Hadi Suwarno ISSN 0216-3128 J-

FABRlKASI DAN UJI PASKA lRADIASI PELET

DAN UTh4ZrlOH20

Hadi SuwarnoPusat Teknologi Bahan Balwr Nuklir - BA TAN

ABSTRAK

U-ZrH1,6

FABRIKASI DAN UJI PASKA lRADIASI PELET U-ZrH/.6 DAN UTh~r/lP21Jo Telah dilakulwnfabrilwsi dan uji paslw iradiasi pelet UZrH/,6 dan UTh4ZrlOH21JoMasing-masing pelet dibuat denganmelelehlwn elemen penyusun paduan menjadi button. melebur button menjadi pelet. dan menghidridingpelet menjadi paduan UZrH/,6 dan UTh4Zr/oH21JoPada proses hidriding geometri pelet paduan UTh4ZrlOH20menggembung sebesar 5% dari geometri awal dan hal ini juga terjadi pada pelet UZrH/.6. bahan balwr

yang digunalwn di reaktor TRIGA. Sebelum proses hidriding paduan UZr terdiri dad fasa t5-UZr yang

diperlwya dengan a-U. sedanglwn paduan UTh4Zr/() terdiri dari t5-UZr yang diperlwya dengan Zr dan

logam Th sebagai matriks. Setelah hidriding, paduan UZr membentukfasa stabil t5-ZrH/.6 sebagai matrikssedanglwn logam U terdistribusi secara homogen sebagai partikel halus diantara matriks. Untuk pelet

UTh4Zr/(). hidriding menyebablwn terbentuknyafasa terner stabil ThZr2H7y sebagai matriks danfasa stabilZrH2_x disebablwn o/eh ke/ebihan Zr. sedanglwn /ogam U terdistribusi diantara kedua fasa tersebut.

Diagram PCT menunjukkan bahwa kapasitas penyerapan hydrogen paduan U-Th-Zr /ebih besar dibandingdengan paduan U-Zr. Uji paslw iradiasi dalam bentuk uji tak merusak meliputi pemeriksaan visual.

pengukuran diameter fuel pin da/am orientasi 4 sumbu azimut. radiografi sinar-X, dan sapuan sinar-y atasfuel pin yang diiradiasi se/ama dua-siklus (24 dan 25 hari) di JMTR dengan dosi~' paparan 4./ x IO/J

nlcm2.det (sik/us 127) dan 21.8 x /O/J nlcm2.det (siklus 128) dilaporkan bahwa kedua pelet UZrH/.6 danUTh4Zr/oH2o tidak menga/ami perubahan fisik yang berarti dan tidak ada interaksi antara pe/et dengan

ke/ongsong.

ABSTRACT

FABRICATION AND POST IRRADIATION EXAMINATIONS OF UZrH/.6 AND UTh~rIOH20PELLETS HA VE BEEN CARRIED OUT. Each pellet was prepared by melting the constituent elements

into button, melting the buttons into pellet and hydriding them into UZrH/,6 and UTh4ZrlOH20pellets. Onhydriding the geometry of UTh4Zr /oH20pellets swell about 5%, similar to that of the UZrH/.6 fuel ordinary

used for TRIGA reactor. Before hydriding the microstructure of UZr pellet consisted of t5-UZr enriched witha-U, while the microstrusture of UTh4Zr/() pellet consisted of Zr-riched t5-UZr phase and thorium. After

hydriding the UZr pellet showed that the hydrogen reacts with zirconium to form stable t5-ZrH/.6 and theuranium distributed homogeneously into fine particle in the matrix. In case of the UTh4Zr/o pellet it isshowed that hydriding resulted in the formation of stable ternary ThZr2H7y and ZrH2_x> while uraniumdistributed among the two phases. PCT diagram showed that the hydrogen capacity of the U-Th-Zr alloy ishigher than that of the U-Zr alloy. Post irradiation examination results in the form of non destructiveexamination. i.e. visual check. fuel pin diameter measurements in 4 azimuthal orientation. X-rayradiography. and gamma scanning of the fuel pins irradiated in two-cycle (24 and 25 days) operation of theJMTR under irradiation dose of 4.1 x 1013 nlcm2.sec (cycle 127) and irradiation dose of 21.8 x 1013nlcm2.sec (cycle 128) are reported that no valuable changes and pellet-cladding interactions for all the fuelpins.

