abstrak - digilib-batandigilib.batan.go.id/e-prosiding/file prosiding/energi/pebn_maret_96... ·...

12
Pro.riding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar Nukllr PEBN-BATAN. Jakarta /8-/9 Marel /996 /SSN /4/0-1998 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, YaJ1g dapat digllnnkan IIntllk 1nemenuhi keblltuhan energi \mtllk industri dimasa datang. Mengingat temperatur opernsi J-ITTR yang Cllkllp tinggi, diblltultkan bahaJ1 baknr YaJ1g stabil baik secara mekanik, kimia dan fisika terhadap 5111111 YaJ1g tinggi, 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 10.9 dm1 10'S). ABSTRACT mE ASSESSMENT OF HIGH TEA/PERATURE REACTOR Fl.IEL (t'HARACTERISTICS OF 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!1Yltion of .fteanl in high temperafllreand electric power for supply energy to industry in the future. ('onsidering 10thl! high opl!rating h!mperatureof H7TR. thercifore it is needed the reactor fuel which have good nlechanical. chenlicaland phy.tical stability to the high lenlperature, and stable to the influence of fission fragment and f/(!utron during irradiation. This assessnlent of the fnTR fuel characteristics based on the experiment data to find in/omlation of mTR operation fi!asibility. RI!.fult of the assesmlent indicated that fission gas release at bum-up of .i.6% FIAlA which Wfl.tthe sanleas the maxinlurn bum up in the HTTR design \MSfairly lower than the nlaximunl releaseI!slinlah!d in thl! dl!sign (5xIU4). which is RIB from the fuel fabricated by the prismatic block fuel method would below (between 10" and 10~. PENDAHULUAN energi panas S<1mpai 950°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. 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 meng- hasilkan listrik dan untllk membuat bahan bakar (fisil ) barn 0_233 dari 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 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 sifat- sifat 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.m yang berisi kernel 361

Upload: lenguyet

Post on 05-Mar-2018

225 views

Category:

Documents


6 download

TRANSCRIPT

Page 1: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96... · menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasi ... Tiga jenis uranium diperkaya ini

Pro.riding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NukllrPEBN-BATAN. Jakarta /8-/9 Marel /996

/SSN /4/0-1998

PENGKAJIAN BAHAN BAKAR REAKTOR TEMPERA TUR TINGGI(KARAKTERISTIK BAHAN BAKAR HTTR)

Erlan Oewita , Veronica Tuka , GunandjarPllsat 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) yangtinggi (950°C). Salah satll kem\mgkinan nplikasi HTTR adalah kogenerasi IIntuk menghasilkan uap suhu tinggi dantenaga Iistrik, YaJ1g dapat digllnnkan IIntllk 1nemenuhi keblltuhan energi \mtllk industri dimasa datang. Mengingattemperatur opernsi J-ITTR yang Cllkllp tinggi, diblltultkan bahaJ1 baknr YaJ1g stabil baik secara mekanik, kimia danfisika terhadap 5111111 YaJ1g tinggi, scrta stabil terhadap pet1ganlh fraglnen-fraglnen basil fisi dan netron seIama iradiasi.Pengkajian karakteristik bahan bakar HTTR ini didasarkw1 pada data eksperimen untllk mendapatkan infonnasikelayakan 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 yangdiestimasikan dalwn disain I'frrR (5xIO.4), dimana RIB IIntllk bahan bakar yang difabrikasi seSllai dengan metodefabrikasi blok bahan baknr bcntllk prismn udnlnh rendah ( antara 10.9 dm1 10'S).

ABSTRACT

mE ASSESSMENT OF HIGH TEA/PERATURE REACTOR Fl.IEL (t'HARACTERISTICS OF InTR FUEL).InTR i.f one of the reactor typl! with HI!lium coolant and outlet coolant temperature of 950°C. One po.fsibility ofmTR application is the coogl!nI!1Yltion of .fteanl in high temperafllre and electric power for supply energy toindustry in the future. ('onsidering 10 thl! high opl!rating h!mperature of H7TR. thercifore it is needed the reactor fuelwhich have good nlechanical. chenlical and phy.tical stability to the high lenlperature, and stable to the influence offission fragment and f/(!utron during irradiation. This assessnlent of the fnTR fuel characteristics based on theexperiment data to find in/omlation of mTR operation fi!asibility. RI!.fult of the assesmlent indicated that fissiongas release at bum-up of .i.6% FIAlA which Wfl.t the sanle as the maxinlurn bum up in the HTTR design \MSfairlylower than the nlaximunl release I!slinlah!d in thl! dl!sign (5xIU4). which is RIB from the fuel fabricated by theprismatic block fuel method would be low (between 10" and 10~.

