Embed Size (px)
Citation preview
ISSN 1410-1998
PRESENTASI ILMIAH DAUR BAHAN BAKAR NUKLIR
TEMA : TEKNOLOGI DAUR BAHAN BAKAR NUKLIR DALAM
MENYONGSONG ERA PLTN DAN INDUSTRI NUKLIR
INDONESIA
3 2 / 2 4
Jakarta, 18- 19 Maret 1996
BADAN TENAGA ATOM NASIONALPUSAT ELEMEN BAKAR NUKLIR
Kawasan Puspiptek Serpong, 15310, Telp. (021) 7560915,Faks. (021)7560909
PLEASE BE AWARE THATALL OF THE MISSING PAGES IN THIS DOCUMENT
WERE ORIGINALLY BLANK
ISSN 1410-1998
PRESENTASI ILMIAH DAUR BAHAN BAKAR NUKLIR
TEMA : TEKNOLOGI DAUR BAHAN BAKAR NUKLIR DALAM
MENYONGSONG ERA PLTN DAN INDUSTRI NUKLIR
INDONESIA
Jakarta, 18 - 19 Maret 1996
BADAN TENAGA ATOM NASIONALPUSAT ELEMEN BAKAR NUKLIR
Knwasan Puspiptek Serpong, 15310, Telp. (021) 7560915,Faks. (021) 7560909
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar Nuklir' l PEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
EDITOR
Ir. Asmedi Suripto
Ir. Indro Yuwono
Ir. HasbuHah Nasution
Dr. B.J. Hersubeno
DR. Siti Amini
DR. Ir. Sigit
Ir. Agus Cahyono, M.Sc.
TATA LAKSANA
Ir. M. Husna Al Hasa, MT.
Agus Sunarto
Agns Sartono D.S.
BADAN TENAGA ATOM NASIONALJ A K A R T A
SALINAN
KEPUTUSAN DIREKTUR JENDERALBADAN TENAGA ATOM NASIONAL
NOMOR : 287/DJ/VII/1995
TENTANG
PENYELENGGARAAN PRESENTASI ILMIAH DAUR BAHAN BAKAR NUKLIR DANPEMBENTUKAN PANITIA
DIREKTUR JENDERAL BADAN TENAGA ATOM NASIONAL,
Menimbang : a. bahwa dalam rangka memberikan kesempatan bertukarpengalaman dan penyebarluasan hasil penelitian dalam lingkuplitbang Daur Bahan Bakar Nuklir serta sebagai ajang pengkajiandan antisipasi bahan bakar yang akan dipakai dalam PLTN, perludiselenggarakan Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar Nuklir;
b. bahwa untuk ketertiban dan kelancaran penyelenggaraanPresentasi limiah sebagaimana dimaksud pada huruf a, perludibentuk Panitia.
Mengingat : 1. Keputusan Presiden Rl Nomor 82Tahun1985;2. Keputusan Direktur Jenderal Batan Nomor 127/DJ/XII/1986.
Menetapkan
PERTAMA
KEDUA
KETIGA
MEM U T U S K A N :
Menyelenggarakan Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar Nuklir padabulan Nopember 1995 bertempat di Pusat Elemen Bakar Nuklir -Batan Serpong, Tangerang.
Membentuk Panitia Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar Nuklir yangselanjutnya dalam Keputusan ini disebut Panitia dengan susunanseperti tersebut dalam Lampiran Keputusan ini.
Segala biaya untuk penyelenggaraan Presentasi llmiah Daur BahanBakar Nuklir dibebankan pada Anggaran Proyek Penguasaan danPengembangan Teknologi Elemen Bakar Nuklir.
- 2 -
KEEMPAT : Panitia wajib rnemberikan laporan mengenai penyelenggaraanPresentasi llmiah Daur Bahan Bakar Nukiir termasukpertanggungjawaban keuangan kepada Direktur Jenderal Batanselambat-lambatnya 1 (satu) bulan setelah Presentasi llmiah berakhir.
KELIMA : Keputusan Ini mulai berlaku pada tanggal ditetapkan.
Dttetapkan di J a k a r t apada tanggal 10 Juli 1995
Pgs. DIREKTUR JENDERAL8ADAN TENAGA ATOM NASIONAL
- t t d -
Ir. F.P. SAGALA
SALINAN : Disampaikan kepada Yth. :1. Sekretariat Negnra Rl di Jakarta.2. Kantor Perbendaharaan dan Kas Negara (KPKN)
di Jakarta.3. Para Deputi Direktur Jenderal Batan.4. Para Kepala Puuat/Biro/UPT-MPIN dan
Staf Ahli di lingkungan Batan.5. Para Anggota P.jnitia.
Disalin sesuai dengan aslinya :
iro Pemasyarakatan danSains dan Teknologi
SUYUD1
BADAN TENAGA ATOM NASIONALJ A K A R T A
LAMPIRAN : KEPUTUSAN DIREKTUR JENDERALBADAN TENAGA ATOM NASIONAL
NOMOR : 287/DJ/VII/1995TANGGAL : 10 JULI 1995
SUSUNAN PANITIA PENYELENGGARA PRESENTASI ILMIAH DAUR BAHANBAKAR NUKLIR
Panitia Pengarah:
Ketua
Anggota
Deputi Bidang Penelitian Pengembangan industriNuklir
1. Ir. Asmedi Suripto, M.Sc.2. Dr. Sofyan Yatim3. Dr. Ir. Karyono4. Ir. Arlinah Kusnowo5. Dr. J.B. Hersubeno
II. Panitia Penvelenaaara:
Penanggungjawab
Ketua
Wakil Ketua
Sekretarls
Bendahara
III- Editor
Ketua
Wakil Ketua
: Ir. Asmedi Suripto, M.Sc.
: Ir. Indro Yuwono.
: Dr. Ir. Sigit
: 1. Ir. Karnoyo2. Woro Dewi Agung Ardirini
: 1. SamsiHayati, B.Sc.2. At Kusmiati
: Ir. Asmedi Suripto, M.Sc.
: Dr. J.B. Hersubeno
Anggcta
- 2 -
1. !r. IndroYuwono2. Ir. Hasbullah Nasutlon3. Dr. SitiAmtni4. Dr. Ir. Slgit5. Ir. Ague Cahyono, M.Sc.
Disalin sesuai dengan aslinya :
J3iro Pemasyarakatan danSains dan Teknologi
Pgs. DIREKTUR JENDERALBADAN TENAGA ATOM NASIONAL
- t td -
Ir. F.P. SAGALA
Prosiding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta. 18-19Maret 1996
KATA PENGANTAR
Puji syukur kita panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa bahwa atas berkat
rahmat-Nya Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir yang bertema Peran
Teknologi Daur Bahan Bakar Nuklir Dalam Menyongsong Era PLTN Dan Industri
Nuklir Indonesia yang diselenggarakan di Gedung Perasten Pasar Jum'at, Jakarta pada
tangga! 18-19 Maret 1996 dapat diterbitkan.
Prosiding yang berisikan karya ilmiah dari berbagai disiplin ilmu yang mendukung
kegiatan Daur Bahan bakar nuklir ini merupakan hasil penelitian yang dilakukan oleh para
peneliti dan ihniawan di lingkungan BATAN dan di luar lingkungan BAT AN.
Prosiding Daur Bahan Bakar Nuklir (DBBN) ini merupakan penerbitan pertama
dan akan diupayakan dengan sungguh-sungguh oleh Pusat Elemen Bakar Nuklir (PEBN)
agar prosiding DBBN dapat berlanjut terus dan dapat diterbitkan setiap tahunnya.
Pada penerbitan pertama ini, prosiding DBBN memuat 47 judul makalah yang terdiri
dari 45 makalah biasa dan 2 makalah undangan. Makalah undangan berturut-turut
disampaikan oleh Deputi PPTN, yaitu Bapak Dr. Soedyartomo Soentono, M.Sc, APU dan
Deputi PSTN Bapak Ir. lyos Subki, M.Sc.
Akhirul kata, kami mengharapkan semoga prosiding DBBN dapat bermanfaat bagi
para peneliti dan pembaca lainnya, sebagai salah satu bahan referensi berharga. Pada
kesempatan ini pula kami mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah ikut
membantu dan berpartisipasi dalam pelaksanaan penerbitan prosiding DBBN ini.
Jakarta, Nopember 1996
EDITOR
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN. Jakarta 18-)9Maret 1996
SAMBUTANKEPALA PUSAT ELEMEN BAKAR NUKLIR
Kami mengucapkan puji syukur ke hadirat Allah SWT dengan telah terbitnya Prosi-ding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir yang bertema Peran Teknologi DaurBahan Bakar Nuklir Dalam Menyongsong Era PLTN Dan Industri Nuklir Indonesia, darihasil presentasi ilmiah yang dilaksanakan pada tanggal 18-19 Maret 1996 di GedungPerasten Pasar Jumat-Jakarta.
Prosiding ini berisikan karya ilmiah kegiatan daur bahan bakar nuklir yang meliputiteknologi eksplorasi serta proses olah bijih uranium, teknologi elemen bakar nuklir, penda-yagunaan reaktor, modeling serta karakterisasi bahan bakar nuklir, teknologi penangananlimbah radioaktif daur dan pengembangan sistem keselamatan. Karya ilmiah dalam prosi-ding ini merupakan hasil penelitian, tinjauan dan gagasan yang dilakukan oleh para penelitidan ilmiawan di lingkungan BAT AN dan di luar lingkungan BATAN. Prosiding ini diha-rapkan akan menjadi sarana penyebarluasan hasil-hasil penelitian yang berkaitan denganpengembangan daur bahan bakar nuklir dalam rangka mendukung kebijaksanaan energinasional dalam memantapkan pembangunan PLTN.
Pada kesempatan ini kami merasa bergembira dan menyampaikan rasa terima kasihyang sebesar-besarnya kepada para Peserta yang telah ikut berpartisipasi dalam PertemuanIlmiah Daur Bahan Bakar Nuklir, khususnya kepada Pembicara Undangan dan segenapPeserta-saji yang karya-karyanya terbit dalam prosiding ini. Kami tidak lupa pula meng-ucapkan terimakasih yang sedalam-dalamnya kepada Panitia Penyelenggara PertemuanIlmiah Daur Bahan Bakar Nuklir, Tim Penyunting, Tim Penerbitan Prosiding dan segenappihak baik yang terlibat langsung maupun tidak langsung dalam pelaksanaan penyelesaianprosiding ini, sehingga prosiding tersebut dapat diterbitkan sesuai dengan waktu yangdiharapkan.
Akhirul kata, kami berharap semoga prosiding ini tidak sekedar menjadi dokumentasiilmiah, tetapi akan bermanfaat menjadi referensi berharga dan berguna bagi para penelitidan para pembaca lainnya.
Jakarta, November 1996Kepala Pusat Elemen Bakar Nuklir
Ir. Asmedi Suripto, M.Sc.
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi Itmiah Daur Bahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
DAFTARIS1
KATA PENGANTAR i
SAMBUTAN KEPALA PEBN Ji
DAFTARISI Ui
MAKALAH UNDANGAN
1 KEBUAKAN DAUR BAHAN BAKAR NUKLIR 1Dr.Soedyartomo Soentono,M.Sc.
2 STATUS STSK PLTN DALAM KATTANNYA DENGAN DAUR BAHAN BAKAR NUKLIR 13Ir. fyos Subki, M.Sc.
MAKALAH BIASA
Kelompok A
1 KARAKTERISASI DAN SISTEM PENGELOLAAN TAILING PADA PROSES 22PENGOLAHAN BIJ1H URANIUM RIRANGAchmad Sorot Sudiro
2 FIKSASIMOLBDENUM DARI LARUTAN PELMDIAN BIJIH URANIUM DENGAN 29KARBONAKTIFKiainar Syahminan
3 PERANCANGAN ALAT PENGENDAPAN URANIUM SECARA KONTINYU 34Faizal Rizci
4 EKSPLORASIU DENGAN METODE MAGNETIK DI SEKTOR BUBU, 43KALIMANTAN BARATM. Nurdin
5 INVENTARISASI SUMBERDAYA U SEKTOR KAYUARA HULU, KALIMANTAN 51BARAT, TAHAPAN PROSPEKSI SISTEMATDCAldan Djalil
6 INVENTARISASI SUMBERDAYA U DAERAH MENTAWA DAN SERUYAN 59KALIMANTAN TENGAH TAH.APAN PROSPEKSI DETILRamadamis
7 PROSPEKSI SISTEMATDC DI SEKTOR D TANAH MERAH KALIMANTAN BARAT 68DALAM RANGKA PENCAIRAN ASAL BONGKAH MONAZIT MENGANDUNG UManto Widodo
8 INVENTARISASI SUMBERDAYA U SEKTOR TEBALUNGKANG KALIMANTAN BARAT 77TAHAPAN PROSPEKSI SIOSTEMATIKBambang Soelopo
9 INVENTARISASI SUMBERDAYA URANIUM SEKTOR ONSOM KALIMANTAN BARAT 84TAHAPAN PROSPEKSI SISTEMATIKTtigijo
10 PERHITUNGAN DOSIS GAS RADON YANG TERHISAP OLEH SEORANG PEKERJA 89UJLJNG DEPAN DAUR BAHAN BAKAR NUKLIRSoedardjo
ui
ISSN 1410-1998 Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Kclompok B
1 PROSPEK BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN KADAR SI 97HIPOSTOJKIOMETRiKAsmedi Suripto
2 PEMERIKSAAN PASCAIRADIASIELEMEN BAKAR DISPERSI U3Og-AL TIPE PELAT 105Hasbullah Nasution
3 PENGARUH TEKANAN PENGOMPAKAN TERHADAP KERAPATAN KOMPAKAN i 13DALAM PROSES PELETISASIUO2
Widjakiana
4 STUDI BANDING ANALISIS SILKON DI DALAM BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA 122SECARA SPEKTROFOTOMETRDC DAN GRAVIMETRIKPurwadi Kasino Putro
5 EFEK PENGERJAAN THERMO-MEKANIK PADA PADUAN ALMG2 131M. Husna Al Hasa
6 KARAKTERISASI PADUAN ALMGSIMENGGUNAKAN MDCROSKOP ELEKTRON 138TRANSMISIMasrukan
7 KEKERASAN DAN KETAHANAN LISTRK ZIRCALOY-2 SETELAH DI ANIL PADA 145SUHU 750°CHarini Sosiati
8 EFEK PERLAKUAN PANAS DAN PENDINGINAN TERHADAP KARAKTERISTIK 152MEKAN1K BAHAN KELONGSONG ELEMEN BAKAR RSG-GASSigit
9 EFEK PARAMETER PROSES ANIL TERHADAP PERTUMBUHAN BUTIR, KEKERASAN 158DAN PRESIPITAT PADA INGOT ZIRCALOY-4 TERDEFORMASIEric Jolmeri
10 PROSES TEKNOLOGIPEMBUATAN PADUAN LOGAM ZIRKONIUM (ZIRCALOY) 166DENGAN METODA METALURGI SERBUKR.A. Suryana
11 BEBERAPA PERMASALAHAN FABRKASI BAHAN BAKAR DISPERSI TIPE PELAT 173DENGAN TINGKAT MUAT URANRIM TINGGISupardjo
12 PENGARUH KECEPATAN PEROLAN TERHADAP KEKUATANIKATAN METALURGK 184ANTAR-MUKA PELAT ALMG2Petrus Zacharias
13 KAJIAN KEMUNGKINAN MODIFKASIPERALTAN FABRIKASIUNTUK FABRIKASI 190ELEMEN BAKAR JENIS HWR DAN LWRTri Yulianto
14 STUDI KELAYAKAN PENDIRIAN PABRIK ELEMEN BAKAR REAKTOR DAYA 199TAHAPI: ASPEK EKONOMIMarwoto
15 TEKNOLOGI ANALISIS U DAN CE DARI SAMPEL HASIL VITRIFIKASI LARUTAN 221ELEMEN BAKAR BEKAS SECARA ICP-AESSiti Amini
16 SMULASIPENENTUAN PELET TO PELET GAP MENGGUNAKAN NEUTRON 226RADIOGRAFIArlinah Kusnowo
IV
ISSN 1410-1998 Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
17 PENENTUANDISTRlBUSISUIiUBAHANBAKARDANKELONGSONGREAKTOR 231DAYA JPSRSudarmona
18 STUDIAWAL PENGKAJIANINTEGRITAS ELEMEN BAKAR REAKTOR RSG-GAS 239Agoes Soejoedi
19 PENDINGINANPADABERBAGAIJUMLAHPELATDIDALAM ELEMEN BAKAR 248TIPEMTRMuh. Danvis Isnaini
20 FAKTOR MODERASIPADA BERBAGAI MODEL ELEMEN BAKAR PELAT 257As Natio Lasman
21 ANALISIS TERMOHIDRAULIKA DISAIN ELEMEN BAKAR MINI U3SI2-AL 266Endiah Fuji H
22 PENGARUH BURN-UP DAN POWER TERHADAP PRODUK GAS FISI PADA ELEMEN 274BAKAR REAKTOR DAYA JENIS PWR BERDASARKAN PERHTTUNGAN DENGANKODE FEMAXI-IVEdy Sulistyono
23 MODEL PERHITUNGAN KAPASITAS TERMAL URANIA PADA TEMPERATUR 281SANGAT TINGGIDARIPENGUKURAN KALORIMETRI DENGAN KILATAN LASERSuwardi
Kclompok C
1 RANCANGAN UNIT PROSES KJMA PENGOLAH LMBAH KIMIA RADIOAKTIF CAIR 288PPTA-SERPONGZainus Salimin
2 PERHTTUNGAN HASIL FISI KRITCKALITAS LARUTAN URANIUM-23 5 DAN DOSIS 300RADIASIindroYuwono
3 PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF URANIUM CAIR DENGAN RESIN PENUKAR 308ION CAMPURANSupardi
4 PEMISAHAN AKTINIDA DENGAN CARA EKSTRAKSIMENGGUNAKAN 313EKSTRAKTAN TBP DAN PENGGARAM NANO3Djarot S. Wisnubroto
5 SEBUAH ANALISIS DARI REAKTOR CEPAT UNTUK SISTEM DAUR BAHAN BAKAR 321NUKLIR MAJUMarsodi
6 KAJIAN KIMIA URANIUM DAN UNSUR TRANSISIDALAM LARUTAN CAMPURAN 328ASAM NITRAT DAN ASAM SULFATYusufNampira
7 STUDI TINGKAT OKSIDASI U PADA SENYAWA BA2NDUO6 332Hendri Firman Windarlo
Kclompok D
1 PERANCANGAN HORIZONTAL BELT FILTER 340Djoko fVasito
2 RANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN BIJIH URANIUM RIRANG : DIGESTER 347BERPENGADUKEtvi Rifandriyyah Arief
ISSN 1410-199S ProsidingPresentasillmiahDaurBahanBakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta !8-19Maret 1996
3 RANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN BUM URANIUM ASAL RIRANG :ALAT 354QUENCHINGAmirEJfendi
4 PENGKAJIAN BAHAN BAKAR REAKTOR TEMPERATUR TINGGI (KARAKTERISTIK 361BAHAN BAKAR HTTR)Erlart Dewita
DAFTAR PESERTA DAN INSTANSI BERSERTA INDEX PENULISAN 373
VI
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakctr NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
KEBIJAKAN DAUR BAHAN BAKAR NUKLIR NASIONAL
Soedyartomo SoentonoDepuli Bidang Penelitian Pengembangan Industri Nuklir
ID0100047
ABSTRAK
Kebijakan daur bahan bakar nuklir nasional ditujukan untuk mencapai keadaan yang diinginkan, yaitu dapatsecara optimum mendukung kebijakan energi nasional dan kebijakan Pemerintah terkait lainnya denganmemperhatikan keadaan daur bahan bakar nuklir domestik pada saat ini dan kecenderungan perkembangan daurbahan bakar nuklir intemasional, serta kekuatan, keleinalian, tantangan dan peluang di bidang energi nasional.Kebijakan ini perlu diikuti dengan strategi pencapaiannya yang mencakup optimasi usaha sendiri, kerjasama, danpembelian lisensi. Kebijakan dan slrategi perlulah dijabarkan dalam bentuk berbagai program dalam daur bahanbakar nuklir yang pada dasamya meliputi pengkajian seluruh daur, penelitian dan pengembangan seluruh daur tanpapengayaan dan olah ulang yang dapat digunakan untuk tujnan persenjataan, serta program untuk industrialisasiberbagai langkah daur secara ber-lahap diawali dari tengah dan diakhiri pada tepi ujung belakang daur.
ABSTRACT
National policy on nuclear fuel cycle is aimed at attaining the expected condition, i.e. being able to supportoptimumly the national energy policy and other related Government policies taking into account current domesticnuclear fuel cycle condition and the trend of international nuclear fuel cycle development, the national strength,weakness, thread and opportunity in the field of energy. This policy has to be followed by the strategy to accomplishcovering the optimation of domestic efforts, cooperations with other countries, and or purchasing licences. Thesepolicy and strategy have to be broken down into various nuclear fuel cycle programmes covering basically assesmentof the whole cycle, performing research and development of the whole cycle without enrichment and reprocessingbeing able for weapon, as well as programmes for industrialization of the fuel cycle stepwisely commencing with themidlepart of the cycle and ending with the edge of the back-end of the cycle.
I. PENDAHULUAN
Kebijakan daur bahan bakar nuklir nasionaldi-susun, berpola pikir seperti tcrlihat padaGambar 1, dengan mempertimbangkan keadaanpada saat ini dan keadaan yang diinginkan padawaktu tertentu di masa depan denganmemperhitungkan kecen-deningan perkembanganyang mungkin terjadi pada kurun waktu tertentutersebut dilihat dari segi teknoekonomi denganmengacu pada peraturan penmdang-undanganyang berlaku serta sejalan dengan berbagaikebijakan Pemerintah lainnya khususnya dibidang energi Guga pengembangan iptek,lingkungan, dan suniber daya manusia). Yangdimaksud dengan keadaan di sini adalah sumberdaya manusia, perangkat lunak, perangkat kerasdan wadah organisasi (sdm, sarana, danprasarana) yang secara keselunihan akan benijudkemampuan dalam menyusun dan melaksanakanprogram (yang merupakan jabaran kebijakan danstrategi) di bidang daur bahan bakar nuklir.Dalam skala nasional maka kemampuan di siniadalah kemampuan nasional dan programpunadalah program nasional yang berarti mencakupseluruh potensi bangsa tidak hanya yang ada diBadan Tenaga Atom Nasional (Batan). Walaupundemikian aktivitas daur bahan bakar nuklir pada
saat ini hampir seluruhnya adalah aktivitas Batandan dapat dianggap mewakili aktivitas nasional.Sudan barang tentu diharapkan agar secarabertahap aktivitas ini dapat terdispersi ke berbagaiinstitusi yang dimungkinkan oleh peraturanperundangan yang berlaku, seperti misalnyabadan usaha milik negara untuk sebagian aktivitasdaur bahan bakar yang telah laik dari segi tekno-ekonomi. Pada dasarnya kebijakan daur bahanbakar nuklir nasional tenitama adalah mendukungkebijakan energi nasional dalam rangkapenyediaan energi yang secara teknoekonomis laikuntuk menopang pembangunan nasional yangbertitik berat pada pembangunan ekonomi seiringdengan peningkatan kualitas sumberdayamanusia, disamping harus pula dapat mendukungtercapainya berbagai sasaran dalam rencanastrategis Batan khususnya dalam keandalankesinambungan operasi reaktor baik untukpenelitian maupun untuk produksi isotop danberbagai keperluan lain. Oleh sebab itupenjabaran kebijakan semacam ini harus diikutidengan strategi adanya upaya yang utuh dari sisipengkajian, penelitian dasar dan terapan,pengembangan teknologi dan persiapan industriserta industri yang ditopang oleh penelitianpengembangan industri agar dapat terujud industridaur bahan bakar nuklir yang berkelanjutan.
Prosiding Presentasi Ilmiah DaurBahan BakarNuktirPEBN-BATAN, Jakarta l8-!9Maret 1996
Strategi dalam melaksanakan upaya ini adalahoptimasi dari melakukan sendiri, bckerjasamadengan fihak lain, dan atau membeliteknologi/lisensi. Selama ini, telah dilakukanberbagai upaya yang mencakup pembinaansumberdaya manusia, perangkat lunak, perangkatkeras, dan juga wadah organisasi adenganberbagai peraturan perundang-undangan. Secaraterus-menerus kita telah melakukan pengkajiandaur bahan bakar nuklir, secara bertahap kitatelah dapat melaksanakan penelitian dasar danterapan, penelitian pengembangan industri, yangtelah menghantarkan kita untuk mampumemprodiiksi elemen bakar dan elemen kendalireaktor riset dalam bentuk aluminida, oksida danbahkan yang mutakhir silisida secara rutin. Padaawal bulan Agustus yang lalu dalam rangkamemperingati ulang tahun kemerdekaan einas 50tahun, seluruh elemen bakar dan kendali di terasreaktor serba guna G.A. Siwabessy adalah buatankita sendiri.
Kebijakan daur bahan bakar nuklir nasionalharuslah juga dapat menjamin adanya kelanjutandari kemampuan yang telah ada untuk mencapaisasaran jangka panjang yang telah digariskanpada rencana strategis (renstra) Batan, disampingmemelihara kemampuan yang telah dikuasai.Pada renstra Batan aktivitas daur bahan bakarnuklir tersebar pada bidang Iptek Nuklir dalampengembangan sumber Daya Alam Dan Energidan Bidang Iptek Nuklir Dalam PengembanganIndustri, yang pada dasarnya adalah dikuasainyateknologi pengembangan dan pemanfaatan daurbahan bakar nuklir mulai dari sumber daya alammineral radioaktif untuk mendukung keandalanpasokan elemen bakar, secara bertahap melakukankegiatan industri sebagian daur bahan bakarnuklir yang baik secara tekno-ekonomis sertapengelolaan limbahnya bagi keselamatanlingkungan. Oleh sebab itu pengkajian seluruhdaur bahan bakar nuklir hams tenis menerusdilakukan, sedangkan penelitian dasar danterapan serta pengembangan industri dapatdilakukan dengan optimasi usaha sendiri, kerjasania dengan pihak lain, dan atau membeliteknologi bila tersedia dipasaran dengan hargayang memadai. Pengkajian dan usaha sendiri sertakerja sama dengan pihak lain juga dimaksudkan,di samping untuk mandiri, untuk meningkatkanbargaining power dalam negosiasi pembelianteknologi dan atau memperoleh Iisensi.
Dengan semakin besarnya kemungkinanpembangunan Pusat Listrik tenaga Nuklir (PLTN)maka semakin penting pula penelitian pe-ngembangan elemen bakar reaktor daya dansecara bertahap haruslah dapat diupayakan agarkita mampu memproduksinya sendiri dengan
harga yang terjangkau dan kualitas yang memadaiserta keselamatan lingkungan yang terjamin. Olehsebab itu aktivitas daur bahan bakar nuklir jugahams selalu mengacu pada renstra Batan BidangPersiapan Pembangunan Dan PengoperasianPLTN, terutama berbagai hasil studi kelayakan,program partisipasi nasional, dan jadwal rencanapembangunan dan operasi PLTN. Daripengalaman yang telah dipunyai oleh personelBatan dan tersedianya perangkat keras dan lunaklitbang diberbagai fasilitas Batan, pengembangteknologi dasar dilakukan di fasilitas di luarSerpong sedangkan pengembangan teknologiindustri dilakukan di fasilitas Batan Serpong.
II. KEADAAN SAAT INI
Pengembangan teknologi dasar dilaksanakandengan memanfaatkan semaksimal mungkinsumber daya yang ada di Batan mulai dekade 70,walaupun eksplorasi mineral radioaktif telahdilakukan pada akhir dekade 60. Pada awalnyadengan sumber dana dan manusia yang sangatterbatas, aktivitas bertumpu terutama padapengembangan sendiri dengan sangat sedikitmendapat bantuan dari fihak lain. Selanjutnyakeadaan bertambah baik, dan pada awal dekade 80dimulailah rencana besar untuk pengembanganteknologi industri dengan membangun fasilitasSerpong yang kemudian secara bertahap telahdapat dioperasikan sesuai tujuannya'•2M.
Teknologi eksplorasi dan penambangan sertapengolahan menjadi konsentrat U dari bijih yangterdapat di Indonesia telah dapat dikuasaiseluruhnya pada awal dekade 80. Demikian pulapembuatan konsentrat U sebagai hasil sampinganpabrik pupuk telah dikuasai pada dekade 80.Eksplorasi telah menemukan adanya berbagaicebakan dengan kandungan total U dalam ordepuluhan ribu ton. Pembuatan konsentrat denganskala industri (kapasitas puluhan ton/tahun) jugatelah dikuasai. Teknologi pemurnian konsentratdan konversi menjadi serbuk UO2 berderajatnuklir yang berskala semi industri (kapasitaspuluhan kg/hari) telah pula dikuasai. Demikianpula konversi dari UF6 menjadi AUK,U3Og, UO2,UF4, dan U logam telah pula dikuasai.
Berbagai fasilitas untuk pengembanganindustri di kemudian hari juga telah tersedia,diantaranya instalasi elemen bakar eksperitnental,instalasi keteknikan dan keselamatan reaktor,reaktor serba guna, dan instalasi radiometalurgi.Instalasi elemen bakar eksperimental padadasarnya terdiri dari pabrik konversi (termasukpemurnian) konsentrat menjadi serbuk UO2berderajat nuklir yang dapat disinter dengankapasitas semi industri, labo-ratorium fabrikasi
Providing Presentasi Jlmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta !8-!9Maret 1996
elemen bakar eksperimental yang berkapasitas 3bundel elemen bakar tipe HWR perhari, danlaboratorium untuk kendali mutu. Instalasi iniselanjutnya dapat pula dimodifikasi untukmembuat bundel mini elemen bakar LWR. Padainstalasi keteknikan dan keselamatan reaktordiantaranya tersedia out of pile loops (diantaranyauntuk pengujian thermohidrolika dan korosi).Reaktor serba guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS)dilengkapi dengan berbagai fasilitas iradiasidiantaranya berbentuk kapsul dan rig untuk pindan bahan struktur, PRTF {power ramp testfacility, untuk uji ramp terhadap pin), dan in pileloops (untuk uji bundel mini PWR/PHWR danbahan struktur). Sedangkan instalasi radio-metalurgi dapat digunakan untuk uji pascairadiasi lengkap baik untuk elemen bakar LWR,HWR maupun bahan stniktur dan komponenreaktor. Berbagai uji khusus canggih juga dapatdilakukan di instalasi ini yang dapat digunakanuntuk evaluasi pengembangan bahan bakar danbahan struktur maju. Disamping itu, di Serpongjuga tersedia fasilitas komputer yang dapatdigunakan untuk berbagai perhitungan sepertipengelolaan bahan bakar dalam tcras reaktor danjuga dapat dikembangkan di kemudian hari untukperhitungan modeling dan disain bahan bakar.
Teknologi pengolahan dan pengelolaanlimbah radioaktif juga telah dikuasai, termasukberbagai proses pengolahan limbah cair dan padatdalam skala industri. Fasilitas pengolahan limbahdengan berbagai proses dan skala terdapat dibeberapa fasilitas Batan, khusus yang ada diSerpong berskala industri.
Menggunakan instalasi produksi elemenbakar reaktor riset yang ada di Serpong, produksirutin elemen bakar nuklir dan elemen kendaliuntuk RSG-GAS telah dapat dilakukan sejakbeberapa tahun dan menjelang ulang tahunkemerdekaan yang ke 50 yang lalu sehimh terasRSG-GAS telah dipenuhi dengan elemen bakardan elemen kendali buatan sendiri. Sampai saatini telah terbukti balnva seluruh produk dalamnegeri telah berkualitas linggi, internasional, dantidak ada satupun yang gagal. Di samping itu kitatelah pula berhasil melakukan pembuatan dan ujilengkap elemen bakar nuklir mutakhir jenis U3Si2-Al yang menempatkan kita di jajaran depan duniapengembangan elemen bakar nuklir untuk reaktorriset5'6'7"8-9-10"
III.KEADAAN YANG DIINGINKAN
Seperti yang tencantum pada renslra Batan,sasaran bidang iptek nuklir dalam pengembangansumber daya alam dan energi yang berkaitandengan daur bahan bakar nuklir adalah
dikuasainya teknologi pengembangan danpemanfaatan sumber daya alam mineral radioaktifuntuk mendukung operasi PLTN, serta informasipasar bahan bakar nuklir. Sedangkan dari sasaranbidang iptek nuklir untuk pengembangan industriyang berkaitan dengan daur bahan bakar adalahterciptanya industri nuklir dan dimasyara-katkannya iptek nuklir yang dapat mendorongberkembangnmya industri nasional yang makinmandiri dengan didukung penguasaan produksibahan bakar nuklir serta proses pengolahanlimbah radioaktif yang masing-masing disertaipenerapan yang konsisten azas jaminan dankendali mutu yang mutakhir. Dari sasaran bidangpersiapan pembanngunan dan pengoperasianPLTN yang perlu diacu oleh aktivitas daur bahanbakar nuklir adalah PLTN yang dapat beroperasisecara andal, aman, ekonomis dan berwawasanlingkungan serta mengusahakan keikutsertaanindustri nasional secara optimal. Kiranya perludiingat bahwa elemen bakar nuklir adalah salahsatu komponen PLTN yang terkritis (karenamerupakan peng-halang pertama dan kedualepasnya hasil fisi radioaktif) dan terpenting(karena yang menjamin kelangsungan dankeandalan operasi dan ekonomi PLTN).
Dari berbagai sasaran renstra tersebut,kiranya dapat diketahui bahwa diinginkan agareksplorasi mineral radioaktif, terutama bahanbakar nuklir, harus terus dilakukan daneksploitasinj'a hams dapat dan hanya dilakukanpada saat yang tepat secara ekonomis sesuaijadwal kebutuhan PLTN. Demikian pula industridaur bahan bakar lainnya, baik konversi,fabrikasi, maupun pengayaan dan olah ulang.Sedangkan pengolahan dan pengelolaan limbahharus selalu sudah siap bahkan sebelum limbahradioaktif dihasilkan, untuk menjaminkeselamatan lingkungan. Khusus untuk daurbahan bakar nuklir bagi keperluan reaktorserbaguna perlu untuk terus dikembangkan tekno-ekonominya sesuai dengan keinginan untukmeningkalkan unjuk kerja RSG-GAS dan jugauntuk memenuhi kebutuhan reaktor lain yangmenggunakan elemen bakar sejenis baik di dalammaupun di luar negeri. Dari rencana strategisbidang diversifikasi iptek nuklir dapat puladiketahui bahwa pengkajian reaktor temperaturtinggi (RTT) juga dilakukan dan sudah barangtentu pengkajian bahan bakarnya serta penelitianteknologi dasar pembuatan bahan bakaraya jugaperlu mendapat perhatian.
Agar dapat menentukan kebijakan, strategi,dan program yang tepat, perlu kiranya untuksecara sinambung melakukan pengkajian tekno-ekonomi daur bahan bakar nuklir dengan
Proxidipg Vrssenlasi Vmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-I9Maret 1996
memperhatikan dan mempertimbangkan kecen-derungan perkem-bangan lingkungan yang dapatmempengaruhi tekno-ekonomi daur bahan bakarnuklir di dunia. Di samping itu perlu pula diacukebijaksanaan energi nasional, kekuatan,kelemahan dan tantangan di bidang energi yangada di Indonesia.
IV. PERKEMBANGAN DAUR BAHANBAKAR NUKLIR, KERJASAMA INTER-NASIONAL, DAN KEMUNGKINANPENGEMBANGAN-NYA DI SATUNEGARA
Pengamatan yang cermat perlu dilakukansecara sinambung terhadap daur bahan bakarnuklir, termasuk kerjasama, yang tersedia dipasaran internasional karena sangat diperlukanuntuk perencanaan operasi PLTN yang optimumserta pengembangannya secara ekonomis dinegara yang sedang dan atau akan memanfaatkanPLTN.
Bagi pengguna U, keandalan kesinambunganpasokan pada saat ini uniumnya stabil danmenggembirakan. Di pasaran dunia harga U telahturun mendekati 2,5 kali dari harga pada tahun1979, sedangkan cadangan U dengan kategoriongkos rendah cukup untuk memenuhi kebutuhanU sampai dengan tahun 2020. Oleh sebab itueksplorasi U juga telah menurun kira-kira 17 %dari masa puncaknya pada tahun 1979. Aktivitaseksplorasi pada saat ini terutama hanya dilakukandi beberapa negara yang potensi uraniumnya telahterbukti dan situasi politiknya mendukung.Produksi U dalam peri ode 1985-1986 telahmenurun beberapa ribu ton dibawah jumlahkebutuhan tahunan PTLN yang ada1213.Walaupun demikian perkembangan industri ujungpaling depan daur bahan bakar nuklir ini sesuaidengan hukum komersial pasar, sehingga perluuntuk terus diamati karena dapat berubah dalamperencanaan jangka panjang sebab pasaran Udapat menjadi metastabil.
Eksplorasi dan penambangan uranium padadasarnya menggunakan teknologi dan teknik yangsama dengan yang digimakan untuk bahantembang lainnya. Dengan memperhatikan adanyasurplus pasokan uranium dengan harga inurahkiranya dapat difahami baluva pengembanganinfrastruktur penambangan uranium tidaklahterlalu mendesak, kecuali bila ada cadangan bijihuranium dalam jumlah besar dengan kadar tinggi.Walaupun demikian keputusan politik mungkinsaja dapat dilakukan untuk menambang uraniumdomestik walaupun hanya terdapat bijih uraniumyang berkadar rendah. Keputusan seinacam ini
cukup bijaksana untuk berhati-hati tentamg pasaruranium yang metastabil dalam jangka panjang.Bantuan dalam bidang ini tersedia dan dapatdiperoleh dari beberapa negara.
Teknologi pemurnian dan koversi baik keUF6 untuk pengayaan maupun ke serbuk UO2berderajat keramik dengan mudah dapatdiasimilasi oleh negara yang telahmengembangkan industri kimia anorganik. Proseskimia kering dan basah yang digunakanmemrlukan pengendalian yang hati-hati agardapat menghasilkan produk yang diinginkan.Oleh sebab itu kemempuan dalam analisis kimiafisik diperlukan bila diputuskan untukmengembangkan bagian daur bahan bakar ini.Untuk keperluan operasi pabrik yang berhasildiperlukan sejumlah sarjana teknik kimia, kimiadan juga teknisi kimia. Aktivitas pemurnian dankonversi ini baru dapat ekonomis bilakapasitasnya cukup besar, yaitu sekitar 1000tU/tahun. Pabrik dengan kapasitas sebesar iniakan dapat menghasilkan pasokan untuk beberapaPTLN dengan kapasitas terpasang beberapa GWedan memerlukan personil sekitar 100 orang, 30diantaranya hruslah telah mengalami training.Bila jumlah permintaan tidak cukup besar makaakan lebih menguntungkan bila serbuk UO2berderajat keramik diberli dari beberapa pemasokyang ada di pasaran internasional, kecuali didalam negeri ada cadangan bijih uranium yangdapat diolah dengan ongkos murah yang mudahdikem-bangkan. Oleh sebab itu alih teknologidalam pemurnian dan konversi tidaklahdianjurkan sebagai prioritas14.
Industri ujung depan yang juga perlu diper-hatikan adalah industri pengayaan. Perkembanganteknologi pengayaan diperkirakan akan mempe-ngaruhi situasi uraura ujung depan insutri daurbahan bakar nuklir pada awal abad 21. Kebutuhanpengayaan di negara bukan komunis dan Rusiaakan terus meningkat dari sekitar 38 MSWU padatahun 1995 menjadi sekitar 46 MSWU pada tahun20001215. Kapasitas pengayaan yang telah ada danyang direncanakan cukup berlebih untukmemenuhi kebutuhan yang akan meningkatpaling tidak untuk 15 tahun mendatang sehinggakeandalan pelayanan jasa pengayaan tidaklahmerupakan masalah lagi16'17'18.
Dari segi perkembangan teknologipengayaan, walaupun difusi gas telah sangatberhasil tetapi tidak akan seterusnya dapatdigunakan sebagai dasar teknologi untuk industripengayaan disebabkan adanya teknologi baru yangmempunyai kunggulan potensi khususnya yangmenggunakan proses pemisahan isotop
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
menggunakan laser. Dengan demikian ada duatendensi kuat dalam aktivitas pelayanan dipasaran dunia, yaitu usaha pemasok pelayananjasa pengayaan untuk memperoleh posisi stabildalam pasar, dan pengembangan teknologi majuuntuk menghasilkan pengayaan U yang lebihekonomis untuk pengayaan ulang hasil prosesolah ulang. Teknologi pengayaan maju secarapemisahan isotop menggunakan laser terhadapuap atomis (AVLIS) menjadi pusat perhatianPerancis, Jerman, Jepang, Belanda, Inggris, danAmerika Serikat. Motivasi penggunaan teknologibaru dan aras kebolehjadian teknologis berbeda-beda di masing-masing negara. Di AmerikaSerikat program pada saat ini ditujukan agaroperasi awal instalasi produksi menggunakanteknologi AVLIS dapat dilaksanakan dapatdilaksanakan pada sekitar 1997. Di Eropa,Perancis mengharapkan operasi pabrik komersialpertama menggunakan teknologi SILVA (AVLISdalam bahasa Perancis) akan terjadi pada tahun2000, Inggris juga akan memutuskan apakahpabrik komersial akan dibangun pada tahun 2000,sedangkan Jerman mengharapkan rencang bangunkonsepsual pilot plant menggunakan lasermolekuler yang telah dilakukan dapatmenghasilkan pilot plant yang beroperasi padatahun ini, dan Belanda juga telah melakukanlitbang laser sejak 1988. Demikian pula Jepangtelah sejak 1987 melakukan riset rekayasapemisahan atomis menggunakan laser danmengharapkan dalam vvaktu dekat untukmemutuskan apakah pada akhir abad ini akanmenggunakannya untuk menyediakan setengahdari kapasitas yang rencanakan sebesar 3 MSWUper tahun.
Teknologi pengayaan baik proses difusi gasmaupun sentrifugasi adalah teknologi canggih dansulit. Alih teknologi dalam bidang ini sangat sulitdiperoleh sebab sangat kecil kemungkinannya adayang bersedia mengalihkan. Mengingat jasapelayanan jasa pengayaan yang berlebihkapasitasnya di pasaran internasional dankecenderungan ongkos jasa pelayanan yangmenu run maka tidaklah dianjurkan untukmengembangkan sendiri. Disamping itupengembangan sendiri akan memerlukan investasimodal yang sangat besar. Pembangunan fasilitaspengayaan dengan teknologi difusi gas dansentrifugasi hanya akan ekonomis bila akandigunakan untuk melayani beberapa puluh PLTN.
Penelitian dan pengembangan dalam bidangdesain bahan dan elemen bakar nuklir, unjukkerja, keandalan, dan pemanfaatannya terusdilakukan walaupun unjuk kerja EBN denganskema penggunaan bahan bakar dalam PLTN dan
reaktor riset pada saat ini telah terbukti sangatbaik dan telah teruji dengan operasi PLTN yanglebih dari 6500 reaktor tahun. Hal ini dilakukansebab diketahui masih tersisa potensi yang besaruntuk peningkatan sifat bahan bakar nuklir yangakan kompetitif secara ekonomi bila dibandingkandengan sumberdaya energi lainnya.
Penggunaan skema pengelolaan bahan bakarmaju, mencakup diantaranya peningkatan derajatbakar, dapat mengurangi konsumsi U untukPLTN. Dari segi pengembangan keandalan dankeselamatan EBN pada dasarnya ditujukan agaroperasi PLTN dapat lebih luwes untuk memenuhipasokan listrik yang diminta. Peningkatan skemapemanfaatan bahan bakar reaktor, peningkatanderajat bakar yang digabung dengan pengelolaanbahan bakar kebocoran rendah nampaknyamenjadi yang paling populer dan maju sertamenjadi konsep yang paling intensifpengembangannya. Tujuan akhir daripengembangan ini umumnya adalah 40-50 GWd/tuntuk PWR dan 30-40 GWd/t untuk BWR.Masalah utama yang dihadapi untuk peningkatanderajat bakar adalah terbentuknya pelengkunganbatang, korosi dan regangan kelongsong,pertumbuhan akibat radiasi dan pelepasan hasilbelah. Masalah ini pada umumnya telah dapatdiatasi, sebagian disebabkan karena terbuktibahwa degradasi akibat peningkatan derajat bakarpada berbagai hal tersebut hanyalah kecil saja dandapat diatasi menggunakan teknologi yang telahada. Sebagai contoh, pertumbuhan diferensialzirkaloy dapat diatasi dengan modifikasi disainyang dapat mentolerir pertumbuhan tersebut danpenerapan kendali mutu yang lebih ketat selamafabrikasi sehingga kecepatan pertumbuhan yangtak sama dari berbagai macam komponen dapatdiperkecil. Demikian pula penyempurnaan skedulperlakuan panas, pengendalian komposisi bahandan perlakuan panas klmsus dapat memperbaikisifat tahan korosi dan oksidasi. Penggunaan arastekanan yang labih tinggi pada bahan bakar BWRdapat menuninkan suhu bahan bakar danmenurunkan pelepasan gas hasil belah. Dibeberapa negara telah dapat didemontrasikanbahwa derajat bakar 50-56 GWd/tU dapatdilakukan dengan hasil yang memuaskan. Takdapat diragukan lagi peningkatan derajat bakarakan menjadi salah satu fokus pengembangandalam dekade 1990. Perkembangan lain yangterus menerus dilakukan di beberapa negara majuadalah pemanfaatan bahan bakar MOX {mixedoxides), (U,Pu)O2, untuk elemen bakar reaktor airringan, yang tentunya akan berdampak pula bagipemenfaatan Pu untuk reaktor pembiak di masayang akan datang.
Prosicling Presenta.ii Ilmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
Peningkatan ekonomi daur bahan bakarnuklir juga diupayakan melalui pengembanganelemen bakar untuk meningkatkan faktorkapasitas PLTN. Peningkatan ini dapal dilakukanbila pembatasan operasi PLTN, akibat usahauntuk menghindari PCI {pellet claddinginteraction), dapat diatasi. Untuk keperluan inidilakukan pengurangan keccpatan generasi panaslinier dengan menggunakan rakitan EB denganarray tertentu dan pemanfaatan pcng-halang Zrpada bagian dalam kelongsong. Aktivitas laindalam pengembangan EB adalah peningkatanunjuk kerja EBN yang dapat mengikuti pembahanbeban PLTN yang lebih drastis. Pengembanganunjuk kerja EB menjadi tren paling penting dalampengembangan teknologi, mencakup teknikfabrikasi, karakteristik dan kendali mutu. Semuaaktivitas pengembangan EB ini umumnya dilaku-kan pula secara kerjasama antar negara, dapatpula melibatkan negara berkembang.
Penguasaan desain EB adalah sal ah satulangkah yang paling penting untukpengembangan seluruh daur elemen bakar nuklir.Paling sedikit pengetahuan dasar yang cukuptentang desain EB adalah sualu yang mutlakdiperlukan untuk pengembangan kemampuanfabrikasi EB. Sebagian besar teknologi yangberkaitan dengan teknologi desain EB tergabungdalam reaktor dan atau dalam kode komputeruntuk unjuk kerja. Desain EB dan spesifikasiunjuk kerja biasanya dikembangkan oleh pemasokPLTN bukan oleh fabrikator EB. Spesifikasi yangcukup detail yang dapat dipergunakan olehperusahaan utilitas untuk memsan EB adalahbagian dari kontrak utama pembangunan PLTN.Spesifikasi ini dapat digunakan oleh fabrikatordomestik untuk memfabrikasi bundel EB yangdiperlukan PLTN. Asimilasi teknologi desain EBsangat tnemerlukan sekclompok tenagaprofesional yang memahami sifat teras reaktor,termohidrolika, unjuk erja iradiasi dan sifalbahan. Training profesi dasar akan mencakuprekayasa fisik, kimiawi, mekanik, dan metalurgi,yang kemudian diikuti dengan training di fasilitasperancang bahan bakar autu laboratoriumpengembangan bahan bakar.
Pembangunan fasilitas untuk fabrikasi bundelEB merupakan aktivitas yang sangat menarikkarena produk EB adalah asupan paling pentinguntuk PLTN Banyak pemasok PLTN danfabrikator EB menyatakan kesediaannya untukmengalihkan tcknologi manufakluring EBmelewati suatu per-janjian tcrtenlu. Pada awalpengembangan industri fabrikasi EB tidaklahdiperlukan untuk mem-produksi semua komponenyang diperlukan pada setiap langkah fabrikasi.
Dianjurkan untuk memulai dengan memproduksiUO2 pelet dari serbuknya, atau bahkanmembelisaja pelet yang diperlukan untukdimasukkan ke tabling zirkaloi (yang juga dapatdibeli dari pasaran internasional). Oleh karenatabling zirkaloi dengan kualitas yang diperlukantersedia di pasaran dengan harga yang cukupmemadai maka tidaklah menguntungkan untukmengembangkan industri tabung zirkaloi di dalamnegeri sebelum jumlah permintaan cukup besar.Pabrik fabrikasi EB mulai ekonomis bilaberkapasitas 200-300 t/tahun dan akanmemerlukan personil antara 80-100 orang, separodiantaranya haruslah telah mengalami trainingprofesional. Staf profesional adalah spesialisdalam bidang kontrol proses atau rekayasakimiadan sebagian besar terlibat aktivitas jaminan mutu(QA) dan kendali mutu (QC) yang berkaitandengan fabrikasi rakitan EB yang canggih.Kualifikasi pemasok EB baru memerlukan prosesyang memakan waktu yang sangat lama antara 3-5 tahun. Setelah fabrikator diberi desain yangdiperlukan dan teknologi manufakturingnyabersama dengan sejumlah operator yang telahdilatih, maka ia masih harus membuktikankualitasnya yang memenuhi persyaratan padasetiap langkah proses. Setelah rakitan EB yanglolos kualifikasi fabrikasi dibuat, maka masihhams lolos uji unjuk kerja baik di untai luarmaupun di dalam teras reaktor dilengkapiberbagai data uji pasca iradiasi. Mengingatlamanya proses belajar yang diperlukan, dan bilaakan ada beberapa PLTN yang akan dibangun,makaakan cukup bijaksana untuk membangunfasilitas fabrikasi secara bertahap sejak awaldaripada menunggu sampai jumlah kebutuhanrakitan EB cukup banyak. Untuk pasokan PLTNHWP seyogianyalah fasilitas fabrikasi dibangunsecara modular, setiap modul berkapasitas 200tU/tahun (sudah ekonomis). Oleh karenakebutuhan pasokan rakitan EB tiap tahun untuksebuah PHWR 600 Mwe telah mencapai separuhdari kapasitas modul semacam ini, makapembangunan fasilitas fabrikasi untuk memasokPLTN yang pertamapun sudah dapatdipertanggungjawabkan.
Keahlian pengelolaan EB segar dan bekashanislah dipunyai oleh pemsahaan utilitas yangakan mengoperasikan PLTN dan keahlian iniseyogianya dialihkan teknologinya dari suatuperusahaan utilitas (satu atau beberapa, ataupemasok PLTN) yang telah berpengalaman lewatsuatu perjanjian. Teknologi yang berkaitandengan penyimpanan EB ekas di tapak seyogianyadialih-kan bersamaan dengan pembangunanPLTN. Fasilitas yang diperlukan haruslahtermasuk dalam bagian pembangunan PLTN.
Providing Presentasi lliniah Daur Bahan Bakar NukltrPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Perlakuan lebih lanjut setclah EB bekasmcngalami penyimpanan scmcntara di tapakscbenarnya merupakan kcbuluhan yangdiperlukan setelah PLTN beroperasi bcberapatahun dan bergantung pada kebijakan pemcrintahsetempat tentang pcnanganan ujuiig bclakang.Perlu kiranya dicatat bahwa jumlah krcdit U danPu untuk sebuah PLTN baik PWR 600 Mvveniaupun BWR 650 Mwe liap tahun hanyalah 11,8tU (0,9 % 235U) dan 118 kg Pu scrta >19,5 tU(0,9 % 235U) dan >195 kgPu, sehingga untukdapat ekonomis perlu bcberapa PLTN yangberoperasi beberapa taluin agar cukup banyak EBbekas untuk diolah ulcng. Invcslasi modal unlukpembangunan fasilitas olcli ulang sangatlah besarsehingga baru akan dapat ekonotnis biladigunakan untuk mengolah ulang EB bekas daribeberapa puluh PLTN. Pemanfaatan Pu dari daurulang telah dikembangkan di bcberapa negara.Walaupun masih memerlukan beberapa lambahanpenyelidikan tetapi hasil pengembangan yangdiperoleh pada saat ini tclah cukup mapan untuksegera dimanfaatkan dalain skala industri. Dariberbagai hasil pengembangan dapat disimpulkanbahwa daur bahan bakar MOX (mixed oxides,(U,Pu)O2) layak, laik, dan menarik dari scgiteknoekonomi. Pemanfaatan Pti untuk bahanbakar MOX reaktor termal akan berdainpakposidf bagi calon pengguna PLTN dan jug bagipemula yang memanfaalkan PLTN karena dapatmenekan harga U di pasaran untuk tctap rendah.Pemanfaatan Pu ini juga berdampak padapemanfaatan reaktor pembiak dimasa yang akandatang.
Perkembangan ujung bclakang daur bahanbakar nuklir di dunia bebcrapa waklu yang lainpada dasarnya tcrpecah dim, yailu bebcrapa negara(Cina, Inggris, Jepang, Jerman, dan Rusia)bertekad untuk melakukan olah ulang EB bekasuntuk dimanfaatkan di reaktor termal maupunpembiak sedangkan bebcrapa negara lainnya (AS,Kanada, Spanyol dan Swedia) mengikuti jalurpenyimpanan jangka panjang EB bekas sebelumpembuangan ke formasi gcologi yang dalam.Walaupun demikian akhir-akhir ini AS yangsemula sangat mendukung daur terbuka sekaranglebih fleksibel, tidaklah saina sekali menolak olahulang di masa yang akan datang. Dari sisi evolusiteknologi, kedua strategi ujung bclakang daur initidaklah sama arasnya. Olah ulang telah menjaditeknologi mapan berskala industri, sedangkanpembuangan limbah lestari EB bekas bclumlahdidemonstrasikan. Masalah lain yang perludiperhatikan adalah junilah pennintaan untukmengolah ulang (sctidaknya ada 15 dari 32 negarayang mempunyai PLTN tclah menyalakanberminat untuk niendaur ulang EB bckasnya) dan
kemampuan olch ulang yang hanya dipunyaibeberapa negara (Inggris, Jepang, Jerman,Perancis, dan Rusia) akan mengakibatkan adanyatranspor-tasi jarak jauh bahan radioaktif denganaktivitas tinggi. Karena aktivitas olah ulang akanmeuingkat maka akan meningkat pulatransportasi semacain ini dan banyak negara akansecara tidak langsung terlibat termasuk yangbukan klub nuklir. Juga dapat disimpulkan bahwaterjadi peningkatan peran safeguard intenasional,perubahan dasar uranium, peningkatan syaratkeselainatan PLTN yang menggunakan Pu,instalasi penyimpanan Pu, dan sebagainya. Ujungbclakang daur bahan bakar nuklir merupakanfokus utama komunitas nuklir, tidak hanya karenaberpotensi untuk mempengaruhi kebutuhanuranium tetapi juga karena diper-masalahkan baikdari sisi politik, lingkungan, sosio-ekonominiaupun teknologi oleh bebrapa pihak. Dengandemikian pemanfaatan daur tertutup bukanlahsemata-mata masalah pcngolah ulang danpengguna hasil olah ulang. Demikianlah makakerjasama internasional akan hams dilakukan.Program IAEA yang ditekankan pada teknologi,ekonomi, keselamatan teknis dan peraturanlentang penyiinpanan EB bekas, pengolahanlimbah radioaktif, penyimpanan dan pembuangan,dekontaminasi dan dekomisioning instalasi nuklirakan sangat penling untuk terus menerusdiperhatikan. Alih teknologi ujung belakang(kecuali olah ulang, seperti halnya pengayaan)dapat diperoleh di pasaran.
V. KEBIJAKAN, KEKUATAN, KELEMAH-AN, TANTANGAN, DAN PELUANGBIDANG ENERGI DI INDONESIA
Sejak awak Pelita III Pemerintah telahmenetapkan kebijakan energi nasional yangbertujuan !9-20-21:a. Menjamin penyediaan enrgi di dalam negeri
sesuai dengan kebutuhan dan harga yang dapatdijangkau oleh masyarakat, sehingga dapatmeningkatkan taraf hidup rakyat Indonesiasecara merata dan mendorong lajupertiimbuhan ekonomi yang cukup tinggi.
b. Mengusahakan terscdianya minyak, gas bumidan sumber energi lainnya untuk ekspordengan harga yang paling menguntungkan.
c. Menggunakan ininyak bumi dengan cara se-hemat-hematnya, tenitama untuk kebutuhanyang tidak dapat diganti dengan bentuk energilainnya, seperti unluk trasportasi.
d. Mengembangkan energi baru dan sedapatmungkin terbanikan dan dalam jangka waktuyang tak terlalu lama untuk menggantikansejauh mungkin pemakaian sumber-sumberenergi yang tak tcrbanikan.
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NufclirPEBN-SA TAN, Jakarta 18-!9Marel 1996
e. Mengembangkan sumberdaya energi secaraefisien dan bijaksana seraya memperhatikankepentingan jangka panjang pembangunandengan mengiitamakan kelestarianlingkungan.
f. Menyediakan energi dan sumberdaya energiyang dapat memperkuat ketahanan nasionaldalam arti meningkatkan kemanipiian danketangguhan bangsi Indonesia dalam ineng-hadapi ancaman, tantangan, hambatan, dangangguan dalam pcmenuhan energi di masadepan.
Dengan memperhatikan kcbijakan nasional dibidang energi tersebut perlulah kiranya dilihatkekuatan, kelcmahan, dan tantangan di bidangencrgi'9'2O"2S agar dapat dilakukan lindakan yangoptimal dalam pengembangan kctcrscdiaan dankcsinnmbungnn pnsokan cncrgi. khususnya pe-ngembangan kcicrscdiaan bahan bakar untukprofJnksi encrgi.
Kekunlan yang dimiliki bangsn Indonesia dibidang, cncrgi adalah dipunyainya sunibcrdaya danpotcnsi encrgi yang cukup bcsar nicliptiti ininyakbumi (cndangan tcibukti 5301,5 jula barcl,potcnsial 5427,1 jnta barcl, gcologis 37670 jnlabncl, total sumherdaya 48398,6 jula barcl), gasbumi (cadangnn icrbukli 10,8 miliar SBM,polcnsial 6,5 miliar SBM, total 17,3 miliar SBM),batu bara (cndangan tcrbukti 4338 juta ton,potensial 13397 juta ton, gcologis 14328 juta ton,total sunibcrdaya 32063 jula ton), tenaga air(75624 MW, te'lah tcrpakai 3209,6 MW), panasbumi (potensi terbukti 960 MW, yaugdapat diduga10520 MW, total sumberdaya 16035 MW), danberbagai sumber energi lainnya sepcrti uranium(hanya di Kalan telah teaikur dan terindikasi6273 ton), tereka 1666 ton, spckulatif 2057 ton,total di Kalan 10000 ton). Keliga sumber dayafasil, minyak dan gas bumi serta batubara, telahdiproduksi dengan kapasitas yang besar untukkeperluan konsumsi dalain negeri (pembangkitlistrik dan industri), dan ekspor untukmemperoleh devisa. Disamping itu bangsaIndonesia juga telah mempunyai penga-lamanyang cukup panjang dalam pengembanganberbagai sumber energi.
Adapun kelemahan kita dibidang energidiantaranya adalah keterbatasan sumberdayaminyak bumi dibanding kebutuhan, ketidak-sesuaian letak cadangan gas bumi yang cukupbesar terhadap tempat yang memerlukan,diperiukannya pembatasan pemanfaatan batubarauntuk melestarikan pemanfaatan lingkunan,ketidaksesuaian letak potensi dan permintaanserta keterbatasan lahan bagi pemanfaatan tenaga
air, demikian pula potensi panas bumi yangbanyak terdapat hanya di daerah terpencil, danteknologi yang ada belum memungkinkan untukpengembangan energi baru dalam skala besar.
Disamping berbagai kelemahan ini, kita harusmenghadapi tantangan untuk memenuhikebutuhan energi yang terus meningkat,menganekaragamkan penggunaan sumber energiuntuk melepaskan diri dari ketergantungan padaminyak bumi, mening-katkan efisicnsipenggunaan energi, meningkatkan penyediaanlistrik nasional dan energi untuk pedesaan,meningkatkan mutu sumberdaya manusia danpcnguasaan (cknologi, scrta penggunaan teknologiyang akrab lingkungan ''2fi.
Dengan mcmperliatikan uraian di nmka, sertasesuai dengan hasil berbagai penelitian analisispasar energi nasional, bahwa bahan bakar nuklirbcrsama batubara dengan teknologi bcrsihbcrpchiang untuk dimanfaatkan bagi pembangkitcncrgi lislrik skala bcsar guna incnopangindustrialisasi yang dipcrlukan untukpembangunan nasional yang bcrkclanjutan danbcrwawasan lingkiingait. Dari hasil sludikelayakan PLTN pada saat ini diperolchkesimpulan bahwa PLTN dengan daya 600 dan900 Mwc laik unltik diopcrasiknn pada tahiin2004 scbagai jabanm kcbijakan diversifikasiencrgi dan pembangunan bcrvvawasanlingkungan. Secara bcrlahap pcran PLTN akanmencapai 12600 Mwc pacla taliun 2019. sclaradengan konlribusi penyediaan cncrgi lislriksebesar 10 % bagi pulau Jawa dan Bali.
VI. KEBIJAKAN, STRATEGI, DANPROGRAM DAUR BAHAN BAKARNUKLIR NASIONAL
Dari uraian di muka kiranya dapat difahamibahwa kebijakan daur bahan bakar nuklir nasionalyang mencakup keperluan untuk reaktor riset dandaya adalah :a. Mengupayakan secara bertahap tersedianya
kemapuan nasional untuk menerima alihteknologi dan atau mengembangkan sendirisetiap langkah daur bahan bakar nuklir
b. Mengusahakan terselenggaranya secarabertahap industri daur bahan bakar nklirnasional untuk memenuhi kebutuhan pasarsecara andal dengan memanfaatkan secaraoptimum baik produk maupun jasa yangtersedia di pasaran nasiona! maupuninternasiona! dalam rangka mendukungkebijakan energi nasional dan kebijakanPemerintah lainnya
8
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
c. Turut berperan secara bertahap dalam pengeni-bangan teknologi mutakhir daur bahan bakarnuklir tenitama yang bermanfaat bagi kepen-tingan nasional.
Adapun strategi daur bahan bakar nuklirnasional yang diperhikan guna melaksanakankebijakan tersebut adalah :
a. Meningkatkan keniempuan suniberdayamanusia dengan pendidikan dan latiha sertapembangunan sarana dan prasarana penelitiandan pengem-bangan
b. Memanfaatkan data dan informasi, scrta produkdan jasa daur bahan bakar nklir internasionalbagi kepentingan pengembangan daur bahanbakar nuklir nasional
c. Mengoptimasikan upaya penelitian danpengem-bangan yang dilakukan sendiri,bersama baik secara bilateral inaupunmultilateral, dan pem-belian liscnsi
Sedangkan program unui yang hamsdilakukan di bidang daur bahan bakar nuklirsedapat mungkin dapat mempercepat realisasikebijakan ersebut di muka, yaitu :
a. Pengkajian selunih daur bahan bakar nuklirdilakukan tenis mencrus denganmemperhatikan kecendenmgan perkembangandaur bahan bakar nuklir internasional.
b. Penelitian dan pengembangan (meliputi pulasegi teknoekonotni) dalain bidang eksplorasi,penam-bangan, pengolahan, konversi, fabrikasi,peman-faatan dan pengelolaan elemen bakardalam teras, pengelolaan elemen bakar bekassampai dengan penyimpanan lestari terusmenerus ditingkatkan tenitama yang berprospekmenjadi aktivitas industri. Lilbang pengayaanseperti chemex dan olah ulang dingin terhadapskrap juga dilakukan.
c. Melakukan berbagai kerjasama baik dalainpenelitian dan pengembangan maupun industridengan berbagai instilusi dalam dan luar negeridalam bentuk riset terpadu, riset kemitraan,riset kontrak, dan usaha pntungan bila telahmemungkinkan
d. Industrialisasi daur bahan bakar nuklirdomestik diawali dengan bagian tcngah dandiakhiri dengan bagian tcpi ujung belakangdaur bahan bakar nuklir.
Sudah barang tentu jadwal pcnelitian danpengembangan serta industrialisasi daur bahanbakar nklir hams dioptimasikan sesuai denganjadwal peinbangunan dan opcrasi reaktor sertakajian teknoekonomimya. Demikian pula bila adaperubahan yang cukup sesius pada perkembangan
daur bahan bakar nuklir internasional makaprogram-program daur bahan bakar nuklir yangterdapat pada rencana srategis dapat berubah.Oleh karena sifat teknologinya yang hanya akanekonomis dengan skala kapasitas yang sangatbesar serta dapat diubah pemanfaatannya untuktujuan persenjataan, pengayaan dan olah ulangelemen bakar bekas hanyalah dikajiperkembangannya dan tidaklah diteliti dandikembangkan. Walaupun demikian penelitiandan pengembangan pengayaan tertentu sepertisecara chemex serta operasi oleh ulang tertentuseperti pengolahan gagalan pembuatan elemenbakar bekas dengan pengayaan <20% 23 5Udapatlah dilakukan karena tidak mungkin untukdimanfaatkan bagi tujuan non-damai. Denganmamperhalikan kemampuan yang telah dipunyaipada saat ini serta antisipasi terhadap adanyapeluang pemanfaatan PLTN di awal abad 21 dankemungkinan pemanfaatan HTR untuk berbagaikeperluan, program daur bahan bakar nuklir baikuntuk menopang pemanfaatan PLTN maupununtuk reaktor lainnya (riset, produksi isotop, danHTR) dapat dilihat pada Gambar 2.
DAFTAR PUSTAKA
1. SOENTONO,S., Baton's Activities in FuelDevelopment, Joint German-IndonesiaSeminar on R&D Activities Using the MPR-30, KFA Juelich, 1985.
2. SUPARDI.S., SOENTONO, S.,DJOKOLELONO, M., Contribution ofBaton's Multipurpose Reactor and ItsSupporting Laoratoria to the NuclearProgramme in Indonesia, IAEA, Athens,Greece, IAEA-SM-291/20,1986,
3. SOENTONO, S., Baton Nuclear Installation,BATAN-JEPIC Sem. on Nucl. Liability,Jakarta, 1989
4. SOENTONO, S., ARBIE, B., Role ofResearch Reactors for Nuclear PowerProgram in Indonesia, Proc. of 9th PBNCConf, Vol.1., Sydney, 1994
5. SOENTONO, S., ARBIE, B., SURIPTO, A.,Progress of Indonesia RERTR RelatedPrograms, Proc. XVIIIth Int. Meeting onRETRT, Paris, 1995
6. SURIPTO, A., SOENTONO, S.,Experimental Production of LEU SilicideFuel Elements at FEPI for RSG-G.A.Siwabessy, Proc. Second Asian Symposium onResearch Reactor, Jakarta, 1989
7. SOENTONO, S., SURIPTO, A., Attemp toProduce Silicide Fuel Elements in Indonesia,Proc. Xllth Int. Meeting on RERTR, Berlin,1989
Prosiding Presentasi Ilmtah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
8. SURIPTO, A., SOENTONO, S., Experiencein Producing LEU Fuel Elements for RSG-GAS, Ibid, 1989
9. SOENTONO.S., SURIPTO, A., Status ofLEU Fuel Development in Indonesia, Proc.XlVth Int. Meeting on RERTR, Jakarta, 1991
10. SURIPTO.A., SOENTONO, S. Progress inthe Development of Uranium Silicide (U3Si2-Al) Fuel at BA TAN, Ibid, 1991
11. SOENTONO, S., Pengembangan ElemenBakar UxSiY Menggunakan Jalur ProduksiUalx, Pros. Sem. Teknologi dan KeselamatanPLTN Serta Fasillitas Nuklir, PPTA-Serpong,1993
12. SOENTONO, S., Pengembangan IndustriDaur Bahan Bakar Nuklir untuk MenopangProgram PLTN, Pros. Penelitian Dasar IlmuPengetahuan dan Taknologi Nuklir, PPNY,Yogyakarta.1992
13. IAEA, Nuclear Fuel Cycle in the 1990s andBeyond the Century Some Trends andForeseeable Problems, TRS 305, , Vienna,1989
14. IAEA, Developing Industrial Infrastructuresto Support a Programme of Nuclear Power,TRS 281, 1988
15. CRIJNS, M.J., et.al. The Supply/DemandOutlook for Uranium, Proc. Conf. Vienna,1987, Vol.5,IAEA, Vienna, 1987
16. MIKERIN, E.I., et al. Demand for and Supllyof Uranium Enrichment Service : PresentSituation, Prospect, Problems, Ibid, 1987
17. D'ORIVAL, M , et al, PropectiveEnvisageables Consernant I 'EnrichissementIsotopique de I'Uranium,lb'\d,l9&7
18. MOHRHAUERr, H., Enrichment in the1990s, Ibid, 1987
19. SOENTONO, S., Usaha pengembangan IptekEnergi Mengahdapi Sumbaerdaya MinyakBumi Dalam Negeri yang Tidak Mampu LagiMemenuhi Kebutuhan Sendiri, Taskap PesertaKRA XXVI, Mabes ABRI, Lemhanas,Jakarta, 1993
20. SOENTONO, S., Pengembangan Industri danPenataan Lingklungan Hidup, TantanganBagi Indonesia Sebagai Negara Berkembang,Pros. Sem. Nas. HKI dan Kongres V HKI,Yogyakarta, 1995
21. BAKOREN, Kebijakan Umum BidangEnergi, Jakarta, 1991
22. KARTASASMITA, G., Masalah-masalahEnergi Nasional dalam Pembangunan 25tahun Kedua, Bahan Diskusi MenteriPertambangan dan Energi dengan KNPI,KNPI, Jakarta, 1991
23. SUDJANA, I.B., Kebijaksanaan dan StrategiPertambangan dan Energi, Cerainah diLemhanas, Jakarta, 1991
24. KARTASASMATA, G., Bsberapa PokokPikiran Dalam Rangka Penyusunan RencanaPembangunan Dalam PJP II dan Pelita VI,Ceramah di Lemhanas Bag. II, Mabes ABRI,Jakarta, 1993
25. COURTIER, P.L., Kebijaksanaan dalamPenggunaan Energi yang BerwawasanLingkungan, Lokakarya Energi, KNI-WEC,BBP Teknologi, Jakarta, 1994
26. DJOJONEGORO, W., Peranan SumberdayaManusia dalam Mendukung PembangunanIndustri Energi Nasional yangBerkesinambungan, Lokakarya Energi, KNI-WEC, BPP Teknologi, Jakarta, 1994
TANYA JAWAB
1. Ir. BAMBANG GALUNG, M.Sc
• Informasi terakhir tentang negosiasi untukpembangunan PLTN akan dilaksanakandengan sistem B.O.O. Bagaimana kebijakanBATAN untuk DBBN apabila diasumsikanbahwa pemasok tidak bersedia menanggungresiko limbah.
Dr. SOEDYARTOMO SOENTONO, M.Sc, APU
• Dalam desain PLTN disiapkan fasilitas untukpenyimpanan limbah di dalam lingkunganPLTN yang dapat menampung limbah sampaidengan kurun waktu tertentu. Untuk fabrikasielemen bakar diharapkan sepenuhnya dikuasaioleh negara. Pemiliknya bisa oleh BUMN,swasta ataupun jointfunture.
2. Ir. SUDARJO
• Bagaimana kebijaksanaan tentang elemenbakar yang diproduksi PEBN, mengingatsampai saat ini belum ada informasi tentanghasil uji kelayakan elemen bakar tersebutdigunakan dalam reaktor
• Bagaimana kebijaksanaan nasional/internasional untuk masalah Pu yangditimbulkan pascairadiasi.
Dr. SOEDYARTOMO SOENTONO, M.Sc, APU
• Pengujian-pengujian untuk elemen bakar initelah dilaksanakan termasuk uji pascairadiasi.Laporan internasional tentang hasil ujipascairadiasi EB UjSi2-AI telah dikeluarkanpada akhir tahun 1994 dan laporan ujipascairadiasi lainya telah pula dilaporkan padaseminar/presentasi ilmiah di PPTN pada bulan
10
Pro.iiding Presentasi limiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Februari 1995 dan juga pada seminar ini akandilaporkan pula olch Satidara HasbullahNasutionSesungguhnya reaktor Monju tidak mcngalamikecelakaan nuklir, yang terjadi hanya suatukebocoran pada sistcm pcndingin kedua{secondary cooling) di luar rcaktor.
3. Ir. RAM AD ANUS
• Mengingal bahan bakar uranium unliik EBNdi Indonesia masih akan disuplai dari luar.Bagaimana seandainya suplai bahan uraniumtersebut terhenti karena sesuatu hal, sementaraexplorasi yang dilakukan belum bcrhasil
Dr.SOEDYARTOMO SOENTONO, M.Sc, APU
• Secara politik sampai saat ini Indonesiaditerima dengan sangat baik di duniainternasional, sehingga kemungkinandikenakan embargo sangat kecil kemungkinan.Apabila embargo tetap akan terjadi, niaka halini telah diantisipasi dengan kesiapan dalamnegeri. Selain itu eksplorasi uranium telahbanyak dilakukan oleg PPBGN, sumber dancadangan yang tersedia telah diketahui,sewhingga pada saat yang tepat akan bisadiexploitasi.
11
z\
= dPSSejQuss = SSSueduijs =t SSBueng - j g
qjj pii uop juep ussiuiuuad 3»1!I!SBJ js^jensss isjjhpojd SiSiS
si|sj
SS$S««
ooooxxxx
$$S$SS$$SS$$S$SS$$$SS$S$$S8S$$$8S$$$SSS<'
«««"
$$ss$$$s$sss$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$s$$s$
$ $ $ $ $ $ $ $ $ $ « « « « « ' - • • * •
ssssss$sss$sss$s««««< •OOOOOOSOOOQOOOCOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOCOOOOOOCXKXXX>OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOCXX5CO<X
(]8|0
ip SSS
U1HNQ3NS3
idMHNBBN83
ISJ3AU0»6
NOSQ
S002 I 0002 8 9651
J?iHnN WW «a im'Q «B -«Wid
[itQ>(uit)ui!n uqqp no)NViVa'VUiSMHU
NQOQ
IU1OU-0^30U
w -
NQQQ
'eusies
0
ujps
S
N 1-189]
MVQ I/D/MJJ/ isosugsajj Suipisouj
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
STATUS STSK DALAM KAITANNYADENGAN DAUR BAHAN BAKAR NUKLIR
M. Iyos R. SubkiDeputi Bidang Pengkajian Sais dan Teknologi Nuklir
ID0100048
PENDAHULUAN
Daur bahan bakar nuklir adalah seinua aktivitas iintuk memperoleh bahaii bakar dan mengiradiasinya di dalamreaktor nuklir, sola penge-lolaan bahan bakar bekas termasuk olah-ulang dan penyimpanan limbah hasil belah yangdiproduksi selama iradiasi di dalam reaktor Aktivitas-aktivitas di dalam daur balian bakar nuklir (DBBN) dapatdibagi menjadi 3 bagian1, yaitu:1. Daur depaii atau ujung depan DBBN (Front-end Fuel Cycle), yaitu aktivitas-aktivitas yang terjadi sebelum bahan
bakar diiradiasi. Aktivilas lersebut tennasuk: eksplorasi, penambangan dan pengolalian balian galian nuklir(uranium), konversi menjadi UF*. pengayaan isotop fisil U-235 (kecuali balian bakar U-alami), dan fabrikasiinenjadi elemen bakar dan bundel clemen bakar.
2. Daur tengnh atau In-core Fuel Cycle, yaitu aktivitas-aktivitas tennasuk desain siklus bahan bakar dan iradiasibahan bakar di dalain reaktor, evaluasi reaktivitas dan kontrol, pemrograman bundel bahan bakar dalam reaktor,analisis distribusi daya dan evaluasi kapabilitas teras.
3. Daur belakang atau ujung belakang DBBN (Back-end Fuel Cycle), yaitu aktivitas-aktivitas yang melibatkanpengelolaan balian bakar bekas tennasuk pemindahan dari reaktor, pengiriman dan penyimpanan bahan bakarbckas, olah-ulang bahan bakar bekas untuk meinisahkan unsur-unsur hasil-belah dan unsitr-iinsur transuranium(TRU) serta pengolahan dan penyimpanan limbah.
Dari segi ekonomi, daur bahan bakar miklir adalah komponen yang sangat penting, karena kontribusinya dapatmencapai 60% biaya operasi untuk reaktor riset dan lebih dari 20 % dari biaya produksi listrik PLTN.