PENDAHULUAN

Limbah radioaktif tingkat tinggi (LRT) berasaldari reprosesing bahan bakar bekas pembangkitlistrik tenaga nuklir (PLTN) mengandung

sejumlah tertentu nuklida umur panjang, utamanyaadalah elemen beracun trans-uranium (TRU),seperti plutonium, neptunium, americium, dancurium dengan waktu paruh > 106 tahun, yang harus

diisolasi secara sempuma dari biosphere untukwaktu yang sangat panjang. Penerimaan masyarakatIndonesia atas pltn akan semakin mulus apabilateknologi pengolahan LRT telah benar-benardikuasai.

Paduan U-Th-Zr-H telah diteliti cukup lamaoleh Penulis dengan tujuan untuk mengetahuikarakteristik paduan sebagai bahan bakar nuklir,meliputi sifat kimia, sifat termal, khususnya untuk

Pro:iiding PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN

Yogyakarta. 10 Juli 2006

2 ISSN 0216-3128 Had; Suwarno

simulasi penggunaan elemen TRU tersebut[I-4J.

I-IMii uji karakteristik menunjukkan bahwa paduanU-Th-Zr-H memiliki karakteristik yang lebih baikdibanding dengan paduan U-ZrH 1,6, bahan bakarnuklir yang telah lama digunakan untuk reaktorjenis TRIGA. Paduan U-Th-Zr-H dengan komposisiatom U:Th:Zr:H = I :4: I 0:20 atau ditulis sebagaiUTh4ZrlOH20 merupakan paduan yang memilikikarakteristik terpilih karena selain memilikikandungan hidrogen paling besar, paduan inimemiliki karakter yang sedikit lebih baik dibandingkomposisi lainnya,. terutama di dalam halkandungan hidrogen yang ada di dalam spesimen.Sementara itu, analisis transmutasi LRT dengancara membakamya di dalam reaktor, baik dalamLWR maupun FBR juga telah dilakukan danmenunjukkan bahwa paduan ini bisa digunakansebagai bahan bakar reaktor nuklir dan bahan bakartarget[5].

Hasil uji karakteristik paduan U-Th-Zr-Hyang memuaskan ini mendorong Penulis untukmembuat bahan bakar dengan skala sesungguhnya,yaitu berupa pelet dengan geometri mirip denganbahan bakar PWR dan diuji iradiasi di reaktorJMTR (Japan Materials and Testing Reactor),JAEA (Japan Atomic Energy Agency), OaraiResearch Establishment, Ibaraki, Jepang, denganwaktu yang lebih lama dari penelitiansebelumnya[4], yaitu hingga bum up rata-rata 10%235U dan sebagai pembanding digunakan peletUZrH1•6. Hasil uji pra dan paska iradiasi disajikandalam makalah ini.

TATAKERJA

a. Pemhuatan pelet U-Zr dan U- rlt-ZrPaduan UThZr dengan perbandingan rasio

atom U:Th:Zr = 1:4:10 (ditulis sebagai UTh4ZrlO)dan paduan UZr dengan rasio berat 9: II(mengandung 45% berat U dan ditulis sebagai UZr)dibuat dengan melebumya di dalam sebuah tungkubusur Iistrik. Hasil leburan kemudian dimasukkan

ke dalam sebuah tabung cetakan dari grafit dandilebur hingga titik lelehnya di dalam sebuahtungku listrik frekuensi tinggi. Hasilleburan berupasebuah batang pejal dengan diameter 12 mm danpanjang mencapai 15 mm. Hasil leburan kemudiandibubut pada sebuah mesin bubut hinggamembentuk sebuah pelet dengan dimensi diameter9,4 ± 0,2 mm dan tinggi 9,4 ± 0, I mm.

h. Proses ItidridingHidriding dilakukan dalam sebuah unit

hidriding yang mampu menghasilkan tekananvakum maupun tekanan tinggi dan dirancang oleh

