Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

KOMPATIBILITAS MATRIK AI DENCANBAHAN BAKAR JENIS UMo

Aslina Br.Ginting

ISSN 0854 - 5561

ABSTRAK

KOMPATIBILITAS MATRIK AI OENGAN BAHAN BAKAR JENIS UMo. Kompatibilitas

matrik AI dan bahan bakar UMo ditandai dengan tidak te~adinya reaksi antara matrik AI

dengan UMo. Untuk membuktikan ada tidaknya interaksi bahan bakar UMo dengan matrik

AI dilakukan penelitian tentang kompatibitas matrik AI dengan bahan bakar UMo

menggunakan alat Differential Thermal Analysis (OTA) dari temperatur 30°C hingga 1700°C

dengan kecepatan pemanasan 10°C/menit. Oari analisis diperoleh hasil bahan bahan

bakar jenis UMo dengan kandungan Mo 7%, 9%, 10% dan 15% mengalami perubahan

fasa dari fase a + cS menjadi fasa a + y pada temperatur 576,52°C hingga 580,16 °C. Padatemperatur 643,04°C hingga 645,37°C terjadi puncak endotermik yang menunjukkan

terjadinya peleburan matrik AI. Pada temperatur 669.25°C hingga 679.14°C terjadi reaksi

eksotermik yang menunjukkan interaksi antara leburan matrik AI dengan UMo dengan

melepaskan sejumlah panas dan pada temperatur 1339.1 OoC hingga 1344,26°C te~adi

reaksi endotermik yang menunjukkan terjadinya reaksi antara lelehan matrik AI dengan

uranium membentuk senyawa UAlx dengan menyerap sejumlah panas. Oari hasil analisis

ini dinyatakan bahwa matrik AI sangat kompatibel dengan bahan bakar UMo hingga

temperatur 643.03°C tetapi diatas temperatur tersebut matrik AI telah bereaksi denganbahan bakar UMo.

PENDAHULUAN

Berdasarkan hasil analisis fabrikator

ditunjang dengan keselamatan operasi reaktor

bahwa pelat elemen bakar U3Si2-AI dengan

tingkat muat uranium 2,9 g/cm3 dan 3.6 g/cm3

sang at baik di gunakan sebagai bahan bakar

di dalam reaktor1J. Sedangkan untuk tingkat

muat uranium 4.2 dan 4.8 g/cm3 data analisis

fabrikasi menunjukkan bahwa kedua pelat

elemen bakar tersebut tidak mengalami

kendala dalam proses fabrikasi tetapi

penggunaannya didalam reaktor sedang dalam

penelitian.

Tetapi untuk bahan bakar U3Si2-AI

dengan tingkat muat uranium 5.2 g/cm3 pada

proses tabrikasi mengalami kendala dalam hal

ketebalan kelongsong AIMg-2 yang

dipersyaratkan. Bila muatan uranium

ditingkatan menjadi 5.2 g/cm3 menyebabkan

volttme inti elemen bakar akan meningkat

sehingga berpengaruh kepada perubahan

ketebalan kelongsong AIMg2. Hal ini tidak

24

diinginkan karena tidak sesuai dengan

persyaratan tabrikasi pelet elemen bakar

reaktor riset karena ketebalan kelongsong

bahan bakar yang dipersyaratkan adalah

minimum 0.25 mm dan maksimum 0.36mm.

Oleh karena itu dalam meningkatkan muatan

uranium. dilakukan penelitian dan pengem­

bangan bahan bakar reaktor riset untuk

mencari bahan bakar maju yang mempunyai

densitas lebih tinggi dari bahan bakar U30B-AI

maupun U3Si2-AI. Salah satu bahan bakar

maju yang mempunyai densitas tinggi sekitar

18,6 g/cm3 adalah paduan UMo-AI.