Dalain Studi Tapnk dan Studi Kelayakan (STSK) PLTN telah dipelajari kebijaksanaan- kebijaksanaan ataustrategi-strategi yang pcrlu dipilih, terutania yang nienyangkut ujung depan dan ujung belakang DBBN sehubungandengan rencana pembangunan dan pengoperasian PLTN di Indonesia yang diperkirakan mencapai 7000 MWe darijcnis reaktor air ringan (LWR, Light Water Reactor)2'
STRATEGI UJUNG DEPAN DAUR BAHANBAKAR NUKLIR
1 Pcnycdiaan Uranium Alnmi
Di Indonesia, aktivitas dalain bidang pe-nyediaan uranium alami (U-alaini) niasih sangatterbatas dan kapasitasnya sangat kecil karenahanya untuk inaksud pcnclitian. Eksplorasi yangtelah dilakukan telah mendapatkan cadangan U-alami yang diperkirakau/ditaksir berjumlah11.780 ton U30g atau sctara dengan 10.000 ton Udi Kalimantan Barat. Kemampuan penambang-an uranium yang dilaksanakan olch PPBGN-BATAN niasih sckitar 600 ton bijih/tahun, sedangpengolahan bijih uranium di LemajungKalimantan Barat masih dalam skala pilot dengankapasitas 100 kg yellowcafce/buhn. Pada waktuyang akan datang, pabrik pcng-olahan tersebutdirencanakan akan ditingkalkan kapasitasnyamenjadi 400 kg yelfowcake/hari (sekitar 120 tonU/tahun), yang dapat memasok setiap talninsckitar 10% dari kebutuhan pengisian balianbakar untuk 7000 MWe LWR2. Jumlah cadangan10.000 ton uranium yang dipcrolah di KalimantanBarat cukup untuk memasok pengisian bahan
bakar selama kira-kira 77000 MWe jenis LWR.
tahun operasi PLTN
Dengan harga U-alami di pasar interna-sional sekarang yang cukup rendah, makapengembangan infrastruktur yang diperlukanuntuk pertambangan komersial tidak akanmenguntungkan jika tidak tersedia deposit bijihdengan juinlah dan kadar yang sangat tingi.Tetapi, kebutuhan dunia akan U-alami saat inimelebihi kapasitas pemasokan (suplai) yangsecara terus menerus menurunkan kelebihaninventori dari pemakai dan produsen yangrencananya akan dikeluarkan pada sekitar tahun2010. Oleh karena itu, Indonesia sebaiknyamenggunakan cadangan U-alami domestik untukmemasok sebagian kebutuhan bahan bakar selamamungkin karena alasan terbatasnya juinlahcadangan U-alami domestik dan daya penawaran(bargaining power) untuk pembelian dari luarnegeri.
Pada kapasitas yang direncanakan sekitar120 ton U/tahun, 10.000 ton uranium dari U-alami domestik akan dapat menjaga pemasokanscbagian kebutuhan selama lebih dari 70 tahun2
13
ProsiJing Presentasi flmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEliN-BATAN. Jakarta I8-]9Maret 1996
2 Konversi
Proses konversi yellow cake sampai men-jadiUF6 untuk pengayaan, di BATAN bam dilakukanstudi prosesnya. Rencana yang akan datangkapasitas U-alami domestik adalah sekitar 120 (onU/tahun. Ditinjau dari aspek ekonomi, pabrikkonversi seharusnya berorde 3000 ton U/tahiuv2 .Oleh karena itu pemba-ngunan pabrik konversidomestik tidak akan layak.
3 Pengayaan UHS
Kebutuhan pengayaan per tahun untukmemasok pengisian bahan bakar PLTN 7000MWe jenis LWR akan kurang dari 1 juta SWU(1000 ton SWU). Pembangunan fasilitas pe-ngayaan komersial di Indonesia untuk waktu yangakan datang secara teknoekonomi diperkirakantidak akan layak. Hal ini didasar-kan padakenyataan seperti contoh bahwa pabrik pengayaankomersial Rokhasho-Mura di Jepang yang mulaiberoperasi komersial pada bulan Maret 1992dengan total biaya konstruksi ¥ 250 milyar,dinyatakan bahwa biaya per unit pengayaan jauhlebih tinggi dari pada harga pasar internasional.Jepang berani membangun pabrik pengayaantersebut didasarkan pada kebijaksanaan nasionalJepang, bahwa Jepang ingin mengembangkansuplai bahan bakar domestik sendiri melalui daurbahan bakar yang independent. Oleh karena ituwalaupun tidak ekonomis, Jepang tetapmembangun pabrik pengayaan.
Di samping itu, bagi Indonesia ketidak-layakan pembangunan fasilitas pengayaankomersial terutama disebabkan oleh belumcukupnya penguasaan teknik industrial dan jugabiaya investasi yang sangat tinggi. Lagi pulateknologi pengayaan adalah sulit dan tidakmungkin akan diperoleh alih teknologinyamengingat teknologi ini dianggap suatu bagiandaur bahan bakar nuklir yang sangat sensitif darititik pandang nonproliferation.
4 Rekonversi dan Fabrikasi
Pelayanan domestik sekarang mampumemasok elemen bakar dan elemen kendaliuntuk RSG-GAS (MPR-30). Fabrikasi prototipelemen bakar untuk reaktor daya sedangdilakukan. Berdasarkan pada pengalamiantersebut dan rencana yang sedang dilakukan,maka pengembangan infrastruktur domestikdiperkirakan akan mampu mengambil bagiandalam rekonversi dan fabrikasi bahan bakaruntuk PLTN, walaupun pelayanan domestikuntuk fabrikasi elemen bakar PLTN masih
incmerlukan peralatan utama, iiseasi dan alih-teknologi dari luar negeri. Begitu juga kom-ponen-komponen pendukung seperti zircaloy danstainless steel derajad nuklir masih perludiimpor, naimm hal itu semua tidakmenyebabkan adanya rintangan-rintangan sejauhkomponen-koinponen tersebut atau bentuk dasarkomponen-komponen tersebut tersedia dibeberapa pcmasok.
Dalam bidang fabrikasi selalu adapersaingan di antara para fabrikator, tetapibidang ini adalah langkah pertama dari produksidomestik seperti yang dilakukan oleh Jepang dannegara-negara lain, karena fabrikasi merupakanbidang yang kritis dari segi kelangsungan operasireaktor.
Kebutuhan fabrikasi bahan bakar untukpengisian bahan bakar PLTN 7000 MWe jenisLWR adalah sekitar 180 ton U/tahun.Pengembangan fasilitas fabrikasi untuk memenuhikebutuhan ini akan ekonoinik berdasarkan padakapasitas fasilitas-fasilitas fabrikasi di negara-negara lain seperti Jepang, Korea dan Spanyolyang, rnempunyai kapasitas fabrikasi sekitar 200ton U/tahun.
Berdasarkan uraian di atas, maka hanyalahbidang kegiatan fabrikasi (termasuk rekonversi)saja yang sebaiknya dipilih sebagai bidang yangpaling memberi harapan baik sebagai langkahpertama dalam pengembangan ujung-depan daurbahan bakar nuklir untuk PLTN yang akandatang
Pengembangan fasilitas fabrikasi domestikuntuk pemasokan bahan bakar PLTN berdasarskenario pembangunan PLTN terdiri atas 2alternalif, sebagai berikut:
Tahufl.2004200620082010201220142016
Total
AUmHAW-i600 MWe600 MWe
600 MWe x 2600 MWe x 2600 MWe x 2600 MWe x 2600 MWe x 2
7200 MWe
900 MWe900 MWe900 MWe900 MWe900 MWe900 MWe
900 MWe x2
7200 MWe
Dengan asumsi tipe reaktor adalah PWR,maka kebutuhan bahan bakar dapat dihitung,seperti dapat dilihat pada gambar-1 dan gambar-22. Setelah tahun 2015 kebutuhan untuk isi-ulang(reload) bahan bakar PLTN akan berjumlah
14
Providing Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
sekitar 150-180 ton U/tahun untuk alternatif-1,dan sekitar 120-160 ton U/ talnin untukalternatif-2. Dalam hal ini diantisipasi bahwasemua pengisian awal bahan bakar dilakukan olehVendor karena terkait erat dengan masalahgaransi unjuk kerja PLTN. Oleh karena itu,kapasitas fabrikasi 200 ton U/tahun akanmencukupi untuk memasok pengisian ulang(reload) bahan bakar untuk mendukung operasiPLTN yang direncanakan sesuai dengan skenariodi atas. Selanjutnya rnelalui suatu evaluasiekonomi, alternatif-2 diadopsi sebagai suatualternatif dasar, karena incnunjukkan kebutuhanbahan bakar untuk pengisian ulang yang lebihrendah.
STRATEGI UJUNG BELAKANG DAURBAHAN BAKAR NUKLIR
1 Proses Oiah-ulang Bahan Bakar Bckas
Strategi DBBN Indonesia saat ini adalah"strategi daur terbuka sampai beberapa dekadesetelah operasi PLTN pertama". Oleh karena itudalam bidang olah-ulang, kegiatan yangdilakukan hanyalah dalam tingkat studi proses.Pemilihan sistem daur terbuka atau daur tertutupdapat dipahami dengan uraian berikut.
Mula-mula tujuan di balik konsep daurtertutup adalah untuk mendaur-ulang plutonium(Pu) dan uranium (U) hasil proses olah-ulang kedalam reaktor jenis pembiak cepat (FBR, fastbreeder reactor). Tetapi karena keterlambatandan pembatalan program FBR di beberapa negara,maka bahan-bahan fisil (Pu dan U) tersebut didaur-ulang ke dalam reaktor termal dalam bentukbahan bakar campuran oksida (MOX, mixedoxides). Pada saat ini daur-ulang ke dalamreaktor termal sedang dilaksanakan di Bclgia,Perancis, Jerman, Jepang, Swis dan Uni Sovietdahulu.
Pemilihan strategi untuk tidak melakukanolah-ulang bahan bakar bekas adalah keputusanyang kompleks dengan memperhatikan banyakaspek, termasuk aspek ekonomi, safeguards danaspek teknik.
a. aspek ekonomiDitinjau dari aspek ekonomi, sistem daur
terbuka adalah lebih disenangi (lebih favorable)dari pada daur tertutup dan dapat berjalan secaraberkesinambungan sampai beberapa dekade.
b. aspek safeguardsSalah satu persoalan utama mengenai olah-
ulang yang sering disebut memberatkan adalah
proliferation yaitu berkaitan dengan penyalah-gunaan untuk pengembangan senjata nuklir. Halini adalah faktor utama dalam keputusan beberapanegara untuk tidak melakukan olah-ulang.Seluruh dunia, telah menyatakan perhatiannyabahwa pemisahan unsur dalam daur olah-ulangdan mengisolasi bahan fisil, terutama Pu dapatdialihkan oleh negara-negara kelompok terorisuntuk membuat senjata nuklir. Mengingat haltersebut, beberapa negara telah memutuskanuntuk melawan daur tertutup untuk kemajuanprogram daya nuklir mereka. Betapa sensitifnyapersoalan ini ditunjukkan oleh peristiwa baru-baruini (Desember 1992), dunia digemparkan adanyamisi pengapalan bahan plutonium Jepang (dariPerancis ke Jepang) yang mendapat tanggapandan tantangan serius dari negara-negara yangperairannya akan dilewati.
c. aspek teknikIndonesia saat ini tidak mempunyai rencana
untuk memanfaatkan Pu di dalam reaktorpembiak cepat (FBR) di mana Pu dapat digunakansecara efisien. Oleh karena itu pemungutan Pudapat digunakan sebagai bahan bakar campuranoksida (MOX) dalam reaktor jenis LWR. Dalamhal ini pemungutan Pu dapat memanfaatkan jasaolah-ulang yang ada di luar negeri.
Penggunaan bahan bakar MOX di dalamreaktor jenis LWR memerlukan adanya beberapamodifikasi, karena koefisien temperatur negatifbahan bakar MOX lebih besar dibandingkankoefisien temperatur negatif bahan bakar UO2.Beberapa contoh modifikasi untuk reaktor jenisPWR adalah penambahan worth batang kendalidan menaikkan konsentrasi boron dalam kolampenyimpatian bahan bakar bekas dan ECCS tanks.Bahkan dengan modifikasi tersebut, rasiomaksimum dari pada bahan bakar MOX dalamteras reaktor juga masih hams dibatasi sampaisekitar 1/3 teras (core).
Hasil pemungutan Pu melalui Proses olah-ulang,. selain berupa bahan ftsil Pu239 juga berupaPu fisil Pu241 yang meluruh dengan waktu-paruh14,4 tahun menghasilkan Am241 yang
memancarkan sinar y kuat. Oleh karena itulamanya penyimpanan bahan bakar bekas akanmenyebabkan hilangnya bahan fisil dan kesulitanfabrikasi bahan bakar MOX. Dengan alasantersebut, pada saat ini di Perancis sedangdibangun fasilitas fabrikasi bahan bakar MOXyang akan dapat menerima Pu hanya sampai 5tahun setelah proses olah -ulang. Oleh karena itu,jadwal olah-ulang sebaiknya dikembangkandengan seksama sesuai rencana penggunaan Pu,
15
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
sehingga dapat niengurangi biaya penyimpananbila dipilih strategi untiik melakukan olah-ulang.
Fasilitas olah-ulang akan menghasilkanlimbah aktivitas tinggi (limbah vitHJikasi) yangharus disitnpan menggantikan bahan bakar bekasitu sendiri. Selain itu, olah-ulang jugamenghasilkan limbah-limbah bam seperti:zirkonium yang tidak terlamt, limbah kering hasilevaporasi dan limbah cair, dan limbah padat yangIain yang tidak dihasilkan dalam sistem daurterbuka. Limbah-limbah tersebut memerlukanpengolahan dan penyimpanan. Seperti halnyateknologi pengayaan, proses olah-ulang jugamerupakan teknologi yang belum dikuasai. Alihteknologi dan kerjasama internasional dalambidang ini sangat dibatasi karena olah-ulangbahan bakar bekas dianggap suat» bagian dalamdaur bahan bakar yang sangat sensitif dari titikpandang non proliferation seperti halnyapengayaan.
2 Pengcloliiiin Limbah Radioaktif
a. Pengelolaan limbah aktivitas rendah danaktivitas sedangLimbah aktivitas rendah (LLW, Low Level
Wastes) dan aktivitas sedang (ILW, IntermediateLevel Wastes) yang dihasilkan selamapengoperasian dan pemeliharaan PLTN dapatberupa limbah gas, limbah cair dan limbah padat.Pada umumnya limbah-limbah tersebutterkontaminasi oleh radionuklida-radionuklidahasil-belah. Limbah-limbah tersebut harusdikelola melalui proses-proses:
1. Reduksi volum dengan cara kompaksi,evaporasi atau insinerasi. Untuk liinbah gasdan cair, sebelumnya harus dilakukan transferradionuklida ke dalam bed filter, charcoal atauresin penukar ion.
2. Solidifikasi dan imobilisasi dalam dmm, sertapencucian.
3. Penyimpanan sementara untuk memberikanwaktu peluruhan.
4. Penyimpanan akhir di tempat penyimpananbawah tanah.
Proses-proses tersebut relatif tidak mahalterhadap harga daya listrik yang diproduksi danjuga secara teknis tidak sulit. Walaupun demikianditinjau dari aspek sosial dan politik, hal inicukup memperlambat pembangunan dan operasifasilitas penyimpanan akhir. Di bebe-rapatempat, oposisi lokal sering terjadi dengan sangatemosional menolak daerahnya digunakan sebagai
tempat pembuangan limbah (per.yim-pananakhir).
Penyimpanan sementara limbah aktivitasrendah (LLW) dan sedang (ILW) dapat dilakukandi lokasi PLTN selama 10-20 tahun, bamkemudian disimpan di tempat penyimpanan tanahdangkal (shallow land burial sites) dalam jangkapanjang.
Di Perancis, Kanada, Inggris dan AmerikaSerikat, penyimpanan dengan teknik penguburantanah dangkal telah dilakukan. Prinsip dasarkeselamatan dalam penyimpanan adalah bahwalimbah hams diisolasi dari lingkungan selamamasih berbahaya. Di beberapa negara,merencanakan penyimpanan akhir limbah LLWdan ILW dalam fasilitas yang lebih mahal.Scbagai contoh di Jerman, sedang berlangsungperijinan untuk menggunakan bekaspertambangan {the abandoned Konrad Mine)dengan kedalaman 1300 m, untuk penyimpananakhir limbah LLW dan ILW. Di Swedia (yaitu diFormark), limbah LLW dan ILW disimpan dibawah batuan kristalin dengan kedalaman 60 m.
Banyak negara yang aktif melakukanpertukaran infortnasi teknis melalul IAEA danOECD/NEA, serta kerja sama bilateral ataukontrak dengan negara-negara tertentu. Dalamhal ini diperoleh konsensus tentang prinsip-pritisip umura pengelolaan limbah redioaktif.Salah satu perjanjian yang diselenggarakan oleh15 negara di Paris pada September 1992 telahdisetujui untuk larangan total terhadappembuangan limbah nuklir di Samudra AtlantikUtara dan Laut Baltic sampai tahun 2007<S).
b. Pengelolaan limbah aktivitas tinggi (HLW)
Pengelolaan limbah aktivitas tinggi (HLW= High Level Wastes) terdiri dari aktivitas-aktivitas yang berhubungan dengan bahan bakarbekas setelah dikeluarkan dari reaktor,penyimpanan sementara dan penyimpanan akhir,dengan atau tanpa olah-ulang.
1. Penyimpanan Sementara.
• Bahan Bakar BekasBerdasarkan pada kebijaksanaan
Indonesia yang akan menerapkan strategidaur terbuka (tidak melakukan proses olah-ulang) untuk beberapa dekade setelahberoperasinya PLTN pertama, maka limbahaktivitas tinggi (HLW) berarti bahan bakarbekas itu sendiri. Bahan bakar bekas hams
16
ProsiJing Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta J8-J9Marel 1996
disimpan untuk beberapa dekade (2G~9Otahun) sebelum penyimpanan akhir.Penyimpanan sementara bahan bakar bekasdapat dilakukan di dalam lokasi reaktor (ARsite = At Reactor Site) atau di fasilitas yangdipusatkan secara terpisah di luar lokasireaktor (AFR site = At away from theReactor). PLTN yang diusulkan Indonesiasemuanya disertai ketentnan untukpenyimpanan bahan bakar bekas di lokasiPLTN untuk kapasitas 25-40 tahun.Teknologi penyimpanan bahan bakar bekastelah berkembang sclama lebih dari 40 tahun.Pada umumnya penyimpanan dilakukandalam kolam berisi air, tetapi akhir-akhir initeknik penyimpanan kcring telahdiperkenalkan untuk penyimpanan dalamjangka waktu yang lebih lama. Denganmeningkatnya jumlah bahan bakar bekasmemaksa perlunya peningkatan kapasitastempat penyimpanan. Untuk memenuhikeperluan tersebut, beberapa konsep teknikpenyimpanan telah dikembangkan, antaralain adalah : re-racking of existing pool danout of pool dry storage (penyimpanan keringdi luar kolam) dengan menggimakan cask,voult (ruang bawah tanah) atau concrete silo(gudang beton tertutup). Pada umumnyapenyimpanan bahan bakar bekas dilempatkandi reaktor (dalam kolam berisi air) selaina 5tahun atau lebih dengan makstid memberikantempat untuk kedamratan unloading dan jugauntuk memberikan pendinginan sebelumtransportasi ke fasilitas olah-ulang atau kefasilitas penyimpanan sementara di luarlokasi reaktor dalam jangka waktu panjangyang termonitor (MRS = MonitoredRetrievable Storage). Secara teknis dankeselamatan dari berbagai operasi untukpenyimpanan kering seperti: reliabilitas, kr-itikalitas, peluruhan panas, perisai radiasi danpengungkung radioaktivitas tidak sulit(khususnya untuk bahan bakar bekas) danditinjau dari dampak lingkungan telah dapatpula dipenuhi, selain itu biaya operasi relatiftidak mahal terhadap harga daya listrik yangdiproduksi.
• Limbah Aktivitas Tinggi (HLW) dari ProsesOlah-ulang
Limbah hasil proses olah-ulang bahanbakar bekas blasanva dalam bentuk cairanbersifat asam yang memerlukan netralisasidan evaporasi. Sludge yang tersisamemerlukan solidifikasi dengan prosesvitrifikasi. Proses ini telah populer danmenjadi pilihan karena hasilnya mempunyai
kecepatan pelindihan (leaching) yang sangatrendah. Pengembangan vitrifikasi skala besarsebagai metode encapsulasi dan solidifikasilimbah aktivitas tinggi telah banyakdilakukan. Negara pertama yangmengoperasikan vitrifikasi skala produksiadalah Perancis pada tahun 1978 di Marcouledengan kapasitas 200 canister per tahun.Fasilitas kedua di Cap de La Haque yangmulai beroperasi tahun 1989 dengankapasitas 600 canister per tahun, pada tahun1993 kapasilasnya ditingkatkan menjadi 2kali. Semua canister disimpan sementaradalam penyimpanan kering (interin drystorage) dengan pendinginan konveksi udaraBelgia (di Mol) bekerjasama dengan Jermanjuga telah mempuiiyai fasilitas vitrifikasi danpada tahun 1985-1991 telah memproduksilimbah vitrifikasi sebanyak 2200 drum.Fasilitas tersebut sekarang sedangdimodifikasi untuk meningkatkankapasitanya dan akan mulai beroperasikembali tahun 1998. Fasilitas-fasilitas lainyang telah beroperasi adalah di Uni Soviet(mulai beroperasi tahun 1987), di Inggris(mulai 1991), kemudian fasilitas lain yangsedang dalain tahap perencanaan danpcmbangunan adalah di Jepang (mulaiberoperasi talnin 1994), di Amerika Serikat(mulai beroperasi tahun 1996) dan di Cina(mulai beroperasi tahun 2000).
2 . Penyimpanan Akhir (Lestari).
Di negara-negara yang tergabung dalamOECD (Organization for Economic Co-operationand Development), sampat saat ini belum adatempat pembuangan akhir yang beroperasi skalakomersial untuk bahan bakar bekas dan limbahHLW dari proses olah-ulang, Berbagaipembahasan aspek teknis untuk opsi penyimpananakhir sampai saat ini masih merupakan hasil-hasileksperimen.dan ide-ide yang telah disusun olehpara ahli selama bertahun-tahun. Kebanyakanstudi penyimpanan akhir bahan bakar bekasmempertimbangkan periode penyimpanansementara (30-60 tahun), diikuti denganencapsulasi bahan bakar bekas di dalam canisteryang tahan korosi, kemudian disimpan dalamtempat penyimpanan akhir dalam "media strukturgeologi tanah dalam" yang terpilih (deepgeological repository). Elemen bahan bakardidesain untuk manahan unsur-unsur hasil fisidan tahan korosi , oleh karena itu bahan bakarbekas biasanya hanya memerlukaan pengepakan(packing) dalain drum yang didesain secarakhusus.
17
Prosiiling A esentasi Vwiah DanrBahan BakarNuklirPEBN-BA7AN. Jakarta 18-19 Maret 1996
Konsep penyimpanan lestari di dalam"struktur geologi tanah dalam" ini didesain imtiikmenjamin radionuklida dalam bahan bakar bekastetap terisolasi dari manusia dan lingkungannyasekurang-kurangnya sampai tingkat aktivitasnya(bila kemungkinan terjadi pelepasan radionuklidatersebut) tidak memberikan resiko terhadapgenerasi yang akan datang. Lapisan penghalang{barier) dalam konscp penyimpanan akhir(lestari) ini mempunyai 3 komponen utamayaitu5:
a) The near field, yang terdiri dari benluk limbahyang stabi! dan pembungkus yang tahan korosiserta dikombinasikan dengan lapisan-lapisanpanghalang yang direkayasa mcnyatu dalamtempat penyimpanan terscbut.
b) Geosfir, yang (erdiri dari lapisan-lapisanpenghalang dari media geologi di tempattersebut. Faktor utama media geologi tersebutadalah kemampuannya untuk menahan aliranair tanah. Oleh karena itu di.perlukan mediayang mempunyai permiabilitas dan sifat aliranyang rendah seperti misalnya, clay, garam danbatuan kristalin.
c) Biosfer, yang merupakan barrier yang tidakkeras yang pada gilirannya untukmengencerkan radioaktivitas.
Perjalanan {pathway} radionuklida melaluibiosfer menipakan pengetahuan yang sangatpenting yang perlu diketahui untuk mcramalpenyebaran beberapa radionuklida. Metode lainpembuangan akhir limbah aktivitas tinggi yangtelah pula dipertimbangkan adalah pembuangandi dasar laut, selain itu ada pula ide untukmengirimkan limbah tersebut ke bulanmenggunakan ballistic missile yang tnenipakanalternatif yang masih jauh di bandingpertimbangan pembuangan di dasar laut.Berdasarkan perjanjian London (February 1983),pembuangan di dasar laut mengalami pulapenundaan.
Strategi pengelolaan limbah aktivitas tinggiada 4 alternatif stratcgi. Skcma kccmpalalternatif strategi terscbul dapat dililiat padagambar-3 sampai dengan gambar-6.
SIMPULAN DAN SARAN
Untuk menghadapi era PLTN di Indonesiayang akan datang, maka ditempuh stratcgi daurbahan bakar nukiir sebagai bcrikut :
1. Strategi ujung depan daur bahan bakarnukiir adalah dengan memilih untukmengembangkan bidang fabrikasi bahanbakar domestik untuk memasok pengisian-ulang {reload) bahan bakar PLTN.
2. Strategi Indonesia dalam daur bahan bakarnukiir (DBBN) adalah daur terbuka sampaibeberapa dekad setelah operasi PLTNpertama. Dengan demikian Indonesia tidakakan inelakukan proses olah-ulang bahanbakar bekas maupun proses pengayaan,tetapi kedua bidang tersebut tetap akandipelajari sampai pada tahap studi proses.
3. Bahan bakar bekas hams dikelola melaluipenyimpanan sementara di lokasi reaktorsekurang~kurangnya dua dekade, danselanjutnya pertu perluasan penyimpanansementara dalam bentuk fasilitas komersialbaik di lokasi reaktor atau di Iuar lokasireaktor.
4. Indonesia perlu melakukan pengkajian untukmempersiapkan penyimpanan limbah lestaribahan bakar bekas atau limbah aktivitastinggi (HLW) dengan metode penyimpanandi dalam struktur geologi tanah dalam {deepgeological repository).
5. Untuk pengelolaan limbah aktivitas rendah(LLW) dan sedang (ILW perlu dipersiapkanstrategi penyimpanan dengan metodepenguburan tanah dangkal {shallow landburial).
DAFTAR ACUAN
1. HARVEY W. GRAVERJR, Nuclear FuelManagement, John Wiley & Sons, New York,1979.
2. Strategies for Development of Fuel Cycle,INPB-D-005, Feasibility Study of the FirstNuclear Power Plant At Muria PeninsulaRegion, Newjec Inc, January 1994.
3. Economics of Fuel Cycle, INPB-D-003,Feasibility Study of The First Nuclear PowerPlants At Muria Peninsula Region, NewjecInc, July 1993.
4. Fuel Cycle Evaluation, INPB-D-002,Feasibility Study of The First Nuclear PowerPlants At Muria Peninsula Region, NewjecInc, June 1993.
5. Waste Management and Decommissioning,INPB-D-004, Feasibility Study of the FirstNuclear Power Plants At Muria PeninsulaRegion, Newjec Inc, March 1993.
18
ProsiJing Presentaxi Ilmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
Ton U I .tahun
150-
100-
50
2080 2005 2010 2015T a h u n
2025 2030 2035
Pengisian awal ( I n i t i a l Load)
{§H Petiglslan ulang (Reload)
Gambar 1. Kebutuhan Fabrikasi bahan bakar untuk altcrnatif 1 (600 Mwe), Faklor kapasitas = 80% (2)
300Ton U/thn
2003 2095 2019 2935T a h u n
Pengis ian aval ( I n i t i a l Load)
Pengis ian ulang (Reload)
Gambar 2. Kebuluhan Fabrikasi bahan bakar untiik altcrnatif 2 (900 Mwe), Faktor kapasitas = 80% (2)
19
Prosiding, Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta JS-19Maret 1996
1 . STRATEGt-1
EBMPLTN
SIMPAN
SEMENTARAKANISTER
REPOS1TORI
GEOtOQl
40-50 tahununtuk pendlnginan
untuk protakai;isolasi
untuk selamanya100 tahun portatna
3000 tahun pertama
EBN
UAT
KANISTER
REPOSITORI
Teknologi
radiast turundrascisradios I samedengan radiaeilingkungan
» Elomen Bakar Nuklir
» Limbah Aktlv/itas Tinogi » High Level Uaatss (HLU)
dalam hsl in! Elemen Sattar Bekas (EBB)
» tompat untuk menylmpan EBB, dirancang secara berlapls
» tompat penylmpanan lestarl dalam laplsan oeologi ysna dalam (SOO - 1000 m)
• didaaarkan Raaktor Alam di OKLO
Gambar 3. Strategi Pengelolaan Limbah Radioaktifitas Tinggi (LAT)Jangka Menengah : 40 - 50 tahun
2. STRATEGI-2
EBNPLTN
LATss -> POU
Pu
PBN
ITU
EBN baru
VITRIFIKASI
POU
LTU
PBN
RG
' Pusat Olah Ulang
=• Linvbah Trans Uranium
(umur panjang)
= Pusat Produksi EBN
« Reposltorl Qeologi
VITRIVIKASI = Isolasi LTU dalam gelas/koramik
Taknologi » Terbuktl di USA, Inggrls, Paranoia, Jsrman, J«pang
Ganibar 4. Strategi Pengclotaan Limbah Radioaktifitas Tinggi (LAT)Jangka Panjang > 30 tahun
20
Prosiding Presentasi flmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
3 . STRATEGI-3
EBNP L T N
LATS S
LTU Transmutasi
Proton
L U P> !
UUPR G
Gambar 5. Stratcgi Pengeloiaan Limbah Radioaklifitas Tinggi (LAT)Jangka Menengah : >30 taluin
4 . STRATEGI-4
P L T N
OUIZONA
L U pR G
Transmutasi Proton » digunakan Akselerator Proton(umur panj*ng —) umur pendsk)
U U P * Limbah Umur Pondok
PLTN-OUIZONA • PLTN denean dua Jtona
Zona spektrum keras : membakar Cm-244Zona spektrum lunak : mambakar Am-241 , flm-242 dan Np-237
Tsknolopl » Sadano dlkembangkan di n«gara-n«gara maju
Gambnr 6. Stralegi Pcngclolaan Limbah Radioaklifitas Tinggi (LAT)Jangka Menengah : >30 taluin
21
/SS/V 1410-1998 Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
KARAKTERISASI DAN SISTEM PENGELOLAAN TAILINGSPADA PROSES PENGOLAHAN BIJIH URANIUM RIRANG
Achmad Sorot Sudiro dan Tati HeryatiPusat Pengembangan Bahan Galian Nuklir
(D0100049ABSTRAK
Tailingss proses pada pengolahan bijih uranium Rirang yang berbentuk padat dan slurry, masihmengandung unsur-unsiir radioaktif maupun non radioaktif, Hal ini karena unsur-unsur tersebut tidak terlarut padaproses pengolahan bijih uranium. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kandungan unsur yang masihtersisa pada tailings, mengevaluasi dan mempelajari sistem pengelolaan tailings sehingga tidak mencemarilingkungan sekitamya. Analisis yang dilakukan tnenggunakan metoda Spektrofotometri Serapan Atomik,Spektrofotometri UV-VIS, Radiometri dan Gravimetri. Hasil yang diperoleh dari analisis ialah silikat, rare earth,uranium, torium, besi, nikel, seng, posfor, vanadium, timbal, molibdenum dan radium. Dari hasil evaluasi analisisunsur dapat disimpulkan baliwa tailings padat dalam skala besar (asumsi 2,5 ton/hari) perlu dikenai pencuciandengan air melalui saluran tertentu sebelum ditampung dalam kolam sementara (kolam limbah I) denganspesiflkasi tertentu yang berkapasitas 1500 m kubik. Proses ini digunakan untuk mencuci sisa unsur terlarut yangterdapat dalam tailings. Air yang dialirkan secara overflow, ditampung dalam kolam limbah II yang berkapasitas1200 m kubik. Cairan dikeluarkan secara teratur melalui valve untuk diolah dengan sistem pengolahan limbahpada beberapa tangki dan dinetralkan dengan CaO + NaOH dan BaCh. Dengan cara ini kandungan unsur radioaktifdan non radioaktif dalam efluen yang keluar diharapkan sangat rendah, sehingga dapat dialirkan ke lingkungan.
ABSTRACT
Tailings generated from Rirang uranium ore processing still contains both radioactive and non radioactiveelements.This is due to the incomplete dissolution of such elements in the ore processing. The aims of thisinvestigation is to characterize the tailings elemental composition, to evaluate, and to plan a good tailingsmanagement system, hence, environmental contamination can be avoided. Several methods of analysis have beenutilized, including Atomic Absorption Spectropholometry (AAS), UV-Vis spectrophotometry, radiometry andgravimetry, to determine elements of interest i.e. silicon, rare earths, uranium, thorium, iron, nickel, zink,phosphor, vanadium, lead, molybdenum and radium. Based on the analytical data evaluation, it is concluded thatbig scale solid tailings (2,5 ton per day) should be washed with water in a designated place before finally beingstored in a 1500 cubic meter pond(pond #1). Such a washing step is aimed to remove element from the tailings.The overflowing water is then fed into the second pond of 1200 cubic meter capacity. The liquid is then neutralizedby adding CaO + NaOH and BaCh solution. The effluent contains considerably small amount of radioactive and nonradioactive elements, hence suitable for direct disposal to the environment (water body).
PENDAHULUAN
Latar belakang
Untuk mengantisipasi kegiatan pertam-bangan uranium yang meliputi penelitianpenambangan dan studi pengolahan bijihuranium skala teknik, perlu dilakukan studipenyimpanan limbah padat dan cairnya. Limbahpengolahan bijih uranium pada umumnyaberbentuk limbah padat dan cair yang dinamakantailings.
Tailings padat berbentuk slurry daripengolahan bijih uranium skala teknik dialiridengan air, kemudian disimpan pada kolamlimbah sementara, sedangkan tailings cair diolahdengan sistem pcngolahan limbah cair. Hal inidilakukan karena tailings tersebut mempunyaikandungan unsur radioaktif inaupun non
radioaktif yang berbahaya bagi lingkungansekitarnya.
Unsur radioaktif pada cairan hasilpengolahan limbah cair dimonitor sesuai denganketentuan Keputusan Dirjen BATAN No.293/DJ/VII/1995 tentang konsentrasi tertinggi yangdiizinkan untuk uranium dan torium alam dalamudara dan air1. Pemonitoran unsur nonradioaktif pada cairan dilakukan sesuai denganKeputusan Menteri KLH No.02/MEN.KLH/I/1988tentang pedoman penetapan baku mutulingkungan2.
Tujuan penelitian karakterisasi sistempengelolaan tailings pada proses pengolahan bijihuranium Rirang adalah untuk :
1. mengctahui kandungan unsur radioaktifmaupun non radioaktif pada tailings, dan
22
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19'Marel 1996
2. mempelajari sistem pengelolaan tailings agarlimbah cair yang dilepas ke lingkunganmengikuti pedoman yang berlaku.
TEORI
Tailings adalah buangan hasil pengolahanbijih uranium yang dapat berbentuk padatdan/atau cairan. Kandungan yang terdapat padatailings pengolahan bijih uranium adalah unsurradioaktif dan non radioaktif. Untuk melindungilingkungan agar bebas dari pencemaran, perludilakukan pengelolaan tailings yang dapatmengolah cairan dan nienyimpan padatan padasuatu kolam lestari. Cairan yang telah diolahdiharapkan mengandung unsur radioaktif maupunnon radioaktif yang relatif rendah agar dapatdilepas ke lingkungan dengan aman. Effluen yangdilepas ke lingkungan tersebut dimonitor sesuaidengan peraturan berdasarkan Keputusan DirjenBATAN, Keputusan Menteri, dan ketentuanBAPEDAL.
Padatan yang terpisah dari cairan ditampungdalam suatu kolam sementara yang tidakmemungkinkan mencemari lingkungansekitarnya. Kolam tersebut berkapasitas 1500 m3.Bagian dasar dari kolam ini terdiri dari kerikildan ditutup dengan pasir atau tanah liat. Materialtersebut terletak di atas bangunan berpondasisemen yang cukup kuat. Hal ini dilakukan agartidak terjadi perembesan cairan keluar.
TATA KERJA
1. Bahan yang digunakan adalah HCI, HNO3,HC1O4, Na2, CO3, H2SO4 pekat, asam tartrat,asetamida, dan kertas saring. Peralatan yangdigunakan adalah Fluorimeter, spektrofotometerUV-Vis, spektrofotometer serapan atomik, aatpencacah SAC-R5 EBERLINE.
2. Pengambilan cuplikan tailings yang diperlukanuntuk analisis diperoleh dari residu pengolahanbijih uranium monasit Rirang dengan asamsulfat skala laboratorium.
3. Analisisa. Penentuan uranium, torium, molibdenum,
posfor, besi, nikel, dan silikon. Preparasicuplikan untuk analisis menggunakanspektrofotometer serapan atom danspektrofotometer UV-Vis dilakukan dengancara sebagai berikut: tailings yang sudahkering dimasukkan ke dalam gelas piala,kemudian ke dalamnya ditambahkan HCI,HNO3 dan HCIO4 dan kemudian dipanaskandi atas hot plate sampai berbentuk pasta,kemudian ditambah HCI, akuades laluterakhir dipanaskan. Setelah dingin, filtrat
dipisahkan untuk dianalisis guna menentukankadar uranium, torium, molibdenum,posfor,besi, dan nikel dengan spektrofotometer UV-Vis. Sedangkan analisis seng dan timbaldilakukan dengan spektrofotometer serapanatomik. Residu digunakan untuk analisissilikon secara gravimetrik.
b. Penentuan radiumPreparasi contoh untuk analisismenggunakan metoda radiometri dilakukandengan menambalikan Na2CO3 kepadacontoh dalam cawan platina, lalu dipanaskansampai meleleh, kemudian didinginkan danditambah dengan akuades. Alikot tersebutdipanaskan kembali sampai lelchan terlarutdan disaring. Residu dicuci denganakuades, kemudian dilarutkan dengan HCI didalam labu erlenmeyer 1000 ml, didinginkan,ditutup, dan disimpan selama 30 hari. Gasradon yang keluar dipindahkan ke dalamtabung sintilasi yang telah divakumkan,dibiarkan 3,5 jam, kemudian dicacahdengan alat SAC-R5 EBERLINE sehinggakandungan radiumnya diketahui.
c. Penentuan logam tanah-jarang atau RE (rare-earths)Preparasi cuplikan untuk analisis denganmetoda graviinetri dilakukan sebagai berikut:tailings padat ditimbang dan dimasukkan kedalam gelas piala. Kemudian ditambahH2SO4 pekat dan dipanaskan selama satujam, setelah dingin ditambah asam tartratdan asetamida, kemudian dipanaskan kembalisampai mendidih. Filtrat disaring, dan residudicuci dengan H2SO4 50 %. Kemudian filtrattersebut diendapkan dengan oksalat sehinggaberbentuk RE-oksalat. Endapan tersebutdipijarkan menjadi RE-Oksida total.
HASIL DAN BAHASAN
Dari hasil analisis kualitatif dikctahuibahwa unsur-unsur radioaktif dalam tailingspengolahan bijih uranium Rirang terdiri dari Udan Th, sedangkan unsur-unsur non radioaktifadalah Mo, Zr, Fe, Pb, V, Ti, Mg, Na, Si, Ca, K,S, P, Cl, Ni, RE dan Al.
Di antara unsur-unsur tersebut di atas yangmerupakan parameter limbah menurut KeputusanMenteri KLH.No.KEP-02/MENKLH/1988tentang Pedoman Penetapan Baku MutuLingkungan adalah Fe, Ni, Zn, Cu, Pb, Mil, As,Co dan Cl. Sedangkan unsur yang bersifatradioaktif terdiri dari U, Th dan Ra1.
Berdasarkan hasil analisis kwantitatifdidapatkan bahwa kandungan unsur - unsur di
23
Presiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
atas dalam limbah Rirang adalah seperti yangdicantumkan pada tabel (1). Tailings padatbcrwarna ke abu-abuan, bcrsifat asain sertatailings cair berwarna jernih kckuningan danbersifat asam.
Hasil evaluasi analisis dapat dibahassecara studi pustakas3 . Tailings padat danslurry dengan kandungan unsur di atas bakumutu limbah dalam skala besar (asumsi 2,5ton/hari) perlu dikenai pencucian dengan airmelalui saluran tertentu sebelum ditampungdalam kolam sementara (kolam limbah 1). Hal inidilakukan untuk mengurangi kandungan unsur-unsur yang terikat secara fisik dalam tailings.
Desain kolam limbah I sebagai berikut:Bentuk kolam limbahpanjang kolamLebar kolamKedalaman kolam
persegi panjang25 meter20 meter3 meter
Dasar dari kolam limbah I dibuat dengansusunan sebagai berikut:a. Kerikil dan pasir atau tanah liat,b. Piastik yang dilengkapi dengan membran
sintetik, adukan semen, beton aspal.
Cairan dipompakan ke atas dengan sistemsaluran pipa bcrcabang seperti tcrlihat padaGambar 1 dan dialirkan ke dalam kolamlimbah II.5
Spesifikasi sistem pipa saluran :Diameter pipa : 10 cmSkedul : 80Bahan : PVCSpesifikasi pompa pada kolam limbah I :Pompa : pompa scntrifugalKapasitas : 1 m3/jamJenis : pompa asamBahan : stainless steel (baja tahan karat)
Desain kolam limbah II scbagai berikut:Bentuk kolam limbah : bujur sangkarPanjang kolam : 20 meterLebar kolam : 20 meterKedalaman kolam : 3 meter
Susunan dasar dari kolam limbah II samadengan susunan dasar kolam limbah I. Cairandikeluarkan secara tcratur melalui valve danditambahkan dengan ( CaO + NaOH ) dalamtangki I4, serta diaduk dengan kecepatantertentu sampai pH mencapai 3,5. Penambahanini digunakan unluk mengendapkan Zn, Fe danPb 5 , cairan kemudian cainpuran dialirkan ke
tangki pemisah padat/ cair (tangki 2). Cairan yangterpisah dialirkan secara overflow ke tangki 3,untuk sclanjutnya dinetralkan dengan penetralyang sama dan diaduk sampai pH mencapai 7.Sedangkan endapan berupa slurry ditampungpada tangki penampung. Proses ini dilakukanuntuk mengendapkan uranium yang masihterdapat pada larutan . Kemudian hasilpenetralan dipisalikan pada tangki pemisah/ padatcair (tangki 4), dan cairan dialirkan secaraoverflow ke tangki 5 dan ditambahkan BaCl2
serta diaduk sampai pH mencapai 10-11,sehimgga sisa unsur (Ra, Mo, Mn) yang masihterdapat pada cairan dapat mengendap 6 . Hasilreaksi dari tangki 4 dialirkan melalui sand filtersebelum dialirkan ke sungai. Kandungan unsurradioaktif dan non radioaktif dalam efluentdiharapkan sekecil mungkin. pH dipantau denganbatasan hanya sekitar 6-7 sehingga dapatdialirkan ke lingkungan. Diagram alirpengolahan limbah cair dapat dilihat padaGambar 2. Pemonitoran kandungan unsurradioaktif pada cairan dilakukan denganmengacu pada Keputusan Dirjen BATANNo.293/DJ/VII/1995 tentang konsenlrasitertinggi yang diizinkan untuk uraniun dantorium di udara dan air1 .
Tabel 1 Data hasil analisis tailing padat dan cair
No.
1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.
U n s u r
UraniumToriuin
Radium
RE-Oksid
Posfor
Besi
Vanadium
Molibdenu
Bfcng
Nikel
Timbal
SiO2
S.ituan
ppmppmpCi/g
%%
ppin
ppmppmppmppmppm%
KandunganPadat16664814129,35,5
73011424766
97
20724
28,5
Cair284,8
9,9
0,080,5
0,15808,517,910,77,766,1
61,850,002
Catalan : untuk tailings cair satuan pCi/ml (Ra)
Untuk U dan Th di udara sebesar ( 7 x 10H)
dan 7 x 1 0 (2)) Bq/1, sedangkan di air sebesar (7 x101 dan 7 x 103). Pemonitoran unsur nonradioaktif pada cairan dilakukan sesuai denganKeputusan Menteri KLH No. 02/MEN.KLH/I/1988 tentang Pedoman Penetapan BakuMutu Lingkungan2. Lokasi yang digunakanuntuk tempat penampungan limbah padat danpengolahan limbah cair 1000 meter persegi.Penyimpanan tailings yang masih mengandung
24
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta ]8-19Maret 1996
unsur radioaktif dan non radioaktif perlumemperhatikan3 hal-hal berikut:• Tempat harus bergeologi cukup stabil, dan
kekuatan tanah, penyerapan, drainase lokasitempat pengolahan uranium serta topografiharus baik.
• Tempat penampungan limbah harus cukupbesar, sehingga kemungkinan kontaminanterlepas ke lingkungan sangat kecil.
• Tempat penampungan limbah harus cukupuntuk menampung tailings yang dihasilkandari pengolahan uranium.
• Di sekeliling penampungan limbah harusdibuat tanggul-tanggul dari material yang kuat.Hal ini untuk menghindari luapan air.
• Tailings harus disimpan di bawah permukaantanah.
• Dasar dari tempat penampungan limbah harusdilapisi kerikil, pasir dan plastik sehingga airtidak akan merembes ke lingkungan.
SIMPULAN
Dari hasil pembahasan dapat disimpulkanbahwa tailings masih mengandung unsurradioaktif U, Th dan Ra dan unsur-unsur nonradioaktif P, V, Mo, Zn, Pb, Fe, Ni, Re, Si(dalam bentuk SiO2) dengan konsentrasi yangcukup tinggi. Untuk mendapatkan ejluen yangtidak mencemari lingkungan, perlu dilakukansistem pengolah limbah cair denganmenambahkan reagen CaO + NaOH, dan BaCl2.Hal ini perlu dilakukan untuk mengurangikandungan unsur radioaktif dan non radioaktifsebanyak mungkin, sehingga ejluen yangdilepas ke lingkungan mengikuti ketentuan yangberlaku.
Perencanaan tempat kolam limbah daritailings dengan kandungan unsur radioaktifmaupun non radioaktif perlu memperhatikan :- Pemilihan tempat yang geologinya cukup stabil.- Lokasi tailings padat cukup besar.- Di sekeliling kolam limbah dibuat tanggul-
tanggul.- Tailings harus disimpan di bawah permukaan
tanah.- Dasar tempat penampungan limbah dilapisi
kerikil, pasir dan plastik.
DAFTARPUSTAKA
1. BAT AN, Keputusan Dirjen BATANNo.293/DJ/VII/1995 tentang Baku TingkatRadioaktivitas di air dan udara, 1995.
2. Kementerian Negara Kependudukan danLingkungan hidup, Keputusan MenteriKependudukan dan Lingkungan HidupNo.KEP. 02/ MEN KLH / 1988 tentangpedoman baku mutu lingkungan, 1988.
3. IAEA, Current Practices For the Managementand Confinement of uranium Mill TailingsIAEA, TECHNICAL REPORT SERIES No.335, Vienna(1992).
4. IWATA, I., KITIHARA, Y., TAKENAKA, S.,KUROKAWA, V., Mill Tailingss Disposal andEnvironmental Monitoring at The Ningyo -Toge uranium Processing Pilot Plant, PowerReactor and Nuclear Fuel DevelopmentCorporation Minatoku, Tokyo ( Japan ).
5. IAEA, Uranium Extraction Technology,TECHNICAL REPORT SERIES No. 359,Vienna (1993).
6. IAEA, Management of Wastes from uraniumMining and Milling, PROCEEDING SERIES,Vienna, (1982).
TANYA-JAWAB
1. Nurdin
• Berapakah dimensi tempat penampunganlimbah?.
• Bahan apa yang digunakan untuk penyekatdinding penampung limbah agar tidak adaintrusi limbah cair ke lingkungan batuandisekitarnya ?.
Achmad Sorot Sudiro
• Dimensi tempat penyimpan limbah padatadalah panjang = 25 m, lebar = 20 m dankedalaman = 3m.
• Dasar dan dinding kolam penampunganlimbah dibuat dari semen dengan pondasiyang cukup kuat. Pada dasar kolamditambahkan lapisan plastik yang dilengkapidengan sintetik membran, adukan semen danbeton aspal, juga kerikil serta pasir.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada stafBidang KKL PPBGN dan semua fihak atassegenap bantuan dalam penyiapan tulisan ini.
2. Erni R A
• Apakah limbah yang diolah tersebut adalahlimbah padat? Setelah dilakukan pencucian dikolam I, air cuciannya mengandung unsur-
25
ProsiJing Preientosi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-HA TAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
unsur di luar tailings (unsur-unsur yangterlarut pada proses sebelumnya), di manakahcairan iersebut dipisahkan?. Seharusnyacairan ini dipisalikan dan dijadikan satudengan hasil proses, sedangkan yangdialirkan ke tangki I adalah tailing yangbenipa padatan/slurry.Mohon dijelaskan bagaimana prosespencucian terscbut dilakukan, sehingga jelasmana air hasil pencucian dan mana yangmerupakan tailingl.Jika yang diolah liinbah cair, bagaimana carapencuciannya ?. Mohon pcnjelasan!.
Aclimad Sorot Sudiro
• Linibah yang diolah adalah liinbah cairbukan limbah padat. Linibah padaL/cair daripengolahan bijih U dicuci dengan air (dalamsaluran tertentu) dan dialirkan kedalamkolam I. Dalam kolam I baik cairan dariliinbah proses bijih U, serta cucian airditampung pada dasar kolam sepertiGambar 1.
• Dari kolam I (air + linibah cair dari proses)dipompa ke kolam liinbah II. Dalam kolam IIcampuran (limbah cair + air) dialirkanmelalui valve dan diatur kecepatannya, untukselanjutnya diolah sepcrti skema diagram alirpada Gambar 2. •
• Sudah lerjawab dengan jawaban di alas.
3. Elma Marcla
• Dengan memilih NaOH sebagai pereaksipenetral, padahal NaOH adalah basa kuat,apakah Zn yang mcnipakan unsur amfoterdapat mengendap secara optimum?.
Aclimad Sorot Sudiro
• Zn memang behnn dapat dikatakanmengendap sccara optimal karcna Zn adalahunsur amfotcr. Tapi minimal pcmilihan itudapat mengurangi kandungan Zn dalamliinbah cair, sehingga dengan berkurangnyaZn, cairan dapat dialirkan (dilepaskan) ke
lingkungan, setelah dimonitor dengan bakumulti linibah (Keputusan Menteri KLH No.Kep. 02/MEN.KLH/1988 tentang PedomanBaku Mutu Lingkungan).
4. Andri Slamct Subandio M
• Tailing dapat mengandung material padatdan cair! Material padat dapat juga berupadebut. Bagaimanakah "penampungan" debuyang masih mengandung unsur-unsurradioaktif selain mineral berat?. Bukankah"debu" dapat diterbangkan angin danmencemari lingkungan secara luas dancepat?.
• Apakah penimbunan tailing cukupwaterproof atau kedap air, sehingga dijamintidak ada perembesan cairan ke arah airlanah ?.
• Bagaimanakah pengaruh radiasi dapat diatasiagar tidak menisak sistem air di bavvahpermukaan?.
Achmad Sorot Sudiro
• Pada saat ini penanganan debu radioaktifyang dihasilkan dari peledakan batuan U diKalimantan Barat (dalam terowongan),dilakukan dengan penghisapan debu(inenggunakan exhaust van) ke luarterowongan dan dialirkan ke udara.
• Sedangkan pada pengolahan bijih U diKalimantan Barat juga menggunakanpenghisap debu dan dialirkan ke udara.
• Penyimpan limbah padat cukup kuat,sehingga tidak ada kemungkinan terjadinyaperembesan cairan ke luar lingkungan,karena pada dasar dan dinding kolampenampungan limbah dibuat dengan pondasisemen yang cukup kuat. Pada dasar kolainditambahkan lapisan plaslik yang dilengkapisintetik membrane, adukan semen dan betonaspal, kerikil serta pasir.
• Pengaruh radiasi juga tidak dapat menisaksistem air di bavvah permukaan, karenabangunan yang cukup kuat seperti yang kamijelaskan di atas.
26
Providing Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
TAILING Fiiitr(pasirtkerlkti) s .Sistom 3<iluran pipn bercobnrsgluron cobong I pipp soluran
b.Pnndnngnn ntns sistem snluro
PANDANGAN ATAS SISTEM SALURAN
, Poslf .Filter ptnyer
Otameter pipo
Schedol 60 bahan PVC
pembersih c « Loplson podn dflser kolom „
Botos 1t«ting3ian oir
d. Bentuk d e r i kolnm litnbnh Iipo ntfmukoop~~tyi dongon s is tem pemoinponn
Woler bearIn9Slrolbm
Gambar 1. Sistem saluran bawah tanah.
27
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta I8-l9Maret 1996
Sistem sgluron bcwqh tonah (gambar.l)
Gambar 2. Diagram Alir Sisliin Pengolahau Limbuli Cair
28
ISSN 1410-1998 Providing Presentasi Ilmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
FIKSASI MOLIBDENUM DARI LARUTAN PELINDIANBIJIH URANIUM DENGAN KARBON AKTIF
Mainar S., Guswita.A., Erni.R.A., SusilaningtyasPusat Pengembangan Bahan Galian Nuklir
ID0100050
ABSTRAK
FIKSASI MOLIBDENUM DARI LARUTAN PELINDIAN BIJIH URANIUM DENGAN KARBONAKTTF.Telah dilakukan penelitian fiksasi Mo dari lanitaii hasil pelindian bijih U dengan menggunakan karbonaktif dengan metode bulk dan diaduk untuk menghilangkan/mengurangi molibdenum dalam larutan. Ini karena Moberpengaruh pada proses pemuniian U dengan resin penukar ion atau ekstraksi pelarut. Proses fiksasi dipengaruhioleh beberapa parameter, diantaranya luas pennukaan butir karbou aktif, diameter pori, perbandingan berat karbonaktif dengan volume larutan, dan waktukontak. Hasil penelitian menunjukkan baliwa pada kondisi 4grkarbou/100 ml larutan dengan ukuran butir 0,85 - 1,18 nun, dan waktu kontak 6 jam, Mo difiksasi sebanyak ± 0.50 mmoldan U yang ikut difiksasi sebanyak ± 0,026 mmol dalam larutan yang mengandung Mo ± 0,56 m mol dan U ± 0,25m mol. Larutan umpan yang mengandung RE tinggi menurunkan fiksasi Mo oleh karbon, sehingga pemakaiankarbon aktif untuk memisahkan Mo dari larutan hasil digesti bijih Rirang kurang efektif dimana Mo difiksasi± 34,5 %.
ABSTACT
FIXATION OFMo IN URANIUM LEACH LIQUOR BY ACTIVATED CARBON. The use of activated carbon forMo fixation by bulk system is reported.Several factors influencing the fixation process were examined, includingcontact time, carbon particle size, carbon porosity and the effect of other elements present in Mo containingsolutions. Experimental data showed that an adsorption eguilibrium of Mo on 4 gr of activated carbon and 0,85 to1,18 mm of carbon particle size under forced-convection mass transfer in 100 ml solution that contains ± 0,56 mmol of Mo and ± 0,25 m mol ofU was reached after 6 hours period. Under those conditions, about 0,50 m mol of Moand 0,026 m mol of U were adsorbed into the carbon. High concentration of rare earth elements decreased Moadsorption, hence, the use of activated carbon was not effective to separate Mo from the digestion liquor of Rirangore where Mo was adsorbed into the carbon ± 34,5 %.
PENDAHULUAN
Bijih uranium asal Rirang selain mengan-dung uranium juga mengandimg molibdenum.Susunan unsur dalam bijih Rirang adalah sebagaiberikut: U = 0,52 %, RE = 63,04%; Mo = 0,24 %dan Th = 0,02 % ' Pelindian dengan asam sulfatuntuk melarutkan uranium dari bijihnya akanmelarutkan semua unsur-unsur yang mudah larutdalam asam sulfat termasuk molibdenum. Semuaunsur - unsur terlarut tersebut merupa-kanpengotor terhadap konsentrat uranium yangdihasiikan. Oleh karena itu, larulan hasilpelindian bijih uranium hams dimurnikan.Molibdenum dalam asam suifat membentukkompleks anion molibdo sulfat Mo02(S04)3"4 yangsama dengan kompleks anion uranil sulfatUO2(SO4)3*4. Jika larutan hasil pelindian bijihuranium dimurnikan dengan resin penukar ion,maka ion kompleks molibdo sulfat dan uranilsulfat akan bersaing untuk diikat oleh resinpenukar ion. Ion kompleks molibdo sulfat akanterikat lebih kuat dari pada ion kompleks uranilsulfat, karena afinitasnya lebih besar. Kelikadilakukan elusi yaitu proses untuk melepaskan
kembali ion kompleks uranil, ion kompleksmolibdo tetap terikat pada resin. Jika proses iniberjalan lebih lanjut, maka selanjutnya resinakan jenuh dengan ion kompleks molibdosulfat,sehingga resin tidak dapat mengikat ionkompleks uranil sulfat. Oleh karena itu jumlahmolibdenum dalam larutan hasil pelindian bijihuranium hams dihilangkan/dikurangi. Salah satucara yang dapat dilakukan adalah denganmem fiksasi molibdenum dengan karbon aktif.Fiksasi adalah penyerapan senyawa oleh karbonaktif yang dapat dilakukan dengan metode bulkdan aliran. Penelitian dengan metode bulkdilakukan dengan cara merendam karbon aktifdalam him tan umpan dan diaduk selama waktutertentu. Karbon aktif yang digunakan buatanpabrik HYCAB - Australia. Proses fiksasidipengaruhi oleh beberapa parameter, diantaranyaluas permukaan butir karbon aktif, diameter pori,perbandingan berat karbon aktif dengan volumelarutan, dan waktu kontak. Pengamatanpenelitian meliputi: 1, ukuran butir karbon aktif,2. perbandingan berat karbon dengan volumelarutan, 3. waktu kontak karbon dengan larutanumpan, dan 4.penggunaan larutan hasil proses
29
Prosiding Presentasi llmiah Dour Bahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
fiksasi untiik utnpan pada pemurnian uraniumdengan resin penukar ion.
T E O R I
Karbon aktif adalah senyawa organik yangdibuat dengan cara karbonisasi dari bahan dasarbatubara, batok kelapa , dan kayu. Proses kar-bonisasi meliputi dehidrasi bahan dasar,karbonisasi ,atau mengubah bahan dasar kebentuk campuran amorf dan kristal karbon, danselanjutnya bahan itu diaktifasi dengan caradibakar dengan bahan seperti uap air atau karbondioksida (CO2), sehingga terbentuk hasil akhiryang berpori. Hasil yang diperoleh dengan prosesini terutama adalah karbon dengan sedikit bahanlain yang ada dalam bahan dasar, jugamempunyai gugus fungsional yang mengandungoksigen sebagai hasil proses aktivasi. Bagiandalam dari butir karbon sangat berpori yangterdiri dari makropori dengan diameter pori1000 A, mikro pori dengan diameter pori 10 -2000 A, dan pori dengan diameter <IO A yangumumnya tidak dapat dimasuki oleh molekul zatterlarut. Distribusi ukuran pori sebagian besarmerupakan fungsi dari proses fabrikasi. Luas per-mukaan luar total adalah antara 500- 1000 m2/gr.Daya serap karbon aktif temtama merupakanfungsi dari bentuk stuktur pori atau setara denganluas permukaan pada produk akhir dari proseskarbonisasi.3
Proses fiksasi molibdenum oleh karbonaktif merupakan serapan secara elektrostatis yangumumnya berasal dari daya tarik kolombikantara ion dan muatan gugus ftingsional. 3
Kapasitas fiksasi berkaitan dengan luaspermukaan, ukuran molekul zat terlarut dandiameter pori.Kinetika fiksasi adalah sebagaiberikut : tahap pertama molekul yang difiksasiakan berpindah dari cairan ke permukaan luarbutir karbon, sehingga terjadi lapisan tipis padapermukaan butir karbon (boundary layer). Tahapkedua molekul yang difiksasi akan berpindah daribagian luar butir ke tempat fiksasi melalui pori.Pada tahap ketiga, dalam waktu yang samadengan tahap kedua pada waktu prosesperpindahan berlangsung, molckul difiksasi dandipegang oleh perniukaan. 3 Pada makalah inidiameter pori dan ukuran molckul zat terlarutdianggap parameter tetap, karena larutan dankarbon yang dipakai sama. Sebagai parameterpenibah yang analog dengan luas pennukaanadalah jumlah dan ukuran butir, scdangkan waktukontak merupakan parameter terhadap kinetikafiksasi.
BAHAN DAN ALAT
Bahan
Bahan yang dipalai adalah larutan hasilpelindian bijih uranium yang mengandungmolibdenum, karbon aktif buatan pabrik HYCABAustralia, resin Duolit 101, bahan kimia untukanalisis Mo, dan U.
Alat
Alat yang dipakai adalah timbangan semianalitis, seperangkat spektrofotometer, pH meter,furnace, pengaduk magnet stirer, kolom resindan alat gelas.
Tata kerja
Larutan umpan disiapkan (larutan pelindianbijih uranium yang mengandung molibdenum).Karbon sebelum dipakai dipanaskan pada suhu700 °C selama 1 jam.
1. Menentukan waktu kontak
Karbon dengan ukuran butir ditetapkan, danditimbang sebanyak 5 gram, dan dimasukkan kedalam beker gelas 250 ml. Lalu ia direndamdalam aquades selama satu malam ,dan selan-jutnya airnya didekantasi. Larutan umpansebanyak 150 ml ditambahkan. Fiksasi dilakukandengan waktu kontak 1/2, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 24, dan30 jam. Selama proses fiksasi Iarutan diadukterus menerus. Kadar Mo dan U dari larutandianalisis dengan waktu kontak seperti tersebutdiatas. Data yang diperoleh dievaluasi, sehinggadidapat waktu kontak yang dikaitkan denganjuinlah Mo yang difiksasi.
2. Menentukan pengarah ukuran butir terhadapfiksasi Mo
Karbon dengan ukuran yang diinginkanmasing - masing ditimbang scbanyak 5 gram dandimasukkan ke dalam bekcr gelas 250 ml, laludirendam dalam aquades selama satu malam.Selanjutnya airnya didekantasi. Larutan umpanmasing-masing sebanyak 100 ml ditambahkan.Proses fiksasi dilakukan selama 3 jam. Selesaifiksasi, larutannya diambil unluk dianalisis kadarMo dan U-nya. Data dievahiasi untuk mcmpcroichukuran butir yang dikaitkan dengan jumlah Moyang difiksasi.
30
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
3. Menentukan iumlah karbon
Hal yang sama dilakukan dengan ukuranbutir yang optimal pada percobaan 2 dan waktukontak 3 jam dengan variasi jumlah karbon aktif.Data yang diperolah dievaluasi untukmendapatkan jumlah karbon yang dikaitkandengan jumlah Mo yang difiksasi.
4. Pengunaan larutan umpan setelah fiksasi padaresin penukar ion Duolit 101,
Resin dikondisikan dengan asam sulfat pH1,7, kemudian loading dilakukan dengan larutanumpan hasil pelindian bijih U yang meinpunyaipH 1,7. Setelah resin jenuh, resin dicuci untukmenghilangkan kotoran yang melekat pada resin.Selanjutnya ia dielusi dengan larutan campuranNaCl 1 M dan H2SO4 0,1 M. Hal yang samadilakukan seperti cara di atas dengan umpanlarutan hasil pelindian yang difiksasi dengankarbon. Analisis kimia U dan Mo dilakukan. Datadievaluasi untuk memperoleh perbedaan daya ikatresin terhadap U.
HASIL DAN BAHASAN
Data hasil percobaan fiksasi molibdenumyang menggunakan karbon aktif disajikan dalambentuk gambar.
WAKTU KONTAK ( JAM 1
Gambar 1. Hubungan waktu kontak dengan fiksasiMo (a) & U (b)
Kondisi: Ukuran butir 1,4-1,7 mm,jumlah karbon 5 gr. Volume larutan 150 mlkadar Mo = 1195 ppm, U = 1135 ppm
Gambar 1 memperlihatkan hubungan an-tara waktu kontak dengan prosentase Mo dan Uyang difiksasi.Terlihat bahwa waktu kontakberpengaruh terhadap banyaknya Mo dan U yangdifiksasi. Semakin lama waktu kontak semakinbanyak Mo dan U yang difiksasi. Hal iniberdasarkan pada kinetika serapan karbon aktifterhadap senyawa Mo dan U yang ada dalamlarutan. Senyawa Mo dan U meinerlukan waktuuntuk berpindah dari larutan ke permukaan butirkarbon dan selanjutnya masuk ke dalam pori
karbon untuk diikat oleh gugus fiingsionaloksigen dari karbon aktif. Semakin lama waktukontak, semakin banyak kesempatan darisenyawa kompleks Mo dan U yang berpindahkepermukaan butir karbon, sehingga semakinbanyak senyawa Mo dan U yang difiksasi olehkarbon aktif. Fiksasi optimum Mo terlihat padawaktu kontak 6 jam yaitu 88 % sedangkan U ikutterfiksasi 8 %. untuk waktu kontak lebih dari 6jam kenaikan fiksasi kecil, kurva mendatar.
lf.O
80
in
u_
60
«0
JO
OS
UKURAN BUTIR (mm)
Gambar 2. Hubungan antara ukuran butir karbondengan fiksasi Mo (a) dan U(b)
Kondisi: jumlah karbon 5 gr, Waktu kontak 3 jamVolume larutan 100 mlkadar Mo = 1230 ppm, U = 1175 ppm
Menurut teori daya serap karbon aktif yang mem-punyai porositas tinggi, ukuran butir tidakberpengaruh terhadap daya serap. 3 Tetapikenyataanya pada Gambar 2, hubungan antaraukuran bulir karbon dengan fiksasi Mo dan U adapengaruhnya, semakin halus ukuran butir karbonsemakin banyak jumlah Mo dan U yang difiksasi.Hal ini karena semakin halus ukuran butir karbonsemakin luas permukaan butir karbon. Luaspermukaan butir merupakan salah satu faktoryang berpengaruh terhadap daya serap. Dilihatdari segi pelaksanaan kerja, jika digunakanukuran butir yang halus akan menimbulkanmasalah pada pemisahan karbon dari larutan hasilfiksasi untuk proses lebih lanjut. Selain haltersebut, untuk butir yang halus, karbon banyakyang ikut terbuang pada saat dekantasi dilakukan.Oleh karena itu digunakan ukuran butir antara0,85 - 1,18 mm ( -14 + 18 mesh). Denganukuran butir tersebut Mo difiksasi cukup banyakdan U yang ikut terfiksasi relatif kecil.
Pada Gambar 3 tampak bahwa semakinbanyak jumlah karbon yang digunakan semakinbanyak Mo dan U yang difiksasi. Hal ini disebab-kan semakin banyak jumlah karbon akan semakin
31
Providing Prescntasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
luas dan banyak jumlah pori yang ada, schinggaMo dan U yang difiksasi akan naik. Percobaanselanjutnya menggimakan karbon sebanyak 4gr/100ml larutan, karena dengan jumlah ter-sebut U yang ikut difiksasi sebanyak ± 0,043mmol, sedangkan Mo telah difiksasi sebanyak ±0,92 mmol dalam larutan umpan yangmengandung 1,18 mmol Mo dan 0,43 mmol Udengan waktu kontak 3 jam dan iikuran butir0,85 - 1,18 mm. Jika digunakan jumlah karbonlebih banyak, maka U yang difiksasi lebih banyakpula. Hal ini tidak diinginkan.
too
80
<
60
20
J U M L A H KARBON < GRAM)
Gambar 3. Hubungan antara juinlah karboii denganfiksasi Mo (a) & U(b)
Kondisi: Ukuran butir 0,85 -1,18 mm,waktu kontak 3 jamvolume larutan 100 ml,kadar Mo = 1135 ppm, U = 1030 ppm
Penggunaan kondisi fiksasi pada Iarutanumpan hasil pelindian dinamik dan digesli bijihU yang mengandung RE dan Mo disajikan padaTabel 1.
Tabel 1. Hasil Fiksasi Mo dan UJenis
Umpan 1 (ppm)Difiksasi(%)umpan 2(ppm)Difiksasi(%)Umpan 3 (ppm)Difiksasi( %)
Mo1156,065,1315,334,51482,680,1
U1213,38,0469,411,21133,96,2
RE17858,7559404,9--
Keterangan: jumlah karbon 4 gr, ukuran bulir >1,18 mm ( + 14 mesh ), waktukontak 5 jam, volume larutan 100ml. umpan 1 = lanitan hasilpelindian dina-mik bijill U asalRirang, umpan 2 larutan hasildigesti bijih U asal Rirang, umpan3 larutan hasil pelindian dinamikbijihUBM28l.
Pada Tabel 1 tampak bahwa untuk larutanumpan yang mengandung RE relatif kecil(umpan 1), day a fiksasi karbon terhadap Mo lebihbesar daripada larutan umpan yang mengandungRE besar (umpan 2). Hal ini karena jumlahsenyawa RE dalam Iarutan umpan 2 sangatbanyak yang akan menghalangi senyawa Momendekati permukaan butir karbon, sehinggajumlah Mo yang difiksasi sedikit. Larutan umpanyang tidak mengandung RE daya fiksasinyaterhadap Mo lebih tinggi (80,1%).
Penggunaan larutan hasil proses fiksasidan larutan sebelum difiksasi untuk umpan padapemurnian U dengan resin penukar ion Duolit 101disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Penggunaan larutan
lanitanumpan
123
Kand(PI
Mo476,455,0
ungan3in)
U521,0474,0500.0
pada pemurnian UDaya ikat resin
terhadapU (gr U/ It resin)
+ 34,6+ 49,8+ 55,0
Keterangan : umpan 1 larutan tanpa fiksasiumpan 2 larutan setelahfiksasi Mo umpan 3 larutanyang tidak mengandung MoFiksasi dilakukan seiama 6jam dengan ukuran butirkarbon < 14 mesh ( < 1,18mm )
Menun.it teori adanya Mo dalam lanitanumpan pada pemurnian U dengan resin penukarion mempengamhi pengikatan uranium olehresin. SUSILANINGTYAS dkk 4 melaporkanmolibdenum belum mempengaruhi pengikatanresin terhadap uranium jika perbandingan U/Modalam lanitan > 10. Pada Tabel 2 terlihat bahwaperbandingan U/Mo, baik dalam umpan 1maupun dalam umpan 2, masih < 10. Olehkarena itu molibdenum dalam umpan 2 hamsdifiksasi ulang agar perbandingan kadar U/Modalam lanitan > 10, sehingga tidak berpengaruhterhadap pengikatan uranium oleh resin. Hasilfiksasi ulang dari larutan umpan yangmengandung Mo = 536 ppm dan U 582 ppmdisajikan pada Tabel 3.
Pada Tabel 3 tampak bahwa Mo difiksasiscbanyak 0,503 m mol dan U scbanyak 0,026 mmol dalam 100 ml lanitan yang mengandimg Mosebanyak 0,558 m mol dan U sebanyak 0,245 mmol oleh 4 gr karbon ukuran butir 0,85 - 1,18 nundan waktu kontak 6 jam.
32
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta J8-19Marel 1996
Tabel 3. Fiksasi larutan umpanFiksasi
ke012
Mo Udalam larutan (ppm)536,153,15,8
582,5519,6470,5
Mo | Udifiksasi (%)
9089
10,89,5
Keterangan :
SIMPULAN
jumlah karbon 4 gr, ukuranbutir 0,85-1,18 mmvolume larutan 100 ml, waktukontak 6 jam
ari data yang diperoleh dapat disimpulkansebagai berikut;
1. Karbon aktif dapat dipergimakan untuk fik-sasi molibdenum dari lamtan hasil pelindianbijih uranium.
2. Fiksasi menggunakan kondisi 4 gr karbon/100 ml larutan dengan ukuran butir 0,85 -1,18 mm, dan waktu kontak 6 jam mengha-silkan Mo yang difiksasi sebanyak ± 0,50 mmol dan U ikut difiksasi sebanyak ± 0,026m mol, dalam larutan umpan yang me-ngandung Mo sebanyak ± 0,56 m mol dan U± 0,25 m mol.
3. Larutan umpan fiksasi yang mengandung Modan U dengan kadar Mo yang sama atau lebihbesar dari kadar U hams difiksasi ulang, agarmenghasilkan larutan dengan ratio U/Molebih besar dari pada 10, sehingga tidakberpengaruh terhadap pengikatan U oleh resinketika dimurnikan.
4. Larutan yang mengandung RE tinggi me-nurunkan fiksasi Mo oleh karbon aktif,sehingga pemakaian karbon aktif untukmemisahkan Mo dari larutan hasil digesti bijihRirang kurang efcktif, dimana Mo difiksasi+ 34,5 %.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih kami sainpaikan kepadaSaudara Rossi Setiadji,Ph.D yang telahmemberikan saran dalam penyusunan makalahdan Andung Nugroho serta Sopri yang telahmembantu menyediakan bahan penelitian ini.PUSTAKA
1. BUSCH,K.,SUPRAPTO and DJAWADI,"Investigation of the Uranium MineralizationIn the Rirang Valley. West Kalimatan,Indonesia", Commissioned by the FederalMinistry of Reseacrh and Tecnology, Bonn,1987.
2. CLEGG, JHON.W, and FOLLEY, DENIS.D."Uranium Ore Processing", Addison-WesleyPublishing Company, Inc, USA 1958.
3. THOMAS C. VOICE. ,"Activated-CarbonAdsorption, in Standard Hand book ofHazardous Waste Treatment and Disposal",HARRY M, FREEMAN, Editor in Chief, MeGrawHill-1988. Section 6,1.
4. SUSILANINGTYAS, PUDJIANTO.R,MUKHLIS. "Pengaruh Molibdenum padaPemurnian Uranium dengan Resin PenukarIon". Laporan Penelitian 1993/1994.
TANYA JAWAB
1. Andre S• Apakah Mo berasal dari bijih Rirang ?.• Dengan kadar Mo yang cukup tinggi 400 - 500
ppm cukup baik untuk pencampur logam(dalam industri metalurgi). Apakah sudahdilakukan penelitian ke arah tersebut dimanaMo merupakan hasil samping pada pengolahanbijih Uranium.
Guswati Ahvi• Mo diperoleh dari pelarutan bijih Uranium yang
berasal dari bijih Uranium Rirang dan bijihUranium BM 281tekan.
• Sampai saat ini belum dilakukan penelitianterhadap Mo yang merupakan hasil sampingpada pengolahan bijih Uranium.
2. Djarot• Manakah lebih efisien Proses I : Pemurnian
Uranium Fiksani Mo + penuhan ion / ekstraksi+ elusi Uranium.
• Proses II : Pemurnian UraniumPenuhan ion / ekstraksi + elusi dari Uraniumdan Mo.Mengingat hasil fiksasi terikut 10% Uranium.
Guswita AlwiProses I lebih efisien dan pada proses II karena :• Dengan memfiksasi Mo terlebih dahulu maka
umur resin lebih panjang karena jumlah Moyang diikat resin lebih sedikit, dengansendirinya Uranium yang diikat resin lebihbanyak. Jika Mo tidak deplisasi lebih dahulumaka Mo yang diikat resin akan lebih banyakdan pada saat dielusi Mo akan tetap menempelpada resin sehingga lama kelamaan resin tidakdapat mengikat Uranium lagi (tidak dapatdigunakan lagi untuk memurnikan larutan hasilpelindian bijih Uranium).Walaupun hasil fiksasi Uranium ikut terflksasiscbanyak + 10%, tetapi Uranium yang terseraptersebut dapat dielusi/dilarutkan kembali.
33
ISSN 1410-1998 Presiding Presentasi J'miah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta !8-19Maret 1996
PERANCANGAN ALAT PENGENDAPAN URANIUMSECARA KONTINYU DAN APLIKASINYA
Faizal Riza dan Hafni Lissa NuriPusat Pengembangan Bahan Galian Nuklir ID0100051
ABSTRAK
PERANCANGAN ALAT PENGENDAPAN URANIUM SECARA KONTINYU DAN APLIKASINYA. Telahdilakukan perancangan alat pengendapan uranium secara kontinyu skala laboratorium. Penelitian ini dilakukan untukmemperoleh ukuran alat, unjuk kerja dan efisiensi proses {recovery) pengendapan yang dapat diterapkan pada prosesskala lebih besar (pilot). Peralatan ini terdiri dari 3 (tiga) buah tangki pengendap dan pengenap yang dirangkai secarasen, dimana tangki pengendap berbentuk silinder berpengaduk dengan diameter 30 cm dan tinggi 37,5 cm dan tangkipengenap berbentuk konis bawah 30° dengan tinggi konis 10 cm, diameter 40 cm dan tinggi 12,5 cm. Proses inidilakukan dalam 2 (dua) tahap yaitu proses pemurnian dan proses pengambilan uranium. Tahap pertama, larutanuranium direaksikan dengan reagen CaO 1,5 % (perbandingan kecepatan alir 3,5 : 1) pada pH 3,3 - 3,5 dan waktutinggal 1 jam. Tahap kedua, pengambilan uranium dengan menambahkan NH4OH 0,15 N (perbandingan kecepatanalir 8 : 1 ) pada pH 6,8 - 7,0 dan waktu tinggal 1 jam. Didapat efisiensi proses pengendapan > 99 % dengan kadaruranium dalam yellow cake sekitar 70 %.
ABSTRACT
CONT1NOUS URANIUM PRECIPITATION EQUIPMENT DESIGN AND ITS APPLICATIONS. ALaboratory scale equipment for continous uranium purification and recovery process has been designed. This workwas aimed to simulate and study a pilot scale equipment performance and efficiency for similar purposes. Thelaboratory scale equipment consist of three precipitation setting tank units that are arranged in series. Eachcylindrical precipitation tank has the dimension of 30 cm diameter and 37,5 cm hight and equiped with agitator.Each settling tank has the dimension of 40 cm diameter and 12,5 cm hight. The tank 30° conical bottom end has theheight of 10 cm. Continous purification and recovery of uranium were achieved in two step. In first step, a uraniumcontaining eluent was mixed with 1,5 % of CaO solution (flow rate ratio 3,5 to 1) atpH 3,3 to 3,5 for one hour. In thesecond step, uranium was recovered by addition of 0,15 N ofNHiOH (flow rate ratio 8 to 1) at pH 6,8 to 7,0 for onenour. Based on those conditions, a high uranium recovery of 99% was obtained and the yellow cake productcontains 70 % of uranium.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pengendapan uranium merupakan prosesyang periling dalani proses pengolahan bijihuranium disamping pelindian, pemisahan padatcair dan pemurnian. Pengendapan adalah prosespengambilan uranium dari lantlan uranium hasilpemurnian dengan mereaksikan reagen tertentuuntuk mendapatkan hasil endapan yang disebutyellow cake. Saat ini pengendapan uraniummasih dilakukan secara catu, maka untukmenghasilkan yellow cake berkapasitas besardengan proses yang lebih ekonomis dan praktisperlu dilakukan pengendapan uranium secarakontinyu karena proses pengendapan secarakontinyu secara operasional lebih mudah biladibandingkan dengan proses pengendapan secaracatu. Perancangan alat pengendapan uraniumsecara kontinyu dilakukan untuk memperoleh dataukuran alat dan kondisi proses serta unjuk kerjaalat guna menunjang penyusunan pra sfudikelayakan pengolahan bijih uranium serta
menerapkan proses tersebut pada skala yanglebih besar.