Penulis. Pelet UZr dan UTh4ZrlO yang akan

dihidriding dibungkus. dengan logam tungsten foildan dimasukkan ke dalam sistem hidriding. Sistemhidriding kemudian divakum dengan kevakumansekitar 2 - 5 x 10.6 Pa pad a suhu 1173 K untukmenghilangkan bahan volatil yang ada didalamsistem. Setelah suasana vakum pad a suhu tersebuttercapai, dilakukan proses hidriding denganmemasukkan sejumlah hidrogen ke dalam sistem.Jumlah hidrogen yang diserap oleh logam paduandihitung berdasarkan perubahan tekanan di dalamsistem dan pengukuran perubahan berat spesimen.Hidriding dilakukan dengan mengatur tekanan yangada di dalam sistem sedemikian rupa sehinggapaduan yang diformulasikan sebagai UZrH 1.6 danUTh4ZrlOH20 terbentuk. Teknik hidriding yangdikembangkan Penulis telah dipresentasikansebelumnya, meliputi teknik pembentukan senyawabiner hidrid, senyawa temer hidrid serta teknikpencegahan spesimen masif terdisintegrasi menjadiserbuk!6,7.81.

c. Preparasi spesimen untuk iradiasiPelet hasil hidriding dimasukkan ke dalam

kelongsong terbuat dari bahan baja nirkarat tipe SS­316 yang dirancang untuk percobaan iradiasi dalamjangka panjang. Gambar I adalah gambar hasilrakitan kelongsong yang telah diisi pelet UZrHI,6

dan UTh4ZrlOH20 (selanjutnya disebut fuel pin)yang akan diiradiasi. Satu fuel pin berisi 5 buahpelet, terdiri dari dua buah pelet pejal dan tiga buahpelet yang berlubang di tengahnya dengan diameterlubang 2,0 ± 0, I mm. Ada tiga fuel pin yangdipersiapkan, terdiri dari fuel pin I berisi 5 buahpelet UTh4ZrlOH20 dengan kandungan 235u =19,9%, fuel pin II berisi 5 buah pelet UTh4ZrlOH20dari uranium deplesi dan fuel pin III berisi 5 bllahpelet 45%wU-ZrH 1,6 dari bahan uranium deplesi.Gambar 2 menampilkan tampang lintangfuel pin.

Ketigafuel pin tersebut kemudian dirakit didalam sebuah kapsul yang dirancang khusus dandilengkapi dengan instrumen pendeteksi sllhu,tekanan, dan kecepatan aliran fluida. Preparasipemasukan pelet ke dalam kelongsong bahan bakarmenjadi fuel pin dilakukan secara manual dalamsebuah glove box dalam suasana helium dengantekanan 100 kPa.

Iradiasi netron dilakukan di Japan Materialsand Testing Reactor (JMTR), JAEA (Japan AtomicEnergy Agency), Oarai, Jepang, sesuai denganoperasi normal reaktor untuk jangka waktu duasiklus, yaitu selama 24 hari pada siklus 127 dengandosis paparan 4, I x 1013 n/cm2.det dan dilanjlltkanselama 25 hari pada siklus 128 dengan dosispaparan 21,8 x 1013 n/cm2.det.

Prosiding PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2006

,;! ..

Hadi Suwarno ISSN 0216 - 3128

AI (A105U)

(" J6,h" 17,2)

3-

Gambar /. Ke/ongsong baja nirkarat tipe SS 3/6untuk iradiasi pe/et UTh4ZrIOH]I!>

d. Uji Paska fradiasi

Gambar 2. Tampang Lintang kapsul pembawapelet UTh4ZrUP]()o

~JepasFuel Pin

ImpeJm VirualSirpuan Sinar-y

Uji IAmendEJJjJ CurrentTebal OkDla

GepPICFP Ges

Uji Punctum

~Uji KeJerasan

Uji TarikAnaJiris

Gambar 3. Diagram AUr Uji Paska Iradiasi

Ce:ramogm.fiJRridad Bakar

DenmasAnaJiris Out GesPendar Sinar- X

DifumrDas TeunallMA. EPMA

SinaF

~:6Uji~

Uji TarikUji Bakar

seeAnaJiris Hi.cIJ:orJm

Gambar 3 menampilkan diagram uji paskairadiasi yang harus dilakukan untuk menguji suatubundle bahan bakar.