Paduan UMo dipilih sebagai bahan

bakar maju reaktor riset dan sekaligus sebagaipengganti bahan bakar U30B dan U3Si2• Paduan

UMo mempunyai densitas sekitar 18,6 g/cm3

dibanding bahan bakar U3Si2 hanya sekitar 12.2

g/cm3[2] , sehingga paduan UMo tersebut denganmudah dapat dibuat menjadi elemen bakar nuklir

dengan tingkat muat uranium lebih besar dari 6

9 U/cm3. Keunggulan lain yang dimiliki paduan

ISSN 0854 - 5561

UMo adalah mempunyai daerah fasa gamma (y)

relatif besar dan mempunyai kompatibilitas

serta stabilitas panas dengan matrik AI relatif

baik[3] . Karena keunggulan yang dimiliki oleh

paduan UMo tersebut maka paduan UMo

tersebut merupakan salah satu bahan bakar

reaktor riset yang perlu dipelajari dan dilakukan

penelitian dan pengembangan teknologi

fabrikasinya.

Proses fabrikasi untuk pembuatan

bahan bakar jenis UMo, paduan UMo tersebut

harus didispersikan dengan matrik AI, dimana

matrik AI tersebut berfungsi sebagai penghantar

panas dalam bahan bakar serta berfungsi untuk

mengisi kekosongan porositas yang terdistribusididalam bahan bakar UMo. Oistribusi matrik AI

yang merata didalam bahan bakar UMo

menyebabkan tidak terjadinya pengelembungan

bahan bakar sewaktu digunakan di dalam

reaktor . Begitu pentingnya kegunaan matrik AI

di dalam bahan bakar UMo maka perlu

dipahami dan diketahui fenomena yang terjadi

akibat interaksi paduan UMo dengan matrik AI.

Oiduga fenomena tersebut akan menyebabkan

perubahan karakter didalam bahan bakar.

Kompatibilitas matrik AI dan bahan

bakar UMo ditandai dengan tidak terjadinya

reaksi antara matrik AI dengan UMo. Salah

satu langkah yang dilakukan untuk membuktikan

kompatibilitas matrik AI dan bahan bakar UMo

dengan mempelajari fenomena interaksi bahan

bakar UMo dengan matrik AI dengan alat

Differential Thermal Analysis (OTA). Oari

beberapa informasi ilmiah diketahui bahwasebelum bahan bakar UMo irradiasi didalam

reaktor dilakukan beberapa proses yaitu proses

atomisasi dalam pembuatan serbuk UMo yang

dilanjutkan dengan proses fabrikasi. Pada

penelitian sebelumnya telah dilakukan analisis

tentang kompatibilitas matrik AI dengan bahan

bakar lama yaitu U30a dan U2SiP.4]. Oari hasil

analisis OTA terse but diperoleh bahwa bahan

bakar U30a dan U2Si3 sangat stabil terhadap

panas hingga temperatur 600oe. Tetapi diatas

6000e yaitu pada 637,5°e bahan bakar U30a

• telah bereaksi dengan matrik AI membentuk

U02 dan AI203 dan pada akhir reaksi termik

terjadi pembentukan senyawa UAlx (UAI2,UAI3

25

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

dan UAI4) [3.41.Sedangkan U2Si3 mengalami

reaksi termik pada temperatur 639Pe

membentuk senyawa U(AI,Si)x yang diikuti oleh

pembentukan senyawa UAlx pada temperatur1372°e[5,6],

Berdasarkan informasi dan hasil analisis

terhadap kedua bahan bakar diatas maka untuk

mengetahui kompatibilitas matrik AI denganbahan bakar UMo perlu dilakukan suatu

pembuktian Kemudian hasilnya akan

dibandingkan dengan fenomena yang terjadi

pada bahan bakar U30a dan U2Si3. Hasil

penelitian ini diharapkan dapat menjadi

masukan kepada fabrikan bahan bakar reaktorriset untuk memahami karakter bahan dalam

mendesain bahan bakar jenis UMo,

METODELOGI PENELITIAN

1. Bahan:

Bahan Bakar UMo-AI dengan kandungan Mo

7%, 9%, 10% dan 15%2. Peralatan :

Differential Thermal Analysis (DTA)

3.Cara KerjaSampel U Mo-AI hasil peleburan U

dan Mo logam dengan kandungan Mo 7%, 9%,

10% dan 15% disiapkan, kemudian masing­

masing ditimbang seberat 85 mg. Sampel

bahan bakar dengan kandungan Mo 7% yang

sudah diketahui beratnya dimasukkan kedalamkrusibel Alumina. Kemudian dimasukkan

kedalam chamber OTA rod untuk divakumkan

hingga tekanan 10-1bar. Setelah tercapai

kondisi vakum selanjutnya chamber OTA rod

dialiri gas Argon dengan tekanan 2,5 bar.