TinjauanPustaka.
Pengendapan larutan uranium dari larutanuranium hasil pemurnian merupakan tahapanproses terakhir yang sangat penting padapengolahan bijih uranium, karena hasilyangdiperoleh merupakan produk berupa yellowcake yang dipakai sebagai dasar bahan bakarelemen nuklir.
Pada umumnya proses/kwalitas yellow cakedipengaruhi oleh pengotor yang ada dalam lamtanhasil pemurnian (elusi), konsentrasi reagen,temperatur, waktu pengendapan.1 Pengotor eluatsebagai umpan pada proses pengendapan yangdominan adalah Fe3+, karena Fe3+ akanmempengaruhi hasil endapan yang diperoleh.Pengendapan secara kontinyu dapat dilakukandengan;- Pengendapan langsung (satu tahap)- Pengendapan bertingkat (dua tahap)
Prosiding Presentasi Ilmiab Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
CaO
umpan
flokulan
NH4OH
n ADU
Gambar 1. Alat pengendapan kontinyu bertingkat
1. Pengendapan langsung (satu tahap)
Eluat diendapkandenganMg(OH)2 2,tetapi pada
pengendapan ini eluatnya hams mempunyaipengotor yang kecil. Reaksi kimia antaraMg(OH)2 dan ion uranil sulfat ditunjukkandengan reaksi sebagai berikut:
2UO2(SO4) + 3 Mg(OH)2 —> MgU2O7 + 2 MgSO4
+ 3H2O (1)
Reaksi samping yang terjadi sebagai berikut;
UO2(SO4) + Mg(OH)2 —> UO2(OH)2+ MgSO4 ...(2)UOj(SO4) + 2 MgO —> Mg UO4 + Mg SO4 (3)
sedangkan reaksi yang menggunakan NH3 adalahsebagai berikut:
2UO2(SO4) + 6NH,(OH) —->
2. Pengendapan bertingkat (dua tahap)
Pengendapan bertingkat dipergunakankarena Iarutan hasil pemurnian masih banyakmengandung Fe3+, dimana Fe3+ akan mempe-ngaruhi warna, kadar yellow cake serta kemurnianhasil pengendapan.
Pengendapan bertingkat pada umumnya dilakukandengan tahapan proses sebagai berikut;- Tahap pengendapan I
Pada tahap ini larutan umpan yang masihbanyak mengandung unsur Fe3* diendapkandengan Ca(OH)2 sesuai dengan persamaan reaksiberikut:Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 —> 2Fe(OH)3+ 3CaSO4 (5)
- Tahap pengendapan IIPada tahap ini larutan hasil pengendapan I(filtratnya) direaksikan dengan NHfOH gunamendapatkan (ADU) Amonium Diuranat atauyellow cake, sesuai dengan persamaan reaksiberikut:2UO2(SO4) + eNH^H > (NH4)2 U2O7 +
k 3H2O .(6)
Skema alat pengendapan bertingkat dapatdilihat pada gambar 1.
PERHITUNGAN ALAT PENGENDAPANBERTINGKAT SECARA KONTINYU
1. Menentukan besar tangki pengendapan.
Dalam perancangan alat pengendapanuranium ini, dipakai data pendukung, yang diper-oleh dari pengendapan secara batch (label 1).Volume tangki pengendapan = 22,5 liter
7CVolume = — D2H. Diambil H = 1,25 D *
4
D =2,8 dm Diambil D = 30 cmH = 1,25 x 30 cm = 37,5 cm
2. Menentukan besar tangki pengenap.
Volume tangki pengenap = 22,5 liter =0,80 ft3. Ditentukan tutup bawah pengenapberbentuk konis 30°
7C 7CVolume = — (D2H) + — tg 30° (D - M)3 "
4 24
35
Prosiding Presentasi Rmiah Daur Bahan Bakar NukllrPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Diambil H = 1/4 D M = 1,0 inci 3. Menentukan bentuk pengaduk.
n n l0,80 = — D2(1/4D) + — tg 30°(D - (---)3)
4 24 12
D = 1,401 ft = 40,352 cm
Ditentukan D = 40 cm; H = 1/4D = 10 cmTutup bavvah bentuk konis
b = 1/2(D - M) tg 30° (4)= 1/2(1,364-1/12) tg 30°= 0,35 ft
Ditentukan sf= 1 in.4
H
D
Gambar 2.Pcnampang tangki pengendap
Keterangan :Diameter = 30 cmTinggi = 37,5 cmBentuk = silinderBahan =flexy glassTebal = 5 mm
Sf
Gambar 3.Penampang tangki pengenap
Keterangan :Diameter = 40 cmTinggi silinder = 12,5 cmTinggi konis = 10 cmBukaan =2,5 cmBahan = plexy glasTebal = 5 mm
Bentuk pengaduk adalah plate blade dengan4 (empat) blade serta dilengkapi sistempenghalang (baffle) sebanyak 4 buah.5
= D/3 = 10 cm= 2 cm= 0,5 cm ,= 2 cm= teflon
panjang impelerlebar impelertebal impelerlebar bafflebahan impeler
4. Menentukan ^g/Yo/or/Pengaduk
Tenaga gerak dan kecepataxi shqff daripengaduk merupakan hal yang prinsip dalammenentukan pengaduk. Tenaga gerak utamaberdasarkan pada keadaan standard dari motorlistrik yang ada, kecepatan perputaran shaftdikombinasikan dengan standard kecepatanmotor listrik dalam kombinasi standard AGMA(A merican Gear Manufacturies A ssri).5
Untuk memperkirakan diameter impelerturbin agitator yang diinginkan, dipakai rumussebagai berikut:
D = 394
dengan:DHP
N(Sg)SeDn
Hp
( ) o,2 6
nN3(Sg)se
= Diameter impeler= Tenaga pengaduk; n=jumlah
impeler= kecepatan putaran shaft= specific gravity (larutan + padatan)= 10 cm = 3,93 in= 4
Untuk menentukan kecepatan dari shaft padaagitator di pergunakan O = 27.10.10 dan D/T =0,3 6. Dengan menggunakan rumus :
O = N 3,75. D 2,81/Ud6
dengan :N = kecepatan shaft, RpmD = Diameter impeler, inUd = Perancangan kecepatan pengenapan,
ft/menit (diambil= 10)O =N.3,75 D2,81/UdN = 739 rpm
Untuk menentukan tenaga gerak, dipergunakanrumus :
HpD = 394 ( ) 0,2
nN3(Sg)Se
HpD = 394 ( )0,2
(4)(739)3 (1)
36
Hp = 0,5913Agitator yang dipilih : Tenaga pengaduk = 0,5 -1 Hp Kecepatan shaft = 700 - 750 Rpm
BAHAN DAN METODA
Bahan
1. Larutan umpan yang dipakai dalampercobaan ini adalah larutan hasil dari prosespclindian secara asam, kemudian dimurnikandengan resin penukar ion sehinggamenghasilkan larutan uranil sulfat UO2(SO4)
2. Reagen CaO 1,5% (teknis) dan NH4OH 0,15N(teknis)
3. Flokulan superfloc N100 0,002 %4. Satu unit alat pengendapan uranium secara
kontinyu
Metoda
Metoda kerja pengendapan uranium secarakontinyu merupakan penerapan data daripengendapan secara catu.
Diagram alir pengendapan uranium secarakontinyu dapat dilihat pada Gambar 4.
Metoda kerja proses pengendapan uranium secarakontinyu.
1. Larutan hasil pemurnian (eluat, A)dimasukkan ke tangki pengendap (Tl).Kemudian ditam-bahkan reagen Ca(OH)2 (B)pada tangki tersebut, sebelumnya eluat (A)diambil contohnya untuk dianalisis kadar U,Fe2+, Fe3+
2. Kecepatan alir (A) dan reagen (B) ditentukan,selanjutnya reaksi dipertahankan pada pH 3,3- 3,5 pada suhu kamar, setelah kondisitercapai pada Tl diambil contoh larutan
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-]9Maret 1996
setiap 1 jam untuk dianalisis kadar U, Fe2+,Fe3+ dan jumlah padatan yang terbentuk.
3. Waktu tinggal ditentukan, larutan hasil reaksiakan mengalir sebagai overflow, masuk ketangki pengenap (T2)
4. Sebelum larutan hasil dari tangki Tl masukketangki T2, ditambahkan flokulan dengankonsentrasi tertentu.
5. Setelah waktu tinggal tercapai, didalamtangki T2 terbentuk larutan jernih danendapan, larutan jernih akan mengalir secaraover flow ke tangki pengendapan Tk II (T3).Pada T2 diambil setiap 1 jam contoh endapandan larutan untuk dianalisis kadar U, Fe2+,Fe3+
6. Pada tangki pengendapan Tk II (T3), filtrathasil tangki pengenap (T2) direaksikandengan larutan ammonia dengan konsentrasitertentu dan reaksi dipertahankan pada pH6,8-7,0.
7. Setelah waktu tercapai, larutan hasil reaksi(T3) akan mengalir secara overflow ketangkipengenap Tk II (T4), larutan hasil reaksidiambil contohnya guna dianalisis kadar U,Fe2+,Fe3+.
8. Endapan hasil tangki pengenap Tk II (T4)berupa yellow cake, kemudian masuk ketangki pencuci (T5) untuk dicuci dengan airpH 7,0 dan diambil contoh yellow cake nyauntuk dianalisis kadar uraniumnya.
9. Semua proses diatas dilakukan dengankontinyu dimana larutan umpan maupunreagen dialirkan dengan menggunakanpompa.
HASIL PERCOBAAN DAN BAHASAN
Hasil Percobaan
1. Percobaan pendahuluan pengendapan secaracatu dengan umpan = 1000 cm3 ; U =1805,42 ppm ; Fe = 559,76 ppm
B
A
flokulan—i
Ti >
NH,OH
T2 *1
T3
air
T4 »
f
T5 T6
.•*.
Gambar 4. Metoda kerja proses pengendapan uranium secara kontinyu
37
Presiding rresenSasi iirrAah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAK Jakarta JS-19Uaret 1996
Tabel 1. Variasi penambahan CaO 1,5% (w/v)
Item
Waktu (menit)Konsumsi CaO ,cmVolume filtrat, cm3
Kadar U filtrat,ppmKadar Fe3*.filtrat,ppmBerat residu.grKadar U residu, ppmKadar Fe residu.ppmVolume pencuci, cm1
Kadar U pencuci, ppmKadar Fe pencuci ppm% Pengendapan U
CaO, cm3/menit5
623101220
1356,93525,12511,90151047,4842,710
500219,74,62
99,31
10303001200
|1436,8622,57512,41181047,4837,315
310349,76,8499.6
3011
3301190
1422,71512,83
11,91181059,23542,600
255401,5810,9999,29
506
3001185
1255,7156,40
11,81181134,3241,250
325356,42
6,499,11
704
2801180
1380,14513,21
11.61181194,40542,600
320490,405
2,9099,22
2. Percobaan pertama pengendapan Tk I secara kontinyu dengan umpan = 600 cmVmnt; CaO 1,5% =150 cmVmnt; t = 30 mnt; U = 1240,49 ppm
Tabel 2. Hasil percobaan pertama pengendapan Tk I secara kontinyu.Kern
Volume contoh, cmVolume filtrat, cm3
pH contohKadar U, filtrat, ppmKadar Fe^.filtrat.ppm% Pengendapan U
Contoh 1jam ke 1
10009753,29
965,095156,594,82
Contoh 2jam ke 2
10009803,37
986,490130,92597,42
Contoh 3jam ke 3
10009813,43
939,370142,99092,86
Contoh 4jam ke 4
10009803,42
1006,485164,43592,47
Contoh 5jam ke 5
10009753,40
989,705160,81597,21
3. Percobaan kedua pengendapan TK I secara kontinyu dengan umpan= 290cm3/mnt; U=1444,75ppm;CaO I,5%=85cm3/mnt; t = 60mnt.
Tabel 3. Hasil percobaan kedua pengendapan Tk I secara kontinyu
Item
Volume contoh, cm3
Volume filtrat, cm3
Kadar U.filtrat, ppmKadar Fe^.filtrat.ppmBerat residu, gKadar U residu, ppmKadar Fe3+ residu, ppm% Pengendapan U
Contoh 1jam kel
250235
1155,48525,150,97632863,534027099,33
Contoh 2jam ke 2
250238
1162,59526,9950,93903786,353082099,75
Contoh 3jam ke 3
250235
1157,71531,18
0,96842304,253058099,84
4. Percobaan ketiga pengendapan TK I secara kontinyu denganppm; CaO 1,5%= 85cm3/mnt; t= 60mnt
Tabel 4. Hasil percobaan ketiga pengendapan Tk I secara kontinyu
umpan= 290cm /mnt; U= 1444,75
Item
Volume contoh, cm3
Volume filtrat, cm3
Kadar U.filtrat, ppmKadar Fe^.filtrat.ppmBerat residu, gKadar U residu, ppmKadar Fe3+ residu, ppm% PengendapanU
Contoh 1jam kel
500470
1178,2528,8752,2436
4906,442020099,22
Contoh 2jam ke 2
500475
1171,6727,9752,30605525,722053099,12
Contoh 3jam ke 3
500465
1201,1227,342,225
4855,802025099,15
38
Prosiding Presentasi Ilmiah DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
5. Percobaan keempat pengendapan secara kontinyu Tk II. Kelanjutan dari percobaan ke tiga denganumpan = 375 cm3/mnt; NH40H 0,15N = 46 cmVmnt; t = 60 mnt
Tabel 5. Hasil percobaan keempat pengendapan Tk II secara kontinyu.Item
Volume contoh, cm3
Volume filtrat, cm3
Kadar U,filtrat, ppmBerat yellow cake , gKadar yellow cake, %% Pengendapan U
Contoh 1jamkel
5004805,79
0,721769,0699,93
Contoh 2jam ke 2
5004808,82
0,767468,9599,89
6. Percobaan kelima pengendapan TK I secara kontinyu dengan umpan = 290 cm3/mnt; U = 1519,455ppm; CaO 1,5% = 85cm3/mnt; t = 60 mnt
Tabel 6. Hasil percobaan kelima pengendapan Tk I secara kontinyu.Item
Volume conloh, cm3
Volume filtrat, cm3
Kadar U filtrat, ppmKadar Fe3+,filtrat,ppmBerat residu, grKadar U Residu, ppmKadar Fe3+ Residu ,ppm% Pengendapan U
Contoh 1jam ke 1
1000973,5
1186,03521,2854,4289
3571,88513.25098,96
Contoh 2jam ke 2
1000975
1194,9433,5954,51392494,1111.75099,26
Contoh 3jam ke 3
1000970
1200,39531,74
4,53712527,4510.90099,25
Contoh 4jam ke 4
1000970
1206,12530,51
4,58021705,275
11.20099,48
Contoh 5jam ke 5
1000975
1200,6835,43
4,53271694,105
10.40099,49
7. Percobaan keenam pengendapan TK I secara kontinyu memakai flokulan dengan floe N100 0,002 % =10 cnvVmnt; t = 60 mnt
Tabel 7.Hasil percobaan ke enam pengendapan Tk Isecara kontinyu denganmenggunakan flokulansuper floe N 100.
Item
Volume contoh, cm3
Volume filtrat, cm3
Kadar U filtrat, ppmKadar Fe3+,filtrat,ppm% Pengendapan U
Contoh 1jam ke 110009801153,22ttd98,74
Contoh 2jam ke 210009751162,035ttd98,99
Contoh 3jam ke 310009851146,44ttd98,66
Contoh 4jam ke 410009781164,04ttd99,46
Contoh 5jam ke 510009811151,26ttd98,67
8. Percobaan ketujuh pengendapan secara kontinyu Tk II kelanjutan dari Percobaan ke enam denganNH,OH 0,15N = 46 cm3/mnt; t = 60 mnt
Tabel 8,Hasil percobaan ketujuh )engendapan Tk II secara kontinyu.Item
Volume contoh, cm3
Volume filtrat, cm3
Kadar U, filtrat, ppmBerat yellow cake, grKadar yellow cake, %% Pengendapan U
Contoh 1jam ke 1
10009857,65
1,615668,4399,26
Contoh 2jam ke 2
10009808,04
1,610469,2699,23
39
Presiding Presentas; :!miah Daur Bahan BakarNuklirPEBN-ilATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
9. Percobaan kedelapan pengendapan TK I secara kontinyu memakai flokulan dengan umpan = 290cm3/mnt; floe 0,002% = 10 cmVmnt; t = 60 rant
Tabel 9. Hasilpcrcobaanke delapan Pengendapan Tk I secara kontinyii dengan menggunakanflokulan super floe N 100,
Item
Volume contoh, cm3
Volume filtrat, cm3
Kadar U filtrat, ppmKadar Fe3+,filtrat,ppm% Pengendapan U
Contoh 1jam ke 1
1000985
1218,865ttd
99,04
Contoh 2jam ke 2
1000981
1220,52ttd
99,43
Contoh 3jam ke 3
1000980
1223,85ttd
99,60
Contoh 4jamke4
1000980
1228,295ttd
99,31
10. Percobaan ke sembilan Pengendapan secara kontinyu Tk II kelanjutan dari percobaan ke delapandengan NH4OH 0,15N = 46 cnvVmnt; t = 60 mnt
Tabel 10. Hasil percobaan kesembilan Pengendapan Tk II secara kontinyuItem
Volume contoh, cm3Volume filtrat, cm3Kadar U filtrat, ppmBerat yellow Cake, grKadar yellow cake %% Pengendapan U
Contoh 1jam ke I
1000980
10,831,986368,4999,01
Contoh 2jam ke 2
1000990
10,372,003368,6499,04
Contoh 3jam ke 3
1000985
9,0452,023769,4999,16
Contoh 4jam ke 4
1000986
10,051,997669,0199,07
BAHASAN
Dari hasil perhitungan (tabel 1) secara catudiambil perbandingan umpan dan reagen antara 3- 4 untuk ditetapkan pada pengendapan secarakontinyu, perbandingan tersebut sebagai berikut:Volume umpan = 1000 cm3; Volume CaO = 300cm3; Volume filtrat = 1200 cm3; Waktu = 30menit
Hasil penerapan secara batch ke kontinyupada (tabel 2) diambil perbandingan umpan danCaO = 4 : 1 dengan kondisi sebagai berikut;Kecepatan alir umpan = 600 cm3/mnt; Kecepatanalir CaO = 150 cm3/mnt; Waktu tinggal = 30mnt; % Pengendapan U rata-rata = 94,95 %.Hasil yang didapat tidak dapat mencapai recoveryU (efisiensi pengendapan) 99,3 % mungkindisebabkan waktu reaksinya belum sempurna.Darihasil perhitungan percobaan kedua (tabel 3)didapatkan kondisi proses sebagai berikut;Kecepatan alir umpan = 290 cm3/menit;kecepatan alir CaO = 85 cm3/mnt; waktu tinggal= 60 mnt; efisiensi pengendapan U rata-rata =99,81 %; warna endapan = coklat.
Dengan kondisi yang sama dari hasil perhi-tungan (tabel 3) didapat hasil sepcrti terlihatpada tabel 4 dengan : efisiensi pengendapan Urata-rata = 99,16 %; Warna endapan = coklat.
Kemudian dilanjutkan untuk pengendapan Tk IIdengan kondisi dan hasil yang didapat (tabel 5)sebagai berikut : % recovery = 99,91 %; Kadaruranium dalam yellow cake = 69,005 %; Warnayellow cake ~ kuning; Kecepatan alir NH4OH =46 cm3/menit; Waktu tinggal = 60 menit. Daripercobaan yang dilakukan , diperoleh hasil yangcukup baik. Pada tabel 11 ditunjukkanpengambilan contoh serta hasil perhitunganpercobaan dari tabel 3,4 dan 6 sebagai berikut:
Tampak bahwa pengendapan Tk I secarakontinyu stabil, hal ini terlihat dari berat residuyang tetap. Pada pengambilan contoh setiap 1(satu) jam sekali dan jumlah contoh yang diambilberbeda. Dari hasil percobaan (tabel 7, 8, 9, 10)untuk pengendapan Tk I secara kontinyu denganditambah flokulan superfloc N100 konsentrasi0,002 % dan kecepatan alir 10 cm3/menit telihatbahwa kadar Fe3+ dalam filtrat tidak terdeteksi(ttd).(tabel 7 dan 9) sedangkan kalau tidakditambahkan flokulan kadar Fe3+ dalam filtratcukup tinggi (tabel 3,4 dan 6). Penambahanflokulan dapat mempercepat pengenapan jugamengurangi kadar Fe3+ dalam yellow cake danyellow cake yang terbentuk pada proses ini dalambentuk ADU (Ammonium Diuranat : (NH4)2U2O7)
40
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Tabel 11. Pengambilan contoh 250 cm3, 500 cm3 dan 1000 cm3
Item
Jumlah contoh 250 cm3
Berat residu, gr% Pengendapan U (R)Jumlah contoh 500 cm3
Berat residu, gr% Pengendapan U (R)Jiimlah contoh 1000 cm3
Berat residu, gr% Pengendapan U
Filtrat 1jamke 1
2250,976399,85470
2,243699,22975
4,513999,26
Filtrat 2jam ke 2
2380,93999,75475
2,30699,12970
4,537199,25
Filtrat 3jamke 3
2350,908499,84465
2,22599,15975
4,532799,49
SIMPULAN
1. Proses pengendapan uranium secara kontinyudengan kapasitas 22,5 liter mempunyai ukuranalat sebagai berikut:
Tangki pengendap berpengaduk;bentuk = silinder; bahan = flexy glass; tebalbahan = 5 mm; diameter = 30 cm; tinggi =37,5 cm; tinggi of = 32,5 cm; bukaan = 2,5cm; bentuk pengaduk = plate blade 4;bujlle = 4 buah;
Tangki pengenap;bentuk = silinder dengan konis 30o dibawah; bahan = flexy glass; tebal bahan = 5mm; diameter = 40 cm;tinggi silinder =12,5 cm; tinggi konis = 10 cm; tinggi of =17,5 cm; bukaan = 2,5 cm.
2. Proses pengendapan uranium secara kontinyumempunyai kondisi sebagai berikut:
Pengendapan Tk I;Reagen = Ca(OH)2 1,5 %; Perbandingankecepatan alir = 3,5:1 Waktu tinggal = 60menit; pH = 3,3 - 3,5.
Pengendapan Tk II;Reagen = NH4(OH) 0,15 N; Perbandingankecepatan alir = 8:1;Waktu tinggal = 60 menit; pH = 6,8 - 7,0;Penambahan flokulan superfloc N100;Konsentrasi flokulan = 0,002 % dan Konsumsiflokulan = 0,5 gr/ton
Hasil yang didapat;Efisiensi pengendapan U rata-rata = > 99 %;Kadar uranium dalam yellow cake = 70 %.
UCAPAN TERIMA KASIH.
Kami ucapkan banyak terima kasih kepadasemua staf, teknisi dan administrasi BidangTeknik Pengolahan Bahan Nuklir denganselesainya makalah ini.
DAFTARPUSTAKA
1. Merrit, C.R., "The Extractive Metalurgy ofUranium" Colorado School of MinesResearch Institute, (1971).
2. Lyaudet ,G., "Magnesium UranatePrecipitation" SEPA/LAB-GL/EG 92/338,September 2nd, (1992).
3. Waluyo, S., "Pengendapan LarutanUranium", PATN, Pusat Pendidikan DanLatihan,BATAN(1988).
4. Brownell, L.E ., Young, E.H., "ProsesEquipment Design", Vessel Design WilleyEastern Limeted, First US Edition, (1959).
5. Wasisto, D.,"Pemilihan Sistem Agitator untuksuspensi padatan dalam cairan", PPBGN,Jakarta, Agustus (1991).
6. Lewis,E.,Gates,Jerry, R., Morton and PhilipL,Fondy,Chimineer, "Selecting AgitatorSystems to Suspended Solids in Liquid",Chemical Engineering, May 24, (1976).
7. Perry, C,"Chemical Engineering Hand Book,5th International Student Edition, Me GrawHill Kogakusha, Ltd, Tokyo (1973).
TANYA - JAWAB
1. Sumantri• Apakah penelitian Saudari sudah ditinjau dari
segi ekonomis dan keselamatan ?
Hafni Lissa Nuri.• Sudah, hanya saja perhitungan detailnya belum
dimasukkan kedalam makalah. Proses kontinyujelas lebih ekonomis dari proses batch karenaproduk yang dihasilkan dengan proses kontinyu
41
Presiding Pretenttiij llmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BÅTAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
lebih besar dari proses batch. Dari segikeselamatan, karena kita bckcrja pada tekananatmosferik, suhu kamar maka peralatandiperlukan safety yang biasa. Dan juga kitabekerja dengan uranium alam dalam bentukcair, maka pada waktu bekerja cukup memakaijas lab, sarung tangan dan film badge.
2. Dardjo
• Di lapangan biasanya antara T1-T2, T2-T3 dansebagainya selalu diberi floculant, tetapi dalamperuncingan ini hanya antara TI dan T2 yangdiberi jloculant. Mengapa antara T2 - T3 takadaJJoculant.
• Biasanya tangki dibuat dari stainless steel, tapidisini hanya dengan plexi glass /teflon. Sampaidimana kekuatannya ?.
• Derajat konis yang bcsar akan mempercepatpenyumbatan, bagaimana dengan derajat konis30°.
Hafni Lissa Nun• Antara T2-T3 atau pada tangki T3,
pengendapan sudah sempurna dan sewaktudiuapkan pada T4 dengan waktu 60 menitsemua endapat mengenap sempurna.
• Karena alat dibuat untuk skala lab denganteflon cukup kuat dan tahan asam, kalau dibuatdengan Stainlees Steel harganya mahal
• Derajat konis > 30°C tidak menghambatpenyumbat, hanya akan menambah tinggi konisdan secara keseluruhan tinggi tangki pengenapbertambah besar.
3. Abdul Latif• Bagaimana dengan sistem instrumentasi pada
alat yang di rancang?.
Hafni Lissa Nuri• Sistem instrumentasi seperti flow rate dan pH
meter masih dilakiikan secara konvensional danperiodik.
42
ISSN 1410-1998 Presiding Presentasi Umiak Daru Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
EKSPLORASI "U" DENGAN METODE MAGNETIKDI SEKTOR BUBU, KALIMANTAN BARAT
M. Nurdin, Subardjo, Setyo Darmono, Slamet S.Pusat Pengembangan Bahan Galian Nuklir ID0100052
ABSTRAK
EKSPLORASI "U" DENGAN METODE MAGNETIK DI SEKTOR BUBU, KALIMANTAN BARAT.Eksplorasi ini didasarkan pada temuan mineralisasi "U" yang berasosiasi dengan mineral-mineral magnetit, ilmenit,pint dan pirhotit yang mengisi rekahan-rakahan dengan jalur berarah baratlaut-tenggara. Sasaran dan tujuaneksplorasi ini adalah untuk mengetahui jalur-jalur mineralisasi bawah permukaan dan kedalaman serta tebal daritubuh mineralisasi, guna menunjang pengembangan eksplorasi "U". Metode yang dilakukan adalah metode magnetik,karena metode ini sangat baik untuk mendeteksi mineral-mineral logam yang bersifat magnet (magnetit). Parameteryang diukur berupa medan magnet total yang kemudian dituangkan dalam bentuk peta kesamaan medan magnet total.Dari peta kesamaan dijumpai 4 (empat) pole magnet berarah baratlaut-tenggara, selanjutnya dibuat model tubuhmineralisasi dengan perangkat lunak Geosoft. Pemodelan magnet tersebut menunjukkan penyebaran jalurmineralisasi dalam bentuk dua dimensi. Pemodelan ini dipadukan dengan peta gcologi Sektor Bubu, menghasilkanpeta gabungan. Dari peta gabungan tersebut diperoleh jalur favorable dengan lebar + 25 meter dan kedalaman 3,5meter yang berada pada litologi kuarsit dan filit, berarah baratlaut-tenggara, sehingga dapat disimpulkan bahwamineralisasi dikontrol oleh struktur.
ABSTRACT
"U" EXPLORATION USING MAGNETIC METHOD ON BUBU SECTOR, WEST KALIMANTAN. Theexploration was based on the discovery of association of "U" mineralization with magnetite, ilmenite, pyrite andpyrhotite minerals which are fill in the NW-SE fracturations. The aim and objective of exploration is to find depthand size of sub surface mineralization zone. Magnetic method was chosen because the method was good for metallicdetection. The measured and plotted as contour map is total magnetic field, from the contour map shown there are 4NW-SE magnetic poles. The result of the modelling body using Geosoft Software was gotten 2 dimension ofmineralization jalur. The result of stacking the model on the geological map is width of the zone; it is 25 meter andthe depth about 3.5 meter in quartzite andphylite, has NW-SE direction and controlled by structure.
PENDAHULUAN
Eksplorasi ini dilatar belakangi dari hasilpenelitian terdahulu yang dilakukan Tim
Prospeksi Sistematik BATAN (1986)O) dan TimProspeksi Sistematik BATAN (1992)(2), yang telahmenemukan anomali kadar U total di TR. 152sebesar + 1 %. Berdasarkan hubungan antaraunsur U dengan unsur Pb, Cu dan Co, makamineralisasi ini diklasifikasikan sebagai endapantipe vein. Kedapatan anomali U tersebut padaTR.152. Mineralisasi U di sektor SungaiBubu terdapat dalam batuan malihan, berupakuarsit mikrobiotit, batu tanduk, sekis biotit danfilit. Kedapatan mineral U diduga dikontrol olehtektonik berupa kekar terbuka dan breksi sesar.
Berdasarkan analisis mineralogi, ternyatamineral- mineral yang berasosiasi dengan Uadalah magnetit, ilmenit, pirit dan pirhotit.
Dari hasil penelitian tersebut di alas, makauntuk mengetahui jalur mineralisasi bawahpermukaan dilakukan eksplorasi geofisika dengan
metoda magnetik. Metoda ini sangat baik untukmendeteksi mineral logam yang bersifat magnet(magnetit). Untuk lebih jelasnya dapat dilihatpada pembahasan berikut.
LOKASIKERJA
Sektor Bubu terletak ditimur laut EFKA,merupakan cabang kanan Sungai Kalan. Untukmenuju lokasi dapat ditempuh dengan jalan kakisepanjang 26 km selama ± 6 jam (Gambar 1).
METODA DAN TATA KERJA
Metoda magnetik
Metode ini didasarkan pada gangguanmedan magnet lokal akibat adanya medan magnetbumi. Gangguan medan magnet lokal terhadapbatuan sekitar akan menimbulkan medan magnetvertikal dan horizontal. Resultan dari keduamedan magnet tersebut adalah medan magnettotal yang dideteksi oleh alat. Intensitas medan
43
Providing Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
K C I t » A MG» N
/ ^ Sunfol
, ' Jolon
—•• »alon t t l
M l e » a i l Of r
Gambar 1. Peta lokasi kerja
magnet total yang dideteksi olch alat tnenyatakanbanyaknya kandungan logam yang bersifatmagnet di sekitar lokasi titik pengukuran dengansatuan gamma.
Tata kerja
Tata kerja dalam eksplorasi ini adalahdengan membuat jaring-jaring sistcimitik denganarah base-line N130°E dan arah lintasan N220°E.Jarak antar lintasan 25 meter dan jarak antar titikpengukuran yang terdapat pada lintasan 25 meter.Lintasan tempat titik pengukuran tersebut tegaklurus strike.
Sebelum dilakukan pengukuran pada lokasiyang telah di-buat jaring-jaring sistematik
tersebut, lerlebih dahulu dilakukan pengukuran diluar lokasi yang dianggap netral, pengukuran inidilakukan sebagai titik ikat (base). Setelah itubaru dilakukan pengukuran ke lokasi yang telahdibuat jaring-jaring sistematik tadi. Dalampengukuran ini, setiap 2 (dua) jam hams kembalike titik ikat. Ini dilakukan untuk tnenghindariefek medan magnet vertikal selarna pengukuran.
ALAT YANG DDPERGUNAKAN
- Magnetometer MP-4 yang terdapat dalam IGS-2 System Control Console
- Theodolit To- Laptop T1850- Perangkat lunak Geosoft.
44
Prosiding Presentasi Ilmiah Daru Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
N
boie lint
HASIL DAN BAHASANGanibar 2. Pcta kesamaan medan magnet total
Parameter hasil pengukuran bempa medanmagnet total, kemudian dituangkan kedalam pctakesamaan medan magnet total. Dari peta inidiperoleh 4 (empat) pasang kittub magnet, yaitukutub I, II, III dan IV. Kcempat kutub tersebtitmempunyai harga berkisar dari 42.400 - 43.000gamma dianggap scbagai anomali, karenamelebihi harga latar 42.300 gamma (ganibar 2).
Untuk melihat bentuk dtia dimcnsi dari tubuhmineralisasi tersebut, maka dibuat modelmatematis tubiih mineralisasi. Pcmodctan inimenggunakan perangkat lunak Geosofil, Canada.
Dalam pcmodelan ini digunakan menuMAGMOD3, dcngan parameter scperti gambar 3 :
Dari keempat kutub magnet yang dilcmukan,ditarik garis yang memotong kutub. Garis-garistersebut melalui lintasan 16 dan 17.
Dari hasil pemodclan magnet lintasan 16kutub II (gambar 4) didapat tubuh konduktorberbentuk lempeng sheet pada kcdalaman 2,48 in.
lebar 19,28 m, tebal 8,31 m, strike N 120° E dankemiringan sub vertikal ke arah selatan
TABULAR
t H I I ItCTIBK
Ganibar 3. Parameter model untuk model tabular(Koenigsberger, Geosoft Manual,1993).
45
ProsiJing Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
L
-e:
0
I
tu \7u \zz au ?/o
/y "/ // . / . . . .
PARAMETER MOOEL j
Oontuk inodnl : Inbulnr?
Kixlntnmnn : 4,15 rnr>t»M
Lehnr : 30.2 motrr
Kctnltlnpnn (Olp) : 24 dwn|n»
Ketobatnn : 7,07 mo»c»r
SucopllblHIna : 0,00/9 omu
MEOAN MAGNEr f3UMI :
Kiint MtKtnn Mn(jnf?' • ^I!.000 nnnn
tttkllmyl
Orkllonil
Slilko
Atnl» Ilitlnsnn
?3 dnfn|nl
O
: t,7? mnlnr
: 120 clcin^l
: 220 tlmnpit
Gambar 4. Model magnet lintasan 16 kutub II.
Dari hasil pemodelan magnet lintasan 16kutub I (gambar 5), didapat tubuh kondukiorberbentuk lempeng (sheet) pada kedalaman 4,15m, lebar 36,2 m, tebal 7,67 m, strike N 120°E danketniringan sub vertikal ke arah sclatan.
Dari hasil pemodelan magnet lintasan 17kutub II (gambar 6), didapat tubuh kondukior
berbentuk lempeng (sheet) pada kedalaman 2,47in, lebar 24 in, tebal 20,3 m, strike N 120° Edan keniiringan sub vertikal ke arah selatan.Dari hasil pemodclan magnet lintasan 17 kutub I,didapat tubuh konduktor lempeng (sheet) padakedalaman 3,30 m, lebar 28,2 m, tebal 94 m,strike N 120° E dan kemiringan sub vertikal kearah selatan.
46
Providing Pre.ientasi Ilmiah Daru Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta I8-19Maret 1996
: O.OR79 dr-(n|n1
Gambiir 5. Model magnet lintasan 16 kutub I.
Gambnr 6. Model magnet lintasan 17 kutub II.
47
ProsiJing Presentasi llmiah Dour Bahan Bakar NukiirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
O TO O BU UJ
PARAMETER MODEL
Bcnluk model
KvdnUimnn
Lebnr
Ksmlitngnn (Dip)
K«»lol>nlnn
SucnpllhllMnn
*
: Tnbulm2
: 3.30 meter
: 20.2 motci
: 84 d«n|nt
• sn M «
: O.O07H oniii
MEDAN MAGNEI OUMI
Koot Mndnn Mngnnl
tnktfnnnt
Onkttivtsl
7ltt{)ol Srnnof
Arnh llntnfinn
: 42.000 tininnw»
— c j afrfcijni
: 0 dnajnl
: 1.72 fimtnr
; 170 tlrm(nt
: ??0 Hp«it|n1
Giimbar 7. Model magnet liiiuisan 17 kutub I.
BAHASAN
Anomali medan magnet total yang diperolehpada peta kesamaan medan magnet total (Gambar2), dikaitkan dengan geologi Itasil penelitiansebelumnya, maka dapat diinterpretasikan balnvaanomali tersebut adalah suatu konduktör yangbersifat magnet. Konduktör terscbut membentuksuatu jalur yang berarah baratlaut-tenggara.
Disamping itu tampak däri peta kesamaan, bahwakeempat kutub tersebut seperti telah mengalamipergeseran. Pergeseran ini tercermin dan kutub-kutub positif yang terpisahkan oleh kutub-kutubnegatif yang membentuk jalur berarah baratlaut-tenggara. Pergeseran kutub ini jika dika«<W<odengan hasif pengamatan struktural, makamempunyai hubungan erat dengan adanya sesaryang berarah N 120° E, N 60° E dan N 90° E.
48
Prosiding Presentasi Ilmiah Daru Bahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
« t i m >uc><>
I " W I KllO
I . ' ' I Brtf ns ti Io
Qdfr (Jl
l»-l.n li.xilno
Gambar 8. Pcta gabimgan geologi dan magnet
Seperti yang telah dijelaskan di pcndaluiluan,bahwa mineralisasi mengisi rekahan-rekahan.Dari peta kesamaan incdan magnet total tainpakjelas sekali kontras yang ditimbulkan dari hasi!pengukuran sehingga dari peta ini dapat ditariksuatu sesar (gambar 2).
Jika hasil pemodelan dan pcta kesamaanmedan magnet total ini dipadukan dengan petageologi sektor Bubu, maka diperoleh suatu jalurfavorable dengan Icbar + 25 meter danmempunyai arah baratlaut-lenggara. Jalurfavorable ini yang diperkirakan sebagai tempatterperangkapnya mineralisasi U (gambar 8).Dari peta gabungan terlihal balnva fahir favorableberada pada litologi kuarsit dan filit. Sehinggadapat disimpulkan balnva kebcradaan mineralisasiU dikontrol oleh struktur.
SIMPULAN
Dari hasil pembahasan dapat disimpulkan :1. Dari hasil eksplorasi diperoleh jalur fm>orable
dengan lebar + 25 meter, kedalaman + 3.5
meter dan mempunyai arah Barat Laut-tenggara.
2. Untuk kasus sektor Bubu, karena mineralisasimengisi rekahan, maka metoda magnetikdapat pula digunakan untuk menentukan sesar.
DAFTAR PUSTAKA
1. MANTO WIDODO, dkk., "Prospeksi DetilSektor Bubu Kalimantan Barat", LaporanHasil Penelitian Pusat Pengembangan BahanGalian Nuklir - Badan Tenaga Atom Nasional(1986) (Tidak dipublikasikan).
2. MUDJO SUMEDI, RUSMADI, "KajianMineralogi Pada Jalur Mineralisasi SektorBubu Kalimantan Barat" Buku KumpulanLaporan Hasil penelitian Pusat PengembanganBahan Galian Nuklir-Badan Tenaga AtomNasional (1991- 1992) (Tidak dipu-biikasikan).
3. "GEOSOFT MAPPING AND PROCESSINGSYSTEM", Toronto, Ontario.Canada (1994).
49
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
TANYA - JAWAB
1. Faizal Riza
• Metoda magnetik sangat baik dipakai untukmenunjang explorasi U, selarna mineral(logarn) bersifat magnit?. Apakali scbelumnyametoda ini diterapkan, terlebili daluiiudilakukan penclitian sifat-sifat mineral yangdiizinkan? Bila tidak, metoda ini tidak adagunanya (tidak efisien) inohon penjclasannyasecara kronologis !
M. Murdin
• Sebelum dilakukan penclitian Geofisikadengan inetoda magnetik, tcrlcbih dahuhi telahdilakukan penelitian mineralogi pada lahun1982 dan 1992. Dari hasil ini dijumpaimineralisasi U berasosiasi dominan denganmineral magnetik, ilmenite dan pirit. Dari TimProspeksi Sistematik ini menyarankandilakukan penelitian lanjutan dengan metodageofisika. Salah satu metodenya adalah metodemagnetik.
2. Dardjo
• Apakah hasil eksplorasi U dengan metodamagnetik tersebut sudah divalidasi? Jikasudah, divalidasi dengan apa?
• Batuan U itu fcrro magnit, fcrri magnit alaujenis batuan apa ?
• Apakah Geosoft dapat dikembangkan menjaditiga dimensi? Misal sinyal magnetik tersebutdiolah dengan sinyal prosessing yang dapatdiolah dengan perangkat lunak Matlab(Matrix Laboratory)
M. Nurdin
• Belum• Ferro magnetik : magnetik alami, batuannya :
Kuarsit, Filit dan Metapelit• Bisa, untuk taluin ini akan dicoba
dikembangkan dengan software GTS
3. Mainar Sjahminan
• Dalain abstrak disebutkan sasaran dan tujuaneksplorasi ini adalah untuk mengetahui jalurzona mineralisasi bahwa permukaan dankedalaman serta tebal dari tubuh mineralisasi,kenapa tidak terlihat sasaran tersebut secaramatrik, misalnya kedalaman dan tebal
M. Nurdin
• Mcmang dalam abstrak tidak tercermin, tetapidalam makalah ada dimensi dari bendamagnetik tersebut.KedalamanLebarPanjang
± 3 , 5 meter25 meter250 meter
50
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi Ilmiah DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
INVENTARISASI SUMBERDAYA V SEKTOR KAYUARA HULUKALIMANTAN BARAT, TAHAPAN PROSPEKSI SISTEMATIK
Aldan Djalil, Rusmadi, Paimin, Priyo SulartoPusat Pengembangan Bahan Gal inn Nuklir ID0100053
ABSTRAK
INVENTARISASI SUMBERDAYA U SEKTOR KAYUARA HULU KALIMANTAN BARAT, TAHAPANPROSPEKSI SISTEMATIK. Berdasarkan hasil penelitian BATAN-CEA.tahun 1976 ditemukan beberapa lokasianomali radiometri singkapan dan bongkah, diduga mineral isasi bcrarah N 50°E. Tujuan penelitian ini untukmendapatkan pengetahuan tentang luibtingan pemincralan U, penyebaran serta kaitannya dengan kondisi geologi.Metoda penelitian adalah pengukiiran radiometri soil, singkapan dan bongkah dengan sistem jaring-jaring pada arahN S0°E berjarak 25 m dan N I4O°E berjarak 10 m, pengainatan geologi, elemen tektonik, mineralogi, dan analisiskadar U total. Di beberapa lokasi dikupas dan satu lokasi dibuat park uji. Pemineralan U dijumpai berbentuk uratdengan tebal milimetrik - cenlimetrik ynng mcngisi sebagian kekar terbuka pada jalur sesar berarah sekitar N 280°E,N 150°E dan N 50°E, dan bebcrapa bongkah aktif di sungai.lembah kering dan punggungan bukit. Daerah penelitiantersusun oleh batuan kuarsit scrisit dan filit. Mineral radioaktif adalah benipa uraninit, autonit, gummit dan monasit,dengan kadar U total pada contoli batuan berkisar antara 36,5 - 7190 ppin. Pemineralan U tersebut terdapat spot-spot, kecuali dibagian selatan agak mengclompok dan berasosiasi dengan mineral sulfida, sehingga disarankanpenelitian lanjutan dengan melhoda gcollsika IP untuk inengetaluii penyebaran vertikalnya.
ABSTRACT
"U" RESOURCE INVENTORY ON UPPER KAYUARA SECTOR. WEST KALIMANTAN, SYSTEMATICPROSPECTION. Based on prospection of BATAN-CEA, 1976, was discovered several out crop and boulderradiometric anomalies. The mineralizations were estimated direction N 50°E. The aim of this prospection was tounderstand the interconected between geological condition and mineralization distribute. The prospection methodused soils, out crops and boulders radiometric measurement as grid system with 25 m interval and 10 m withdirection N 50°E and 10 m to N 4<fE, the observation of geological aspect, tectonic elements, mineralogy, andanalysis of the total U grade. Test pit dissected out crop was made at several interesting anomalies. Themineralization of uranium was found inside part of fault zone as vein shops with milimetric - centimetric thicknesswith direction N280°E, N15(fE and N50°, and also several boulder anomalies founded at rivers, valleys and hillcrests. The area of prospection weres arranged by serisitic quarzite and fillite. The radioactive minerals wereuraninite, autonite, gumite and monazite. The total uranium grade at the rock samples were 36,5 ppm - 7190 ppm.The mineralization of uranium was found spot, except in south of prospection area was accumulated and associatedby sulphate minerals, so it was suggested to continued prospection with IP geophysic method to understand thevertical extension.
PENDAHULUAN
Daerah Kayuara, Kalimantan barat (Gambar1) pernah diteliti pada tingkat dctil oleh BATAN-CEA tahun 1976. Hasil yang diperolch benipaanomali radiometri singkapan 200 - 9000 cps danbongkah 250 - 5000 cps, pada metapclit danmetalanau'.
Untuk mendapatkan pcngetahuan tcntanghubungan, penyebaran pemineralan U, sertakaitannya dengan kondisi geologi maka perludilakukan penelitian yang Icbih rinci yaituProspeksi Sistematik. Ruang lingkup pcnclilianmeliputi pemetaan geologi dengan skala 1 :5.000, pengukuran radiometri soil sistemberjaring, pengukuran elemen tektonik danpembuatan kupasan (bila perlu). Di beberapalokasi kupasan dilakukan pengamatan geologi.
pengukiiran elemen tektonik dan radiometri.Pengambilan data lapangan dilakukan denganperalatan geologi secara konvensional, dan SPP 2NF untuk mengukur radiometri batuan dan soil.
Contoh batuan dianalisis mineralogi secarapctrografi untuk mengetahui jenis, prosentasemineral dan struktur (bila ada). Analisislnineragrafi untuk mengetahui jenis danprosentase mineral kedap cahaya, dan analisiskadar U total.
HASIL DAN BAHASAN
1. Geologi1.1. Morfologi
Daerah penelitian merupakan pcrbukitanterjal, dengan kelerengan sekitar 40°, elevasi
51
Providing Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
mencapai 700 m dari daerah terendah. Bentuklembah sungai relatip menyerupai hunif "V"dengan aliran air cukup deras. Di beberapa tempatdijumpai air terjun, sehingga dikatagorikan stadiamuda.
Gambar 1. Peta lokasi
1.2. Litologi
Filit, harga radiometri berkisar antara 100-200 cps, tersebar selang-seling dengan kuarsitserisit (lampiran 1). Struktur sisa perlapisankadang-kadang masih dapal dijumpai, jurusberkisar antara N 55° - 97° dan kemiringan 33° -45°. Di beberapa tempat dijumpai agregat mineralkuarsa felspatik dan mineral mafik, tebalmaksimal tiga sentimeter. Jurus berkisar antara N145° - 160° E dengan kemiringan 30°. Agregattersebut mengisi sebagian kekar terbuka akibattektonik.
Batuan ini termasuk mctamorfose tingkatrendah yang dicirikan oleh fasies sekis hijau danmunculnya mineral kor dierit (2).
Kuarsit serisit, harga radiometri berkisarantara 110 - 15.000 cps. Struktur perlapisankadang-kadang masih dapat dijumpai denganjurus berkisar antara N 45° - 90° E dan kemiringan 40°.
Dalam batuan ini dijumpai beberapa agregatkuarsa dan mineral mafik, yang sebagianmengandung mineral radioaktif yang dilunjukkanoleh nilai radiometri yang relatif tinggi yaituantara 200 hingga > 15.000 cps danautoradiografi positif.
Mineral radioaktif berupa uraninit, autonit,gumit dan monazit, yang berasosiasi denganmineral sulfida (pirit, arsenopirit, molibdenit,
pirhotit, dan galena) dan mineral oksida(magnetit, ilmenit, hematit, rutil).
Lamprofir, batuan ini berupa korok nilairadiometri berkisar antara 50-80 cps. dengantebal maksimal 2 m, mengisi sebagian retakanterbuka akibat tektonik. Batuan ini dijumpai padakuarsit serisit dan filit.
1.3. Struktur Geologi
1.3.1. Lipatan
Hasil analisis struktur sisa perlapisan (So)dan foliasi (SI), daerah penelitian merupakanpuncak dari suatu sayap antiform yang cxindongkearah selatan sebesar 20°.
1.3.3. Sesar
Penentuan jenis sesar didasarkan pada hasilpengukuran fraktur, berupa gejala mikro goresgaris pada bidang kekar/ sesar atau dengandistribusi kekar dan sebagian melalui kanvas wulfhemisfer atas, sehingga sesar di daerah penelitiandapat dibedakan menjadi sesar mendatar sinistraldan dekstral serta sesar normal.
Sesar mendatar sinistral yaitu sesar mendatarberarah N 280° E relatif lebih tua dan sesarmendatar N 50° E relatif lebih muda, didugasebelumnya kedua sesar ini berpasangan, hasilanalisis foto udara kelurusan N 50° E mempunyainilai perbandingan antara panjang kumulatifdengan frekwensi relatif mendekati satu, artinyasesar N 50° E aktif kembali. Sesar mendatardekstral yaitu sesar mendatar berarah N 150° Erelatif lebih muda berpasangan dengan sesar N50° E, sedangkan sesar normal yaitu sesar yangberarah N 3° E.
Sebagian dari kekar-kekar terbuka akibatpembentukan sesar tersebut terisi oleh agregatkuarsa felspatik dan mi neral mafik, dandiantaranya mengandung mineral radioaktif,tenitama pada zona sesar N 280° E dan N 150° E.
2. Radiometri
2.1. Radiometri Soil Dengan Jaring-iaring (10 x25) in
Hasil pengukuran radiometri soil berkisarantara 40 - 200 cps, anomali berupa spot-spot dansecara umum berarah N 40° - 50° E, N 140° -160° E dan N 270° - 280° E (Lampiran 2). Arah-arah tersebut relatif sama dengan arah sesar dankekar yang sebagian terisi mineralisasi U.
52
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
2.2. Radiotnetri Soil Dengan Jaring-Jaring (1x11 m
Berdasarkan temuan pengukuran radiometrisoil yang relatif tinggi, tnaka dilakukanpengukuran dengan jaring- jaring (1 x 1) m. Halini dimaksudkan untuk mengetahui polapenyebaran dan penyebab radiometri tinggitersebut.
2.2.1. Radiometri Soil KK.68
Dari hasil pengiikuran sebanyak 776 titikpada daerah seluas 875 m2 diperoleh hargaradiometri berkisar antara 110 - 500 cps. Polapenyebaran anomali radiometri benipa spot- spot,namun secara umum memperlihalkan arah N 50°E dan N 140°E, arah ini relatif sama dengan arahradiometri singkapan dan urat mineralisasi.
2.2.2. Radiometri Soil AI.63
Dari hasil pengukuran sebanyak 342 titikpada daerah seluas 304 m2 diperoleh hargaradiometri berkisar antara 80 - 350 cps. Anomaliradiometri dijumpai benipa spot-spot tanpa pola.Pada daerah anomali radiometri linggi dilakukanpengga lian dan dijumpai bongkah kuarsit serisitdengan harga radio metri 250 - 1250 cps,sehingga tingginya radiometri soil didugadisebabkan oleh bongkah tersebut.
2.3. Kupasan Dan Parit Uji
2.3.1. Kupasan Anomali 1,20
Kupasan ini mencakup dacrah seluas 90 m2
pada batuan kuarsit serisit yang mengalamitektonik, ditunjukkan fraktu rasi dan tcrjadinyabukaan, terisi agregat mineral mafik yangmengandung uranifer. Harga radiometri berkisarantara 500 - > 15.000 cps. Isian terscbut berupaurat dengan ketebalan milimctrik - centimetrikberarah N 280° E dan N 50° E. Mineral uraniferberasosiasi dengan pirit, arsenopirit danmolibdenit. Pola penyebaran anomali padakupasan ini berarah N 280° E dan N 45° E(lampiran 3). Kadar U batuan 7190 ppm.
2.3.2. Kupasan Anomali 442
Kupasan ini berada pada batuan kuarsitserisit yang terkena tektonik. Harga radiometriberkisar antara 150 - 5.500 cps. Anomaliradiometri terdapat pada jalur breksiasi, tcnitainapada perpotongan kekar antara N 50° E dan N140° E. Mineral uranifer dijumpai bcnipa uratukuran milimetrik yang berasosiasi dengan pirit,molibdenit, klorit, biotit dan turmalin. Pola
anomali radiometri memperlihatkan arah N 140°E dan N 50° E (Lampiran 3). Kadar U batuan 54ppm.
2.3.3. Kupasan Anomali 441
Kupasan ini seluas 90 m2 pada batuankuarsit serisit yang terkena tektonik, terjadibukaan terisi agregat biotit berbentuk urat setebal17 cm dengan arah umum N 160° E dan N 50° E.Pada bukaan kekar tersebut mengandung uranifer,harga radiometri berkisar antara 3.000 - 4000 cps,berasosiasi dengan pirit, biotit dan turmalin. Polapenyebaran anomali radiometri berarah N 150° Edan N 50° E (Lampiran 3).
2.3.4. Kupasan Anomali 438
Kupasan ini seluas 36 m2. Litologi adalahbenipa kuarsit serisit yang terkena tektonik,dijumpai agregat mineral mafik mengisi sebagiankekar terbuka akibat tektonik dengan arah N 40°E dan N 160° E setebal 4 cm yang mengandunguranifer. Harga radiometri berkisar antara 100 •1.600 cps. Mineral uranifer berasosiasi denganturmalin, molibdenit, pirit dan kuarsa felspatik.Hasil pengukuran radiometri kupasan inimemperlihalkan pola anomali radiometri berarahN 150° E dan N 40° E (Lampiran 3).Kadar U batuan 101,50 ppm.
2.3.5. Parit Uii KK.68
Parit uji berarah N 55° E, panjang 320 cm,lebar 100 cm dan ke dalam (50 - 200) cm padaradiometri 380 cps. Hasil pengukuran radiometrirata-rata 340 cps, tertinggi 700 cps. Polapenyebaran anomali berarah N 50° E, didapatkanbeberapa bongkah dengan harga radiometriberkisar antara 400 - 1.200 cps, berbentukmenyudut tanggung. Parit uji tersebut mempu nyaisoil yang cukup tebal, sehingga belum dijumpaisingkapan dan didasarkan pada harga radiometrisoil yang meningkat tinggi, maka kemungkinandibawah permukaan dijumpai batuanbermineralisasi U dengan arah berkisar N 50° Edan atau N 160° E.
2.4. Bongkah radiometri Tinggi
Hasil pengukuran radiometri bongkahberkisar antara 250 - > 15.000 cps pada batuankuarsit serisit, bentuk menyudut tanggung hinggamernbundar tanggung dengan diameter (10 -120)cm. Radiometri tinggi ini terdapat setempat-setempat dan sebagian pada permukaan bidangbongkah, dengan ketebalan milimetrik - sentimet-rik, uinumnya berasosiasi dengan mineral sulfida
53
Providing I'resentasi Hmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
(pirit, molibdenit, dan arsenopirit), baik secarafisik maupun mikroskopik mempunyai kesamaandengan minerali sasi singkapan, iriaka didugabongkah tersebut berasal dari batuan sckitarnya.Kadar U batuan mencapai 3630 ppm.
3. Mineralisasi U.
Pemineralan U diduga tcrbentuk minimaldua periode pembentukan yang bcrasal darilarutan hidrotermal mengandung U. Periodepertama terjadi pada Jura Akhir yang (crdapatpada sebagian zona sesar mendatar sinislralberarah N 280° E dan periode kcdua terjadi padaTersier Awal (3) yang (erdapal pada sebagianzona sesar mendatar dekstral bcrarah sekitar N150° E. Hasil pengamalan mineragrafimemperlihatkan bahvva uraninil terbcntuk relatiflebih awal dari pada ilmenit, arsenopirit dangalena, hal ini ditunjukkan oleh kctiga mineraltersebut menginklusi uraninil, dan rclatif lebihakhir dari pada molibdenit. Kadar U batuan 36,5-7190 ppm.
SIMPULAN DAN SARAN
• Litologi terdiri dari kuarsit serisit dan filiidengan mineralisasi U terdapat pada batuankuarsit serisit berben tuk urat, ukuran tebalmilimetrik - sentimetrik terdapat spot-spot padasebagian zona sesar berarah N 280° E dan N150° E. Mineral radioaktif adalafi benipauraninit, autonit, gumit, dan monazit, yangberasosiasi dengan mineral sulfida (pirit,arsenopirit, molibdenit, pirotit, galena) danmineral oksida (magnetit, ilmenit, hematit,mtil) dengan kadar U total berkisar antara 36,5- 7190 ppm. Temuan bong kali radioaktif secarafisik dan mikroskopik mempunyai kesa maandengan mineralisasi singkapan.
• Dengan mempertimbangkan urat mincralisasi Udibagian selatan daerah pcnclilian agakmengelompok dengan kadar U mencapai 7190ppm, maka disarankan untuk dilakukanpenelitian lanjulan dengan mctodc geofisika IPuntuk mengctahui bentuk dan penyebaranpemineralan U bawah pcnmikaan, sekaliguskaitannya dengan pemincralan U discktorOnsom.
DAFTAR PUSTAKA
1. BATAN-CEA, 1976, Synthesc ProspcctionDetaille Haute Ka Ian, Kalimantan. Kali 14 -31 (1976).
BATAN-CEA, Prospects to Develop UraniumDeposits in Kalimantan, The Kalan Permit,VolomeII(1977).
2. SASTRATENAYA, A. S., Deformation EtMobilite Du Megaprisme Tectonique DePinoh-Sayan, Kalimantan, Indonesia. These,Docteur De L'Universite Louis Pasreur DeStrasbourg (1991).
TANYA - JAWAB
1. Sucipta
• Dengan kondisi geologi, anomali-anomaliradiometri dan mineralisasi Uranium sepertiyang telah dijelaskan, bagaimana genesa darikeberadaan Uranium di daerah tersebut ?
Aldan Djalil
• Terbentuk 2 periode pembentukan dari larutanhidrotermal, yaitu :Periode 1 : Pada zona sesor mendatar sinistrolberarah N 280° E, benimur Jura akhir.Periode 2 : Pada zona sesor mendatardekstral, berarah N 160° E, berumur tersiterAwal.
2. Elma Marela
• Bagaimanakah caranya untuk mengetahuikedalaman soil yang hams dikupas agar dapatdiukur dengan radiometri soil yang optimum?.
• Apakah kupasan soil bisa menjadi parameterpercobaan ?
Aldan Djalil
• Dikupas atau digali sampai ditemukansingkapan, kemudian diukur radiometrinya,pendataan geologi dan mineralisasinya.
• Bisa tetapi harus dilakukan dengan metodeyang lengkap seperti pengukuran radiometridan pendataan geologi yang lengkap, dankupasannya harus bersih, sehinggamineralisasi teramati dengan jelas.
3. Dardjo
• Mengapa menggunakan parit uji? bukanmenggunakan logging, lalu dideteksi dengansumber 8 atau netron ?
• Dari tahapan prospeksi sistematik, apakahsektor kayuwara hulu prospektif atauekonomis untuk ditambang tidak?. Apakahada standarnya untuk menentukan bahwa
54
I'rosiiiing Prexenla.ii Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPFJiN-BATAN, Jakarta lg-19Maret 1996
daerah lerlenlu adalah ekonomis difainbang? • Pcnelilian ini baru sampai pada tahap(Misalnya berapa ppm U/m2? bcrapa ppm prospeksi sistematik, belum sarnpai padaU/m3?). tahapaii pemboran evaluasi, sehingga belum
bisa mciientitkan daerah ini ekonomis untukAldan Djaiil ditambang. Bclum ada standar tertentu berapa
ppm U/m3 ekonomis ditambang, scbab sangat• Parit uji adalali tahap pcnclitian pcrmukaan (ergantung pada volume, artinya kalau seluruh
surface, sedangkan logging adalah pcnclitian volume tcrscbut mengandung U maka kadarbawah permukaan {sub-surface) dari hasil ppm kccil pun (< 1%) Iayak ditambang.pemboranjadi berbeda tahap pcncliliannya.
55
LAMPIRAN 1
ProsiJing Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
Loabah käring
Lokool pongukurnn rndioaetrlGnria ieorodloaetri
KECENOERUNGAN ARAB ANOMALI SÄ0IOMETRI
SI.1AKAM DAUIOHKl'DI
I I < 73,60 c/a
^ B 75,61 - 90,99 c/o
^ ^ 91,00 - ioa,JÖ c/o
> 108,}9 0/0
PETA ISORADIOMETRI TANAH
56
LAMPIRAN 2
Prosiding Presentasi llmiah Dour Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18~19Maret 1996
i.
\V: '^i| C! I70C/J^ A\ S3 in) - 2f5e/«
X" S 216- 2S0e/«oN S3 260 c/f
_.._ Xtctntarunaan oral)onomaH rodiomttn
Peta Isoradiometri Kupasan Ano 4.18
22Oe/iUS 220. 325c/«<E3 32S.42Se/«E! •> 42» • /»
—.— KtondtrunganeraNonomali tatfiamttrl i
Pcta Isoradiometri Kupasan Anomali 120
S g o s gnonalf— * !« • doflt u|lO 3401/1
J 3 I 0 /
a 90oe/«
Peta Radiometri Kupasan Ano 442 Pcta Radiometri Rebahan Parit Uji KK 68
j j 120c/»
iiiffiO i20~I8S
[SJ 168-JSOc/»g ^ JSO «/•
«rah onomall rc«icnfirt
Pcla Isoradiomelri Kupasan Ano 441
57
LAMPIRAN 3
/ Ycxsiding f'resentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEIiN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
.it!:.|.;.T«.^«.»M*»fi'»«»»»'m"^*-<"?
flMlMHNt fffOlOO* * * •
PETA GEOLOGI
LAMPIRAN 4
SKEMA HUBUNOAN KECENDERIINGAN ARAM ANOMALI RADIOMETW-STRUKTUR-MINERALISASI
58
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
INVENTARISASI SUMBERDAYA U DI DAERAH MENTAWA DAN SERUYANKALIMANTAN TENGAH TAHAPAN PROSPEKSI DETIL
Ramadanus, Sudjiman, Agus S.Pusat Pengetnbangan Bahan Galian Nuklir ID0100054
ABSTRAK
Indikasi pemineralan U pada granit biolit dcngan radiometri 1.500 cps dan bongkah-bongkah metalanau 500 cps- 15.000 cps tclah ditcmukan di S. Mcntawa. Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan informasi geologi danpemincralan U dcngan tujuan untuk mcmperoleh pengetahuan mengenai potensi sumberdaya U. Metode yangdilakukan adalali pemetaan gcoiogi, pcngukuran radiometri dan peinbuatan kupasan pada lokasi anomali singkapanterpilih. Pengambilan contoh batuan dari singkapan dan bongkah anomali, serta endapan sungai benipa lumpur danmineral berat. Penelitian ini juga didukimg oleh analisis laboratorium benipa analisis petrografi, mineragrafi,autoradiograll, kadar U total dan kadar U mobil. Hasil penelitian ini benipa stratigrafi daerali penelitian terdiri darisatuan sekis dan satuan tonatit. Singkapan pemineralan U yang dijumpai pada batiian sekis umumnya benipa uraninit,mengisi bukaan berarah SSE-NNW miring subvertikal-vertikal. Pemineralan U pada bongkah berupa uraninit, gumitdan autonit berasosiasi dcngan tunnalin. Pemineralan-peinineralan U tersebut dijumpai di S. Mentawa Satu dan HuluS. Rengka dengan luas pcnycbaran anoinali + 7 kin2.
ABSTRACT
Indication of U mineralization in granite biotite 1.500 cps and metasilt boulders 500 cps - 15.000 cps wasfound in Mentawa River. This detailed examination was done with the aim to gather geological information and Umineralization and to obtain knowledge about potential U resources. Methods used were geological mapping, theradiometric measuring and peelly the chosen outcrop samples were taken from outcrop and anomaly boulders, andstream sediment as mud and heavy minerals. This research was backed up with laboratory analysis in the form ofpetrography, mineragraphy, (tutoradiography, total and mobil U content. The result of this research was stratigraphyof Mentawa and Seruyan which consisted of schist and tonalite. Outcrop ofU mineralization was found in schist inthe form ofuraninite generally, filled up SSE- NN1V subvertical-vertical dipping. Boulder of V mineralizations wasfound in the form of uraninit, gumite and autonite associated with turmaline. Those U mineralizations mentionedwere found in Mentawa Satu River and upper reaches of Rengka River with distribution width +. 7 km2.
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Lalar bclakang pcnclilinn ini bcrdasarkanpenemuan anoniali singkapan pada granil biotitdengan radiomctri 1.500 cps dan bongkah-bongkah metasilt dcngan radiomctri 500 cps -15.000 cps oleh BATAN-CEA taluin 1977 ' .
2. Tujuan dan Sasaran
Penelitian ini bcrtujuan untuk mengkon-firmasi keberadaan anomali radiometri yang telahditemukan ' dengan meningkalkan tahapanprospcksi unumi kc tahapan prospeksi dctil danpcnclilinn ini juga dimaksudkan untiikmemperolch informasi gcologi dan pemineralan Uyang Icbih rinci scrta mengctahui karakleristikpemineralannya di permukaan.
Sedangkan sasaran penclitian adalah untukmemperoleh pcngctahuan mengenai polensisumbcrdaya U di daerah Mentawa dan ScniyanKalimantan Tcngah.
3. Lokasi dan Luas Daerah Penelitian
Secara administratif daerah penelitianterletak di daerah Kecamatan Tumbang Manjul,Kabupaten Kotawaringin Timur, KalimantanTengah. Secara geografis lokasi tersebut terletakpada 0° 46' 10" LS - 0° 501 15" LS dan 112° 06'54" BT -112° 11' 06" BT berdasarkan meridian 0°yang dihitung dari Greenwich dengan luas 50Km2.
4. Metoda Kerja
Metode kerja menggunakan pendekatansebagai berikut:
• Pemetaan geologi dengan cara pengamatangeologi dan pengukuran radiometri pada setiapsingkapan yang dijumpai di sepanjang lintasanprospeksi skala 1 : 10.000;
• Pengambilan contoh-contoh batuan yangmewakili litologi yang dijumpai, endapansungai benipa lumpur dan mineral berat sertabongkah aktif yang terpilih;
59
Presiding PresenlarJ Ilmiah DaurBahan Bakar NuklirFEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
Pembuatan kupasan pada lokasi anomaliradiometri singkapan terpilih dan melakukanpemetaan radiometri secara sistematikdengan jaring-jaring berjarak 0,5 m x 0,5 matau 0,25 m x 0,25 m untuk menentukan arahzone anomali;Analisis laboratorium yang dalam hal i ni terdiridäri:- analisis petrografi untuk mengctaluu nama,komposisi mineral dan petrogenesis batuan,
- analisis mineralografi dan otoradiografi untukmengetahui jenis mineral radioaktifyangterkandung,
- analisis kadar U total uiilnk mengetahui kadarU total batuan,
- analisis kadar U mobil untuk mengetahuikadar U mobil pada contoh mineral berat danlumpur,
- pengolahan data yang meliputi perhitunganstatistik kadar U mineral beral dan lumpur,analisis tektonik serta inlerpretasi-inlerpretasigeologi untuk menunjang suatu kesiinpulanyang akan diluangkan ke dalam suatu laporan.
HASIL DAN BAHASAN
1. Geologi
l.A. Geomorfologi
Secara umura daerah penelitian dapatdikelompokkan menjadi dua saluan geomorfologi,yaitu:
• Satuan perbukitan berlereng terjal, inemanjangdari barat - laut ke Tenggara denganketinggian 300 m - 750 in di atas permukaanlaut, dengan kemiringan lereng 15° - 50°,meliputi 35% dari seluruli luasan daerahpenelitian terdiri dari saluan baluan malihan.
• Satuan perbukitan landai, meliputi 65% dariluasan daerah pcnelitian dengan ketinggian200m - 250m di atas pernuikaan laut, dengankemiringan lereng 0° - 15° terdiri dariterobosan tonal it yang tcrlapukkan sangat kuat.
Pola aliran adalah subparalel denganbentuk sungai luras di bagian hulu dan ber-meander di bagian dekal muara. Di bagian hulubanyak dijumpai air terjun dengan ketinggian 2 in- 40 m. Karena erosi lateral lebih dominandibandingkan dengan erosi vertikal, tenitaina didaerah tonalit, stadia gcomorfologi dacrah iniadalah termasuk dewasa.
l.B Stratierafi
Berdasarkan sifat-sifat fisik batuan hasilpengamatan di lapangan, ditunjang oleh hasilanalisis laboratorium, litosimiigrafi daerahpenelitian terdiri dari satuan sekis dan satuantonalit.
Satuan sekis terdiri dari perselang-selingansekis, kuarsit, sekis kuarsa biotit, sekis kuarsabiotit silimanit, sekis kuarsa muskovit, sekis mikakuarsa, kuarsit biotit dan kuarsit muskovit.
Pada umumnya batuan ini berfasiesamfibolit. Gejala alterasi pada satuan batuan inidicirikan oleh perubahan sebagian dari plagioklasmenjadi epidot atau mineral lempung, biotitsebagian benibah menjadi serisit dan klorit sertamineral opak. Secara regional satuan batuan initermasuk dalam Fonnasi Malihan Pinoh yangberumur Trias - Yura 2
Hasil analisis otoradiografi mineral opakpada batuan sekis kuarsa biotit dan kuarsit biotitmeminjukkan posilif dari uraninit dan berasosiasidengan sulfida (Ano 44A, 185 dan 237), se-dangkan pada batuan sekis kuarsa biotit silimanitdan sekis kuarsa feldspar menunjukkan negatifdengan waktu papar 7 X 24 jam. Dengandijumpainya terobosan granit dan infiltrasimineral-mineral magmatik (Ano 237) sertamineral molibdenit dan pirhotit, diperkirakanpemineralan U berluibungan erat dengan prosesmagmatik XA.
Satuan terobosan didominasi oleh tonalitdengan terobosan-terobosan kecil dari granit,granodiorit, diorit, mikro diorit dan kuarsa.Kadang-kadang dijumpai puia xenolit batuanmalihan dalam batuan tonalit. Indikasi alterasidalam satuan tonalit dicirikan oleh adanya kloritdan mineral opak sebagai ubahan dari biotit,serisit, epidot dan mineral lempung sebagaiubahan dari plagioklas. Hubungan satuan tonalitdengan satuan sekis merupakan terobosan,dicirikan oleh adanya xenolit batuan malihandalam batuan tonalit. Secara regional satuantonalit tcrmasuk dalam Formasi Sepauk yangberumur Kapur 2
l.C. Struktur Geologi
Struktur geologi yang berkembang di daerahpenelitian adalah monoklin, sesar mendatardekstral NNE - SSW, sesar mendatar sinistral N -S, dan sesar normal SSE - NNW.
60
Providing Pre.ienta.ii Ihniah Daitr Bahan Bakar NuklirPEIiN-BA TAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Jun» öom Ktmtrtngm OMieptsJura* dm KamlrtrtQon Mtas*SeverSoar Norma
,-*""'. Beta* inman*.—£* Arak Ptnom
Gambar 1 Peta Geologi
Monoklin mempakan sayap Iipatan denganperlapisan berarah umum N 115° E miring 75°.Gejala perlapisan dijunipai pada persclinganantara sekis dan kuarsit. Foliasi dijunipai padasekis berarah umum N 320° E miring 70°. Darigejala tersebut diperkirakan monoklin menipakansuatu sayap dari lipatan asimefris.
Sesar mendatar NNE-SSW, umumnyasubvertikal - vertikal, ditunjukkan oleli pelumsansungai, temtama berkembang pada satuan sekis.Indikasi gejala sineinatik gerak dijumpai bempaoff-set dari pola aliran yaitu gerak dckstral. Scsarmendatar N-S, umumnya snbvertikal-vcrtikal.Indikasi gejala sinematik dijumpai adanya off-seturat kuarsa pada satuan sekis.
Sesar normal SSE-NNW, unuimnya miring74° ke arah NE. Indikasi gejala sinemalik padabidang-bidang fraktur adalah gores gerakmenunjam 80° ke arah NE.
Fraktur-fraktur SSE-NNW menipakanbukaan yang potensial sebagai perangkappemineralan U produk proses magmatik, di mana
bukaan lerscbut lebih berkembang di bagian Utaradari pada di bagian Selatan daerah ini.
Sintesa tektonik diawali terbentuknya lipatanyang diperkirakan bersumbu WNW-ESE akibatgaya NE-SW, diikuli dengan terbentuknya sesarmendatar dekstral NNE-SSW. Pada periodeberikutnya adalah gaya utama berubah NW-SEyang menyebabkan terbentuknya sesar mendatarsinistral N-S yang berpasangan dengan sesarmendatar dekslral SSE-NNW. Pada periode akhirterbentuk sesar normal SSE-NNW yang didugamempakan perkembangan dari sesar mendatardekslral SSE-NNW (Gambar 1).
2. Radiomelri
Pengukuran radiomelri pada singkapanbatuan dilakukan dengan detektor sinar gammaSPP 2 NF. Pada batuan malihan radiometrimembaca 70 cps - > 15.000 cps, sedangkan padabatuan lonalit radiometri 30 cps - 300 cps. Daritiasil perhitungan statistik didapatkan anomali-anomali radiomctri singkapan (Tabel 1). Anomaliradiomctri singkapan tersebut umumnya tersebar
61
I'rosiJiny, I'lvsentasi Jtihiah Daur Bahan Bakar NuklirI'EHN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Gambar 2 Pcta Lokasi Anomali Singkapan
di sekitar cabang kanan S. Mcnlawa Salu danbagian hulu S. Rengka (Gambar 2).
Dari duabelas lokasi anomali tcrsebut,dilakukan pengupasan pada lima lokasi anomali,yaitu Ano 44A, Ano 44B, Ano 48, Ano 185 danAno 237. Hasil pengolahan radiometri dangeologi pada kupasan tersebul, memperlihatkanpenyebaran anomali radiometri SSE-NNW,dikontrol frakturasi terbuka SSE-NNWkemiringan subvertikal-vertikal (Gambar 3).
Pengukuran radiometri pada bongkah-bongkah di sepanjang lintasan sungai menemukansebanyak 60 bongkah anomali dengan ukurankerakal-bongkah (6cm - 80 cm) dengan radiometri500 cps - 15.000 cps, yang umunmya tersebar diS.Mentawa Satu dan hulu S. Rengka. Penyebaranbongkah umumnya terjadi di sekitar S. MeniawaSatu dan S. Rengka (Gambar 4), bcrbentukmenyudut, terdiri dari rombakan singkapan dansebagian dari breksi sesar.
3. Geokimia
Analisis gcokimia dilakukan untukmcngetaluii kelimpahan U total dari contohsingkapan batuan dan bongkah anomali radiomet-ri, serta analisis U mobil dari contoh lumpur danmineral beral untuk menentukan daerah tadahpenyebaran anomali kadar U endapan sungai.
Kadar U di daerah penelitian dalam batuanmalihan 13,25 ppm - 3855,0 ppm, sedangkandalam batuan tonalil adalah 9,25 ppm (Tabel2).
Hasil analisis kadar U mobil lumpur daripopulasi 901 contoh, harga terendah 0,06 ppm,harga tertinggi 4,53 ppm, rata-rata 0,63 ppmdengan deviasi 0,44 ppm. Dijumpai anomali >1,51 ppm sebanyak 53 lokasi. Hasil analisis kadarU mobil mineral berat dari populasi 319 contoh,harga terendah 0.15ppm, harga tertinggil68.50ppm, rata-rata 24,25ppm, dengan deviasi12,55 ppm dijumpai anomali > 49,35 ppmsebanyak 34 lokasi (Gambar 5).
62
I'romding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuktirI'EIiN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
( 3 1 7 . • * tt .
SM Hl C/f O IN
» ii \z « IT ii a
Xtt*ASAti ÅltO 44 A
T S J t
» .* a» IT & 2} a a » r
2M STB C/S
Gambnr 3 Anomali Ractiometri Kupasnn
900 - MOO C/SA MOO -oooo c/s• loooo- ooooe/j
Gambar 4 Pcla Pcnycbaran Bongkah Anomali
63
Providing Pre sentasi Ilnuah Öaur Bchan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta i8-19Maret 1996
Tabel 1. Daftar lokasi anomali radiomelri
•••HHHMaaimmmmmmmm
piHillliil»111
• • •mmmmmm
Ano 39 Kuarsil biolil 2.000 fraktur N 135° E/ 80° terisi mineralisasiplagioklas berasosiasi dengan suifida
Ano44A*
Sekis kuarsa biotit 6.000 fraktur N 320° E/ 65° berasosiasi dengansuifida
Ano48A*
Sekis kuarsa biotitsilimanit
2.000 fraktur N 140° E/ 80° berasosiasi dengansuifida
Ano48B*
Kuarsit 7.500 fraktur N 140° E/ 80° berasosiasi dengansul 11 da
Ano 123 Sekis kuarsa biotit 1.000 fraktur N 135° E/ 80° berasosiasi dengansuifida
Ano 181 Sekis kuarsa biotit 1,000 fraktur N 155° E/ 85° berasosiasi dengansuifida
Ano185*
Sekis kuarsa biolit 7.000 fraktur N 295° E/ 68° terisi urat biotitkuarsa
8. Ano 186 Sekis kuarsa biotilsilimanit
1.250 fraktur N 310° E/75°
9.
IF
Ano 240 Sekis kuarsa biotit 3.000 fraktur N 140° E/ 85° berasosiasi dengankuarsa dan suifida
Ano237*
Sekis kuarsa biotit 15.000
fraktur N 144° E/ 85° terisi urat apatit biotitpilblende
Ano 461 Sekis kuarsa biotit 750 fraktur N 260° E/ 85° berasosiasi dengankuarsa dan suifida
Ano 769 Sckiskuarsa biotit 2.000 fraktur N 260° E/ 85° berasosiasi dengansuifida
4. Potensi Sumberdaya U
Dari uraian tersebut di atas, pcnyebarananomali baik anomali radiometri maupun anomaligeokimia dari singkapan batuan, bongkah danendapan sungai, tersebar di daerah yang sama,yaitu terutama di S. Mentawa Salu, sekitar cabangkanan S. Mentawa Satu dan Huhi S. Rengka.
