studi tentang kekerasancladding peb u3sh-al tmu...

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854 - 5561

STUDI TENTANG KEKERASANCLADDING PEB U3Sh-AL TMURENDAH - TINGGI PRA IRADIASI

Martoyo, Nusin Samosir, Suparjo, dan U. Sudjadi

ABSTRAK

STUDI TENTANG KEKERASANCLADDING PEB U3SI2-AL TMU RENDAH - TINGGIPRA IRADIASI. Kekerasan pelat elemen bakar (PEB) U3Si2-AI tingkat muat uranium(TMU) rendah sampai tinggi, pra iradiasi telah diuji dengan uji kekerasan Vicker's.Bahan bakar nuklir U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975% U235 dan tingkat muaturanium 2,96 gr/cm3, 3,6 gr/cm3, 4,2 gr/cm3, 4,8 gr/cm3, dan 5,2 gr/cm3, telah diujikekerasannya. Hasilnya menunjukkan bahwa kekerasan rata-rata yang paling rendahadalah cladding yang mempunyai tingkat muat 2,96 U.gr/cm3. Kekerasannya adalah44,1 HV. Sedangkan cladding yang mempunyai kekerasan rata-rata tertinggi adalahcladding yang mempunyai tingkat muat 4,2 U.gr/cm3, yaitu sebesar 56,2 HV.Kata Kunci : Pelat elemen bakar, U3Si2-AI, ± 1975% U235, densitas rendah sampaitinggi, kekerasan.

ABSTRACT

The hardness of fuel element plate of U3Si2-AI with low until high densities of uranium,before irradiation were tested with Vicker's hardness apparatus. The hardness ofnuclear fuel element U3SirAI with enrichment ± 1975% U235 and density of uranium2.96 gr/cm3, 3.6 gr/cm3, 4.2 gr/cm3, 4.8 gr/cm3, and 5.2 gr/cm3 were tested. The resultsshown that lowest hardness average was cladding with density 2.96 U.gr/cm3. Thehardness was 44.1 HV. Highest hardness average was cladding with density 4.2 U3gr/cm . The hardness was 56.2 HV.

Keywords: fuel element plat, U3SirAI, ± 1975% U235, low until high density, hardness.

PENDAHULUAN

Pada tahun 1988-2003 RSG-GAS telah memakai bahan bakar U30a-AI pengkayaan ±1975% U235 produksi BATAN. Unjuk kerja bahan bakar tersebut sangat stabil selama digunakan.Selain melakukan produksi, penelitian dan pengembangan bahan bakar baru terus dilakukan seiringpengembangan bahan bakar reaktor riset di dunia internasional. Berkait program tersebut, sejaktahun 1989 BATAN mulai melakukan penelitian bahan bakar U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975%U235 dan tingkat muat uranium 2,96 gr/cm3, 3,6 gr/cm3, 4,2 gr/cm3, 4,8 gr/cm3, dan 5,2 gr/cm3 [1-4],Dua buah bahan bakar U3SirAI dengan pengayaan ± 1975% U235 dengan tingkat muat uranium2,96 gr/cm3, dengan nomer seri RI SIE-1 dan RI SIE-2 telah berhasil difabrikasi dan dilakukan ujiirradiasi di RSG-GAS[1]. Namun dikarenakan fasilitas uji kekerasan dan optical microscope di hot celldi PTBN, di ruang 107 rusak dan sampai sekarang masih dalam perbaikan, maka bahan bakarU3SirAI dengan pengayaan ± 1975% U235 dengan tingkat muat uranium 2,96 gr/cm3, sampaisekarang belum dapat diteliti kekerasan dan mikrostrukturnya. Dalam studi ini akan diuji kekerasan

cladding bahan bakar U3Si2-AI pra irradiasi dengan pengayaan ± 1975% U235 dan tingkat muaturanium 2,96 gr/cm3, 3,6 gr/cm , 4,2 gr/cm3, 4,8 gr/cm3, dan 5,2 gr/cm3, dengan uji kekerasanviker's. Adapun tujuannya ialah untuk mengetahui kekerasan pra iradiasi cladding plat elemen bakar(PEB) U3Si2AI tingkat muat (TM) rendah sampai tinggi sehingga diketahui salah satu sifat mekanikdari cladding BB tersebut. Hal ini sangat berhubungan dengan sifat kerapuhan dan keausan.Karena bahan semakin keras maka akan semakin mudah patah, tetapi akan tahan aus.