Analisis kompatibilitas matrik AI dengan bahan

bakar UMo dilakukan pad a temperatur

ruangan hingga mencapai temperatur 17000e

dengan kecepatan pemanasan 10oe/menit

dengan 2x pengulangan pengukuran [7,a].

Langkah pengukuran yang dilakukan terhadap

bahan bakar dengan kandungan Mo 7%,

dilakukan dengan cara yang sama terhadap

masing-masing bahan bakar dengankandungan Mo 9%, 10% dan 15%. Hasil

analisis OTA berupa terrnogram puncakendotermik atau eksotermik dievaluasi .

Temperatur mulai terbentuknya puncak

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

tersebut disebut onset temperatur dan titik

akhir terbentuknya puncak tersebut disebut top

temperatur. Sedangkan luas puncak yang

terbentuk menunjukkan jumlah panas yangdibutuhkan atau dilepaskan.

HASIL .DAN PEMBAHASAN

Dari analisis kompatibilitas yang

dilakukan terhadap paduan UMo-AI dengan

kandungan Mo 7% ,9%, 10% dan 15%,

diperoleh hasil bahwa matrik AI sangat

kompatibel dengan bahan bakar UMo hingga

temperatur pemanasan 643,04°C. Tetapi pad a

temperatur 580,16°C paduan UMo dengan

kandungan 7% Mo telah mengalami

perubahan fasa dari fasa a + 8 menjadi fasa

ISSN 0854 - 5561

a + Y [91. Perubahan fasa ini ditunjukkan

dengan adanya perubahan base line aliran

panas dari pengukuran pad a temperatur

580.16°C seperti yang terlihat pad a puncak 1

Gambar-1. Perubahan fasa yang terjadi pad a

temperatur !;i80,16°C tidak menyebabkan

interaksi matrik AI dengan bahan bakar UMo.

Hal ini dibuktikan dengan hasil analisis termal

masing-masing terhadap serbuk AI 99,999%

dan UMo seperti yang ditunjukkan Gambar 2adan 2b. Dari hasil analisis ini terlihat aliran

panas untuk serbuk AI 99,999% mulai berubah

pad a temperatur 660,52°C, sedangkan aliran

panas bahan bakar UMo telah berubah pada

temperatur 578,63°C.

-..,..--...• ~_;;:;:;;;;._~-;~-, 03-22~5·-·······1····· "T--'···

Heat Flow/ mW

130 l' Exo

110

90

experiment: Ujl UMo-Ai 1'%,3G-155OoC.100C1men Atm. : ArProcedure: UJIUMo-AI15%.30-155OoC.100C1men(Ulangan) (Seq 1)

.····-·--r·..·-_·__m ••• ···T ----·- •.·····-1 ---'---'T-- ----0: __ j -.----r-- ----.-----r

3

5

Crucible: Al203 1Ma •• (mg) :120.7

-30

200 300 400 500 600•• mmm ••••• L- ..-----L-_.__, .L... 700I 800I 900! 100(0 1100

L.....-J1200!

141300 1400

1. 'Temperaturel ·C. !