Pemineralan U yang dijumpai umumnyamengisi frakturasi yang terbuka SSE-NNWmiring subvertikal-vertikal, berasosiasi denganmineral suifida dan turmalin, sedang kondisigeologi yang mengontrol pemineralan U terscbutadalah proses magmatik 3>4.
Berdasarkan faktor-faktor tersebut, daerahyang berpotensi mengandung sumberdaya Udiperkirakan + 7 km2 yang lerletak di sekitar S.Mentawa Satu dan Hulu S, Rengka.
SIMPULAN
1. Geomorfologi daerah penelitian terdiri dariperbukitan terjal ditcmpati oleh satuan sckisdan geomorfologi pcrbukitan landai ditempatioleh satuan terobosan tonalit.
2. Dijumpai duabelas lokasi anomali radiometrisingkapan dari 750 cps - 15.000 cps dengankadar U total 157.75 ppm - 3855.00 ppm padasatuan sekis dan umumnya dikontrol olehfrakturasi terbuka arah SSE-NNW miringsubvertikal - vertikal berupa uraninit, autonit,uranil, monazit, sirkon, gumit dan mineralopak beraosiasi dengan suifida dan turmalin.
3. Daerah yang berpotensi memiliki sumberdayaU dipcrkirakan + 7 km2, terletak disekitar S.Mentawa Satu dan Hulu S. Rengka.
SARAN
Dari kesimpulan tersebut di atas penulismenyarankan agar dilakukan penelitian lanjutpada daerah yang berpolensi mengandung Utcrsebut.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepadasaudara Ngadenin, Pasti Sinulingga, NovanNikijuluw, Harnadi dan Setyo Darmono yangtelah banyak membantu dalam pendataan, begitujuga kepada para laboran di LaboratoriumMineralogi dan Geokimia Bidang Eksplorasi
64
Piosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuUirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
PPBGN-BATAN yang tclah mcmbanlumenganalisis data-data unluk mcminjangpenelitian ini.DAFTARPUSTAKA
1. BATAN-CEA, Prospect to Develop UraniumDeposits in Kalimantan, Introduction toGeneral Reconnaissance, Volume I, Indonesia(1977).
2. AMINUDDIN dan TRAIL DS., Pela GeologiPermulaan, Lembar Nanga Pinoh, KalimantanSkala 1:250.000, Pusat Pcnclitian danPengembangan Gcologi, Bandung (1987).
3. DANA J.D., Textbook of Mineralogy (1951)RAMDOHR P., The Ore Minerals and TheirIntergrowths, International Series in EarthSciences Vol 35. 2nd Edition Vol 2.Copyright (1980)
TANYA-JAWAB
1. Sucipta• Apa perbcdaan antara tahap prospcksi
sistematik dengan prospcksi detil?.• Mengapa metoda dan hasil yang dipcrolch
antara penyaji makalah A-5 dan A-6 hampirsama, padahal tahap prospcksinya bcrbcda.
Ramadus
• Perbedaannya adalah :a. Prospeksi dctil dengan
peta berskala
prospcks sistematik menggunakan petaberskala 1:1000- 1:2500.
b. Pcrcontohan yang diambil pada prospeksidetil bcrupa endapan sungai dan bahansepanjang lapisan prospeksi melewatisungai, sedangkan percontohan padaprospeksi sistematik pada umumnyacontoh tanah diikuti pengukuran denganmetoda lain seperti geofisika dan Iain-lain.
• Kalau diperhatikan makalah A-5 dan A-6sangat berbeda.
2. Dardjo
• Pada kupasan dilakukan pengukuranradiometri secara sistcmatik dengan intervalberjarak 0,5 m x 0,5 m atau 0,25 m x 0,25m.Interval tersebut diambil dari standar apa ?.Bagaimana jika intervalnya 0,10 m x 0,10 m,apakah hasilnya lebih optimum (lebih baik)untuk menentukan zona anomali radiometri?.
Ramadus
• Interval pengukuran yang dilakukan,tcrgantung kondisi jarak dan lebar tipisnyajalur mincralisasi yang diukur. Kalau jarakmincralisasi lebih rapat, maka intervalpengukuran juga hams lebih rapat.
menggunakan1:10.000, scdangkan
65
J'/o.utJing i'rtssentasi Ilmiah Daur Baeian Bakar NuklirPEHN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
»*•«•,
-o*»r-
KETERANGAN=
^C^ S111190I
11 r i ii Penyeooran Anomoli Kadar UI I MoDil LumpurGjokinMO > i.SI pom
H I t ' ' '
m||l|]!l Penyebaran Anomon Kodor O1111 • MoDil IMintfal 8«ror > 49.35 ppm
Gambar 5 Peta pcnycbaran anomali kadar U Mobil hiinpur geokimia dan mineral berat
66
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan BakarNuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Tabel 2. Hubungan radiometri dengan peinineralan U serta kadar U batuan singkapan dan bongkah
Drut
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
NOM0f
Ano44A
Ano48B
Ano185
Ano237C
Ano237D
Ano23 7E
Ano237H
Ano2371
*AnoB.06•AnoB.21
*AnoB.39
*AnoB.48
JenJsMineralRadtoaktif
uraninit
uraninit
uraninit
uraninit
monazit
mineralopak
monazit
sirkondanmonazituranil
monazit
uranil,gumit danautonitmineralopak
Ofcttadio
positif
positif
positif
positif
positif
positif
negatif
positif
positif
positif
positif
positif
Sekis kuarsabiotit
Kuarsit
Sekis kuarsabiotil
Apatit biotitpikblcndc
Urat granit
Sekis kuarsa
Kuarsa halus
Sckis kuarsabiotit
MineralisasiturmalinMineralisasikuarsaturmalinMineralisasiturmalin
Mineralisasilur-malinplagioklas
mm
6.000
2.000
7.000
15.000
600
400
300
1.600
6.000
2.600
15.000
2.500
KadarUdimppm .157,75
365,00
3855,00
914,00
9,25
35,75
95,50
984,00
1110,00
2110,00
J&terangan. '
pemineralan Uberasosiasi dengansulfidapemineralan Uberasosiasi dengansulfidapemineralan Uberasosiasi denganturmalinpemineralan Uberasosiasi denganm.opak dan sulfidapemineralan Uberasosiasi dengansulfidapemineralan Uberasosiasi denganmineral opakpemineralan Uberasosiasi dengansulfidapemineralan Uberasosiasi dengansulfidaberasosiasi denganturmalin dan sulfidaberasosiasi denganturmalin monazit danmineral opakberasosiasi dengansulfida, mineral opakdan turmalinberasosiasi denganturmalin dan mineralopak
67
ISSN 1410-1998 Pmsiding Presentasi Hmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-SATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
PROSPEKSI SISTEMATIK DI SEKTORII TANAH ME RAH KALIMANTAN BARATDALAM RANGKA PENCARIAN ASAL BONGKAH MONAZ IT MENGANDUNG U
Manto Widodo, Suhartadi, Sudarmadi, Anang Marzuki, Rahmat IswantoPusat Pengembangan Bahan Galian Nuklir
ID0100055ABSTRAK
PROSPEKSI SISTEMATIK LANJUTAN DI SEKTOR D TANAH MERAH KALIMANTAN BARAT DALAMRANGKA PENCARIAN ASAL BONGKAH MONAZIT MENGANDUNG U. Hasil penelitian terdahulu oleh CEA-BATAN (1977) dan Djawadi dkk. (1990), di daerah Tanah Merah didapatkan adanya bongkah-bongkah monazitmengandung U yang terdapat pada sebaran batuan kuarsit dan metalanau. Berdasarkan data tersebut, maka perludilakukan penelitian dengan prospeksi sistematik guna mendapalkan pengetahuan tentang asal bongkah monazitmengandung U. Penelitian ini meliputi pemetaan topografi, pengukuran emanometri, radiometri dan elemenstruktural. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini menunjukkan bahwa daerah penelitian terletak pada sayap NW(northwest) suatu sinform NE [northeast) - SW {southwest) subhorizontal yang dipotong sesar mendatar dan sesarnormal. Sesar mendatar mempunyai arali yang bervariasi, bersinematik sinistral maupun dekstral, sedangkan sesarnormal berarah NE - SW dengan blok tenggara tunin. Anomali emanometri, anomali radiometri pada soil dansingkapan serta sebaran bongkah monazit - U mcnjalur sejajar dan berimpit dengan zona frakturasi WNW(westnorthwest) - ESE (eastsoutheasi) yang termanifestasikan sebagai sesar mendatar dekstral. Diinierpretasikanbahwa bongkah monazit-U berasal dari urat-urat yang mengisi zona frakturasi WNW - ESE.
ABSTRACT
EXPANDED SYSTEMATIC PROSPECT1ON TO DISCOVER THE ORIGIN OF URANIUM MINERAL BOULDERS INSECTOR II TANAH MERAH WEST KALIMANTAN. Result of the previous pros-pections at Tanah Merah area byCEA-BATAN (1977) and by Djawadi et al (1990) has found the existence ofU-bearing monazite boulders, thosebeing found in the intercalation between quarzite and metasilt area. This current systematic prospection is donebased on the data of the previous prospection above and intends to get knowledge about the origin of those boulders.This research consists of topographic mapping, emanometric, radiometric, and structural element measurements.The results show that the area is located on the NW flank of subhorizontal NE - SW synform which is cut by strikeslip faults in various direction, as a dextral and sinistral tear faults, and NE - SW normal fault with SE blockdownthrcnm. Emanometric and radio-metric anomalous zonas and the dispersion of the boulders are parallel andfollow the WNW - ESE fractures zonas. Finally, it can be concluded that U-bearing monazite boulders come fromveins in the WNW - ESE fractures.
PENDAHULUAN
Latar BelakangPeneliti terdahulu yaitu CEA-BATAN, 1976'
menyatakan bahwa di daerah Tanah Merahterdapat indikasi pemineralan U berkadar tinggi(4,l-327oo) pada bongkah-bongkah. Pemineralantersebut merupakan asosiasi mineral uraniumdengan monazit dan apatit yang terdapat padadaerah sebaran batuan kuarsit, dan metalanau.
Menurut Djawadi dkk (1989/1990)2 diSektor I dan II Tanah Merah terdapat sebaranbongkah-bongkah mineralisasi monazitmengandung U yang penyebarannya mengikutijalur anomali radiometri soil (200 - 500 c/s).
Berdasarkan uraian di atas, perlu dilakukanpenelitian guna mengetahui sumber/asal bongkah-bongkah mineralisasi monazit-U dengan metodeprospeksi sistematik.
Makstid dan Tujuan
Maksud dari penelitian ini adalah untukmendapatkan pengetahuan tentang pola sebarananomali emanometri dan radiometri soil padapermukaan serta stmktur di daerah penelitian, danbertujuan untuk mendapatkan pengetahuanmengenai sumber/ asal bongkah monazit yangmengandung U.
Lokasi Keria
Daerah penelitian bcrada di Timur LautBasis Efka dan terletak di sekitar Icmbah JeronangHilir(Gambar 1).
METODE KERJA
Metode kerja yang digunakanpenelitian diuraikan sebagai berikut ini.
dalam
68
Prosiding Presentasi Hmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Morel 1996
Gambar 1. Peta lokasi daerah penelitian sektor II Tanah Merah
Pemetaan Topografi
Pemetaan topografi dilakukan untuktnendapatkan:a. gambaran/bentuk rupabumi yang disajikan
dalam wujud Peta Topografi skala 1 : 1000b. lokasi titik-titik pengiikuran emanometri dan
radiometri soil dengan interval 20 m padaarah E - W dan 5 m pada arah N - S.
Pengiikuran Emanometri dan Radiametri soil
Pengukuran emanometri dan radiometri soildilakukan secara simuluin pada/di sekitar lokasiyang telah ditentukan. Bila hasil pengukuranemanometri pada suatu lokasi menunjukkan hargaanomali/relatif tinggi, maka dilakukan pengupas-an guna mengetahui penyebabnya.
Pendataan Geologi
Pendataan geologi dilakukan baik pada sing-kapan/kupasan maupun pada bongkah, khususnyabongkah radioaktif, yang meliputi nama batuan,gejala tektonik, radiometri dan mineralisasi.
Pengolahan Data
Data emanometri dan radiometri soildiolah/dihitung dengan menggunakan melodestatistik, guna memperoleh harga latar (M),simpangan baku (S), dan harga anomali. Dalam
perhitungan ini harga anomali diasumsikan lebihbesar daripada jumlah harga latar ditambah 2 kalilipat simpangan baku, atau apabila dirumuskan:
Harga Anomali > M + 2 S
Keluaran dari pengolahan data di atas adalah PetaIsoemanometri dan Peta Isoradiometri.
Data gejala tektonik/ frakturasi danstratifikasi diolah dan dievaluapi denganmenggunakan alat bantu stereogram equal angledan dengan metode proyeksi polar Wulffhemisfer atas. Setelah semua data frakturasi tiap-tiap singkapan diolah dan dievaluasi, kemudiandilakukan korelasi tektonik antar singkapan dankeluarannya adalah struktur daerah penelitian,disajikan dalam suatu Peta Geologi. Keluaran daripengolahan data terhadap semua aspek, ditambahdata jalur mineralisasi U serta sebaran bongkahradioaktif khususnya monazit-U dievaluasi secaraterpadu untuk mendapatkan jalur mineralisasi danasal/ sumber bongkah monazit-uranium.
HASIL PENELITIAN
Geologi Daerah Penelitian
Daerah penelitian secara regional merupakanbagian utara dari cekungan Kalan dan termasukdalam keloinpok seri bawah'
69
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Morfologi
Sektor II Tanah Merah merupakan lerengdari suatu perbukitan dengan slope relatif tajam.Lembah-lembah sungai yang dijumpai umumnyamembentuk pola aliran dendritis, sedangkan dibeberapa tempat berpola trelis atau subtrelis,dengan penampang berbentuk V, sehingga dapatdiinterpretasikan bahwa daerah ini masih beradadalam stadia erosi muda.
Litologi yang dijumpai di daerah penelitiandapat dibedakan menjadi 4 macam/ satuan(Gambar 3), yaitu;l.metalanau, dijumpai di bagian selatan; batuan
ini benvarna kuning abu-abu, umumnya kurangkompak dan sering dijumpai dalam kondisiagak lapuk, ukuran butir lanauan terdiri darikuarsa, lempung, serisit, kadang-kadangmuskovit.
2.kuarsit muskovit, tersingkap di beberapatempat; benvarna kuning hingga kuningkecoklatan, segar - agak lapuk, tersusun atasmineral-mineral berukuran pasir sedang danterdiri atas: kuarsa, muskovit, serisit, kadang-kadang biotit serta andalusit dalam jumlahkecil.
3.kuarsit biotit, berwarna abu-abu kehitaman,abu-abu, kuning kecoklatan, dijumpai dalamkondisi agak lapuk - segar, granoblastik denganukuran butir pasir halus-sedang, tersusun ataskuarsa, biotit, kadang-kadang pirit, muskovit,andalusit. Di beberapa tempat biotit atauandalusit dijumpai mengelompok (segresi)berbentuk membulat dengan diameter 1-2 mm.Batuan ini disebut kuarsit leopard.
4. granit biotit, berwarna putih abu-abu, holo-kristalin, fanerik sedang dengan ukuran 1-2mm, terdiri atas kuarsa, feldspar, dan biotit.Batuan ini menerobos kuarsit biotit.
Struktur Geologi
Dari pengolahan data struktur, baikstratifikasi maupun frakturasi terhadap elemen-elemen structural yang dijumpai di lapangan, didaerah penelitian terdapat stniktur perlipatan danstruktur sesar (Gambar 3).
Struktur perlipatan, hasil pengukuranbidang-bidang stratifikasi pada beberapa lokasi,dianalisis secara stereografis. Dapat disimpulkandi sini bahwa bidang-bidang stratifikasi secaraumum berarah NE - SW miring lemah ke arahNW atau SE yang dikontrol oleh sumbu-sumbusubhorisontal hingga menunjam lemah ke arah
NE. Bila dikaitkan dengan sektor di sebelahtimurnya, daerah penelitian berada pada sayapNW dari suatu sinform NE-SW subhorizontal3'4.
Struktur sesar, pengolahan data elemen-elemen tektonik secara stereografismenghasilkan jenis sesar mendatar dan sesarnormal.
Sesar mendatar terdiri atas:1. sesar mendatar NE-SW, bersinematik sinistral2. sesar mendatar WNW-ESE, bersinematik
deks-tral berpasangan dengan sesar mendatarN-S, bersinematik sinistral.
Sesar normal berarah NE-SW, blok bagiantenggara relatif turun.
Emanometri
Data hasil pengukuran emanometri diolah/dihitung secara statistic menghasilkan hargaanomali > 29,40 c/s.
Peta Isoemanometri (Gambar 4)menunjukkan pola penyebaran anomaliemanometri secara umum men-jalur dengan arahNW - SE.
Radioimetri soil
Data radiometri soil diolah juga secarastatistik menghasilkan harga anomali >197 c/s.
Peta Isoradiometri soil (Gambar 5)menunjukkan bahwa pola penyebaran anomaliradiometri mempunyai kecenderungan menjalurdengan arah NW-SE.
Pemineralan Uranium
Pemineralan uranium di daerah penelitiandijumpai pada beberapa singkapan/kupasan/galiandan juga pada bongkah-bongkah yang terdapat dilembah-lembah ataupun di punggung/lerengperbukitan.
Pemineralan U pada Singkapan
Pemineralan U di lapangan ada yangdikenali secara megaskopis terutama mineralasosiasinya, tetapi ada pula yang hanya dapatdikenali berdasarkan pada harga radiometri yangrelatif tinggi sehingga orientasinya ditentukandengan pembuatan peta isoradiometri.
Batuan induk adalah kuarsit yang teiahmengalarni frakturasi, diterobos oleh urat yang
70
Presiding f'resenliisi limiah Dattr Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
mengandung mineral radioaktif (uraninit,monazit, gumit dan autonit), berasosiasi denganmineral epidot, apatit, rutil, molibdenit, kuarsadan pirit serta mempunyai harga radiometriberkisar antara 1000 hingga lebih dari 15.000 c/s.Pemineralan U tersebut menempati bidang-bidangfraktur yang berkedudukan N 120° - 135° miring60°-85° SW, dan N 170°-10° subvertikal.
Pemineralan U Pada Bongkah/Bongkah Radioaktif
Bongkah radioaktif yang dijumpai di daerahpenelitian—berukuran antara 0.20 - 2.00 m,beradiometri 400 15.000 c/s dan berbentukmenyudut hingga membundar tanggung.Bongkah-bongkah tersebut tersebar di lembah-lembah (cabang kiri S. Jeronang), dipunggung/lereng bukit dari S. Jeronang. Darianalisis mikroskopis, diketahui bahwa bongkah-bongkah tersebut disusun oleh tiga mineral utamayaitu ; monazit (radioaktif), epidot, apatit danmengandung mineral radioaktif berupa uraninit,gumit, autunit, oksida besi. Berdasarkan padakomposisi mineralogi serta teksturnya, bongkah-bongkah radioaktif tersebut mempunyai kesamaandengan yang terdapat pada singkapan. Biladiperhatikan penyebaran bongkah-bongkahradioaktif (Gambar 2, Peta Singkapan DanBongkah Radioaktif), secara umum terdapat padazona frakturasi yang berarah WNW - ESE,terutama di bagian tengah danTimur Laut daerahpenelitian.
BAHASAN
Dari hasil penelitian yang diuraikan di depandiketahui bahwa pola penyebaran/ jalur anomaliemanometri dan radiometri soil berarah NW -SE. Kedua jalur anomali tersebut terletak padalokasi yang relatif sama, dengan demikian dapatdiinterpretasikan bahwa anomali-anomali tersebutdihasilkan oleh sumber yang sama.
Secara mineralogi terdapat adanya kesamaanantara bongkah-bongkah radioaktif dengansingkapan yang menunjukkan anomali radiometri,yaitu merupakan urat monazit (radioaktif), epidot,apatit, yang mengandung mineral U primer(uraninit) dan mineral U sekunder (gumit danautunit). Bongkah-bongkah radioaktif tersebuttersebar terutama pada daerah/ zona frakturasiyang berarah WNW - ESE, khususnya di bagiantengah dan Timur Laut daerah penelitian, danpembundarannya bervariasi dari menyiidut hinggamembundar tanggnng. Bongkah radioaktif yangterdapat pada punggung/ lereng bukit terorientasiNW - SE, hal ini diinterpretasikan sebagaiorientasi awal yang merupakan pencerminan dari
orientasi sumbernya, karena posisi bongkahradioaktif pada punggung/ lereng bukit masihdapat dianggap insitu/ subinsitu.
Berdasarkan pada adanya kesamaan arahdan lokasi dari jalur anomali emanometri, jaluranomali radiometri soil, pola frakturasi yangbermineralisasi U/ monazit U, serta penyebaranbongkah-bongkah monazit-U dan denganmempertimbangkan pembundaran bongkah-bongkah radioaktif (monazit-U) tersebut, dapatdisimpulkan bahwa bongkah-bongkah monazit-Udi atas. adalat insitu/subinsitu dan berasal dariurat-urat yang mengisi fraktur-fraktur yangberhubungan dengan fraktur WNW - ESE.
SIMPULAN
1. Daerah peneiitian merupakan sayap NW darisuatu sinfonn NE - SW subhorizontal yangdipotong oleh frakturasi-frakturasi yangberarah: NE - SW bersinematik sinistral;WNW-ESE yang berpasangan dengan frakturN-S dan fraktur NE-SW bersinematik normal.
2. Jalur anomali emanometri, radiometri soil dansingkapan sejajar dan berimpit dengan zonafrakturasi WNW - ESE.
3. Bongkah-bongkah monazit-U tersebar padazona frakturasi WNW - ESE, bersifatinsitu/subinsitu dan berasal dari urat-urat yangmengisi fraktur-fraktur yang berhubungandengan fraktur-fraktur WNW - ESE.
DAFTAR PUSTAKA
l.CRA -BATAN, Prospect to Develop UraniumDeposits in Kalimantan, Volum II, 1977.
2.DJANADI, SEMEDI, M., dan PAIMIN,"Prospeksi Ber-sistem Sektor Tanah Merah",Laporan Hasil Penelitian Proyek PTEPBN-BATAN, 1989/1990 (tidak dipublikasikan).
3.SARWIYANA, S.A., SUBIANTORO, L.,NGADEN1N, SUDAWvfADl dan SULARTO,P.," Prospeksi Lanjutan di Sektor I A DalamRangka Pencarian Asal Bongkah MonazitMengandung U Daerah Tanah MerahKalimantan Barat", Laporan Hasil PenelitianProyek PTEPBN-BATAN, 1992/1993 (tidakdipublikasikan).
4. SARWIYANA, A.S., SUHARTADL WIDOSO,M., MOVAN, N.,. SUPARDJO, A.S. danANANG MARZUKI, "Prospeksi SistematikLanjutan Sektor IB Tanah Merah, KalimantanBarat Dalam Rangka Pencarian Asal BongkahMonazit Mengandung U ' \ Laporan HasilPenelitian Proyek PTEPBN-BATAN,1993/1994 (tidak dipubliknsikan).
71
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta J8-19Maret 1996
5.GR0LIER, J., RUHLAND, M, dan VIALON,P., "Element de Teqtonique Anolitique,"Masson, Paris, 1976.
6.SUMEDI, M.( GINTING, M., SOEPRAPTO,T., dan WTOODO, M., " Studi MineralogiBijihMonazit di Sektor Tanah Merah Kalan,KalitnantanBarat", Laporan Hasil PenelitianProyek PTEPBN-BATAN, 1990 (tidakdipublikasikan).
7. SOETARNO, D., HAMID, Z., SUMEDI, M.,WIDODO, M., dan SUBAGYO, E.S.,"Karakter Kimia dan Geokronologi MineralisasiUranium di Terowongan Remaja dan TanahMerah Kalan, Kalimantan Barat", LaporanHasil Peneltian Proyek PTEPBN-BATAN, 1992(tidak dipublikasikan).
72
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-}9Maret 1996
"M
KETERANOAN
a. Sunjal
b. Lemboh krrtnf
Jolon buldoitr
X !Kupajon
StngVapan
Bonakoh RadlookiH
ML. M«talanau
KM.Kuqrtll muikovlf
KB.Kuar«ltblotll
•ftb. Granit biotit
3 : Nomor »IngVapan
X ! Nama batuon
Radtomctri
Gainbar 2 . Peta Lokasi Singkapan dan bongkah radioaktifSektor II Tanah Merah Kalimantan Barat
73
Prosiding Presentasi Umiak Daur Bahan Bakar NukiirPEBN-BATAN, Jakarta !8-19Maret 1996
777\ Kvrtll biolll
« r i n i t
Ganibar 3. Peta Geologi Sektor Ii Tanah Merah Kalimantan Barat
74
Prosiding Presentas! Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta IS-19Maret 1996
Koordinat i
73569
J1500T » - | - r.xo rroo ruoo MKXJ
A B C O C t C M I J K
UH N O P O f t S T U V W I Y
m0 «0 80r
iie
^mm
m
i»
50
LfgL- Sungal.l«mboh
harga radiometf! (€/»)
CZI ^ io»1O9-1S31 5 3 - 1 9 71 9 7 - J i . l
Gambar 4. Peta Isoradiomctri Sektor II Taiiah Merah
75
Prosiding Presentasi Hmiah Daur Bahan BakarNuktirPEBN-BATAN, Jakarta 18-!9Maret 1996
n S J K I M N O P 0 B S T Ö V w
1J"«9* n$
V
O * 0 «<Jm
»ses tso
JJIU ns
1331»
» m
»059 «
121»
21(19
J M
j / Sungoi , Icmbah
ni j o t on rtQF 9 fi^^or^on^ i
S ts,«o-M.so^ JJ.SO-19.10GS3 J9,tO-J*,3Oma > ».ig
Gambar 4. Pcta Isoemanometri Sektor II Tanah Merah
76
ISSN 1410-1998 Presiding Presenlasi llmiah Oaur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
INVENTARISASI SUMBER DAYA URANIUMSEKTOR TEBALUNGKANG KALIMANTAN BARAT
TAHAPAN PROSPEKSI SISTEMATIK
Bambang Soetopo, Suripto, Boman, Sajiyo I D 0 1 0 0 0 5 6Pusat Pengembangan Bahan Galian Nuklir
ABSTRAK
INVENTARTSASI SUMBER DAYA U SEKTOR TEBALUNGKANG KALIMANTAN BARAT TAHAPANPROSPEKSI SISTEMATIK. Prospeksi Sistematik sektor Tebalungkang, Kalimantan Barat dilakukan untukmengetahui karakter keberadaan mineralisasi U dan inventarisasi potensi sumber daya uranium. Penelitian inididasarkan pada adanya indikasi uranium benipa anoinali radiometri singkapan dan bongkah aktif 1000-7000 C/s.Metode penelitian meliputi pengamatan geologi secara rinci dan pendataan peinineralan uranium benipa pengukuranradiometri soil dan batuan pada kupasan secara sistematik serta didukung oleh analisis mineralogi dan geokimia.Hasil penelitian menunjukkan bahvva sektor tersebut terdiri dari batuan metamorf yang diterobos oleh batolit granit,diorit kuarsa dan korok-korok andesit, lampropir. Secara stniktural menipakan bagian dari sayap antiklin menunjam30° NE-SW dan NNW-SSE yang dipotong oleh sesar normal NE-SW dan E-W serta sesar mendatar NW-SE danWNW-ESE. Pemincralan uranium terdapat dalam batuan sekis kuarsa yang terbreksikan dan quachitite (lamporpir).Mineral radioaklif benipa torit dan monasit yang berasosiasi dengan nitil, ilmenit magnetit, hematit, pirit, kalkopirit,tmiskovit, apatit, alanit, dengan kadar U total conloh batuan berkisar4,5 - 54,75ppm.
ABSTRACT
THE U RESOURCES INVENTORY AT TEBALUNGKANG SECTOR, WEST KALIMANTAN SYSTEMATICPROSPECTION STAGE. The systematic prospection at Tebalungkang sector. West Kalimantan was carried out tocharacterize the occurence of U mineralization and to invent the potential U resources at the area. The investi-gation was done on the basis of previous results, i.e. radiometric anomalous outcrops and boulders of 1000 -7000 C/s. The method for the investigation was systematic geological mapping and radiometric measurements ofsoil and tranced rocks and supported by mineralogicat and geochemical analyses. The results of the investigationshow that this area consists of metamorphic rocks, intruded by granite quartz-diorite batholites and dike ofandesite and lamprophvre. From geological structure this is 30° plunging from anticlin NE-SW and NNW-SSE, iscrossed by NE-SW and E-W normal faults and NW-SE and IVNW-ESE strike slip faults. Uranium mineralizationappears in quartz-schist brecciated and quachitite (lamprophyre). The radioactive minerals were thorite andmonazite, associated with mlile, ilmenite, magnetite, hematite, pyrite, calcopyrite, muscovite, apatite and allanite.The U content from rock samples has been found to be 4,5-54,75 ppm U.
PENDAIIULUAN
Bcrdasarkan hasil penelitian prospeksi detilBATAN - CEA 1976, di sektor Tebalungkang(Ganibar 1) ditcmukan adanya indikasipemineralan uranium benipa anoinali radiometripada singkapan dan boulder dengan radiomctri1000-7000 c/s pada baluan sckis niika ' .
Dari indikasi terscbut, dipandang pcrluadanya pengembangan' eksplorasi denganprospeksi sislcmatik yang bertujuan untukinventarisasi polcnsi sumbcrdaya U secara gcologidengan sasaran unluk mendapatkan pengctahuantcnlang keberadaan dan karaktcrislik mincralisasiU serla kaitannya dengan kontrol gcologi danpenyebaran pcmincralan U di pennukaan.
Boulder radiomclri tinggi banyak lerscbar diS. Dongon dengan penu'neralan U yang mengisibidang frakturasi pada sckis mika, yang diduga
berasal dari singkapan anomali radiometri yangterdapat di bagian hiilu sungai tersebut.
Ruang lingkup kegiatan meliputipengamatan geologi secara rinci, pendataan radio-metri soil dan batuan dengan sistem jaring-jaring25 x 25 in pada sektor lersebut, serta pengukuranradiometri baluan sistem jaring-jaring 0,5 x 0,5 mpada kupasan anomali. Pengambilan contohbatuan dilakukan secara representatif untukanalisis petrografi, mineragrafi, otoradiografi dankadar U total. Pendataan tersebut dilakukandengan alat kompas geologi, palu geologi, kompastopochaix, clesimet SPP 2 NF dan meteran 50 m.
HASIL DAN BAHASAN
1. G e o I og i
1.1. Geomorfologi
77
Providing Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN. Jakarta I8-)9Maret 1996
Berdasarkan atas kenampakan bentuk relieftopografi dan aspek-aspek geologi, daerahpenclitian menipakan perbukitan lerjal dengankemiringan lereng 30o-60°. Pola aliran yangberkembang adalah paralis, sebagai pencerminanlitologi daerah yang telah dipengaruhi olehperkembangan frakturasi. Pada sungai utama,lembah sungai menyempai bentuk "U", dancabang-cabang sungai dengan lembah curamberbentuk "V".
Pelapukan berkembang inlensif, termasukdalam stadia dewasa.
1.2. Litologi
Batuan yang terdapat di daerah penelitianmeliputi:- Sekis kuarsa biotit, nilai radiometri 90-100 c/s,
dengan indikasi mineral kuarsa, biotit,andalusit, muskovit, kloril, epidol, apatit,turmalin, kordierit, plagioklas, termasuk da lamfasies sekis hijau, metamorfose tingkat rendah 5
. Urat kuarsa dan feldspar dengan tebal 0,05mm diduga sebagai akibat dari prosesmagmatik. Kadar U total 3,90-14,30 ppm yangdiduga berasal dari zirkon, apatit, epidot 6 .
- Kuarsit biotit, nilai radiometri 90-100 c/s,dengan indikasi mineral kuarsa, plagioklas,biotit, muskovit, andalusil, alanit, turmalin.Batuan tersebut termasuk dalam fasies sekishijau, metamorfose tingkat rendah s , kadar Utotal + 5,70 ppm, yang diduga bcrasal darimonasit 6 .
- Sekis serisit, nilai radiometri 90-100 c/s, denganindikasi mineral kuarsa, muskovit, klorit, biolit,wolastonit,turmalin, epidot, andalusit, kordierit.Batuan tersebut termasuk dalam fasies sekishijau, metamorfose tingkat rendah 5 , danditerobos oleh lepidolit, muskovit, klorit, yangdiduga terjadi akibat magmatik tingkat tinggi 5
dan terdapat urat oksida besi tebal + 0,05 mm,yang diduga akibat proses alterasi. Kadar Utotal 1,40 ppm, yang diduga berasal dari zirkon,monasit, epidot 6 .
- Sekis kuarsa feldpar, nilai radiometri 80 - 100c/s, dengan indikasi mineral kuarsa, feldspar,biotit, epidot, muskovit, klorit, (urmalin, batuantersebut termasuk dalam fasies sekis hijau,metamorfose tingkat rendah. Dan terdapatstuktur annealing yang diduga terjadi karenapengaruh tektonik dan rekristalisasi mineralkuarsa. Selain itu terjadi pula agregat oksidabesi tebal 0,025 mm dan agregat klorit kuarsatebal 0,325 mm, sebagai akibal dari prosesmetamorfik 5 , kadar "U" total 9,70-14,30 ppm,yang diduga berasal dari monasit, biotit 5 .
- Filit serisit, nilai radiometri 100-120 c/s, denganindikasi mineral kuarsa, serisit, klorit, biotit,turmalin, epidot. Batuan tersebut termasukdalam fasies sekis hijau, metamorfose tingkatrendah 5 .
Batuan beku :- Granit memiliki nilai radiometri 100-200 c/s.
Batuan tersebut menerobos diorit kuarsa denganditemukan adanya xenolit diorit kuarsa dalamgranit.
- Diorit kuarsa memiliki nilai radiometri 60 - 70c/s. Batuan tersebut menerobos sekis serisit,dengan indikasi xenolit sekis serisit dalamdiorit kuarsa.
- Andesit, berupa korok yang mengisi dalamretakan terukur N 210°-275°E dengan tebal 1-3 m dan nilai radiometri 90-100 c/s, danterdapat urat klorit dan urat ortoklas, kalsitdengan tebal 0,10 mm dan diduga sebagaiproses hidrotermal 5 .
- Kersantit, berupa korok terukur N150°-N 160°E,tebal antara centimetrik-metrik, nilai radiometri90-100 c/s. Sebagian biotit berubah menjadiklorit dan epidot, serta sebagian kuarsa berasaldari batuan metamorfik sebagai xenolit dalamkersantit.
- Quachitite (lampropir), berupa korok terukur N120° E, nilai radiometri 200-700 c/s, sebagianmineral monazit terdapat sebagai pleokroik halodalam biotit, dan terdapat urat oksida besidengan tebal + 0,01 mm, yang diduga sebagaiakibat dari proses alterasi 5 .
1.3. Struktur geologi
1.3.1. Analisis kelunisan foto udara
Hasil analisis nilai rasio frekuensi relatif(FR) dengan panjang kumulatif (PK) lebih kecilsatu, dari kelurusan N 80°-90° diduga sebagaikehirusan relatif muda menipakan fraktur-frakturyang berluibungan dengan sesar normal ENE-WSW. Sedang nilai rasio frekuensi relatif (FR)dengan panjang kumulatif (PK) sama dengan satu,kelurusan N 120°-150° E sebagai kelunisan relatiftua yang teraktifkan diduga menipakan fraktur-fraktur yang berpotensi berkembang sebagai sesarmendatar bersinematik sinistral 3 .
1.3.2. Stmktur geologi hasil observasi lapangan
Stniktur geologi yang teramati pada daerahpenelitian terdiri dari stratifikasi dan elementektonik yang bempa foliasi dan sesar.
Stratifikasi dan foliasi
78
Prosiding Presentas) ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Struktur sisa bidang stratifikasi (So) yangdidapatkan berarah ENE-WSW dengankemiringan 40 ° -50 ° ke arah NNW. Bidangfoliasi (SI) secara umum berarah NE-SWdengan kemiringan 45 ° -60 ° kearah NW.Berdasarkan analisis kedudukan struktur strati-fikasi dan foliasi, daerah penelitian merupakanbagian dari sayap 30 ° NE dari anliklin dan makinke utara berubah menjadi sayap 30 ° NNW akibatsesar mendatar sinistral NW-SE.
Berdasarkan data sinematik, sesar yangterdapat di daerah penelitian dapat dikelom-pokkan sebagai :- Sesar normal, berarah 175 ° -185 ° E, kemiringan
60 ° -75 ° pada S. Ronsom, S. Korop danpunggung kiri S. Inau, sedangkan padapunggung sebelah kiri S. Temedak sesar normaltersebut berarah N 245 ° -250 °, kemiringan 60 °-85 ° . Indikasi yang terdapat berupa gawirsesar, bentuk morfologi yang tegak, danfrakturasi yang berkembang intensif.
- Sesar mendatar dapat dikelompokkan sebagaisesar mendatar dekstral berarah WNW-ESE,terukur N 100 ° -120 ° E, dan kemiringan 80 °yang terdapat pada S. Ronsom, S.Teba-lungkang, S.Temedak dan S.Korop; sedangsesar mendatar sinistral,terukur N150 ° - 170 °E, dengan kemiringan 80 °. Sesar tersebutterdapat di S.Tebalungkang dan S. Dongon.Kedua sesar tersebut diduga salingberpasangan yang pada umumnya memotongsesar normal N-E dan dipotong oleh sesarnormal ENE-WSW dengan dicirikan oleh ada-nya gores garis, breksiasi dan pelumsan sungai.
Berdasarkan analisis kelunisan dominan darifoto udara, kelunisan berarah N 120 ° -150 ° Emerupakan kelompok kelurusan rclatif tua, yangteraktifkan kembali. Pada daerah penelitiandijumpai sebagai sesar mendatar bcrsinematiksinistral dan tidak diketemukan adanya indikasisinematik yang acak (tumpang tindih).Kemungkinan sesar tersebut merupakan gerakoriginal, sedang sesar mendatar bersinematikdekstral berarah WNW-ESE pada daerahpenelitian tidak terlihat dalam diagram kelurusandominan.
Kelurusan berarah N 80 ° -90 ° E menipakankelompok kelurusan relatif muda, yang padadaerah penelitian ditemukan sebagai sesar normal,sedang sesar normal berarah N-E tidak terlihatdalam diagram kelurusan dominan 3 .
2. Radiometri dan Mineralisasi
2.1. Radiometri tanah
Pengukuran radiometri tanah dilakukan padasetiap jarak 25 m, absis N 260 ° E dan ordinat N170 ° E. Dari hasil statistik menunjukan polapenyebaran WNW-ESE dan NNE-SSW (Gambar3). Luas zona anomali radiometri 26.275 m (3,94% dari luas daerah penelitian).
2.1, Kupasan 502/I
Pengukuran radiometri kupasan dilakukandengan jarak 0,5m, ordinat N 0° E dan absis N90°E pada singkapan sekis serisit yang terdapatadanya pemineralan uranium dengan luascakupan 49m2, nilai radimetri tertinggi 2500 c/s.Hasil statistik menunjukkan pola penyebarananomali radiometri N 250° -260°E (Gambar 4).
Pemineralan uranium pada kupasan Ano502/1 berupa spot- spot dalam zona breksiasi N260° E, Akibat gcjala tektonik, terjadi prosesrekristalisasi terbentuk batuan harts chiefer serisit.Pada zone frakturasi terjadi terobosan thorit,monazit, biotit, klorit, alanit, zirkon, epidot, rutil,ilmenit, lepidolit dan turmalin. Dengan dicirikanadanya alanit, epidot, rutil, ilmenit, turmalin danlepidolit diduga terjadi akibat proses hidrotermalmagmatik 2 . Dengan kadar U total 29,50 - 54,75ppm, diduga pemineralan U berupa thorit danmonasit 6 .
2.2.2. Kupasan 502/11
Pengukuran radiometri kupasan Ano 502/11dengan ordinat N 0 ° E dan absis N 90 ° E, padasingkapan sekis serisit, nilai radiometri tertinggi3000 c/s dan luas kupasan 72 m2 . Hasil statistikmenunjukkan pola penyebaran anomali radio-metri N 260 °E (Gambar 5).
Kedapatan pemineralan uranium di Ano502/11 yang mempunyai kesamaan dengan Ano502/1, kandungan mineral monazit. Akibat prosesmetamorfisme mineral monasit tersebutterlingkupi oleh klorit (pleokroik halo dalam intiklorit) 4 . Kemudian terjadi sesar normal N 260 °E. Pada frakturasi tersebut terjadi pengisianmineral biotit, apatit, rutil, kuarsa, alanit, ilmenit,thorit dan monazit (pleokroik halo pada intibiotit). Dengan dicirikan oleh .adanya mineralapatit, alanit, rutil, ilmenit diduga mineralisasi Uberhubungan dengan proses hidrotermalmagmatik 2 . Pemineralan uranium tersebutdiperkirakan kelanjutan dari Ano 502/1, yangkemudian tergeserkan oleh sesar mendatar
79
Providing Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-bATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
sinistral N 48 ° E/70 °. Kadar U total antara 17,75-39 ppm, diduga berasal dari thorit dan monasit 6 .
2.2.3. Kupasan Ano KK38
Pengiikuran radiotnetri kupasan Ano KK38terdapat pada batu dinding morfologi tegakdengan arali N 80 ° E pada kuarsit biotit, dijumpainilai radiometri tertinggi 1000 c/s, dan hiascakupan 90,5 in2. Hasil stalistik memmjukkan dimpola penyebaran membentuk sudut 40 ° -50 °terhadap bidang datar (Garnbar 6). Pemineralanuranium pada kupasan Ano KX38 mengisi padabreksiasi tenikur N 175° -185° E/29° -37° ,ketebalan 5-15 cm, pembacaan radiometri 300-1000 c/s, dan kadar U total berkisar antara 17,50-32,25 ppm. Sedang isian dalain urat tenikur N212° -220° E/35°-47° dengan pembacaanradiometri antara 300- 600 c/s, kadar U totalberkisar antara 7,90-25,90 ppm.
2.2.4. Kupasan Ano R
Pengukuran radiometri kupasan Ano Rdengan absis N 0°E dan ordinal N 90°E, nilairadiometri tertinggi 700 c/s, dan luas kupasan 65m2. Hasil statistik menunjukkan pola penyebaranarah N 120°E (Gambar 7). Kedapatanpemineralan uranium sebagai spot-spot yangterorientasi dengan arah N 120° E, yang terdapatdalam batuan quachitite ketcbalan + 4 m, yangmenerobos batuan sekis serisit dan kuarsitmuskovit. Pemineralan uranium bempa thorit,monazit dengan autoradiografi posilip yangberasosiasi dengan mineral kuarsa, biotit, klorit,apatit, pirit, magnetit, hemalit, kalkopirit. Dengandicirikan adanya mineral terscbul diatas,pemineralan uranium diduga akibat proseshidrotermal magmatik yang bersamaan denganpembentukan urat quachitite yang tnengisi frakturberarah N 120°E. Akibat perkembangan scsarnormal N 230°-240° E batuan tersebuttergeserkan. Kadar U total antara 4,50 - 25,10ppm, diduga berasal dari thorit dan monasit 6 .
3. Hubungan struktur terhadap pemineralan U
Pembentukan pemineralan U pada dacrahpenclitian berupa isian dalam scsar normal N260°E yang berumur relatif tua terjadi padaperiode I (ANO 502). Kemudian scsar tersebuttergeserkan oleh sesar mendalar sinislral N 48°Edan terbentuk pula zona frakturasi N 175°-220°E(ANO KK38) sebagai produk pembentukan sesarperiode II. Pada zona frakturasi tcrsebut baik padafrakturasi N26O0 E maupun N 175° -220° E terjadiisian mineral thorit, monasit, biotit, lepidolit,alanit, apatit, epidot, nitil, ilmenit, kuarsa
feldspatik, yang diduga sebagai produk proseshidrotermal magmatik 2 .
Pada periode III terjadi pembentukan sesarutama , yaitu sesar mendatar sinistral N 150°-170°E yang berpasangan dengan sesar mendatardekstral N 100°-120°E, serta sesar mendatar N120°E (ANO R) yang merupakan sintetik darisesar mendatar dekstraJ N 100°-120°E. Pada zonafrakturasi N 120°E terjadi terobosan batuanquachitit komposisi torit, monasit, biotit, klorit,apatit, magnetit, hematit, pirit, kalkopirit yangdiduga sebagai proses hidrotermal magmatik.
Akibat pengurangan tenaga kompresiterbentuk sesar yang berumur relatif muda, yaitusesar normal N 230°E dan N 260°E. Pada sesarnormal N 230°E memotong sesar N 120°E dansesar N l()0°-120°E, sedang sesar normal N260°Ememotong sesar mendatar dekstral N 150°-170°E(Gambar 8).
SIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil uraian di atas dapatdisimpulkan bahwa pemineralan uranium yangberupa mineral torit (0,5 - 1,00 %) monasit (0,35-3,75 %) mengisi bidang frakturasi N260°E, yangdiduga akibat dari proses hidrotermal magmatik.Luas zona anomali radiometri 26.275 m (3,74 %dari daerah penelitian). Untuk mengetahuiscbaran pemineralan U secara vertikal dan lateral,perlu dilakukan prospeksi dengan metodegeofisika.
DAFTAR PUSTAKA
1. CEA - BAT AN , Prospection Detail SectuerTomodak, Ribut, Carte Geoloique, echelle 1 :10.000, Nopember 1976.
2. D'arcy, George , Mineralogy of Uranium andThorium Bearing Minerals, United StatesAtomic Energy Commission, January 1949.
3. Sastratenaya,A.S , Deformation et mobilitedu megaprisme tectonique de Pinoh, Sayan,Kalimantan Indonesie 1991.
4Overstreet William C , The GeologicalOccurrence of Monazite, United States Govern-ment Printing Office, Washington 1967.
5. Williams Howel, Turner Francis J. and GilbertCharles M., An Introduction to the study ofRocks in Thin Section, University ofCalifornia, W.H. Freeman and company SanFransisco, 1958.
6. Pradier Bernard, Transport Et Fixation De L'Uranium Dans Le Domaine Supergene.E'tudes De Cas Et Application EnProspection Geochimique, 1934.
80
Prosiding Presenlasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-UATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
TANYA-JAWAB
1. As Natio Lasinan• Pada saran ditulis bahwa untuk mengetahui
detil tebaran uranium maka perlu dilakukanpengujian dengan metoda geofisika. Metodayang bagaimanakah yang dimaksud ?.
Bambang Soetopo• Dengan diketemukannya peinincralan
Uranium yang berasosiasi dengan magnetik,print, kalkoprintkutil, uranil (pola terimbang)metoda yang cocok adalah manfaatkankandungan sulfida kemagnitan ~ manfaatkankandungan magnit.
2. Manvoto• Bagaimana cara menentukan umur sesar?.
Karena tadi disebutkan bahwa di daerahpenelitian ada sesar muda dan sesar tua.
Bambang Soctopo• Dari kelurusan tektonik : dihitung panjang
kumulalif (PK) dan frekuensi relatif (FR). Jikahasil penentuan umur relatif berdasarkanminus: PK/FR adalah > 1 berarti berumurmuda; atau bila PK/FR < 1 adalah berumurtim.
81
Pros/ding l>w-ntasi Umiah Daur Bahan BakarNuMirPEBN-BATAM. Jakarta iS-19Maret 1996
Gambar 6. Isoradiometri Kupasan ANO-R
Ganibar 7. Isoradionietri Kupasan Gambar 8. Hiibungan struktur dan pemineralan
"U"
82
Presiding Presentasi ilmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BA TAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
•"•-'• I
'•ÖJMJÄ1^
Mm£
Gambar 1. Peta Siluasi Ganibar 3. Peta Isoradiometri Tanah
Ganibar 2. Peta Geologi
Gainbar 4. Isoradiometri Kupasan Ano 502/1
Gainbar 5. Isoradiometri Kupasan Ano 502/11
83
ISSN 1410-1998 Providing Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEHN-BA TAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
INVENTARISASI SUMBERDAYA URANIUM SEKTOR ONSOM-1NAUKALIMANTAN BARAT TAHAPAN PROSPEKSI SISTEMATIK
Tugijo, Zainuddin Hamid, H. Suwardi, Subagyo ESPusal Pengembangan Bahan Galian Nuklir ID0100057
ABSTRAK
INVENTARISASI SUMBERDAYA URANIUM SEKTOR ONSOM-1NAUKALIMANTAN BARAT TAHAPANPROSPEKSI SISTEMATIK. Prospeksi ini didasarkan adanya anomali pada bahian metasedimen dan dimaksudkanuntuk inventarisasi sumberdaya U dengan sasaran mendapatkan data anomali, litologi dan struktur geologi yang jelasdan kaitannya dengan pemineralan U. Metode penelitian meliputi pengamatan litologi, tektonik, radiometri batuandan tanah serta percontohan batuan. Luas daerah penelitian 1,5 km2, ditempati oleh batuan metasedimen dan batuanbeku. Terdapat tiga jents kelompok sesar, yaitu sesar normal NE-SW, sesar naik NNW-SSE dan sesar mendatar NW-SE. Pemineralan U berasosiasi dengan pirit, molibdenit, turmalin magnetit dan kuarsa, dikontrol oleh struktur sesarNW-SE. Kadar U total batuan berkisar 21,60 - 9291,66 ppm dan thorium total 26,86 - 561,04 ppm. Arah sebarananomali singkapan identik dengan arah anomali radiometri tanah, yaitu NW-SE. Berdasarkan dominasi anomali,kontrol pemineralan U dan asosiasi mineral sulfida serta kadar U total, maka pada daerali seluas + 0,35 km2di sektorOnsom perlu penelitian geofisika untuk mengetahui bentuk pemineralan U bawah pennukaan.
ABSTRACT
SYSTEMATIC PROSPECTION STAGE FOR THE URANIUM RESOURCES INVENTORY IN ONSOM-INAUSECTOR WEST KALIMANTAN. The systematic Prospection based on the anomalies of metasedimen rocks was meantto inventori U resources for getting anomalies data, litologies and geological structure by systematic method on therelation to U mineralization. The examination method enclosed litology and tectonic observation, rocks and soilradiometry and rocks sampling. The examination area as wide as 1.5 km3 was occupied by metasedimen rocks andigneous rocks. There were three kinds of fault group that be could interpreted as normal fault group on NE-SWdirection, overthrust fault group on NNIV-SSE direction and conjugate wrench fault group on NW-SE direction. Umineralization associates with pyrite, quartzmolybdenite, tourmaline magnetite and controlled by fault structure.Total content of U were about 21,60 -9291,66 ppm and 26,86 - 561,04 ppm for thorium. The general direction ofoutcrops anomalies distribution was equal with the general direction of soil anomalies, that was NW-SE. Based ondomination anomalies, distribution U mineralization which were controlled by faults and associated with sulfidemineral and U contents, the area of 0.35 square kilometres in Onsom sektor was investigated geophysically forunderstanding of uranium mineralization body form subsurface.
PENDAHULUAN
Prospeksi sistematik di seklor OnsomKalimantan Barat didasarkan adanya anomalipada batuan metasedimen dari 200-8000 c/s SPP2NF berdasarkan hasil prospeksi detail Tim CEA-BATAN 1976. '
a. Pengamatan lapangan
Pengamatan lapangan meliputi pengumpulandata litologi, struktur geologi, pengukuranradioaktivilas batuan dan tanah dengan detektorSPP 2NF serta pengambilan contoh batuan untukanalisis Iaboratorium.
Penelitian ini dimaksudkan untukinventarisasi sumberdaya U bagi penyediaanbahan galian nuklir dengan sasaran untukmengetahui karateristik anomali dan kontrolpcmineralan U serta sebarannya secara lateral.
METODOLOGI
Penelitian dilakukan secara sistematikmencakup pengamatan data lapangan, analisislaboratorium percontohan batuan dan pcngolahandata lapangan serta data analisis laboralorium.
b. Analisis laboratorium
• Laboratorium mineralogi mencakup anaiisispetrografi, mineragrafi dan autoradiografi.
• Laboratorium geokimia untuk analisis kadarU dan Th.
HASIL DAN BAHASAN
A Geologi
1. Geomorfologi
84
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Daerah penelitian seluas 1,5 km2 terletakpada 112°.54\42" - 112O59'.47" BT danO°.18'.48" - O°19'.50" LS, mempakan daerahperbukitan yang sebagian besar dibentuk olehbatuan tnetasedimen dan sebagian kecil lainnyaoleh batuan beku.
Sungai Onsom (cabang kiri S. Inau) bersamacabang-cabangnya memperlihatkan pola alirandendritik rektangiilar (Gambar 1).
2. Litologi
Berdasarkan pengamatan lapangan, batuanmetasedimen menempati + 85 % dari luas daerahpenelitian dan 15 % lainnya ditempati oleh batuangranitik. (Gambar2)
2.1. Batuan metasedimen
Dari sifat fisik, tekstur dan komposisimineral, batuan metasedimen ini dapat dibagimenjadi tiga satuan sebagai berikut:• Satuan kuarsit biotit : tersebar di bagian utara,
kontak dengan batuan granitik sebagian besarberupa struktur sesar dan lainnya kurang jelas.Variasi dalam satuan batuan ini benipa kuarsitserisit.
• Satuan metapelit : tersebar di bagian tengah,kontak dengan batuan granitik berupa sesar,sedang dengan satuan kuarsit biotit tidak jelas.Variasi dalam satuan batuan ini adalahmetalanau, kuarsit serta filit.
• Satuan sekis : tersebar di bagian selatan, kontakdengan satuan metapelit kurang jelas dansebarannya menenis ke selatan sampai diluardaerah penelitian.
Hadirnya mineral-mineral serisit, klorit,muskovit dan biotit darihasil analisis petrografiterhadap tiap contoh sat nan batuan di atas,menunjukkan bahwa batiian metasedimen tersebuttermasuk metamorfosa fasies sekis hijau (greenschist). 2.
2.2. Batuan granitik
Berdasarkanpengamatanmegaskopis.batuangranitik ini termasuk jenis adamelit dan merupakanbatuan terobosan dalam. Di beberapa lokasibatuanini diterobos oleh batuan mikrodiorit dandasit yang diinterpretasikan niuncul mclaluibidang lemah berupa sesar.
3. Struktur geologi.
Struktur batuan metasedimen yang dijumpaiadalah foliasi/sekistositi (SI) dengan jurus
berkisar dari N 200°-N 270° miring 30°-62°,perlapisan sisa (So) N 20°-N 85° miring 25°-42°,liniasi dan lipatan kecil dengan plunging(penunjaman) N 70730° ke timur. Dari data sudutkemiringan SI yang secara umum lebih besar darisudut So, maka kedudukan batuan metasedimen didaerah penelitian berada pada bagian sayapnormal atau stratigrafi normal. 3 Strukturtektonik, antara lain berupa : kekar, breksi, sesarmikro. Kenampakan morfologi berupa gawir, airterjun, kelurusan dan atau pembelokan sungaisecara tajam diduga akibat tektonik.
Berdasarkan pada data unsur struktur di atas,diperkirakan bahwa di daerah penelitian ada tigajenis kelompok sesar yang terbentuk dalam faseyang relatif berbeda, yaitu :- Kelompok sesar normal NE-SW, fase I.- Kelompok sesar naik NNW-SSE, fase II.- Kelompok sesar mendatar NW-SE, fase HIsebagai sesar termuda. Gerak relatip dari ketigajenis sesar di atas merupakan hasil penafsiransecara umum. (Gambar 1)
B Radiometri
Pengukuran radioaktivitas meliputi singkap-an/bongkah batuan, tanah dan kupasan padalokasi anomali terpilih.
1. Radiometri singkapan dan bongkah batuan
Dari hasil pengukuran radioaktivitassingkapan/bongkah batuan di daerah penelitiandidapatkan kisaran harga radiometri sebagaiberikut:- Satuan kuarsit biotit 100-250 c/s, bongkah 100-
1250 c/s,- Satuan metapelit 100-5000 c/s, bongkah 100-
13500 c/s,- Satuan sekis 100-150 c/s, bongkah 100-175 c/s,- Batuan granitik 90-2000 c/s, bongkah 100-500
c/s,- Batuan mikrodiorit 75-100 c/s, dasit 60-100 c/s.
Dari data hasil pengukuran di atas, hargaterendnh dari batuan metasedimen dan batuangranitik relatip sama. Harga ekstrem tinggi tidakdijumpai pada satuan sekis, demikian pula padabongkahnya. Untuk mendapatkan harga anomali,terlebih dalnilu mengeliminir harga-harga ekstremtinggi. Statistik data pengukuran radiometrisingkapan didapatkan harga tengah (M)= 147,30c/s, harga simpangan (S)= 26,96 c/s dan hargaanomali > 201,22 c/s.
Berdasarkan harga anomali tersebut, makapada batuan metasedimen dijumpai sebanyak 17
85
Providing Presenlasi Ilmiah Daur Bohan BakarNuklirPEah'-e^.TAN. Jakarta 13-19 Maret 1996
lokasi singkapan anomali yang berkisar dari >200-5000 c/s dan pada baluan granitik dijumpai 2lokasi anomali, dari > 1000-2000 c/s serta lercatat273 bongkah aacmaH yang berkisar > 200-13500c/s.
Khusus pada batuan melascdimen, polasebaran anomali pada singkapan beroricntasi NW-SE, pada batuan granilik sebaran anomali bcradapada jalur sesar normal N 24078 1°, scdangkansebaran bongkah anomali mengikuti aliran sungaiOnsom dan cabang-cabangnya.
2. Radiometri kupasan anomali
Pembuatan kupasan dilakukan pada 13lokasi anomali terpilih, 11 lokasi diantaranyaberada pada satuan metapelil dan 2 lokasi lainnyapada batuan granitik.
Anomali radiometri hasil pcngukuransistematik jarak 50 cm , diperoleh pola sebaranberorientasi NW-SE dan NE-SW.
Dari pengamatan megaskopis, pemineralanU pada dap kupasan sebagian besar berasosiasidengan mineral-mineral : pirit, molibdenit,turmalin, kuarsa serta magnetil dan secarainterpretatip dikontrol oleh stniktur sesar.
3. Radiometri tanah
Pengukuran radioaktivitas tanah, dilakukandengan sistem jaring-jaring jarak 25 m padadaerah terpilih seluas ± 750 m2, arah NE-SW(sesuai arah umum sebaran lokasi anomali temuanCEA-BATAN), mencakup 1760 titik pengukurandengan radiometri berkisar dari 40-150 c/s.
Dari statistik data radiometri tanah,diperoleh harga tengah (M)= 79,79 c/s, hargasimpangan (S)= 19,09 c/s dan harga anomali >118 c/s.
Pada "Peta Sebaran Anomali RadiometriTanah" (Gambar 3) diinterpretasikan bahwa polasebaran anomali radiometri lanah berarah NW-SE.
C Mineralogi
Berdasarkan data analisis contoh baluan daritiap lokasi kupasan anomali, pemineralan U yangterkandung dalam mineral opak aktif danterbentuk bersamaan dengan proses mclamorfosaregional (singenetik) sccara nukroskopssberasosiasi dengan segragasi mineral-mineralkuarsa, biotit, pirit dan turmalin.
Sebaran anomalinya pada hidang kupasanrelatif merata dan bcsfeiöiapok dengan arahumum NE-SW, idenlik deugar» arah umurnstruktur foliasi (SI) dan stratifikasi (SO).
Pemineral U dalam mineral opak aktip yangterbentuk akibat tektonik pada posmetamorfosaregional (epigenetik) dan mengisi bukaan kekarserta jalur breksiasi, berasosiasi dengan segragasimineral-mineral kuarsa, feldspar, biotit, apatit,turmalin dan epidot. Sebaran anomali pada bidangkupasan berbentuk menjalur dan relatif menerusmengikuti struktur sesar yang diperkirakan.
Dari 18 contoh batuan yang terpilih, batuantersebut secara petrografis adalah : filit (12contoh), kuarsit (6 contoh) dan sekis (1 contoh).
Mineral asesori yang dijumpai adalah :zirkon (0,01-0,75 %), apatit (0,75-25,05 %),alanit (0,23-1,60 %) dan epidot (0,78-12,10 % ) .
Mineral opak dijumpai pada semua contohbatuan berkisar dari 0,05-6,38 %, sedangkan yangradioaktip terditeksi pada 13 contoh, berkisar dari0,08-5,20 %.
Analisis mineragrafi contoh batuan yangsama menujukkan mineral uraninit berkisar dari0,50-1,25 % dan gummit 0,50 %, berasosiasidengan nitil, hematit, ilmenit, magnetit,molibdenit, kovelit dan apatit.
Hadirnya mineral molibdenit dan apatit padabeberapa contoh batuan menunjukkan adanyaindikasi, bahwa mineral U pada lokasi contohbersangkutan ada hubungannya dengan proseshidrotermal magmatik. A
D Geokimia
Hasil analisis kadar U dan Th serta ratioTh/U dari 18 contoh batuan, diantaranya 6 contohberasal dari bongkah radioaktip dengan radiometri1000-13500 c/s, kadar U total berkisar dari1018,20-9291,66 ppm dan 12 contoh lainnyaberasal dari singkapan dengan radiometri 200-5000 c/s, kadar U total berkisar dari 21,60-3125,00 ppm.
Hasil analisis kadar Th total dari bongkahanomali, berkisar dari 26,86-258,31 ppm dan ratioTlt/U berkisar 0,0088-0,2187. Sedang kadar Thpada singkapan anomali berkisar 26,86-561,04ppm dan ratio Th/U berkisar 0,0902-2,8168.RatioTli/U tinggi (> 1), mcminjukkan bahwa mineralUbcrhubungan dengan proses hidrothermalmagmatik, sedangkan angka ratio Th/U rendah
86
Providing Preseniasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN, Jakarta J8-19Maret 1996
(< 1), mineral U berhubungan dengan proseshidrothremal metamorfik. 5
E Kaitan Pemineralan U dengan ElemenTektonik
Berdasarkan pengamatan lapangan,diketahui bahwa dominasi temuan anoinali padasingkapan dan bongkah, terdapat pada cabang kiri1, 2, 3 dan bagian hulu S. Onsom. Pemineralan Uyang berkaitan dengan temuan anomali tersebut,umumnya mengisi bukaan kekar, lebarmilimetrik, berasosiasi dengan pirit, pirhotit,molibdenit, turmalin, kuarsa serla magnetit dansecara interpretatif dikontrol oleh stniktur sesar,utamanya yang berarah NW-SE (N 135°E).
SIMPULAN DAN SARAN
1. Sektor Onsomtersusun oleh baluanmetasedimen 85 % dan batuan bcku granitik15 %.
2. Anomali singkapan dalam batuanmetasedimen berkisar dari 200-5000 c/sdijumpai pada 17 lokasi, sedang pada batuangranitik berkisar 1000-2000 c/s dijumpai pada2 lokasi.
3. Jalur favorable dan pemineralan U beradapada satuan metapelit berarah NW-SEdikontrol oleh struktur sesar.
4. Hasil analisis kadar U total dari 12 contohsingkapan anomali berkisar dari 21,60-3125,00 ppin dan 6 contoh bongkah anomaliberkisar dari 1018,20-9291,66 ppm.
5. Berdasarkan hasil penelitian secarakeseluruhan, daerah menarik mcncakup luas+ 0,35 km2 perlu penelitian geoflsika denganmetoda IP dan atau geolistrik untukmengetahui bentuk tubuh pemineralan Ubawah permukaan.
DAFTARPUSTAKA
1. A. COURNUT, Projet Kalan, Rappor Mensuel,September 1976, (tidak dipublikasikan).
2. HOWEL WILLIAMS, FRANCIS J. TURNER,CHARLES M. GILBERT, Petrography AnIntroduction to the Study of Rocks in ThinSection, W.H. Freeman and Company SanFrancisco, 1958.
3. VIALON P. RUHLAND, GROLIER, Elementsde Tectonique Analytique, Mason, Paris, 1976.
4. R. A. RICH, H. D. HOLAND, U.PETTERSON,
Hydrothermal Uranium Deposite, ElsevierScientific Publishing Company, Amsterdam,Oxford, New York, 1977.
5. D. G. MICKLE, G. M. MATHEWS, GeologicCharacteristic of Environments Favorable forUranium Deposits, Grand June, Colorado,1978.
TANYA - JAWAB
1. Marwoto
• Apakah di sektor ONSOM, layak untukditambang, mengingat ada batuan yangmempunyai kandungan uranium sampaidengan sekitar 9000 ppm. Kalau tidak, kira-kira inasih berapa tahap lagi?
Tugijo
• Masih perlu penelitian geofisika dan pemboraneksplorasi serta banyak faktor lain yangdiperlukan lagi.
2. Puguh Martyasa
• Mohon disebutkan jenis alat ukur yangdigunakan untuk mengetahui anomaliradiometri? Bagaimana kalibrasinya ?.
• Sebaran anomali (Isocount) yang diperolehapakah sudah memperhitungkan cacah 'background'?
Tugijo
• Alat ukur yang digunakan adalah detektorSPP2NF buatan Perancis. Kalibrasinya adaspesial.
• Sudah memperhitungkan cacah back ground.
3. As Natio Lasman
• Pada penelitian di daerah ONSOM diperolehdata tentang batuan granit. Sebuah pertanyaanyang sangat awam : apakah batuan grafittermasuk pula didalam batuan granit?
Tugijo
• Grafit bukan termasuk batuan, termasuk namamineral, jadi bukan termasuk batu granit.
87
Prosiähig PiViv.uu*, U>ni •• h Daar Bc'i-m Bakar NuklirP'XHN-BA7/-ä\i. Jakana 2Z.-s$h4aret 1996
nm
Ganibar 1. Peta Geologi dan Pemineralan U Sektor Onsom
ee »a
Gambar 2. Peta Sebaran Anomali Radiometri Tanah Sektor Onsom
ISSN 1410-1998 Prosiding Prescnlasi llmiab DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
PERHITUNGAN DOSIS GAS RADON YANG TERHISAP OLEH SEORANGPEKERJA UJUNG DEPAN DAUR BAHAN BAKAR NUKLIR
SoedardjoPusat Penelitian Teknologi Keselamatan Reaktor ID0100058
ABSTRAK
PERHITUNGAN DOSIS GAS RADON YANG TERHISAP OLEH SEORANG PEKERJAUJUNG DEPAN DAUR BAHAN BAKAR NUKLIR Telah dipelajari perhitungan dosis gas Radonyang terhisap oleh seorang pekerja ujung depan daur bahan bakar nuklir. Ujung depan daur bahan bakarnuklir disini ialah penambangan bijih uranium pada tambang tertutup bawah tanah pada TerowonganEkplorasi Remaja Kalimantan Barat. Kegiatan penambangan yang dipilih antara lain pengeboran,peledakan bidang mineralisasi, pengangkutan batuan mineralisasi serta penyanggaan terowongan.Diasumsikan dalam sebulan seorang penambang uranium di Terowongan Ekplorasi Remaja KalimantanBarat mempunyai daur tugas pada 4 daerah kerja, yaitu di Terowongan Silang I, II, III dan IV. Kegiatanuntuk pemboran dilakukan selama 12 jam, setelah peledakan dilakukan selama 2 jam, pengangkutanmineral selama 9 jam dan penyanggaan terowongan selama 8 jam. Hasil perhitungan yang diperoleh darimodel tersebut ialah, konsentrasi rata-rata gas Radon untuk Terowongan Silang I, II, III dan IV masih dibawah ambang batas 300 pCi/l, dan perkiraan jumlah dosis maksimum setahun yang diserap oleh pekerjatambang uranium tersebut sebesar 2,3 ,\ 102 p.Ci dan masih di bawah dosis maksimum yang diijinkan olehBATAN yaitu 7,3 x 102 jaCi.
ABSTRACT
CALCULATION OF RADON GAS INHALED BY A FRONT END WORKER OF THENUCLEAR FUEL CYCLES. The calculation of Radon gas inhaled by workers in a front end nuclear fuelcycle has been studied. The cycle of front end nuclear fuel is underground uranium exploration onRemaja tunnel West Kalimantan. The activities of mining consider of drilling, blasting, transportingmineral and tunnel supporting were chosen. It is assumed that in one month, for a worker has fourassignments namely in tunnel I, tunnel II, tunnel III and tunnel IV. The activities in the mine are dividedinto some categories, namely 12 hours of drilling, 2 hours of after blasting, 9 hours of mineraltransportation and 8 hours of tunnel support construction. The result of calculation shows that theaverage Radon gas concentration on each particular location is still less than maximum permissibleconcentration 300 pCi/l. The prediction of maximum dose inhaled by one uranium miner during a year is2.3 x 102 /jCi which is less than BATAN regulation 7.3 x 102 jj.Ci.
Pendahuluan
Pengukuran dosis gas Radon padaterowongan eksplorasi uranium RemajaKalimantan Barat untuk seorang pekerja ekplorasiuranium, belum dilakukan secara terpadu, yaituyang meliputi pengukuran konsentrasi gas radonuntuk kegiatan pengeboran, peledakan danpengangkutan mineral radioaktif sertapenyanggaan terowongan penambangan ataueksplorasi uranium. Walaupun namanyaterowongan eksplorasi, namun kegiatan diterowongan tersebut dapat dikelaskan kedalamkegiatan penambangan, karena kegiatan tersebutmelipud eksplorasi, pengeboran, peledakan,pengambilan atau transportasi bijih uranium danpenyanggaan terowongan 5. Biasanya pengukurangas Radon yang dilakukan pada eksplorasi
uranium di terowongan Remaja Kalimantan Baratyaitu pada saat tidak ada kegiatan penambangan.Maka cara pengukuran tersebut belummencerminkan konsentrasi gas Radon pada saatkegiatan penambangan yang terpadu ataumenyeluruh.
Pengukuran-pengukuran yang menyangkutgas Radon yang pernah dilakukan antara lain:dengan alat LUDLUM 1000 untuk mengukurkecepatan keluarnya (emanate) gas Radon darilubang bor Long Year (L.Y.) 65 ', tetapi masihperlu perhitungan lebih lanjut untuk mengetahuikonsentrasi gas Radon sebenarnya. Pengukurankontaminasi interna radium karyawan PPBGNBATAN juga sudah dilakukan dengan detektorRadon elektrostatis model PMT-TEL-Pylon4,namun pengukuran kontaminasi interna radium
89
Presiding Preserttasi llmiah Daur Bahan Dakar Nuklir. Jakarta !8-!9Maret 1996
tersebut juga belum mcnggambarkan langsungkonsentrasi gas Radon pada kegiatan parapenambang atau eksplorator uranium vanesesungguhnya.
yang
Untuk it» pada makalah ini akan dibahasmasalah yang menvangkut teknologi lingkuneanatau proteksi fisik terhadap bahaya mdiasi padakegiatan penarobangan bijih uranium, bempaperhitungan dosis gas Radon yang tcrliisap olehseorang pekerja ujung depan daur bahan bakarnuklir. Metode yang digunakan ialah, berdasarkanpengalaman empirik yang dilakukan padatambang uranium bawah lanah di daerali LiinogePerancis, lalu dibuat perhitungan secara tcoritikuntuk Tambang Eksplorasi Uranium RemajaKalimantan Barat (TEUR). Scbagai bahantnasukan model tersebut ialah peraturan-peraturanpada tambang uranium bawah lanah di daerahLimoge Perancis, yang digabimg denganperaturan-peraturan dari BATAN. Proses modeltersebut menggunakan asumsi teoritik dari datakegiatan penambangan yang dilaksanakan olckseorang penambang atau eksploralor uraniumpada TEUR, serta asumsi konsentrasi gas Radondi lokasi-lokasi tertcntu pada TEUR.
Hasil yang diharapkan ialah perhilungandosis gas Radon yang tcrhisap oleh seorangpekerja ujung depaiv daur bahan bakar nuklirsecara sederhana, dan terpadu dari kegiatanpengeboran, pclcdakan, pengangkutanmineralisasi serta penyanggaan dinding dan atapterowongan. Perhilungan yang sedcrhana Icrsebuldengan maksud agar mudah diterapkan otehtcknisi di lapangan walau hanya dengan saranadan prasarana yang sangat terbatas di tcngahlebatnya hutan Kalimantan Barat.
TEORI
1. Konsentrasi Gas Radon
92Uraniuin2;ii! mempunyai scri pclunihanseperti ditunjukkan pada Gambar I. Nuklida hasilpeluruhan itu tcrbentuk sccara transformasispontan dengan disintcgrasi radioaklif, hinggarnencapai elemen stabil. Transformasi spontantersebut diikuti oleh bcrbagai pancaran partikel,misalnya alpha (a) dan beta (P). Partikel-partikcla mempunyai bahaya radiasi yang cukup besarterutama bila unsur-unsur pemancaruya telahmasuk ke dalam tubuh manusia. Bahaya radiasiinterna yang utama berasal dari a, discbabkankarena massa partikcl a cukup besar yang lerdiridari dua proton dan dua nctron, daya ionisasinyatinggi dan daya tembnsnya kecil schingga begitu
masuk ke sistem paru-paru sulit untuk keluar darisistem paru-paru tersebut.
Pemancar a yang perlu diwaspadai tersebutialah gsRn222, 84P0218 dan 84Po?M. Radon atau86Rn22\ mempunyai waktu paro 3,82 hari dengantenaga partikel a sebesar 5,49 MeV. Poloniumatau Radium A atau g4Po2'8 mempunyai waktuparo 3,05 menit dengan tenaga partikel a sebesar5,998 MeV. Polonium atau Radium C ataug4Po2Mmempunyai waktu paro 1,64 x 1G"4 detikdengan energi partikel a sebesar 7,683 MeV.Walaupun waktu paro dari Radon, Radium A danC pendek, tetapi energi partikelnya yangmerupakan pemancar a cukup besar, sehinggadapat nienyebabkan kanker paru-paru bagi pekerjatambang uranium.
• r x
„TO-
• a-
i a
Gambar 1. Seri peluruhan Uranium.
Dari Tabel 1 6., dapat diketahui berbagaimacam nuklida seri Uranium (U238) beserta tipeintegrasinya, waktu paro dan energi partikeldalam Mega elektron Volt (MeV)
Konsentrasi Tertinggi yang Diijinkan(KTD) untuk gas Radon untuk pekerja radiasitcrmasuk penambang atau eksplorator uraniumialah 300 pCi/liter 2. Tetapi Baku TingkatRadioaktivitas di Lingkungan, untuk 8sRn222
mempunyai KTD 4 x 10"1 Bq/1 atau setara dengan108,108 pCi/l 3, sehingga KTD Baku Tingkatradioaktivitas di Lingkungan untuk g6Rn222
adalah sepertiga lebih rendah untuk KTD pekerjaradiasi. KTD pekerja radiasi tersebut dapatdikonversikan dengan jumlah cacah per detikCPM {Count Per Minute atau Cacah Per Menit).
Secara empirik6 untuk botol cuplikankonsentrasi gas Radon dengan volume 125 cc,dapat dipersamaankan sebagai berikut:
CPM125 = l a x C x KTD x I,25 x DG125 x W (1)
90
Prosidiag Presentezi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-M TAN, Jakarta 18-19 Maret J996
di mana :Sa : banyakya zarah a, yjiilu 3 buah däri
86Rn222, 8,Po218 dan ^Po214 dalamsatuan buah.
C : definisi untuk 1 Curie = 3,7 x 1010
disintegrasi per dctik.KTD : konsentrasi tertinggi yang diijinkan =
3x 10"10 Ci pemancar a per literudara.
Ins : isi botol ctiplikan 125 cc.DGi2s : dayaguna botol cuplikan 125 cc
sebesar 60%.W : waktu penghitimgan cuplikan selania
60 detik.
Däri persamaan (1) tersebut diperolehuntuk batas konsentrasi Radon 300 pCi per literdengan botol cuplikan 125 cc, maka detektorphotomultiplier Ag Zn S akan mencacali sebesar150 Cacah Per Menit (CPM). Runius (1) inidigunakan untuk pengambilan cuplikan gas radondi TEUR, pada kegiatan pcngeboran, peledakan,pengangkutan batuan inineraliasi danpenyanggaan terowongan. Hasil däri pengambilancuplikan tersebut, nantinya diinasukkan padaTabel 2 koloni 6.
2. Batas konsentrasi Radon untuk daerahkerja penambangan uranium.
Berdasarkan aturan penambangan uraniumyang sudah mapan seperti di Perancis 6, untukkonsentrasi gas Radon yang setimbang denganturunannya dan terhisap pckerja tambang uraniumselarna 264 häri kerja efcktif, dimana seharibekerja selarna 8 jam, tidak bolch melebihi3 x 10'10 Curie pemancar a per liter udara 6.Aturan tersebut sesuai dengan KonsentrasiTertinggi yang Diijinkan (KTD) unluk gas Radonuntuk pekerja radiasi termasuk penambang ataueksplorator uranium ialah 300 pCi/liter 2.Sehingga konsentrasi tertinggi yang diijinkan(KTD) dipersamaankan sebagai:
1 KTD = 300 pCi per liter (2)
dimana:KTD : Konsentrasi Tertinggi yang
Diijinkan dalam satuan pCi perliter.
pCi : pico Curie = 10"'2 Citric
Di Perancis 6, untuk daerah kerjapenambangan tertentu dengan konsentrasi Radondi udara melebihi KTD 300 pCi per liter ataumelebihi ketentuan persamaan (2) di ätas,misalnya melebihi 100 x 10"'° Curie per literudara atau IO4 pCi per liter atau 33 KTD, maka
tanpa menunggu perintah resmi däri penyeliatambang, para pekerja tambang uranium dilarangbekerja di daerah kerja tersebut. Selanjutnya,terowongan tersebut diberi tända merah dengantulisan bahaya radiasi (danger d'irradiation) ataudilarang masuk (franchisement interdit). KTDdäri persamaan (2) tersebut, digunakan untukmenganalisis apakah konsentrasi gas Radon hasilperhitungan pada Tabel 3 kolom 8, sudah ataubelum melebihi KTD yang telah ditentukan.