PENDAHULUAN energi panas S<1mpai 950°C tanpa mengeluarkangas CO2 yang dapat mengakibatkan efek mmahkaca. maupun gas-gas lain seperti sulfur oksidadan gas nitrogen oksida yang dapatmengakibatkan efek hujan asam. Oleh karena ituRTT mernpakan S<1lah satu altematif untukmemenuhi kebutuhan energi nasionaJ melaJuideversifikasi energi yang bersih. serta dapatmenunjang penghematan ( konservasi ) energikonvensional.

Reaktor Temperatur linggi (RTT) ataulffGR (High 7'emperature Ga.\'-Cooled Reactor)adalah suatu jenis reaktor untuk mendapalkansuhu pendingin (gas He) yang tinggi (950°C).Selain itu. RTT dikembangkan untuk meng-hasilkan listrik dan untllk membuat bahan bakar(fisil ) barn 0_233 dari bahan fertil Th-232.

Dengan kemampuan RlT menghasilkanpanas suhu linggi, maka sangallah mungkinreaktor ini menghasilkan uap air daD tenagalistrik. Uap air pada suhu sampai 530°C dan 17MPa dapat digunakan untuk memcnuhi kebutuhanencrgi untuk industri. sepcrti misalnya dalamindustri kimia atau gasifikasi lurgi batubara.Selain itu panas yang dihasilkan juga dapatdigunakan unluk proses pcmbuatan SubstituteNatural Gas (SNG, 36 MJ/mJ) atau gas sintesis(CO, H2' 9-11 MJ/m3) dari lignite atau batubarakeras pada suhu diantara 700 -900°C. Reaktortempcratur tinggi ini diharapkan menjadi reaktoryang paling menjanjikan untuk mcnghasilkan

Disisi lain, mengingat temperatur operasiRTf yang cukup tinggi, maka dibutuhkan bahanbakar yang st.'lbil baik secara mekanik, kimia danfisika terhadap suhu yang tinggi, serta stabilterhadap pcngaruh fragmen-fragmen hasil fisi dannetron selama iradiasi. Untuk memahami sifat-sifat dan unjuk kerja bahan bakar selama iradiasi,maka perlu dilakukan pengkajian karakteristikdari bahan bakar RTf.

Sebagai bahan bakar RTf digunakan bahanbakar bcntuk partikel berlapis ( coated particle)dengan diameter 500 -600 f.l.m yang berisi kernel

361

Page 2: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96... · menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasi ... Tiga jenis uranium diperkaya ini

Prosiding Presentasi /lmiah Dour Bahan Bokor NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996

bahan bakar UO2 atau bahan dapat biak (ThO2atau ThC2) yang terdispersi dalam matriks graftt.Dalam 1 kernel berisi UO2 + ThO2 atau dalampartikel berlapis berisi kernel UO2 dan kernelThO2. Penambahan kernel bahan dapat biak daTiThorium dimaksudkan untuk tujuan pembuatanbahan bakar dapat belah barn yaitu U_233.Selanjutnya bahan dapat belah U.233 yang dihasil.kan dari pembiakan Th-232 dapat didaur ulangsehingga dapat menghemat kebutuhan bahanbakar dapat belah U.235.

KARAKTERISTIK PEMBUA TAN BAHANBAKARHTTR

Bahan bakar H1TR jenis pin-in-block yaitubatang elemen bakar yang tersusun dalam blokprisma daTi grafit. yang susunannya ditunjukkandalam Gambar 1 daD karakteristik utamanyaditunjukkan dalarn Tabel 1. Kornpak bahan bakarberisi sekitar 13500 partikel bahan bakar berlapisyang terdispersi secara hornogen. daD kernudiandibentuk rnenjadi sebuah bentuk annular extended(berbentuk lingkaran serupa cincin yangmernanjang). Fraksi partikel bahan bakar berlapisdidalam kompak bahan bakar adalah 30 vol%.Seliap batang bahan bakar terdiri daTi 14 kornpakbahan bakar didalarn sleeve (kelongsong/ tabung)grafit. yang kemudian dirnasukkc'ln kedalarnlubang (saluran pendingin) pada blok grafit yangberbenttlk heksagonal.

