Proses Sintering Pada Kernel Uranium Dioksida (UO2) Dalam Rangka Mendukung Persiapan Bahan Bakar Reaktor HTR

Abstract

Proses sintering kernel UO2 merupakan salah satu bagian dari persiapan elemen bahan bakar nuklir untuk reaktor HTR. Proses sintering adalah tahapan akhir dalam pembuatan kernel bahan bakar sebelum dilakukan proses coating atau pelapisan. Tahapan ini sangat penting dalam keseluruhan proses karena akan menentukan kelayakan kernel UO2 sesuai dengan spesifikasi bahan bakar reaktor HTR. Penelitian ini dilakukan dengan persiapan sampel bahan baku, kemudian pemanasan dengan suhu tinggi dalam atmosfer gas Argon, dan analisis kernel hasil sintering. Analisis diameter kernel dilakukan menggunakan Dinolite capture, analisis densitas dilakukan dengan piknometer, dan analisis luas muka spesifik dan volume pori total dilakukan dengan NOVA-1000. Pemodelan matematis yang digunakan yaitu Model I (Reaksi Searah), Model II (Reaksi Seri dengan ks dan kp mengikuti persamaan Arrhenius) dan Model III (Reaksi Seri dengan ks dan kp mengikuti persamaan modified Arrhenius). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan kernel UO2 dengan densitas yang tinggi yaitu ≥ 95%TD, untuk memodelkan secara matematis proses sintering dan untuk memperoleh nilai parameter – parameter sintering yaitu As, Es, Ap, Ep, dan ρC. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa densitas tertinggi mencapai 92,56%TD atau sekitar 10,1441 g/cm3 yaitu pada sintering suhu 1400°C dengan waktu sintering 2 jam. Diameter yang dihasilkan yaitu sekitar 919µm, luas muka spesifik 4,4213 m2/g, dan volume pori total 4,7515x10-3 cm3/g. Pemodelan matematis yang sesuai yaitu Model III (Reaksi Seri dengan ks dan kp mengikuti persamaan modified Arrhenius) dengan nilai ralat rerata 1,02%. Nilai parameter sintering yang dihasilkan dari optimasi program MATLAB dengan Model III yaitu energi aktivasi sintering (Es) sebesar 24 kJ/mol, energi aktivasi perusakan (Ep) 16 kJ/mol, dan densitas kernel C (ρc) 8,34 g/cm3. Sedangkan nilai frekuensi tumbukan sintering (As) dan frekuensi tumbukan terjadinya perusakan (Ap) bergantung pada suhu dengan persamaan: As = 1,8188x10-2 T dan Ap = 4,9753x106 T-2.