Berdasarkan pengalaman empirik danaturan penambangan di Perancis 6 daJamseminggu pemantauan tingkat konsentrasi gasRadon dilakukan tidak boleh kurang däri sekalipemantauan untuk seluruh daerah kerja dantempat-tempat pergantian giliran kerja sertapergantian daerah aliran ventilasi. Untuk beberapatitik tertentu seperti pada daerah yang lama telahdilinggalkan tidak untuk kegiatan penambanganuranium lagi, yang biasanya kurang debit aliranudara ventilasinya sehingga kosentrasi Radondiduga akan meningkat, harus dilakukanpemantauan tingkat konsentrasi gas Radonsekurang-kurangnya 3 kali dalam waktuseminggu. Daerah mineralisasi, yang merupakandaerah kerja pengeboran, peledakan, pengambilanatau transportasi mineral serta penyanggaanterowongan, harus dilakukan sekali pengambilancuplikan konsentrasi gas Radon di udara untuksetiap kali saat kegiatan pengeboran, setiap kalisetelah dilakukan peledakan mineral, setiap kalisaat dilakukan pengambilan atau pengangkutanmineral tambang, serta setiap kali kegiatanpenyanggaan terowongan.
3. Konsentrasi rerata gas Radon danturunanya
Konsentrasi rerata Radon dan turunannyapada daerah kerja tertentu i dalam sehari,dipersamaankan sebagai:
K, - ((W6l x R6, + W u x Ru + W», x RA,+ W S , x R,0 x 300 pCi/liter) / 8 jnm (3 )
dimana:K i : konsentrasi rerata Radon dan
turunannya pada daerah kerja ke itertentu, dalam satuan pCi/liter.
Wai : waktu bekerja saat kegiatanpengeboran daerah mineralisasi,dalam satuan jam.
WLi : waktu bekerja setelah peledakandaerah mineralisasi, dalam satuanjam.
WAi : waktu bekerja saat kegiatanpengambilan atau pengangkutanbatuan mineral, dalam satuan jam.
Wsi ; waktu bekerja saat kegiatan
91
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklirf'EBN-BATAN, Jakarta !8-19Maret 1996
penyanggaan lerowongan, dalamsatuanjam.
RAi : faktor kelipatan konsentrasi Radon didaerah kerja pengeboran daerahmineralisasi, tanpa satuan.
RLJ : faktor kelipatan konsentrasi Radon didaerah kerja peledakan daerahmineralisasi, tanpa satuan
RAJ : faktor kelipatan konsentrasi Radon didaerah kerja pengambilan ataupengangkutan batuan mineral, tanpasatuan
Rsi : faktor kelipatan konsentrasi Radon didaerah kerja penyanggaanterowongan, tanpa satuan
8 jam : waktu makshnurn bekerja dalainsehari bagi penambang uraniuin
i : daerah kerja ke I, tanpa satuan(dimensionless)
Menurut BATAN 2, batas tuninan kadar diudara dengan penyinaran 2000 jam per tahununtuk gas Radon 86Rn222 kadar ataukonsentrasi nya sebesar 3 x 10"7 Ci/ni3.
Total dosis gas Radon dan turunannyadalam keadaan setimbang atau TDR yang di scrapolch paru-paru seorang pekerja tanibang uraniumialah:
TDR = (4)
dimana:11)11 : Total dosis Radon yang diserap
seorang pekerja tanibang uraniumuntuk sctiap liter udara yang tcrhisapke dalam paru-paru penambang ataueksplorator uranium, dalam satuan pCi
Bj : Banyaknya frekuensi kegiatan dalamsatu daur kegiatan penanibangan yangdilakukan pada daerah kerja tertentutanpa satuan
Kj : Konsentrasi rerata Radon danturunannya pada daerali kcrja tertcntu idalam satuan pCi/liter
i : daerah kerja tcrtcntu tanpa satuan(dimension/ess)
Menurut BATAN2, balas niasukan talumanberbagai radionuklida berdasarkan faktorkelarutan melalui pcrnafasan untuk pekerjaradiasi, dalam hal ini termasuk pekerja tambanguranium, tertulis bahwa untuk gas Radon sfiRn222
dosisnya sebesar 7,3x103 (.iCi.Diasumsikan pekerja lambang tersebut
dalam setahun bckcrja 11 bulan dimana I bulan
tidak bekerja untuk cud tahunan dan ijin-ijinkeperluan penting lainnya. Dalasn semenit, orangbernafas 20 kali, dengan volume wdara yangdihisap paru-paru sekitar 2 (dua) liter9. MenurutH. Joffre 8, zat radioaktif yang diserap manusiamelalui paru-paru hanya i/8 bagian yang tinggaidi paru-paru, lainnya tinggal dikerongkongan,aliran darah serta organ tubuh tertentu.
TATA KERJA
1. Diasumsikan bahwa seorang penambang ataueksplorator TEUR bekerja selarna 4 (empat)minggu dalam sebulan, datanya dimasukkanke Tabel 2 kolom 1, yaitu minggu I, II, HIdan IV.
2. Diasumsikan lokasi kegiatan penanibangan diterovvongan silang (TS)-1, II, III dan IV padaterowongan eksplorasi uranium di Remaja(TEUR) Kalimantan Barat, seperti padaGambar 2. Datanya dimasukkan ke Tabel 2kolom 2, yaitu : TS - I, TS - II, TS - III danTS - IV.
3. Diasumsikan frekuensi bekerja (Bj) dariseorang penambang atau ekplorator TEUR,dengan data seperti pada Tabel 2 kolom 3.Data ini nantinya untuk dikalikan dengankonsentrasi rerata gas radon pada lokasitertentu (K() dari hasil perhitungan sepertitertera pada Tabel 3 kolom 8.
4. Dicatal jenis kegiatannya serta lamanyawaktu bekerja (Wj) pada masing-masing jeniskegiatan tersebut dari penambang ataueksplorator TEUR dan datanya dimasukkanke Tabel 2 kolom 4 dan 5
5. Botol untuk mencuplik konsentrasi gas radonbagian dalamnya berlapiskan AgZnS, denganvolume 125 cc. Sebelum digunakan untukmencuplik gas radon, botol harus disemprotbagian dalamnya dengan udara bertekananhingga bersih dari debu-debu yangmengandung gas radon. Untuk mengetahuibotol -bolol tersebut sudah bersih, botoldicacah dengan menggunakan alatphotomultiplier detektor a. Jika hasil cacahansudah inendekati 0 (nol) Cacah Per Menit,maka botol dianggap sudah bersih dari debu-debu yang mengeluarkan gas Radon.
6. Udara dihisap dari dalam botol cuplikan yangditutup dengan gabus karet pejal, sehinggaboto! menjadi hampa. Tingkat kehampaandiatur sedemikian rupa sehingga secaraekperi mental diharapkan udara daerahpenanibangan dapat mengalir masuk ke botolmelalui lubang tusukan jarum suntik padagabus karet penutup botol cuplikan.
92
Providing ''resentasi Hmiah Daur Bahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
7. Dicuplik konsentrasi gas Radon dari setiaplokasi kegiatan penambangan dimana seorangpenambang yang diamati bekerja pada saatmelaksanakan kegiatan penambangan. Carapencuplikan adalah dengan meiuisuk gabuskaret penutup botol dengan jarum suntik,sehingga gas Radon di dalam terowongandapat masuk ke dalam botol cuplikan.
8. Dicacah konsentrasi gas radon setelah 3 (tiga)jam dari waklu pengambilan cuplikan darilokasi tertentu dan kegialan penambangantertentu. Ketika konsenlrasi gas radon padawaktu tersebut telah sctimbang denganturunannya 6, hasilnya dimasukkan ke Tabel2 kolom 6.
9. Dihitung perkalian vvaktu dan konsentrasiRadon beserta tumnannya dari Tabel 2 kolom5 dan kolom 6 dan hasilnya dimasukkan keTabel 3 kolom 7.
10. Dihitung konsentrasi rerata Radon padadaerah kerja ke i atau K(i) dengan persamaan(3) selama waktu tcrtendi. Hasilnyadimasukkan ke Tabel 3 kolom 8.
11. Dihitung masing-masing dosis gas radon danturunannya yang terserap seorang penambangatau eksplorator uranium, dari TerowonganSilang (TS) I, II, III dan IV, yang merupakanperkalian dari Tabel 3 kolom 3 dan kolom 8.Hasilnya dimasukkan ke Tabel 3 kolom 9.
12. Dihitung dosis total gas radon atau TDR yangterserap oleh pekerja tambang selama sebulandengan persamaan (4), yang merupakanjumlah dosis dari Tabel 3 kolom 9. Hasilnyadimasukkan ke Tabel 3 kolom 10.
13. Dianalisis perbandingan K; dan KTD daripersamaan (2) berdasarkan peraturanBATAN maupun COGEMA Pcrancis.Hasilnya diuraikan pada Bab HASIL DANPEMBAHASAN.
14. Dianalisis apakah dosis gas Radon yangdiserap tersebut melebihi ambang batas dariketentuan BATAN untuk jangka waktu 1(satu) tahun.
HASIL DAN BAHASAN
1. Hasil perkalian waktu (W;) dari Tabel 2kolom 5 dengan konsentrasi Radon danturunannya (Ri) dari Tabel 2 kolom 6,hasilnya dimasukkan ke Tabel 3 kolom 7.
2. Hasil perhitungan konsentrasi gas Radon danturunannya dalam sehari denganmenggunakan persamaan (3), hasilnyadimasukkan pada Tabel 3 kolom 8. Temyatakonsentrasi gas radon beserla turunannyadalam sehari tersebut ada yang di bawahKTD, yaitu pada Terowongan Silang (TS) - 1 ,II dan IV, tetapi ada yang sedikil mclebihi
KTD, yailu pada TS - III yang besarnya 1,094x KTD atau 328,2 pCi per liter.
3. Dosis gas radon dan turunannya yang terserappenambang atau eksplorator TEUR dalamminggu ke I, II, III, dan IV yang merupakanperkalian dari Tabel 2 atau Tabel 3 kolom 3dengan Tabel 3 kolom 8, hasilnyadimasukkan ke Tabel 3 kolom 9.
4. Dosis gas radon dan turunannya yang terserappenambang atau eksplorator pada TEURselama sebulan merupakan penjumlahanseluruh data pada Tabel 3 kolom 9, danhasilnya dimasukkan ke Tabel 3 kolom 10,yaitu sebesar 7,563 x 300 pCi.
5. Berdasarkan asumsi-asumsi yang telahdiambil, bahwa penambang atau eksploratordalam setahun bekerja 11 bulan, dalam 1(satu) menit orang bernafas 20 kali, denganvolume udara yang terhisap paru-paru sekitar2(dua) liter, dan zat radioaktif yang terserapmanusia melalui paru-paru hanya 1/8 bagianyang tertinggal di paru-paru maka dalamwaktu 1 (satu) bulan gas Radon yang telahterhisap oleh penambang atau eksploratorTEUR ialah sebanyak 31 jam x 60 menit x 20kali x 2 liter x 1/8 bagian = 9300 liter. Waktuselain 31 jam dari perhitungan tersebut,berasal dari Tabel 2 atau Tabel 3 kolom 5.
6. Dosis gas radon selama 1 (satu) tahun yangditerima penambang atau eksplorator TEURialah 11 bulan x 7,563 x 300 pCi/ liter x 9300liter = 2,3 x 102 ^Ci. Dosis ini masih dibawah batas masukan tahunan melaluipernafasan untuk ggRn222 yang telahditentukan BATAN yaitu 7,3 x 102 nCi.
7. Jika daerah-daerah kerja TS - 1 , TS - II, danTS - IV dianalisis, ternyata konsentrasi gasRadon di udara belum melebihi batas yangditentukan oleh BATAN. Sedang pada TS -III sedikit melebihi, yaitu sebesar 328,2pCi/liter.
SIMPULANPerhitungan konsentrasi gas Radon yang
terhisap oleh seorang penambang atau eksploratoruntuk kegiatan penambangan pada TEUR, yangmeliputi kegiatan pengeboran, peledakan,pengambilan atau pengangkutan mineral, sertapenyanggaan dinding dan atap terowongan, telahdilaksanakan seperti diuraikan di atas.
Dosis gas Radon yang terserap melaluipernafasan pekerja tambang uranium, tergantungpada jumlah kegiatan, lama kegiatan serta jeniskegiatan penambangan uranium tertentu.
Dari perhitungan yang telah dilakukan diatas, diperoleh konsentrasi gas Radon pada TEUR
93
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BAT.AN, Jakarta 18-19 Maret 1996
masih berada di bawah balas maksimumkonsentrasi gas Radon untuk pekerja radiasi yangditentukan oleh BATAN. Demikian pula, dosispekerja tambang uranium yang telah diuraikanjuga di bawali dosis batas maksimum yang telahditentukan oleli BATAN yaiu 2,3 x 102 nCi2.
DAFTAR PUSTAKA
1. SANTOSADJAJA.B., dkk., " Pengiikuranemanasi gas Radon dari permukaan lubangbor Long Year - 65", laporanPPBGN/KKL/P/001/90, halaman 3.
2. BATAN, "Ketentuan Kesclamatan KerjaTerhadap Radiasi", Lampiran SK DirekturJenderal BATAN, nomor : PN 03/160/DJ/89,Jakarta 1989, halaman 143.
3. BATAN, "Baku Tingkat Radioaktivitas diLingkungan", Keputusan Direktur JenderalBATAN, Nomor: 293/DJ/VI1/1995.
4. BUNA WAS, dkk., "Perkiraan kontaminasiinterim radium karyawam PPBGN BATAN",Presentasi Ihniah Keselamatan Radiasi danLingkungan, Jakarta 18-19 Agustus 1993,ISSN: 0854-4085, halaman 379-394, 1993.
5. CEA, "L'industrie Miniere Francaise deL'Uranium", CIPRA, 1985, halaman 45.
6. COGEMA, "Guide de formation filiere 191-192 la radioprotection," S.F.P. Limoges,1985, halaman 36-80.
7. KAPLAN, I.,"Nuclear Physics", Addion-Wesley Publishing Company, Second Edition,1975.
8. JOFFREE ,H.," Determination des irradiaionsinterne et externe par contamination de l'air edu sol a proximite" des pi!es,"CEA, 1985,halaman 2.
9. KALTREIDER et al., "Lung volumes andcapacities in resting adults," AmericanReview Tubercolosis, vol. 37, halaman-662,1938.
94
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
Tabcl 1. Seri Uranium (U23ii)'
NuklidaTT238
92 U
90 i np-234
91 r aTT234
92 UT 1 230
90 111
P a 2 2 6
8 8 * ^
8 6 Ra 2 2 2
84Po218
P h 2 U
82^0At21885AI
83Ö1p_214
84rO
81 I»pu2IO
R i 2 1 0
p n 2l081 rO
T-i206
pu206
Tipe DisintcgrasiaPPaaaa
a,pPa
a,PaPPPa
PStabil
Waklii Paro4,5 x 109 tiihun
24,1 hari1,18 menit
2,5 x 10s tahun8,0 x 10" hari
1620 talnm3,82 hari
3,05 menit26,8 .menit
1,5 - 2,0 detik19,7 menit
1,64 x 10"4 detik1,32 menit19,4 lahun5,0 hari
138,3 hari4,2 menit
Energi Partikel a (MeV)4,200,192,32
4,7684,68 milli elektron Volt
4,769 milli elektron Volt5,49
a: 5,9980,7
6,697a: 5,51 milli elektron Volt
7,6831,9
0,0171,1555,3051,51
Sumber: COGEMA,halaman 80.
"Guide de formation filicrc 191-192 la radioprotection," S.F.P. Limoges, 1985,
UTARA UJUNG BELAKANGTEROWONGAN
Q TS-H-SAUS = 180 m3 / menit T U t
SIMPUL 1
SIMPUL 2SIMPUL 3
KETKRANGAN
TIJ: Tcrowotipnu Ulania
CAMP REMAJA
UJUNG DEPANTEROWONGAN
Gambar 2. Lokasi kegiatan penambangan pacia terowongan eksplorasi uranium Remaja (TEUR).
95
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-LWAN, Jakarta !8-!9Maret 1996
Tabel 2. Data kegiatan scorang pcnanibaiig atau eksplorator uranium pada terowongan eksplorasi uraniumdi Remaja Kalimantan Barat.
Minggu
Ke:
1I
II
III
IV
DaerahTerowongan
(i)
2T S - l
T S - I I
TS - 111
T S - I V
Frekuensibekerja seorang
penambang/eksplorator
(Bi)
35 kali
6 kali
6 kali
5 kali
Lama waktu bekerja
Kegiatan
4Bor(B)
Ledak (L)Angkut (A)
Sangga(S)
BLASBLASBLAS
Lamanyada lam jam
(Wi)
53
0,52,52
3,50,5223
0,52.52
2,50,522
Faktor kelipatankonsentrasi Radon
dan turunannya(Ri)
60,81,40,60,20,40,90,60,11,22,11,40,30,91,50,70,2
Tabe
MingguKe:
1
I
II
III
IV
3. Hasil
DacrahTero-
wongan
(i)
2
TS-I
TS-II
TS - III
TS-IV
dosis gas Radon yang Icrhisap olch seorangj a d a terowongan eksplorasi uranium di
Frekuensibekerjaseorang
penanibang/ cksploratnr
(BO
3
5 kali
6 kali
6 kali
5 kali
Lama wakiu hekcrja
Kegintan
4
Bor(B)Ledak (L)
Aiigkut (A)Sangga(S)
BLAS
BLAS
BLAS
Lamanya(jam)(WO
5
30.52,52
3,50,5223
0,52,52
2.50,522
Faklorkelipalankonsentrasi Radon
dantunmann
ya(Ri)
6
0,81,40,60,20.40,90,60,1
1.22,11.40,3
0,91,50,70,2
pekerjaRemaja
(W,)x
(Ri)
70,240,701,500.401,400,451,200,20
3,601,053,500,60
2,250.751.400,40
ijung depan daur bahan bakar nukhr(alimantan Barat.
Ra + W u x Ru+ W A 1 xR«+
300 pCi/litcr} /8 jam
dalainpcrluilinn 300
pCi/l!ter
(konsentrastgas Radon
dalam sehari)
80,625
0,406
1,094
0,600
2
datumperkalian300 pCI
(untuk setiappenambang
ataueksplorator)
91,563
1,218
3,282
1,500
dalamperluilian300 pCI
(Total dosisgas Radon
dalamsebulan untuk
sctiap literudarayang
terhisappenambang
ataueksplorator
TEUR)
10
7,563
96
ISSN 1410-1998 Presiding Presentasi Daur Bahan Bakar NulclirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
PROSPER BAHAN BAKAR URANIUM SILISIDA DENGAN Si-HIPOSTOIKIOMETRIK (KADAR Si <=3,7 %)
Asmedi Suripto, Sardjono, MartoyoPusat Elemen Bakar Nuklir
ID0100059
ABSTRAK
Upaya untuk mendapatkan tingkat-muat tinggi dengan bahan bakar uranium silisida U3Si2 denganteknologi fabrikasi yang telah dikuasai saat ini hanya akan mampu mencapai tingkat-muat sedikit diatas 5gU/cm3 . Perolehan tingkat-muat di ätas äras itu tidak dimungkinkan oleh adanya keterbatasanfabrikabilitas. Untuk menanggulangi barier fabrikabilitas itu difikirkan penggunaan bahan bakar denganbasis uranium silisida U3Si2 saja. Kelebihan U ini diperoleh dengan mensintesis U3Si2 pada keadaan Si-hipostoikiometrik, tanpa menerapkan heat treatment terhadap ingot yang diketahui akan dapatmenimbulkan U3Sj yang tidak dikehendaki. Kelebihan U diharapkan akan bereaksi dengan matriks Almembentuk senyawa UA1X yang keberadaannya dapat diterima. Eksperimen unluk menjajagikemungkinan menyiapkan dan menggunakan campuran bahan bakar itu telah dilakukan denganmelakukan sintesis campuran U3Si2-U pada komposisi kadar Si 3,7 % berat dan 3 % berat. Ingot dapatdiperoieh dan dijadikan serbuk dengan cukup berhasil dan kemudian difabrikasi menjadi pelat elemenbakar eksperimental untuk diamati derajat intcraksi antara U bebas dan matriks Al selarna pengerjaanpanas yang berlangsung selarna perolan pelat elemen bakar. Penelitian masih akan diteruskan untuktahapan-tahapan lebih lanjut.
ABSTRACT
An attempt to obtain high uranium-loading in siiicade dispersion fuel element using the fabricationtechnology applicable nowadays can reach Uranium-loading slightly above 5 gU/cm3. It is dijfcult toachieve a higher uranium-loading than that because of fabricability constraints. To overcome thosedifficulties, the use of uranium siiicade U£i based is considered. The excess of U is obtained bysynthesiting U3S12 in Si-hypostoichiometric stage, without applying heat treatment to the ingot as it cangenerate undesired U3Si. The U will react with the matrix to form U Alx compound, that its presure istolerable. This experiment is to consider possibilities of employing the U^i2 as nuclear fuel elementwhich have been performed by synthesiting U3S12-U with the composition of 3.7 % weight and 3 % weightU. The ingot was obtained and converted into powder form wich then was fabricated intmexperimentalplate nuclear fuel element. The interaction between free U and Al-matrix during heat-treatment is therolling phase of the fuel element was observed. The study of the next phase will be conducted later.
PENDAHULUAN
Pencarian bahan bakar untuk reaktor risetstabil selarna iradiasi (dengan tingkat swellingminimal) telah mengantarkan kepada penggunaanuranium disilisida U3Si2, mcninggalkan upayauntuk menggunakan U3Si yang memiliki densitaslebih tinggi, akan tetapi kinerja selarna iradiasitidak baik' .
Pada bulan Juli 1988 US-NRC (US-NuclearRegulatory Commission) mengeluarkanpernyataan bahvva, ätas dåsar riset pengembanganyang menyeluruh, bahan bakar maju U3Si2 hinggatingkat muat 4,8 gU/cm3 terbukti laik digunakansebagai bahan bakar tipe MTR (tipe pelat denganbahan bakar dispersi) 2 . Bahan bakar uraniutn-
disilisida, U3Si2( memiliki keunggulan relatifsebagai berikut.
a. densitasnya 12,2 g/cm3, cukup tinggidibandingkan U3Og maupun U Alx
b. stabilitas sangat baik selarna iradiasi (tidakmembengkak/*we///flg berlebihan)
c. fabrikasi dan prosesnya relatif mudah.
Di Indonesia, penelitian penggunaan U3Si2
sebagai bahan bakar reaktor riset telah dinuilaisejak 1988 dengan telah menguasai tahap sintesisbahan bakar U3Si2,
3 dan selanjutnya dibuklikanpula berhasil mencapai kerna mpuan berproduksibahan bakar dalam jumlah lebih besår danmenyiapkan prototipe elemen bakar berisi dispersiU3Si2-Al dengan tingkat muat 3.0 gU/cm3
97
Prosiding Presentasi Daur Bahan Bakar Nuklir.rK"V-?/"'!,V, .'-hii-a 18-19Maret 1996
(setingkat-muat dengan yang digunakan di RSG-GAS dalam bentuk elemen bakar U3O8-A1) untukuji iradiasi, dan membuktikan bahwa elemen ituberkemampuan tetap stabil selama diiradiasi yangkemudian tdah dibuktikan dengan ujipascairadiasi pada tahun 1994.A Menyusul studiproduksi bahan bakar dan elemen bakar, studikonversi teras RSG-GAS dari penggunaan bahanbakar uranium oksida U3Og ke penggunaan U3Si2
juga sudah mulai dilaksanakan dan akandirealisasikan pada Repelita VI ini, dalam rangkameningkatkan kinerja RSG-GAS pada tingkat-muat U lebih tinggi memanfaatkan densitas U3Si2
yang lebih kurang 50 % lebih tinggi dari densitasU3Og s. Selanjutnya, selama Pelita VI pengem-bangan bahan bakar U3Si2 dicanangkan bertargetmendapatkan penguasaan teknologi bahan bakaruranium silisida bertingkat-muat lebih tinggihingga mencapai sekitar 5,2 gU/cm3.6
Namun penggunaan bahan bakar U3Si2
tidak dapat menjawab permintaan tingkat-muatdispersi lebih dari 5 gU/cm3 (daging),dikarenakan keterbatasan fabrikabilitasnya. Batasserupa menjadi alasan mengapa U3O8 yang hanya8,3 g/cm3 tidak mungkin memiliki tingkat-muatdi atas 3,2 gU/cm3 (daging). Masyarakatinternasional yang telah dan akan menderitakerugian unjuk kerja kerena mengubah bahanbakarnya dari perkayaan tinggi >90 % menjadi<20 % masih tetap belum puas denganpenggunaan U3Si2 yang tidak dapat mencapaitingkat-muat tinggi.
Untuk menjawab tantangan itu, difikirkanpenyiapan bahan bakar baru yang memilikidensitas tinggi dan stabil selama iradiasi,sehingga dalam bentuk dispersi dapat mencapaitingkat-muat tinggi. Semula U3Si dipilih, tetapiternyata tidak memiliki sifat iradiasi yang baik.Sekarang sedang dicoba U-nitrida walaupunbelum dibuktikan dapat memenuhi syarat sebagaibahan bakar.
Penelitian ini dimaksudkan untuk merintiskegiatan pengembangan ke arah pcrolehanpenguasaan teknologi paduan uranium-silikonyang dapat digunakan sebagai bahan bakar danmemberikan kcmungkinan mendapatkan tingkat-muat amat tinggi.
KONSEP BAHAN BAKAR BARU URANIUMSILISIDA
Kandidat bahan bakar diasumsikan akanberasal dari lingkungan famili uranium silisidayang memiliki diagram fasa seperti ditunjukkan
pada Gambar I. Dihipote " l^a 11\\ a apabilarasio atomik U/Si dibuat <; bib besardari pada 3,0 (3 adalah tej i i arenbuatU3Si), lalu campuran ulci/Ui «u aikenaipendinginan cepat, maka c can t t s paduanU3Si2 bercampur dengau sisa < m (yangberlebih) dalam bentuk U bebas
Sepanjang garis pembewtolcaR fasa U3Simisalnya, yang dikenal memiUM densitas tinggi',yaitu 15,2 g/cm3, dari daersh leburan (iikuidus)hingga terbentuknya beberapa campuran paduan .Apabila pendinginan berjalan cepat sekali, makatidak sempat terbentuk U3Si (atau U3Si yangterbentuk pada pendinginan cepat sangat sedikit),dan sebagai gantinya akan ada U3Si2 dan U bebas.Karena pembekuan yang berlangsung cepat, makaU3Si2 yang memiliki titik beku lebih tinggi akanmembeku terlebih dahulu membentuk dendrit danberikutnya sisa U akan membeku di rongga-rongga antar dendrit tadi. Mekanisme ini sudahterbukti untuk paduan U3Si2 maupun lainnya7'8 .
Bila campuran ini dibuat menjadi serbukdan dianggap sebagai bahan bakar, makadiperkirakan kehadiran uranium bebasnya secaradrastis akan meningkatkan densitas campuranyang terbentuk, yang pada gilirannya akanmemungkinkan mendapatkan tingkat-muat tinggi.Terbentuknya U3Si akan sangat kecil mengingatpaduan ini terbentuk sangat lambat di bawah suhuperitektoid, yaitu 925° C'
Namun keberhasilan mensintesis paduanuranium-silikon dan menjadikannya serbuk calonbahan bakar masih menghadapi pertanyaan :bagaimana U bebas akan diizinkan dipergunakansebagai bahan bakar, mengingat sifat iradiasinyasangat buruk. Untuk itu diperlukan studikarakterisasinya untuk mengetahui sifat fisikpaduan dan kelakuan/interaksinya dengan bahanlain yang menyusun pelat elemen bakar, terutamadengan aluminium dan U3Si2 baik selama dalamproses fabrikasi maupun selama diiradiasi.Dipilihnya campuran bahan bakar ini disertaiharapan bahwa U bebas yang terdapat diantaradendrit U3Si2 itu akan berintcraksi dengan bahanlain, terutama matriks Al, membentuk paduanUA1X yang diketahui stabil dalam iradiasi.
Difiisi U-Al terbukti berlangsung bahkanhanya di antara dua permukaan logam yang salingdilengketkan dengan tekanan pada pengaruh suhutertentu. Di dalam sistem dispersi yang diusulkannanti, bahan bakar campuran akan berbentuk butiryang sebagian besar berukuran puluhanmikrometer (40-125^.). Dengan demikian, makabagian dari butir yang memiliki U bebas akan
98
Prosiding Presentasi Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATÅN, Jakarta 18-19 Maret 1996
berkesempatan berkontak langsung denganmatriks Al. Diharapkan däri kontak itu akanterjadi interdifusi yang inenghasilkan bahan bakarlebih stabil UA1X.
PERLENGKAPAN DAN TATAKERJA
a. uranium terdeplesi (perkayaan 0,25 % -0,30 %) dalam bentuk logam
b. silikon berkemurnian tinggi (derajatsemikonduktor)
c. bahan untuk pencucian kimia (pikling)d. gas argone. bahan pengetsa cuplikan ingot dan
cuplikan pelat eleinen bakarf. bahan pembentuk mouldg. bahan poles cuplikan metalografi
Peralatan
a. Timbangan elektronikb. Tungku lebur vakum dengan busur listrikc. Piranti piklingd. Mesin gems, mesin ayak, mesin pengering
serbuke. Mesin pres inti elemen bakarg. Peralatan penyiap cuplikan metalografih. Peralatan Uji : Mikroskop Optik dan
Mikroskop Elektron Scanning
Tatakerja Percobaan
Pembentukan campuran paduan
Logam uranium dan silikon, keduanyadalam bentuk scrpih atau potongan kecil dileburbersama dan berulang-ulang untuk mendapatkankesempurnaan peleburan, dalam tungku busurlistrik vakum dalam lingkungan argon tekananrendah. Dengan komposisi berat Si antara 3,0 -3,7 %, maka däri peleburan ini terbentukcampuran paduan uranium silisida dan uraniumbebas berupa ingot berbentuk cakram.
Penyiapan pelat elemen bakar
Ingot berbentuk cakram itu kemudiandigerus menjadi serbuk, lalu dihaluskan dandiayak untuk menghasilkan serbuk distribusiukuran yang dibutuhkan bagi fabrikasi, yaituantara 40-125 n.
Untuk memfabrikasikan serbuk menjadielemen bakar diikuti proses fabrikasi yang berlakubagi uranium trioksida. Pertama serbuk bahan
i -MS' ~im
t i i nu i I I i i55 w S i w ra w » s i»touic ptncut sucm
Gambar 1. Diagram fasa sistem paduan U-Si
bakar dicampur dengan serbuk bahan matriks(aluminium) dengan perbandingan tertentu dandipres menjadi keping cetak inti elemen bakar(IEB). Keping cetak ini berupa cetakan dispersiserbuk bahan bakar dalam serbuk bahan matriks,sehingga bersama-sama mereka sering disebutbahan bakar dispersi. IEB ini kemudiandibungkus secara teknik picture and frame dengantiga lembar bahan kelongsong. Rakitan itukemudian dirol pada suhu tinggi (sekitar 420° C)beberapa kali hingga memanjang sekaligusmenipis membentuk pelat elemen bakar (PEB). Didalam PEB ini serbuk bahan bakar tetap dalamkeadaan dispersi tetapi merata di luasan PEBtersebut.
HASIL DANBAHASAN
Sesuai perencanaan eksperimen, peleburandilakukan dengan komposisi Si 3,0 % dan 3,7 %.Komposisi 3,7 % sangat dekat dengan komposisiatomik U3Si, sehingga dengan sendirinyakomposisi 3,0 % jauh lebih kaya dengan U bebas.Peleburan berlangsung serupa dengan peleburanU3Si2 : logam U pertama melebur dan Si yangbertitik lebur lebih tinggi melarut di dalamleburan logam U.
Ingot yang diperoleh memperlihatkanmikrostruktur seperti terlihat pada Gambar 2a dan2b dan Gambar 3a dan 3b. Perlu dicatat, bahwabagian yang berkesempatan bertahan pada suhutinggi dan bagian yang segera mendingin masing-masing memperlihatkan mikrostruktur yang agakberbeda. Kiranya, struktur dendrit lebih besårterbentuk di bagian yang lebih lama bertahan
99
Providing Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN.. Jakarta 18-)9Maret 1996
a. mikrostruktur bagian luar ingot b. mikrostruktur bagian luar ingot
Gambar 2. Mikrostruktur ingot (Si 3,7%)Gambardihasilkan dengan metalografi optik, perbesaran 1000 x
a. mikrostniktur bagian luar ingot b. mikrostniktur bagian luar ingot
Gambar 3. Mikrostruktur ingot (Si 3,0%)Gambar dihasilkan dcngan metalografi optik, pcrbesaran 200 x
100
Presiding Piesenlasi Dciur Bahan Bakar NuklirI'ESN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
a. Dispersi bahan bakar daging c. Citra SEM dari batas bahan bakar dan bahanmatriks
Gambar 4. Citra SEM däri pelat elemen bakar
ÉÄ.V?'Ä?L<i
b. Citra SEM dari butir bahan bakar
pada suhu tinggi, sehingga kesempatanntenumbuhkan kristal dendrit menjadi lebihtersedia. Peran ukuran boleh jadi akan pentingartinya bagi fabrikasi karena dengan perbedaanukuran dendrit maka sebagai akibatnya ukurancelah berisi U bebas akan berubah pula dankesempatan membentuk kontak dengan Al dansaling mendifusi pun berbeda.
Proses fabrikasi yang diawali dengan prosespulverisasi sedikit mengalami hambatan karenaingot yang bersifat jauh lebih liat dari pada U3Si2
yang rapuh. Sebagai akibatnya, banyak fraksiserbuk yang berujut serpih panjang dari pada yangberupa butir bulat. Dikhawatirkan, prosespulverisasi yang berkepanjangan ini akanmengundang persenyawaan dengan oksigen yangakan mengubah sebagian U bebas menjadi UjOgyang stabil tetapi berdensitas relatif rendah.
Pengamatan terhadap irisan pelat elemenbakar eksperimental seperti ditunjiikan oleh citramikrostruktur dengan Scanning ElectronMicroscope (SEM) pada Gambar 4a, 4b dan 4c.Gambar 4a menunjukan tebaran bufir bahan bakarcampuran (Si 3,7 %) di dalam matriks Al.Gambar 4b memperlihatkan mikrostruktur daribahan bakar campuran di daiam sistem dispersi.Kenampakan ini bcrbeda dengan kenampakan
101
Prosiding Presentasi Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
mikrostruktur dari bahan sama sebelumdifabrikasi (lihat Gambar 2a dan 2b). Mungkin dibawah pengaruh suhu perolan dan tekanan roller,maka bentuk dendrit berubah menjadi lebihmembulat. Gambar 4c memperlihatkan bidangbatas antara butir bahan bakar dan bahan matriksdisekitarnya.Untuk sementara ini belum dapatdiamaati adanya interaksi berupa munculnya fasa"ketiga" sebagai hasil dari interdiffusion yangdiharapkan sudah mulai terjadi pada prosesfabrikasi (perolan) yang menggunakan waktulebih kurang 1 jam, suhu sekitar 425° C dantekanan rol yang cukup tinggi ( tetapi tidakterukur).
Perlu dicatat disini, percobaan pembuatanpelat eksperimental dengan bahan bakar berkadarSi 3,0 % belum dapat dilakukan pencekan apayang terjadi dengan bahan bakar tersebut.
SIMPULAN
Pengusulan bahan bakar kandidat berupacampuran U3Si2 dan U berlebih didesain akanmemberikan solusi akan kebutuhan bahan bakardengan densitas tinggi. Bahan bakar ini, padakomposisi 3,0 % dan 3,7 % Si telah berhasildisintesis dan telah pula dipulverisasi dengansedikit kesulitan karena sifatnya yang jauh lebihliat daripada U3Si2. Penyiapan serbuk yang terlalulama dapat mengundang masuknya oksigen yangberakibat pada susutnya densitas campuran karenasebagian U bebas akan membentuk U3O8.
Mikrostruktur dari kedua bahan bakarcampuran menunjukkan kemiripan struktur, yaitudidominasi oleh bekuan U3Si3 berbentuk dentritikyang mudah sekali membesar ukurannya karcnapemanasan dan waktu. Perubahan akibat waktudan pemanasan ini dapat memberikan keuntungandan kerugian terhadap kemungkinanberlangsungnya reaksi interdiffusion antara U danAl yang diharapkan akan menyusut jumlah Ubebas, sehingga diduga akan menjadi faktor kuatyang meningkatkan akscptabilitas bahan bakarcampuran. Hal serupa juga diharapkan dari prosespuiverisasi, di mana ukuran partikel dapatmenjadi faktor kuat yang menentukan laju reaksidifiisi yang disebutkan di muka.
Dari percobaan penyiapan pelatekperimental ( baru dengan campuran bahanbakar pada komposisi Si 3,7 %) belum berhasilmenunjukkan adanya reaksi interdiftisi yangdiharapkan. Ini barangkali memerlukan upayaaniling lebih lama pada suhu lebih tinggi terhadappelat hasil rol, yang diharapkan akan memberikanenhancement terhadap reaksi difusi itu. Upaya ini
akan menjadi salah satu program lanjut daripenelitian ini.
Enhancement of diffusion by irradiationboleh-jadi sangat menonjol apabila bahan bakardalam status terdispersi di dalam pelat diiradiasi.Oleh karena itu program iradiasi juga akandiadakan untuk mengamati keboleh-jadiantersebut.
Jadi penelitian ini masih sangat perludilanjutkan dengan melengkapi percobaan berkaitdengan campuran bahan bakar pada komposisi Si3,0 % yang belum diselesaikan, dan kemudianmenambahkan pula progam aniling terhadap pelatpada suhu lebih tinggi dan waktu lebih lama sertamengadakan percobaan iradiasi mini pelat darikedua bahan bakar.
UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terimakasih disampaikan pertamakepada Sdr. Yuwono, mahasiswa PATN yangsedang mengerjakan penelitiannya dalam bidangyang ikut mendukung penelitian ini. Selain itu,para penulis juga mengucapkan terima kasihkeapada Sdr. Nusin Samosir yang banyakmembantu dalam pengoperasian SEM untukmendapatkan citra SEM dari pelat eksperimental.
PUSTAKA
1. Domagala, R.F., Phase in U-Si Alloys, Proc.of the International RERTR Meeting,October 1986, ANL/RERTR/TM-9 (Juli1988).
2. US-NRC, Safety Evaluation Report Related tothe Evaluation of Low-Enrichhed UraniumSilicide-Aluminium Dipersion Fuel for Usein Non-Power Reactors, US-NRC ReportNUREG-1313(1988).
3. Suwarno, H., et al, Eksperimental Work onUxSiy Fuel Powder Preparation, Proc. of the2nd Asian Symposion on Research Reactor,Jakarta 1989 (1992).
4. Soentono, S. and Suripto ,A., Attempt toProduce Silicide Fuel Elemen in Indonesia,Proc. of the 12th Conf. on RERTR, Berlin1989(1991).
5. Arbie, B., in a Doctorate Thesis to besubmitted in 1996.Suripto, A., et Terms ofReference (TOR) Proyek PPTEBN,BATAN-PEBN(1993).
6. Domagala, R.F., et al, Some Properties of U-Si Alloys in the Composition Range UsSi toU3Si2, ibid.
102
i osiding Prcsentasi Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATÄN, Jakarta 18-19Maret 1996
7. Supardjo, Karakterisasi Paduan UxSiy padadaerah komposisi antara 6,62 s/d 7,63 % Si,Tesis Magister, Institut Teknologi Bandung,1993.
8. Green, D.R., Diffusion of Uranium andAluminium- Silicon Eutic Alloy, HandfordAtomic Product Operation Report HW-49697(1957).
TANYA - JAWAB
1. Eric Johncri
• Media apa yang digunakan dan berapavolume media tersebut dalam proses quenchyang dilakukan. Karena hal tersebut akansangat berpengaruh terhadap fasa danperbandingannya. Dengan teknik quenchingserta media yang dipakai ada kemungkinansifat activity berkurang sehingga pulverisasibisa diatasi!.
Asmedi Suripto
• Quenching berlangsung dalam rongga tungkuinduksi sendiri yang bersuasana sub tekananberisi argon. Sangat mengharapkan saran,apabila ada, yang dapat membantu metodapenyiapan ingot yang tidak lagi terlalu liat.
2. Mulyadi R
• Bila temperatur fabrikasi yang Saudaralakukan rendah, maka menurut pendapat sayatak mungkin terjadi reaksi UA1 (temperaturmelting U > 2000° dan Al > 600° C ).Karena bila diharapkan terjadi difusi harusdiatas atau mendekati temperatur tersebut.
Asmedi Suripto
• Temperatur fabrikasi tidak terlalu rendah,sekitar 420 - 500° C dengan waktu beberapajam dan dengan tekanan rol beberapaton/cm2. Jadi wajar mengharapkan terjadinyahal itu mengingat penelitian sebelumnyatelah membuktikan adanya difusi tersebut.
3. Bambang Galung Susanto
• Kalau melihat dari hasil penelitian ini,ternyata U bebas tidak bisa diharapkanmenjadi U Alx. Bagaimana pendapat Saudarakalau pada penelitian ini arah dinibah sedikit
yaitu masing-masing dibuat paduan UALxdan U3Si2 kemudian pada fraksi berat tertentudigabung dengan matrix Al agar diperolehtingkat muat tinggi sekaligus U terikatdengan Al.
Asmedi Suripto
o Penggabungan diluar berakibat densitascampuran sangat rendah U3Si2 12,2 g/cc danUA13 5,4 g/cc. Untuk memasukkan campurankedalam pelat, akan ada kesulitanfabrikabilitas yang terbatas pada 45 - 50 %vol. bahan bakar.
4. As Natio Lasman
• Saya pernah mendengar, bahwa dari sisifabrikasi elemen bakar pelat dengan U3Si2
ternyata terdapat optimasi ekonomiproduksi/fabrikasi. Untuk densitas U-235 < 4gr U/cc ternyata tidak/kurang ekonomis biladibanding dengan densitas ä 4 gr U/cc. Andaipernyataan tersebut benar, mengapa dalamrencana produksi U3Si2-Al yang dilakukandigunakan kerapatan < 4 gr U/cc ?.
Asmedi Suripto
• Memang benar, bila dipandang dari kacamataoperator reaktor, karena densitas tinggi(muatan-tinggi) akan : memperpanjang lifetime -> less fabric cost/cycle, teras bisadengan # of fuel elements lebih sedikit. Tetapibila muatan terlalu tinggi, maka burnup tidakdapat terlalu diharapkan membesar terus,karena ketahanan bahan struktur yangmembatasinya. Semua diatas adalah darilogika pikir fabrikator, menanggapi jalanpikiran operator.
5. Gunandjar
o Pada keshnpulan disebutkan bahwapembuatan bahan baru (dengan konsep baru)tidak sulit. Mohon dijelaskan tidak sulit(tingkat kesulitan) tersebut relatif terhadapbahan bakar U3Si2 atau terhadap U3Si ?.
• Dari segi waktu yang dibutuhkan untukpembuatan bahan bakar baru. Berapa waktuyang diperlukan dan bagaimana jikadibanding dengan U3Si (pada U3Si disebutkanperlu waktu pemanasan selarna 3 hari setelahpembekuan) ?.
103
Prosiding Presentasi Daur Bahan Bakar NutdtrPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
Asnicdi Suripto ini saya kurang tnengeiti peningkatan difusi• Terhadap U3Si2, dan terlebih terhadap U3O8 dalam hal apa, apakah difiisi unsur atau difusi
yang sulit. U3Si belum pernah kita buat dan yang Iain. Untuk hal ini motion panjelasan ?.coba.
• Sengaja untuk bahan bakar bani tidak adaaniling, jads yang dipakai adalah hasil lebur as Asmedi Suriptocast.
• Disini ditinjau interatomic diffusion saja6. Sugondo dimana U dan Al diharapkan mengalami• Dalam kesimpulan ada pernyataan interdifusi cukup berarti.
Irradiation Enhanced Diffusion, dalam hal
104
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
PEMERIKSAAN PASCA IRADIASIELEMEN BAKAR DISPERSIU3O8-A1 TIPE PELAT
H. Nasution, Sugondo, Deddy Lutfi Amin, Siti AminiPusat clemen bakar Nuklir
ID0100060
ABSTRAK
PEMERIKSAAN PASCA IRADIASI ELEMEN BAKAR DISPERSI U3Og-Al TIPE PELAT. Telali dilakukanpemeriksaan pasca iradiasi terhadap eleinen bakar (EB) dispersi UjOs-Al dengan nomor seri RIE 01 yang diiradiasidalain reaktor selama lebih dari 2 tahun dengan derajat bakar 51,04 %. Pemeriksaan mencakup pemeriksaan visualdan dimensi, distribusi derajat bakar, uji usap dan analisis mikro struktnr dengan metalografi. Hasil pemeriksaanmenunjukkan bnhvva elemen bakar dan beberapa pelat yang dikeluafkan dari rakitannya masih dalam kondisi yangbaik (tetap dalain integritasnya). Terlilial pula adanya penibahan warna pada sebagian besar dari permukaan pelat,yang diperkirakan benipa lapisan oksida. Analisis gamma scanning untuk menentukan distribusi derajat bakarmenunjukkan bahvva derajat bakar paling tinggi berada pada posisi 30 cm dari bagian bawah pelat. Distribusi palingmerata ditemukan pada pelat paling dalam dari rakitan. Pada pemeriksaan pengukuran ketebalan pelat ditemukanbahwa pertambahan tebal pelat mengiknti arali distribusi derajat bakar. Namun detnikian dapat disimpulkan bahwaselunih perubahan yang terjadi masih dalam batas yang diizinkan ditinjau dari aspek keselamatan pemakaiannya didalam teras reaktor dan masih mungkin untuk meningkatkan derajat bakar diatas 51,04 %.
ABSTRACT
POSTIRRAD1AT1ON EXAMINATION OF U&s-Al PELATE TYPE DISPERSION FUEL ELEMENT.Postirradiation examination of plate type spent fuel element RJE-01 has been carried out in order to observe itsphysical changes and performance under irradiation in the reactor. The irradiation has been time more than twoyears with a declared hnrriup of 51,04 %. The examination included visual and dimensional measurement,measurement of burn-up distribution, wipe test and metallographic analysis. The results showed that all fuel platesretained their integrity. The colour changes were occurred on most of the plates surfaces suggesting that it wasgenerated from the oxide layer formation. From gamma-scanning examination it could be deducted that the highestbum-up distribution of the plate was at position of 30 cm from the bottom. A more homogeneous distribution wasfound in the middle plate of the bundle. The increased plate thickness, as revealed by dimensional measurements asin agreement with the bum-up distribustion pattern. Despite the changes observed it could be concluded that allchanges occured were still within the allowable limits and therefore it can recommended that an increase of theburn-up level above 51,04 % is still quite possible.
PENDAHULUAN
Sejak tahun 1990 elemen bakar rcaktor risethasil produksi IPEBRR - Pusat Elemen Bakarpada derajat-bakar (burn-up) 50 %. Dengan per-timbangan ekonomisasi pemakaian bahan bakardan atas permintaan PRSG lelah dilakukan eva-hiasi dan analisis melalui pengiijian-pengujianbaik secara teoritis inaupun laboratoris untukmengetaluii kemungkinan derajat-bakar dapatditingkatkan liingga 56 %. Analisis laboratoriumtelah dilakukan melalui Uji Pasca Irradiasi (UPI)di Instalasi Radiometalurgi PEBN. UPI yangdilakukan mencakup pemeriksaan secara tidakniemsak, yang incliputi pcineriksaan visual, lesusap, ukur kctcbalan pclat dan pemeriksaangamma scanning serta uji menisak imtnk analisisslniktur mikro. Hasil UPI menunjukkan balnvapenggunaan elcmen bakar sampai dengan tingkatderajat-bakar 51.04 % lidak menunjukkan adanyadeformasi /kemsakan yang bcrarti.
Nuklir (PEBN) telah mulai mengisi teras ReaktorSerba Guna G.A. Siwabessy, namun izinpemakaian yang diberikan oleh BPTA barusampai
BAHAN DAN TATA KERJA
Elemei) bakar bekas (EBB) yang digunakandalam pemeriksaan pasca iradiasi ini adalahelemen bakar bekas dengan nomor seri RIE 01,produk pertama Instalasi Produksi elemen bakarreaktor riset, PEBN. Data teknis elemen bakartersebut diberikan pada Tabel I. Pemeriksaanvisual dilakukan terhadap elemen bakar utuh(rakitan) dan terhadap 3 (tiga) pelat elemen bakar(PEB) yang telah dikeluarkan dari rakitannya.Pemeriksaan visual mengamati perubahan warnadari PEB, goresan dan retak, erosi,pembengkokan dan Iain-lain. Test usap dikenakanterhadap PEB yang mengalami cacat retak,tergores ataupun erosi dengan maksud untuk
105
Prosiding Presentas! Ilmiah Daur Bahan Sakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret) 996
mengetahui kemungkinan terjadinya pelepasanhasil fisi radioaktif dari lokasi cacat.
Pengukuran tebal pelat dilakiikan dengandial-micrometer serta dengan titik ukur yangcukup rapal, rerata 30 titik ukur untuk setiappelat. Perneriksaan gamma scanning dilakukan didua tempat yang berbeda. Pemeriksaan terhadaprakitan EBB niuh dilakukan di hot cell PRSGsedang pemeriksaan terhadap PEB dilakukan dihot cell IRM. Detektor yang digunakan untukkedua pemeriksaan ini adalah dari jenis Ge (Li)serta radio nuklida yang diperiksa distribusinyaadalah Cs tM dan Cs137.
Analisis struktur mikro dengan mikroskopoptik /dälakukan terhadap PEB pada daerahekstrim yang ditentukan berdasakan analisisdistribusi derajat bakar. Cuplikan diambil di duatempat dari pelat No. 11 yang posisinya palingtengah dalam rakitan elemen bakar, dengandimensi 3 x 3 x 1,33 mm.
HASIL PEMERIKSAAN DANPEMBAHASAN
Pemeriksaan secara visual terhadap :Elemen Bakar Bekas Utuh
Tidak diketemukan kelainan-kelainan, baikberupa bercak-bercak, perubahan warna, blister,pitting corrosion , pembengkakan ataupun gores-an-goresan pada permukaan pelat luar maupunkerangka struktur elemen bakar
Pelat elemen bakarTerjadi perubahan warna, dari warna abu-
abu ke warna putih pada sebagian besarpermukaan pelat, bahkan pada pelat no. 6 dan 11terlihat bebe-rapa bercak-bercak berwarna coklatkehitaman.
Test UsapHasil test usap terhadap bercak-bercak pada pelatelemen bakar No.6 dan 11 yang dicurigaiberlubang ataupun pecah, ternyata tidak menun-jukkan adanya kelainan. Hasil cacah cuplikanterhadap radionuklida hasil fisi menunjukkannilai yang tidak jauh berbeda dengan cacah latar.
Demikian juga dengan hasil test dosisradiasi terhadap cuplikan test usap yangmenunjukkan nilai yang sama dengan cacah latar.
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwatidak ada radionukHda produk fisi yang lepas daribercak-bercak yang diuji.
Pemeriksaan Gamma-ScanningPemeriksaan gamma-scanning terhadap
elemen bakar bekas utuh menunjukkan derajat-
bakar paling tinggi adalah pada daerah 20-35 cmbagian bawah elemer! bsksr. Sementarapemeriksaan gamma-scanning ierhsdap masing-masing pelat menunjukkan derajat bakar yangbervariasi antara ketinggian 15-45 dari bagianbawah pelat.
Pelat yang posisinya ssmsaan ke dalam padarakitan mempunyai derajat-bakar yang semakinmerata. Pada pelat no. 11 (AAA001!) derajat-bakar tertinggi terjadi pada posisi 15-45 cm daribagian bawah, pada pelat ke-6 (AAA0006), padaposisi daerah 15-35 cm dan pada pelat no.2(AAA0001) drajat-bakar tertinggi pada daerah20-27 cm dari bagian bawah pelat.
Pengukuran Tebal Pelat.Hasil yang ditunjukkan oleh pengukuran
tebal pelat pasca iradiasi pada Tabei 2, tidakmemberi gambaran yang akurat, terutama pelatno. 2, yang menunjukkan pertambahan tebalrerata yang cukup tinggi dibandingkan denganpelat no. 6 dan 11. Hal ini mungkin dikarenakanoleh penggunaan alat yang berbeda. Hasilpengukuran pelat no.6 dan 11 lebih dapatdipercaya, karena alat yang digunakan masih barudan terkalibrasi. Ditinjau dari daerah terjadinyapenebalan pelat terdapat gambaran bahwapenebalan pada:- pelat no. 2 terjadi pada daerah 5 - 40 cm- pelat no. 6 terjadi pada daerah 15 - 35 cm dan- pelat no. 11 terjadi pada daerah 15 - 50 cmmasing-masing dari bagian bawah pelat. Jikahasil pengukuran ketebalan ini dibandingkandengan hasil pemeriksaan gamma scanning makapelat no.6 dan 11 menunjukkan hasil yangbersesuai, yaitu pada daerah yang sama, di manaditemukan derajat bakar yang tinggi, disitu pulaterjadi penebalan pelat bahan bakar yang lebih.Hal ini dimungkinkan karena pada daerah derajatbakar yang lebih tinggi dihasilkan energi yanglebih tinggi yang dapat menimbulkan swelling,
Analisis MetalografiCuplikan metalografi diambil dari pelat No.
11 sebanyak dua cuplikan berjarak 300 mm daribawah yang diberi kode BE dan cuplikan yangdiambil pada jarak 135 mm dari atas diberi kodeTE. Pengambilan cuplikan didasarkan pada hasilgamma scanning yang nantinya dilanjutkan untukpemeriksaan derajat bakar secara radio kimia.Mikro struktur cuplikan tersebut dapat dilihatpada Gambar 7 dan 8. Dari observasi fotografimikro struktur pada perbesaran 600x tidak terlihatadanya scalling (lapisan A12O3. H2O boeh-mite)pada permukaan kelongsong aluminium. Jugatidak terlihat adanya microcrack padakelongsong maupun di dalam matriksnya. Pada
106
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
perbesaran 600x tersebut terlihat adanya spotyang tidak fokus. Spot tersebut adalah cekunganbekas pore hasil fisi. Ukuran partikel bahanbakar dievaluasi dengan mctode titik potong{intercept). Pada cuplikan BE sebesar 44,4 imdan besar partikel pada cuplikan TE adalah 39,7|im. Sedang butir kristal kelongsong aluminiumadalah 45,0 ^m.
SIMPULAN
Hasil pemeriksaan pasca irradiasi terhadapelemen bakar bekas RIE 01 telah memberikaninformasi dengan suatu simpulan sebagai berikut:l.Secara umum elemen bakar bekas RIE 01 ini
telah memberi tampilan yang baik sampaidengan derajat bakar 51,04%.
2.Distribusi tingkat derajat bakar pada pelatelemen bakar dipengaruhi oleh posisi pelatelemen bakar tersebut pada rakitannya.
3.Pemuaian ataupun swelling bahan bakar akancenderung terjadt pada derajat bakar yang lebihtinggi.
PUSTAKA
1.BELLE. J. Uranium Dioxide : Property andNuclear Apllication, AEC, Washington DC,1961
2. SMALLMAN, RE, Modern Metallurgy Physics,Fourth Edition, 1985
3. HROVAT. M, Basic Characteristic andrequirements of MTR Fuel, NUKEM GmbH,1985
TANYA JAWAB
1. Eric Johneri• Koreksi pada abstrak baris ke-4 dari bawah.
Sementara itu analisis metalografi danseterusnya Pernyataan ini menuruthemat saya terbalik. Tentunya pada makalahdalam kesimpulan perlu diperbaiki. Apakahdike-luarkan tingkat distribusi/homogenitasini akan lebih dapat menjelaskan yang terjadiselama pemakaian dan dapat membantumenjelaskan fenomena yang terjadi.
Hasbullah Nasution• Dalam abstrak aslinya tidak seperti dalam
panduan. Lihat makalah yang disampaikankepada panitia.
• Informasi yang penulis peroleh dari pabrikanmenyatakan bahwa pelat elemen bakar RIE-01 cukkup homogen tanpa ada hal-hal/kelainan yang luar biasa yang mungkinmerubah tampilannya dalam reaktor.
2. Hasnul Sofyan• Apakah hanya pemeriksaan 3 PEB cukup
untuk menyimpulkan bahwa penampilanradiasi EBB baik dan tanpa ada defreasilkerusakan yang berarti untuk seluruh EByang digunakan pada saat bersamaan ?
• Sampai seberapa besar kerusakan EBB danperubahan ketebalan EBB yang dapatdianggap masih layak ?
Hasbullah Nasution• Sudan dijawab pada pertanyaan sebelumnya.• Kelayakan suatu EB dipengaruhi oleh faktor
nuilai dari disain, kondisi pabrikasi danoperasi reaktor.
3. Mulyadi R.• Menurut yang Saudara sampaikan, semakin
bahan bakar terbakar, ukuran butir semakinhalus. Mohon penjelasan secara teoritis.
Hasbullah Nasution• Bahan bakar yang teriradiasi akan
menghasilkan fisi dan energi yang jugamenghasilkan panas. Adanya energi dan panasmenyebabkan butiran mengembang, retak danpecah. Butiran yang pecah tersebut akanmenyebabkan pengurangan ukuran butir,tetapi menambah volume zone bahan bakar.
4. Lily Suparlina• Bila dalam masa penggunaan bahan bakar
dalam teras reaktor terdapat bercak-bercakpada permukaan bahan bakar tersebut,tindakan apa yang dapat dilakukan terhadapbercak-bercak tersebut dan apa arti bercak-bercak tersebut ?
Hasbullah Nasution• Yang perlu dilakukan : bercak-bercak tersebut
dikikis dan dianalisa secara kimia ataupundengan XRD untuk mengetahui unsiir apayang terkandung di dalam bercak tersebut.Perlu diteliti air pendingin reaktor, apakah adapengotor yang mungkin dapat menempel padapelat bahan bakar.
Muh. Darwis Isnaeni• Apa penyebab bercak coklat/kehitaman pada
pelat nomor6 dan 11.• Saran : dalam pemeriksaan derajat bakar,
sebaiknya perlu diingat juga riwayat elemenbakar tersebut sewaktu di reaktor.Hubungannya dengan pelat nomor 2 yangterletak ditepi EB, apakah terletak berhadapandengan Elemen Bakar yang lain, IP/CIP ataureflektor Berilium. Dari sini akan terlihat jika
107
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Sahan Bakar NuklirPEBN-BATAK Jakarta 18-19Maret 1996
pelat dekat dengan IP/CIP (pelat no. 2) akanmendapat derajat bakar yang kurang meratadibanding pelat no. 11 (yang terapit oleh pelatbahan bakar). Atau sebaliknya dibandingkandengan peiat no. 10 atau 12.
Hasbuiiah Nasution• Penyebab bercak perlu di teliti lebih lanjut
misalnya dengan analisa XRD.• Evaluasi lebih lanjut däri tim RUTB RSG/
PEBN.Terima kasih atas sarannya. Data hasilpenelitian IRM dikirimkan ke PRSG untukinfor-masi.
6. Sardjono• Berkaitan dengan hasil yang diperoleh dalam
penelitian Bapak, kenapa dalam kesimpulanhanya menyebutkan baik/tanpa ada kerusakanberarti ?
• Mungkinkah Bapak menyatakan bahwa tebalclading plat bisa/masih memungkinkanuntuk lebih tipis dari 0,25 mm (spesifikasi) ?
Hasbuiiah Nasution• Untuk menentukan layak tidaknya elemen
bakar dengan tebal plat yang telah 0,25 mm,dan di pertipis sampai kurang lebih 0,08 mmdari plat yang telah digunakan, perludiperhitungkan dan diteliti lebih jauhdengan berbagai percobaan - percobaan.
7. Hilman Ramli• Apakah sudah ada analisis atau komparasi
antara data derajat bakar RIE - 01 yang didapat dari RSG - GAS dengan data derajatbakar yang di dapat dari hasil pengamatan /eksperimen uji tak merusak maupun ujimerusak ?
• Data dari RSG-GAS adalah hasil perhitunganyang memberikan harga fraksi bakar meratadi seluruh elemen bakar {fuel element)dengan predilasi distribusi fruks di dalamtesis. Diharapkan hasil eksperimen dapatmemberikan standar untuk memperkirakandeflasi hasil perhitungan dan mungkin jugauntuk pengembangan computer code yangmemberikan hasil yang lebih presisi.
Hasbuiiah Nasution• Data-data dari RMI dikirimkan ke PRSG
untuk diketahui dan di analisis bersamadalam RNTB - RSG - PEBN.
• Data dari PRSG adalah data pengukuran.Bahan data perhitungan (Lihat Gambar).
8. Gunandjar
• Spektrum gamma yang ditampilkan (3sampel) menunjukkan adaraya puncak Cs -137 dan hasil fisi yaag lain, Tetapidisebutkan bahv/a fes usap pada daerahbercak tersebut tidak menunjukkan adanyapelepasan hasil fisi. Di sins data danpernyataan tersebut keiihatan kontradiksi.Mohon penjelasan.
Hasbuiiah Nasution• Tes usap dilakukan untuk mencek apakah ada
unsur fisi yang dapat lepas. Ini juga akanmembuktikan apakah bercak yang terlihatsecara visual itu benipa lubang atau cacatretak. Sementara pemeriksaan spektrumgamma untuk unsur Cs-1374 dan Cs-137,untuk menentukan derajat bakar.
9. Amil Mardha• Mohon dijelaskan soal perscanningan gamma
Apakah dilakukan secara horizontal /vertikal atau jelasnya plat E.B diletakkanberdiri (vertikal) / tidur (secara horizontal) ?
• Kenapa pemeriksaan hanya 3 plat saja,sedangkan kita ketahui jelas plat E.B ada 25.Apakah hasil dengan 3 buah plat saja sudahmenunjukkan nilai yang sama untuk plat-platyang lain.
Hasbuiiah Nasution• Pemeriksaan dilakukan secara vertikal.• Pemeriksaan uji-scanning dilakukan untuk
plat yang di anggap dapat mewakili yanglain. Penetapan plat mana yang di ambildidasarkan pada perhitungan-perhitunganneutronik dan fisika reaktor. Pemeriksaantidak dilakukan untuk semua plat adalahdisebabkan sulitnya mengeluarkan plat satudemi satu tanpa terjadi kerusakan, sehinggatidak dianggap efisien.
10. Erian Dewita• Berapa temperatur bahan bakar pada saat
iradiasi ?Dalam abstrak Bapak menyebutkan bahwahasil pemeriksaan visual PEB menunjukkanperubahaan warna disertai bercak-bercakberwarna coklat kehitaman dan test usaptidak meyakinkan tidak adanya pelepasanhasil fisi.
Hasbuiiah Nasution• Temperatur pada permukaan luar bahan
bakar 75-90 °C. Temperatur pada bagian intibahan bakar 150 °C.
• Tes usap dilakukan dengan bagian bercakdengan kain ataupun kapas, lalu dicacah
108
untuk melihat mesin flsi yang mungkinterperangkap pada kain / kapas.
l l .Tukiran.S
• Apa alasannya mengambil 3 plat yaitu no.2,6dan 11 ? Sedang jumlah platnya 21 buah.
• Dari ketiga plat ini mana kira-kira yangpaling banyak (besar) terbakar (burn-upnya).
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
• Bisakah disimpulkan bahwa RIE-10 denganburn-up 51,04 % menunjukkan iradiasi yangbaik dengan hanya menguji 3 plat dari 21 plat
Hasbullah Nasutione Lihatjawaban untuk Sdr. AmilMardha.• Plat nomor AAA 0001 lihat grafik hasil
pemeriksaan.• Bisa, karena di samping pemeriksaan PIE
juga dilakukan analisa-analisa secara teoritis(perhitungan-perhitungan neuronis).
TABELI. DATA TEKNIS ELEMEN BAKAR RIE -01
Jenis Bahan Bakar DispersiBerat Uranium dalam elemen bakarPerkayaan rerataBerat U dalam elemen pra-iradiasi
Tingkat muatLama dalam teras reaktorDeclared Burn-up, %LamapendinginanAktivitas (0 detik)Aktivitas setelah pendinginanKandungan Pu totalKandungan Pu-239
U3Og-AI1271,38 gr19,79 %251,60%2,96gr'u/Cm3
3thn4bln21hr(5M51,04 %
> 10,5 bl2,261 x 106 Ci1,407 x 104 Ci9,2962 gr6,9787 gr
t/90 s/d 30/8/93)
TABEL - 2. TEBAL PELAT ELEMEN BAKAR RIE 01 PASCA IRRADIASI
TITIK POSISIPENGUKURAN (CM)
1,002,505,0010,0015,0020,0025,0030,0040,0045,0050,0055,0060,0061,50
Tebai Pelat reratasesudah irradiasi
(mm)
Tebal pelat reratasebelum irradiasi
(mm)
A t relatif(mm)
TEBAL PELAT RERATAAAA0001
1,3401,3551,3701,370,370,370
1,370,370,370,355,345,350,335,330.357
1,31
0,047* ± 3,6 %
PER TITIKAAA0006
1,3001,3201,3251,3351,3451,3351,3451,3451,3351,3351,3351,3301,3151,3051,33
1,33
0,000« 0,0 %
PENGUKURAN (mm)AAA0011
1,3101,3151,3251,3351,3401,3401,3401,3401,3401,3401,3401,3301,3151,3101,34
1,33
0,01« 0,75 %
109
B
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirFS3M-BATAN, Icäarta 18-19 Maret 1996
Keterangan:
A = Daerah pelat berwarna abu-abu (warnaAlMg)B= Daerah pelat berwarna putifo, kasaro = Bercak/lobang warna coklat kehitaman
Gambar 1. Pemeriksaan secara visual pada pelat No. AAA 0001
¥
0
i A
vB
i
• j
Gambar 2. Pemeriksaan secara visual pada pelat Gambar 3. Pemeriksaan secara visual pada pelatNo. AAA 0006 No. AAA 0011
Angka band&g Cs-134/Ca-137(pada plat e.b. däri bawah ke atai)
Keaktifan (cps) Nlabah C8-134/C8-137
• C-1ST tMI.M k«7
1 0 * • M • • W «0
Posisi jarak aksial dari baw.h (cm)
Gambar 4. Skåning gamma RIE01 pelat-2 (No. AA0001)
110
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta J8-]9Maret 1996
Angka banding Cs-134/Cs-137(pada plat e/b. dari tiawah ke atae)
Keaktifan (cps) Nislmh C8-134/C8-1370.5
Katereuigsa:
• C»-137 :681,6« k«Y
0 4 3k C«~I34 :79S,e4 koT
X Xlsbah C B - ! 3 4 / C B - 1 3 ?
JO 20 30 40 50
Posisi jarak akBial dari bawali (em)eo
Gambar 5. Skaning gamma RIEOl pe!at-6 (No. AA0006)
Angka banding Cs-134/Ca-137(pada plat e.b. dari bawah ke atas)
7»Keaktifan (cps) NlBbah C8-134/CB-137
" Cm-IST :6«I.M k»y
* C«-«34 :7P5,M k»?
X Hiibah Cs-1M/C«-137
10 ZO 30 40 50 «0
Posisi j a rak aksial dari bawah (cm)
Gambar 6. Skaning gamma RIEOl pelat-11 (No. AA0011)
111
Providing Presenta.ii Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPKRU-MTAN, Jakarta 18-19Maret 1996
Y -' .'v
Gambar 7. Stniktunnikro U3O8 derajat bakar rendah, perbesaran 200 X
Gambar 8. Stniklurniikro U3O8 dcrajat bakar tinggi, perbesaran 200 X
112
ISSN 1410-1998 Presiding Presentasi ilmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta J8-}9Maret 1996
PENGARUH TEKANAN PENGOMPAKANTERHADAP KERAPATAN KOMPAKAN
DAL AM PROSES PELET1SAS1 U02
WidjaksanaPusat Elemen Bakar Nuklir ID0100061
ABSTRAK
PENGARUH TEKANAN PENGOMPAKAN TERHADAP KERAPATAN KOMPAKAN DALAM PROSESPELETISASI UO2. Tekai>an pengompakan serbuk UO2 dalam peletisasi secara umum akan mempengarulii kerapatankompakan. Banyak model korelasi yang tnenunjukkan pengaruh itu yang diturunkan baik dari fenomena dasarmaupun secara empiris, tetapi kebanyakan model tersebut mempunyai keterbatasan baik karena asumsi yangdigunakan maupun karena model yang kliusus untuk suatu bahan tertentu atau karena kondisi alat yang digunakan.Atas dasar permasalahan itulah penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan gambaran pengaruh tersebut terhadapkompakan serbuk UO2. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan dua kelompok serbuk UO2 yang berbeda, yaitukelompok serbuk yang dihasilkan dari granulasi dengan tekanan pengompakan awal sebesar 2.5 MPa, dan 3 MPa.Tekanan pengompakan divariasi dari 5 MPa sampai dengan 18 MPa sebanyak tujuh kali yang masing masing variasidikenakan pada replika sebanyak sepuluh kali. Pelet yang dihasilkan diamati keutuhannya dan diukur kerapatannyasecara geometris. Data yang diperoleh diolah secara statistik untuk membuktikan hipotesa penganih itu dan untukmemformulasikan korelasinya. Hasil yang diperoleh menunjukkan secara nyata penganih tersebut. Diperoleh pulalima model korelasi yang secara umum menunjukkan korelasi yang cukup baik. Model korelasi 5 menunjukkankorelasi yang lebih tepat dibandingkan dengan korelasi lainnya dan mammpu memberikan gambaran tentangfenomena dalam pengompakan yang mungkin terjadi. Model ini merupakan pengembangan sendiri dari model 1 yangmempunyai keterbatasan. Walaupun model ini cukup baik model ini tidak berlaku untuk daerah tekanan yang lebihkecil dari 5 MPa dan lebih besar dari 18 MPa. Model korelasi 3 dan 4 mampu memberikan gambaran tentangkarakteristik mekanik bahan yang cukiip baik. Ini dibuktikan dengan berbagai komparasi dan kesejalanan denganfenomenanya. Karakteristik yang diperoleh adalah kekuatan balian {yield strength) dan faktor kompresinya.
ABSTRACT
The influence of compacting pressure on green pellet density in UO2 pelletizing process. Generally compactingpressure on UOi powder in pelletizing process can affect the green density. There are many correlation modelspresented this effect, derived from the basic phenomena and empiric (experiments) as well. In the other hand, thosecorrelation have many limitation on validation due to their assumptions, material conditions and equipmentsconditions as well. Based on those limitations this research was performed. It was performed with utilizing twodifferent UO2 powder, i.e. UO2 powder resulted from granulation ofpre-compacted powder with the compaction forceof 2.5 tons, and the other with the compaction force of 3.0 tons. The compaction force was seven times variatedwithin the range between five tons up to 18 tons, with ten replication for each. The green pellets were visuallyobserved to see the defect and their density were geometrically measured. The data were statistically proceed to provethe hypothess and to formulate the correlation. The result showed that the hypothess was accepted. It resulted fivecorrelations model formulas within the accepted range. Fifth correlation model showed better correlation than theothers, and was able to describe the phenomena of compaction process. It was a new model as an improvement on thefirst model. Although, this model had limited validation. It was only valid for compaction force in the range of 5 to18 tons. The third and fourth models were able to describe the mechanical characterisitic of material. It was prove byvarious comparation, and it complied with their phenomena. The obtained characteristics were strength of materialand compressabity factor.
PENDAHULUAN
Suatu elemen bakar nuklir hasil fabrikasihams memenuhi persyaratan-persyaratan tertentuyang ditetapkan oleh pemakai. Pemenuhan akanpersyaratan itu banyak ditentukan oleh tahapan-tahapan proses yang dilaluinya. Salah satu tahapproses yang banyak menentiikan keberhasilanterhadap pemenuhan itu adalah proses peletisasi.Banyak publikasi telah membahas bahwa salahsatu tahap dalam proses peletisasi U02 adalahpengompakan yang banyak berpengaruh terhadap
keberhasilan itu. Agar persyaratan-persyaratanitu selalu dapat dipenuhi, perlu diketahui dandipahami faktor-faktor yang berpengaruh terhadapitu, dalam setiap tahapan proses termasuk yangada dalam proses pengompakan. Salah satu faktoryang berpengaruh dalam proses pengompakanadalah tekanan pengompakan itu sendiri.
Telah banyak publikasi yang menjelaskanpengaruh itu terutama pengaruh terhadap densitaspelet hasil kompakan. Secara umum publikasi itumenunjukkan bahwa semakin besar tekanan
113
Prosiding Presenlasi Ilmiah Dam Bahan Bakar NuklirPEFWBATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
pengompakan semakin besår pula densitaspeletnya, tetapi bila ditinjau dari formulasi yangmenyatakan hubungan pengaruh itu, baikberdasarkan pendekatan teoritis maupunberdasarkan eksperimen, masih banyakperbedaan.
Jones W. D1 menyajikan formulasi dåsardari hubungan itu sebagai berikut,
D = k, + k2 Pm + k3P (1)
di mana D adalah densitas kompakan, dan k|. k2,dan k3 adalah konstanta-konstanta yangdipengaruhi oleh karakteristik bahan. Menurutpenjelasannya formulasi itu tidak berlaku untuktekanan yang sangat kecil dan tidak pula untuktekanan yang sangat besår. Selanjutnya Balshinmenurut Lenel2 telah menyajikan formulasisebagai berikut,
lnP = AV (2)
di mana A dan B adalah konstanta yangtergantung pada karakteristik bahan dan V adalahvolume relatif kompakan. Keberlakuan formulaini pun temyata terbatas. Formulasi ini telahdigunakan oleh Belle 3 dalam penentuan pengaruhtekanan pengompakan terhadap densitas peletmentah U02. Heckel 4 menyajikan koreiasi inisebagai berikut,
= KP (3)
dimana K adalah konstanta yang tergantung padakarakteristik bahan dan A adalah. konstanta yangmenyatakan densitas serbuk atau kompakansebelum dikenai beban. Selanjutnya German RM5
menyajikan formulasi yang mirip denganpersamaan (3) yaitu sebagai berikut,
ln(6) = B-k ,P -k 2 P (4)
dimana B, ki, dan k2 adalah konstanta-konstantadan E adalah fraksi porositas. Selanjutnya Smithmenurut Goetzel CG6 menyajikan formulasisebagai berikut.
1/3(5)
dimana p adalah densitas kompakan relatif dan pa
adalah densitas nyata serbuk.
Dari apa yang diutarakan di atas nampakbeberapa formulasi yang berbeda. Perbedaan itudapat säja terjadi karena beberapa hal antara lainasumsi-asumsi yang digunakan dalam penyusunan
formulasi, kondisi bahan yang digunakan berbedadan/atau kondisi peralatan yang berbeda, sertakondisi lingkungan yaag berbeda. Oieh karena itu,dalam rangka pemahamar: paigasuh (°n atas, perludilakukan penelitian tentang p&agaruh tekanankompakan ini terhadap density pelet mentah U02
termasuk kajiannyas karena psnyebab dariperbedaan itu yang mendrika-n kebaradaan suatuhal yang khusus untuk setiap jenis bahan, sistemperalatan, dan kondisi lingkungan.
PERCOBAAN
Percobaan ini dilakukan denganmenggunakan dua kelompok serbuk U02 yangmendapatkan perlakuan awal yang berbeda.Kelompok pertama adalah serbuk U02 yangdihasilkan dari proses granulasi serbuk U02 yangditeritna dari pemasok dengan pengompakan awalsebesar 2.5 MPa. Serbuk ini mempunyai kisaranukuran butir antara 150 \x sampai dengan 800 \i.Kelompok kedua adalah serbuk U02 yangdihasilkan dari proses yang saina, tetapi denganpengompakan awal sebesar 3 MPa. Ukuran butiruntuk kelompok ini sama dengan kelompokpertama.
Kedua kelompok serbuk itu selanjutnyadikenai proses pengompakan dengan parameterpengompakan yang sama. Tekanan pengompakandivariasikan sebanyak 7 variasi dari 5 MPasampai dengan 18 MPa. Masing masing variasitekanan itu dikenakan pada replika prosessebanyak 10 kali. Parameter lain daripengompakan ini dijaga tetap kecuali waktupengompakan yang divariasikan dua kali yaitu 0.1dan 0.3 detik. Pelet mentah yang dihasilkanselanjutnya diamati keutuhannya dan diukurdensitasnya. Pengukuran densitas dilakukanberdasarkan pada densitas geometri. Hasilpengamatan yang diperoleh selanjutnya diolahsecara statistik melalui ANOVA ( ANalysis OfVArians) dan regresi untuk membuktikankeberadaan pengaruh tersebut dan untukmendapatkan formulasi yang sesuai. Penyusunanformula dilakukan dengan pemodelan baik yangsesuai dengan pustaka maupun tidak. Pemihanformula yang sesuai didasarkan atas besaran hargakoefisien koreiasi dan simpangan bakunya.Kurva-kurva yang diperoleh juga dibandingkandengan kurva yang ada di pustaka, walaupunkondisinya mungkin berbeda. Data yangdihasilkan dari percobaan ini ditunjukkan dalamTabel 1.
