sifatsifat dan unjuk kerja bahan bakar selama iradiasi, maka perlu dilakukan pengkajian karakteristik dari bahan bakar RTf. Sebagai bahan bakar RTf digunakan bahan bakar bcntuk partikel berlapis ( coated particle) dengan diameter 500 -600 f.l.myang berisi kernel
361
Prosiding Presentasi /lmiah Dour Bahan Bokor Nuklir PEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
bahan bakar UO2 atau bahan dapat biak (ThO2 atau ThC2) yang terdispersi dalam matriks graftt. Dalam 1 kernel berisi UO2 + ThO2 atau dalam partikel berlapis berisi kernel UO2 dan kernel ThO2. Penambahan kernel bahan dapat biak daTi Thorium dimaksudkan untuk tujuan pembuatan bahan bakar dapat belah barn yaitu U_233. Selanjutnya bahan dapat belah U.233yang dihasil. kan dari pembiakan Th-232 dapat didaur ulang sehingga dapat menghemat kebutuhan bahan bakar dapat belah U.235. Ada 2 jenis rakitan elemen bakar RTf yaitu jenis rakitan elemen bakar berbentuk prisma heksagonal dan jenis rakitan elemen bakar berbentuk bola. Masing-masing rakitan elemen bakar tersebut berisi bahan bakar partikel berlapis. Sedangjenis lapisan partikel berlapis ada 2 jenis pula, yaihl peiapiSc1njenis BISO dan pelapisan jenis TRISO. Partikel-partikel berlapis berisi kernel UO2 berpengkayaan rendah dan terlapis jenis TRISO terdiri dari 4 lapis.w, mulai dari lapisan yang paling dalam yaitu lapisan pyrolitic carbon (PyC) densitas rendah, lapisan pyrolitic carbon densitas tinggi (IPyC), lapis.w silicon carbide (SiC) dan terluar adalah lapisan pyrolitic carbon densitas tinggi (OPyC). Partikel berlapis bersama dengan serbuk grant dan bahan pengikat resin dibentuk menjadi kompak (compact) bahan bakar berbenhlk annular, yang mana satu kompak mengandung sekit.1r 13500 partikel. Sejumlah 14 kompak bahan bakar dimasukkan dalam kelongsong grant membentuk sebuah batang bahan bakar. Batang bahan bakar tersebut kemudian dirakit dengan memasukkannya dalam lubang-lubang pada blok grafit berbentuk prisma heksagonal. Celah-eelah diantara batang-batang bahan bakar dan lubanglubang pada blok grafit dirancang unhlk mengalirkan pendingin gas Helium dari alas ke
bawah. Unulk tahap awal dalam makalah ini akan dipelajari daD dikaji karakteristik bahan bakar Reaktor Uji Temperatur Tinggi atau HlTR (High Temperature Engineering Test Reactor) yang sedang dibangtID di Oarai, Jepang. Reaktor Uji Temperatur Tinggi (HTfR) tersebut merupakan reaktor uji dengan daya tennal 30 MW yang berpendingin Helium dan bermoderator grafit yang dapat menghasilkan suhu pendingin keluar 950°C. Reaktor ini dirancang unulk menetapkan dan memperbaiki teknologi dasar dari HTGR maju daD untuk melakukan berbagai uji iradiasi serta penelitian dasar pada temperatur linggi yang inovatif.
362
KARAKTERISTIK PEMBUA TAN BAHAN
BAKARHTTR Bahan bakar H1TR jenis pin-in-block yaitu batang elemen bakar yang tersusun dalam blok prisma daTi grafit. yang susunannya ditunjukkan dalam Gambar 1 daD karakteristik utamanya ditunjukkan dalarn Tabel 1. Kornpak bahan bakar berisi sekitar 13500 partikel bahan bakar berlapis yang terdispersi secara hornogen. daD kernudian dibentuk rnenjadi sebuahbentuk annular extended (berbentuk lingkaran serupa cincin yang mernanjang). Fraksi partikel bahan bakar berlapis didalam kompak bahan bakar adalah 30 vol%. Seliap batang bahan bakar terdiri daTi 14 kornpak bahan bakar didalarn sleeve (kelongsong/ tabung) grafit. yang kemudian dirnasukkc'ln kedalarn lubang (saluran pendingin) pada blok grafit yang berbenttlk heksagonal. Unluk memahami karakteristik dari bahan bakar. maka perlu untuk mempelajari proses fabrikasinya berhubung faktor-faktor dalam fabrikasi sangat mempengaruhi unjuk kerja iradiasi dari su~tu bahan bakar. Gambar 2 menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasi bahan bakar H1TR yang meliputi : preparasi kernel, proses pelapisan, fabrikasi kompak bahan bakar, pembuatan elemen grafit daD perakitan.