Prosedur uji paska iradiasi meliputi ujibundel bahan bakar bekar, uji fuel pin dan uji peletyang dapat dikelompokkan sebagai uji merusak danuji tak merusak. Karena alasan keterbatasanperizinan, kegiatan yang bisa dilakukan dandisajikan dalam makalah ini meliputipembongkaran dan uji tak merusak yang terdiri dariinspeksi visual fuel pin, uji dimensi kelongsong,radiografi sinar-X dansapuan sinar-y.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Uji Pra fradiasi

- Perubahan dimensi pelet akibat hid riding

Gambar 4 menampilkan i1ustrasi perubahandimensi pelet sebelum dan sesudah hidriding. Darikedua jenis pelet UTh4ZrlOH20 yang dibuat dariuranium deplesi dan uranium diperkaya 19,9%,perubahan ekspansi volumetrik yang terjadi adalahan tara 5,0 - 5,2%, sedangkan pelet UZrH'.6 adalahantara 4,9 - 5,2%. Untuk kedua jenis spesimendikatakan bahwa ekspansi akibat hidriding rata-rataadalah 5%. Perlu dilaporkan bahwa kedua jenis

Prosiding PPI • PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2006

4 ISSN 0216 - 3128 Hadi Suwar1lo

pelet UTh4ZrlOH20 ini dibuat di dua tempat yang

berbeda, yaitu di Nuclear Fuel Industries Ltd. untukbahan uranium diperkaya 19,9% dan MitshubishiMaterial Ltd. untuk bahan uranium deplesi. Namundemikian, hasil uji dimensi menunjukkan bahwadata ekspansi tinier tak berbeda. Sebagaipembanding ditampilkan pula ekspansi linierpaduan U-ZrHt,65 yang mengandung 45% berat U.Temyata ekspansi linier diantara keduanya takberbeda. Hasil inipun tak berbeda dibandingkandengan hasil yang diperoleh oleh penulissebelumnya untuk dimensi yang lebih kecil[6].

9,66

9,51'"

9,17 glee4,9% •••5,2%

Gambar 6 adalah diagram PCT paduan

UZrHx dan UTh4ZrlOHy (X dan y adalah komposisiatom hidrogen yang diikat oleh paduan) yangdiperoleh selama proses hidriding. Tampak bahwatak terjadi tekanan plateau, yaitu perubahan fasapada diagram PCT paduan U-Zr-H maupun U­Th4Zrw-H pad a suhu bervariasi dan tekanan tetap100 kPa. Hasil percobaan ini sesuai dengan hasilpeneliti lain yang juga tidak menemukan adanyaperubahan fasa pad a suhu tersebut[9.IOJ.Dari grafiktampak bahwa pada suhu tinggi kestabilan hidrogenpaduan UTh4ZrlO-H lebih baik dibanding denganpaduan UZr-H. Hal ini disebabkan adanya logam Uyang menstabilkan fasa temer ThZr2H7:tx' Lagipula,kapasitas penyerapan hydrogen paduan U-Th-Zrlebih besar dibanding dengan paduan U-Zr.

Gambar 4. Ilustrasi peruballan dimensi peletsebelum dan sesudall Mdriding.

(a)

(c)

(0)

(d)

- Mirostruktur paduan U-Zr-H dan U-Th-Zr-H

Gambar 5 menampilkan mikrostrukturpaduan sebelum dan sesudah hidriding. Sebelumhidriding (Gb. 5a) paduan U-Th-Zr terdiri darilogam Th sebagai komponen utama sedangkan fasaUZr membentuk suatu kerangka beraturan danterdistribusi merata sebagai padatan diantara fasathorium. Tidak ada fasa ThZr dijumpai dalampaduan tersebut. Kelebihan Zr terdeteksi sebagaiUZr dengan kandungan Zr yang berlebihan. Setelahhidriding (Gb. 5b) terbentuk fasa temer ThZr2H7:txsebagai fasa utama (wama abu-abu) diikuti denganfasa ZrH2.x (wama gelap), sementara logam Uterpisah diantara kedua fasa tersebut. Terbentuknyafasa temer inilah yang menyebabkan paduanmemiliki kapasitas hidrogen yang lebih baikdibanding dengan fasa biner ZrH2_x'

Untuk paduan 45% berat U-Zr,mikrostruktur paduan menunjukkan bahwa sebelumhidriding terdiri dari fasa UZr dan U (Gb. 5c).Setelah hidriding terbentuk fasa hidrida sebagaiZrH2.x sedangkan logam U terpisah dan terdistribusisecara sempuma dan bentuk relatif seragamdiantara matriks ZrH2.x (Gb. 5d). Distribusi Usecara homogen diantara matriks berfasa stabil fasadelta ZrH1•6 inilah salah satu kelebihan bahan bakarreaktor TRIGA.

