analisis struktur mikro serbuk hasil oksidasi-reduksi...

4
ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ANALISIS STRUKTUR MIKRO SERBUK HASIL OKSIDASI-REDUKSI GAGALAN PELET URANIUM OKSIDA SINTER TIPE CIRENE Ngatijo, Junaedi ABSTRAK ANALISIS STRUKTUR MIKRO SERBUK HASIL OKSIDASI-REDUKSI GAGALAN PELET URANIUM OKSIDA SINTER TIPE CIRENE. Telah dilakukan analisis struktur- mikro serbuk hasil oksidasi-reduksi gaga Ian pelet U02 sinter tipe Cirene untuk mengetahui bentuk (morfologi) dan ukuran partikel serbuk hasil oksidasi pad a suhu 700°C dengan waktu 5 dan 7 jam dan reduksi pada suhu 800°C selama 2 jam. Analisis dilakukan dengan cara menempelkan serbuk pada isolasi ganda yang dilekatkan pad a specimen holder selanjutnya dilapis dengan emas dan diamati struktur-mikronya menggunakan alat Scanning Electron Microscope (SEM) dengan perbesaran 5000 kali. Hasil analisis menunjukkan bahwa serbuk hasil oksidasi pada suhu 700°C selama 5 jam berbentuk bongkahan yang mempunyai retakan dan pecahan dengan diameter sebesar 1,1 11mdan pada waktu 7 jam diameter sebesar 1,4 11m.Serbuk hasil reduksi pada suhu 800°C selama 2 jam juga berbentuk bongkahan yang mempunyai retakan dan pecahan tak beraturan dengan diameter sebesar 1,3 11m.Bentuk serbuk hasil oksidasi maupun reduksi mempunyai bentuk yang relatifsama seperti bentuk butir (grain) yaitu equiaksial. Kata kunci : gaga Ian pelet, oksidasi-reduksi, struktur mikro PENDAHULUAN Instalasi Elemen Bakar Eksperimental (IEBE) merupakan salah satu fasilitas nuklir di Pusat Penelitian Teknologi Nuklir Serpong. Instalasi ini dirancang untuk melakukan kegiatan penelitian bahan bakar nuklir reaktor daya. Fasilitas ini dilengkapi dengan fasilitas pemurnian dan konversi uranium, fabrikasi elemen bakar dan kendali kualitas. Khusus pada fasilitas fabrikasi elemen bakar telah dilakukan kegiatan penelitian proses pembuatan pelet dalam berbagai parameter proses. Sebagai akibat dari kegiatan penelitian tersebut dihasilkan pelet uranium oksida sinter yang tidak memenuhi persyaratan baik dimensi, densitas, kekuatan mekanik atau struktur mikronya. Pelet-pelet yang tidak memenuhi persyaratan tersebut biasa disebut gaga Ian pelet sinter. Berdasarkan hal tersebut perlu dilakukan penelitian mengenai proses olah ulang gagalan pelet sinter. Dengan penelitian ini diharapkan dapat diperoleh parameter proses olah ulang gagalan pelet yang optimum, yang selanjutnya dapat dijadikan acuan atau bahkan diterapkan pada sa at proses fabrikasi elemen bakar nuklir untuk memasok kebutuhan PLTN. Proses olah ulang gagalan pelet sinter dari proses fabrikasi elemen bakar nuklir mempunyai arti yang sangat penting, selain dalam rangka ekonomisasi proses untuk menekan biaya operasi fabrikasi juga untuk meminimalkan limbah nuklir. Olah ulang bisa dilakukan dengan cara mengoksidasi pelet sinter menjadi serbuk U30a, kemudian serbuk U30a tersebut direduksi menggunakan gas H2 sehingga menjadi serbuk U02 kembali. Reaksi oksidasi U02 menjadi U30a adalah sebagai berikut : 3 U02 + O2 ~ U30a Sedangkan proses reduksi untuk mengembalikan U30a menjadi U02 reaksinya adalah sebagai berikut : U30a +2 H2 ~ 3 U02 +2 H20 19

Upload: vanminh

Post on 20-Mar-2019

237 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ANALISIS STRUKTUR MIKRO SERBUK HASIL OKSIDASI-REDUKSI ...digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/0854-5561-2009-0191.pdf · Reaksi oksidasi U02 menjadi U30a adalah sebagai berikut :