Gambar-1. Reaksi Termokimia Kompatibilitas Matrik AI Dengan UMo Pada

Kandungan Mo 7%

26

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

~A_~,I Feg. : Experiment: AI stand,30-75OoC,100C1men (14-03-05 ~: Ar03-14-05 Procedure: AI sland,3()"75OoC,100C/men (14-03-05) (Seq 1).---r

Heat Flowl mWo

-25Onset Temp - 660,52oC

-75

-100

-125

-150

-175

-200

-225

-250

Crucible: A1203.JMass (mg) 85.1

50 100 150, 200 250i 300 350 ~O 450 5~0 550 600, 650

r---,Heat Flow/ mW

t Exo0.0005

0.0004

0.0003

Gambar-2a. Termogram DTA serbuk AI 99,999%

Fig. : Experiment: Mo Standard, 3()"10000C,100C/mt (07-o1JQfi),: Ar01-07-05 Procedure: Ut.,1o.. '. 3O-10000C,100C1mt (31-12-0.4) (Seq 1)

Crucible: AI 100 I,d

Mass (mg) H7.5

50,

100 160,200, 250 300 350 400, 450, 500, 550 600 Temperaturel ·C

Gambar-2b. Termogram DTA Bahan Bakar UMo

27

•••. 'iI<

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 ISSN 0854 - 5561

Oari Gambar-1 puncak -2 diperoleh

bahwa pada temperatur 645,37°c hingga

temperatur 661,28°c paduan UMo dengan

kandungan Mo7% mengalami reaksi peleburan

matrik AI dengan membutuhkan panas sebesar132,85J/g. Fenomena peleburan matrik AI ini

diindikasikan dengan terjadinya reaksi termo­

kimia endotermik pad a onset temperatur

645,37°c dan berakhir pad a top temperatur661 ,28°C. Hal ini menunjukkan bahwa matrik

AI didalam UMo 7% mulai melebur padatemperatur 645,37°c dan berakhir melebur

pada temperatur 661,28°c dengan membutuh­

kan panas sebesar 132.85J/g.

Pad a pemanasan lebih lanjut terhadappaduan UMo 7% pad a temperatur 679,14°c

hingga 719,20°c seperti yang ditunjukkanpada Gambar-1 puncak-3, jelas terlihat bahwa

hasil leburan matrik AI secara langsungbereaksi dengan bahan bakar UMo memben­

tuk senyawa U(AI,Mo)x[9). Reaksi pembentukan

senyawa U(AI,Mo)x ditunjukkan denganterjadinya reaksi termokimia eksotermik secara

cepat setelah terjadi reaksi peleburan matrik

AI. Pembentukan senyawa U(AI,Mo)x mulai

terjadi pada onset temperatur 679,14°c dan

berakhir pada top temperatur719,20°c dengan

mengeluarkan sejumlah panas sebesar

358,64J/g seperti yang ditunjukkan padapuncak 3 Gambar-1. Reaksi termik eksotermik

••••

UMo + AI (padat)

UMo + AI (padat)

UMo + AI (Iiq )

UMo + U(AI,Mo)x

UMo + AI (padat)

UMo + AI (Iiq)

UMo + U(AI,Mo ) xUAlx + Mo

pada puncak-3 terjadi berdekatan dengan

puncak endotermik peleburan matrik AI yangterjadi pada puncak-2. Hal ini disebabkan

karena adanya pengikatan atau difusi lelehanmartik AI kedalam bahan bakar UMo secara

cepat, yang di.sebabkan karena lelehan matrik

AI mempunyai kontak antar muka dengan gaya

gerak yang lebih besar sehingga ikatan

intermetalik lelehan AI dengan UMo terjadisecara simultan dengan reaksi peleburan matrik

AI(9). Pembentukan senyawa U(AI,Mo)x pada

reaksi eksotermik tersebut menunjukkan

bahwa pemanasan hingga temperatur

719,20°c terbentuk dua senyawa UAlx dan

UMo dalam kondisi meta stabil, sehingga

pemanasan lebih lanjut pada temperatur

1339,11°c sampai dengan 1346,13°c terjadi

reaksi termokimia membentuk puncak

endotermik yang menunjukkan terjadinyapembentukan senyawa UAlx (UAI4, UAI3 dan

UAI2) dari senyawa U(AI,Mo)x seperti yang

terlihat pada puncak 4 Gambar-1.