Ada 2 jenis rakitan elemen bakar RTf yaitujenis rakitan elemen bakar berbentuk prismaheksagonal dan jenis rakitan elemen bakarberbentuk bola. Masing-masing rakitan elemenbakar tersebut berisi bahan bakar partikelberlapis. Sedang jenis lapisan partikel berlapis ada2 jenis pula, yaihl peiapiSc1n jenis BISO danpelapisan jenis TRISO. Partikel-partikel berlapisberisi kernel UO2 berpengkayaan rendah danterlapis jenis TRISO terdiri dari 4 lapis.w, mulaidari lapisan yang paling dalam yaitu lapisanpyrolitic carbon (PyC) densitas rendah, lapisanpyrolitic carbon densitas tinggi (IPyC), lapis.wsilicon carbide (SiC) dan terluar adalah lapisanpyrolitic carbon densitas tinggi (OPyC). Partikelberlapis bersama dengan serbuk grant dan bahanpengikat resin dibentuk menjadi kompak(compact) bahan bakar berbenhlk annular, yangmana satu kompak mengandung sekit.1r 13500partikel. Sejumlah 14 kompak bahan bakardimasukkan dalam kelongsong grant membentuksebuah batang bahan bakar. Batang bahan bakartersebut kemudian dirakit dengan memasuk-kannya dalam lubang-lubang pada blok grafitberbentuk prisma heksagonal. Celah-eelahdiantara batang-batang bahan bakar dan lubang-lubang pada blok grafit dirancang unhlkmengalirkan pendingin gas Helium dari alas kebawah.

Unluk memahami karakteristik dari bahanbakar. maka perlu untuk mempelajari prosesfabrikasinya berhubung faktor-faktor dalamfabrikasi sangat mempengaruhi unjuk kerjairadiasi dari su~tu bahan bakar. Gambar 2menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasibahan bakar H1TR yang meliputi : preparasikernel, proses pelapisan, fabrikasi kompak bahanbakar, 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 serbukU3Os. Tiga jenis uranium diperkaya ini dicampursecara akural untuk membuat 12 formula dariuranium diperkaya dari 3,4 sampai 9,9 wt %. Tigajenis dari uranium diperkaya ini dipakai secaraterpisah agar tidak tercampur dengan yanglainnya di dalam proses.Unulk tahap awal dalam makalah ini akan

dipelajari daD dikaji karakteristik bahan bakarReaktor Uji Temperatur Tinggi atau HlTR (HighTemperature Engineering Test Reactor) yangsedang dibangtID di Oarai, Jepang. Reaktor UjiTemperatur Tinggi (HTfR) tersebut merupakanreaktor uji dengan daya tennal 30 MW yangberpendingin Helium dan bermoderator grafityang dapat menghasilkan suhu pendingin keluar950°C. Reaktor ini dirancang unulk menetapkandan memperbaiki teknologi dasar dari HTGRmaju daD untuk melakukan berbagai uji iradiasiserta penelitian dasar pada temperatur linggi yanginovatif.

Proses produksi kernel

Proses produksi kernel UO2 terdiri daTi 2garis produksi yang mempunyai skala daft disainyang hampir sarna. Proses produksi ditunjukkanpada Gambar 3. Bahan bakar berupa serbuk UJOs.dilarutkan dalmn asam nitrat untuk membentuklarutan uranil nitrat, UO2(NOJ)2. Larutan inikemudian dicampur dengan bahan additive.

Butiran berbenttlk bola-bola kecil dari fluidalarutan uranil nitrat dikeluarkan dari pipa-pipayang bergetar. Butiran (droplet) dipadatkansewakttl dijatuhkan dalam gas NH3. Proses ini

362

Page 3: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96... · menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasi ... Tiga jenis uranium diperkaya ini

Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bokor NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996

dikenal dengan proses pcngendapan(precipitation) gel. Butiran-butiran yang telahmenjadi padat ini disimpan lama dalam larutanammonia untuk membenhlk partikel-partikelammonium diuranat (ADU) yang telah menjadigel berbentuk bola, dicuci dalam air dan alkohol,dikeringkan, selanjutnya partikel ADU dikalsinasiuntuk membentuk UO). Kemudian partikel-partikel ini direduksi dan disinter untukmenghasilkan kernel bahan bakar UO2. Diameterdari kernel bahan bakar UO2 tergantung padaukuran dari butiran (droplet). Ukuran butirandikontrol dengan laju aliran dari larutan uranilnitrat dan frekuensi dari pipa yang bergetar.Diameter nominal dari kernel bahan bakar UO2adalah 600 J.lm.