136


PROSEDUR PENELITIAN

Fabrikasi atau pembuatan bahan bakar U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975% U235 dantingkat muat uranium 2,96 gr/cm3, 3,9 gr/cm3, 4,2 gr/cm3, 4,8 gr/cm3, dan 5,2 gr/cm3 dilakukan dilaboratorium PTBN dengan dibantu peralatan PT. BANTEK. Paduan U3Si2 dengan kadar Si 7,50%dibuaVdifabrikasi dengan teknik peleburan di dalam tungku busur listrik, dan paduan hasil peleburandibuat serbuk dengan menggunakan ball mill. Serbuk U3Si2 yang telah memenuhi persyaratanbahan bakar dicampur dengan serbuk matriks AI dengan perbandingan sesuai tingkat muaturaniumnya, kemudian dibentuk menjadi inti elemen bakar (IEB) dengan pengepresan pada tekanantinggi. Inti elemen bakar hasil pengepresan berbentuk lempengan empat persegi panjang, kemudiandirakit bersama frame dan cover membentuk paket rol. Secara teknis IEB dimasukkan kedalamframe dan kedua sisi lainnya ditutup dengan cover. Selanjutnya pada keempat sisi dHas TIG(tungten inert gas) pad a beberapa titik yang dimaksudkan agar pad a proses pengerolan tidak terjadi

pergeseran posisi antara IEB, frame dan cover nya sehing~a IEB tepat di tengah-tengahnya. Paketrol selanjutnya dirol panas pada suhu antara 425°C - 480 C membentuk pelat elemen bakar (PEB).PEB yang telah 10105 uji bersama komponen struktur dirakit menjadi elemen bakar (EB) sesuaidesain EB RSG-GAS[1]. Kemudian bahan bakar tersebut diatas di potong-potong, lalu diGrinding,Poleshing, Mounting, Etching dan sebagainya. Selanjutnya sam pel tersebut di uji kekerasan denganmetode Yiker's bagian sisi kiri dan kanan cladding bahan bakar tersebut.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 1 dan 2, menunjukkan hasil - hasH uji kekerasan dari sam pel bahan bakar U3Si2-AI

dengan pengayaan ± 1975% U235 dan tingkat muat uranium 2,96 gr/cm3, sampel ini diukurkekerasannya pada sisi kiri-kanan. Hasilnya menunjukkan bahwa kekerasan sebelah kiri samadengan yang sebelah kanan dan hasilnya homogen sebesar 44,1 HV. Gambar 3 menunjukkan hasHuji kekerasan dari sample bahan bakar U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975% U235 dan tingkat muaturanium 3,6 gr/cm3, sample ini diukur kekerasannya pada sisi kiri. Hasilnya menunjukkan bahwakekerasan pad a sisi kiri tidak homogen. HasH pengukuran pada sisi kiri di lima penjejakan,kekerasannya ialah 52,8 HV, 52,8 HV, 50,9 HV, 49,0 HV, dan 50,9 HV. Rata-ratanya ialah 51,5 HV.Sedangkan pada sisi kanan hasH kekerasannYGl ialah homogen, besarnya ialah 54,9 HV (Iihatgambar 4).

Gambar 5 dan 6 menun!ukkan hasH uji kekerasan dari sam pel bahan bakar U3Si2-AIdengan pengayaan ± 1975% U 35 dan tingkat muat uranium 4,2 gr/cm3, sampel ini diukurkekerasannya pada sisi kiri (Iihat Gambar 5). Hasilnya menunjukkan bahwa kekerasan pada sisi kiritidak homogen. Hasil pengukuran pada sisi kiri di lima penjejakan, kekerasannya ialah 54,9 HV,52,8 HV, 52,8 HV, 54,9 HV, dan 52,8 HV. Rata-ratanya ialah 53,5 HV. Sedangkan pada sisi kananhasH kekerasannya ialah homogen, besarnya ialah 59,3 HV (Iihat Gambar 6). Gambar 7 dan 8menunjukkan hasH uji kekerasan dari sampel bahan bakar U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975%U235 dan tingkat muat uranium 4,8 gr/cm3, sam pel ini diukur kekerasannya pada sisi kiri (lihatGambar 7). Hasilnya menunjukkan bahwa kekerasan pad a sisi kiri tidak homogen. Hasilpengukuran pada sisi kiri di lima penjejakan, kekerasannya ialah 54,9 HV, 54,9 HV, 52,8 HV, 54,9HV, dan 54,9 HV. Rata-ratanya ialah 54,4 HV. Sedangkan pada sisi kanan hasil kekerasannya ialahhomogen, besarnya ialah 50,9 HV (lihat Gambar 8). Gambar 9 dan 10 menunjukkan hasH ujikekerasan dari sampel bahan bakar U3Si2-AI dengan pengayaan ± 1975% U235 dan tingkat muaturanium 5,2 gr/cm3, sam pel ini diukur kekerasannya pada sisi kiri. Hasilnya menunjukkan bahwakekerasan pada sisi kiri ialah homogen, besarnya ialah 59,3. Pengukuran pad a sisi kanan hasilnyamenunjukkan bahwa hasil pengukuran pad a sisi kanan di lima penjejakan, kekerasannya tidakhomogen, kekerasannya ialah 52,8 HV, 52,8 HV, 50,9 HV, 50,9 HV, dan 52,8 HV. Rata-ratanyaialah 52,8 HV. Gambar 11-16 adalah Gambar beberapa penampang lintang potongan sam peldensity 4,8 grU/cm3, gambar ini diambil dengan SEM.