Pembentukan senyawa UAlx (UAI4, UAI3 dan

UAI2) terjadi disebabkan oleh pengikatanlogam uranium dengan lelehan matrik AI

membentuk senyawa tersebut (9.10J.

Reaksi termokimia yang terjadi pada

bahan bakar UMo-AI dapat terjadi menurutreaksi berikut [4, 9J.

(580°C)

(645.37°C)

(679.14°C)

(1339.11°C)

Fenomena kompatibitas matrik AI

dengan bahan bakar UMo pad a kandungan Mo

7% hampir sama dengan bahan bakar UMopada kandungan Mo 9% 10 % dan 15%. Pad a

bahan bakar UMo dengan kandungan Mo 9%,

10% dan 15% terjadi reaksi termokimia

sebayak 4 (empat) tahap. Sedangkan pada

bahan bakar UMo dengan kandungan Mo 7%

terjadi reaksi termokimia sebanyak 5 (lima)tahap . Terjadinya perbedaan reaksi termik

pada bahan bakar Mo 7% dibanding dengan9%, 10% dan 15% disebabkan karena kan-

28

dung an matrik AI didalam bahan bakar Mo 7%

lebih besar dibanding dengan kandunganmatrik AI didalam bahan bakar UMo 9%,10%

dan 15%, sehingga menyebabkan interaksi

matrik AI dengan uranium membentuk

senyawa UAlx terjadi lebih besar. Hal ini

didukung oleh terbentuknya puncak

endotermik pad a temperatur 1425,86°c hingga

1478,62°c seperti yang terlihat pad a puncak-5Gambar-1. Puncak endotermik. tersebut

menunjukkan terjadi reaksi termokimia

lanjutan untuk pembentukan senyawa UAlx

ISSN 0854 - 5561

dengan membutuhkan panas sebesar 21,14

JIg. Fenomena reaksi termik kompatibilitas

matrik AI dengan bahan bakar UMo untuk

7%,9%,10% dan 15% Mo secara menyeluruh

ditunjukkan pada Gambar-1 hingga Gambar-5

dan pad a Tabel-1.Oari Gambar -3 dan 4 terlihat bahwa

bahan bakar UMo dengan kandungan 9% dan

10 %Mo mengalami perubahan fasa dari fasa

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

a + 8 menjadi fasa a + y [9] pad a masing­

masing temperatur 578,63°C dan 578,48°C

seperti yang terjadi pad a kandungan Mo

7%pada suhu 580,160C. Fenomena ini

ditunjukkan dengan adanya perubahan base

line aliran panas dari pengukuran padatemperatur 578,63°C dan 578,48°C seperti

yang terlihat pad a puncak-1 Gambar-3 dan

puncak-1 Gambar-4

DI-~~!!~.~J Fig. : Experiment: Ujl UMo-Al9%.3G-155OoC.100C1men 17..Q1.d1i.: At03-17-C15 Procedure: Uji UMo-Al5%.3G-155OoC.100C1men 15-03-05 (Seq 1)

............---r r -,- ···········r······· r , ·T···· .. · .. , ········T··· ·· . ······r·· ----,Heat Flowl mW

1~0 if' Exo150

Crucible: Al203 1Maas(mgl :103.5

......, 1' I· ··· ·1il

130

110

Onset point: 643.57 ·C90 Peak 1 top : 661.03 ·C

Enthalpy I JIg: 129.5703 (Endothermic effect)

70

50

3D

10

Onsel point: 673.34 ·CPeak 1 top: 709.74 ·C

Enthalpy I JIg: -350.9522 (Exothermic effect)

4,...::10

-30

Onset point: 1 340.97 ·CPeak 1 top: 1 353.56 ·C

Enthalpy I JIg: 26.2071 (Endothermic effect)

2200 300 400 500 600' i700 800 900 1000 1100 1200 1300 Temperature/"C

.•. _L __ .l.....•....•..•._.L_.----L- _.L ..Ll- L. __ L._ L _.L .1..•••..............L 1. ---'- ..•

Gambar-3. Reaksi Termokimia Kompatibilitas Matrik AI Dengan UMo Pad aKandungan Mo 9%