114
Frosidinv Presentas: ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Tabel 1. Data Pengamatan
No.Replika12345678910rerata1
234
5
6
7
8
9
10
rerata
Pawal(MPa)2,5
3
Densitas pelet mentah (g/cc)55,5205,6715,6955,6245,6605,6715,6975,7105,6935,7865,673-----------
65,5595,7875,7025,7175,6695,6625,6365,6355,6505,6755,6695,4135,8395,7725,8805,8635,8555,8675,9145,8935,9035,820
85,6845,7815,7035,7445,7905,7365,7695,7395,7315,7105,7395,9205,9495,9075,9335,8575,8975,8275,8645,8355,8355,882
10
5,6395,6575,6625,7565,7265,6745,7255,7385,7115,6795,6975,8365,8945,8545,9215,8475,8525,8325,8055,8485,8325,852
12
5,7285,7125,6765,6735,6465,6455,5655,6645,6715,6135,6595,8125,8435,8285,8325,8095,8795,8375,8195,8105,8215,820
145,7145,7045,7105,7135,7145,7075,7255,7205,7155,7255,7155,8565,8255,8575,8285,7925,8145,8055,8205,8255,8235,825
165,8955,8675,8545,8635,8575,8715,8655,87 i5,8675,8675,8685,8575,8675,8625,9365,8785,9085,9375,9085,9265,9525,903
18-----------6,0226,0666,0096,0146,0065,9975,9835,9936,0146,0306,007
Ket.
utuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuhutuh
BAHASAN
Dari pengolahan data yang dihasilkandiperoleh bahwa, harga F untuk pengamh waktupengompakan sebesar 0.01827 yang lebih kecildaripada harga F dari Tabel (4.03 - 4.00) untukbatas kepercayaan 95 %, dan harga F untukpengaruh tekanan pengoinpakan sebesar 31.40613
Tabel 2. Persamaan Korelasi Untuk Berbagai Model
yang lebih besar daripada F dari Tabel (2.29 -2.25) untuk batas kepercayaan 95 %. Harga-hargaini tnencirikan bahwa waktu pengompakan tidakberpenganih terhadap hasil kompakan sedangkantekanan pengompakan sangat berpengaruh. Olehkarena itu formulasi yang disusun hanya didasariatas pengaruh tekanan. Dari formulasi modelmodel korelasi diperoleh formula sebagai berikut:
Model1234
5
Kelomrjok -1p = 6.399-0.53P05 + 0.096Pl /p= 1.99-0.032 ln(P)ln(I/(l-D)J=0.72 + 0.0022Pp = 5.41+0.145 P w
p = 145.87 - 231.68P05 +150.66P-48.18Pl5+7.58P2
- 0.47P2 5
Kelompok - 2p = 6.784 -0.63P05 + 0. 104Pl/p= 1.94-0.031 ln(P)ln(l /(1 -D)l= 0.74 + 0.0020Pp = 5.55 +0.143 P"3
p = 47.79-72.71P°-5 +48.81P-15.90Pl5 + 2.52P2-0.16P25
Data Pustakap = 4.371+0.3IP0 5- 0.004P1/p = 2.67 - 0.242 ln(P)In(l/(I-D)) = 0.75 + 0.0026Pp =3.742 +0.713 P"3
p=3.31 + 0.75P05 - 0.06P +0.002PI5+0.0001P2
-5.8E IOP25
Tabel 3. Parameter KorelasiMODEL
12345
KESALAHAN BAKUKEL1
0.0583490.0211240.0115760.0628270.003269
KEL20.0490770.018960.0110580.0589690.00549
PUST0.0273710.0054430.0249140.0294120.000587
KOEF1S1 EN KORELAS1KEL10.75040.58490.64830.60580.9998
KEL20.80580.57960.65780.60600.9995
PUST0.99960.99950.99410.9994
1
115
Prosiding Presentasi Ilmiah Daw Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta J8-J9 Maret 1996
dimana P adalah tckanan pengompakan, p adaiahdensitas kompalran dalam gram/cc.s adaJah fraksiporositas dan D adalah densitas relatif. Adapunharga-harga koefisien korelasi dan simpanganbaku untuk rrasing masäng mode! ditunjukkanpada Tabei 3 berikut ini.
Dari persamaan korelasi dan harga hargasimpangan baku dan koefisien korelasinya tampakbahwa semua model mempunyai korelasi yangcukup baik. Korelasi model 5 mencirikan suatukorelasi yang paling baik dengan koefisienkorelasi yang mendekati harga 1 dan dengankesalahan baku yang paling kecil. Korelasi yangdihasilkan dari data pustaka mencirikankeberlakuan korelasi untuk berbagai model,walaupun kondisi serbuk yang memberikan dataitu tidak diketahui. Korelasi dari data yangdiperoleh dari pustaka masih tetap dapat dijadikanpembanding..
Selanjutnya bila korelasi dari model-modelitu dinyatakan dalam grafik, maka akan tampakada beberapa hal yang menjadi perhatian.a. Gambar 1, 2, 4 dan 5 menunjukkan posisi
kurva yang sama , yaitu kurva 1 bcrada ditengah , kurva 3 berada di bawah dan kurva 2berada paling atas. Sedangkan Gambar 3menunjukkan posisi kurva 1 paling bawah dankurva 2 berada ditengah. Posisi tersebuttampaknya tergantung pada besaran besarankoefisien dari suku-suku persamaan dankonstantanya. Kurva 3 dari semua Gambartampak mirip, sedangkan Gambar 2 dan 4menunjukkan arah kurva yang mirip untukketiga kurva. Gambar 6 dan 7 menunjukkanperbandingan dari model-model korelasi untukmasing-masing bahan kelompok 1 dankeloinpok 2. Berdasarkan penurunanpersamaan, menurut' koefisien suku-sukupersamaan itu mengandung besarankarakteristik mekanis yaitu besaran teganganmaksimum sebagai respon akibat gay a. Sudahtentu ini berlaku untuk korelasi model pertama.Sedangkan menurut " besaran koefisien sukupertama dari korelasi model 3 mencirikankekuatan bahan (yield strength) denganformulasi sebagai berikut:
20238.07 psi. Lmtd'. ikekuatan in.» sejalaR do»karena serbisk kelomj.opengompskan awai dei j .besar daripada tekasta» t«
i dan 2,' baSiannya• »engalami^ ang lebih
r vloitipok
= 2.08x 0.320(l/ao)
dimana ao adalah kekuatan bahan dalam satuanpsi. Bila persamaan itu digunakan untuk ketigabahan, maka akan diperoleh kekuatan bahankelompok 1 adalah 24512.01 psi, kekuatanbahan kelompok 2 adalah 26685.51 psi dankekuatan bahan dari data pustaka adalah
1. Hal ini diperkuat pula A" , r ' seperti yangditunjukkan pada Gambit ,?a Jidasarkanatas korelasi model i ^»unbar 8 inimenunjukkan perbandin' sni ^en^-wh tekananterhadap kerapatan xo up i >i onlvk U02
dengan penganuli itu unluii logarn yangmempunyai sifat mekanik yang lebih ulet.Menurut6 koefisien suku yang ada padapersamaan model 4 mencirikan faktorkomprcsibilitas. Dalam hal ini bahan yang lebihkuat pada umumnya akan mempunyai faktorkompresibilitas yang lebih rendah. Oleh karenaitu, koreiasi model 4 ini menunjukkan bahwa,besaran faktor kompresibilitas untuk serbukkelompok 1 adalah 0. 145, untuk serbukkelompok 2 adalah 0. 143 dan untuk serbuk daridata pustaka adalah 0.713. Besaran inimemberikan arti bahwa, serbuk kelompok 2lebih kuat dibandingkan dengan kelompokpertama dan sebuk dari data pustaka, danserbuk dari data pustaka menunjukkan serbukpaling lemah sehingga lebih mudahdikompresikan. Kesimpulan ini sejaian dengankesimpulan menurut4.
b. Gambar 1 pada dasamya mempunyai keter-batasan yang cukup besar karena asumsi yangdigunakan dalam penurunannya. Hal itunampak dari besaran kesalahan baku dankonstantanya, walaupun besaran koefisienkorelasinya cukup besar. Menurut' persamaankorelasi itu diturunkan dengan berbagai asumsiyang menunjukkan bahwa, gaya gaya yangdiperhitungkan hanya berada pada satu bidang,dan gaya gaya yang terjadi menimbulkandeformasi plastis. Sudah tentu pada kenya-taannya tidak demikian, karena keheterogenanukuran butir dan sifat mekanik butiratt sertakekasaran permukaan dan ketidakberaturansusunan butir dapat mengakibatkan efek ruang.
c. Gambar 5 nampaknya mencirikan suatukesesuaian dengan fenomena yang mungkinterjadi. Gambar ini dikembangkan dari kore-lasi model pertama dengan membebaskanpenambahan suku-suku tekanan untuk meng-alokasikan efek ruang. Bila ditinjau daribesaran kesalahan baku dan koefisien korelasiserta sebaran datanya tampak bahwa, korelasiini lebih mendekati data atau data lebih banyakberada pada kurvanya. Hal ini mencirikanketepatan korelasi, ietapi model korelasi ini
116
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
tampaknya tidak berlaku untuk tekanan yangsangat kecil (mendekati nol). Hal ini ditun-jukkan dengan harga konstantanya.
Memurut 4 dan beberapa pustaka lainnya,ternyata ada tiga fenomena umum dalain prosespengompakan, yaitu pengompakan pada saatpcngisian wadah (dies) dilanjutkan denganpengompakan, karena pergerakan butiran secaraindividu dan proses penyusunan ulang butiran,dan pengompakan karena butiran secara meratamengalami deformasi. Pengompakan pada saatpengisian wadah akan memberikan kerapatanserbuk yang kira-kira sama dengan kerapatanketuk serbuk. Pada saat ini kekuatan kompakanbelum ada atau kecil sekali. Pengompakanselanjutnya menghasilkan kenaikan kerapatanyang terjadi akibat pergerakan butiran danpenyusunan ulang. Pada saat ini sebagianbutiran mengalami deformasi yang mengaki-batkan daerah kontak antar butir menjadi besar.Pada beberapa bagian butiran dapat pecahmembentuk buliran yang lebih kecil yangselanjutnya mengalarni penyusunan ulang. Halitu dapat mengakibatkan terjadinya pengikatanantar butir dan penguncian mekanik (mechanicallocking) juga mungkin terjadi. Keadaan itumeng-akibatkan kompakan mempunyai kekuatan.Pada saat ini bila tekanan ditambah, makakekuatan pun bertambah. Sejalan dengan ituakan ada pula apa yang disebut denganpemulihan elastis (elastic recovery) yang akanmengakibatkan kompakan mengembang bilabeban ditiadakan atau pada saat kompakandikeluarkan dari wadah. Fenomena ini meng-akibatkan kenaikan kerapatan kompakan padasaat dikeluarkan mulai mengecil sampai kondisitertentu, kemudian bahkan mungkin akan terjadipenurunan kerapatan sarnpai suatu kondisi yangmcncirikan deformasi plastis telah homogendisemua tempat. Bila kondisi ini tercapai, makakerapatan kompakan akan terus naik sampaibatas tertentu sedemikian hingga penambahantekanan tidak lagi menambah kerapatan. Padasaat ini karakteristik kompakan mendekatikarakteristik bahan pejal yang sama. Bilafenomena itu digambarkan dalam grafik antarakerapatan dengan tekanan, maka tampak kurvayang terjadi seperti yang ditunjukkan dalamGambar 5. Sudah tentu tidak semua bahan akanmengalami hal itu tergantung pada karakteristikbahan itu sendiri dan besar tekanan awal yangdigunakan. Pustaka3 menunjukkan bahvva, padaumumnya pengompakan serbuk U02 untukpeletisasi di atas 30 MPa seperti data yangdigunakan untuk kurva pembanding. Padakondisi ini, fenomena pertama dan kedua tidak
tampak terjadi, karena dengan tekanan yangcukup besar itu kondisi itu terlewati.
Dari uraian tersebut nampak bahwa,meskipun model-model korelasi mencirikankorelasi yang cukup baik, namun keberlakuankorelasi-korelasi itu masih tetap terbatas padadaerah tekanan tertentu saja. Walaupun demikiankorelasi-korelasi ini masih tetap mampumemberikan gambaran pengaruh tekanan terhadapkerapatan kompakan yang akan bermanfaat untukmenentukan daerah operasi atau parameteroperasinya.
SIMPULAN.
Dari pembahasan tersebut, dapat disimpulkanbahwa:1. Secara umum dan berdasarkan pembuktian
secara statistik, tekanan pengompakan secaranyata berpengaruh terhadap kerapatankompakan. Pengaruh itupun telah dapatditunjukkan dengan berbagai model korelasi.
2. Korelasi yang disusun didasarkan atas model-model korelasi yang sudah ada dan berdasarkanpengembangannya. Berdasarkan parameterstatistik pada umumnya model model itumemberikan korelasi yang benar, namunkeberlakuannya masih terbatas. Korelasi model5 menunjukkan model korelasi yang lebih baikdibandingkan dengan model lainnya akan tetapimasih terbatas.
3. Korelasi model 3 mampu memberikangambaran sifat mekanik bahan yangdikompakkan yaitu kekuatannya (yieldstrength). Serbuk kelompok 1 berdasarkankorelasi ini mempunyai kekuatan sebesar24512,01 psi, serbuk kelompok 2 sebesar26685,.51 psi, dan serbuk dari data pustakasebesar 20238,07 psi.
4.Besaran-besaran itu sejalan pula dengan sifatkompresibilitasnya yaitu faktor kompresibilitasyang diperoleh dari korelasi model 4, yaituserbuk kelompok 1 mempunyai faktorkompresibilitas sebesar 0. 145, serbukkelompok 2 sebesar 0, 143 dan serbuk dengandata pustaka sebesar 0,713.
5. Kesimpulan 3 dan 4 diperkuat pula denganbukti pembandingan pengaruh tekananpengompakan terhadap kerapatan kompakanuntuk bahan logam yang lebih ulet.
6.Korelasi model 5 lebih banyak mencirikanfenomena yang terjadi pada prosespengompakan, walaupun korelasi ini tidakberlaku untuk tekanan menuju harga nol.(tekanan sangat kecil).
7.Harga-harga koefisien dari suku-suku tekananpada semua model korelasi pada umumnya
117
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BA7AN. Jakarta 18-19 Maret 1996
mencirikan karakteristik bahan yangdikompakan.
8. Korelasi-korelasi yang diperoleh pada dasamyadapat dijadikan sebagai bahan untukmempertimbangkan parameter operasipeletisasi.
UCAPAN TERHVf A KASIH
Pada kesempatan ini penulis berterima kasihkepada kelompok peletisasi subbidang teknologifabrikasi BEBE yang telah memberikan data danmelaksanakan peletisasi untuk percobaan ini.Ucapan terima kasih pun penulis sampaikankepada semua pihak yang telah membantu dalatnpercobaan ini.
DAFTARPUSTAKA.
1. Jones W. D. M.Eng, Ph.D, F. 1. M.,"Fundamental Principles of PowderMetallurgy", Ed. 1, Edward Arnold (Publisher)LTD, London, 1960.
2. Fritz ,L.V., "Powder Metallurgy, Principles andApplication", Metal Powder IndustriesFederation, Princeton, New Jersey, April 1980.
3.Belle, J., "Uranium Dioxide : Property andNuclear Application", Atomic EnergyConunission, Washington DC, 1961.
4.Heckel, R. W., "An Analysis of PowderCompaction Phenomena", Transaction of TheMetallurgical Sosiety of AIME, vol 22 1,October 1961 7 1 00 1.
5. Randall, G.M.., "Powder Metallurgy Science ",ed. 2, Metal Powder Industries Federation,Princeton, New Jersey, 1989.
6. Goetzel, C.G., "Treatise on PowderMetallurgy", ed. 1, Interscience Publishers LTD,1949.
TANYA JAWAB
1. Nita S.• Kenapa anda mamilih tekanan pengompakan
antara 5 Mpa s.d. 18 Mpa• Kenapa model yang anda gunakan tidak
berlaku untuk tekanan pengompakan lebihkecil dan 5 Mpa dan 8 Mpa.
• Apakah ukuran butir juga dapat mempe-ngaruhi kerapatan kompakan ?
Widjaksana• 5 Mpa adalah batas terendah hingga serbuk
dapat mengompak, sedangkan 18 Mpadidasarkan atas pengalaman yang telahdilakukan sebelumnya.
• Sebelumnya bukan 8 Mpa akan tetapi 18 Mpayang menunjukkan daerah psrcobaan dankenyataan setelah diekstrpoiasi dan inter-polasi. Di luar daerah itu penyimpangannyamenjadi besar.
• Ya, bisa, akan tetapi selain itu juga tergan-tung pada distribusinya.
2. Mulyadi R.• Bagaimana pengaruh tekanan dan ukuran
butir terhadap kekuatan bahan ?
Widjaksana• Pengaruh tekana terhadap kekuatan bahan
adalah bahwa senakin besar tekanan, makakekuatan bahan akan meningkat sampaisuatu batas tertentu tergantung pada ronggadan kandungannya pada saat dikompakkan.
• Ukuran butir pada dasarnya akanberpengaruh pada luas kontak butiran yangpada saat dikompakkan memungkinkanpengikatan yang lebih banyak. Ukuran itusendiri tidak berpengaruh pada kekuatan,akan tetapi kompakan pada suatu kondisiakan mempengaruhi kekuatan
3. Sugondo• Dalam membuat korelasi antara tekanan
pengompakan dengan kerapatan kompakanpelat mengapa tidak disinggung suhunya ataupengertian fisi, mohon penjelasan
Widjaksana• Pada kondisi makro, temperatur dapat
dianggap konstan, karena proses yangdilakukan ada pada kondisi dingin (coldpressing). Tetapi pada kondisi mikro adaperubahan/perbedaan temperatur akibatgesekan dan butiran, Perbedaan/perubahantemperatur itu mampu memberikan dayagerak pada difusi atomik di permukaananatar butir.
4. Gunanjar• Disebutkan tekanan pengompakan antara 5
MPa s.d. 18 MPa yaitu 50-180 kg/cm2 (1MPa=10 kg/cm2). Orde tekanan tersebutmengapa relatif kecil, padahal biasanyadigunakan dalam orde ton/cm2. Mohonpenjelasan.
Widjaksana• Ukuran yang ditunjukkan pada dasarnya
bukan ukuran MPa (Pascal) tetapi ukuranskala tekanan yang kesannya sama denganskala penunjukkan.
118
LAMP1KAN
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NukUrPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
OB. 1K°t*t»«tM 0(5*1 1««l.l'K.I. 1, K«l. t. turn data pattala
OS. I Kofjlott MeiMI iUalal K«1. 1, K »I t. 0«U P.oml»
! .
1.I!"
-^_ 1
»
— — If * • ! 1 — — j j K9, j — — 3f o t | a put tit t 1
— -
/
-ti
i
i
its I
i i t
OB. 3Ksltl<«1M»<]«l3l.k Kel t. Kal 1. t»t* Faaut»
'"i
t
i
|
0 . < K O T » I P J I Wodtl 4Univic K«l t. K«1 1. Dull Pat
— 3) Otta PH»t*h«
119
Presiding Presentasi Ilrniah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta ]8-)9Maret J996
Ob. 7 Kora1»«l b*r^«p«1 Mod*1lint oft Kotenpok t
\\ UMtl 1 J | Uodfi I 3) UetMi S 1
120
LAMPIRAN
Pros/ding Presenla.il llmlah Daw- Bahon Dakar NuktlrPEBNBATAN. Jakarta IS-iPMartt 1996
OB. 8. PEMOAHUH 1EKAHAM PENQOMPAKANT6RHADAP DINStTAS PELET MENTAH
O.8S
18 18 20 21 24TEKAHAM PENOOMPAKAH \p»\)
2« 20 30
t. UO2-1 2.! 3. 0O2-2 4. C«-B
121
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi Ilmiah DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
STUM BANDING ANALISIS SILIKON DIURANIUM SILISIDA SECARA
Purwadi Kasino Putro, Asmedi Suripto *Sugili Putra, Gunanjar **
* Pusat Elemen Bakar Nuklir** Pusat Pengkajian dan Keselamatan Teknologi Nuklir
BAHAN BAKARHAN GRAVIMETRIK
ID0100062
ABSTRAK
Telah dilakukan studi banding analisis silikon di daiam bahan bakar uranium silisida dengan metodaspektrofotometri dan gravimetri. Pengujian dengan metoda spektrofotometri meliputi: metoda spektrofotometri serapanatom dengan bahan bakar nitres oksida - asetelin pada panjang gelombang 251,6 run dan metoda spektrofotometri UV -VIS dengan pengompleks amonium hepta molibdat dan reduktor SnCh pada panjang gelombang 757,5 nm, sedangkanmetoda gravimetri menggunakan pereaksi HCIO4 dan HNO3. Dari studi banding analisis tersebut, didapatkan hasilsebagai berikut: metoda spektrofotometri serapan atom mempunyai ketepatan analisis sebesar 96,37 % ± 0,24 % denganbatasan daerah konsentrasi analisis sampai 300 ppm dan tingkat ganggiian analisis sangat kecil, metoda spektrofotometriUV - VIS mempunyai ketepatan analisis sebesar 138,60 % ± 0,43 % dengan batasan daerah konsentrasi analisis sebesar0,1-1,5 ppm dan tingkat gangguan analisis besar, sedangkan metoda gravimetri mempunyai ketepatan analisis sebesar51,13 % ± 0,58 % dengan batasan daerah konsentrasi analisis minimal 1 gram dan tingkat gangguan analisis juga besar.
ABSTRACT
THE COMPARISON OF SILICON ANALYSIS FOR THE URANIUM S1LICIDE FUEL USINGSPECTROPHOTOMETRICAL AND GRAVIMETRICAL METHODS. The analysis comparison of silicon content inthe uranium silicide fuel using spectro-photometrical and gravimetrical methods have been performed. The nitrousoxide-acetylene was used in the atomic absorpion spectrophotometry (AAS) on the -wave length of 251.6 nm, and themixture of ammonium hepta molybdate complexes and SnCh as reductor were applied during analysis by UV-VISspectrophotometry (UV-VIS) on the wave length of 757.5 nm. The reagent of HCLO4 and HNO3 were used fordetermining Si content by gravimetrical method. The results of this comparison is as follows : the accuracy result isaround 96.37% ± 0.24% for the Si concentration up to 300ppm (the AAS) , is 138.60% ± 0.43%for the Si concentrationrange between 0.1-1.5 ppm (UV-VIS), and is 51.13% ± 0.58% for 1 gram of Si (gravimetry). The results also show thatthe lowest analytical error is obtained by the AAS method.
PENDAHULUAN
Pengembangan teknologi pembuatan bahanbakar uranium silisida (UxSiy) di Pusat ElemenBakar NukJir BATAN telah dilakukan sejak awalpelita V dan diharapkan pada akhir pelita V telahmendapatkan teknologi fabrikasi dan datapenunjang lainnya guna mendukung kelaikan pakaibahan bakar tersebut. Bahan bakar uranium silisidadiharapkan dapat menggantikan bahan bakaruranium oksida dalam unjuk kerjanya di dalamreaktor riset, hal ini disebabkan oleh besarnyadensitas serta kapasitas muat bahan bakar tersebutdi dalam pelat elemen bakar reaktor. Untukmendukung program pengembangan teknologipembuatan bahan bakar uranium silisida tersebutperlu disertai dukungan suatu uji kualitas, yangmana salah satunya adalah kadar silikon di dalambahan bakar uranium silisida (UxSiy).
Kadar silikon di dalam bahan bakar uraniumsilisida sangat diperlukan untuk diketahuijumlahnya secara keselunihan, karena dari jumlah
unsur silikon kita dapat mengetahui bentuk daribahan bakar uranium silisida (UxSiy) yang telahdibuat. Uranium silisida (UxSiy) ada beberapa jenisdiantaranya U3Si2, U3Si, dan USi serta masih adajenis lainnya (lihat lampiran IV).
Bahan bakar uranium silisida yangdiproduksi/dibuat oleh Instalasi Produksi ElemenBakar Reaktor Riset saat ini adalah U3Si2, padapembuatannya U3Si2 yang diperoleh tidaklahmurni, akan tetapi masih tercampur dengan jenisuranium silisida yang lain. Oleh karena itu perluuntuk mengetahui kadar silikon dengan benar,guna mengetahui jenis dari bahan bakar yang telahdibuat tersebut. Untuk mendapatkan metodaanalisis yang dapat diandalkan, maka perludikembangkan suatu metoda analisis silikon yangmempunyai ketelitian, ketepatan, kepekaan,kecepatan dan daerah konsentrasi yang memadaiserta sesuai untuk bahan bakar uranium silisida.
Penentuan kadar silikon didalam bahan bakaruranium telah banyak dilakukan oleh peneliti
122
Presiding Presentasi Ilmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBM-BATAJV, Jakarta 18-19 Maret 1996
pendahulu dengan metoda yang berbeda-beda 9.12,13
Pada penelitian ini dilakukan studi bandinganalisis silikon di dalam bahan bakar uraniumsilisida dengan metoda analisis spektrofotometriserapan atom dengan nyala (AAFS), metodaanalisis spektrfotometri UV-VIS dan metodagravimetri. Dari ketiga metoda tersebut diharapkanada salah satu metoda yang paling teliti, cepat,tepat dan mempunyai kepekaan yang baik.
TATA KERJA
Bahan-bahan yang digunakan.1. Serbuk uranium silisida (U3Si2) dan U3Og
buatan PEBN-BATAN2. Kristal LiBO2> C4H6O6 (as. tatrat) bertanda L+,
KNO3, dan Na2CO3 buatan E. Merck3. Larutan Baku Si 2000 ng/ml, HNO3 pekat,
HCIO4 pekat,TBP, dan Hexan buatan E. Merck.4. Larutan amonium hepta molibdat 10 %, asam
asetat 10 %, Na2SO3 15 %, H2SO4 25 % danlarutan SnCl2 1%.
5. Air bebas mineral.
Alat-alat yang digunakan.1. AAS varian 1475. Spektrofotomctrik UV-VIS
ShimadzuUV-160A2. Tungku pemanas fmnfle furnace), cawan
platina, cawan teflon dan alat-alat gclas3. Peralatan dari policfilen, kluisus untuk inetoda
spcktrofotomclrik UV-VIS.4. Pemanas, neraca analitik, corong gelas dan
peinisah, dan oven.
Cara kerja.A.Pelamtan cuplikan uranium silisida.1. Dilimbang 0,2 gram cuplikan uranium silisida
dalam cawan platina, kemudian ditambalikan 1gram LiBO2 dan dicampur, lalu dipanaskan didalam tungku pemanas pada suhu 950 °Cselama 30 menit
2. Setelah dingin kemudian dilarutkan denganmenambah 2 gram C4H6O6 (asam tatrat) L+bebas Si, dan 3ml HNO3 pekat serta air bebasmineral secukupnya.
3. Setelah larut kemudian dimasukkan dalamcawan teflon dan dibiarkan selama 24 jam padasuhu 150 °C, lalu disaring kemudian filtratnyadimasukkan dalam labu ukur 250 ml danditepatkan volumenya.
B. Analisis dengan spektrofolometri serapan atom1. Larutan cuplikan hasil pelanitan diencerkan 2
kali dengan larutan HNO3 kemudian diekstraksidengan larutan TBP-Hesan (7 : 3) hingga
larutan menjadi jernih dan kemudian faseairnya dipisahkan
2. Dari larutan baku 2000 ppm silokon diambilmasing-masing 0; 0,1; 0,25; 0,38; 0,5; 0,75;1,25 ml dan dimasukkan kedalam labu ukur 5ml.
3. Kemudian pada masing-masing labu ukurditambahkan 2 ml fase air hasil ekstraksi dankemudian volumenya ditepatkan 5 ml denganair bebas mineral.
4. Dilakukan pungukuran absorbansi denganmenggunakan AAFS. Kondisi AAFS untukanalisis silikon adalah sebagai berikut:
- panjang gelombang = 251,6 nm-celah =0,2;- anis lampu = 10 mA- gas asetilen = 27; gas N2O = 64
C. Analisis dengan spektrofotometer UV-VIS
a. Pembuatan standard larutan Si (Silikon)- Ditimbang 1 gram LiBO2 (litium borat) dalam
cawan platina, kemudian ditambahkan U3O8
0,236 gram dan dicampur lalu ditambahkan 2,5ml 2000 ng/ml larutan baku silikon.
- Dipanaskan pada suhu 950 °C selama 20 tnertit,setelah itu didinginkan kemudian dilarutkandengan menambah 2 gram C|H6O<; (asam tatrat)L+ bebas Si, dan 3 ml HNO3 pekat serta air bebasmineral secukupnya.
- Setelah larut kemudian dimasukkan dalam cawanteflon dan dibiarkan selarna 24 jam pada suhu150 °C, lalu disaring kemudian filtratnyadimasukkan dalam labu ukur 250 ml danditepatkan volumenya.
- Dari larutan ini kemudian diencerkan dua kalidengan menambahkan HNO3 6 M, laludiekstraksi dengan TBP - Hcsan ( 7 : 3 ) hinggajernih.
- Kemudian fase airnya dipipet 0; 1; 2; 3; 4; dan 5ml lalu dimasukkan dalam labu takar 100 ml.
- Ditambahkan 2 ml Hcl 1:1 dan 5 ml amoniumhepta molibdat 10 %, kemudian dikocok dandidiamkan selama 30 menit
- Ditambahkan 15 ml H2C2O4 10 %, 2 ml Na2SO3
15 % dan 5 ml H2SO4 25 % kemudian dikocokdan didiamkan selama 5 menit.
- Ditambahkan 1 ml SnCl2 1 % dan ditepatkan 100ml.
- Diambil salah satu larutan tersebut (0,5 ngr/ml)untuk menentukan panjang gelombang mak-simuinnya.
- Kemudian masing-masing larutan diukurabsorbsinya pada panjang gelombang maksi-mumnya yang telah diperolch.
b. Pengukuran cuplikan.
123
Prosiding Presentasi Hmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-} 9 Maret 1996
- Dari larutan cuplikan (hasil pelanitan) dilakukanpengenceran dua kali dengan larutan HNO3 6 M,kemudian diekstraksi dengan TBP-hexane (7:3)hingga larutan menjadi jernih.
- Kemudian fass airnya dipipet 0,4; 0,5; 0,65; 0,8dan I ml, keniadian dimasukkan dalam labuukur 100 m!.
- Ditambahkan 2 ml HC1 1:1 dan 5 ml Amoniumhepta molibdai 10 %, ketnudian dikocok dandidiamkan 30 menit.
- Ditambahkan 15 ml H2C2O4 10 %, 2 ml Na2SO3
15 % dan 5 nil H2SO4 25 % kemudian dikocokdan didiamkan selarna 5 menit.
- Ditambahkan 1 ml SnCI2 1 % dan ditepatkan 100ml.
- Ditentukan absorbansi masing-masing larutanpada panjang gelombang yang telah ditentukan.
Tabel 1.: Hasil analisis Si dalam uranium silisidadengan mengunakan AAFS
No
1234
67
Konsentrasi
stan daraddisi(ppm)
040
' iöö, »52 ,
200300500
rata-rata
Abs.
0,006750,029500,067500,099750,128250,179250,24650
KonsentrasiSi adalam
1 am tancuplikan(ppm)
.11,8711,1111,0311.1111,74
KÖS***11,37±0,339
Kadar SidalaniHxSiy
(%)
.7^3
' 6,876,826,877,25
8,70'•'7,03 ±0,242
(*) tidak dipakai,garis lurus
karena sudah tidak berada dalam
D. Analisis dengan gravimetri.• Ditimbang ± 1 gram U3O8 dalam cawan
platina dan ditambahkan 10 ml larutan 2000^r /ml Si, kemudian dipanaskan 800 °Cselarna 5 menit.
• Setelah dingin ditambalikan 1 gram KNO3 dan1 gram Na2CO3, kemudian ditambaiikan 20 mlHNO3 pekat dan 15 ml HCIO4. (metoda yanglain dilakukan dengan cara menambahkan 15ml HC1O4 sebagai pengganti HNO3)
• Kemudian larutan dididihkan 10 menit, setelahitu disaring, dicuci dengan air bebas mineraldan dikeringkan dalam oven pada suhu 105 °Cdan tiap 15 menit ditimbang hingga beratkonstan.
m . HASIL DAN BAHASAN
A. Analisis dengan AAFS
Untuk rnenghitung konsentrasi silikon dalamuranium silisida sebagai hasi! analisis digunakancara analisis standard addisi dengan rumus sebagaiberikut:
Ao(1)Cx = ( Cadd )
Aiotal - Aodengan :
Cx = Koiiseutrasi Si di dalam larutan cuplikanhasil pengukuraii (ppm)
Ao = Absorbansi cuplikanAtoiai = Absorbansi cuplikan + absorbansi addisi
Cadd = Konsentrasi Si addisiuntuk menentukan kadar Si (%) digunakan rumus :
Kadar Si (%) =Cx .fp . 10 •* . v
berat cuplikan (gr)(2)
dengan fp = faktor pengenceran dan v = volumelarutam cuplikan mula-mula (ml).
Konsentrasi Si di dalam larutan cuplikan,selain dapat dihitung dengan rumus (1), dapat puladitentukan dengan ekstrapolasi pada kurvaabsorbansi versus Cadd sebagai berikut : (gambar1).
Dari tabel 1 dan gambar 1. pada lampiran I,maka dapat disimpulkan bahwa kadar silikondalam bahan bakar uranium silisida denganmenggunakan metode AAFS adalah : (7,03 ±0,242) %.
Pada pengukuran kandungan silikon dalambahan bakar uranium silisida dengan menggunakanspektrofotometri serapan atom ini digunakanmetoda analisis standard addisi, sebab :1. Uranium, merupakan unsur yang paling
dominan dalam bahan bakar uranium silisida,adanya uranium ini sangat mengganggu dalamanalisis silikon dengan AAFS. Hal ini dapatdibuktikan dari tabel 2. Dari tabel 2. dapatdilihat bahwa untuk larutan cuplikan yangtanpa perlakuan ekstraksi U dengan TBP-Hexana, hasil pengukuran absorbansi silikontidak akan mengalaini perubahan walaupunkonsentrasi Si dinaikkan (tetap sama denganlatar).
2. Kemungkinan adanya asam borat, sebab dalampelarutan cuplikan digunakan LiBO2 sehinggaada kemungkinan sebagian LiBO2 telahberubah jadi asam borat, sedangkan asam boratakan menurunkan absorbansi pada analis
124
Prosiding Presentasi Ilmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
silikon. Oleh karena itu untuk mengatasigangguan uranium maka uranium tersebuthams dipisahkan dengan cara ekstraksimenggunakan pelarut TBP-Hcxana, sedangkanuntuk mengatasi gangguan matriks (yaituadanya U yang tersisa, boron atau asam borat,dan unsur/senyawa lain), maka pada analisissilikon dalam bahan bakar uranium silisida inidigunakan metoda standard addisi. Denganmenggunakan metoda ini maka baik standardmaupun cupiikan berada pada kondisi yangsama.
B. Analisis dengan Spektrofotometri UV-VIS.
1. Penentuan panjang gelombang maksimum.
Sebelum meiakukan analisis dengan spektro-fotometri UV-VIS maka perlu dilakukan pemilihanpanjang gelombang maksimum, hal inidimaksudkan agar pada saat pengukuranabsorbansi cuplikan nanti bisa didapat absorbansiyang maksimum, sehingga kepckaan yangdiperoleh maksimum. Hasil penentuan panjanggelombang maksimum dapat dilihat pada label 3dan gambar 2.
Tabel 2.: Pengukuran absorbansi dengan AAFSuntuk larutan uranium silisida tanpaekstraksi.
'"No"1234567
Rons."sTftpm)""
02448648096
cuplikan
I
..Ml!..0.0280,0240.0200,010o.oii 1
ABSOS
0,0140.0200,0260,0230,0220,0170.012
.BANSI£
0,0130,0230,0290,0260.0210,0130,008
1 •<0.0180.0230.0270,0300.0220,0180,009
(*) Larutan yang diukur mengandung uraniumsebesar 3200
Terlihat bahwa panjang gelombangmaksimum untuk penentuan silikon dalam bahanbakar uranium silisida dengan menggunakanmetoda spektro-fotometri UV-VIS adalah 757,5nm.
Tabel 3 : Penentuan panjang gelombangmaksimum untuk analisis silikon denganspektrofotometri
No.
1234
i
X769,1764,7760,2757.5754,4
i"•:i:
;
Puncak tertinggiABS.0,1980,2080,2100,218
o.ni
767,1762,4759.2755.2752,3"
ABS.0,1240,1630,2036.1680.145
2. Pembuatan kurva kalibrasi.
Untuk keperluan analisis dengan spektro-fotometri UV-VIS terlebih dahulu dibuat kurvakalibrasi.
Tabel 4 : Pembuatan kurva kalibrasi untuk analisissilikon dengan spektrofotometri UV-VIS
No. j LaruUn tunggat ! Larutan U-Si.(*JI K O N S T " I " ABS" 1 RONS. i ABS."
M OfiO -0,000 i 0,002 i 0.10
0,0000,10 : 0,003
3 j 0,20 ^ 0,087 t 0,204 : 0,30 0,1315 i 0,40 | 0,177 I 0,406 j 0.50 0,230
0.30
0,50
0,0070,0200,0270,035
(•) dibuat dari larutan standard silikon 20 ngr/ml.
Dari tabel 4 dan gambar 3 pada lampiran HIterlihat bahwa adanya uraniummenyebabkan tcrjadinya penurunan absorbansipada pembuatan kurva standard kalibrasi kadar Si.
3. Penentuan silikon.Dengan menggunakan kurva kalibrasi
tersebut maka dapat ditentukan konsentrasi silikondalam larutan yang diukur setelah diketahuiabsorbansi masing-masing larutan. Selanjutnyauntuk menghitung % Si dalam cuplikan hasilanalisis dengan metoda spek-trofotometri UV-VISdapat digunakan rumus sebagai berikut:
Kadar Si% = -C.fp.lO-*.V
x 100 %berat penimbangan UjSi2 (gram)
(3)
dengan:fp = faktor pengenceranC = konsentrasi Si hasil pengukuran pada larutan
cuplikan (|igr/ml)V - volume larutan cuplikan mula-mula (ml).
Dengan menggunakan rumus tersebut, makadapat dibuat tabel perhitungan sebagai berikut(tabel 5):
Tabel 5 : Hasil analisis silikon dalam bahan bakaruranium silisida dengan metoda spektro-fotometri UV-VIS.
No.
12345
cuplikan(ml)0,400,50
I 0,650,801.00
KONS. Si(Hgr/ml)
0,16
o,.?!. ....,. 0,28
0,310,40
Rata-rata
kadar Si(%)9,8910,4410,689,629,93
10,11 ±0,434
125
Prosiding Presentas! Ilmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Dari tabs! 5 dapa* ailih&i bahwa kadar Si rata-ratadalam bahan bakar uranium silisida hasi3pengukuran dengan metoda spektrofotometri UV-VIS adalah:(10,11 ±0,434)%.
C. Analisis dengaa metoda gravimetri.1. Pcngujsasi) prasedwr.
Karena antak analisis silikon dalam bahaisbakar uranium silisida dengan raenggunakammetoda analisis gravimefri ini ierdapat dua macamcara, maka harus dipilih salah satu metoda yangpaling baik/effisien untuk dikerjakan. Dari hasilanalisis yang diiakukan maka hasilnya dapat dilihatpada tabel 6.Dari tabel 6 tersebut diatas maka dapatdisimpulkan bahwa untuk pengeringan endapancukup diiakukan selarna waktu minimal 60 menit.Namun agar nantinya benar-benar didapat endapanyang konstan/endapan yang benar-benar keringmaka untuk analisis cuplikan pengeringandiiakukan selarna 2 jam.
Tabel 6 : Hasil pengamatan pemilihan metodagravimetri untuk analisis silikon dalamuranium silisida.
NO.
12
.....3.4
waktupengeringan
(menit)
015
. ..3045
3 i 606 i 75
Berat endnpan (gram)Pengendapan
dengan HCIO4(SiOs)2,75060,50130,17610,03150,01940,0193
Pengendapandengan HNOj
(SiO2)2,68890,39850,10020,02360,02020,0202
Untuk menghitung berat silikon yang dapatdiendapankan, maka dapat digunakan minus :
Berat atom silikonBerat Si = x berat endapan (4)
Berat molekul endapnn
Sehingga:1. Berat Si yang dapat diendapkan dengan pereaksi
HCIO4.28,09
= 0,0193 ( ) = 0,00902 gram.28,09 + 2(16)
Kesempurnaan analisis = ( berat Si yang diperoleh/berat Si awal dalam larutan ) xl00%.
= 0,00902/0,02 x 100 % = 45,1 %
2. Berat Si yang dapat diendapkan dengan pereaksiHNO3.
28,09= 0,0202 ( ) = 0,00944 gram.
28,09 + 2(16)
Kesempurnaan analisis ;= 0,00944/0,02 x mo % = 47,2 %
Dari hasil pengujiao prossdur analisis silikondalam bahan bakar uranium silisida denganmenggunakan ke dua pereaksi di SÉMS membsrikanhasil yang kurang baik (kesaiahannya sangatbesar). Of eh karena itu untuk analisis silikon dalambahan bakar uranium silisida dengan menggunakanmetoda gravimefri snasih memerlukam penelitianssbih Sanjut untuk mendapatkan prosedur kerjayang mantap. Untuk analisis silikon dalamcuplikan bahan bakar uranium silisida padapenelitian ini digunakan pereaksi HNO3, sebab darihasil perhitungan dengan menggunakan pereaksiHNO3 memberikan hasil yang lebih baik dibandingmenggunakan pereaksi HC1O4.
2. Analisis cuplikan uranium silisida denganpereaksi HNO3.
Untuk menghitung berat Si yang terendapkandigunakan persamaan 4,sedangkan untukmenghituag kadar silikon dalam cuplikan sebagaihasil analisis gravimetri digunakan rumus :
Berat SiKadar Si (%) = x 100 % (5)
Berat cuplikan
Hasil analisis silikon dalam uranium silisida dapatdilihat pada tabel 7
Tabel 7 : Hasil analisis silikon daJam bahan bakaruranium silisida dengan inetodagravimetri.
No. i beratj cuplikanj (gram)
1 ; 0,34912 ] 0,45003 : 0,82124 i 1,0887
beratendapan(gram)0,02290,03370,06860,1033
Siterendapkan
(gram)0,01070,01570,03210,0483
kadar Sidalam
cuplikan ('/•)3,073,503,914,44
Dari tabel 7 tersebut nampak bahwa hasilanalisis silikon dalam bahan bakar uranium silisidadengan metoda gravimetri hasilnya sangat kecil,kemungkinan karen adanya endapan yang terbuangselarna proses analisis, sedangkan jumlah uraniumsilisida yang digunakan sebagai cuplikan hanyasedikit sehingga kehilangan endapan walaupunkecil namun sangat berarti. Ini terbukti dari hasilperhitungan % Si dalam cuplikan yaitu semakinbanyak cuplikan yang dipakai maka % Si yangdidapat semakin besar. Sehingga untuk analisisgravimetri ini seharusnya dipakai cuplikan yangcukup banyak (ä 5 gram).
126
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBNBATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Kadar silikon rata-rata dalam bahan bakar uraniumsilisida sebagai hasil analisis dengan gravimetriadalah sebesar: (3,73 ± 0,58) %.
D. Perbandingan analisis Si dalam uranium silisidadengan metoda AAFS. Spektrofotometri UV-VIS dan Gravimetri.
Untuk mengetaluii hasil perbandingananalisis kadar silikon dalam uranium silisidadengan menggiinakan metoda AAFS,Spektrofotometri UV-VIS dan gravimetri dapatdigunakan persamaan 6, 7 dan 8.
Ketelitian analisis dapat dihitung dari hargastandard deviasi (SD) menggunakan persamaan 6.
2 (Xi-X)a m
SD = (6)n-1
Dari hasil perhitungan dengan menggunakanpersamaan 6 diperoleh kadar Si didalam cuplikansebagai berikut:
1. Metoda AAFS = 7,03 0 0,24%2.Metoda Spektrofotometri UV-VIS = 10,1 ID
0,43 %3. Metoda Gravimetri = 3,73 D 0,58 %
Ketelitian relatif yang pada umumnyadinyatakan sebagai harga "Standard DeviasiRelatif' (%RSD) dapat dihitung denganmenggunakan persamaan 7.
SD(7)%RSD = x 100%
XHasil perhitungan % RSD adalah :1. Metoda AAFS = 3 , 4 9 %2. Metoda UV-VIS = 4,32%3. Metoda Gravimetri = 15,65 %
Ketepatan analisis {accuracy) dari ketigametoda tersebut dapat dihitung denganmenggunakan persamaan 8.
BKetepatan (accuracy) = x 100 % (8)
AA = Kadar bahan sesungguhnya dalam cuplikan
(7,295%)B = Kadar bahan hasil analisis
Ketepatan anlisis ( accuracy ) dari ketigametoda di atas dengan menggiinakan persamaan 8adalah sebagai berikut:
1. Metoda AAFS = 96,37%2. Metoda UV-VIS = 138,60 %3. Metoda Gravimetri = 51,13 %
Hasil studi banding analisis Si di dalamuranium silisida secara rinci dapat dilihat padalabel 8
IV. SIMPULAN
Dari pengkajian yang telah dilakukan untukmemilih/menentukan metoda analisis silikon dalambahan bakar uranium silisida yang paling memadaidan layak dilakukan, maka dapat dibuat suatukesimpulan sebagai berikut:
1. Hasil analisis silikon dalam bahan bakaruranium silisida dengan metodaspektrofotometri nyala serapan atom,spektrofotometri UV-VIS dan gravimetrimasing masing memberikan ketelitian 3,49 %,4,32 % dan 15,65 % dan ketepatan 96,37%,138,60 % dan 51,13 % pada daerahkonsentrasi sampai 300 ppm,0,l-l,5 ppm danminimal 1 gram.
2. Uranium merupakan bahan pengganggu untukseniua metoda analisis yang dikaji. Untukmetoda spektrofotometri nyala serapan atom,gangguan uranium diatasi dengan caraekstraksi dan standard addisi.
3. Prosedur kcrja analisis silikon dalam bahanbakar uranium silisida dengan metodaspektrofotometri nyala serapan atom telahmantap dan dapat dipakai dalam analisis sehari-hari. Dua metoda yang Iain (spektrofotometriUV-VIS dan gravimetri) masih perlu dilakukanpenelitian lebih lanjut.
DAFTAR PUSTAKA.
1. SUWARNO, dkk, Percobaan pembuatan serbukUranium Silisida, Prosiding Pertemuan danPresentasi Ilmiah Penelitian Dasar IlmuPengetahuan dan Teknologi Nuklir, Jilid I,PPNY-BATAN Yogyakarta, 6-8 Maret 1989.
2. ERLAN DEWITA, HENDRI. FW, PengkajianTeknologi Bahan Bakar Reaktor Riset UxSiy;UC;UAlx; U3O8, Prosiding Pertemuan danPresentasi Ilmiah Penelitian Dasar IlmuPengetahuan dan Teknologi Nuklir, Jilid I,PPNY-BATAN, 1989.
3. SOEDYARTOMO. S (dkk), InstrumentasiKimia I, Pusat pendidikan dan latihan BadanTenaga Atom Nasional, Yogyakarta, 1983.
127
Prosidi?!?, .PrcswttGsi 'Imiah Daur Bahan Bakar NuklirPE8N SATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
4. SOFJAN JATIM. Drs, AA-AE Spectroscope,Badan Tenaga Atom Nasional, Jakarta, 1981.
5. PURWADI. KP. Drs, Diklat Analisis KimiaInstrumental, Pusat Pendidikan dan LatihanBadan Tenaga Atom Nasional, Jakarta, 1991.
6. ISWANI. S, Spektrofotometri Ultra VioletVisible, PATN-Pusdiklat Batan, Yogyakarta.
7. HARJADI, Ilmu Kimia Analitik Dåsar, PTGramedia, Jakarta, 1985.
8. VOGEL'S, Text Book of Quantitative InorganicAnalysis, Fourth edition, The English LanguageBook Society, 1978.
9. PURWADI. KP Drs, Penentuan KomposisiKristal Dalam Bahan Bakar UxSiy secaraAnalisis Kimia dan Difraktometri Sinar-X,Proceedings Seminar Teknologi Daur BahanBakar dan Keselamatan Nuklir, Bandung, 2-3Desember 1987.
10. ARTHUR I. VOGEL^ A text book of Macro andSemimicro Qualitative Inorganic Analisis,Longmans Green and Co, London - New York,Toronto, 1953.
11. LOUIS MEITES, Hand book of AnalyticalChemistry, Me Graw Hill Book Company, NewYork.
12. FRANZ, Determination of Composotion ofThO2 and (Th,U)O2 Fuel Kernels WithAl2O3/SiO2 Additives, Springer-Verlag, 1978.
13.IRVAN RISWANTO, Penetapan Kadar Silikondalam Serbuk U3O8 secara spektro-fotometrik,Akademi Kimia Analisis Bogor, Bogor, 1990.
14.PERKIN ELMER, Standard Condition forAtomic Absorption, September 1976.
15.ANONIM, Analytical Methods for FlameSpectroscopy, Varian Techtron Ptg. Ltd Spring-vale, Australia, Pub. No. 85-100009-00, July1979.
16. FRITZ FEIGL, Spot Tests, Vol I, InorganicApplications, Fourth Edition, ElsevierPublishing Co, Amsterdam, Houston, London,New York, 1954.
TANYA JAWÅB
1. Deddy Lutil Amin• Mengapa penyaji menarik kesimpula bahwa
metode AAS lebih baik untuk analisis silikonpadahal batasan konsentrasi yang dipakaiberbeda dengan UV-VIS dan gravmetri.
• Bagaimana ketelitian dengan metode AASapabila batasan kensentrasi analisnya 0,1-1,5ppm.
Purwadi K.P.• Kesimpulan hasil penelitian ditarik berdasarkan :
a). Hasil analisis yang diperolehb). Simpangan baku serta ketelitian analisisc). Metoda yang digunakan lebih sederhana
dan membutuhkan waktu relatif singkat• Untuk batasan konsentrasi 0,1-1,5 ppm hanya
dapat digunakan dengan metodespektrofotoretri UV-VIS, sedangkan AAS tidakmungkin dapat menentukan kadar silikonsebesar 0,1-1,5 ppm, akan tetapi batasan yangpaling baik adalah 300 ppm.
2. Aslina Br. Ginting• Mohon dijelaskan, apakah mungkin suatu
analisa mempunyai ketelitian lebih dari 100%,mengingat dari ketiga metoda tersebut hasilketelitiannya lebih dari 100%AAS = 96,50 + 3,67%UV-VIS = 95,65 + 38,61%Gravimetri = 84,35 + 48.91%
Purwadi K.P.• Nilai 96,50 + 3,67 %, 95,65 + 38,61 % dan
84,35 + 48,91% adalah masing-masing metodedengan simpangan baku/ terdapat adanyaanalisis bukan ketelitian analisis.
128
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN.SATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Tabel 8 : Perbandingan hasil analisis silikon dalam bahan bakar uranium silisida denganmetoda AAFS, spektrofotometri UV-VIS, dan gravimetri.
No i!
l. !2. i3. !
..„.....,
5.
"T~7. I
Parameter
Ketelilian analisisKetepatan analisisTingkat kesulitanTingkat ganggiianDaerah konsenlrasi
Kecepatan analisis(waktu yang diperlukan)Selcktivilas
AAFS3,49 %96,37 %relativ sukarkecil300 mgr/1(maks)4hari
selektiv
METODA ANALISISUV-VIS |4,32 %138,60 %sukarbesar0,1-l',5(mgr/1)6hari
kurang !
GRAVIMETRI15,65%51,13%mudahbesar1 gram (minimal)
3 hari
kurang
Gambar 1. Kurva absorbansi versus Cadd untuk analisis kadar silikon dalam UxSiy dengan metoda AAFS
'0.30
0.0!A/CivJ
AIV\
mop
r
J \ r
Gambar 2. Kurva spektmm serapan larutan komplek silikon imtuk penentuan panjang gelombangmaksimum dengan spektrofotometri UV-VIS
129
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
0 , LO
o,u
0 , 1 *
0 , 11
0 , 10
0 . OU
0,06
0 .0«.
0 .01
0 , UU 0
/
/
. 1 0
/
/ "1
r
V/
t L a r u t i * g
A r - 2 , a i j in
. 2 0 , 3 0
/
^ ^
* 0, 3
Gambar 3. Kurva kalibrasi analisis silikon dalam U^Siy dengan menggunakan metoda spektrofotometriUV-VIS
IIOO
HOT
1300
•400
1500
IK»
1100
WOO
•00
MO
TOO
«00
500
400
t
_ «I
/
>- iw
r- s^
1u n
1
/
/
t
J »
t
1
3-
J_to
130 40 »
sit. lewI
JO
U1
JL
* - *
Bf i l~r
4S0*
1«0 TO
ATOMIC WKtNT 5R.COM
30 40
I'
\\\
JO" \y
1W
CO «3
' 1 1——
/ 1
jJ|
—
—
——
!90 S
Gambar 4. Diagram fasa bahan bakar uranium silisida (UxSiy)
130
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentas! Ilmlah DaurBahan Bakar NuktirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
EFEK PENGERJAAN TERMO-MEKANIK PADA PADUAN ALMG2
M.Husna Al HasaPusat Elemen Bakar Nuklir ID0100063
ABSTRAK
EFEK PENGERJAAN TERMO-MEKANK PADA PADUAN ALMG2. Pengerjaan termo-mekanlk berupaproses perolan panas dan annealing telah dikenakan kepada pelat AlMg2. Perolan panas pelat paduan AlMg2dilakukan pada temperatur 400°C dengan deformasi bertahap, dan proses annealing berlangsung selama 1 jam padatemperatur 425°C. Pengamatan mikro-struktur dilakukan dengan metalografi-optik, pengujian kekerasan dilakukandengan metoda Vickers dan pengukuran kondukti vitas panas dilakukan dengan menggunakan konduktometer.Petigamatan secara metalografi-optik dan pengujian kekerasan dengan metoda Vickers menunjukkan adanyaperubahan struktur mikro dan kekerasannya. Hasilnya menunjukkan bahwa perolan panas mengakibatkan bentukbutir berubah dari equiaxial menjadi pipih-memanjang dan bersifat lunak. Kekerasan mencapai sekitar 58,5Kg/mm2 untuk tingkat deformasi 18 % , 41 % dan 76 % serta 66 Kg/mm2 untuk terdeformasi 133 %. Annealingselama 1 jam pada 425°C temyata menyebabkan penurunan kekerasan menjadi sekitar (41 - 42) Kg/mm2 untukderajad deformasi 18 % , 41 % dan 76 % serta menjadi 39 Kg/mm2 untuk derajad deformasi 133 %. Disamping itudiamati pula bahwa bentuk butir kembali menjadi equiaxial dan ukuran butirnya lebih besar. Hasil pengukurandengan konduktometer pada paduan AlMg2 sebelum dan sesudah perolan panas memperlihatkan terjadinya penurunharga konduktivitas termal dari 143 W/m°C menjadi 140 W/m°C.
ABSTRACT
EFFECTS OF THERMO-MECHAN1CAL TREATMENT ON A1MG2 ALLOY. Thermo-mechanical treatmentconsisting of hot rolling and annealing process has been applied to AlMg2 plate. The AlMg2 plate was adressed byhot rolling process at 400 °C with step deformation, and the AlMg2 plate was then annealled at 425"Cfor one-hour.The observation on the microstructure was performed by using optical metallography, the hardness test wasperformed using Vickers method, and thermal conductivity was measured using conductometer. Thermo-mechanicaltreatment generates changes in AlMg2 microstructures and mechanical properties. The changes have been identifiedusing optical metallography and Vickers micro hardness test. The treatment transforms the AlMg2-equiaxial grainto elongated grain and the alloys hardness is still relatively soft. The hardness reaches about 58,5 Kg/mm2 afterdeformation of 18 % , 41 % and 76 % and 66 Kg/mm2 after deformation of 133 %. An one-how annealingtreatment at 425"C caused decreasing of the hardness to about (41 - 42) Kg/mm2 for 18 %, 41 % and 76 % defor-mation and to about 39 Kg/mm2 for 133 % deformation. This treatment makes the form of the grain equiaxial and thesite of the grain larger. The results of the measurements using conductometer on the original AlMg2 alloy and it wasaddressed by hot rolling indicate that the thermal conductivity of 143 W/m'C to 140 W/m°C.
PENDAHULUAN
Aluminium adalah logam lunak dan uletmem-punyai struktur kubus pusat muka (FCC).Aluminium juga merupakan logam ringan yangmempunyai sifat tahan korosi, sifat penghantarlistrik dan panas yang baik'.
Paduan Aluminium-Magnesium memilikikekuatan yang cukup memadai dan sifat termalyang baik. Paduan AlMg tidak bisa dikeraskandengan perlakuan panas. Penguatan danpeningkatan kekerasan diperoleh melalui pem-bentukan larutan padat substitusional denganmengganti kedudukan atom AJ oleh atom Mgyang mengakibatkan distorsi kisi kristal logaminduk yang selanjutnya menimbulkan medantegangan disekitar atom yang tersubstitusi2
Penguatan dan pengerasan paduan AlMg dapatpula diperoleh dengan cara pengerasan akibatregangan {strain hardening) yang dicapai mela-
lui proses perolan. Selain itu, deformasi perolanmengakibatkan ketidak teraturan pada kisi danmenimbulkan cacat kisi berupa kekosongan atom.Kondisi yang demikian menye-babkan terjadinyaperubahan sifat mekanik dan sifat termal, sepertikonduktivitas panas. Konduktivitas panasmenurun karena kecepatan gerakan elektronberkurang dan aliran panas terisolasi atauterhambat akibat adanya kekosongan atom.
Perolan panas dilakukan pada suhu di atastempertur rekristalisasi logam yang diproses.Temperatur rekris-talisasi sangat dipengaruhioleh besarnya derajat deformasi pada logam.Semakin besar deformasinya, temperatur rekris-talisasinya akan semakin rendah. Deformasidiatas temperatur rekristalisasi akan disertaidengan peristiwa pelunakan yang melibatkanmekanisme recovery , rekristalisasi danpertumbuhan butir 3. Besarnya pelunakan darimasing-masing mekanisme tersebut tergantung
131
Prosiding Presentasi Ilmiah DaurBakan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-!9Maret 1996
pada jenis logam, temperatur dan kecepatanproses deformasi atau Iaju regangannya.
Bila logam dengan energi salah tumpuk{stacking fault energy) rendah, bila didefonnasipada tem-peratur tinggi, uniumnya akanmengalatni rekristalisasi selama berlangsungnyaproses deformasi. Proses rekristalisasi yangdemikian disebut dengan rekristalisasi dinamiksedangkan bila rekristalisasi terjadi setelah prosesdeformasi disebut dengan rekrislalisasi statik.Rekristalisasi dinamik terjadi karena pnda loganidengan energi salah tumpuk rendah mekanismerecovery tidak banyak peranannya dalam prosespelunakan, sehingga energi pendorongnya cukupbesar untuk menyebabkan lerjadinya prosesrekristalisasi3.
Aluminium mempunyai energi salahtumpuk cukup tinggi sekitar 200 erg/cm2
sedangkan baja tahan karat 304 sebesar 20erg/cm2 4 Aluminium dan paduannya karenamemiliki energi salah tumpuk tinggi, mcskipundidefonnasi pada temperatur tinggi sering kalimempunyai bentuk butir memanjang dan tidakmengalami rekristalisasi. Meskipun demikiansifatnya relatif masih lunak karena pcningkatankekerasannya relatif kecil. Hal ini disebabkanoleh begitu besarnya peranan pelunakan olehmekanisme recovery , khususnya recovery dina-mik sehingga energi pendorongnya rendah dantidak cukup mampu untuk mendorong terjadinyarekristalisasi dinamik.3.
Dalam penelitian ini, perolan pelat AlMg2dilakukan diatas temperatur rekristalisasi yaitu400°C dengan deformasi perolan bertahap yaitu18 % , 41% , 76 % ,133 % dan proses annealingberlangsung selama 1 jam pada temperatur 425°C. Kajian yang dilakukan dalam penelitian iniialah mengamati pengaruh pengerjaan termo-mekanik terhadap perubahan mikro-struktur, sifatmekanik dan sifat termal paduan AlMg2.Pengamatan mikro-struktur dilakukan denganmetalografi-optik dan pengujian kekerasandilakukan dengan metoda Vickers dan peng-ukuran konduktivitas panas dilakukan denganmenggunakan konduktometer.
TATA KERJA
Bahan percobaan yang digunakan adalahpelat AlMg2 dengan unsur pemadu utama : Mg1,7 - 2,4 %, dan unsur lainnya seperti Si < 0,3 %,Cr <0,3 %, Mn <0,3 %, Fe <0,4 % dan Ti <0,1%5
Proses perolan dilakukan pada pelat AIMg2yang telah mengalami pemanasan pada 400°C
selama 30 menit dengan deformasi total, yaitu :18 % , 41 % , 76 % dan 133 %.
Perlakuan panas terhadap cuplikan pelatAlMg2 yang telah dirol panas dilakukan didalam tungku sirkulasi udara selama 1 jam padatemperatur 425°C.
Permukaan spesimen hasil perolan panasdan proses anil dietsa dengan larutan kimia yangterdiri dan 50 ml reagen Pulton dicampur dengan25 HNO3 dan 40 ml larutan 3 gram asam kromikper l0mlH 2 O 6
Pengamatan perubahan mikro struktur untuksetiap tahapan deformasi dilakukan denganmikroskop optik. Pengukuran kekerasandilakukan dengan metoda Vickers pada beban200 gram terhadap pelat AlMg2 awal, pelatAIMg2 hasil pengerolan panas dan pelat AlMg2setelah di anil. Pengukuran konduktivitas panaspelat AlMg2 sebelum dan sesudah perolan panasdilakukan dengan menggunakan alatkonduktometer.
HASIL DAN BAHASAN
Hasil pengamatan dengan mikroskop optikpada spesimen AlMg2 awal, spesimen hasilpengerolan panas dan spesimen AlMg2 setelahdianil pada 425°C selama 1 jam untuk berbagaiderajad deformasi ditunjukkan pada gambar 1, 2dan 3. Pengaruh deformasi perolan padakekerasan paduan AlMg2 setelah dirol pnas dansetelah di anil pada 425°C selama 1 jam di-tunjukkan pada gambar 4 dan 5. Hasil peng-ukuran konduktivitas panas dengan konduk-tometer pada paduan AlMg2 sebelum dansesudah perolan panas diperlihatkan padaGambar 6.
10» /•.«
Gambar 1. Strukturmikro paduan AlMg2 awal
132
Prosiding Presentasi Ilmiah Dour Bahan Bakar NutclirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Gambar 1 memperlihatkan bahwamikrostruktur padua AlMg2 avval sebelumdikenai perolan panas memiliki struktur butiryang berbentuk equaxial dan sifat kekerasannyayang relatif lunak serta rendah yaitu sebesar 42Kg/mm2 (Gambar 4).
Gainbar 2. Struktur mikro hasil perolan pada 400°Ca. deformasi 18 % b. deformasi 41 %c. deformasi 76 % d. deformasi 133 %
Mikro struktur paduan AlMg2 yang telahmengalami perolan panas pada berbagaideformasi ditunjukkan pada gambar 2, yangmenunjukkan hal-hal sebagai berikut.
Pada gambar 2a terlihat bahwa mikro-struktur dengan deformasi 18 % memiliki ukuranbutir relatif masih kecil dan tampak mulai terjadiperubahan dari bentuk equiaxial menjadi pipih.Gambar 4 memperlihatkan bahwa sifat keke-rasannya mengalami peningkatan. Peningkatankekerasan ini disebabkan karena bahanmengalami pengerasan oleh regangan.
Dari gambar 2b, 2c dan 2d menunjukkanbahwa struktur mikro dengan deformasi 41 % ,76 % dan 133 % tampak terjadi pembesaran butirdan bentuk butir yang memanjang. Hal inimenunjukkan bahwa pada deformasi tersebutterjadi proses pertumbuhan butir dan butir tidakmengalami rekristalisasi karena paduan AIMgmemiliki energi salah tumpuk yang tinggi.Gambar 4 dapat diamati bahwa peningkatankekerasan tidak dialami oleh spesimen dengandeformasi 41 % dan 76 % dan harganya relatifsama dengan kekerasan yang dipunyai olehspesimen dengan deformasi 18 %. Disinimenunjukkan bahwa peranan pelunakan olehmekanisme recovery masih dominan khususnyarecovery dinamik. Pada deformasi yang lebihtinggi yaitu pada 133 %, kekerasan paduanAIMg2 terlihat mengalami peningkatan. Hal inidisebabkan karena pada deformasi yang lebihbesar, butir-butir hasil deformasi memiliki energi-dalam tinggi, yang disebabkan oleh tingginya
133
Prosiiimg /'re.v. atavi ihwih Dcmr Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
kerapatan dislokasi pada tingkat deformasitersebut. Akibatnya terjadi pertumbuhan inti-intibaru yang lebih banyak dan akan rnemberUukbutir yang banyak. Dengan demikian akanmemperbanyak batas butir yang merupakanrintangan terhadap gerakan dislokasi. Disampingitu pembcntukan fasa kedua dipercepat denganmakin besaniya derajad deformasi. Kehadirannyaakan pula menghambat gerakan dislokasisehingga memberikan kontribusi pada kenaikankekuatan dan kekerasannya.
Gainbar 3. Struktur mikro hasil perolan pada 400 °Cdan dianil selama I jain pada 450 "C .a. defonnasi 18 % c. deformasi 41 %c. defonnasi 76 % d. deformasi 133 %
Mikrostruktur paduan AlMg2 setelah dianilpada temperatur 425°C terlihat bahwa butir-butirpipih-memanjang hasil perolan panas kembalikebentuk semula yaitu equiaxial dengan ukuranbutir lebih besar dari pada spesimen AlMg2 awalseperti ditunjukkan pada gambar 3a, 3b, 3c dan3d. Hal ini menunjukkan bahwa spesimenmengalami rekristalisasi dan pertumbuhan butir.Dengan demkian diperoleh butir-butir baru bebasregangan dan bebas dislokasi sehinggapergerakan dislokasi selanjutnya tidak mengalamihambatan. Akibatnya kekuatan dan kekerasannyaturun seperti diperlihatkan pada gambar S.
o.o o.eDeformasl total \
Gambar 4. Pengaruh deformasi perolan panaspada kekerasan paduan AlMg2.
134
Prosiding Presentasi flmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BATÅN, Jakarta 18-19 Maret 1996
0.0 00Deformasi total
Gambar 5. Pengaruh deformasi perolan panaspada kekerasan paduan AlMg2setelah dianil selarna 1 jam pada450 °C
...
. . . .
— C-»— AIMg3 sogaf (awni)— B - iMMgZhasit
perotan perms
- I t
„.-.,( i
SO 100 ISO 200 250 300 350 400 ISO
TEMPERATUR ("C)
Gambar 6. Konduklivitas panas paduanAlMg2 sebclum dan sesudahperolan panas
Pada Gambar 6 ditunjukkan bahwa hargakonduktivitas panas paduan AlMg2 hasilpengukuran pada berbagai temperatur cenderungmeningkat pada temperatur yang semakin tinggi.Hal ini dikarenakan pada temperatur lebih tinggivibrasi kisi dan gerakan elektron-elektron bebassemakin meningkat, sehingga panas yangberkondukst dalam benda padat seinakin cepat.Selain itu, semakin tinggi temperatur keteraturankisi meningkat dan kedudukan atom-atom padakisinya akan lebih sempurna sehingga cacat kisiberupa kekosongan atom semakin berkiirang dandan gerakan-gerakan elektron dapat denganmudah berpindah melalui kisi. Konduktivitaspanas paduan AlMg2 sebelum dan sesudahdikenai perolan panas diperlihatkan pada Gambar6. Dari Gambar 6 tampak bahwa harga
konduktivitas panas terjadi penurunan setelahdikenai perolan panas. Hal ini ditunjukkan sepertipada titik pengukuran 100 °C, yaitu hargakonduktivitas panas AlMg2 segar sebesar 143W/m°C dan setelah mengalami perolan panasmenurun menjadi 140 W/m°C. Hal ini dikare-nakan deformasi perolan panas mengakibatkanterjadi peningkatan dislokasi yang ditandaidengan kenaikan kekerasan bahan, sepertiditunjukkan pada Gambar 4. Kondisi seperti inisemakin meningkatkan ketidakteraturan kisi ataumenimbulkan cacat kristal (kisi) sepertikekosongan atomlni menyebabkan terjadinyaperubahan aliran panas konduksi menjadi aliranpanas secara konveksi pada daerah yangmengalami kekosongan atom, sehingga per-pindahan panas menjadi terhambat atau menurun.Dengan kata lain, bahwa aliran panas dalambenda padat terisolasi atau terhambat akibatadanya kekosongan atom. Selain itu, keti-dakteraturan pada kisi akibat deformasi perolanmenyebabkan berkurangnya mobilitas kecepatangerakan elektron, sehingga mengakibatkan terjadipenurunan konduktivitas panas.
SIMPULAN
Dari hasil penelitian ini dapat ditarikbeberapa kesimpulan berikut.
1. Paduan AlMg2 hasil perolan panasmempunyai bentuk butir pipih memanjangkarena tidak mengalami rekristalisasi. Hal inidisebabkan karena besarnya perananmekanisme recovery , khususnya recoverydinamik.
2. Kekerasan paduan AlMg2 hasil perolanpanas pada deformasi 18 % , 41 % dan 76 %adalah relatif sama, tidak mengalamikenaikan. Pada deformasi 133 % hargamengalami peningkatan , karena kerapatandislokasinya tinggi dan kemungkinanterbentuknya fasa kedua yang akanmenghambat gerakan dislokasi.
3. Proses annealing pada 425°C selarna 1 jammenyebabkan penurunan kekerasan paduanAlMg2 hasil perolan panas. Hal ini karenapada proses anil logam mengalamirekristalisasi dengan ter-bentuknya kristalbam yang bebas regangan dan bebasdislokasi.
4. Konduktivitas panas paduan AlMglberkurang setelah dikenai proses perolanpanas. Hal ini dikarenakan paduan AlMg2mengalami pe-ningkatan kerapatan dislokasi,sehingga terjadi ketidakteraturan kisi ataucacat kisi berupa kekosongan atom.
135
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
DAFTARPUSTAKA
1. SURDIA/T, SAITO,S.,"Pengetahuan BahanTeknik" ,PT.Danippon Gitakarya Printing,Jakarta-Indonesia, 1985.
2. ALTENPOHL.D, "Aluminum Viewed FromWithin", Springer Verlag, Dusseldorf, 1982.
3. SISWOSUWARNO,M., "Teknik Pemben-tukan Logam", Institut Teknologi Bandung,1985.
4. DIETER,G.E., "Mechanical Metallurgy",Second Edition, McGraw-Hill InternationalBook Company, 1981.
5. Anonym,HSpecifications for sheets of AlMg2",Document No. 14-MTR-06-02, NUKEM,October, 1982
6. METALS HANDBOOK, "Metallography,Structures And Phases Diagrams", Vol.8, 8thEdition, American Society For Metals, 1973.
7. POLMEAR. I.J, "Light Alloys, MetallurgyOf The Light Metal", John Willey, Inc, 1979.
TANYA JAWAB
1. HARINI SOSIATI
• Apakah faktor yang paling dominan yangmenghasilkan kekerasan yang hampir(relatif) konstan untuk tingkat deformasi18%,41%, dan 76% pada AlMg2 ?
• Apakah ada batas maksimum tingkatdeformasi yang menyebabkan butir AlMg2tetap berbentukpipih pada waktu di rol panas ?
• Mohon dijelaskan bagaimana korelasidensitas dislokasi dengan electron movingdalam kaitannya dengan sifat konduktivitastermal !
M. HUSNA AL HASA
• Faktor yang dominan adalah mekanismeRecovery khususnya Recovery dinamik.
• Deformasi perolan pada AIMg2 mcng-hasilkan butir berbentuk pipih memanjang .Hal ini karena AlMg2 memiliki energi salahtumpuk yang tinggi mencapai 200 erg/cm2.Sedangkan batas mak-simum derajatdeformasi yang menyebabkan batas AIMg2tetap berbentuk pipih pada perolan panastidak ada.
Kerapatan dislokasi berhubungan dengan ketidakteraturan kiri atau cacat kristal. Dengan demikiansemakin tinggi kerapatan dislokasi, semakin me-ningkat ketidak teraturan kiri. Scbagai akibatnya,ini menyebabkan berkurangnya gerakan elektron,
sehingga mengakibastkan terjadinya perbesarankonduktivitas poros.
2. NUR ROHMAH
• Dalam abstrak, Saudara menyatakan bahwapengamatan secara metalografi-optik danpengukuran dengan metode vickersmenunjukkan adanya perubahan mikrostruktur dan kekerasannya. Namun hasiimenunjukkan bahwa kekerasan mencapaikurang lebih 58,5 kg/mm2 untuk tingkatdeformasi 18%, 11 % dan 76% yangditanyakan:1). Apakah pernyataan tersebut di atas tidak
berlawanan ?2). Apakah untuk tingkat deformasi berbeda
memberikan nilai kekerasan yang sama ?3).Untuk tingkat deformasi 133% kekerasan
= 66 kg/mm2 . Mohon jelaskan apakahuntuk tingkat deformasi > nilai kekerasanakan meningkat ?
M. HUSNA AL HASA
• Pernyataan tersebut tidak berlawanan, karenakekerasan awal 42 kg/mm2 sedangkandeformasi 18% menjadi 58,5 kg/mm2 dandeformasi 133% menjadi 66 kg/mm2.
• Tidak, karena pada derajat deformasi tertentumenimbulkan nilai kekerasan yang berbeda.
• Untuk derajat deformasi > 1,33 kekerasanbahan akan menjadi meningkat. Hal inikarena kerapatandislokasi meningkat.
3. SUGONDO
• Mohon sebutkan penggunaan AlMg2.Sehubungan dengan kegunaannya tersebut,mohon jelaskan sifat yang mana yang bisa diperbaiki dengan proses termo mekanik.Apakah hasilnya seperti yang diharapkan ?
M. HUSNA AL HASA
• Paduan AlMg2 digunakan sebagai bahankelong-song bahan bakar.
• Sifat-sifat yang dapat diperbaiki denganproses termomekanik antara lain adalah :- Sifat mekanik, seperti kekuatan dan
kekerasan- Sifat termal, seperti konduktivitas panas
• Hasilnya sesuai dengan yang di harapkan.
136
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
4. MULYADI.R.
• Akibat pengerolan, daya hantar panasmenurun menurut Saudara, karena adakekosongan terjadi perubahan dari konduksike konveksi. Apakah pernyataan Saudaratersebut tidak salah, karena konveksi tersebutterjadi bila ada fluida, sedangkan dalam atomtak ada fluida ?
M. HUSNA AL HASA
• Deformasi perolan mengakibalkan ketidakteraturan kisi atau menimbulkan cacat kristal( kisi ) seperti kekosongan atom. Dcngandemikian perpindahan panas menjaditerhambat pada daerah yang mengalamikekosongan atom. Sclain itu
gerakan elektron berkurang, sehinggamengakibatkan terjadinya penurunankonduktivitas panas.Pernyataan perubahaan dari konduksi kekonveksi, pada daerah yang mengalamikekosongan akibat ketidak teraturan kisi ataucacat kristal dapat dibenarkan. Hal inidikarenakan pada daerah yang kosong akanterisi oleh fluida berupa gas. Perlu di ingatbahwa deformasi perolan panas berlangsungpada temperatur tinggi dan bahan mengalamipemanasan pada temperatur 400 °C. Dengandemikian hidrogen dapat larut ke dalamalumunium padat akibat reaksi permukaandengan uap air selarna berlangsungnyasolution treatment dan di samping itu masihada kandungan hidrogen bawaan materialyang sukar di hilangkan.
137
ISSN 1410-1998 Prosiding Presehtasl ftmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAM. Jakarta 18-19 Maret 1996
KARAKTERISASI PADUAN AIMgSil MENGGUNAKANMIKROSKOP ELEKTRON TRANSMISI
Masrukan *, Ehnau P**• Pusat Elemen Bakar Nuklir
** Pusat Penelitian Sains Dan MateriID0100064
ABSTRAK
KARAKTERISASI PADUAN AIMgSil MENGGUNAKAN MIKROSKOP ELEKTRON TRANSMISI. Telahdilakukan percobatui aging paduan AIMgSil niengaiidung 1,29 % MgiSi menunit langkali sebagai berikut: (a)sebagian spesirnen dilakukan pcmanasaii (anil) pada sulni 400°C sclaina 3 jam , dan (b) sebagian spesiinen ditakukansolution treatment pada siilu» 55O"C dan dilanjutkan quenching. Setelah proses quenching sebagian spesimendilakukan aging pada sulm kainar dan sebagian lainnya dilakukan aging pada siiliu I60°C selaina 16 jam. Spesiinenyang telah dilakukan pemanasan dibuat dalam bentuk thin foil untuk diamati dengan menggunakan mikroskopelektron transmisi. Hasil pengoinatan menunjukkan baliwa pemanasan pada suliu 400°C selaina 3 jam menghasilkanfasa kedua yaitu MgjSi berbentuk batang dengan struktur heksagonal mempunyai orientasi [0111] dan tnatrik [001 ],serta inempunyai kekerasan 31 MB. Hasil percobaon aging pada sulm kainar menghasilkan zona GP berbentuk janunpada daerali dislokasi pada malrik dengnn slmkturface center cubic, tneinpimyai orientasi [111], matrik [114].Kekerasan yongdicapai sebesar64 HB. Scmcntara itu pada aging sului I6O*C sclaina 16 jam menghasilkan endapanMgjSi lebih besar berbentuk janim dengnn stniktury?jce center cubic tanpa disertai matriks dengan orieiilasi [111]dan matriks [114]. Kekerasan yang dicapai pada kondisi ini sebesar 94 HB.
ABSTRACT
AIMgSil ALLOYS CHARACTERIZATION USING TRANSMISION ELECTRON MICROSCOPE (TEM). Theaging alloys of AIMgSil containing MgiSi of 1,29 % has been done with the following steps: e.q. (a) part of thespecimen was heated at 400"C during 3 hours, and (b) the other part was done with solution treatment at 550X1followed by quenching. After quenching a part of the specimen was aged at room temperature and other specimenwas aged at 160X1 during 16 hours. After the specimen had been heated, then it was shaped into thin foil to beexamined by Transmission Electron Microscope. The result showed that the heating at temperature of 400 XI during 3hours created a second phase (i.e. MgiSi) was like a stick shape with the hexagonal structure at [0111] orientationand matrix [001], and the hardness was 31 1IB. The aging of specimen at room temperature gave result a GP zonewhich was like the needles shape in the dislocation area of the face center cubic structure at [111] orientation and(III] matrix.The hardness obtained was 64 I1B. In the other hand the aging process at temperature of 160X1 within16 hours have resulted the precipitate which was greater than that of the former needle shaped as the face centercubic structure without dislocation at matrix with [III] orientation and [114] matrix . The hardness at thiscondition was 94 HB.
PENDAIIULUAN
Sistem paduan AIMgSil dapat digambar-kandengan diagram pseudo biner Al-Mg2Si sepertipada gambar 1.1, dimana pseudo binermempunyai titik eulektik pada suhu 595CCdengan kelanilan Mg2Si maksimum 1,85 %.