Gambar 5. Mikrostuktur U-TII-Zr dan u-Zrsebelum dan setelall Mdriding.

U

1.1'

.. N+.c.1.1

to -:I: U

15,a12

1110

T 11d K

Gambar 6. Diagram PCT paduan U-ZrH dan U­TIIZrHpada tekanan 100 kPa.

Uji Paska Iradiasi

Dari gambar 3 tampak bahwa prosedur yangharus dilaksanakan untuk suatu pengujian bahanbakar memerlukan suatu program kerja yangterencana dengan baik dan dikerjakan secaraberurutan. Dari pengalaman yang telah bertahun-

Prosidlng PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Jull 2006

Hadi Suwarno ISSN 0216 - 3128 5

TC 2·3

Sa1nan nun

Termokopel "l~1U

Pelet UTh.zr.II>:1, 19.9'>1 U.fM1

Pelet UTh,z1 ,II ••• U.DepleslfMlTC 5·'

~gr.'i"MAl10S0'

~n9PeIe145%U·ZIH ••

Spa •••r (A/10501UjungD_oh (SS31i)Dlok ••••••• 1 (A/1050)

~I

125

Uji tak merusak yang belum dilakukan saatpenulis terlibat dalam penelitian ini adalah ujikebocoran kelongsong, uji integritas kelongsong,

uji Eddy Current dan uji teballapisan oksida.

Pengamatan visual terhadap seluruh fuel pindilakukan sesuai prosedur pengamatan denganmenggunakan peralatan video dan dari pengamatanseluruh permukaan fuel pin dijumpai adanyaperubahan warna dari warn a metalik menjadi warnaburam (dark grey) di beberapa tempat yangmengindikasikan adanya profil lapisan oksida dipermukaan kelongsong. Peristiwa ini adalah umumdijumpai pada kelongsong bahan bakar yangmengindikasikan adanya akumulasi panas ditempattersebut sebagai akibat reaksi fisi. Dari Gb. 8tampak bahwa fuel pin UTh4ZrlOHzo memilikilapisan warn a buram lebih banyak dibanding fuelpin berisi pellet UZrH 1,6'

Uji geometri fuel pin dilakukan sesuaiprosedur dengan pengukuran dalam orientasi 4­sumbu putar dengan langkah pengukuran setiap 2mm. Fuel pin dipasang berdiri tegak di sebuah toolyang dilengkapi dengan motor penggerak yangdapat memutar dan juga mengukur kerataanpermukaanfuel pin. Hasil uji dibandingkan dengandata geometri awalfuel pin sebelum dimasukkan kedalam reaktor. Tabel I menampilkan hasil akhirpengukuran rata-rata diameter fuel pin pada daerah

Gambar 7. Kapsul berisi fuel pin UZrH1,6 danUTII4ZrIIlH](!

radiografi sinar-X yaitu untuk mengamati adanyakerusakan kelongsong bagian dalam, pelet yangretak/pecah dan adanya interaksi kelongsongdengan pelet, (5) uji Eddy Current untukmengetahui kerusakan kelongsong baik bagian luarmaupun dalam, (6) uji tebal lapisan oksida yangterbentuk di permukaan dalam kelongsong, dan (7)

sapuan sinar-y.

Pernbongkaran dilakukan sesuai denganrros~dur yang telah ditetapkan yaitu d~nganrnemotong sarnbungan-sambungan las, memotongbagian spacer, dan membuka bagian-bagiankornponen dengan urutan terbalik dengan prosedurpemasangan. Gambar 7 di atas menampilkan kapsulyang berisifuel pin UZrH dan UThZrH.