Oari hasil analisis terlihat bahwa

kedua paduan ini sangat kompaktibel dengan

matrik AI hingga temperatur pemanasan

643,04°C. Pada temperatur 643,57°C hingga

661,03°C matrik AI dalam paduan UMo 9%

mengalami reaksi peleburan yang ditunjukkan

oleh pembentukan reaksi endotermik pada

temperatur 643,57°C hingga 661,03°C seperti

yang terlihat pada puncak-2 Gambar-3. Reaksi

peleburan matrik AI terse but membutuhkan

panas sebesar 129,57J/g. Oari puncak -3

_ Gambar-3 jelas terlihat bahwa hasil leburan

matrik AI pada temperatur 643,57°C hingga661,03°C secara langsung bereaksi dengan

29

paduan bahan bakar UMo membentuk

senyawa U(AI,Mo)x . Hal ini diindikasikan

dengan pembentukan puncak eksotermik

secara cepat dan simultan dengan reaksi

endotermik pada temperatur 673,34°C hingga

709,74°C. Reaksi pembentukan senyawa

U(AI,Mo)x yang ditunjukkan reaksi termokimia

eksotermik mengeluarkan panas sebesar

350,95 JIg. Pembentukan senyawa U(AI,Mo)x

terjadi secara cepat yang bersamaan dengan

rekasi peleburan matrik AI. Hal ini terjadidisebabkan oleh karena lelehan matrik AI

secara cepat berdifusi dan bereaksi dengan

paduan UMo membentuk senyawa U(AI,Mo)x.

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

FIg.: Experiment: UJIUMo-A/I8%,30-155OoC.1OoC1men17.Q&&: AI

03-17..05 Procedure: UJIUMo-A/5%;30-155OoC.100CJmen1~3-05 (Seq 1)--- -----I------ ........•···-·--··--·-·-r I !··-·-------1----· ----,---- I 1·-··- -----[- ----,----------) ..--'iW Flowl mW

A\ Exo2QO I180

-20

...•0

ISSN 0854 - 5561

Crucible: Al203 1

Mas. (mg) :103.5- ,- ···---------1···--·-------,.--------------

-60

-801

100 200 300 4100 500 600 TOO 800 900 1000 1100 1200 1300 Temperature'"C____I J...._ ..._L L -L...... l I 1. ----L __ .J I L.. I

Gambar-4. Reaksi Termokimia Kompatibilitas Matrik AI Dengan UMo PadaKandungan Mo 10%

Pad a pemanasan lebih lanjut hingga

temperatur 1340,90°C sampai dengan1353,56°C bahan bakar UMo 9% mengalami

reaksi termokimia membentuk puncak

endotermik yang mengindikasikan terjadinya

pembentukan senyawa UAlz, UAI3 dan UAI4

seperti yang terjadi pad a bahan bakar UMo­

7%. Hal yang sama juga terjadi terhadap bahan

bakar dengan kandungan Mo 10% seperti yangditunjukkan pada Gambar-4 dan Tabel-1.

Bahan bakar UMo-AI dengankandungan 15% mengalami reaksi termokimia

dengan 4 tahap seperti yang ditunjukkan pada

30

Gambar-5. Pada temperatur 576,52°C bahan

bakar UMo dengan kandungan 15% Mo jugamengalami perubahan fasa dari fasa a + 0

menjadi fasa a + y. Pad a temperatur 641 ,O°C

hingga temperatur 660.64°C paduan UModengan kandungan Mo 15 % mengalami reaksi

peleburan matrik AI dengan membutuhkan

sebesar 117,19J/g. Fenomena peleburan

matrik AI ini diindikasikan dengan terjadinya

reaksi termokimia endotermik pad a onset

temperatur 643,04°C dan berakhir pada top

temperatur 660,64°C seperti yang ditunjukkanpada Gambar-5 puncak -2.

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

Crucible: Al2031M_. (mg) :1.08.5 ..