137

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

KESIMPULAN

ISSN 0854 - 5561

Dari ~engujian kekerasan cladding bahan bakar U3SirAI pra irradiasi dengan pengayaan± 1975% U23 dan tingkat muat uranium 2,96 gr/cm3, 3,6 gr/cm3, 4,2 gr/cm3, 4,8 gr/cm3, dan 5,2gr/cm3, dengan uji kekerasan viker's, dapat disimpulkan bahwa kekerasan rata-rata yang palingrendah adalah cladding yang mempunyai tingkat muat 2,96 U.gr/cm3. Kekerasannya adalah 44,1 HV.Sedangkan cladding yang mempunyai kekerasan rata-rata tertinggi adalah cladding yangmempunyai tingkat muat 4,2 U.gr/cm3, yaitu sebesar 56,2 HV.

DAFT AR PUST AKA

[1] SUPARJO, N. SAMOSIR, U. SUDJADI, MARTOYO, dan JUNAEDI, Kualifikasi Pelat ElemenBakar U3SirAI Tingkat Muat Uranium 2,96 glcm3 Pasca Irradiasi, Proseding hasil-hasilpenelitian EBN Tahun 2008, PTBN, BATAN, hal. 213-217, ISSN 0854-5561, 2008.

[2] S.WAS, M.ATZMON, L.WANG, A novel approach to material development for advanced reactorsystem, university of michigan, 2005.

[3] ANONYM, ASM Handbook volume 9, metallography and microstructures, 2004.[4] SNELGROVE J, L, Qualification status of LEU fuels, International meeting on reduced

enrichment for RERTR, Buenos Aires, Argentina, September 28-0ktober 1, 1987

138

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Density 2,96 g.U/cmJ\350 ~ '_'_' m "' "'''' __ '' __ m 'm'_m'.''' __

45

40

35

3025

20 -1-__.--.-- ••• __ IIDensity 2,96 g.U/cm"3

15

10

5o .

1 2 3 4 5

Gambar 1. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 2,9 grU/cm3Sisi Kiri.

Density 2,96 g.U/cmJ\350

454035302520151050 1

2345

II Density 2,96 g.U/cml\3

Gambar 2. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 2,9 grU/cm3Sisi Kanan.

139


Density 3,6 grU/cmJ\354

53

S2

51

ISSN 0854 - 5561

50

49

48

47

1 2 3 4 5

• density 3,6 grU/cm"3

Gambar 3. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 3.6 grU/cm3Sisi Kiri.

Density 3,6U/cmJ\3

.3,6grU/cm"3

1 2 3 4 5

Gambar 4. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pad a Sample Density 3.6 grU/cm3Sisi Kanan.

140


Density 4,2 U.g/cmJ\355,5

5554,S5453,S5352,S5251,S 1

2345

Ii Density 4,2 U.g/cm"3


Density 4,2 U.g/cmJ\370

60

50

30

o

1 2 : LI 5

IiDensity 4,2 U.g/cm"3

-------------------------------------------Gambar 6. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 4,2 grU/cm3

Sisi Kanan.

141


Density 4/8 Ug/cm"3

ISSN 0854 - 5561

55,5

5554,55453,55352,55251,5 1

2345

iii Density 4,8 Ug/cml\3


Gambar 8. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 4,8 grU/cm3Sisi Kanan.

142

ISSN 0854 - 5561

70

60

50

40

30

20

10

o



iii Density 5,2 U.g/cml\3

1 2 3 4 5

Gambar 9. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density ~,2 grU/cm3Sisi Kiri.


52,S5251,S5150,S5049,S 1

2345

II Density 5,2 U.g/cml\3

!..- ......................................................•.............................•- .................................••..•..................................................................•..m·········mm.·._._.m.m- ---- •..•..•..•- .•--- •.....• mj3

Gambar 10. Kekerasan [HV] Vs Penjejakan Tiap Titik Pada Sample Density 5,2 grU/cmSisi Kiri.

143


Gambar 11. Penampang Lintang Potongan Sample Density 4,8 grU/cm3


144

---------------------- ... ------ -




145



Gam bar 16. Penampang Lintang Potongan Sample Density 4,8 grU/cm3

146

studi tentang kekerasancladding peb u3sh-al tmu...

Documents