Gambar 1. Diagram fasa pscudo bincr AI-Mg2Si'
Fenoincna pengendapan paduan AIMgSiltelah banyak diteliti dengan meloda yang berbeda.Geisler dan Hill3 serta Guincr dan Lambort4
menggunakan meloda sinar X, menunjukkantahap awal tcrbentukiiya zona GP (Guiner danPrestone ). Dari pengamatan menggunakanmctoda Lau diperoleh zona berbentuk jarum padaperlakuan aging sanipai suhu 200°C. Guiner danLambort4 melaporkan balnva zona GP yangterbentuk terdiri dari lapisan atom silikonberbentuk jaruni yang semakin lama berubahmenjadi bentuk batang sebclum akhirnya menjadifasa keseimbangan Mg2Si yang berbenluk pelat.Hasil yang diperoleh dengan metoda Laukemudian dibandingkan dengan meloda thin foilpada mikroskop elektron. Pengamatanmenggunakan mikroskop electron pada thin foildilakukan oleh Thomas5 dari paduan yangmengandung 1,5 % Mg2Si, dan menghasilkan
138
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
zona pada tahap awal aging berbentuk jarumdengan orientasi <100>a. Pada proses aging lebihlama akan terjadi perubahan bentiik sebagaiberikut: jarum —> batang —> pelat, dimanabentuk batang merupakan bentiik antara dari fasakeseimbangan Mg2Si. Bentuk batang mempu-nyaistruktur face center cubic dengan parameter kisi a= 0,64 nm. Perubahan bentuk jarum menjadibatang å' berlangsung melalui proses difusi.Jacob6 mempelajari struktur endapan fasa antara (meta stabil) selarna aging paduan AlMgSil yangmengandung 1,2 % Mg2Si, kemudianmengusulkan mekanisme sebagai berikut: (a)Zona GP berbentuk jarum dan tersusun secaraacak di daerah dislokasi pada matrik; (b) zona GPberkembang menjadi endapan meta stabilberbentuk batang yang mempunyai strukturheksagonal dengan parameter kisi a = 0,705 nmdan c = 12,5 nm, dan akhirnya (c) fasakeseimbangan Mg2Si berbentuk pelat. Lynchet.al7 dengan metoda Scanning TransmissionElectron Microscope (STEM) dari paduanAlMgSil yang mengandung 1,16 % Mg2Si yangdilakukan aging selarna 2 jam pada suhu 250°Cdan mendapatkan hasil dengan struktur monoklindengan parameter kisi a = 0,30 nm, b = 0,33 nmdan c = 0,40 nm serta hubungan orientasi [001]a"// [OOlJmatriks disingkat dengan struktur å". Fasaå1 diamati pada paduan yang dilakukan agingselarna 5 jam dengan struktur heksagonal danparameter kisi a = b = 0,708 nm, c = 0,405 nmdengan hubungan orientasi [001 JäV/ [HOJmatriks[100 ]å // [110 ] ma t riks. Lynch menunjukkanbahwa pada tahap awal aging dihasilkan zonaGP berbentuk jarum yang koheren denganmatriks. Pada aging lebih lama bentuk jarumberubah menjadi å"yang berbeda struktur denganzona GP. Fasa å" secara perlahan-lahan berubahmenjadi batang å' dan akhirnya menjadi fasakeseimbangan Mg2Si berbentuk pelat. Tujuanpenelitian ini untuk mengamati karakteristikperubahan bentuk dan struktur endapanselarna aging serta hubungannya dengankekerasan paduan.
TATA KERJA DAN PERCOBAAN
Bahan dan ålat
Bahan
a. Pelat AlMgSil tebal 3,5 mm panjang 30 mmdan lebar 20 mm.
b. Ampelas (kekasaran 180 sampai 1200)c. Asam asetat (CH3COOH)d. Asam pospat ( H3PO4)e. Asam perklorat (HCLO4)f. Developer
g. Fixer
2, Ålat
a. Tungku pemanas berpendingin udara
b. Seperangkat ålat Jet Thinningc. Mesin gerindad. Mikroskop elektron transmisi
e. Seperangkat ålat cuci cetak foto
Cara kerja
Pemanasan
Spesimen dibagi menjadi dua bagian, yangpertama dilakukan pemanasan pada suhu400°C selarna 3 jam ( anil) kemudian didi-nginkan secara perlahan didalam tungku.
Sebagian spesimen dilakukan solutiontreatment (perlakuan pelarutan ) dengan caramemanaskan spesimen pada suhu 550°C selarna1 jam, selanjutnya didinginkan cepatmenggunakan air (quenching). Setelah per-lakuan pelarutan dilanjutkan dengan agingseperti berikut:
a. Sebagian spesimen dibiarkan pada suhukamar, dikenal dengan Natural Aging,(T4).
b. Spesimen yang lain dipanaskan pada suhu160 °C selarna 16 jam, (T6).
Proses pemanasan spesimen ditunjukkanpada Gambar 2.1 dan 2.2.
3noo.
i
1 1.5 2 2.S 3 3 5 . 4 .4 .5 5 5".f
Waktu (Jam)
Gambar 2.a. Proses Anil
139
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Pembuatan thin foil
Spesimen yang telah dipanaskan keinudianditipiskan, tnula-mula mengguna-kan gerindasampai ketebalan < 200 urn selanjutnyadilubangi tnenggunakan mesin pelubang {punchdisc ) dengan diameter 3 mm. Penipisandilanjutkan menggunakan alat jet thinningdaiam elektrolit terdiri dari CHjCOOH, H3PO4,HC1O«, dan H2O dalam perbandingan 4:3:2:1sampai diperoleh daerah tembus elektron.
3 6 9 12 14 16 ?n
Waktu (Jam)
Gambar 2.b. Proses Aging
Pengamatan dengan mikroskop elektron transmisi
Spesimen berbentuk lembaran tipis ( thinfoil ) diletakkan diatas pemegang spesimenselanjutnya dimasukkan ke dalam mikroskopelektron transmisi. Sistein pendingin. main power,dan gas nitrogen dihidupkan dan di-tunggusampai keadaan vakum tercapai (10"' bar).Setelah keadaan vakum tercapai kemu-diandilakukan pengambilan gambar dan pola difraksi.Mikroskop bekerja pada daya 100 kV. Gambaralat mikroskop elektron transmisi merkPHILIPS type CM 12 ditunjukkan pada Gambar2.3.
HASIL DAN BAHASAN
Hasil pengamatan dalam bentuk gambarendapan dan pola difraksi ditampilkan padaGambar A terlampir.
Dari gambar A.I pada spesimen yang dila-kukan aging pada suhu kamar setelahdiquenching, terlihat adanya zona GP berbentukjarum (A) berukuran antara 10-20 nm dandiameter 0,25 nm tersebar didacrah dislokasi (B)pada matriks. Dart pengamatan pola difraksiseperti pada gambar A.I.I dan A. 1.2
menunjukkan bahwa zona GP mempunyaiorientasi (111] dan matriks [114J, koheren denganmatriks, struktur face center cubic danmempunyai kekerasan 64 HB.
'1
Gambar 3 Mikroskop Electron Transmisi.6
Pada spesimen yang diaging pada suhu160°C selarna 16 jam zona berkembangmembentuk endapan Mg2Si berbentuk jarumberukuran antara 22,2-66,8 nm dan diameter 0,25nm seperti pada gambar A.2 (C) yang tersebarsecara teratur. Pengamatan pola difraksi sepertipada gambar A.2.1 dan A.2.2 menunjukkanbahwa endapan mempunyai struktur face centercubic dengan orientasi [111] dan matriks [114]serta koheren dengan matriks. Kekerasan yangdicapai sebesar 94 HB.
Apabila suhu pemanasan dinaikkan men-jadi400°C dan waktu pemanasan selarna 3 jam,endapan berubah menjadi fasa kedua Mg2Siberukuran lebih besar antara 1000-3000 nm dandiameter 100-200 nm seperti pada gambar A. 3(D). Dari pengamatan pola difraksi seperti padagambar A.3.1 dan A.3.2 fasa kedua mempunyaistruktur heksagonal dengan orientasi [0111] danmatriks [100], tersusun secara acak dan telahkehilangan koherensinya dengan matriks.Kekerasan yang dicapai berkisar 31 HB.
Dari pemanasan paduan didapat bahwa padapemanasan suhu 160°C selama 3 jam paduanmempunyai kekerasan maksimum dimana padakondisi tersebut antara endapan Mg2Si yangberbentuk jarum dengan matrik terdapatketerkaitan ( koheren ). Kondisi koherenmempunyai tegangan dalam tinggi namuntegangan antar nuika (interface ) rendah.
140
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NukiirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
SIMPULAN
Dari psoses aging yang dilakukan terhadappaduan AlMgSil dapat disimpulkan bahwa padaaging suhu kamar terbentuk zona GP denganstruktur face center cubic, orientasi [111J danmatriks [114] yang koheren dengan matriks.
Pada aging suhu 160°C selama 16 jamukuran zona GP akan membesar, mempunyaistruktur face center cubic dengan orientasi [111]pada matriks [114] yang lersususn secara teraturdan koheren dengan matriks.
Apabila suhu pemanasan dinaikkan menjadi400°C selama 3 jam, endapan benibah menjadifasa kedua yang bemkuran Jebih besar dantersusun secara acak. Fasa kedua mein-punyaistruktur heksagonal dengan orientasi (0111] danmatriks [001]. Pada kondisi tersebut fasa keduatelah kehilangan koherensinya dengan matriks.
Kekerasan niaksimum yang dicapai adalahpada aging suhu 160°C selama 16 jam yaitusebesar 94 HB.
DAFTAR PUSTAKA.
1. Polmear I J., "Light Alloys : Metallurgy of theLight Metals" , London, 1981.
2. Geisler and Hill I K., "Acta Crystal" , 1984.3. Guiner and Lambort ,."Acad Science", 1984.4. Thomas G ,. "Inst. Met", 1961.5. Jacobs M H,. Phil., 1972.6. Brosur TEM-SEM Philips 1989.
TANYA JAWAB
1. Harini Sosiati• Di dalam abstrak anda simpulkan bahwa ada
kaitan erat bcntuk dan struktur presipilatdengan kekrasan bahan. Mohon dijclaskankenapa bentuk presipitat janim cenderungmempunyai kekerasan lcbih tinggidibandingkan dengan presipilat berbentuktongkat/batang.
Masrukan• Pada presipitat berbeiUuk jannn regangan
elastis antara presipitat dengan malriks besiu,tetapi tegangan antar muka presipitat denganmatriks kecil. Perlu diingat bahwa kekerasanbahan ditimbulkan jika ada gerakan dislokasi
di sekitar presipitat. Karena pada presipitatbentuk jarum regangan elstis menghalangigerakan dislokasi, maka pada presipitatberbentuk jarum akan keras. Pada bentukbatang presipitat mempunyai ukuran yanglebih besar dari bentuk jarum akibat daripemanasan. Karena bentuknya besar makategangan muka antara presipitat denganmatriks juga tinggi, tetapi regangan elstisantara presipat dengan matriks rendah. Padakondisi elastis rendah maka gerakan dislokasiakan mudah begerak menjadi lunak.
2. T. Hadilukito• Dari judul nampaknya akan dilihat karakter-
karakter dari AlMgSi, tetapi pada basil danpembahasan hanya satu sifat yaitu kekerasansaja. Mohon dijelaskan.
Masrukan• Dari pembahasan telah dijelaskan karakteristik
AlMgSi melalui pengamatan denganmikroskop elektron transmisi serta kaitannyadengan kekerasan bahan. Hal ini telah sesuaidengan judul tulisan. Kalau dilihatkarakteristik AlMgSi akan terlalu banyak,sehingga pada tulisan ini saya batasi hanyasifat yang dapat dilihat dari pengamatandengan mikroskop elektron transmisi dankaitannya dengan kekerasan bahan.
3. Sugondo• Krislal yang manakah yang dikarakterisasi
dengan TEM apakah endapan atau AlMgSi.Cuplikan yang digunakan adalah poli kristal,scdangkan yang ditulis/hasil analisis adalahkristal tunggal, mohon penjelasan sebaborientasi yang ditulis adalah [111] dan [114]ini adalah sirnbol kristal tungal.
Masrukan• Karekaterisasi yang dilakukan adalah endapan
dari proses aging. Terhadap matriks AlMgSijuga dilakukan karakterisasi dengan TEMuntuk melihat perbedaan orientasi antaraendapan dengan matriks. Dengan mengetahuiorientasinya makadapat dilihat kekerasannya.Sinibol [ ] merupakan simbol yang menyataknperpotongan vektor antara dua bidang denganarah sinar yang diteruskan/ditransmisikanyang dikenal scbagai zone axis. Jadi simbolterscbut untuk poli kristal maupun monokristal.
141
Prosiding Presentasi Ilmiah DaurBahan Bakar NuklirI'EBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
Gambar 4. Endapan dari hasil aging pada suhu 160°C selaina 16 jam
7. 2 " 0
202
Gambar 4.a. Pola difraksi dari Gambar 4 Gambar 4.b. Pola matriks dari Gambar 4
142
!'rosiding 1'resentasi /Imiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BA TAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Gambar 5. Zona GP hasil aging pada suhu kainar
.' 2 0
.7f - i • • . * * 7
^ » 3 20
•
' . V I ' " • • " ' .••' .
: # • •
m
07. 7~
n l
m
7 1 n
mKM''[ 0 : j 2 ft.-/--/
Pff-
1
I
Gainbar 5a. Pola difraksi dari Gambar 5 Gambar 5b. Pola difraksi matriks dari Gainbar 5
143
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar Nuklirl-EBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Ga inbar 6. Fasa kedua hasil pemanasan pada suhu 400°C selarna 3 jam
'#•}•;:
Gambar 6.a. Pola difraksi däri Ganibar 6 Ganibar 6.b. Pola difraksi däri Gambar 6
144
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan BakarNukiirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
KEKERASAN DAN TAHANAN LISTRIK ZIRCÅLOY-2SETELAH DIANIL PADA SUHU 650 DAN 750 °C
Harini SosiatiPusat Elemen Bakar Nukiir ID0100065
ABSTRAK
KEKERASAN DAN TAHANAN LISTRIK ZIRCALOY-2 SETELAH DIANE. PADA SUHU 650 DAN 750 "C.Uji kekerasan dan tahanan listrik telah dilakukan pada zircaloy-2 yang meinpunyai komposisi Zr - 1,6% berat Sn; -0,2% berat Fe; - 0,1% berat Cr, - 0,05% berat Ni setelah perlakuan panas. Tujuan pengujian ini adalah untukmempelajari pengaruh temperatur dan waktu anil terhadap kekerasan dan tahanan listrik serta korelasinya denganperubahan mikrostruktur. Selain itu juga membandingkan kekerasan dan cuplikan yang terdeformasi dan yang tidakterdeformasi. Zircaloy-2 dianil di daerah fasa P pada suhu 1050°C dengan waktu anil yang berlainan, kemudiandidinginkan dengan cepat di dalam air. Cuplikan yang telah didinginkan cepat däri fasa p selanjutnya di anil didaerah fasa a pada suhu 650 dan 750 °C dan didinginkan cepat di dalam air. Beberapa cuplikan di rol dingin denganreduksi area sebesar 60% sebelum di anil di daerah fasa p. Pengaruh naiknya temperatur anil terhadap kekerasanlebih berperan dibandingkan dengan pengamh pertambahan waktu anil. Pada penelitian ini, zircaloy-2 yangterdeformasi mempunyai kekerasan yang tneinenuhi persyaratan zircaloy berderajat nukiir. Setelah terjadinyapresipitasi sempurna, kurva tahanan listrik mencapai titik minimum dan mengalami kenaikan selarna pertumbuhanpresipitat.
ABSTRACT
HARDNESS AND ELECTRICAL RESISTIVITY OF HEAT TREATED ZIRCALOY-2 AT 650 AND 750 f.Measurements of hardness and electrical resistivity were performed on the heat treated zircaloy-2 havingcomposition ofZr - l.6wt% Sn; - 0.2wt% Fe; - 0.1 wt% Cr; - 0.05wt% Ni. Their purposes are to understand thecorresponding effect of annealing time and temperature on the hardness and electrical resistivity associated withchanges in microstructures, and to compare the hardness of deformed and undeformed specimens. Zircaloy-2 wasannealed in the fi-phase region at 1050 17 for various durations, followed by water quenching. The p-quenchedspecimens were then annealed isothermally in the a-phase field at 650 and 750 *C, followed by water quenching. Bythe same way, some specimens were cold rolled with 60% reduction area before /^-quenching. The effect of anincreased annealing temperature on the hardness was more pronounced than that of increased annealing time.Hardness of deformed zircaloy-2 produced in this experiment was in the range of hardness of nuclear grade zircaloy.The curve of electrical resistivity reached a minimum value after complete precipitation, then it went up duringgrowth of precipitates.
PENDAHULUAN
Kekerasan dan tahanan listrik sualu logamataupun logam paduan merapakan salah satufaktor penting dalam perancangan bahan yangakan digunakan untuk memenuhi kebutuhan yangspesifik. Perubahan sifat-sifat tersebut sangatdipengaruhi oleh kondisi proses fabrikasi padaproses pembuatan bahan. Penibahan kondisiperlakuan panas ataupun pengerjaan panas dandingin pada umumnya memberikan perubahanharga kekerasan dan tahanan listrik. Zircaloy-2sebagai keiongsong bahan bakar dan bahanstruktur pada reaktor daya hams mempunyai sifatkekerasan dan ketahanan listrik optimum sesuaidengan syarat material berderajat nukiir.
Kekerasan zircaloy dapat dilingkatkan denganpcndinginan cepat däri fasa p atau deformasi '.Ketahanan listrik dapat disebabkan oleh pancarangelombang elektron däri susunan kisi yang tidak
beraturan yang berupa cacat kisi sepertikekosongan, ion interstisi, dislokasi, salahtumpuk, dan batas butir. Cacat-cacat tersebutterjadi diantaranya akibat dari perubahan fase,perlakuan panas, dan deformasi2.
Pada umumnya untuk menghomogenkanlarutan padat pada fasa P, zircaloy dipanaskanpada suhu antara 950 sampai dengan 1050 °Ckemudian didinginkan pada suhu kamar denganberbagai media pendingin 3. Apabila zircaloydipanaskan kcmbali pada suhu di daerah fasa a,maka kekerasannya akan mengalami penurunansesuai dengan penambahan waktu anil. Sifattahanan listriknya akan mengalami fluktuasi.
Tujuan dari penelitian ini adalah ' untukmempclajari pengaruh kondisi anil terhadappenibahan sifat kekerasan dan sifat tahananlistrik, dan ' unluk membandingkan sifatkekerasan bahan yang tcrdeformasi (dirol dingin)
145
Providing Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
dan bahan yang tidak terdeformasi (tanpaperolan)2. Di samping itu dampak penibahanmikrostrukturnya juga dibandingkan.
PROSED UR PENELITIAN
Bahan yang digunakan pada penclitian intadalah zircaloy-2 hasil tempa yang berbentukbatang pejal dengan komposisi : Zr - 1,6% berat;Sn - 0,2% berat; Fe - 0,1% berat; Cr - 0,05% beratNi. Bahan dipotong menjadi balok-balok kecilberukuran (4 x 14 x 3) mm3. Masing-masingcuplikan divakumkan di dalam tabling kwarsadengan tekanan 1,33 xlO'4 Pa, kemudian dianil didaerah fasa j3 pada suhu 1050 °C selama 15 menitdan didinginkan cepat dengan pemecahan tablingkwarsa di dalam air. Kecepatan pcndinginan darifasa p adalah sekitar 400 °C/detik. Selanjutnyacuplikan dianil di daerah fasa a pada suhu 650dan 750 °C dengan vvaktu anil yang berlainan dandidinginkan di dalam air tanpa pemecahan tablingkwarsa. Beberapa cuplikan di rol dingin denganreduksi area sebesar 60% sebehun dianil di daerahfasa p, untuk mempelajari lebih jelas dampakproses anil terhadap sifat kekerasan. Kondisiperlakuan panas pada masing-masing cuplikanditunjukkan pada Tabel 1
Mikrostruktur diamati dengan mikroskopelektron transmisi (JEM-200 EX). Preparasicuplikan untuk elektron mikroskop dilakukandengan menggunakan twin-jet electropolisherdengan larutan elektrolit yang terdiri dari 90%metanol (99,8%) dan 10% HC1O4 (60%).
Kekerasan diukur pada senuia cuplikan baikyang terdeformasi maupun yang tidakterdeformasi dengan metode Vicker's yangmenggunakan beban sebesar 200 g. Tahananlistrik hanya diukur pada cuplikan yang tidakterdeformasi dengan menggunakan salu rangkaianyang diset dengan voltmeler dan ampermeter.Tahanan listrik (p) dihitung dengan persamaan ,dengan p (Q mm) adalah tahanan listrik, I (mm)adalah jarak antara dua titik pada daerahpengukuran tegangan V (Volt), dan A (mm2)adalah luas penampang yang tegak liirus padaarah pengukuran ams 1 (Amper).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kekerasan
Gambar 1 menunjukkan perubahan sifatkekerasan selama penganilan pada cuplikan yangtidak terdeformasi. Gambar 1 niemperlihatkanbahwa kenaikan temperatur dan perlambahan
waktu anil rnengakibatkan penurunan hargakekerasan, tetapi kenaikan temperaturmenunjukkan perubahan kekerasan yang lebihjelas dibandingkan deugan pertambahan waktuanil. Dari korelasi terscbut terlihat bahwacuplikan yang dianil pada suhu 650 °C selama 0,5jam mempunyai harga kekerasan paling tinggi.Secara mikrostruktur hal ini dapatdiinterpretasikan , bahwa presipitat yangterbentuk pada cuplikan tersebut berukuran kecildan sebagian besar ierdistribusi di batas butirdengan jarak antar partikel relatif kecil.Akibatnya, pergerakan atom-atom dan dislokasiyang tersusun di batas butir akan terhalang,sehingga penurunan kekerasanpun cenderungakan terhambat.
Pemirunan kekerasan baik pada suhu 650 °Cmaupun 750 °C disebabkan oleh pertumbuhanbutir dan presipitat, tetapi selama rekristalisasidislokasi-dislokasi yang terbentuk akibatpendinginan cepat juga membentuk sub-sub butirbaru yang cendemng akan menaikkan kekerasan.Efek tersebut juga tampak pada cuplikan B15-750/48H, yang ditandai dengan naiknya kurvakekerasan pada waktu-anil 48 jam. Selanjutnya,setelah cuplikan dipanaskan selama 120 jamtentunya sub-sub butir yang terbentuk sudahbertambah besar dan mengakibatkan penurunanharga kekerasan. Ditinjau dari segi pertumbuhanpresipitat, hal ini dapat dijclaskan menurut prinsippengintian dan pertumbuhan presipitat dariOstwaldripening. Presipitat yang berukuran lebihbesar dari ukuran kritis akan bertambah besar,sedangkan presipitat yang berukuran lebih kecildari pada ukuran kritis akan menjadi lebih kecildan bahkan bebcrapa saat kemudian akanmenghilang4.
Gambar 2 menunjukkan perubahan sifatkekerasan selama penganilan pada cuplikan yangterdeformasi dan yang tidak terdeformasi yangdianil pada suhu 750 °C. Terbentuknya dislokasiselama pengerjaan dingin (rol dingin)mengakibatkan cuplikan yang terdeformasimempunyai kekerasan jauh lebih tinggidibandingkan dengan cuplikan yang tidakterdeformasi. Perubahan kurva kekerasan padacuplikan yang terdeformasi tampaknya merefleksiproses anil yang mcliputi 2 tahap, yaitu tahap Idan tahap II. Turunnya kurva kekerasan padatahap I diasumsikan akan mengikuti prosesrecovery, rekristalisasi, dan pertumbuhan butir,sedangkan kenaikan kekerasan pada tahap IImengikuti tahap II dari pertumbuhan presipitatyang diawali dari waktu-anil 5 jam. Pengamataninikroslruktur, waktu-anil 48 dan 120 jam
146
Prosiding Presentasi Itmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
menunjukkan adanya presipital kecil yangterdistribusi pada butir. Akibat Iamanya waktuanil, presipitat yang bcrukuran besar cenderungbergerak ke arah batas butir dan terdistribusi dibatas butir bersama dengan dislokasi. Hal inimengakibatkan kenaikan kurva kekerasan padatahap II. Jadi pada temperatur anil yang sama(750 °C) rekristalisasi yang terjadi pada bahanyang terdeformasi lebih cepat dibandingkandengan bahan yang tidak terdeformsi.
Diameter rata-rata dari presipitat padacuplikan yang terdeformasi dan yang tidakterdeformasi dapat dilihat pada Gambar 3.Berdasar ukuran presipitat, kurva d jauh lebihrendah dari pada kurva t2. Jadi, disampingdensitas dislokasi, ukuran presipitat juga dapatdijadikan pedoman untuk memperkirakan hargakekerasan.
Kekerasan zirca/oy bcrdcrajat nuklir terlelakpada kisaran antara 180 sampai 240 HV.Kekerasan zircaloy-2 yang dipcroleh dari hasilpenelitian ini terletak pada kisaran 178 sampai213 HV untuk cuplikan yang dianil pada 650 °C,170 sampai 191 HV untuk cuplikan yang dianilpada 750C dan 203 sampai 238 HV untukcuplikan yang terdeformasi yang dianil pada 750°C. Dibandingkan dengan kekerasan zircaloyberderajat nuklir, kekerasan zircaloy-2 yangterdeformasi adalah yang paling mendekati.
Tahanan Listrik
Gambar 4 meiuinjukkan pcrubahan sifattahanan listrik selarna pcnganilan. Kurva tahananlistrik baik pada suhu 650 maupun 750 °Cmenurun dengan drastis pada waktu-anil 0,5sampai dengan 5 jam, tetapi kurva tersebut naiksetelah mencapai waktu-anil 5 jam. Dalam hal iniwaktu-anil 120 jam tampaknya belummenunjukkan harga maksimum. Apabilapengukuran tahanan listrik dilanjulkan denganwaktu anil yang lebih lama, ada kecenderunganuntuk mencapai harga maksimum. Sepcrti halnyakurva kekerasan pada cuplikan yang terdefbrmasi,waktu-anil 5 jam juga incrupakan balas dari tahap
1 dan II dan mempunyai harga minimum.
Perubahan tahanan listrik tampaknya jugamerefleksi proses anil yang paling sedikit melipuli2 tahap. Tahap I meliputi recovery, rekristalisasidan nukleasi dari presipitat. Tahap II mcliputipertumbuhan butir dari matriks dan pertumbuhanpresipitat. Tercapainya harga talianan listrikminimum pada batas tahap I dan II dipcrkirakankarena penuninan derajat kejenuhan pada matriks.
Namun demikian, alasan tentang kenaikan kurvasetelah waktu-anil 5 jam belum dapat dijelaskandengan pasti, karena banyak sekali faktor-faktoryang mempengaruhi perubahan tahanan listrikpada logarn atau logarn paduan. Pada prinsipnyakurva hasil pengukuran tahanan listrik yangdiperoleh pada penelitian ini sama dengan hasilpenelitian Maussner dkk 5,
Ada satu publikasi 6 yang menjelaskan bahwakenaikan harga tahanan listrik dapat disebabkanoleh turunnya jumlah elemen paduan (Fe,Cr) yangada di dalam larutan padat pada matrikszirkonium. Sayang sekali pernyataan tersebuttidak dapat dikonfirmasikan dengan hasilpenelitian ini. Hasil analisa dengan EDS (EnergyDispersive X-ray Spectrometer) menunjukkanbalnva matriks hanya mengandung Zr dan sedikitSn, sedangkan Fe dan Cr yang terkandung didalam presipitat hampir konstan.
SIMPULAN
Sifat kekerasan dan tahanan listrik berkaitanerat dengan perubahan mikrostruktur selarnaproses penganilan. Selarna terjadinya recoverydan rekris-talisasi, harga kekerasan mengalamipenuninan dan naik kembali pada tahappertumbuhan presipitat. Naiknya temperatur anildan pertambahan waktu anil mengakibatkanpenurunan harga kekerasan, tetapi naiknyatemperatur anil cenderung memberikan perubahanyang lebih jelas dibandingkan denganpertambahan waktu anil. Pada temperatur anilyang sama rekristalisasi yang terjadi pada bahanyang terdeformasi lebih cepat dibandingkandengan bahan yang tidak terdeformasi. Padapenelitian ini zirkaloy-2 yang terdeformasimempunyai harga kekerasan yang memenuhipersyaratan zirkaloy berderajat nuklir. Kurvatahanan listrik mencapai harga minimum setelahterjadinya presipitasi sempurna dan meningkatkembali selarna pertumbiihan presipitat.
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengiicapkan teriina kasih kepadaKobe Steel Co., Jepang atas material yang telahdiberikan, sehingga penelitian ini berhasil denganbaik. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikankepada Prof. Kensuke Oki dan Dr. NoriyukiKuwano di Laboratorium Sains Materi danTeknologi, Universitas Kyushu, Jepang atasbimbingan dan fasilitas yang telah diberikanselarna penelitian ini berlangsung.
147
Prosiding Presentasi Hmiah Daur Bahan Bakar NuklirPERN-SATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
PUSTAKA
[1]. Lustman,B.and Kerze,F., Jr., "The Metallurgyof Zirconium", Me. Graw-Hill BookCompany, Inc., USA, 1st ed., 1955, pp.440,540.
12]. Chalmers,B. and Quarrell.A.G., "ThePhysical Examination of Metals", EdwardArnal Publishers Ltd., London, 2nd ed., 1960,pp. 134 - 150.
[3]. Fizzoti.C, "Principle of Nuclear FuelProduction", Fuel Cycle Dept., ENEA, Roma,Vol.2, 1984, pp. 41 -59.
[4]. Loucif,K.,Borrelly,R., and Merle.R.J., Nucl.Mater. 189(1992)34-45.
(5]. Smallman.R.E., "Modern PhysicalMetallurgy", Buttenvorths, London, 4th ed.,pp. 363 - 373.
[6]. Maussner.G., Stainberg,E. and Tcnckhoff, E.,"Zirconium in the Nuclear Industry", 7 th Int.Symp, ASTM STP 939, ASTM. Philadelphia.1987, pp. 307 - 320.
TANYA JAWAB
1. FRANSISCA A.E.T
• Presipitat apa yang tcrbentuk pada batasbutir/pada butir ?
• Bagaimana hubungan antara presipilal yanglebih besar diametcrnya tcrhadap kekerasandibanding-kan presipital yang lebih kecildiameternya!
• Persyaratan kekerasan zircaloy yangberderajat miklir itu berapa ?
HAR1NI SOSIATI
• Presipitat yang terbentuk adalah Zr2 (Fe, Cr,Ni ) dan Zr ( Fe,Cr)2. Dan hasi! analisadengan pola elektron difraksi dan EDS (Energi Dispersive X-ray Spectrometer).
• Pembalian kekerasan sangat dipengaruhi olehperubahan temperatur anil di mana naiknyatemperatur anil dapat meningkatkan presi-pitasi. Presipitat menjadi semakin halus(kecil) bila temperatur presipitasi turun danmengakibatkan naiknya kekerasan. Padatemperatur anil tertentu dengan waktu anilyang relatif lama. Terjadilah pengasaranpresipitat.Dalam ha! ini, presipitat yang lebihkecil atau yang berdiameter lebih kecil daripresipital rata-rata akan menjadi semakinkecil bahkan bahkan larut ke dalam matriks,sedangkan presipitat yang lebih besar daripresipitat rata-rata akan menjadi lebih besar.Kondisi ini akan mengakibatkan jumlahpresipitat lebih sedikit dengan jarak antarpartikel yang relatif besar. Bila hal ini terjadibahan (logam paduan ) akan semakin iunak.
• Zircahy-2 yang berderajat nuklir yaitumempunyai kekerasan antara 180-240 HV.Dari hasil penelilian ini, kekerasan 178-213HV dimiliki oleh cuplikan yang dianil pada750 C. Kebcratan 203-238 Hv dimiliki olehcuplikan yang (erdeformasi.
148
Presiding /'resenlasi llntiah Daitr Bahan Bakar NuklirPFMN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Lampiran 1.
Tabel 1. Kondisi perlakuan panas
Kode cuplikan
Tidak terdeformasiB15-650/0.5HB15-650/2HB15-650/5HB15-650/48HB15-650/120HBI5-750/0.5HB15-750/2HB15-750/5HB15-750/48HB15-750/120H
TerdcformasiCW(B15)-75()/0.5HCW(B15)-750/2HCW(B15)-75()/5HCW(B15)-750/48HCW(B15)-750/120H
Pcrlnkuan
1050 °C, 15 miii/wq/650 °C, 0.5 h/wq1050 °C, 15 miii/wq/650 °C, 2 li/wq1050 °C, 15 niin/wq/650 °C, 5 lv\vq1050 °C, 15 miii/wq/650 °C, 48 li/wq1050 °C, 15 iniit/wq/650 °C, 120 li/wq1050 °C, 15 niiii/wq/750 °C, 0.5 h/wq1050 °C, 15 miii/wq/750 °C, 2 li/wq1050 °C, 15 miu/wq/750 °C, 5 li/wq1050 °C, 15 min/wq/750 °C, 48 hAvq1050 °C. 15 min/wq/750 °C, 120 Avq
6()%CW/105() °C, 15 min/wq/750 °C, 0.5 li/wq6()%CW/IO5O °C. 15 min/wq/750 °C, 2 li/wq6()%CW/IO5O °C, 15 min/wq/750 °C, 5 li/wq60%CW/I050 °C, 15 niin/wq/750 °C, 48 hAvq60%CW/1050°C, 15 min/wq/750 °C, l20h/wq
149
Prosiding Presenlasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-]9Maret 1996
Lampiran 2.
220
210
SS 200O
I 190'
M 180
170
160
> • - - '
--e~-~ 75<)nC
—-H - 650°C
uenched)
I t— —El
0 20 40 60 80 100 120 140Waktu anil (jam)
Gambar I. Pcriibahan sifat kekrasanzircaloy-2 selarna penganilan
240
230
j« 220
9. 210
I 200| ,90
180
170
160
j-r-r-r
i
n•<- BUS
.. fi
T—i—i -T- r i
^
— O — UiitMoimed— 0 - Deformed
(rolling before0 -quenching)
20 40 60 80 100 120 140
waktu anil (jam)
Gambar 2. Penibahan sifat kckrasan zircaloy-2 yang tcrdcforniasi dan tidak terdcformasi
150
Lampiran 3.
Prosiding, Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NukllrPEfiN-BATAN. Jakarta 1819Maret 1996
200
SO 100
Waktu anil (jam)
Gambar 3. Pertumbuhan presipitat selama penganiian
a
1.05
1
0.95
0.9
0.85
0.8 li
2 0.75
0.7
. . . I . . . . . . .••- - « ? — 7 5 0 ° C
- -a—650°C
•©•'''
\b
*
)111 : . - • ' * ' "
1 . -•••
' * \ * "
s- y !, ' i !
, 1 i. . . i . . . i . . .
t 1 ;
-
0 20 40 60 80 100 120 140
waktu anil (Jam)
Gambar 4. Perubahan si fat tahanan listrik selama penganiian
151
Prosiding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
EFEK PERLAKUAN PANAS DAN PENDINGINAN TE1HADAPKARAKTERISTIK MEKANIK BAHAN KELONGSONG ELEMEN BAKAR
REAKTOR SERBA GUNA G.A. SI
Sigit, Muchlis Badruzzaman, Elin NurainiPusat Elemen Bakar Nuklir ID0100066
ABSTRAK
EFEK PERLAKUAN PANAS DAN PENDINGINAN TERHADAP KARAKTERISTIK MEKANIK BAHANKELONGSONG ELEMEN BAKAR REAKTOR SERBA GUNA G.A. SIWABESSY. Telah dipelajari pengaruhperlakuan panas pada suhu 85 - 500 °C dalam waktu bervariasi 3 - 12 jam dan diikuti dengan pendinginan mendadakdengan air, pasir atau udara terhadap sifat mekanik yaitu kekuatan tank, perpanjangan, modulus elastisitas dankekerasan dari bahan kelongsong elemen bakar yang digunakan pada Reaktor Serba Guna RSG-GAS khususnyaAlMg2. Hasil percobaan inenunjukkan bahwa untuk pendinginan dengan air, pasir dan udara, pemanasan selarna 6jam pada suhu 85 s/d 300 °C terjadi penurunan kekuatan tank (Ultimate Tensile Strength I UTS) dari keadaan awal234,09 N/mm2 menjadi 170,5 N/min2, tetapi setelah 300 °C UTS turan tnasing-masing menjadi 144,22 N/mm2, 130,3N/mm2 dan 99,58 N/mm2. Kenaikan suhu dari 28 s/d 200 °C menyebabkan pemanjangan dari 19,32 ke 27,88 %,setelah itu kenaikannya relatif cepat sampai suhu 300 °C yaitu 49,77 %, namun setelah itu masing-masing turunmenjadi 35,95 %, 31,55 % dan 12,62 % pada suhu 500 °C. Sementara itu hasil pengujian kekerasan memperlihatkanbahwa untuk AlMg2, pemanasan pada 85 - 300 °C selarna 3 jam menuninkan kekerasan dari 69 sampai 43 kg/mm2,selama 6 jam menurunkan dari 58 sampai 43 kg/mm2 dan selarna 12 jam menunmkan dari 70 sampai 42,5 kg/mm2.Sctelah 300 °C penurunannya relatif kecil. Dibandingkan dengan kekerasan awal (72 kg/mm2) kekerasan terendahdiperoleh pada pemanasan 500 CC, waktu 3 jam, pendingin udara yaitu sebesar 39,2 kg/mm2. Penganih mediapendingin pada suhu pemanasan 85-300 °C tidak berbeda nyata baik untuk air, pasir tnaupun udara.
ABSTRACT
INFLUENCE OF HEAT TREATMENT AND COOLING MEDIA ON MECHANICAL CHARACTERISTICS OF FUELELEMENT CLADDING MATERIAL OF MULTIPURPOSE REACTOR G.A. SIWABESSY. Effect of heat treatment at85 - 500 X? for 3-12 hours than cooled immedieately by water, sands or air on mechanical characteristics, i.e.,tensile strength, elongation, elastic modulus and hardness of fuel element cladding material of Multipurpose ReactorG.A. Siwabessy. AlK4g2, has been carried out. The experiments showed that the heat treatment at 85 - 300 *C for 6hours using water, sands or air as cooling media caused the decreasing of Ultimate Tensile Strength (UTS) frominitial condition 234.09 N/mm2 to 170.5 N/mm3 and after 300 °C its decreased to 144,22 N/mm3, 130,3 N/mm3 and99,58 N/mm2 respectively. For water, sands or air cooling media at the temperature range of 28 to 200 °C, theelongation increased from 19,32 to 27,88 %, than increased quickly to 49.77 % at 300 *C and at 500 *C decreased to35,95 %, 31,55 % dan 12,62 % respectively. The hardness test showed that the heat treatment at 85 to 300 T for 3hours decreased the hardness ofAiMg2from 69 to 43 kg/mm3, for 6 hours decreased from 58 to 43 kg/mm3 and for12 hours decreased from 70 to 42.5 kg/mm3. After 300 oC its decreasing was small relatively. The hardness ofAlMg2before treated was 72 kg/mm . The lowest hardness was obtained at heat treatment condition of 500 °Cfor 3 hours, inair cooling media i.e., 39.2 kg/mm2. The cooling media, water, sands or air did not influence significantly at theheating temperature of 85 to 300 t ' .
PENDAHULUAN
Penguasaan teknologi fabrikasi elemenbakar nuklir secara penuh nienipakan strategiBatan di bidang Teknologi produksi ElemenBakar baik untuk reaktor riset tipe MTR(Materials Testing Reactor) maupun untukreaktor daya. Khusus untuk reaktor riset,RSG-GAS Serpong telah menggunakan paduanaluminium sebagai bahan struktur dan pendukungelemen bakar. Bahan ini dipilih karenasifat-sifatnya yang memenuhi persyaratan scpcilitahan korosi, mempunyai tampang serapan netronrendah, kekuatan dan ketangguhan yangmemadai, mudah dibentuk, konduktivitas panasbaik dll.[U].
Di dalam reaktor, paduan aluminiumsebagai bahan stniktur dan pendukung elemenbakar inengalami berbagai kondisi misalnyaradiasi pada fluks tinggi, kemungkinan korosikarena berada didalam air, perubahan suhu dll.Hal ini tentu saja dapat mempengaruhi sifat-sifataluminium seperti sifat mekanik, fisik, nuklir,panas dsb | 2 3 l
Dalam penelitian ini dipelajari karakteristikmekanik pra-iradiasi dari paduan logamaluminium sebagai bahan struktur dan pendukungyang digunakan pada RSG-GAS khususnyaAlMg2. Variabel yang dipelajari adalahpengaruh suhu, vvaktu pemanasan dan jenis
152
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
media pendingin yaitu air, pasir dan udaraterhadap sifat mekanik bempa kekuatan tarik,modulus elastis, perpanjangan, dan kekcrasan.
TEORI
Sifat mekanik yang dipelajari padapenelitian ini adalah kekuatan tarik,perpanjangan, tegangan Iuluh, tagangan patah,modulus elastik serta kekerasan.
Kekuatan tarik
Untuk mengetahui sifat mekanik, tnakasetelah sampel mengalami proses perlakuandilakukan pengujian tarik yang merupakan dasardalani mempelajari kekuatan bahan yang banyakdipakai untuk pengujian bahan industri'3*4'.
Pengujian tarik dilakukan terhadap sampel(benda uji) dengan bentuk dan ukuran tertentumengikuti standar ASTM, JIS, DIN atau ISO.Dalam pelaksanaannya, benda uji ditarik sanipaipatah dengan beban yang kontinyu sanibil diukurpertambahan panjangnya. Akibat pcnarikantersebut menyebabkan timbulnya tegangan(stress) dan regangan (strain). Bentuk kurvategangan- regangan dari suatu bahan tergantungpada komposisi, perlakuan panas, siilui, sejarahawal terbentuknya deformasi plastik dankecepatan regangan'4'.
Besaran tegangan, a , dan regangan, s , dapatditulis:
o =F/A
dengan A adalah luas penampang. Satuantegangan yaitu N/mm2, MPa atau kgf/nim2.
e = (1 - lo)/lo
dengan lo = panjang awal, 1 = panjang pada saatpatah. Regangan dapat dinyatakan dengan %.Terjadinya deformasi di daerah elastikmemperlihatkan sifat bcrbanding lurus dengantegangan. Hubungan lurus ini disebut moduluselastik, E, (Modulus Young).
E = CT/E
Dari kurva tegangan-regangan dapatdihitung:- Kekuatan tarik (Ultimate tensile strength):
CTU = Tm&JK, , (Ao = luas penampang
mula-mula)
- Kekuatan luluh (yield strength) : ay =(ditentukan dengan metoda offset (00,2) yaitutegangan yang menyebabkan terjadinyadeformasi plastik sebesar 0,2 %)
- Tegangan patah : f=FCAo
Kekerasan
Pengujian kekerasan bahan dapat dilakukandengan metoda penekanan atau indentasi yaituBrinell, Vickers, Rockwell dll. Pada pengujiankekerasan dengan cara Brinell, sebagai dasardigunakan luas bekas penekanan oleh bola bajapada beban tertentu. Angka kekerasan Brinell (H)dapat dinyatakan sbb.'56 ':
bebaiiH = -
luas bekas penekanan ( D/2) {D - V(D2 - d2)}
= (kg/itun2)
TtDt
dengan P = beban, D = diameter bola, d =diameter lekukan, t = kedalaman jejak.
TATA KERJA
Bahan
Bahan yang dipakai adalah skrap AIMg2yang diperoleh dari IPEBRR yang merupakansisa-sisa pembuatan kelongsong lemen bakar.Paduan aluminium AlMg2 telah mengalamireduksi 55 % dari ketebalan awalnya. Komposisiavval dari kedua bahan tersebut adalah adalahsbb. : AlMg2 : Si = 0,13 %, Mg = 2,07 %, Cr =0,01 %, Ti = 0,005 % 2. Sebagai bahanpembersih oli, minyak, lemak dsb. digunakantetrachloroethene extra pure (C2CU) untuk prosesdegreasing.
A l a t
1. Pemolong logam2. Bor listrik3. Alat ukur dimensi4.Mesin Instron 1185 kapasitas 10 ton danpencatat5. Alat uji kekerasan
Cara kerja
1. Bahan AlMg2 dipotong kecil-kccil laludibersihkan dari kotoran dan dikenai prosesdegreasing dengan menggunakan C2CI4.
2. Bahan tersebut dibentuk menjadi benda ujitarik menurut standar JIS 7 menggunakan
153
Prosiding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
pisau potong logarn, bor dan alat ukurdimensi.
3. Bemda uji tarik dikenai proses perlakuanpanas pada suhu 85, 200, 300 dan 500 °Cdengan waktu 3, 6 dan 12 jam.
4. Seteiah mengalami perlakuan panas, benda ujididinginkan mendadak dengan air, pasir atauudara.
5. Selanjulnya dilakukan pengukuran kekuatantarik atas benda uji pasca perlakuan panas danpendinginan menggunakan mesin Instron.Juga dilakukan pengukuran kckerasan denganmetoda Brincll.
HASILDAN BAHASAN
Pengaruh suhu
Untuk mengetahui sifat mekanik yaitukekuatan tarik, perpanjangan, modulus elastik,tegangan patah dan kekerasan, sampel AlMg2yang telah mengalami perlakuan panas dan pend-inginan dikenai uji tarik dan kekerasan. Berbagaimacam media pendingin yaitu air, pasir danudara digunakan guna mendinginkan sampelbegitu selesai mengalami perlakuan panas.Pengaruh suhu dengan parameter jenis mediapendingin dapat dilihat pada gambar 1-3. Sampaidengan suhu 300 °C perbedaan jenis pendinginbaik air, pasir maupun udara tidak memberikandanipak terhadap variasi sifat mekanik yaitukekuatan tarik, perpanjangan serta kekerasan.Tetapi di atas 300 °C perbedaan pendinginansecara kualitatif sudah membcrikan pengaruhterhadap kekuatan mekanik. Hal ini mungkinterkait dengan perubahan stniktur mikro yangdipengaruhi oleh laju pendinginan.
Di sini tampak pula bahwa kenaikan suhumenurunkan kekuatan tarik dari keadaan awal234,09 N/mm2 menjadi 144,22 N/mm2, 130,3N/mm2 dan 99,58 N/mm2 masing-masing untukpendinginan dengan air, pasir dan udara (gambar1). Hal ini diduga karena adanya perubahanmekanisme deformasi pada suhu yang lebihtmggi1[5]
Kenaikan suhu menyebabkan pertambahanperpanjangan (gambar 2) sebaliknya menurunkankekerasan (gambar 3). Hal ini dapat dimaklumikarena makin tinggi suhu maka keuletan(ductility) bahan bertambah scdangkankekerasannya berku-
2 0 0
ISO
100
50
Kekualan tarik
• Mr
D 100
\
+ Pasir
200 300
Suhu,
\
* Udara
400
oC
500 600
Gainbar 1. Penganih siilm terhadap kekuatan tarikAlMg2 dengan parameter jenispendingin. Waktu pemanasan 6 jam.
50
4 0
3 0
2 0
10
0
Perpanjangan.
• Air
0 100
r.
/
//
+ P»sir *
200 300
Suhu.
wV\\
Udar«
400 500 600
oC
Gambar 2. Penganih suhu terliadap perpanjanganAlMg2 dengan parameter jenispendingin. Waktu pemanasan 6 jam.
Xtknnmt, fca/wxn
7 0
« 0
» 0
•
o too
Air
Still u, oC
• Vn*\r * UJftt»
' 600 COD
Gambar 3. Pengaruh suliu terhadap kekerasan AlMg2dengan parameter jenis pendingin.Waklu pemanasan 6 jam.
rang. Keadaan ini berlangsung hingga suhu 300°C. Pada interval suhu 300-500 °C terjadi halyang scbaliknya yaitu perpanjangan menurun(keulctan berkurang) dan kekerasan bertambah.
154
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta }8-J9Maret 1996
Selanjutnya penganih suhu terhadaptegangan patah (<7f) dan tegangan luliih {yieldstrength/ ao2) dapat dilihat pada gambar 4.Dengan naiknya suhu maka tegangan patah dantegangan luluh menurun sampai 300 °C. Namunseperti halnya grafik penganih sului terhadapkekuatan tarik, perpanjangan dan kekerasan,maka setelah 300 ° kurva a( dan o0,2 relatiftetap.
Seinentara itu hasil perhitunganmenunjukkan bahwa semakin tinggi suhu niakamodulus elastik (modulus Young) menunin (tabel1). Secara teoritis harga terscbut adalah tctapwalaupun bahan AlMg2 mengalami perlakuanpanas.
Modulus elastik sebenarnya merupakan sifatmekanik bahan yang sulit mengalami pembahankarena ditentiikan olch gaya ikat antar atom yangtidak dapat diubah tanpa adanya perubahanmendasar dari sifat bahannya. Adapunfaktor-faktor yang dapat mengubah sifat inisehingga terjadi perbedaan modulus elastikadalah adanya penambahan logam paduan,perlakuan panas atau pengerjaan dingin'51.
zoo
ISO
100
50
0
Tegangan, kg/mm2
\
' Teg. palah
D 100 200
\
V+ Teg. luluh
300 400
Suhu, oC
,t
500 BOO
Pengaruh waktu pemanasan terhadapkekuatan tarik dan perpanjangan AlMg2disajikan pada gambar 5 dan 6.
Tidak seperti variabel suhu, pengaruh waktuhampir tidak ada baik terhadap kekuatan tarikmaupun perpanjangan, tenitama yang ditentiikanpada suhu 85 °C, 200 °C dan 300 °C karenadiduga belum cukup energi yang dapatmenyebabkan perubahan. Namun untuk suhu 500°C, terjadi kelainan yaitu terjadinya penurunankekuatan tarik dan perpanjangan dari waktupemanasan 3 s/d 6 jam, tetapi setelah 6 jamkekuatan tarik dan perpanjangan bertambah. Halini mungkin disebabkan pada suhu tinggi (500°C) telah terjadi perubahan-perubahan selarnaproses pemanasan berlangsung seperti misalnyaperubahan fasa, struktur mikro, komposisi dsb.yang memerlukan pengamatan lebih lanjut.Kejadian scrupa tampak pula pada kekerasan,waktu juga tidak begitu nampak pengaruhnyakecuali pada suhu 500 °C (gambar 7) di manakekerasan bertambah pada saat pemanasan 3-6jam yang kemudian menurun sedikit pada waktupemanasan selarna 12 jam.
250
200
ISO
100
50
(ekuilan
0
• es
Urlk.
.
\
\
3
C +
kc/n
\ »
Ws
too
imZ
^ - "
ktu
«c
9
. jam12 19
Gambar 4. Penganih suhu pada a( dan CTO,2,
waktu pemanasan 6 jam, media pendingin udara.
Gambar 5. Pengaruh waktu terhadap kekuatan tarikAlMg2 pada berbagai suhu. Jenispendingin udara.
Tabel 1. Harga modulus elastik AlMg2 padaberbagai suhu dan waktu (jenispendingin udara).
Suhu, °C2885
Modulus Elastik, N/mm2
7083,137057,7
Pengaruh waktu
155
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
so
40
30
20
10
0
P«rp.njan8»n
9 3
, X
*
\ — ;
+ tOO oC •
0
Waktu,
— • — - — •
900 oC
ejam
a too oC
12 ' IS
Gatnbar 6. Pengaruh waktu terhadap perpanjanganAlMg2 pada berbagai suhu. Jenispeiidingin udara.
70
eo
50
40
(tkerasan.
• 8$ «C
)
kg/n
t-
+
3
i m l
L
800 «C *
s
Waktu,
,
300 eC
9
j am
O 500 oC
12
Gambar 7. Penganth waktu terhadap kekerasan AlMg2pada berbagai suhu. Jenis pendingin udara.
SIMPULAN
1. Dari percobaan yang dilakukan, mediapendingin baik air,pasir inaupun udara tidakmemberikan perbedaan yang berarti terhadapsifat mekanik sepcrti kekuatan tarik,perpanjangan, tegangan patah dan luluhmaupun kekerasan dari bahan struktur danpendukung reaktor riset AlMg2 tcrutama padasuhu pemanasan antara 85-300°C. Antarasuhu 300-500 °C hanya terdapat sedikitperbedaan, namun tidak terlalu besar.
2. Demikian juga halnya dengan waktu, makauntuk lama pemanasan dari 3-12 jam tidakmemberikan perbedaan harga kekuatan tarikdan perpanjangan yang mcnyolok baikperlakuan panas dilakukan pada suhu 85°C,200 °C maupun 300°C. Hanya pada suhu 500
°C terjadi penurunan kekuatan tarik danperpanjangan «ntuk waktu pemanasan 3-6jam, kermidiaa mengalaHiii kenaikan padakurun waktu 6-! 2 jam.
3. Untuk waktu pemanasam 6 jam, jenispendingin isdara, kenaikan suhu dari 28-300°C menyebabkan kekuatan tarik menurun dari234,09 N/mm2 menjadi 170,5 N/mm2,perpanjangan naik dari 19,32 % menjadi49,77 %, kekerasam furun dari 72 kg/mm2
43 kg/mm2, sedaagkan pada 500 °C hargakekuatan tarik, perpanjangan dan kekerasanmasing-masing adalah 99,58 N/mm2, 12,62 %dan 39,2 kg/mm2.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepadaSaudara Ir. Petrus Zacharias, Isfandi, SlametPribadi dan Hadijaya BSc. yang telah membantupenelitian hingga penulisan laporan.
DAFTAR PUSTAKA
1. MONDOLFO, L,F., "Aluminum AlloyStructure and Properties", Butterworth,London, 1976.
2. HOLLINGSWORTH, E.H., "CorrosionResistance of Aluminum and AluminumAlloys", Aluminum Company of America.
3. TATA SURDIA, SAITO, S., "PengetahuanBahan Teknik", ed.l, Pradnya Paramita,Jakarta (1985).
4. IRMA, R.D., JOHNNY, S., WIWIEK, I.,DWIJO, M., DARLIS, MUDI, H., "AnalisisIntegritas Bahan Stniktur Reaktor SerbaGuna", PPTKR BAT AN, Serpong.
5. SRIATI DJAPRIE, DIETER, G.E., "MetalurgiMekanik", ed. 3, jilid 1, Penerbit Erlangga,Jakarta, 1988. 6. MARDJONO, S.,"Pengujian Mekanik : Metoda, Interpretasidan Penggunaannya", ITB, Bandung
7. RAGHAVAN, V., "Meterials Science andEngineering", 2nd ed., Prentice-Hall of IndiaPrivate Ltd., pp. 204 - 205, New Delhi (1981).
TANYA JAWAB
FRANSISCA A.E.T.• Kekuatan tarik terhadap suhu/temperatur
>300 °C berbeda untuk pendingin air, pasir,dan udara, sedangkan di bawah 300 °C tidakada perbedaan yang berarti. Apa yangmenyebabkannya ?
• Dari percobaan yang anda lakukan tampaktem-peratur 300 °C dan 500 °C menjadi
156
Prosiding Presentas! Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-] 9 Maret 1996
patokan adanya perubahan yang berartiterhadap karak-teristik mekanik bahan. Kira-kira apa penyebabnya atau mekanisme apayang terjadi pada temperatur tersebut ?
SIGIT« Pada suhu < 300 °C diduga bclum cukup
energi untuk mengadakan suatu perubahankarakteristik, di samping itu perlu di lihatstruktur mikronya.
• Benar, penjelasannya sama dengan no.l.Khusus untuk kekcrasan, hal ini mungkindisebabkan oleh terbentuknya presipitat yangmenyebabkan pengerasan.
NITA. S.• Apakah alasan anda menggiinakan pendingin
air, udara, dan pasir ?• Pendingin apakah yang paling baik untuk
digunakan ?
SIGIT• Untuk mendapatkan laju pendinginan yang
berbeda-beda.• Untuk suhu 85-300 °C relatif sama. Untuk
suhu di atas 300 °C tergantung sifat yangdikehendaki dan hams di cari mana yangoptimum.
SRI MUDJAJATI• Apa dåsar pemilihan variabel suhu 85-500
°C dan apa alasan pemilihan pasir sebagaimedia pendingin dan bagaimana carapendinginan tersebut mengingatkeseragaman cara perlakuan ?
SIGIT• Pemilihan variabel suhu didasarkan pada
suhu operasi di reaktor ( kurang lebih 70 °C) selanjutnya untuk mengelahui karakteristikpaduan Al suhu dinaikkan sampai mendekatititik leburnya. Pendingin pasir digunakansebagai perbandingan dengan pendingin lain(air dan udara ). Caranya sampel dipanaskanlalu segera dimasukkan ke dalam pasir.
157
ISSN 1410-1998 Prosidinp Prese.ntasi Jlmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
EFEK PARAMETER PROSES ANIL TERHADAP PERTUMBUHAN BUTIR,KEKERASAN DAN PRESIPITAT PADA INGOT
TERDEFORMASI
Eric Johneri, Muchlis Badruzzaman, Sigit, Widjaksana, R.A. Suiyana.Pusat Elemen Bakar Nuklir
ABSTRAK ID0100067
EFEK PARAMETER PROSES ANIL TERHADAP PERTUMBUHAN BUTIR, KEKERASAN DAN PRESIPITATPADA INGOT ZIRCALOY-4 TERDEFORMASI. Dalain rangka mempelajari sebagian fenomena yang mungkinterjadi selarna proses pembuatan pnduan logam zirkoniuin (zircaloy) melalui metoda peleburan, telah dilakukanpercobaan casting terhadap bahan dasar dilanjutkan dengan perlaknan termomekanik pada ingot yang terjadi.Percobaan ini dimulai dengan melebur skrap zircaloy-4 dalain tungku busur listrik ( arc furnace), ketnudiandilanjutkan dengan pengerolan ingot sampai mencapai reduksi 60 %. Pelat ingot terdefonnasi ini dianil padatemperatur 740 - 930 °C selarna 1 -12 jam. Pengainatan struktur mikro dari proses anil pada temperatur 930 "Cselarna 1 - 9 jam menunjukkan tahapan pemulihan rckristalisasi dan pembesaran butir serta pembesaran presipitat.Perlakuan anil pada 930 °C selarna 9 jam yang didinginkan beberapa waktu kemudian dilanjutkan dengan perlakuanpanas pada 725 °C selarna 30 menit diduga memberikan efek penghalusan dan hoinogenisasi presipitat. Tanpamelihat efek presipitat secara keseluruhan, pada temperatur 850 °C selarna 7 - 1 2 jam tercapai kondisi tahapanpemulihan dan rekristalisasi, sedangkan pada temperatur 740 °C selarna 7 - 1 2 jam hanya mencapai tahapanpemulihan saja.
ABSTRACT
EFFECTS OF ANNEALING PROCESS PARAMETERS ON GRAIN COARSENING. HARDNESS AND PRECIPITATEIN DEFORMED ZIRCALOY-4 INGOT. In the study of several phenomenon in the manufacturing of zirconium metalalloy (zircaloy) by melting method, casting on base material with successive thermomechanical treatment onproduced ingot has been performed. The experiment is commenced by melting of zircaloy-4 scrap in arc furnace,then the produced ingot is rolled until 60 % reduction. The as rolled ingot (deformed ingot plate) is subjected toannealing at the the temperature of 740 to 930 "C for I to 12 hours. Microstructural observation on the annealedsample at 930 f for I to 9 hours shows the stages of recovery, recrystallization grain growth and precipitategrowth. The annealing process at temperature of 930 X'for 9 hours with successive cooling for a while followed bythe heat treatment on temperature of 725 °C for 30 minutes is considered to give refining effect and precipitatehomogenization. Ignoring precipitate effect as a whole. The condition of recovery and recrystallization stage wasreached at temperature of 850 X'for 7 to 12 hours, whereas at temperature of 740 "C only that of recovery stage isobserved.
PENDAHULUAN
Dalam rangka menyongsong era kontribusiteknologi nuklir di bidang energi yang mungkinakan diwujudkan melalui pengopcrasian PusatListrik Tenaga Nuklir (PLTN), maka pada saat initelah mulai diantisipasi swasembada pembuatanbahan struktur reaktor daya demi keandalan dankesinambungan pasokan produksi lokal elemenbakar nuklir melalui kegiatan penclitinu danpengembangan secara terpadu.
Salah satu bahan struktur yang bernilaistrategis dan digunakan sebagai bahan kelongsongelemen bakar nuklir adalah paduan logamzirkoniuin (zircaloy). Bahan ini telah lamadigunakan pada industri kimia karcna memilikiketahanan korosi yang sangat baik tcrhadap mediaasam dan basa kuat pada temperatur tinggi.
Dalam industri nuklir, zircaloy digunakansebagai bahan struktur, khusiisnya pada elemenbakar reaktor daya. Hal ini disebabkan zircaloymempunyai si fat trans paransi yang besar terhadapnetron lermal serta ketahanan mekanik dan korosipada temperatur tinggi. Dengan demikian KnowHow dan Know Why bagi desain dan pabrikasikomponen bahan struktur merupakan teknologikunci bagi konstruksi dan operasi suatu reaktordaya yang menggtinakan air ringan sebagaipendingin serta uranium oksida sebagai bahanbakar1.
Mclalui pcnclilian ini akan dicoba suatuusaha untuk mengenal secara global beberapaaspek teknis dan fenomena terkait selarna prosespelcburan scrta sebagian pengerjaan termomekanikyang mungkin terjadi pada pembuatan zircaloybaik dalain memperoleh produk antara maupunproduk akhir.
158
Pro.iiJing Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Pada inakalah ini akan diuraikan tentangpembahasan awal mengenai pcnganih temperalurdan waktu anil terhadap stntktur mikro pada pclatpaduan logam yang dibuat dari ingot hasilpeleburan skrap zircaloy-A. Tinjauan masalah akandititik beratkan pada ukuran dan morfologi butir,fasa yang mungkin terjadi serta besaran lain yangdianggap perlu bagi interpretasi data hasilpercobaan.
Diharapkan melalui hasil penelitian ini akandiperoleh suatu asupan untuk nieniahami sebagianaspek teknis maupim teorilis yang akan dijadikandasar bagi penelaahan proses penibiiatan zircaioykelak.
TEORI
Dalam rangka meininjang perkembanganelemen bakar nuklir bagi keperluan reaktor dayayang meng-gunakan air ringan sebagai pendingin,sampai saat ini penelitian bahan stniktur banyakdifokuskan terhadap tcknologi zircaloy-2 danzircaioy'-4 2.
Sebagai salah satu conioh dapatdikemukakan bahwa mekanismc korosi dan unjukkerja mekanik secara mendasar adalah kunci bagioptimasi kelangsungan efeklifitas bahan, dcmikianjuga bagi keperluan ramalan unjuk kerja bahansecara in-pile . Pada dasarnya fenoinena yangterjadi selama bahan struktur berada dalamreaktor cukiip erat hubungannya dengankarakteristik stniktur mikronya 2. Di sisi lain telahdiketahui orang bahwa si fat yang terakhir initergantung pada parameter proses selama paduanlogam tersebut dibiiat. Di dalam industripembuatan zircaioy uinumnya dimulai daripeleburan zirkonium beserta unsur penambah,kemudian dilanjutkan dengan variasi pengerjaanmekanik dan panas.
Pengenalan fenomena di atas secarasistimatika dan mendalam tak lerlepas pula dariaspek termodinamika dan kinetika unsurpenambah seperti batas kelanitan, stniktur danstoikhiometri presipitat yang tcrbentuk sertapengintian dan pertumbuhan prcsipitat itu sendiri.
Berikut ini secara singkat dibicarakantentang beberapa fenomena yang tcrjadi padasebagian tahapan proses penibiiatan zircaioysetelah mengalaini pengerjaan tcrmomekanik.
Batas kelamtan unsur, fasa dan presipitat
Jumlah terbanyak unsur penambah didalamzircaioy adalah Sn kenuidian diikuti oleh Fe dan
Cr untuk zircaloy-A dan Fe, Cr, Ni untuk zircaioy-2\
Pada Gainbar 1 diperlihatkan kelarutan Fedan Cr dalam matriks zirkonium yangmengandung 1,4% Sn dan 0,1% oksigen,Komposisi zircaioy ini dibuat melalui peleburandengan menambahkan unsur Fe dan Cr antara 80 -3000 ppm dimana perbandingan Fe/Cr adalah 2:1.Pelat zircaioy yang dibuat dengan cara diataskemudian dikenai perlakuan panas dan dianalisis3.
Dari diagram hasil percobaan dapat diung-kapkan bahwa pada daerah kandungan (Fe + Cr)sekitar SO ppm tak ada presipitat yang teramati,namun pada daerah konsentrasi £ 400 ppm pre-sipitat mulai limbul dibawah temperatur 840 °C.
Pada publikasi lain ditemukan bahwa bataskelamtan Fe dan Cr dalam matrik zirkonium yangmengandung Sn dan oksigen adalah sekitar 100ppm, sedangkan tiga fasa secara simultan (<x+ p +presipitat) ditemukan pada daerah temperaturantara 800 - 840 °C2.
Pengintian dan pertumbuhan presipitat
Kinetika transformasi fasa, pengintian danpembesaran presipitat intermetalik pada zircaioymenipakan peristiwa penting. Komposisi fasa iniadalah fungsi dari temperatur dan waktusebagaimana terlihat pada diagram transformasiisotermal untuk zircaloy-2 dan zircaloy-A menurutOstberg (Gambar 2)2.
Pengerjaan panas bagi kedua paduan logam{zircaloy-2 dan zircaloy-A) pada daerah p ataudaerah (a+ P) dapat menyebabkan pelarutan fasainter-metalik2/|.
Terlihat jelas bahwa batas fasa berubahsesuai dengan waktu anil, di mana Gambar 2memperlihatkan awal pembentukan presipitat padadaerah p dan (ot+ P). Namun kapan gejalapembentukan presipitat berakhir tidaklah cukupdengan menggunakan data hanya dari diagramtransformasi isotermal.
Dalam rangka menunjang hal ini, kinetikaproses pertumbuhan presipitat dalam zircaloy-2dan zircaloy-A (elah dipelajari oleh Johnson - Mehl- Avrami yang diungkapkan sebagai berikut5'6 :
W(t) = l - e x p ( - t / x )n
dengan :x = k . exp (-Q/RT).
(1)
159
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
W(t) = bagian yang terpresipitasi pada waktu t.n = eksponen numerik yang mengGambarkan
informasi tentang mekanisine presipitasik = konstantaQ = energi pengaktifanT = temperatur absolut
Dengan mengambil harga Q = -925 kJ/mol,n=2 dan k = 2,67 x 10-6 j 7 , persamaan (1)memberikan pendekatan yang cukup inemuaskandengan data pada Gambar 2. Persamaan ini dapatdigunakan untuk menaksir derajat presipitasi padatemperatur dan waktu tertentu.
Selanjutnya fenomena lain ynng sering ditemuidalam zircaloy seiring dengan grain coarseningadalah pembesaran presipitat. Mekanisme feno-mena ini diungkapkan oleh Ostwald melaluipersamaan7:
dJ - do3 = k'(D/T).t = k'(Do/T)t. exp(-Q/RT) (2)
dengan:do, d = ukuran partikel presipitat pada vvaktu to
dan tD = konstanta diftisiDo = faktor preeksponensial konslanta difiisik' = konstanta
500ICO 1000 ppm 10000
h- Karfar (FKCr)
l » ' - l
1 •
1 °
1 °
1 °
1 °
Id tn t l f l -taaf fata
II
« * «
<• • g •Praalpttat
a
Id *[Preslpltat
Par! afcuart panaa |
1t
Prott* mM (1 mtnit) • |pcndtnglnan tt*Jut dtrvjmn »lr |
Pro*** inlt <4 |WM) * ||p«ndlnfl!n«n k*fut dtngtn «1r |
|Prot*l anil <1090 eC/t «*cn1t)||*pcndln9tntn Vcjut dervj»n alrj|*prote* anil (100 Jam) |
Dengan memasukkan harga besaran fisisdiatas kiranya persamaan (2) dapat digunakanuntuk mengestimasi ukuran geometris presipitatpada kondisi tertentu.
Sebagai contoh untuk memperoleh garis yangmemiliki ukuran presipitat yang sama dengandiameter rata-rata sebesar 50, 100 dan 200 nmdilakukan perhitungan dengan menggunakanharga:
Q = 250kJ/moi dan k'D = 3,34.10* nmVj.
. t M i '0 M*n 1} 10 1
100»
Gainbar 1. Diagram fasa sistem Zr 1,4 % Sn 0,1 %O - (Fc+Cr)
* 10 lo? >05 10* 10* 10* loT
» Uattlu. ri«tlk
Cfambar 2. Diagram transfonnasi isotennal Zircaloy-2mcnunit G, Ostberg. Presipitasi danpembesaran partikel intermetalik dalamkisaran fasa-a pada zircaloy-2 dan 4
BAHAN DAN METODA
Bahan yang digunakan dalam percobaan iniadalah skrap zirca!oy-4. Bahan tersebut dileburdengan tnenggunakan Arc-Furnace . Ingot hasilpeleburan dipotong-potong dan dideformasimelalui proses pengerolan yang sebelumnyadipanaskan pada temperatur 800 °C selama 30menit. Deformasi dilakukan sampai tingkatreduksi mcncapai 60 % dari ketcbalan avval.
Pelat yang terdeformasi 60 % dianil di dalamtungku yang dialiri gas argon pada temperatur 930°C dengan waktu anil 1 - 9 jam. Proses anilberikutnya dilakukan pada temperatur 850 °C dan740 °C dengan waktu anil masing-masing 7 - 1 2jam. Khusus untuk bahan yang dianil pada 930 °Cselama 9 jam, setelah proses anil selesai,kemudian didinginkan dan dipanaskan lagi padatemperatur 725 °C selama 30 menit.
Setelah proses anil selesai, pelat didinginkansampai temperalur kainar. Selama pendinginanberlangsung, pelat tetap berada didalam tungkuyang teraliri gas argon.
160
Prositiing Presenlasi 1/miah Daur Bahan Bakar NutdirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
Pelat yang Iclah dianil kemudian dilakukanpengujian secara metalografi dengan meng-gunakan bahan etsa untuk Zry-4, selanjulnyadilihat struktur mikronya mcnggunakan mikroskopoptik. Setclah diperoleh Ganibar strukturmikronya, kenmdian dilakukan pcnghilunganbutir, ukuran presipitat dan uji kckcrasan.
HÅSIL DAN PEMBAHASAN
Proses Anil pada 930 °C.
Pada Gambar 3a, b, c dan d disajikan hasilfoto mikrostruktur ingot zirkaloy-4 yang telahterdeformasi 60 % dan dianil pada 930 °C selarna3, 5, 7 dan 9 jam. Terlihat jelas perubahanmorfologi dan ukuran butir dengan bertambahnyawaktu anil.
Dari data pengukuran kckcrasan, ukuran danmorfologi butir sebagaimana dipcrliliatkan padaGambar 3a-d dan 4 dapat diperkirakan bahwasecara garis besar fenomena yang terjadi berturut-turut adalah pemulihan ( recovery ), rekristalisasi( recrystallizalion ) dan pembesaran butir ( graincoarsening), yang masing-masing ditandai dengandaerah I, II, dan III f/|) diinana bentuk kurva secaraglobal analog dengan hasil percbaan rekristalisasiZry-4 melalui pengukuran lahanan jenis listrik7.
Berdasarkan pembagian ini dapatdigambarkan bahwa proses anil selarna 1-4 jamdiperkirakan berada pada dacrah I. selarna 4 - 7jam berada pada dacrah II, dimana setelah 5 jamderajat rekristalisasi masih relatif rendah,sedangkan setelah 7 jam rekristalisasi sudahmendekati sempurna8.
Pada waktu proses anil melebihi 7 jam didugarekristalisasi secara penuh sudah hampirtercapai, kemudian dilanjutkan dengan pem-besaran butir scbagaimana terlihat padaGambar 4, yaitu sctelah proses anil di atas 7jam yang ditunjukkan oleh kenaikan ukuranbutir pada tahap III.
Gambar 3. Struktur mikro zircaloy~i yang dianilpada temperatur 930 °C, waktu anil : a.3 jam; b. 5 jam; c. 7 jam; d. 9 jam.pembesaran 100 x.
161
Prosiding Presentasi Ilmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BA I'AN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Kelternsan. VHN Diameter, u300
S80 -
260 -
240 •
220 -
2000 2 4 6
Waktu, jam
• Kekernsan • *• Dlameler
Gambar 4. Hubungan antara waktu dengankekerasan dan diameter butir padatemperatur anil 930 °C.
Berdasarkan perhitungan dengan meng-gunakan persamaan (1) dapat dilihat bahwa prosespresipitasi setelah waktu penganilan selama 1 jamtelah cukup sempurna, bahkan kemungkinansudah dimulai dengan pembesaran ukuranpresipifat itu sendiri. Nainun kondisi presipitat itudiduga dalam keadaan kurang stabil karenamungkin selalu dihahiskan oleli gerakan dislokasi9
sebagaimana ditunjukkan oleh penurunankekerasan pada intervai waktu 1 - 4 jam.
Pada tahap kenaikan butir berikutnya (antara4 - 7 jam) keadaan diameter presipilat sedemikianhingga mengakibatkan perubalian kekerasan yangtidak berarti dan setelah 7 jam terjadi kenaikankekerasan yang mungkin disebabkan olclipembesaran presipitat bersamaan denganpembesaran butir secara simultan9 di niana padakondisi terakhir ini pertumbuhan presipitat(precipitate coarsening) kemungkinan kurangmengalami hambatan. Guna memperolehgambaran variasi dan distribusi ukuran presipitatsecara kuantitatif selama proses anil berlangsungdapat dilihat pada Gambar 5. Dengan mem-perhatikan kurva distribusi-frckuensi terscbutterlihat jelas penibalian homogenitas dari ukuranpresipitat untuk masing-masing tahapan prosesanil.
Pada umumnya presipitat adalali senyawaintermetalik Zr(Fe,Cr)2
2'1 dan biasanya terse-gregasi pada batas butir dengan distribusihomogenitas yang lerganlung pada lajupendinginan.
Gambar 5. Kurva distribusi ukuran presipitat hasilproses anil pada temperatur 930 °C
Proses anil pada 850 °C
Proses anil pada 850°C selama 7 - 1 2 jammemberikan sebagian mikrostruktur sepertiterlihat pada Gambar 6a, b, c, dan d, sedangkankorelasi kekerasan dan diameter butir terhadapwaktu anil ditampilkan pada Gambar 7.
Dari pengamatan morfologi butir dapatdiketahui bahwa selama periode sampai 10 jam,dapat dikatagorikan berada pada daerah tahap I,sedangkan tahap II meliputi waktu anil II dan 12jam di inana rekristalisasi baru tercapai secaraparsial.
Tanpa melihat efek presipitat secarakeselunihan pada waktu anil 8 - 12 jam terlihatbahwa penurunan ukuran butir dapatmengakibatkan kenaikan kekerasan, sebaliknyakenaikan ukiiran butir dapat mengakibatkanpenurunan kekerasan sebagimana ditunjukkan olehkorelasi pada Gambar 7.
Nainun apabila perubahan variasi kekerasandiperhatikan, maka pada saat waktu anil lebihbesar dari 12 jam diperkirakan akan terjadipenurunan dan kenaikan kekerasan sedemikianhingga bentuk kurva pada Gambar 4 akan terulangkembali sesuai dengan pola umura efektermomekanik pada zircafoy4.
Proses Anil pada 740 °C
Struktur mikro hasil proses anil pada 740 °Cselama 9 - 1 2 jam dapat terlihat pada Gambar 8a,b, c dan d, scdangkan hubungan kekerasan danukuran butir dengan waktu anil dapat dilihat padaGambar 9.
162
t'rosiiling Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Gambar 6. Slruktur mikro zircahy-A yang dianilpada temperatur 850°C, waklu anil : a. 9jam; b. 10 jam; c. 11 jam; d. 12 jam.perbesaran 100 x.
300
Z75 -
250 -
225 -
200 •
175
Kekerasan, VHN Diameter, u
140 2 4 6 B 10
Waktu, jam
* Kekerasan + Diameter
Gambar 7. Hubungan antara waktu dengankekerasan dan diameter butir padatemperatur anil 850 °C
Dengan memperhatikan variasi tingkatkekerasan dan morfologi mikrostruktur, makadapat diduga bahwa kondisi ini berada pada tahapI, sedangkan kondisi pada tahap berikutnya belumtercapai atau pembentukan stniktur yang adahanya mencapai tahap recovery.
Proses Anil pada 930 °C dan dilanjutkan pada725 °C setelah pendinginan.
Perlakuan anil pada temperatur 930 °Cselama 9 jam yang kemudian didinginkan, dandilanjulkan lagi dengan pemanasan pada 725 °Cselama 30 rnenit, menghasilkan struktur mikroyang dapat dilihat pada Gambar 10 sertamemberikan data pengukuran diameter butir rata-rata 46 yxm dan tingkat kekerasan 242 VHN. Hargakekerasan ini berada di antara daerah terdefor-masi dan kondisi terekristalisasi sempurna untukstandar zirca/oy-4 yang dideformasi 75 % dandianil pada temperatur 500 °C selama 2 jam10.
Selain itu apabila struktur mikro padaGambar 10 dan Gambar 3d dibandingkan terutamapada fasa yang terlokasi pada batas butir, ternyataproses anil pada 725 °C selama 30 menit dapatmenyebabkan penghalusan dan homogenisasipresipital.
Untuk memperjelas ungkapan terakhir inidapal dilihat kurva distribusi ukuran presipitat
163
Providing Presenta.ii llmiah Daur Bahan Bakar NuklirrEBN-BATAN, Jakarta ]8-19Marel 1996
pada berbagai kondisi temperatur dan waktu anil(Gambar 5).
(1
Gambar 8. Struktur mikro zircaloy-4 yang dianilpada temperatur 740 °C, waktu anil : a.9 jam; b. 10 jam; c. 11 jam; d. 12 jam.perbcsaran 100 x.
Xefcemsan •*" Diameter
Gambar 9. Hubungan antara vvaktu dengankekerasan dan diameter butir padatemperatur anil 740 °C
Gambar 10. Struktur mikro zircaloy-4 yang dianilpada temperatur 930 °C dan dilanjutkanpada 725 °C setelah pendinginan,pcrbesaran 50 x.