Pembongkaran kapsul

Uji paska iradiasi dilakukan di fasilitas HotLaboratory, JMTR, JAEA, Oarai, Jepang. Sebelumdilakukan uji paska iradiasi kapsul didinginkanselama 90 hari di dalam kolam interim yang adadisamping teras JMTR. Melalui transfer channel

kapsul kemudian dikirim ke hot cell tipe (3-y untukdilakukan pengujian dengan langkah kerja sebagaiberikut. Sebelum kapsul dibongkar dilakukanpengamatan visual dan pengukuran dimensi kapsuluntuk dicocokkan dengan data awal sebelum kapsuldimasukkan ke dalam reaktor. Hasil pengamatanvisual terhadap kapsul dilaporkan tidak ditemukanadanya perubahan warna, swelling, bendingrnaupun cacat permukaan kapsul diakibatkan olehirradiasi.

tahun dilaksanakan oleh fasilitas uji paska iradiasiJAEA yang ada di Oarai maupun di Tokai, untukmelakukan pekerjaan ini diperlukan waktu ujipaling cepat 12 bulan. Perlu dilaporkan dalammakalah ini bahwa penulis melakukan uji paskairadiasi melalui program STA-Japan untuk jangkawaktu 6 bulan. Sementara itu, fasilitas uji paskairadiasi yang ada di JAEA-Oarai adalah tipe beta­gama hot laboratory, yaitu fasilitas yang hanyadiizinkan untuk mengelola bahan uranium,plutonium dan bukan thorium. Hot laboratory yangdiizinkan untuk mengelola thorium berada diJAEA-Tokai, 65 km dari JMTR. Oleh karena ituyang bisa dilakukan dalam kegiatan ini adalahpembongkaran kapsul, pengamatan uji tak merusakyang meliputi inspeksi visual, uji sapuan sinar-y,dan uji dimensi kelongsong. Uji Eddy current takbisa dilaksanakan karena waktu yang tersedia takmemadai, sedangkan uji gaya lepas fuel pin tidakdilakukan karena kapsul bukan merupakan sebuahbundel bahan bakar.

- Pengamatan Fuel Pin

Gambar 8 menampilkan fuel pin yang telahdikeluarkan dari kapsul, sementara gambar detilkomponen fuel pin telah ditampilkan pada Gb. I.Pengamatan yang dilakukan terhadap fuel pinmeliputi (I) pengecekan visul terhadap wujud fisikdan dimensi filel pin, (2) uji kebocoran kelongsong(leak-tight test), (3) pengukuran diameter dalamproyeksi 4-sumbu, pengukuran panjang, (4)

Prosiding PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2006

6 ISSN 0216 - 3128 Hadi Suwamo

pelet bahan bakar (data asli hasil pengukuran

menjadi milik JAEA dan penulis tidak diizinkanmendapatkan copynya. Diameter rata-rata fuel pindiperoleh dari data profil diameter masing-masingsumbu). Tampak bahwa untuk seluruh fuel pinterjadi pengurangan diameter fuel pin beberapamikrometer dan sebagai konsekuensinya terjadisedikit penambahan panjang fuel pin, sedangkanvolume fuel pin tidak berubah. Penurunan diametersetelah iradiasi sebesar 0,003 - 0,006 mOlmengindikasikan adanya pembentukan gas plenumdi bagian lain.

panjang fuel pin diukur di udara dengankondisi suhu udara 30°C dan humiditas relatif 30 ­

80% dan diperoleh panjang rata-rata fuel pin adalahL = 166,2 ± 0,03 mOl. Perubahan panjang fuel pin

sebesar 0,2 ± 0,03 mOl ini kemungkinan sebagai

akomodasi glas plenum di bagian ujungfuel pin.

Pengamatan radiografi sinar-X denganpengambilan gaOlbar setiap posisi 90° dilaporkantidak terjadi perubahan dimensi pelet akibatiradiasi, sehingga tidak dijumpai adanya perubahangap antara kelongsong dan pelet. Hal inimengindikasikan pula bahwa tidak terjadi swellingmaupun retak. (Gambar hasil uji radiografi tidakdapat dilampirkan dalam makalah ini karenamenjadi milik JAEA dan tidak bisa dicopy). Hasilini juga mengindikasikan bahwa pelet cukup stabilterhadap pengaruh irradiasi, semen tara kelongsongsedikit mengalami shrinking di daerah pelet bahanbakar.