Sejumlah 14 kompak bahan bakar disusundalam stack untuk memenuhi kebutuhan disainpanjang daD kandungan uraniumnya. Setiap stackdiwadahi dalam tabung grafit IG-IIO yangkemudian disebut sebagai sleeve (kelongsong/tabung). Tube (tabung) mempunyai platpenyangga terbuat dati grafit dikedua bagianujungnya dan dipasang sekrup. Kelongsong grafityang telah berisi 14 kompak bahan bakar tersebutditutup dengan tube grafit membentuk rakitan(assembling) batang bahan bakar. Setiap sleevemempunyai 3 pengatur jarak melingkarmembentuk kanal-kanal (untuk aIiran pendingingas helium) dalam lubang-lubang blok grafit yangberbentuk heksagonal.

PENGUJIAN DENGAN IRADIASIProses pelapisan (coating proces,s')

Bahan bakar dengan spesifikasi seperti yangditunjukkan pada Tabel I, diiradiasi dengankondisi iradiasi seperti yang ditunjukkan padaTabel 2 yaitu dengan kondisi operasi reaktornormal. Meskipun temperatur bahan bakarmaksimum relatif tinggi (sekitar 1 300°C)dibanding dengan bahan bakar lffGR yang lain,seperti : Modular lffGR (MHTGR) di AmerikaSerikat dan Modul di Jerman, tetapi derajat bakar(burn-up) bahan bakar maksimum relatif lebihrendah, karena itu terlihat bahwa integritas bahanbakar dibilwah kondisi operasi HTfR dapat dijagaselama "waktu hidup" bahan bakar.

Pelapisan yang telah dilcrapkan pada kerneladalah menggunakan 2 alat fluidized coater.Proses pelapisan dari partikel-partikel bahanbakar berlapis jenis TRISO ditunjukkan padaGambar 4. Lapisan-lapisan ini terdcposit padakernel didalam proses CVD «(:hemical VaporDeposition). Lapisan pyrolitic carbon (PyC)dengan massa jenis rendah (Iapisan PyC buffer),lapisan PyC dengan massa jenis tinggi dan lapis-1nSiC dihasilkan bertUrut-tllrut dari proses pelapis-1ndengan penambahan C2H2, C3H6, dan CH3SiCI3.

Proses pemadatan (compacting proce.\'.\')Sifat-sifat bahan bakar di bawah kondisi operasinorntalKompak bahan bakar diproduksi melalui

proses pemadatan scperti yang ditunjukkan padaGambar 5. Proses produksi ini hanyamenggunakan satu jalur garis proses. Partikel-partikel berlapis ini dilapisi dellgan serbuk

pheno/-resinated graphite dclIgan mellggtlllakallmesin pelapis (overcoating machine). Partikel-partikel ini secara otomatis ditimballg ulltukmenentukan kandungan uralli\lm, fraksi packillg(fraksi komponen peny\IS\III) dall massa jenisllya.Partikel-partikel yang telah ditimbang secaraakurat ini secara otomatis dimaS\lkkall kedalamsuatu alat (dies) dan dibentuk menjadi kompakhijau (mentah) berbentuk annular dellgan

menggunakan proses pengepresan hangat (warmpress). Kemudian setiap kompak hijaudipindahkan dari penekanan (pre,...\") dan ditalldaidengan penandaan yang tennas\lk pengkayaanuranium dan nomor serio Selanjutllya kompak inidikarbonisasi dengan perlak\lall pallas pada suhu800°C dan diikuti dellgan degassing pada s\lhuI 800°C.

Unjuk kerja bahan bakar yang telahdifabrikasi dengan spesifikasi dari disain H1TRdiuji dalam berbagai eksperimen iradiasi denganmenggtlnakan fasilitas iradiasi OGL-I. gas-sweptcapsule dan clo...ed capsule yang tersedia diReaktor Uji JMTR (Jepang). Ada 2 gejala pentingdati bahan bakar yang menyebabkan rusaknyalapis"w akibat iradiasi dan mengakibatkan

terjadinya pembebasan produk fisi(3) , yaituMigrasi kernel dalam partikel berlapis lnteraksiproduk fisi Pd dengan lapisan SiC Migrasi kerneltersebut dikenal sebagai "efek amoeba", dapatterjadi bila partikel-partikel berlapis diiradiasidibawah pcrubahan temperatur dan dalam kondisiyal1g ekstrim dapat menyebabkan kerusakanlapisan-lapisan partikel selama iradiasi. Hal inidisebabkal1 oleh scbuah transfer massa carbon darisisi dil1gil1 ke sisi panas dalam partikel-partikel

berlapis.