PREPARASIKERNEL Proses blending pengkayaan uranium
Tiga jenis uranium pengkayaan rendah (3.4, 4.8, 9.9 wt% ) digtlnakan sebagai bahan dasar. Bahan awal pada proses berikut adalah serbuk U3Os. Tiga jenis uranium diperkaya ini dicampur secara akural untuk membuat 12 formula dari uranium diperkaya dari 3,4 sampai 9,9 wt %. Tiga jenis dari uranium diperkaya ini dipakai secara terpisah agar tidak tercampur dengan yang lainnya di dalam proses. Proses produksi kernel Proses produksi kernel UO2 terdiri daTi 2 garis produksi yang mempunyai skala daft disain yang hampir sarna. Proses produksi ditunjukkan pada Gambar 3. Bahan bakar berupa serbuk UJOs. dilarutkan dalmn asam nitrat untuk membentuk larutan uranil nitrat, UO2(NOJ)2. Larutan ini kemudian dicampur dengan bahan additive. Butiran berbenttlk bola-bola kecil dari fluida larutan uranil nitrat dikeluarkan dari pipa-pipa yang bergetar. Butiran (droplet) dipadatkan sewakttl dijatuhkan dalam gas NH3. Proses ini
ProsidingPresentasiIlmiah Daur BahanBokor Nuklir PEBN-BATAN.Jakarta 18-19Maret 1996
dikenal dengan proses pcngendapan (precipitation) gel. Butiran-butiran yang telah menjadi padat ini disimpan lama dalam larutan ammonia untuk membenhlk partikel-partikel ammonium diuranat (ADU) yang telah menjadi gel berbentuk bola, dicuci dalam air dan alkohol, dikeringkan, selanjutnya partikel ADU dikalsinasi untuk membentuk UO). Kemudian partikelpartikel ini direduksi dan disinter untuk menghasilkan kernel bahan bakar UO2. Diameter dari kernel bahan bakar UO2 tergantung pada ukuran dari butiran (droplet). Ukuran butiran dikontrol dengan laju aliran dari larutan uranil nitrat dan frekuensi dari pipa yang bergetar. Diameter nominal dari kernel bahan bakar UO2 adalah 600 J.lm.
Sejumlah 14 kompak bahan bakar disusun dalam stack untuk memenuhi kebutuhan disain panjang daD kandungan uraniumnya. Setiap stack diwadahi dalam tabung grafit IG-IIO yang kemudian disebut sebagai sleeve (kelongsong/ tabung). Tube (tabung) mempunyai plat penyangga terbuat dati grafit dikedua bagian ujungnya dan dipasang sekrup. Kelongsong grafit yang telah berisi 14 kompak bahan bakar tersebut ditutup dengan tube grafit membentuk rakitan (assembling) batang bahan bakar. Setiap sleeve mempunyai 3 pengatur jarak melingkar membentuk kanal-kanal (untuk aIiran pendingin gas helium) dalam lubang-lubang blok grafit yang berbentuk heksagonal.