14

2

40-0 500 600 TOO 800 900 1000 1100 1200 1300 Tomperatur""'C... .I.. 1._ ._ _J _ . m ••••••••••Ml _ ,._~ .1.." 3. _, ...J_ __~,, 1... } __ L .1...•.••..•..... ~ .

Gambar-5. Reaksi Termokimia Kompatibilitas Matrik AI Dengan UMo PadaKandungan Mo 15%

Pemanasan pad a temperatur 669,25°C

hingga 704,noC terlihat bahwa hasH leburan

matrik AI secara langsung bereaksi dengan

bahan bakar UMo membentuk senyawa

U(AI,Mo)x. Reaksi pembentukan senyawa

U(AI,Mo)x ditunjukkan dengan terjadinya reaksi

termokimia eksotermik secara cepat setelah

terjadi reaksi peleburan matrik AI dengan

mengeluarkan panas sebesar 343,28J/g seperti

yang ditunjukkan pada puncak -3 Gambar-5.

Pembentukan senyawa U(AI,Mo)x pada reaksi

eksotermik tersebut menunjukkan bahwa

pemanasan hingga temperatur 704.nOcterbentuk dua senyawa UAlx dan UMo yang

tidak stabil[9,10jsehingga pada pemanasan lebih

lanjut hingga temperatur 1344,26°C sampai

dengan 1355,2°C terjadi reaksi termokimia

membentuk puncak endotermik yang menyata­

kan pembentukan senyawa UAlx (UAI4, UAh dan

UAI2) seperti yang terlihat pada puncak 4

Gambar-5. Pembentukan senyawa UAlx (UAI4,

UAI3 dan UAI2) terjadi disebabkan lelehan matrik

AI berdifusi dengan logam uranium membentuk

senyawa tersebut dan membutuhkan panas

sebesar 24,26 JIg.

Dari hasH analisis kompatibilitas matrik

_ .AI dengan bahan bakar UMo kandungan Mo

7%,9%,10% dan 15% dengan menggunakan

alat DTA dapat diketahui bahwa matrik AI

31

tersebut sang at kompatibel dengan bahan bakar

UMo hingga temperatur 643,04°C. Pada

temperatur sekitar 643,04°C hingga 661,.28°C

keempat paduan bahan bakar tersebut

mengalami peleburan matrik AI dengan

membutuhkan sejumlah panas seperti yang

dituangkan pada Tabel-1. Besar panas yang

dibutuhkan untuk peleburan matrik AI bertambah

kecil dengan meningkatnya kandungan %Mo

didalam paduan tersebut. Hal ini disebabkan

oleh karena kandungan matrik AI didalam

paduan UMo-AI tersebut bertambah kecH

dengan naiknya kandungan. %Mo, sehingga

panas yang dibutuhkan juga semakin berkurang.

Pad a kisaran temperatur 669,25°C

hingga 719,20oC keempat paduan bahan

bakar tersebut mengalami reaksi pembentukan

senyawa U(AI,Mo)x yang simultan denganreaksi peleburan matrik AI. Reaksi

pembentukan senyawa U(AI,Mo)x ditunjukkan

dengan reaksi termokimia eksotermik dengan

melepaskan sejumlah panas. Besarnya panas

yang dibutuhkan bertambah kecil dengan

bertambahnya kandungan Mo. Hal ini

menunjukkan reaksi termokimia eksotermik

yang terjadi dominan dipengaruhi oleh

besarnya jumlah lelehan matrik AI yang

mampu berinteraksi dan mengikat paduan

UMo membentuk senyawa U(AI,Mo)x.

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

Pad a temperatur 1339,1°C hinggatemperatur 1355,5°C paduan bahan bakar ter­

sebut mengalami reaksi termokimia endotermik

yang menunjukkan terjadinya pembentukan

senyawa UAlx• Pembentukan senyawa UAlx

tersebut membutuhan panas yang berkurang

denga~ menurunnya kandungan %Mo.