Ekspcrimen-eksperimen untuk menjelaskan"efek amoeba" dilaksanakan dengan iradiasikapsul pada perubahan temperatur adalah sekitar

Proses perakitan batang bahan bakar

363

Page 4: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96... · menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasi ... Tiga jenis uranium diperkaya ini

Prosiding Presentasi IImiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BArAN. Jakarta 18-J9Maret 1996

150°C, dikenakan pada partikel-partikel berlapisyang diwadahi dalam grafit. Migrasi kernel dalampartikel-partikel bahan bakar berlapis diukurdengan x-ray radiografi daIam Uji Pasca Iradiasi(PIE). Gambar 6 menunjukkan hubungan antaralaju migrasi kernel (Kernel Migration Rate!KMR) dan temperatur iradiasi yang diperlihatkanbersama dengan nilai maksimum yang diambildari disain HTrR. Perbandingan dari nilai disaindaD nilai eksperimen menampakkan bahwakerusakan dari partikel-partikel bahan bakarberlapis yang disebabkan oleh "efek amoeba" tidakterjadi selama waktu hidup bahan bakar (sekitar600 hari), karena dari Gambar 6 diperkirakanjangkau maksimum dari migrasi kernel lebihkecil dari 55 m selama waktu hidup bahan bakar,yang mana lebih kecil dari pada ketebalan lapisanbuffer (penyangga).

root low. Kedalaman perembesan maksimum daribahan bakar H1TR selama waktu hidup bahanbakar dapat diestimasi berdasar hubungantersebut. Hasil perhitungan menunjukkan bahwakedaJaman perembesan selama waktu hidup bahanbakar adalah sekitar II ~ m dirnana lebih kecildati setengah ketebalan lapisan SiC (25 ~ m), haIini membuktikan integritas partikel bahan bakarberlapis cukup baik.

Pelepasan Produk Fisi

Pelepasan gas fisi in-situ daTi bahan bakarsangat berhubungan dengan unjuk kerja iradiasibahan bakar yang diukur dengan menggunakanfasilitas iradiasi OGL-l daD gas-swept capsule.Fasilitas iradiasi OGL-l adalah in pile gas loopyang dipas.wg di JMTR. dimana blok bahan bakaryang mengandung 1 atau 3 batang bahan bakardapat diiradiasi pada aliran gas dengantemperatur daD tekanan tinggi (sekitar 4 Fa).Pelepasan sebagian daTi gas-gas basil fisi yangberumur pendek (RIB, laju pembebasan/ lajupembentukan) dari blot bahan bakar ditentukandengan mengukur konsentrasi gas basil fisi dalamloop primer dati fasilitas OGL-I. Posisi fasilitasOGL-I terletak pada daerah reOektor dari terasJMTR mempunyai Ouks netron relatif rendah,sehingga sulit untuk mencapai derajat bakar yangtinggi dalam eksperimen pada fasilitas OGL-I.Untuk mengatasi kekurangan ini digunakanfasilitas gas-swept capsule yang dimasukkankedalam daerah bahan bakar pada teras JMTR.Pengaruh derajat bakar yang relatif tinggi daDnetron cepat terhadap pembebasan gas basil fisidapat diukur menggunakan fasilitas tersebut.Hasil RIB daTi 88Kr pada kompak bahan bakarlffR yang diukur dengan menggunakan fasilitasOGL-l daD gas-swept capsule diperlihatkan padaGambar 9. R/ B dari 88Kr pada elemen-elemenbahan bakar OGL-I pada umumnya menumnpada tingkat yang relatif konstan yaitu 10-6, tetapiR/ B dari 88Kr pada gas-swept capsule bervariasidari 10-8 sampai dengan 10-6 dengan mening-katnya derajat bakar. Variasi R/ B terjadi karenaperubahan temperalur bahan bakar daD mening-katnya kerusakan lapis.'1n. Perbedaan tingkat RIBdalam eksperimen pada fasilitas OGL-I daD gas-swept capsule pada dasarnya karena perbedaanfraksi partikel-partikel berlapis yang rusaktermasuk dalam kompak bahan bakar. Hasil

eksperimen dengan menggunakan gas-sweptcapsule menunjukkan bahwa pembebasan padaderajat bakar 3,6 % FIMA (Fission per InitialMetal Atom) yang sarna dengan derajat bakarmaksimum In'TR adalah lebih rendah daTipelepasan maksimum yang diestimasikan dalamdisain In'TR (5 x 10.4), dimana RIB daTi bahan