PENGUJIAN DENGAN IRADIASI Prosespelapisan(coating proces,s') Pelapisan yang telah dilcrapkan pada kernel adalah menggunakan 2 alat fluidized coater. Proses pelapisan dari partikel-partikel bahan bakar berlapis jenis TRISO ditunjukkan pada Gambar 4. Lapisan-lapisan ini terdcposit pada kernel didalam proses CVD «(:hemical Vapor Deposition). Lapisan pyrolitic carbon (PyC) dengan massa jenis rendah (Iapisan PyC buffer), lapisan PyC dengan massajenis tinggi dan lapis-1n SiC dihasilkan bertUrut-tllrut dari proses pelapis-1n dengan penambahan C2H2,C3H6,dan CH3SiCI3. Proses pemadatan (compacting
Bahan bakar dengan spesifikasi seperti yang ditunjukkan pada Tabel I, diiradiasi dengan kondisi iradiasi seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2 yaitu dengan kondisi operasi reaktor normal. Meskipun temperatur bahan bakar maksimum relatif tinggi (sekitar 1300°C) dibanding dengan bahan bakar lffGR yang lain, seperti : Modular lffGR (MHTGR) di Amerika Serikat dan Modul di Jerman, tetapi derajat bakar
(burn-up) bahan bakar maksimum relatif lebih rendah, karena itu terlihat bahwa integritas bahan bakar dibilwah kondisi operasi HTfR dapat dijaga selama "waktu hidup" bahan bakar.
proce.\'.\')
Kompak bahan bakar diproduksi
melalui
proses pemadatan scperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Proses produksi ini hanya menggunakan satu jalur garis proses. Partikelpartikel berlapis ini dilapisi dellgan serbuk pheno/-resinated graphite dclIgan mellggtlllakall mesin pelapis (overcoating machine). Partikelpartikel ini secara otomatis ditimballg ulltuk menentukan kandungan uralli\lm, fraksi packillg (fraksi komponen peny\IS\III) dall massajenisllya. Partikel-partikel yang telah ditimbang secara akurat ini secara otomatis dimaS\lkkall kedalam suatu alat (dies) dan dibentuk menjadi kompak hijau (mentah) berbentuk annular dellgan menggunakan proses pengepresan hangat (warm press). Kemudian setiap kompak hijau dipindahkan dari penekanan (pre,...\") dan ditalldai dengan penandaan yang tennas\lk pengkayaan uranium dan nomor serio Selanjutllya kompak ini dikarbonisasi dengan perlak\lall pallas pada suhu 800°C dan diikuti dellgan degassing pada s\lhu I800°C.
Prosesperakitanbatangbahanbakar
Sifat-sifat bahan bakar di bawah kondisi operasi norntal Unjuk kerja bahan bakar yang telah difabrikasi dengan spesifikasi dari disain H1TR diuji dalam berbagai eksperimen iradiasi dengan menggtlnakan fasilitas iradiasi OGL-I. gas-swept capsule dan clo...ed capsule yang tersedia di Reaktor Uji JMTR (Jepang). Ada 2 gejala penting dati bahan bakar yang menyebabkan rusaknya lapis"w akibat iradiasi dan mengakibatkan terjadinya pembebasan produk fisi(3) , yaitu Migrasi kernel dalam partikel berlapis lnteraksi produk fisi Pd dengan lapisan SiC Migrasi kernel tersebut dikenal sebagai "efek amoeba", dapat terjadi bila partikel-partikel berlapis diiradiasi dibawah pcrubahan temperatur dan dalam kondisi yal1g ekstrim dapat menyebabkan kerusakan lapisan-lapisan partikel selama iradiasi. Hal ini disebabkal1oleh scbuah transfer massa carbon dari sisi dil1gil1 ke sisi panas dalam partikel-partikel berlapis.