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

ANALISIS STRUKTUR MIKROSERBUK HASIL OKSIDASI-REDUKSI

GAGALAN PELET URANIUM OKSIDA SINTER TIPE CIRENE

Ngatijo, Junaedi

ABSTRAK

ANALISIS STRUKTUR MIKRO SERBUK HASIL OKSIDASI-REDUKSI GAGALAN

PELET URANIUM OKSIDA SINTER TIPE CIRENE. Telah dilakukan analisis struktur­mikro serbuk hasil oksidasi-reduksi gaga Ian pelet U02 sinter tipe Cirene untukmengetahui bentuk (morfologi) dan ukuran partikel serbuk hasil oksidasi pad a suhu700°C dengan waktu 5 dan 7 jam dan reduksi pada suhu 800°C selama 2 jam. Analisisdilakukan dengan cara menempelkan serbuk pada isolasi ganda yang dilekatkan pad aspecimen holder selanjutnya dilapis dengan emas dan diamati struktur-mikronyamenggunakan alat Scanning Electron Microscope (SEM) dengan perbesaran 5000 kali.Hasil analisis menunjukkan bahwa serbuk hasil oksidasi pada suhu 700°C selama 5 jamberbentuk bongkahan yang mempunyai retakan dan pecahan dengan diameter sebesar1,1 11mdan pada waktu 7 jam diameter sebesar 1,4 11m.Serbuk hasil reduksi pada suhu800°C selama 2 jam juga berbentuk bongkahan yang mempunyai retakan dan pecahantak beraturan dengan diameter sebesar 1,3 11m.Bentuk serbuk hasil oksidasi maupunreduksi mempunyai bentuk yang relatifsama seperti bentuk butir (grain) yaituequiaksial.

Kata kunci : gaga Ian pelet, oksidasi-reduksi, struktur mikro

PENDAHULUAN

Instalasi Elemen Bakar Eksperimental (IEBE) merupakan salah satu fasilitas nuklir di PusatPenelitian Teknologi Nuklir Serpong. Instalasi ini dirancang untuk melakukan kegiatan penelitianbahan bakar nuklir reaktor daya. Fasilitas ini dilengkapi dengan fasilitas pemurnian dan konversiuranium, fabrikasi elemen bakar dan kendali kualitas. Khusus pada fasilitas fabrikasi elemen bakartelah dilakukan kegiatan penelitian proses pembuatan pelet dalam berbagai parameter proses.

Sebagai akibat dari kegiatan penelitian tersebut dihasilkan pelet uranium oksida sinter yangtidak memenuhi persyaratan baik dimensi, densitas, kekuatan mekanik atau struktur mikronya.Pelet-pelet yang tidak memenuhi persyaratan tersebut biasa disebut gaga Ian pelet sinter.Berdasarkan hal tersebut perlu dilakukan penelitian mengenai proses olah ulang gagalan peletsinter. Dengan penelitian ini diharapkan dapat diperoleh parameter proses olah ulang gagalan peletyang optimum, yang selanjutnya dapat dijadikan acuan atau bahkan diterapkan pada saat prosesfabrikasi elemen bakar nuklir untuk memasok kebutuhan PLTN.

Proses olah ulang gagalan pelet sinter dari proses fabrikasi elemen bakar nuklir mempunyaiarti yang sangat penting, selain dalam rangka ekonomisasi proses untuk menekan biaya operasifabrikasi juga untuk meminimalkan limbah nuklir. Olah ulang bisa dilakukan dengan caramengoksidasi pelet sinter menjadi serbuk U30a, kemudian serbuk U30a tersebut direduksimenggunakan gas H2 sehingga menjadi serbuk U02 kembali. Reaksi oksidasi U02 menjadi U30aadalah sebagai berikut :

3 U02 + O2 ~ U30a

Sedangkan proses reduksi untuk mengembalikan U30a menjadi U02 reaksinya adalahsebagai berikut :

U30a + 2 H2 ~ 3 U02 + 2 H20

19

Page 2: ANALISIS STRUKTUR MIKRO SERBUK HASIL OKSIDASI-REDUKSI ...digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/0854-5561-2009-0191.pdf · Reaksi oksidasi U02 menjadi U30a adalah sebagai berikut :

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854 - 5561

Secara fisik, serbuk U02 mempunyai ciri berwarna hitam dan U30a mempunyai ciri berwarnahitam keabuan[1].

Pada penelitian ini dipelajari struktur-mikro serbuk hasil proses oksidasi-reduksi gagalan pelet U02sinter tipe Cirene. Oksidasi dilakukan pada suhu 700°C pada suasana atmosfir dan reduksimenggunakan gas H2 pada suhu 800°C.