Interaksi antara Pd dan lapisan SiC dititikberatkan untuk bahan bakar dengan uraniumbcrpengkayaan rendah (LEU), karena pada derajatbakar yang 5<1ma, hasil fisi Pd meningkat dcnganmenurunnya pengkayaan U.23S. Meskipun Pdtelah membentuk lapisan endapan dengan basilfisi yang bersifat met.11 lainnya dalam UO2, Pddapat bebas dengan mudah dari kernel karenadaya larot yang sangat kecil dalam matriks UO2,tekanan uap yang tinggi, dan terdifusi melaluilapisan PyC bagian dalam dan lapisan buffer. Pdyang terakumulasi pada permukaan bagian dalamdari lapisan SiC berinteraksi dengan SiCmembentuk senyawa intennetalik seperti Pd2Si,oleh sebab itu interaksi ini harus dibatasibcrhubung interaksi Pd/ SiC dan difusi Pd melaluilapisan PyC bagian dalam dan lapisan buffer agakcepat dibandingkan dengan pembebasan darikernel. Interaksi Pd/ SiC dalam bahan bakarreferensi ffrrR sudah diteliti secara intensifdalam Uji Pasca Iradiasi (PIE). Gambar 7menunjukkan contoh tipe reaksi Pd/ SiC dalambahan bakar partikel berlapis teriradiasi yangdiamati dengan ceramograf dan x-ray Pd-Ladcngan Electron Prove Micro Analyzer (EPMA).Tampilan perembes-an senyawa intermetalikPd2Si kedalam lapisan SiC dapat diketahui.Reaksi ini memsak lapisan SiC yang menuju padakehilangan kemampuan untuk menyimpan hasil-hasil fisi.

Gambar 8 memperlihalkan kedalamanperem-besan terhadap jumlah Pd yang dibcbaskandari kernel dan dihitung sebagai fungsi koefisiendifusi dari Pd dalam kernel U02, lemperaturiradiasi, waktu, derajat bakar (burn-up) daDscbagainya. Telah didapatkan hubungan ant.1rakedalaman pcrembcsan maksimum daD jumlah Pdyang dibebaskan yang dinyatakan dalam cubic

364

Page 5: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96... · menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasi ... Tiga jenis uranium diperkaya ini

Prosiding Presenlasi Ilmiah Dour Bahan Bakar NuklJrPEEN-BATAN. Jakarta /8-/9 Morel /996

6bakar yang difabrikasi dcngan met ode scpcrtiyang disebulkan sebclllmnya adalah rcndah(antara 10.9 dan 10.8).

7.

SUZUKI, N., et.al, "Present Satus of HTrRFuel Fabrication Facility", Nuclear FuelIndustries Ltd, JAPAN.GLASSTONE, S., & SASONSKE, A.,"Nuclear Reactor Engineering", ThirdEdition,I981.Status of and Prospects for Gas-CooledReactors, Technical Reports Series No.235,International Atomic Energy Agency, Vienna,1984.

SIMPULAN

8.

TANYAJAWAB

B.G.Su&'lnto:Kenapa yang dikaji hanya dari satu penulis(makalah Jepang) sedangkan asal usul elemenbakar RTf adalah dari USA dan Jerman, dankesimpulannya sangat terbak1s, bersifat makro

1. Karakteristik bahan bakar HTTR (Jepang)adalah :-Partikel berlapis dengan diameter 600 J.l m.-Berisi kernel bahan bakar UO2 pcngkayaanrendah atau bahan fertil (ThO2 alau ThC2)yang terdispcrsi dalam matriks grafit.

-Berlapis jenis TRISO.-Kompak bahan bakar bcrbcntuk annularyang masing-masing berisi 13500 partikel.

-Kelongsong grafit IG- 110.2. lnteraksi Pd dcngan lapisan SiC membcnt\1k

senyawa Pd2Si dimana reaksi ini merusaklapiSc'ln SiC yang mcnuju pada kchilangankemampuan unt\1k menyimpan hasil-hasil fisi.