Ekspcrimen-eksperimenuntuk menjelaskan "efek amoeba" dilaksanakan dengan iradiasi kapsul pada perubahantemperaturadalah sekitar 363
Prosiding Presentasi IImiah Daur Bahan Bakar Nuklir PEBN-BArAN. Jakarta 18-J9Maret 1996
150°C, dikenakanpada partikel-partikel berlapis yang diwadahidalamgrafit. Migrasi kernel dalam partikel-partikel bahan bakar berlapis diukur denganx-ray radiografi daIam Uji PascaIradiasi (PIE). Gambar 6 menunjukkanhubunganantara laju migrasi kernel (Kernel Migration Rate! KMR) dan temperaturiradiasiyang diperlihatkan bersama dengan nilai maksimum yang diambil dari disain HTrR. Perbandingandari nilai disain daD nilai eksperimen menampakkan bahwa kerusakan dari partikel-partikel bahan bakar berlapisyang disebabkanoleh "efekamoeba"tidak terjadi selama waktu hidup bahanbakar (sekitar 600 hari), karena dari Gambar 6 diperkirakan jangkau maksimum dari migrasi kernel lebih kecil dari 55 m selamawaktu hidup bahanbakar, yang mana lebih kecil dari pada ketebalanlapisan buffer (penyangga). Interaksi antara Pd dan lapisan SiC dititik beratkan untuk bahan bakar dengan uranium bcrpengkayaan rendah (LEU), karena pada derajat bakar yang 5<1ma,hasil fisi Pd meningkat dcngan menurunnya pengkayaan U.23S. Meskipun Pd telah membentuk lapisan endapan dengan basil fisi yang bersifat met.11 lainnya dalam UO2, Pd dapat bebas dengan mudah dari kernel karena daya larot yang sangat kecil dalam matriks UO2, tekanan uap yang tinggi, dan terdifusi melalui lapisan PyC bagian dalam dan lapisan buffer. Pd yang terakumulasi pada permukaan bagian dalam dari lapisan SiC berinteraksi dengan SiC membentuk senyawa intennetalik seperti Pd2Si, oleh sebab itu interaksi ini harus dibatasi bcrhubung interaksi Pd/ SiC dan difusi Pd melalui lapisan PyC bagian dalam dan lapisan buffer agak cepat dibandingkan dengan pembebasan dari kernel. Interaksi Pd/ SiC dalam bahan bakar referensi ffrrR sudah diteliti secara intensif dalam Uji Pasca Iradiasi (PIE). Gambar 7 menunjukkan contoh tipe reaksi Pd/ SiC dalam bahan bakar partikel berlapis teriradiasi yang diamati dengan ceramograf dan x-ray Pd-La dcngan Electron Prove Micro Analyzer (EPMA). Tampilan perembes-an senyawa intermetalik Pd2Si kedalam lapisan SiC dapat diketahui. Reaksi ini memsak lapisan SiC yang menuju pada kehilangan kemampuan untuk menyimpan hasilhasil fisi.
Gambar 8
memperlihalkan kedalaman
perem-besan terhadap jumlah Pd yang dibcbaskan dari kernel dan dihitung sebagai fungsi koefisien difusi dari Pd dalam kernel U02, lemperatur iradiasi, waktu, derajat bakar (burn-up) daD scbagainya. Telah didapatkan hubungan ant.1ra kedalaman pcrembcsan maksimum daD jumlah Pd
yang dibebaskanyang dinyatakan dalam cubic 364
root low. Kedalamanperembesanmaksimumdari bahan bakar H1TR selama waktu hidup bahan bakar dapat diestimasi berdasar hubungan tersebut. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa kedaJaman perembesan selamawaktu hidup bahan bakar adalah sekitar II ~ m dirnana lebih kecil dati setengahketebalanlapisanSiC (25 ~ m), haI ini membuktikanintegritas partikel bahan bakar berlapiscukupbaik. Pelepasan ProdukFisi Pelepasan gas fisi in-situ daTi bahan bakar sangat berhubungan dengan unjuk kerja iradiasi bahan bakar yang diukur dengan menggunakan fasilitas iradiasi OGL-l daD gas-swept capsule. Fasilitas iradiasi OGL-l adalah in pile gas loop yang dipas.wg di