Ukuran partikel serbuk hasil oksidasi-reduksi ditentukan dengan menggunakan metodaperbandingan skala yang tertampil pada gambar mikrograp.

METODOLOGI

Bahan

Bahan yang digunakan adalah serbuk U02 hasil oksidasi-reduksi gagalan pelet U02 sinter tipeCirene, isolasi ganda, specimen holder, film Fuji FP-3000B.

Alat

Alat yang digunakan adalah gelas arloji, sendok sam pel, timbangan analitik, alat pelapis, alat SEM.

Cara kerja

Serbuk hasil oksidasi-reduksi gagalan pelet U02 sinter tipe Cirene dilekatkan pada isolatif gandayang ditempelkan pada specimen holder selanjutnya ditimbang untuk mengetahui beratnya,kemudian dilapisi emas menggunakan alat coating, dan diamati struktur-mikronya dengan alat SEM.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pemanasan pada suhu 700°C menyebabkan pelet pecah karena peristiwa oksidasi U02

menjadi U30a berupa serbuk. Serbuk berupa bongkahan yang mempunyai retakan dan pecahandengan diameter rata-rata 1,4 J!m. Proses pecahnya pelet mengikuti pola dari bentuk butir (grain)pelet U02 sinter yang berbentuk equiaksial yang mana retakan-retakan terjadi mengikuti batas butir(grain boundary) seperti ditunjukkan Gambar 1.

~

(a)

20

(b)

Page 3: ANALISIS STRUKTUR MIKRO SERBUK HASIL OKSIDASI-REDUKSI ...digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/0854-5561-2009-0191.pdf · Reaksi oksidasi U02 menjadi U30a adalah sebagai berikut :

ISSN 0854 - 5561

(c)

HasH-hasH Penelitian EBN T-ahun 2009

(d)

Gambar 1. Bentuk serbuk hasH oksidasi pada suhu 700°C selama (a), (b), (c) 7 jamdan (d) 5 jam

(a)

21

(b)

Page 4: ANALISIS STRUKTUR MIKRO SERBUK HASIL OKSIDASI-REDUKSI ...digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/0854-5561-2009-0191.pdf · Reaksi oksidasi U02 menjadi U30a adalah sebagai berikut :

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

(c) (d)

ISSN 0854 - 5561

Gambar 2. Bentuk serbuk hasil reduksi pada suhu 800°C selama 2 iam dari serbuk hasil

Gambar 2 memperlihatkan bentuk serbuk hasil oksidasi pada suhu 700°C selama 7 dan 5jam yang telah direduksi menggunakan gas H2 pada suhu 800°C. Dari gambar 2 terlihat bahwabentuk serbuk tidak berubah yaitu berupa bongkahan yang mempunyai retakan dan pecahanberbentuk equiaksial dengan diameter rata-rata 1,3 ~m.

Bentuk serbuk hasil oksidasi-reduksi gagalan pelet sinter ini sangat berbeda denganbentuk serbuk U02 Cameco. Bentuk serbuk U02 Cameco berbentuk bulat lonjong (elips) berukuranlebih besar dan bersifat porous[2J• Hal ini karena serbuk telah mengalami proses mekanik sepertipengompakan dan sintering. Namun demikian bentuk serbuk hasil reduksi pelet Cirene tersebutsesuai dengan bentuk serbuk hasil reduksi pelet U02 yang dilakukan oleh GEUN IL PARK[3].

KESIMPULAN

1. Serbuk hasil oksidasi gagalan pelet U02 sinter tipe Cirene berbentuk bongkahan yangmempunyai retakan dan pecahan seperti bentuk butir (grain) pelet yaitu equiaksial dengandiameter rata-rata 1,4 !-1m.

2. Serbuk hasil oksidasi setelah direduksi bentuknya relatif tetap dan diameternya sedikit lebih ked Iyaitu rata-rata 1,3 !-1m.

DAFT AR PUST AKA .

[1] Benjamin M, MA, Nuclear Reactor Materials and Applications, Mc Graw Hill.[2] Ngatijo, Junaedi, Analisis Struktur-mikro Serbuk Hasil Reduksi Gagalan Pelet Uranium Oksida

Sinter Tipe Cirene, Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2008, PTBN.

[3] Geun II Park, dkk, Effect Impurities on The Microstructure of Dupic Fuel Pellets Using The

Simfuel Technique, Journal Nuclear Enginering and Technology, Vol. 40 NO.3 April 2008.

22