3. Pengujian iradiasi dalam teras JMTRmenunjukkan bahwa :

-PembebaSc'ln gas hasil lisi (RIB, Kr-88) padafasilitas OGL-I menurun pada lingkat yangrelatifkonstan yaiul 10.6.

-Pembebasan gas basil fisi (RIB, Kr-88) padafasilitas Gas Swept ('apsule menurunbervariasi dari 10-8 sampai dcngan 10-6dengan meningkatnya dcrajat bakar.

4. Hasil ekspcrimen dengan menggunakan ga.\'-swept capsule menunjukkan bahwa pclcpasanpada derajat bakar 3,6 % FIMA yang SClmadengan derajal bakar HTTR adalah lebihrendah dari pada pclcpasan maksimum yangdiestimasikan dalam disain HTTR (5 x 10-4),dimana RIB dari bahan bakar yang di fabrikasidengan metode yang disebulkan sebelumnyaadalah rendah (sekitar 10-9 dan 10.M) schinggaterlihat integrit.'ls balmn bakar dapat dijagaselama waktu hidup bahan bakar.

Apa input dari kesimpulan yang anda buatuntuk RTT di Indonesia? karena menyangkutmasalah pemilihan teknologi.

Erlan:.Sebenamya pengkajian tentang bahan bakar

HrrR Jepang ini sudah merupakan pilihandari reaktor-reaktor lain seperti HTR Jennandan USA. Karena disamping data tentangHTR Jepang yang kami punya cukup banyak,juga dipandang dari bahan pengoperasianMHTGR Jerman punya kesulitan dalam hat

batang kendalinya..Kesimpulan y:tng kami peroleh dari

pengkajian bahan bakar RlT, kamicenderung mengarah pad a H1TR Jepang.

PUSTAKA

2. Amil Mardha:.Pad a pcngkajian ini apakah anda sudah

membuat/menganalisis karakteristik elemenbakar untuk model HTrR jenis lain atau darinegara lain.

.Pada analisis pcngkajian anda. apakah andamenganalisis keadaan elemen bakar padakondisi paralt/pelelehan ? Mohon penjelasan.

BENNET, D.J. &. THOMSON, J.R, "Theelements of Nuclear Power", Third Edition,1981.JOHN.R. LAMARSH, "Introduction toNuclear Engineering", 2 nd Edition, 19R3.FUKUDA, K., et.al, "Research andDevelopment of I-rrrR Coatcd Particle Fuel",

JAER1,1990.FUKUDA, K., "Fuel FabricationInspection Method for HTGR", 1990.BENEDICT. M.." Nuclear ChemicalEngineering", Mc. Graw-Hill Book Company,1981.

and

Erlan :.Karena studi inimerupakan studi awal tentang

bahan bakar RTf sehingga studi tentangkarakteristik clemen bakar untuk model RTfjenis lain bclum kami lakukan.

.Pengkajian bahan bakar pada kondisipelclehan (kecelakaan) belum dilakukan.

3. Nusin S. :.Berapa tekanan gas pelldingin Helium pada

saat reaktor HlTR beroperasi.

365

Page 6: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96... · menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasi ... Tiga jenis uranium diperkaya ini

Prosiding Presenlasi IImiah Dour Bahan Bokor NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Marel 1996

Dari kesimpulan no[2) dinyatakan bahwainterkasi Pd dengan lapisan SiC membentukcampuran Pd2Si yang merusak lapisanSiC dst. Pertanyaan sara: basil fisi apa sajayang dilepas oleh bahan bakar tersebut danpada pengujian bahan bakar ini sampaiberapa temperatumya (temperatur maksi-mum)?

.

Berapa umur Sc1tU bundel bahan bakar didaJam reaktor.Dari mana sumber Pd. apakah daTi komponenbahan bakar atau daTi produksi fisi ?

Erlan :.Tekanan gas Helium adalah 4 MPa..umur satu bundel bahan bakar di dalam

reaktor pacta bum-up 3-10 % FIMA adalahsekitar 4 s.d. 6 tahun.

.Pd dihasilkan sebagai produk fisi.

Erlan:.Kalimat yang menyebutkan bahwa bahan

bakar H1TR tidak menghasilkan gas SOx danNOx terkandung dalam bab pendahuluanpada makalah tersebut.