JMTR. dimana blok bahan bakar yang mengandung 1 atau 3 batang bahan bakar dapat diiradiasi pada aliran gas dengan temperatur daD tekanan tinggi (sekitar 4 Fa). Pelepasan sebagian daTi gas-gas basil fisi yang berumur pendek (RIB, laju pembebasan/ laju pembentukan) dari blot bahan bakar ditentukan dengan mengukur konsentrasi gas basil fisi dalam loop primer dati fasilitas OGL-I. Posisi fasilitas OGL-I terletak pada daerah reOektor dari teras JMTR mempunyai Ouks netron relatif rendah, sehingga sulit untuk mencapai derajat bakar yang tinggi dalam eksperimen pada fasilitas OGL-I. Untuk mengatasi kekurangan ini digunakan fasilitas gas-swept capsule yang dimasukkan kedalam daerah bahan bakar pada teras JMTR. Pengaruh derajat bakar yang relatif tinggi daD netron cepat terhadap pembebasan gas basil fisi dapat diukur menggunakan fasilitas tersebut. Hasil RIB daTi 88Kr pada kompak bahan bakar lffR yang diukur dengan menggunakan fasilitas OGL-l daD gas-swept capsule diperlihatkan pada Gambar 9. R/ B dari 88Kr pada elemen-elemen bahan bakar OGL-I pada umumnya menumn pada tingkat yang relatif konstan yaitu 10-6,tetapi R/ B dari 88Kr pada gas-swept capsule bervariasi dari 10-8 sampai dengan 10-6 dengan meningkatnya derajat bakar. Variasi R/ B terjadi karena perubahan temperalur bahan bakar daD meningkatnya kerusakan lapis.'1n.Perbedaan tingkat RIB dalam eksperimen pada fasilitas OGL-I daD gasswept capsule pada dasarnya karena perbedaan fraksi partikel-partikel berlapis yang rusak termasuk dalam kompak bahan bakar. Hasil eksperimen dengan menggunakan gas-swept capsule menunjukkan bahwa pembebasan pada derajat bakar 3,6 % FIMA (Fission per Initial Metal Atom) yang sarna dengan derajat bakar maksimum In'TR adalah lebih rendah daTi pelepasan maksimum yang diestimasikan dalam disain In'TR (5 x 10.4), dimana RIB daTi bahan
and
Prosiding Presenlasi Ilmiah Dour Bahan Bakar NuklJr PEEN-BATAN. Jakarta /8-/9 Morel /996
bakar yang difabrikasi dcngan metode scpcrti yang disebulkan sebclllmnya adalah rcndah (antara 10.9dan 10.8).
SIMPULAN 1. Karakteristik bahan bakar HTTR (Jepang) adalah : -Partikel berlapis dengan diameter 600 J.lm. -Berisi kernel bahan bakar UO2 pcngkayaan rendah atau bahan fertil (ThO2 alau ThC2) yang terdispcrsi dalam matriks grafit. -Berlapis jenis TRISO. -Kompak bahan bakar bcrbcntuk annular yang masing-masing berisi 13500 partikel. -Kelongsong grafit IG- 110. 2. lnteraksi Pd dcngan lapisan SiC membcnt\1k senyawa Pd2Si dimana reaksi ini merusak lapiSc'ln SiC yang mcnuju pada kchilangan kemampuan unt\1k menyimpan hasil-hasil fisi. 3. Pengujian iradiasi dalam teras JMTR menunjukkan bahwa : -PembebaSc'lngas hasil lisi (RIB, Kr-88) pada fasilitas OGL-I menurun pada lingkat yang relatifkonstan yaiul 10.6. -Pembebasan gas basil fisi (RIB, Kr-88) pada fasilitas Gas Swept ('apsule menurun bervariasi dari 10-8 sampai dcngan 10-6 dengan meningkatnya dcrajat bakar. 4. Hasil ekspcrimen dengan menggunakan ga.\'swept capsule menunjukkan bahwa pclcpasan pada derajat bakar 3,6 % FIMA yang SClma dengan derajal bakar HTTR adalah lebih rendah dari pada pclcpasan maksimum yang diestimasikan dalam disain HTTR (5 x 10-4), dimana RIB dari bahan bakar yang di fabrikasi dengan metode yang disebulkan sebelumnya adalah rendah (sekitar 10-9dan 10.M)schingga terlihat integrit.'ls balmn bakar dapat dijaga selama waktu hidup bahan bakar.