Besarnya reaksi endotermik yang terjadi sangat

dipengaruhi oleh jumlah lelehan matrik AI dapat

mengikat uranium dalam senyawa U(AI,Mo)x.Bila dievaluasi dari hasi analisis

kompatibitas matrik AI dengan bahan bakar UMo

pada kandungan Mo 7%, 9%, 10% dan 15%

dan dibandingkan dengan analisis terhadap

bahan bakar U30a-AI dan U3Si2-AI dapat

dinyatakan bahwa Umo tersebut sangat

kompatibel dengan matrik AI hingga temperatur643,04°C. Bahan bakar UMo mulai berinteraksi

dengan matrik AI sekitar temperatur di atas

643,04°C, sedangkan bahan bakar U3Si2-AI

pada temperatur 639 dan bahan bakar U30a-AI

pada temperatur 637,5°C

KESIMPULAN

Dari hasil analisis kompatibilitas matrik

AI dengan bahan bakar UMo dapat dipahami

bahwa bahan bakar jenis UMo dengan

kandungan Mo 7%, 9%, 10% dan 15% sangat

kompatibel dengan matrik AI hingga temperatur

643,04°C. Diatas temperatur tersebut bahan

bakar UMo telah berinteraksi dengan matrik AI

membentuk senyawa U(AI,Mo)x. Semakin besar

kandungan Mo semakin kecil panas yang

dibutuhkan maupun yang dilepaskan untukmelakukan reaksi termokimia tersebut.

SARAN

Dalam hal mengetahui dan memahami

keunggulan lain bahan bakar UMo-AI maka

perlu dilakukan analisis lebih lanjut yaitukarakterisasi sifat mekanik, strukturmikro dan

analisis lainnya.

DAFT AR PUST AKA

1. TIM KESELAMATAN REAKTOR SERBA

_GUNA "laporan Analisis Keselamatan

Penggantian Elemen Bakar Oksida ke

32

ISSN 0854 - 5561

Silisida Densitas 2,96 g/cm3", RSG.OTH/LAK/01/98.

2. M.HUSNA AlHASA, ASMEDI SURIPTO,"Karakterisasi Mekanik dan Mikrostruktur

UMo Sebagai Kandidat Bahan Bakar

Reaktor Riser Presiding Persentasi IImiahDaur Bahan Bakar Nuklir V, Jakarta, 1999.

3. ASLINA BR GINTING, Perbedaan Reaksi

Termokimia Bahan Bakar U30a-AI DenganU3Si2-AI, Prosiding Pertemuan IImiah

Penelitian Dasar IImu Pengetahuan Dan

Teknologi Nuklir, Yogyakarta 26-27 Mei1998.

4. G.l .COPELAND and J.L. SNELGROVE"

Examination of Irradiation High U-loaded

U30a-AI fuels Plates" Proceeding of theInternational Meeting on Research and TestReactor Core Conversations from HEU to

lEU Fuels,ANU1987

5. RF DOMAGALA, T.C.WlNCEK, J.L.

SNELGROVE, M.I.HOMA and RR

HEINRICHh, "DTA Study of U3Si2 - AI andU3Si2 - AI Reactions", IAEA - TECDOC ­

643(4) ,1992.

6. J.L. SNEGROVE, RF.DOMAGALA,

G.L.HOFMAN, T.C.WINCEK, G.L.

COPELAND, RW.HOBBS and

RL.SENN, "The Use of U3Si2 Dispersed AI

.in Plate Type Fuel Elements for Researchand Test Reaktor", ANl / RERTR /TM ­

11,1987.

7. CHANG-KYU RHEE, SU-II PYUN and 11­

HIUN KUK,"Phase Formation and Growth at

Interface Bitween U3Si and Aluminium"

Korea Atomic Energy Institute, Daejon 305­

606, Korea, April 1991.

8. SETARAM," Manual Operation for

Differential Thermal Analyzer Type 92",France, 1992.

9. THADDEUS B. MASSAlSKI,"Binary Alloy

Phase Diagrams" Second Edition, Volume 3,USA,1992.

10. WilLIAM F.SMITH,"Material Science and

Enginering",Second Edition, Volume 3,USA, 1992.