.Temperatur maksimum bahan bakar dalampengkajian ini adalah 1300 "C daD basil fisiyang keluar adalah Kr-88 daD Cs-137, hanyastlldi telltang pelepasanCs-137 tidak kamisertakan

4. Sri Wahyuni :.Tujuan pengkajian ini ialah untuk mcncari

bahan bakar HTTR yang baik. yaihl yangtidak mcng-hasilkan gas SOx dan COx. Tapidari pembahasan dan kesimpulan saya tidakmelihat adanya pemyalaan lersebul.

366

Page 7: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96... · menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasi ... Tiga jenis uranium diperkaya ini

Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NukUrPEBN-BATAN. Jakarta /8-/9 Mar.t /996

Tabel I. Spesifikasi bahan bakar HTTR (Jepang)

Blok Bohon II.k., limon 10-110Jirik lIoI.fiat 360 mm"""- 580 mm

label 2. Kandt." or""" d:In flab... llakor If I [It

Temperarur BohonUokIr I"C)

MIXAw.

1.32S1.2SO

),62.5

HImI-IIp Fast neutron(%I"L\4A) IIuencc(E..29fJ)

1.3.10"",'"7.3.10" n/m'

1..1 h..dU., h.I,

~

Gambar 1. Konfigurasi bahan bakar H1TR 6

367

Page 8: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96... · menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasi ... Tiga jenis uranium diperkaya ini

P,.ostdi"8 P,.ese,,'ostllmiah Dau,. Boha" Baka,. Nuklt,.PERN-BATAN, Jakarta 18.19 Ma,.eI1996

URANIL NITRA T I.j r .-

PENGENDAPAN GEL

PEMANASAN

PELAPISANLapisan buffer

Lapisan PyCbag. dalam

Lapisan SiC

bag. luar

c' OVER COA TINa ..

p;ENGEPRESAN

I PEMANASAN

N +

36R

Page 9: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96... · menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasi ... Tiga jenis uranium diperkaya ini

Prosldlng Presentosi /lmiah Dour Bohon Bakar NllklirPEBN-BATAN. Jakarta /8-/9 Moret /996

[~~~1

PENGERINGAN

-!

BUTlRAN UO)

!

I KERNEL UO2 I

Gambar 3. Proses Produksi Kernel UO2

369

Page 10: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96... · menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasi ... Tiga jenis uranium diperkaya ini

Pro"ioing Pre"enta"i llmiah Dour Bahan Bokor N/lklirPEBN-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

Page 11: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96... · menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasi ... Tiga jenis uranium diperkaya ini

Prosiding Presentasi /lmiah Dour Bohall Bokor NuklirPEBN-BATAN. Jakarta /8-/9 Maret /996

Serbul(

-r~

"ninder"

~~~J"Hot pressing"

-!~

ccPreheatingL !--

N2, 800nC

Peml1nl1511n (Telnperl1tur Tinggi)[

Kompol, bobo" bOkOrJ

Vacuum, 1800"C

Gambar 5. Proses produksi kompak bahan bakar (6)

Temperature ('C)

lO-.I~.OO I~OO 16,00 I~OO 14,00 13,00 12,OO~

~E~0: 10-~~Ii+'~ 10-

1 dT. (~.~~~.~~~KMR ~ 200exp( -I 4800/T¥t'"d;:"

0 (!Ie 150.Cfcm)dr

8, g --~:"f8~ O! ..!.~"' .0:1 .I.

0 88 . t...'.' ~a a

10- I g

QSample: 4% eU

10- ~".'~'ft.'.'.'.""_'_""_'_"""'"4.5 5.0 5.5 6.0 8.5 1.0

IO'/T (K-I)

1.1

Data yang ditampilkan dengan simbol yang berbeda diperoleh dari eksperimen iradiasiGambar 6. Laju Migrasi Kernel (KMR) vs Temperatur lradiasi 3

371

Page 12: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96... · menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasi ... Tiga jenis uranium diperkaya ini

Prosiding Pre.fentasi IImiah Dour Bahan Bokor NuklirPEBN-BATAN. Jakarta /8-/9Maret /996

White precipitate. ne.' inner our!ace of the SiC 10,.er i. 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 denganceralnogrnf dan X-ray Pd-L dengan Electron Prove Micro Analyzer (EPMA). 3

0 I 2 3 4

Burnup (% FIMA)

Gambar 9. Kelergantungan derajat bakar daripembebasan frasional Kr-88. )

Gambar 8. Hubungan antara kedalaman reaksi Pd-SiCdengan jumlah Pd yang dibebaskan. J

372