PUSTAKA BENNET, D.J. &. THOMSON, J.R, "The elements of Nuclear Power", Third Edition, 1981. JOHN.R. LAMARSH, "Introduction to Nuclear Engineering", 2 nd Edition, 19R3. FUKUDA, K., et.al, "Research and Development of I-rrrR Coatcd Particle Fuel", JAER1,1990. FUKUDA, K., "Fuel Fabrication Inspection Method for HTGR", 1990. BENEDICT. M.." Nuclear Chemical Engineering", Mc. Graw-Hill Book Company, 1981.
SUZUKI, N., et.al, "PresentSatus of HTrR Fuel Fabrication Facility", Nuclear Fuel IndustriesLtd, JAPAN. 7. GLASSTONE, S., & SASONSKE, A., "Nuclear Reactor Engineering", Third Edition,I981. 8. Statusof and Prospectsfor Gas-Cooled Reactors,TechnicalReportsSeriesNo.235, InternationalAtomic Energy Agency,Vienna, 1984. 6
TANYAJAWAB B.G.Su&'lnto: Kenapa yang dikaji hanya dari satu penulis (makalah Jepang) sedangkan asal usul elemen bakar RTf adalah dari USA dan Jerman, dan kesimpulannya sangat terbak1s,bersifat makro Apa input dari kesimpulan yang anda buat untuk RTT di Indonesia? karena menyangkut masalah pemilihan teknologi. Erlan: .Sebenamya pengkajian tentang bahan bakar HrrR Jepang ini sudah merupakan pilihan dari reaktor-reaktor lain seperti HTR Jennan dan USA. Karena disamping data tentang HTR Jepang yang kami punya cukup banyak, juga dipandang dari bahan pengoperasian MHTGR Jerman punya kesulitan dalam hat batang kendalinya. .Kesimpulan y:tng kami peroleh dari pengkajian bahan bakar RlT, kami cenderung mengarah pada H1TR Jepang. 2. Amil Mardha: .Pad a pcngkajian ini apakah anda sudah membuat/menganalisis karakteristik elemen bakar untuk model HTrR jenis lain atau dari negara lain. .Pada analisis pcngkajian anda. apakah anda menganalisis keadaan elemen bakar pada kondisi paralt/pelelehan ? Mohon penjelasan. Erlan : .Karena studi inimerupakan studi awal tentang bahan bakar RTf sehingga studi tentang karakteristik clemen bakar untuk model RTf jenis lain bclum kami lakukan. .Pengkajian bahan bakar pada kondisi pelclehan (kecelakaan) belum dilakukan.
3. Nusin S. : .Berapa tekanan gas pelldingin Helium pada saatreaktor HlTR beroperasi. 365
.
Prosiding Presenlasi IImiah Dour Bahan Bokor Nuklir PEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Marel 1996
Berapa umur Sc1tUbundel bahan bakar di daJamreaktor. Dari mana sumber Pd. apakah daTi komponen bahan bakar atau daTi produksi fisi ?
Erlan : .Tekanan
gasHelium adalah4 MPa.
.umur satu bundel bahan bakar di dalam reaktor pacta bum-up 3-10 % FIMA adalah
.Pd
sekitar4 s.d. 6 tahun. dihasilkan sebagaiprodukfisi.
4. Sri Wahyuni : .Tujuan pengkajian ini ialah untuk mcncari bahan bakar HTTR yang baik. yaihl yang tidak mcng-hasilkan gas SOx dan COx. Tapi dari pembahasan dan kesimpulan saya tidak
melihatadanyapemyalaanlersebul.
366
Dari kesimpulan no[2) dinyatakan bahwa interkasi Pd denganlapisan SiC membentuk campuran Pd2Si yang merusak lapisan SiC dst. Pertanyaansara: basil fisi apa saja yang dilepas oleh bahan bakar tersebutdan pada pengujian bahan bakar ini sampai berapa temperatumya (temperatur maksi-
mum)? Erlan: .Kalimat yang menyebutkan bahwa bahan bakar H1TR tidak menghasilkan gas SOx dan NOx terkandung dalam bab pendahuluan pada makalah tersebut. .Temperatur maksimum bahan bakar dalam pengkajian ini adalah 1300 "C daD basil fisi yang keluar adalah Kr-88 daD Cs-137, hanya stlldi telltang pelepasanCs-137tidak kami
sertakan
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NukUr PEBN-BATAN. Jakarta /8-/9 Mar.t /996
Tabel I. Spesifikasi bahan bakar HTTR (Jepang)
Blok BohonII.k.,
limon Jirik lIoI.fiat
10-110 360 mm
"""label 2. Kandt." or"""
d:In flab... llakor If I [It
Temperarur Bohon UokIr I"C) MIX Aw.