Tabel 1. Diameter rata-rata fuel pin diukur di daerah dari 60 - 110 mm, diukur dari ujung bawah

Fuel Pin Orientasi0°

45°90°135°

UTh4ZrIOH20, U-Deplesi, Dingin12,00912,00912,00812,008

UTh4ZrIOH20, U-Deplesi, Panas12,00412,00412,00412,004

UTh4ZrIOH20, 19,9% U-5, Dingin12,00812,00812,00812,008

UTh4ZrIOH20, 19,9% U-5, Panas12,00212,00212,00212,003

45%U-ZrH 1,6, Dingin12,00812,00912,00812,009

45%U-ZrH 1,6, Panas12,00512,00412,00412,005

dilaporkan bahwa distribusi bahan bakar danburnup untuk masing-masing fuel pin adalahseragam dengan burnup rata-rata 10% (menurutPetugas di JMTR yang Penulis temui). Lagipula,tidak dijumpai adanya perubahan grafik burnllpyang signifikan yang mengindikasi adanya retakanpelet. Sebagai gambaran, pada Gb. 9 ditampilkanprofil cacah 137Csuntukfuel pin yang diperoleh dariliterature! II].

."" .•..•

Gambar 9. Profit hasil cacah 1.17c.•• sebualt fuetpin' III.

Gambar 8. Fuel Pin yang telah dikeluarkan darikapsul, yang terdir; dari pelet U-Zr-H,U- Th-Zr-H dari bahan U deptesi, danU-Th-Zr-H dari bahan 2.1JU/9,9% .

Pengamatan sapuan sinar-y yangdimaksudkan untuk mengetahui profil bahan bakardi dalam fuel pin juga telah dilakukan denganscanning pitch 10 mOl. Tinggi slit yang digunakanada1ah 3,0 mOl. Prinsip perhitungan burnupdidasarkan pada perbandingan konsentrasi 137Cshasil cacah (dengan memperhitungkan nilaipeluruhan selama pendinginan setelah iradiasi danwaktu operas i) dengan spesimen standar. Hasilcacah konsentrasi 137Cs yang merepresentasikanbesamya burnup (derajad bakar) bahan bakar tidakdapat ditampilkan dalam makalah ini karenamenjadi milik JAEA. Namun demikian dapat

:1"1

.~, _., __ ",_.,A_ •

r ~. "\.\

-~-- --..--~____ ••m~M_.A._.

/.'W

----~, '"

\

Prosiding PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2006

Hadi Suwamo ISSN 0216 - 3128 7-KESIMPULAN

Telah dilakukan lIji paska iradiasi peletfull­size lIntllk bahan bakar nllklir dari padllan U-Zr-Hdan U-Th-Zr-H lIntllk mendapatkan data karakterbahan tersebut. Hasil pengamatan atas peletsebelum iradiasi menunjukkan bahwa paduan UZrdan UThZr dengan komposisi atom U:Th:Zr =1:4: 10 dan komposisi berat U:Zr = 9: II dapatdibentllk menjadi pelet dengan melebur paduantersebllt di dalam sebllah tungku lebur dan hasillebllran dilelehkan di dalam sebuah tungku listrikfrekuensi tinggi.

Pelet UZr dan UThZr dapat dihidridingmenjadi paduan U-ZrHi.6 dan UTh4ZrlOHzo dengansedikit mengalami perubahan geometri sebesar ±5% volum tanpa terjadi retakan pada pelet.

Hasil lIji paska iradiasi dalam bentukpengamatan visual atas kelongsong dan uji takmerusak berupa uji geometri menunjukkan bahwapaska iradiasi menyebabkan diameter fuel pinmengerut disebabkan oleh adanya akumulasi gasproduk fisi di bagian plenum fuel pin. Sapuan sinar­X dilaporkan bahwa tidak ada kontak an tara peletdan kelongsong, sementara di pelet sendiri tidakdijllmpai adanya retak. Hasil uji sapuan sinar-yd ilaporkan bahwa pad a derajad bakar rata-rata10%, distribusi bahan bakar dan derajad bakaruntuk masing-masingfuel pin adalah seragam.

Data uj i tak merusak menunjukkan bahwapaduan UTh4ZrlOHzo memiliki karakter yang takjauh berbeda dengan paduan UZrH1•6 yang sudahlama digunakan sebagai bahan bakar reaktorTRIGA, sehingga paduan UTh4ZrlOHzo dapatdipromosikan sebagai bahan bakar reaktor baru.

UCAP AN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih disampaikan kepadaProf. Dr. Michio Yamawaki yang telahmengundang Penulis untuk ikut terlibat dalamprogram uji paska iradiasi. Terima kasih jugadisampaikan kepada pimpinan JAEA di Oarai yangmenyediakan fasilitas JMTR dan Hot Laboratorysehingga terlaksananya program ini.