580 mm
HImI-IIp Fast neutron (%I"L\4A) IIuencc(E..29fJ)
1.32S 1.2SO
),6 2.5
1.3.10"",'" 7.3.10" n/m'
1..1h..dU., h.I,
~ Gambar 1. Konfigurasi
bahan bakar H1TR 6
367
P,.ostdi"8P,.ese,,'ostllmiahDau,.Boha" Baka,.Nuklt,. PERN-BATAN, Jakarta 18.19 Ma,.eI1996
URANIL .j
NITRA T r
I .-
PENGENDAPANGEL
PEMANASAN
PELAPISAN Lapisan buffer Lapisan PyC bag. dalam Lapisan SiC bag. luar
c' OVER COA TINa ..
p;ENGEPRESAN I
PEMANASAN
N
36R
+
Prosldlng Presentosi /lmiah Dour Bohon Bakar Nllklir PEBN-BATAN. Jakarta /8-/9 Moret /996
[~~~ 1
PENGERINGAN -!
BUTlRAN UO)
!
I
KERNEL
UO2
I
Gambar 3. Proses Produksi Kernel UO2
369
Pro"ioing Pre"enta"i llmiah Dour Bahan Bokor N/lklir PEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
C2H2
-I- Ar
CJIIr; + Ar
CIIJSiCIJ+ "1
CJ"6 + Ar
Lapisan Bahan Bakar Berlapis Jenis TRISO
Gambar 4. Proses Pelapisan Kernel UO2 6
370
1.1
Prosiding Presentasi /lmiah Dour Bohall Bokor Nuklir PEBN-BATAN. Jakarta /8-/9 Maret /996
Serbul(
"ninder"
-r~
~~~J "Hot pressing" -!~
L
N2, 800nC
ccPreheating !--
Peml1nl1511n (Telnperl1tur
[
Tinggi)
Vacuum, 1800"C
Kompol, bobo" bOkOrJ Gambar 5. Proses produksi kompak bahan bakar (6)
Temperature ('C) lO-.I~.OO I~OO16,00I~OO 14,00 13,00 12,OO~
~E
~
0:
~ ~
10-
1 dT (~.~~~.~~~KMR ~ 200exp(-I 4800/T¥t'"d;:" 0
Ii +'
~
.
10-
(!Ie
8, g
--~
150.Cfcm)
dr
:"f8~ .0:1 O! .I. ..!.~"' 10-
'.'
..0 88.
t
~
.
a
a
I g Q
Sample: 4% eU
10- ~".'~'ft.'.'.'.""_'_""_'_"""'" 4.5 5.0 5.5
6.0
8.5
1.0
IO'/T (K-I) Data yang ditampilkan dengan simbol yang berbeda diperoleh dari eksperimen iradiasi Gambar 6. Laju Migrasi Kernel (KMR) vs Temperatur lradiasi 3
371
Prosiding Pre.fentasi IImiah Dour Bahan Bokor Nuklir PEBN-BATAN. Jakarta /8-/9Maret /996
White precipitate.
ne.'
inner our!ace of the SiC 10,.eri. conlf'O.ed of Pd .s detected by EPMA (right).
Gambar 7. Contoh tipe reaksi Pd/SiC dalam bahan bakar partikel berlapis teriradiasi yang diamati dengan ceralnogrnf dan X-ray Pd-L dengan Electron Prove Micro Analyzer (EPMA). 3
0
I
2 Burnup
Gambar 8. Hubungan antara kedalaman reaksi Pd-SiC dengan jumlah Pd yang dibebaskan. J
372
3
4
(% FIMA)
Gambar 9. Kelergantungan derajat bakar dari pembebasan frasional Kr-88. )