DAFTAR PUSTAKA

I. T. YAMAMOTO, H. SUW ARNO, H.KAYANO, M. YAMA WAKI, J. Nucl. Sci.Techn., 32(3) 1995)(260).

2. T. YAMAMOTO, H. SUW ARNO, H.KAYANO, M. YAMA WAKI, J. Nucl. Mat 'Is.,247(1997)339.

3. H. SUW ARNO, T. YAMAMOTO, F. ONO,K. YAMAGUCHI, J. Nucl. Mat'/s.,247(1997)333.

4. T. YAMAMOTO, H. SUW ARNO, F. ONO,H. KAY ANO, M. YAMA WAKI, J. Alloys andCompounds, 271-273( 1998)702.

5. M. YAMA WAKI, H. SUW ARNO, T.YAMAMOTO, T. SANDA, K. FUJIMURA,K. KAWASHIMA and K. KONASHI, J.

A Iloys and Compounds, 271-273( 1998)530.

6. H. SUW ARNO, Dimensional Changes onHydriding of U-Th-Zr Pellets and Its ThermalExpansion Properties, Pros., Presentasi I1miahDaur Bahan Bakar Nuklir VI, Jakarta, 7-8Nov.,2001,hal.lll.

7. H. SUW ARNO, Hidriding-Dehidriding LogamPaduan U-Th-Ti-Zr, Pros., Presentasi IlmiahDaur Bahan Bakar Nuklir VI, Jakarta, 7-8Nov., 2001, hal. 147.

8. H. SUWARNO, Y. NAKAZONO, M.YAMA WAKI, Ana/isis Kesetimbangan danTermodinamika Sistem Th-Zr-H, Pros.,Seminar Sains dan Teknologi NuklirPendayagunaan Reaktor Riset DalamPengembangan Potensi Nasional, Bandung, 26­27 Juni 200 I, hal. 326.

9. R.L. BECK, Trans ASM., 55(1962)542.

10. W. BARTSCHER and J. REBIZANT, J. Less­

Common Metals, 136( 1988)305.

I I. IAEA-TECDOC-1385, WWER-440 fuel rodexperiment under simulated dry storageconditions, April 2004.

TANYAJAWAB

Sukarsono

- Fasilitas Serpong sejauh mana bisa melakukanuji semacam ini ?

- Dulu ada pekerjaan bersama, pembuatan bahanbakar nuklir dengan U alam sampai dengan ujiirradiasi sampai dimana hasilnya ?

Prosiding PPI • PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta. 10 Juli 2006

8- ISSN 0216-3128 Had; Suwarno

Hadi Suwarno

- Secara teoritis fasilitas PTBN bisa, tetapiprakteknya belum bisa karena banyak kendalateknisyang dihadapi.

- Mohon maal saya tidak bisa menjawab karenasaya tidak terlibat dalam program tersebut.

Andryansyah

- Bagaimana cara mengukur untuk dapatmengatakan bahwa hidriding mengakibatkanpenggembungan 5%?

Hadi Suwarno

Reaksi metal dengan hidrogen adalah reaksiinterstitial yaitu hidrogen menyisip diantaraatom-atom logam membentuk sisipantetrahedral dan oktahedral. Akibat reaksi

sisipan akan mengakibatkan perubahan latticeconstant atom berupa perpanjangan..Pengukuran penggembungan 5% dilakukandengan cara :

- Diukur dengan menggunakan sinar-X untukpengukuran lattice 'constant, dan

- Diukur dengan profilometer dengan kepekaan0,002 mm (pengukuran makro).

Tumpal Pandiangan

- Bagaimana fenomena pengikatan atau pelepasanhidrogen pad a bahan bakar ini?

Hadi Suwarno

Reaksi hidrogen dengan logam adalah reaksiinterstitial dan ikatannya tidak stabil,tergantung dari P (tekanan), C (konsentrasi) danT (suhu). Sepanjang energi ikatan dilampauimaka akan terjadi ikatan interstitial. Sepanjangenergi untuk pelepasan ikatan dilampaui makaikatan interstitial akan terurai. Energi ikataninterstitial dan pelepasan ikatan interstitialuntuk setiap logam atau logam paduan sangatbervariasi.

Prosldlng PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2006