SIMPULAN/SARAN
Dari penelitian ini dapat ditarik kesimpulanscbagai berikut:
1. Pcrlakuaii terhadap ingot paduan logamzirkonium yang berasal däri peleburan skrapzirkaloy-4 setelah dideformasi 60%, kemudiandianil dengan variasi temperatur 740-930 °Cdan waktu anil 1 -12 jam memberikan hasilscbagai berikut:
- pada temperatur 930 °C selarna 1 - 9jam terjadi tiga tahap proses mulaidari pemulihan, rekristalisasi danpembesaran butir
164
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-J9Maret 1996
- pada tetnperatur 850 °C selama 7 - 1 2jam hanya terjadi dua tahap prosesyaitu petnulihan dan rekristalisasi
- pada temperatur 740 °C selama 7 - 1 2jam hanya terjadi proses pemulihan.
2. Perlakuan anil pada T = 930 °C selama 9jam kemudian dianil kembali pada 725 °Cselama 30 menit dapat menyebabkan pengha-lusan dan homogenisasi presipitat.
3. Ditinjau dari aspek teknologi, di dalampustaka 1 dan 2 telah dikcmukakan bahwakarakteristik unjuk kerja zircaloy padaberbagai bidang tergantung pada parameterproses teknologi pembuatannya. Melaluiperlakuan proses peleburan dan termomekanikterhadap skrap zircaloy dalam penelitian initerdapat beberapa proses penting yang analogdengan alur proses pembuatannya. Pada saatini jenis zircaloy yang biasa di-pergunakanbagi keperluan elemen bakar nuklirdikembangkan cendenmg ke arah yangmemiliki butir lebih halus dan dalam keadaanterekristalisasi secara parsial". Sementara itudalam penelitian ini, ada beberapa faktor yanghams diperhatikan sehubungan denganteknologi pembuatan zircaloy melalui metodapeleburan yaitu : derajat deformasi, temperaturdan waktu anil. Dengan mengatur ketigaparameter proses di atas, maka karakteristikstruktur mikro zircaloy yang diinginkan dapatdibuat sesuai dengan kebutuhan. Dari data daninterpretasi penelitian ini harga derajatrekristalisasi yang diinginkan dapat diaturmelalui pengerjaan termomekanik yangmelibalkan ketiga parameter proses di atas.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepadaSaudara Isfandi, Martoyo, Asep Sirnagan,Hadijaya BSc, Sardjono BE. dan semua pihakyang telah membantu penelitian hingga penulisanlaporan.
DAFTAR PUSTAKA
1. KNODLER, D., RESHKE, S., WEIDINGER,H.G., "Technology of Zirconium Alloys forCladding Tubes of Water Cooled FuelAssemblies", Keratechnik, 50, no. 4, 1987.
2. MAUSSNER, G., ORTLIEB, E.,WEIDINGER, H.G., "Basic properties ofZir-Zirconium Alloys with Respect to Mechanicaland Corrosion Behaviour, Materials forNuclear Reactor Core Application, BNES,London, 1987
3. ALCOCK, C.,B., et.al.. Atomic EnergyReview, Special Issue, No. 6, ed.Kubascheurski O, IAEA, 1976.
4. SCHMUCK, J., "The Properties ofZirconium and its Alloys for ChemicalEngineering Applications, CEZUS, Centre deRecherches, Ugine, France.
5. JOHNSON, W.A., MEHL, R.R., Trans. Amer.Inst. Min. Met. Eng., Vol. 125, p. 416.
6. AVRAMI, M.J., Chem. Phys., Vol. 7, 1939, p.1103.
7. MAUSSNER, G., STEINBERG. E.,TENKOFF, E., ASTM-7th Int. Conf., onZirconium in the Nuclear Industry, 24-27June, 1985, Strasbourg, France.
8. MUCHLIS, B., HARINI, S., HARI, W.,"Grain Coarsening Study of FullyRecrystallized Zircaloy-4", First Report ofIAEA-RC No. INS 17 328/6024 RB, 1991.
9. DIETER, G.E., DJAPRI, S., "MetalurgiMekanik", jilid I, edisi ke-3, PenerbitErlangga, Jakarta, 1987.
10. PAN, D., "Influence of AnnealingTemperature on Grain Size of zircaloy-4-Tube", IAEA Research Contract No.6022/RB., 1991.
11. STRATTON, R.W., "Grain SizeDetermination in Zirconium Alloys", IAEA-IWGFPT Coordinated Research Programme,Notes on a Meeting at Siemens, Erlangen, 4-6July, 1990.
165
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentas! Ilmiah Daur Bohan Bakar NukiirP£BN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
PROSES TEKNOLOGI PEMBUATAN PADUAN LÖGAM ZIRKONIUM(ZIRCALOY) DENGAN METODA METALURGI SERBUK
R..A. Suryana, Muchlis Badruzzaman, Widjaksana, Sigit, Eric JohneriPusat Elemen Bakar Nukiir
ID0100068
TEKNOLOGI PROSES PEMBUATAN PADUAN LOGAM ZIRKONIUM (ZIRCALOY) DENGAN METODAMETALURGI SERBUK. Telah dilakukan pembuatan paduan logam zirkonium (zircaloy) dari serbuk zirkoniumditambah serbuk unsur-unsur peinadunya malalui teknik metalurgi serbuk. Parameter proses yang mempengaruhi sifatproduk sinter, khususnya densitas, telah diamati. Hasil percobaan menunjiikkan bahwa pada temperatur 1100 aC,pengaruh tekanan pengompakan relatif kecil. Pengamatan mikro struktur menunjukkan bahwa proses penyinteranterdiri dari tiga tahap, yaitu tahap awal, tahap antara, dan tahap akhir yang terjadi masing-masing antara 1 sampai 2,5jam, 2,5 sampai 6 jam, dan lebih dari 6 jam.
ABSTRACT
TECHNOLOGY OF ZIRCONIUM ALLOYS USING POWDER METALLURGY METHOD. Powder metallurgymethod has been employed to produce zirconium alloys made of zirconium and it's alloying elements powder.Process parameters that influence on the properties of the sintered product and its density have been investigated.The experiments show that at the sintering temperature of1100 "C, variation of compaction pressure relatively has alitlle effect on sintered density. The microstructure investigation shows that the sintering process consists of threestages, i.e. : initial, intermediate and final stage which is respectively occurred between 1 to 2.5 hours, 2.5 to 6 hoursand above 6 hours sintering time .
PENDAHULUAN
Logam zirkonium atau paduannya (zircaloy)sejak lama telah dipergunakan dalam berbagaibidang seperti industri kimia, perkapalan sertaaplikasi tenaga nukiir karena keandalan sifat-sifatnya, seperti ketahanan korosi terhadap mediaasam dan basa kuat pada temperatur tinggi,mudah dibentuk, dan mempunyai titik leburtinggi1 Di bidang aplikasi tenaga nukiir, sebagianbesar bahan ini dipasok untuk bahan strukturkhususnya kelongsong pada elemen bakar nukiirreaktor daya berpendingin air ringan atau beratkarena zirkonium mempunyai transparansi yangbesar terhadap netron tennal serta ketahananmekanik yang sangat tinggi2.
Melalui penelitian ini beberapa aspek teknisdari teknologi pembuatan zircaloy-4 (Zr-4) mulaidari pengenalan sifat bahan dasar sampai prosesmetalurgi serbuk guna mendapatkan suatu produkterutama mengenai pengaruh tekananpengompakan, temperatur dan waktu sinterterhadap sifat-sifat hasil sinter khususnya densitasdan mikro struktur telah dipelajari.
TEORI
Pembuatan zircaloy dengan metoda metalurgiserbuk
Proses utama yang tercakup dalam metalurgiserbuk ini adalah proses penyiapan serbuk,pengompakan, dan penyinteran. Dari ke tigaproses ini, dua proses terakhir lebih dominanpengaruhnya terhadap kualitas hasil. Oleh karenaitu pemahaman yang baik terhadap fenotnenayang terjadi dalam ke dua proses tersebutdiperlukan.
Proses pengompakanProses pengompakan serbuk pada dasarnya
bertujuan untuk mengkonsolidasikan serbuk kedalam bentuk yang diinginkan dan niemberikekuatan yang memadai untuk penanganan ataupengerjaan berikutnya. Melalui proses ini terjadiberbagai perubahan fisis akibat tekanan yangdiberikan. Secara makro, pengaruh utama dalamproses ini adalah adanya pembentukan suatumassa koheren yang makin rapat dan keras padatekanan yang lebih tinggi.
Proses pengompakan serbuk pada tekanantertentu dapat memberikan karakteristik produkyang tergantung pula pada kondisi peralatanseperti dimensi, dan tekanan maksimum yangdiperbolehkan. Pada pembuatan pelet mentah,tekanan pengompakan berpengaruh pada densitaspelet yang diperoleh. Kurva densitas sebagaifungsi dari tekanan pengompakan adalah bempagaris lengkung3.
166
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Proses sinter
Banyak definisi yang dikemukakan tentangproses sinter (penyinteran). Menunit JONES 4,proses sinter merupakan perlakuan panas padasuatu agregat serbuk yang dikompakkan atauserbuk yang lepas dengan maksud untukmenyempurnakan sifat-sifatnya. Melalui prosesini, terjadi berbagai perubahan fisis pada bahanyang disinter. Secara garis besar, perubahan itutampak pada ukuran keseluruhan kompakan sertasifat mekanik dan fisis bahan.
Banyak fenomena yang dapat terjadi selamapenyinteran baik secara berurut maupun bersama-sama. JONES A menunjukkan bahwa secaraumum ada dua fenomena yaitu adhesi ataupelasan pada permukaan partikel dan perubahanbentuk partikel, sedemikian hingga adhesi lebihkuat. Lebih jauh dia menjelaskan bahwa adakemungkinan fenomena lain yaitu reduksiporositas total, atau densifikasi dan penghalusan"permukaan-dalam" pori. Kedua fenomenatersebut dapat terjadi dengan dua mekanismeyaitu penyusunan ulang partikel-partikel danperpindahan bahan dari bagian padat kompakanke pori-pori.
Peneliti lain, HIRSCHHORN 5 dan LENEL 6
menjelaskan fenomena yang mirip tetapi agaklebih rinci. Fenomena yang dijelaskan nampakseperti tahapan proses penyinteran yang dapatterjadi secara berurutan dan/atau bersama-sama.Fenomena-fenomena tersebut adalah:- pengikatan antara partikel-partikel,- pertumbuhan leher,- penutupan saluran pori,- pembulatan pori,- densifikasi atau pengkerutan pori,- pertumbuhan butir.
Dari tahapan-tahapan tersebut nampak jelasbahwa bahan yang disinter pada dasarnya adalahsuatu bahan yang tidak stabil pada temperaturtinggi. Di sini terdapat pergerakan partikel yangberarti di dalam struktur bahan karena adanyadaya penggerak. Gerakan partikel itu seringdiidentifikasi sebagai proses difusi. Atas dasaritu, fenomena yang terjadi dalam prosespenyinteran didominasi oleh proses difusi.sehingga peristiwa-peristiwa yang terjadi akanmengikuti aturan-aturan difusi.
BAHAN DAN METODA
Pembuatan Zircaloy melalui metodametalurgi serbuk dilakukan dengan carapengompakan campuran serbuk zirkonium dan
unsur penambah Sn (1,30 %), Fe (0,22 %) dan Cr(0,10 %) sesuai demgan spesifikasi zircaloy-4pada berbagai tekanan, kemudian disinter denganmemvariasikan temperatur (1000 - 1200 °C) danwaktu (1 - 10 jam). Densitas sampel hasil sinterkemudian diukur dan setelah sampel dikenaiproses metalografj dilakukan pengambilan fotomikro struktur.
HASIL DAN BAHASAN
Hubungan antara densitas pelet mentah yangdiperoleh dari pengompakan serbuk zircaloy-4dapat dilihat pada gambar 1 dan tabel 1. Tampakbahwa pada tekanan yang relatif rendah yaituantara 2 sampai 8 MP titik-titik hasil percobaansedikit mengalami penyimpangan dari kurvadensitas-tekanan. Hal ini diduga karena padatekanan rendah masih terjadi proses pengisiandan penyusunan butir-butir di dalam dies .Setelah proses pengisian selesai makapenambahan tekanan menyebabkan kenaikandensitas yang cukup teratur. Pada kondisi ini titik-titik hasil percobaan sudah mendekati kurva.
Denstlos, g/cm3
4.75
0 5 10 15 20
Toknnnti pcneoiiipnknn. Ml'
Gambar I. Pengaruh tekanan pengompakan terhadapdensitas pelet mentah 1 MP = 5,67 bar
Pada tekanan antara 8 - 1 6 MP, masihterlihat adanya kenaikan densitas, naniun setelahtekanan pengompakan mencapai 16 MP,penambahan densitas relatif kecil, sehinggapercobaan berikutnya dilakukan di sekitar tekanantersebut.
Pengaruh tekanan pengompakan terhadapdensitas sinter pada berbagai temperatur dantekanan dengan waktu sinter tetap 2 jamditunjukkan pada gambar 2 dan tabel 2. Untukmengetahui kondisi yang relatif baik, perlu
167
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta ]8-]9Maret 1996
peninjauan dari bebcrapa segi yaitu efisiensi dankemampuan alat:- tekanan pengompakan di bawah 20 MP- temperatur sinter di bawali 1200 °C
Jadi di sini terdapat dua pilihan tempcraluryaitu 1000°C dan 1100°C. Ternyata pada rentangtekanan 18 - 22 MP, temperalur 1100°Cmemberikan hasil densitas pelet yang Icbih tinggibila dibandingkan dengan densitas yang diperolehpada temperatur 1000°C. Oleh karena itutemperatur 1100°C dipilih untuk percobaanberikutnya yaitu untuk variasi waktu. Sclain itudapat pula dilihat bahwa pada temperatur 1 IOO°C,variasi densitas relatif kccil dibandingkan dcnganvariasi pada suhu 1000 °C apalagi 1200 °C, yangberarti bahwa penyinteran pada Icmpcratur1100°C tidak begitu dipengaruhi oleh tekananpengompakan, sehingga untuk itiencapai densitastertentu dapat dipilih tekanan dalam renlang yanglebih panjang.
l i o n oC ~*~ 1200 oC
Pada gambar 3 dan label 3 menunjukkanhubungati antara densitas sinter dan waktupcnyinleran pada Semperahsr dan tekananpengompakan leriontu. Pada Semperaturpenyinteran 1100°C dan tekanaa pengompakan16 MP, terlihat bahwa penyinteran terbagi dalam3 tahap yaifu tahap awal, tahap antara dan tahapakhir. Pada tahap awal penyinteran yaitu sampaiwaktu kira-kira 2,5 jam, pengaruh waktu terhadapdensitas tidak teratur, karena terjadinya beberapafenomena yang konipiek yang kemungkinandisebabkan oleh ketidak homogenan serbuk dalamkompaka/i sebelum penyinteran, pelepasangas/udara yang terperangkap, efek Kirkendal danadanya unsur penambah, serta laju pemanasanawal yang terlalu cepat. Fenomena-fenomenatcrsebut dapat terjadi berurutan maupun bersama-sama. Mikro stmktur pada tahap tersebutdiperlihatkan pada gambar 4a, b dan c. Padatahap antara (2,5 - 6 jam), pengaruh waktuterhadap densitas sangat jelas dan struktur mikropada tahap ini dapat dilihat pada gambar 4d. Padatahap akhir penyinteran yang diperkirakandimulai setelah waktu sinter 6 jam, ternyata waktusangat bcrpcngaruh terhadap rekristalisasi danpertumbuhan butir (gambar 5a, b dan c).
Gambar 2. Hiibungan antara tekanan pengompakandandensitas peiel sinter pada berbagaitcmperatiir dengan waktu sinler 2 jam
0
ffnkln, join
Gambar 3. Hnbimgan antara waklu dan densitas peletsinter, pada tekanan pengompakan 16 MP,temperatur 1100 °C
168
Providing Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirI'ltUN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Gambar 4. Mikro stniklur zircaloy-4 yang disinter padatemperatur 1 ] 00 °C, waktu sinter : a. 1jam; b. 1,5 jam; c. 2,5 jam; d. 3 jam.pembesaran 200 x, (mertipakan tahap avvaldan tahap antara pada pcmyinteran)
Ganibar 5. Mikro stniktur zircaloy-4 yang disinter padatemperatur 1100 °C, waktu sinter : a. 6jam; b. 8 jam; c. 10 jam. pembesaran 200 x,(merupakan tahap akliir pada penyinteran)
SIMPULAN
Proses penyinteran pada 1100°C selama 1 -10 jam untuk pelet serbuk zircaloy-4 yangdikompakkan oleh tekanan sebesar 16 MP terdiridari liga tahap, yaitu tahap awal, tahap antara dantahap akhir. Pada tahap awal (1 - 2,5 jam),pengaruh waktu masih belum teratur karenaterjadinya beberapa fenomena yang komplek,sedangkan pada tahap antara (2,5 - 6 jam), waktuberpengamh terutama terhadap densitas peletsinter dan pada lahap akhir ( 6 - 1 0 jam), waktubcrpengaruh tenitama terhadap rekristalisasi danpertumbuhan butir.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengticapkan terima kasih kepadaSaiidara Isfandi, Martoyo, Asep Sirnagan,Sardjono B.E., Hadijaya BSc, Suyoto dan pihak-pihak yang telah niembantu hingga selesainyapcnelilian ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. BENYAMIN, M , "Nuclear Reactor Materialsand Applications", Van Nostrand ReinholdCompany Inc., New York, 1983
2. KNODLER, D., RESHKE, S., WEIDINGER,H.G., "Technology of Zirconium Alloys forCladding Tubes of Water Cooled FuelAssemblies", Kerntechnik, 50, no. 4, 1987.
3. CAZAUD, E., LE ROUX, R., "M.tallurgie.Mise En Forme Et Traitements", 69e ed.,Dunod, Paris (1974).
169
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BA TAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
4. JONES, W.D., "Principal of PowderMetallurgy", Arnold, London, 1937
5. HIRSCHHORN, J.S., "Introduction to PowderMetallurgy", American Powder MetalurgyInstitute, Princeton N.J.
6. LENEL, F.V., "Powder Metallurgy, Principlesand Applications", Metal Powder IndustriesFederation, Princeton N.J.
TANYA JAWAB
1. MULYADI.R.
• Berapa tinggi yang ideal temperatur sinteringterhadap temperatur melting ?
• Unsur yang ditambahkan dalam prosessintering, sebaiknya memiiki temperaturmelting lebih tinggi atau lebih rendahtemperatur lebur bahan dasar (Zirkonium) ?
• Bagaimana hubungan tinggi temperatursintering terhadap teinperatur lebur unsur-unsur bahan dasar dan imsur bahan yangditambahkan !
RA.SURYANA
• Tergantung pada sifat produk yangdiinginkan, karena seperti disebulkan dalamteorin, pengiriman ialah perlakuan panasuntuk memperoleh sifat-sifat kompakan yanglebih baik.
• Tergantung bila mau memadu dcngan unsurapa, seperti dalam zirkaloy, sisik lebur yanglebih rendah dari zirkonium, akan tetapidapat juga kita memadu dengan unsur yangsisik leburnya lebih tinggi misalnya paduandengan dasar logam Al yang di padu dehganZr.
• Tidak ada hubungannya dengan unsurpemadu yang ada luibungan antaratemperatur sintering untuk lebur logam dasaryaitu 2/3 T| ( untuk lebur keloin ).
2. DARDJO
• Pada ukuran berapa dalam mesh paduanlogam zirkonium dapat utuh secara total ?
• Phenomena yang rumit apa ynng lerjadi padatahap awal 1-2,5 jam ?
RA. SURYANA
• -250 - 180 mesh-325 mesh
• Ada Sn yang temperatur leburnya jauh lebihrendah dari Zn, pada 300 °C Sn dan jumlah
Sn lebih keci) dari pada jumlah Zn, terjadiperbedaan difusivitas yang besar sehinggaterjadi pori-pori (efek Kerkendal) denganakibat terjadi peng-gembungan, dan tentunyadensitas turun.
3. MARADU SIBARANI
• Apakah metode metalurgi serbuk ini dapatdigunakan untuk zirkaloy dalam bentuk pelatdan kelongsong, bagaimana dengan prosesteknologinya ?
RA. SURYANA
• Seperti telah dijelaskan dipendahuluan (teori)bahwa metalurgi serbuk ialah suatu teknologipeinbuatan komponen ( part ) dari serbuk,disamping pembuatan serbuknya itu sendiri,yang dimaksud komponen (part) misalnyaroda gigi. Jadi metalurgi serbuk bukan untukmembuat pelat/ kelongsong.
4. PINITOYO
• Mohon kejelasan tekanan pengompakan'MP" terhadap pelet silindris. Bila 'MP"adalah satuan tekanan hidrolik dari mesinpress, mohon di kalibrasi ke dalam satuanstandar : kg/cm2, psi, dll. Dan tekananpengompakkan pelet perlu di kalikan faktorluas:Luas Penampang Piston Hidrolik (D2)
Luas Penampang Pelet d2
D = diameter piston hidrolikd = diameter pelct
RA. SURYANA
• MP hanyalah ukuran skala saja, dan tekanansebenarnya berdasarkan perhitungan yangdisesuaikan dengan kondisi operasipembuatan pelct UO2 jenis cireal, IMP= 3,1ton/in2.
5. TAUFIK USMAN
• Mohon dijelaskan fenomena yang terjadipada kurva " Pengaruh waktu terhadapdensiti"
RA. SURYANA
• Seperti dituujukkan dalam kurva, padapcnclitian ini bahwa pengaruh densitas tidak
170
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
teratur terrutama pada tahap awal perputaran(1-2 jam) hal ini sebagai akibat (diduga) Sajupemanasan yang terlalu tinggi dan adanyaunsur pemadu, terutama Sn yang sisikleburnya jauh lebih rendah dari Zr. Padapenelitian selanjutnya dengan laju pemanasanyang lebih rendah dari 600, dandibandingkan juga dengan Zr murni,memang laju pemanasan dan unsur pemadumempengaruhi kurva densitas vs waktu.
6. GUNANDJAR
• Pada waktu penyinteran, grafik/kurva yangdiperoleh (densitas vs waktu sinter)menunjukkan bahwa densitas relatif menurun(pada tahap kedua). Bisakah dijelaskanmengapa densitas tersebut menurun,mengapa justru tidak naik.
RA. SURYANA
• Memang densitas pada tahap kedua masihmenurun, ( belum naik ) hal ini didugakarena pengaruh laju pemanasan ( heatingrate ) yang terlalu besar dan adanya unsur-unsur pemadu pada kertas kerja kami yanglain ( penelitian lanjutan ), untuk lajupemanasan < 600 °C, densitas menunjukkankenaikkan pada tahap kedua .
7. FRANSISCA A.E.T.
• Apa sebabnya pada temperatur 1100 °Cpengaruh tekanan pengompakan kecilterhadap densitas ?
• Apa maksud atau tujuan dari prosespenyinteran di bagi menjadi tiga tahap ?
RA. SURYANA
• Pada tekanan udara 17 MP- > 20 MP padaumumnya densitas turun. Penurunan inidapat disebabkan oleh beberapa faktor :a). Springback efectb). Pelepasan gas ( degarring ), udara/gas
yang terperangkap pada waktupengompakan
c). Belum terpadunya denrifikasi sempurnasehingga : * Pada 1000 °C denrefikasibelum sempurna* Pada 1200 °C temperatur selalu tinggi
sehingga panas a dan b dominan.• Pada 1100 °C pengaruh a dan b
kurang dominan sehingga pengaruhtekanan relatif baik
terhadap densitas lihat halaman sebelah.• Seperti diketahui pada proses penyinteran
terjadi bermacam-macam fenomenadiantaranya menurut Hersckharn dan Leneladalah :- Pengikatan unsur partikel- Pertumbuhan leher- Penutupan saluran pori- Densifikasi dan pengerutan pori- Pertumbuhan butir
• Fenomena tersebut dapat terjadi berurutanatau bersama-sama. Oleh sebab itu kadang-kadang terpadunya fenomena tersebut disingkat dengan tahap awal, tahap antara dantahap akhir untuk memindahkan.
171
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-l9Maret 1996
LAMPBRAN
Tabel 1. Data pengompakan serbuk zircaioy-4
No.
1234567891011121314151617181920212223
Tekanan(MP)
23467
7,589
10,5111213141617
17,317,518,5192021
21,522
Tinggi(cm)
1,28951,21751,20301,15101,09951,09301,10901,12501,14101,15401,16601,17701,20001,23401,25601,25401,27601,32001,30001,33901,36001,38201,4120
Diameter(cm)
2,31902,31902,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,33802,3380
Volume(cm3)
5,20634,90244,92474,70164,48064,45274,52144,59004,65874,71444,76594,81314,91185,05775,15215,14355,23975,42685,34095,50835,59855,69285,8215
Berat (g)
20,367020,012520,087019,948020,019020,230021,521021,521022,127022,458022,954023,304024,144024,975025,455025,456025,966026,943026,625027,471027,979028,460029,1510
Densitas (g/cm3)
3,91344,07314,07884,24284,46844,54334,64884,68874,74964,76374,81634,84174,91554,93804,94074,94914,85734,96484,98514,98724,99774,99935,0075
Punch atas : 22 cm Waktu pengompakan : 30 detikKedalaman dies : 40 cm 1 MP = 5,67 bar
Tabel 2. Data penyinteran pelet zircaloy, waktu sinter 2 jam
Waktu(jam)
2
Tempe-
ratur(°C)
1000
1100
1200
1300
Tekanan(MP)
1617,519212216
17,51921221417
18,520
21,51417
18,520
21,5
DensitasPM (g/cm3)
4,9384,9574,9825,0025,0074,9384,9574,9825,0025,0074,9154,9414,9654,9875,0034,9154,9414,9654,9875,003
Densitas
PS(g/cm3)6,7866,8286,3166,4346,2666,4146,5616,5386,4926,5556,3756,6766,7186,0006,654
Peletnisak
Tabel 3. Data penyinteran pelet zircaloy dengan variasiwaktu sinter
Tem-peratur
1000
1000
Tekanan(MP)
16
17,5
16
17,5
Waktu(jam)
11,52,
2,536810
6810
6810
6810
DensitasPM (.g/an*)
4,9824,9874,9384,9834,9854,9384,9384,938
4,9574,9574,957
4,9384,9384,9384,9574,9574,957
DensitasPS
(g/cm5)
6,7826,6766,4146,6526,3136,0905,8506,152
6,2785,8055,613
6,5506,3715,6135,8975,9985,725
PM = Pelet MentahPS = Pelet hasil sinter
172
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi llmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
PERMASALAHAN FABRIKASI BAHAN BAKAR U3SJ2-A1DENGAN TINGKAT MUAT URANIUM TINGGI
SupardjoPusat Eleraen Bakar Nuklir ID0100069
ABSTRAK
PERMASALAHAN FABRKASI BAHAN BAKAR U3Si2-Al DENGAN TINGKAT MUAT URANIUMTINGGI. Kualitas produk elemen bakar dispersi U3Si2-Al merupakan tujuan utama bagi setiap fabrikator. Elemenbakar tingkat muat uranium rendali mudah difabrikasi, tetapi dengan kenaikan tingkat miiat uranium, homogenitasdistribusi uranium sulit dicapai dan di dalam pelat elemen bakar selalu terbentuk white spots, blister, dan dogboning.Beberapa kendala tersebut kemungkinan dapat dieliminasi dengan menaikkan tekanan pengepresan inti elemenbakar, ketelitian penyiapan paket rol, melapisi permukaan inti elemen bakar dengan serbuk Al, dan perlakuan panasterhadap serbuk bahan bakar/Al. Pemilihan diameter partikel balian bakar/Al secara tepat sangat diperlukan untukmempermudah proses homogenisasi dan mengatur porositas di dalam pelat elemen bakar. Kenaikan tingkat muaturanium pada tebal meat tetap, akan menaikkan kekerasan meat, sehingga untuk menghindari terjadinya dogboningperlu digunakan bahan kelongsong yang lebih keras.
ABSTRACT
THE FABRICATION PROBLEM OF U3S12-AI FUEL WITH URANIUM HIGH LOADING. The quality ofUsSir-Al dispersion fuel product is the main aim for each fabricator. Low loading of uranium fuel element is easily
fabricated, but with the increased, uranium loading, homogenity of uranium distribution is difficult to achieve and italways formed white spots, blister, and dogboning in the fuel plates. The problem can be eliminated by the increasingof core pressing, accurate preparation of the composite, the core surface coating with the Al powder, and the heattreatment of the fuel/Al powder. The precise selection offuel/Al particles diameter is needed indeed to make easierin the homogeneous process of powder and the porosities arrangement in the fuel plates. The increasing of uraniumloading at constant meat thickness will increase the meat hardness, therefore to withdraw the dogboning forming,the use of harder cladding materials is necesity.
PENDAHULUAN
Teknologi fabrikasi elemen bakar reaktorriset tipe pelat yang berisi bahan bakar U3O8 danUA1X perkayaan tinggi (± 93% U-235) yang didispersikan ke dalam matriks aluminium telahdikembangkan sejak tahun 1950 an. Fabrikasikedua jenis elemen bakar perkayaan tinggi cukupberhasil, karena dengan tingkat muat uraniumrendah sudah dimungkinkan dicapai fluks netronyang tinggi.
Berkaitan program pengubahan penggunaanbahan bak^ar reaktor riset dari perkayaan tinggi keperkayaan rendah (± 20% U-235) pada disainvolume teras reaktor tetap, maka untuk me-ngompensasi penurunan jumlah U-235 perludipilih bahan bakar yang memiliki densitas tinggi.
Langkah awal mempertinggi tingkat inuaturanium telah diterapkan pada bahan bakar U3O8
dan UA1X, tetapi kedua bahan bakar tersebut hanyamampu menaikkan tingkat muat uranium masing-masing dari 2,00 menjadi 3,20 g/cm3 dan 1,00menjadi 2,40 g/cm3. Unjuk kerja kedua bahanbakar tersebut cukup baik tetapi belum mampumengomensasi penurunan jumlah U-235 yanghampir 4,5 kali lipat lebih rendah. Beberapa
paduan uranium yang telah diteliti ternyata hanyapaduan uranium silisida, U3Si2 yang cukupmemenuhi kriteria bahan bakar nuklir, dengankeunggulan antara lain: densitasnya tinggi (12,20g/cm3), stabil terhadap iradiasi, dan fabrikasinyarelatif mudah dengan resiko kegagalan rendah.Dengan menggunakan bahan bakar U3S12 tingkatmuat uranium bahan bakar dapat ditingkatkanhingga 5,20 g/cm3. Kendala umum yang munculpada fabrikasi bahan bakar tipe pelat dengankenaikan tingkat muat uranium adalah kegagalanproduksi meningkat. oleh karena itu pemilihanbahan dan parameter fabrikasi secara tepat sangatdiperlukan guna mengeliminasi kendala tersebut.
FARBIKASIPEB U3Si2-Al
Elemen bakar dispersi tipe pelat yang berisiUjSi2-Al difabrikasi melalui dua tahap pengerjaanyaitu:
1. Pembuatan paduan dan serbuk U3Si2, dan2. Pembuatan IEB, PEB, dan perakitan EB.
Secara garis besar proses fabrikasi dapatditampilkan dalam bentuk diagram alir padaGambar 1, dan diuraikan sbb.
173
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Pembuatan Paduan dan Serbuk U3Si2
Paduan U3Si2 dibuat dengan peleburanmenggunakan tungku busur listrik bermedia gasiner. Peleburan dilakukan beberapa kali untukmendapatkan paduan yang homogen. PaduanU3Si2 adalah rapuh sehingga mudah dibuat serbuksesuai ukuran butir yang dikehendaki.
Pembuatan IEB, PEB dan Perakitan EB
Fabrikasi PEB U3Si2-Al dengan teknikPicture and frame, menggunakan kelongsongpaduan aluminium. Langkah pert a ma, serbukU3Si2 dan Al dicampur dengan perbandingantertentu sesuai dengan tingkat muat uranium yangdiinginkan, kemudian dihomogenisasi danakhirnya dipres pada tekanan tinggi sehinggaterbentuk IEB. Uap air dan pelumas (NatriumStearat) yang terikut pada IEB dihilangkandengan perlakuan panas dalam kondisi vakum.Paket rol dibuat dengan cara, IEB yang telahbebas dari uap air/pelumas, dimasukkan kedalampelat rangka dan dua pelat tutup, kemudian padakeempat sisi sambungannya dilas TIG di beberapatitik. Paket rol kemudian dikenai perolan panasbeberapa tahap hingga diperoleh tebal pelat sesuaiyang diinginkan. Suhu perolan panas berkisarantara 425° s.d 500 °C, tergantung paduan Al yangdigunakan sebagai kelongsong. Pelat elemenbakar hasil perolan dikenai pengujian secaramerusak dan tidak merusak.
BAHASAN
Keberhasilan fabrikasi bahan bakar dispersitipe Materials Testing Reaktor(MTR) yang berisibahan bakar silisida tingkat muat uranium tinggisangat dipengaruhi oleh beberapa faktor antaralain, diameter partikel serbuk U3Si2 dan Al,bentuk inti elemen bakar(IEB), penyiapan paketrol serta kondisi perolan panas dan perolandingin. Faktor-faktor tersebut secara garis besardapat diuraikan sbb:
Penyiapan Serbuk U3Si2 dan Serbuk Al
Paduan U3Si2 adalah piroporik, maka padapengerjaannya harus dilakukan di dalam mediagas iner. Teknik peleburan menggunakan tungkubusur listrik berelektrode wolfram merupakansalah satu metode yang tepat untuk pembuataningot U3Si2. Metode ini mudah dilakukan daningot yang dihasilkan cukup memenuhi kualitasbahan bakar, karena elektrode wolfram tidakmemberikan efek negatif yang dapat menurunkankualitas. Homogenitas ingot dapat dicapai denganpengulangan peleburan. Pada suhu kamar U3Si2
dapat bereaksi dengan oksigen di dalam udara,dan reaksi akan bertambah cepat pada suhu £177C. Oleh karena itu setiap selesai peleburan,ingot dibalik dengan hati-hati, dan tidak bolehdengan penekanan yang terlalu kuat karena sangatmudah memercikkan bunga api yang padaakhirnya akan menurunkan kualitas ingot.
Serbuk aluminium memiliki daya serapterhadap uap air cukup tinggi, sehinggapengerjaannya juga harus dilakukan di dalammedia gas iner. Adanya uap air yang masihterdapat di dalamnya harus dihilangkan, karenaakan mengganggu homogenitas dan dapatmenyebabkan terbentuknya lepuhan (blister) padapelat elemen bakar setelah perolan panasberlangsung. Oleh karena itu sebelum pengerjaanlebih lanjut serbuk U3Si2 dan serbuk Al perludikenai perlakuan panas.
Bahan bakar dispersi dikatakan ideal apabilabutiran bahan bakar terdistribusi merata di dalammeat, sehingga setiap butiran bahan bakardikelilingi oleh aluminium matriks. Padakenyataannya kondisi ideal sulit dicapai karenasangat pengaruhi terutama oleh ukuran butir, dantingkat muat uraniumnya. Makin tinggi tingkatmuat uranium sulit dihomogenisasi karenaperbedaan berat jenis antara U3Si2 (12,20 g/cm3)dan aluminium (2,70 g/cm3) cukup jauh, sehinggasangat mudah terjadi aglomerasi. Hal yang samaakan terjadi apabila fraksi halus (- 44 (Am) cukuptinggi. Akibat kenaikkan volum dispersan danatau fraksi halus akan menaikkan porositas didalam meat dan pada akhirnya memungkinkanterbentuknya white spots di dalam PEB. Untukmengeliminasi ketidak homogenan perlu dipilihukuran butir yang tepat dengan penanganan yanghati-hati termasuk pada saat pemindahan bahandan pengepresan.
Inti Elemen Bakar (core)
Inti elemen bakar merupakan bahan utamadi dalam elemen bakar, dibuat menggunakan carapengepresan terhadap campuran homogen antaraserbuk U3Si2 dan matriks Al, dengan perban-dingan sesuai dengan tingkat muat uraniumnyaseperti contoh Tabel 1. Pengepresan campuranserbuk U3Si2 dan Al pada tekanan yang samaterhadap tingkat muat yang berbeda akandiperoleh ketebalan IEB yang berbeda pula.Makin tinggi tingkat muat uranium, IEB hasilpengepresan semakin tebal4'5.
Inti elemen bakar disusun dalam bentukpaket rol dan dilas beberapa titik pada keempatsisinya (contoh Gasnbar 2.), atau dalam bentuk U
174
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
(tapal kuda). Pelasan ini berfungsi untuk menjagaagar tidak terjadi pergeseran pelat, danmenghindari terjebaknya udara/gas di dalam PEBsaat perolan panas berlangsung.
Suhu perolan panas sangat tergantung padajenis bahan kelongsong yang digunakan.Perbedaan bahan dan suhu perolan akan ber-dampak pada karakteristik produk. Bahan kelong-song paduan aluminium seperti AIMgl, AlMg2,Al 6061 telah banyak digunakan, dengan suhuperolan berkisar antara 425 s.d 500°C. Sebagaicontoh perolan panas PEB dengan kelongsongpelat AIMg2 yang dilakukan pada suhu 425°Cdiperoleh pelat cukupbaik.
Tabel ]. Komposisi UjSi2 dan Al dengan Tingkat MuatUranium antara 3,60 s.d. 5,20 g/cm3
tingkat muatU(g/cm3)
3.003,504,004,505,005,506,00
Vol. U3S12
(%)26,6607530,8808635,1009839,3211143,5412347,7613551,98148
VOL. Al.(%)
73,3392569,1191464,8990260,6788956,4587752,2386548,01852
Porositas
Prosentase porositas yang terbentuk di dalamPEB sangat ditentukan oleh parameter antara lain,ukuran dan kekerasan butir bahan bakar, kekuatanmatriks, suhu perolan, tebal akhir meat dan fraksivolum bahan bakar.
Selama proses pengepresan IEB dan perolanpanas PEB, butiran bahan bakar/matriks bergerakdan tersusun kembali dengan tanpa mengalamideformasi/msak atau sebaliknya. Perpindahanbutiran terbesar terjadi pada proses pengepresandan perolan panas tahap pertama. Kerapuhansenyawa U3Si2 mengakibatkan butiran mudahpecah pada saat proses perolan berlangsung(contoh Gambar 3.), sehingga fraksi halus didalam meat akan lebih banyak dibanding di dalamIEB. Fraksi halus di dalam meat akan bertambahdengan kenaikan fraksi volum bahan bakar.Kenaikan fraksi halus bahan bakar akanmemperluas permukaan kontak partikel bahanbakar yang dapat memperlambat aliran matriks,dan pada akhirnya berdampak pada kenaikanporositas. Hal ini mungkin terdapat korelasiantara fraksi halus butiran bahan bakar (-44uin)dan porositas di dalam meat. Selain beberapakemungkinan tersebut diatas penggunaan bahan
bakar dengan butiran yang terlalu halus akanmemungkinkan terbentuknya white spots padaPEB. Ukuran butiran serbuk dan tingkat muaturanium mempengaruhi jarak antar butir serbukbahan bakar. Jarak antar butir bahan bakar = 0apabila fraksi volum bahan bakar di dalam meatsebesar 74 %8. Pada kondisi tersebut butiranbahan bakar akan bersinggungan. Secara umumfraksi volum bahan bakar dispersi maksimum didalam matriks Al yang masih dapat difabrikasiadalah berkisar antara 45 s.d. 50 %'. Berdasarpengalaman beberapa fabrikator/lembagapenelitian menyebutkan bahwa untuk fabrikasibahan bakar U3Og jumlah butiran halus (-44^im)harus <, 25%, sedang fabrikasi bahan bakar U3Si2
butiran halus disarankan <• 15%. Fraksi halus (-44yon) butiran bahan bakar U3Si2 dinaikkan dari 0s.d 25%, terjadi kenaikan porositas sepertiditunjukkan pada Gambar 4. Perubahan prosen-tase porositas akibat perubahan fraksi volumbahan bakar U3Si2 lebih rendah dibanding U3Si,ini kemungkinan disebabkan oleh kerapuhannya.Kenaikan fraksi volum bahan bakar akan diikutikenaikan porositas seperti ditunjukkan padaGambar 5.
Ketebaian meat bahan bakar juga berpe-ngaruh terhadap besarnya porositas. Apabila tebalmeat diturunkan (pada fraksi volum bahan bakartetap), maka porositas naik dengan perubahanantara 1-2%. Apabila meat lebih tebal, kemung-kinan aliran matriks lebih cepat dan mengisibagian rongga yang menyebabkan porositasmenurun.
Perolan dingin akan menaikkan porositas,hal ini kemungkinan kekuatan matriks pada suhukamar meningkat7. Pada perolan tahap pertama,porositas pelat bagian depan lebih rendahdaripada pelat bagian belakang. Ini kemungkinandisebabkan oleh pendinginan pelat atau udarayang terjebak di dalam PEB bagian belakang lebihbanyak selama perolan tahap pertama. kenaikanporositas akan menurunkan konduktivitas, sepertiditampilkan pada Gambar 6.
Lepuhan (blister)
Selama penyiapan campuran serbuk U3Si2
dan Al, pengepresan IEB, dan penyiapan paket rolkemungkinan terjadi penyerapan uap air olehserbuk Al. Pada perolan panas, uap air itu akancepat bereaksi dengan U3Si2 di dalam meat danmembentuk gas hidrogen. Gas hidrogen hasilreaksi terdifusi keluar dari zona bahan bakarmembentuk blister di dalam kelongsong sepertiditungjukkan pada Gambar 72. Adanya blister
175
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
akan mengurangi kesempurnaan ikatan, sehinggamengurangi kekuatan kelongsong. Apabila hal initerjadi maka akan berbahaya selarna di iradiasi didaJam reaktor, karena kemungkinan blister akanterisi oleh gas fisil yang dapat menyebabkankebocoran, terlebih pada burn-up tinggi.
Untuk mengeliminasi terbentuknya blisterdari gas hidrogen, dapat dilakukan denganmemanaskan IEB/paket rol pada suhu 480C,tekanan ä 10"4 torr selarna 6 jam. Setelahdidinginkan hingga suhu 30°C, tungku diisi gasargon dan seianjutnya IEB/pakel rol dipindahkanuntuk pengerjaan lebih lanjut. Perlakuan panas iniakan mengusir uap air yang berada di dalamIEB/pakel rol yang terabsorpsi oleh serbuk Alselama pemindahan, pengepresan, atau waktupenyusunan paket rol.
Perlakuan panas juga dilakukan setelahproses perolan panas 4 atau 5 x sesuai dengantahap pengerolannya. Perlakuan panas dapatmenekan terbentuknya gas hidrogen dari reaksiuap air dan U3Si2 di dalam meat untuk berdifusimelalui kelongsong. Dengan perlakuan demikianterbentuknya blister akan dapat dihindari2.
Zona bebas bahan bakar pada ujung dan sisi PEB
Pada proses perolan panas kemungkinanterdapat partikel bahan bakar yang terlenipar darizona bahan bakar masuk ke dalam kelongsong.Terlemparnya partikel bahan bakar terutamaterjadi pada perolan panas tahap pertama, danakan lebih banyak apabila fraksi volume bahanbakar dalam IEB dinaikkan. Dengan kenaikkanfraksi volume bahan bakar kekuatan IEB menurundan banyak partikel bahan bakar beradadipermukaan, sehingga pada perolan memung-kinkan partikel-partikel tersebut berada dipinggirkelongsong akan berakibat produk fisinya keluardan masuk ke dalam pendingin reaktor. Unfukmengeliminasi terjadinya loncatan pertikel bahanbakar kemungkinan dapat dilakukan denganmenaikkan tekanan pengepresan IEB,peningkatan ketelitian pada pembuatan pakel rol,dan melapisi seluruh permukaan IEB denganserbuk Al. Peningkatan tekanan pengepresan akanmeningkatakan kekerasan IEB sehingga padaperolan dapat memperkecil terjadinya pelepasanpartikel bahan bakar ke luar dari meat, sedangkanketelitian penyiapaan paket rol yang perludiperhatikan adalah kesuaian tebal IEB denganpelat rangka dan kekuatan pelasan. Kekauatanpelapan merupakan kehanisan agar selamaperolan tidak terjadi pergeseran posisi meat dankelongsong. Pelapisan IEB dengan serbuk Aldimaksudkan untuk menghalangi loncatan serbuk
bahan bakar selama perolan berlangsung. denganpelapisan ini akan menaikkan porositas, untuk itutebal lapisan harus dibuat seoptimal mungkin.
Tebal Meat dan Kelongsong
Penentuan tebal kelongsong dan meat secaratepat sepanjang pelat elemen bakar sangat sulitdilakukan karena pada kenyataannya batas antarameat dan kelongsong tidak merupakan garis lurusmelainkan nampak seperti pada Gambar 8.Penentuan tebal kelongsong dan meat biasadilakukan dengan cara metalografi terhadap irisanpelat elemen bakar yang diambil secara acak.Irisan PEB diamati dengan mikroskop optik yangdilengkapi fasilitas pengukur dimensi. Hasilpengukuran ini dianggap telah mewakili sejumlahproduk PEB. Apabila tebal kelongsong yang diujimemenuhi persyaratan, maka PEB lainnyadianggap memenuhi persyaratan pula.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengankenaikan tingkat muat uranium (untuk tebal PEBdan kondisi pengepresan tetap), maka meatbertambah tebal, sedang kelongsong semakin tipisseperti ditunjukkan pada Tabel 2. Apabiladiinginkan kenaikan fraksi volum bahan bakarpada tebal meat dan kelongsong tetap, makatekanan perolan harus dinaikkan, dan untuk ituperlu diimbangi penggunaan bahan kelongsongyang lebih keras.
Tabel 2. Tebal Kelongsong dan Meat Bahan BakarUsSia-Al Tingkat Muat Uranium antara 3,60s.d 5,20 g/cm3
Tingkat muatU (g/cm3)
3,604,204,805,20
Tebalkelongsong
(nan)0,4130,3930,4010,366
Tebalmeat(mm)
0,5880,6290,6350,674
Dogboning
Dogboning adalah pengumpulan uranium diujung PEB yang terbentuk pada proses perolanpanas, apabila meat lebih keras daripadakelongsong. Pada proses perolan tersebut akanterjadi pengelompokan/penebalan bahan bakar diujung PEB karena serbuk Al yang berfijngsisebagai penghambat laju alir bahan bakar makinsedikit. Pengelompokan ini akan terbentuk yangpada akhirnya kelongsong menjadi tipis dankadang-kadang hingga dibawah batas minimumtebal kelongsong yang diizinkan. Fabrikasi PEB
176
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuldirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
U3S12-AI dengan tingkat muat uranium 1,30 g/cm3
sangat mudah dilakukan, tidak terbentukdogbone, dan distribusi bahan bakar sepanjangpelat hasil rekaman uji Radiografi Sinar-X cukuphomogen seperti ditunjukkan pada CJambar Sa.Dengan kenaikan tingkat muat, jarak antar butirsemakin rapat dengan distribusi uranium cukuphomogen, dan pada tingkat muat uranium 5,30g/cm3 mulai ada kecenderungan terbentukdogboning walaupun masih dalam batas yangdiizinkan seperti Gambar 8c. Terbentuknyadogboning pada pada PEB tidak diinginkankarena selain berpengaruh pada ketebalankeiongsong juga adanya pengumpulan bahanbakar disuatu titik, sehingga selama iradiasimemungkinkan terjadinya local heat yang sangatmembahayakan. Untuk mengeliminasi terbentuk-nya dogboning dapat dilakukan denganmenggunakan keiongsong paduan A! yang lebihkeras, atau ujung-ujung PEB dibuat tirus. Tirus iniberfungsi untuk menampung bahan bakar yangterdorong selama perolan berlangsung, agar tidakkeluar dari zona bahan bakar.
SIMPULAN
Fabrikasi elemen bakar tipe pelat yang berisibahan bakar silisida tingkat muat uranium rendah(<, 3,6 g/cm3), mudah dilakukan dengan produkyang cukup baik, akan tetapi makin tinggi tingkatmuat uranium fabrikasinya semakin sulit terutamauntuk mendapatkan distribusi uranium di dalammeat yang homogen, menghindari terbentuknyablister, white spots, dan dogboning pada ujungPEB. Untuk itu beberapa parameter harusdiperhatikan terutama pemilihan bahankeiongsong dan distribusi diameter butir danperlakuannya , penyiapan IEB dan paket rol sertakondisi perolannya.
DAFTAR PUSTAKA
1. Hofman, G.I., and snelgrove, J.L.,DispersionFuels, Chapter 2
2. Snelgrove, J.L., Development, Testing, andDemonstration of LEV Fuel, Part 1., IAEAMission to Indonesia, October, 1988.
3. Toft, P.,et.al, Pilot Plant Production at Rico ofLEU Silicide Fuel For The Danish ReactorDR3, Metallurgy Department, Rico NationalLaboratory DK-4000 Roskilde, Denmark,December, 1986.
4. Wincek, T.C., A Study of The Effect ofFabrication Variables on The Quality of FuelPlates, RERTR, ANL, November 3-6, 1986
5. Supardjo, dkk., Pengaruh Tingkat Muaturanium Terhadap Produk elemen Bakar
Ai, presentasi ilmiah, PPNY, April, 1995
6. Report of consultants Group Meating,Standardization of specifications and InspectionProcedures for LEU Plate-Type RecearchReactor Fuels, IAEA and held in Geesthacht,16-18, April, 1986.
7. Martin, M., Effect ofDispersoid Concentrationon Void Content of Composite Plate, ORNL-4770, 1968.
8. Samoilov, A.G, et.al., Dispersion Fuel NuclearReactor Element, atomizdat, Moskva, 1965
9. Fanjas, Y. et. al., Cerca Contribution To TheRERTR Program Status of Development,September, 1983.
lO.Safety evaluation report, US NuclearRegulatory Commission, July, 1988.
TANYA JAWAB
1. Amil Mardha• Pembuatan elemen bakar dengan tingkat
muat yang tinggi; apakah anda sudahmenganalisis nilai fraksi bakar (BU) dandensitasnya.
Supardjo• Analisis fraksi bakar (BU) belum dilakukan,
tetapi densitas pelat elemen bakar (PEB)dengan tingkat muat 5,2 gU/cm3 sudahdilakukan pengurusan.
2. Endiah Puji Hastuti• mengingat kesulitan dalam proses fabrikasi
UxSiy-AI dengan tingkat muat tinggi (5,2gU/cm3), demikian pula dengan fabrikasijumlah pelat yang lebih besar dan 21 pelat perelemen bakar serta mengingat ikatan antarpelat menjadi semakin sempit, maka untuktujuan menaikkan reaktivitas teras RSG,lengkah apa yang mungkin dilakukan dengankenaikan tingkat muat uranium ini danbatasan-batasan fabrikasi tersebut ?
Supardjo• Untuk manaikkan reaktivitas teras reaktor
adalah dengan menaikkan pemuatan bahanbakar uranium. Batasan fabrikasi : disainbahan bakar, seperti dimensi bahan bakarRSG-GAS.
3. Agoeng Kadardjono• Dalam pengujian porositas dan konduktivitas
IEB/PEB hasil nya pada literatur/teori yangada (kalau tidak salah), apakah tidaksebaiknya diteliti sendiri dengan perlatanyang kita miliki, sehingga diharapkanhasilnya justru memperkuat literatur/teoriyang ada.
177
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Supardjo• Sebetulnya porositas sudah diteliti, dan
hasilnya mendekati data literatur, sedangpenelitian konduktivitas behim dilakukansehingga mengacu literatur.
4. B.G. Susanto• Belum dijeiaskan berapa % distribusi partikel
dari U3Si2 untuk meningkatkan tingkat muat> 5,2 gU/cm3, mohon dijeiaskan.
Supardjo• Bedasarkan pengalaman Argonne National
Laboratory (ANL), untuk seluruh tingkat muaturanium di dalam bahan bakar UjSia-Al, fraksi
halus partikel BB U3Si2 berkisar antara 0-15 %(-325 mesh = 15 % dan +325 mesh serta 0-100mesh = 85 %)
5. Veronika• Kegagaian-kegagalan apa saja yang dijumpai
dalam fabrikasi elemen bakar U3Si2-Al?
Supardjo• Kegagalan yang dijutnpai adalah blister, white
spots, penyimpangan dimensi zona BB dantebal kelongsong. Apabila < 0,25 mm.
178
Prosit/ing Presentasi Ilmiah DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
Analisis U-235
U:92,50% | | Si : 7,50% |
1 ,Peleburan
1INGOT
Pemb. Serbuk &Pengayakan
Pengujian:-Metalografi-Komposisi Fasa
Penimbangan &Homogenisasi
Pelat rangka &Pelat tutup
Pengujian:-Analisis U & pengotornya-Analisis Ayak- Berat jenis
Pembuatan IEB
Paket Rol &Pelasan
Pengujian:- Geometri- Berat- Berat U-235
iPerolaii Panas
^Perolan Dingin
Pengujian :- Blister
iPemotongan
iPEB
Elemcn Bakar
Pengujian:- Dimensi- Cacat permukaan- Blister- Homogenitas- White spots- Geometri meat- Kontaminasi
Gambar 1. Diagram Alir Fabrikasi Eiemen bakar UjSi2-Al
179
Prosiding Presetttasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
60,0 mm3 , 1 5 mm
Pelab tutup Al>Sg2
I n t i Elemon Bakar
pelat pigurn
pelat tutup. All-lg2
paket rol(komposit)
Pelat Elemon Dakar
Gambar 2. Susunan Paket Rol
180
Prosiding Prxsentasi //>r., ak Daur Bahan Bakar NuklirPB3M-BATAN. ..hkarm }8-}9Maret 1996
arah rol 0,31 mm
Gainbar 3. Irisan Pelat Eleinen Bakar Hasil Perolan
QO>h-
UJOrrUJa.
13
12
11
10
8
E3 40 V/0 U J S I J - C S£S3 40 V/O UjSI-CS
m15 25
PERCENT FINES
Gainbar 4. Perbandingan Porositas Dengan fraksi Halus di dalam meat
181
Prosiding Presentmi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEflN-BATAN, Jakarta )8-]9Maret 1996
10 20 30 •«) 50FUEL VOLUME FRACTION (V.)
Gambar 5. Volume Porositas Fungsi Fraksi Volume Bahan Bakar (Tebal Meat 0,50 mm)
• UjSI. 60CO UjS I 3 6 0 CO U J O B . 6OC» U*1 , . 5& U-AI AU.Or. 6SC
0 10 20 JO <0 50 60 ?0 60
VOLUME FRACTION Of TUEC V VOIDS {7.)
Gambar 6. Kondiiktivitas Tennal Bahan Bakar Dispersi Fungsi Fraksi Volum Bahan Bakar + Pori
Gambar 7. Blister di Dalam Pelat Elcmen Bakar U3Si2-AI di Luar Meat
182
Presiding F; vsentasi Pmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BAtylN, Jakarta )8-19Maret 1996
Dog bone
• 203
- 20ZJ
0
i are* current part
1200
. • » • • • •
f100
Hop bo">
'•«'.• :V'
•If
c '
r c "
\ . >. .;
f-iOO
fa) Pelat Bahan BakarU3Si2 t.m. 1,30 gU/cm3
* 207,
- 2 OH
1200
!iOO '-.on
(b) Pelat Bahan Bakar U3Si2, t.m. 5,0 gU/cm3
(c) Pclat Bahan Bakar U3Si2, t.m. 5,30 gU/cm3
Gambar 8. Pelat Elemen Bakar UjSi2-AI, Tebal Meat 0,50 mm
183
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
PENGARUH KECEPATAN PEROLAN TERHABAP KEKUATANIKATAN METALURGIK ANTARMUKA PELAT AIMg-2
Petrus Zacharias, M.Husna Al Hasa, JB. Hersubeno, SardjonoPusat Elemen Bakar Nuklir
ID0100070ABSTRAK
PENGARUH KECEPATAN PEROLAN TERHADAP KEKUATAN IKATAN METALURGIK ANTARMUKAPELAT AIMg-2. Proses penyambungan antarmuka pelat akibat perolan panas terjadi karena adanya difusi unsur-unsur pembentuk di sekitar bidang kon tak. Akibat difusi ini akan terjadi ikatan metal urgik antar permukaan pelatyang bersentuhan tersebut. Salah satu faktor yang mempenganihi kualitas kekuatan ikatan metalurgik adalahkecepatan perolan. Pada penelitian ini perolan pelat AIMg-2 dilakukan pada suhu 415 °C dan derajat deformasisebesar 133% dengan kecepatan perolan 10,75; 11,75; 12,75; 13,75; 14,75 m/menit. Pelat hasil perolan dikenai ujigeser, uji metalografi dan kekerasan masing-masing untuk mengetaliui kekiiatan ikatan metalurgik, mikrostruktur dankekerasan daerah sambungan. Dari hasil uji geser didapat data hubungan antara kecepatan perolan terhadap kekuatanikatan metalurgik. Nilai maksimum kekuatan ikatan metalurgik 74,12 MPa didapat pada kecepatan perolan 13,75m/menit, dan kecepatan ini mempakan kecepatan optimum perolan yang dapat mengliasilkan kekuatan maksimumikatan metalurgik antarmuka pelat AIMg-2.
ABSTRACK
THE EFFECT OF ROLLING SPEED ON THE METALLURGICAL BONDING STRENGTH AT INTERFACEOFAlMg-2 PLATE. Metallurgical bonding process at the interface of AIMg-2 plate couple due to hot rolling wascause by atomic diffusion phenomenon. One of the rolling parameters determining the quality of metallurgicalbonding sterngth is rolling rates. On this research, a couple ofAlMg-2 plate was rolled at temperature 415 °C anddegree of deformation 133%. The roling speed was 10,75; 11,75; 12,75;13,75;and 14,75 m/minute. Samples wereexamined using tension shear tester, optical microscope, and Vickers hardness tester to determine the strength ofmetallurgical bonding, microstruture and hardness of the bonding, respectively. Data of the tension shear testingshow that there is a relationship between the rolling speed and the metallurgical bonding strength, the maximumvalue of metaluurgical bonding strength of 74,12 Mpa was found on the roling speed of 13,75 m/minute, and thusthis is the optimum rolling speed to get a maximum metallurgical bonding strength at the interface of AIMg-2 plate.
PENDAHULUAN
Penggunaan bahan bakar jenis dispersiU3Si2-Al angka muat tinggi sebagai penggantiUjOg-Al akan memberikan konsekuensi yangpcrlu diantisipasi karena adanya kemungkinanperubahan sifat mekanik inti elemen bakar (IEB)dan meluasnya kerusakan IEB akibat radiasidengan derajat bakar tinggi. Iradiasi pada kondisiini selain mengakibatkan kemsakan yang lebihluas juga menghasilkan produk fisi yang lebihbanyak baik padat maupun gas. Produk fisiberupa gas pada kondisi ini akan memilikitekanan yang cukup besår di dalam IEB, sehinggapelat pembungkus, berupa AIMg-2 hams mampumenjaga intcgritas pelat elemen bakar. Daerahpaling lemah dari pelat pembungkus adalahbagian sisi bingkai yang terdiri dari tiga lapisanpelat AIMg-2 yang disatukan secara perolanpanas.
Kekuatan ikatan metalurgik di daerahsambungan antar pelat tidak saina dengankekuatan tank masing-masing pelat. Oleh karena
itu,penelitian tentang kekuatan ikatan metalurgikdaerah sambungan antar pelat akan sangatbermanfaat untuk meramalkan unjuk kerja pelatelemen bakar di reaktor.Dari percobaanpendahuluan, ternyata kekuatan ikatanmetalurgik sangat dipengaruhi oleh kecepatanperolannya. Maka dari itu, penelitian yangdilakukan adalah bertujuan untuk mencarikondisi keccpatan perolan optimum yang dapatmenghasilkan sambungan antar pelat AIMg-2dengan kekuatan ikatan metalurgik maksimum.Pada penelitian ini digunakan teknik perolanpanas pada suhu di atas suhu rekristalisasi bahanAIMg-2 dengan tingkat deformasi tetap. Prosespenyambungan antar muka pelat terjadi karenaadanya difusi atom-atom unsur pembentuk disekitar bidang kontak pelat, sehingga terjadiikatan metalurgik antar permukaan pelat yangbersentuhan. Kualitas ikatan metalurgik sangatbergantung pada beberapa faktor antaralainkekasaran permukaan,derajat deformasi, suhu danwaktu difusi. Defonnasi pada sampel terjadikarena adanya tekanan yang berasal dari gerakanjepit roda-roda rol dan gerakan geser-gesek antar
184
Peosidivig Presentasi Htttiah Dour Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN. Jakarta I8-/9Maret 1996
roda-roda rol dengan sampel4. Deformasi padapelat AlMg-2 di atas suhu rekristalisasinya akanmenimbulkan pelunakan melalui mekanismerekoveri dinamik, sehingga akan tnempermudahproses pembentukannya3. Selain itu pada prosessuhu tinggi akan lebih memacu terjadinya difusiatom di daerah bidang kontak antarmuka pelat.Waktu difusi dapat dihubungkan langsungdengan kecepatan perolan. Makin tinggikecepatan perolan, semakin singkat waktudifusinya. Selain itu kecepatan perolanmempengaruhi juga laju deformasi atau lajuregangan. Oleh sebab itu, kecepatan perolandapat digunakan sebagai parameter penentukualitas ikatan metlurgik antarmuka pelat. Padapenelitian ini, perolan panas dilakukan pada suhu415 °C dan derajat deformasi sebesar 133%,dengan variasi kecepatan 10,75; 11,75; 12,75;13,75 dan 14,75 m/menit. Pelat hasil perolankemudian dikenai uji geser, metalografi dan ujikekerasan mikro Vickers, masing-masing untukmengetahui kekuatan ikatan metalurgik,mikrostruktur serta kesempurnaan sambungan,dan kualitas sambungan.
METODOLOGI PENELITIAN
Bahan yang digunakan adalah pelat AlMg-2. Bahan ini digunakan sebagai pelatpembungkus IEB sehingga menjadi PEB.Preparasi awal meliputi pengukuran dimensipelat, pembersihan dari oli dan lemak sertapenyikatan permukaan pelat. Tebalawal pelatadalah 4,94 mm. Pembersihan dilakukan denganalkohoi dan uap larutan perchloretylene padasuhu 120°C selama 15 menit. Kemudianpermukaan pelat disikat sehingga menjadi kasaragar saat perolan tidak mudali tergelincir, selainitu penyikatan berfungsi juga sebagai pemecahlapisan oksida yang mungkin ada dipermukaanpelat. Lapisan oksida di daerah antarmuka pelatdapat menjadi penghalang terjadinya difusi atom.
Sebelum dirol, pasangan pelat dilas padascbagian sisinya, kemudian dikenai perlakuanpanas pada suhu 415°C selama 30 menit. Perolanpanas dilakukan pada suhu 415°C dengan variasikecepatan 10,75; 11,75; 12,75; 13,75 dan 14,75m/menit dengan derajat deformasi 133%. Selesaidirol, semua sampel dianil pada suhu 425°Cselama satu jam untuk menghilangkan teganganakibat perolan tersebut. Pembuatan sampel ujigeser, berukuran 140 x 20 mm, dengan luasbidang geser berkisar antara 20-25 mm2 dan tebal1,33 mm, menggunakan mesin milling. Sampeluji metalografi dan uji kekerasan dibuat untukmasing-masing kecepatan.
Uji geser dilakukan dengan mesin uji tankaksial. Sampel uji metalografi dietsa denganlarutan 10% H2SO4, 5% HF dan 85% H2O selama30 detik kemudian diamati dengan mikroskopoptik dan difoto. Uji kekerasan mikro dilakukandengan metoda Vickers untuk beban 15 g.
HASIL DAN BAHASAN
Gambar 1(B) menunjukkan pola hubunganantara kecepatan perolan terhadap kekuatanikatan metalurgik. Nilai. Kualitas sambunganmenurun untuk kecepatan perolan lebih rendahtnaupun lebih tinggi dari 13,75 m maksimumkekuatan ikatan metalurgik 74,12 MPa didapatuntuk pelat yang dirol dengan kecepatan 13,75m/menit /menit. Padakecepatan lebih kacil dari13,75 m/menit penurunan suhu sampel relatiflebih besar dibandingkan dengan kecepatanperolan pada 13,75 m/menit, sehingga lajudifusinyapun lebih rendah meskipun waktudifusinya relatif lebih lama. Untuk kecepatanlebih besar dari 13,75 m/menit ternyata diamatipula adanya penurunan kualitas kekuatan ikatanmetalurgik. Hal ini terjadi karena walaupun suhusampel relatif masih tinggi tetapi waktu difusinyajuga sangat singkat. Hasil uji kekerasan di daerahsambungan ditampilkan pada Gambar 1(C). Hasilini mendukung hasil uji geser dengan polagambar yang bersesuaian. Kualitas ikatanmetalurgik berharga maksimum untuk kecepatanperolan 13,75 m/menit. Kebenaran kualitas ikatanmetalurgik maksimum dan bahkan terbaik padakecepatan perolan 13,75 m/menit dapat dilihatpada Gambar 2 grafik E, yang menunjukkan sifatketangguhan paling tinggi.
Kualitas ikatan metalurgik yang didapat dariuji geser dan kekerasan ternyata sesuai denganpengamatan kualitas sambungan secarametalografik. Dari hasil tersebut dapat dilihatbahwa nilai maksimum kekuatan ikatanmetalurgik dapat diperoleh pada kecepatanoptimum perolan 13,75 m/menit.
Dari Gambar 1(B) dapat dilihat bahwauntuk kecepatan perolan lebih kecil dari 13,75m/menit terjadi kecenderungan penurunankualitas ikatan metalurgik, demikian juga untukkecepatan perolan yang lebih besar. Jika kondisiderajat defonnasi tetap, maka faktor yangmempengaruhi kualitas ikatan hanya suhu danwaktu difusi. Pengaruh faktor-faktor ini dapatdiamati dari Gambar 1. Untuk kecepatan perolan10,75 m/menit , nilai kekuatan ikat dankekerasannya rendah, karena pada kondisi inipenumnan suhu sampel relatif lebih banyak bila
185
Prosiding Presentasi Ilnriah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
diban-dingkan dengan kecepatan yang lebihtinggi, sehingga laju difusinyapun lebih rendah,meskipim waktu untuk berdifusi lebih lama.Demikian juga untuk kecepatan perolan. 11,75m/menit terhadap 12,75 m/menit, 12,75 m/menitterhadap 13,75 m/menit.
Pada kecepatan perolan lebih besar dari 13,75m/menit terjadi hal yang sebaliknya, yaitu padakondisi ini justru waktu difusi yang berperan,karena meskipun penurunan suhu sampel relatifkecil atau suhunya relatif masih tinggi, tetapinilai kekuatan ikatnya tetap saja lebih rendah darikecepatan 13,75 m/menit. Hal ini disebabkanatom-atom tidak cukup waktu untuk berdifusi,karena waktu kontak sampel dengan roda rolsangat singkat. Karena itu dapatlah dikatakanbahwa titik ( 74,12 ; 13,75 ) pada Gambar 1(B)adalah titik optimum hubungan antara waktu dansuhu difusi sehingga didapat nilai kekuatan ikatmaksimum. Kebenaran pernyataan di atasdidukung oleh grafik-teknik uji geser (Gambar 2)yang menunjukkan bahwa ketanggiihan grafik E(sampel yang dirol pada V = 13,75 m/menit)lebih baik dari yang lain. Kualitas ikatanmetalurgik yang didapat dari uji geser ini ternyatasesuai dengan kualitas sambungan hasilpengamatan metalografik.
Dari uji metalografi diperoleh gambarmikrostruktur daerah sambungan dan sekitarnyaseperti diperlihatkan pada Gambar 3. Gambar3(a), 3(B), 3(c), 3(d), dan 3(e) masing-masingadalah gambar mikrostruktur untuk sampel yangdirol pada kecepatan 10,75; 11,75, 12,75, 13,75,dan 14,75 m/menit. Kualitas sambungan terbaikdidapatkan pada sampel dengan kecepatanperolan 13,75 m/menit seperti terlihat padaGambar 3(d). Daerah sambungan pada gambarterlihat bagai garis celah yang terputus-putus.Berdasarkan data analisis yang menggunakanSEM-WDS di daerah celah ini terdapat semuaunsur pembentuk AlMg-2(2). Data tersebutmembuktikan adanya atom yang saling berdifusidi daerah antarmuka pelat dan membentuk ikatanmetalurgik.
Hasil uji kekerasan di daerah sambunganmenunjukkan adanya kecendemngan kualitasikatan yang sama dengan hasil uji geser danmetalografi. Kualitas kekerasan tertinggidiperoleh dari sampel yang dirol pada kecepatan13,75 m/menit. Hasil uji ini hanya untukmenunjukkan kualitas kekerasan saja dan bukanuntuk nilai kekerasan sambungan karena bebanyang digunakan sangat ringan (15 g).Penggunaan beban yang ringan (lebih kecil dari200 g) pada uji kekerasan mikro dengan metoda
Vickers akan menghasilkars kesalahan ukur yangbesar. Semakin ringan befaamiys akan semakinbesar kesalahannya. Hal ini disebabkan pengaruhrekoveri elastiknya relatif tinggi. Jika padasampel ini dikenakan beban labih besar dari 15 g,maka pengaruh laju regangan yang berbeda untuktiap sampel menjadi dominan. Akibatnyapengaruh kualitas sambungan yang terbentuktidak dapat diukur.
SIMPULAN
Hasil penelitian pengaruh kecepatan perolanterhadap kekuatan ikatan metalurgik antarmukapelat AlMg-2 dapat disimpulkan sebagai berikut.Pada suhu pemanasan sampel 415°C dan derajatdeformasi 133% kekuatan maksimum ikatanmetalurgik (74,12 MPa) dicapai pada kecepatanperolan 13,75 m/menit. Untuk rentang kecepatanperolan lebih kecil dari 13,75 m/menit kualitaskekuatan ikatan metalurgik dipengaruhi olehsuhu, sedangkan untuk kecepatan perolan lebihbesar dari 13,75 m/menit dipengaruhi oleh waktudifusi. Berdasarkan hasil ini dapat disimpulkanbahwa kecepatan optimum perolan untulcmendapatkan kekuatan maksimum ikatanmetalurgik antarmuka pelat AIMg-2 adalah 13,75m/menit.
SARAN
Dari penelitian ini telah dibuktikan adanyakondisi optimum kecepatan perolan terhadapkekuatan ikatan metalurgik antarmuka pelatAIMg-2. Oleh karena itu disarankan untukmemakai kecepatan perolan 13,75 m/menif padaproses fabrikasi PEB reaktor riset agar diperolehkualitas PEB yang terbaik.
UCAPAN TERIMAKASIH
Pada kesempatan ini penulis mengucapkanterimakasih kepada semua pihak yang telahmembantu kegiatan penelitian ini, terutamakepada rekan-rekan di Sub-bidang fabrikasiIPEBRR, antara lain Sdr. Susworo, Sdr. YatnoDwi Agus dan Sdr. Dadang.
DAFTAR PUSTAKA
1. ASM," Hardness Testing ". Metal Park Ohio,1987.
2. Al Hasa, M.H.," Ikatan Antarmuka PeiatPaduan AIMg-2 Hasi) Perolan Panas ", ThesisS-2,1TB, 1994.
3. Siswosuwarno, M.," Teknik PembentukanLogam", Jilid I, T.Industri, ITB, 1985.
186
Presiding ".cscrtasiP.miahDourBahanBakarNuklirPEBN-BATAN, JakutSa !8-19Maret 1996
4. Dieter, G.E., " Mechanical MetallurgyMcGraw Hill Inc., Tokyo, 1976.
5. Hayden,W., et all, " Mechanical BehaviorJohn Wiley & Sons Inc., Sydney, 1965.
dengan dimensi plat sampel. Kriteria ujigeser adalah berdasarkan metoda JIS.
3. M. NURDIN
TANYA JAW AB
i. srn AMINI
• Dinyatakan bahwa kualitas ikatanmetalurgik yaitu yang mempunyai nilaikekerasan yang tinggi bergantung padasuhu dan waktu difusi. Pada percobaan iniSdr. melihat faktor waktu difusi darikecepatan perolannya. Ternyata semakintinggi kecepatan kekuatan optimumnyamenurun .
• Mohon dijelaskan mekanisme metal-urgiknya
• Bagaimana anggapan Sdr. tentang sifatmetalurgik bahan dalam kaitannya dengansuhu difusi, apakah perlu diteliti juga ?
PETRUS.Z
• Semakin tinggi kecepatan perolan, berartiwaktu difusi semakin singkat sehinggakesempatan atom-atom untuk berdifusi kedaerah antarmuka semakin sedikit dansebaliknya untuk kecepatan rendahmekanisme pembentukkan ikatanmetalurgik adalah mekanisme saling difusiatom di sekitar daerah antar muka plat.Karena adanya perbedaan konsentasi atomdan suhu yang lebih tinggi di daerahantarmuka.
• Derajat deformasi berpengaruh pada suhudifusi (umumnya).
2.MARADU SIBARANI
Dari gambar 1, ada 2 trend kurva B-Cdemikian pada kecepatan > 13,7....trend kurvamenurun.• Apa yang dapat Sdr. simpulkan dari trend
kurva tersebut ?• Apakah dengan hanya kecepatan.tekanan,
dan kekerasan tersebut dapat dikatakanmaterial itu sudah cukup kuat ?
PETRUS .Z
• Yang dapat disimpulkan adalah bahwaadanya daerah optimum hubungan antarakualitas kekuatan ikatan metalurgik dankecepatan perolan. "Trend" tersebutmenunjukkan bahwa pada daerahkecepatan < 13,75 m/menit faktor suhuplat yang dominan, sedangkan > 13,75m/menit faktor waktu difusi yang dominan.
• U/V=13,75 m/menit di dapat hargakekuatan maksimum, yang berarti ikatanmetalurgik yang terbentuk kualitasnyaterbaik (terkuat).
4. TAUFIK USMAN
• Kriteria pengujian ikatan metalurgik ataufaktor apa säja yang menentukan kekuatanmetalurgik !
• Berapa nilai kekuatan metalurgik yangoptimal untuk jenis elemen bakar reaktorriset tersebut (spesifikasinya).
PETRUS .Z
• Bagaimana kriteria penerimaan ujikekerasan dan uji geser terhadap hasil roldan bagaimana pelaksanaannya sehinggadisimpulkan dengan parameter 13,75m/dm dikatakan lebih baik !
PETRUS . Z
• Kriteria penerimaan uji kekerasan daerahsambungan antara lain adalah hargapengukuran kekerasan tidak dipengaruhioleh efek laju regangan setiap sampel dandimensi jejak ( identitas ) harus sesuai
• Kriteria pengujian ikatan metalurgik.Faktor-faktor penentu kekuatan ikatantersebut antara lain :- Kebersihan permukaan plat.- Kekasaran permukaan plat.- Derajat deformasi suhu dan kecepatan
perolan,
• Nilai kekuatan ikatan metalurgik optimalyang di dapat dari uji geser adalah samadengan setengah ( 1/2 ) dari kekuatan tankbahan tersebut.
187
Prosidmv Pnisentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta )8-19Marel 1996
(a) V = 10,75 m/menit (800 X) (b) V = 11,75 m/menit (800 X)
(c) V = 12,75 m/menit (800 X) (d) V = 13,75 m/menit (800 X)
Gambar 3. Strukturmikro daerah sambunganantar muka pelat AlMg-2 denganberbagai kecepatan perolan dan dietsadengan 10 % H2SO4, 5 % HF dan 85% H2O selama 30 detik.
(e) V = 14,75 m/menit (800 X)
188
Presiding PK ,-<w»si //s» v?fc Dnur Bahan Bakar Nukllrf>SBN-BAT/:}J: Jakerfa 18~19Maret 1996
80^33333333
1 2 1 3Kecepatan perolan, mfmenit
1 5
Gambar 1. Hubungan antara kecepatan perolan terhadap kekuatan ikatan metalurgik antar tnuka pelatAlMg2 (B), dan terhadap kekerasan Vicker's 0,015 di daerah sambungan.
80
70
a 602
#5 0.
E 40SI 30BI 20v:
10
.....
;zdli
iz
\ M
M i
! ;
i :
i i i
.....
• • # •
fizz
.....
E
....
T....
i i i
.....""'....
! I i i 1 ! ! i f i
ih
•••»-Uiiii
!!!!!!
å—
t
\.—• » » * • •
—
A•?.
$..
i L
ii LL
t
•—.....
w*,.0i
f-
„ . .
y
• * * * •
z........
1 *
s:
z
—
z:
: !
A-t
:z
....
~z
=
z:::
-
%""V"V"
*1
••••
....1
. . . .
z:".
.... .
t'**** '
i i • i i • • i !
kr:..
:z
'
—
:z:
r
z:
:z
>
4_...j
:z
i.....
XZJ
F
.....
.....
B
r
. . . . .
—
• u -" • i_
C —o-F
•i H i iu r* i
_ . . ..... ..... ..... .... . i
-
] 1 > i i • > ! i i ' i i!
::z
4 6 8 1 0Jarak geser, Cm. Skala 1 : 50
12 14
Keterangan : B : V = 10,75 m/menitC : V=ll ,75m/menitD : V= 12,75 m/menit
E : V = 13,75 m/menitF : V = 14,75 m/menit
Gambar 2. Hubungan kekuatan ikatan metaUirgik terhadap jarak geser antar muka pefat AlMg-2 untukberbagai kecepatan.
189
/SSN 1410-1998 Presiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-)9Maret 1996
KAJIAN KEMUNGKINAN MODIFIKASIPERALATAN FABWKASIUNTUK FABRIKASIELEMEN BAKAR JENIS H W R DAN L W R
Tri Yulianto
Pusat Elemen Bakar Nuklir i n n i n n D 7 1
ABSTRAK
Kajian kemungkinan modifikasi peralatan fabrikasi untuk fabrikasi elemen bakar jenis HWR dan LWR.Berdasarkan TOR BATAN untuk pelita VI, salah satu program Batan dalain sektor teknologi produksi elemen bakaradalah penguasaan teknologi fabrikasi elemen bakar, baik untuk reaktor riset dan reaktor daya. Penguasaanteknologi dapat dicapai melalui berbagai strategi, antara lain dengan melakukan penelitian dan pengembanganteknologi yaiig dikehendaki menggunakan sarana yang dimiliki atau dengan melakukan alih teknologi langsung darisumbernya. Sesuai dengan hal tersebut, PEBN melalui fasilitasnya telah mulai melakukan penguasaan teknologifabrikasi elemen bakar reaktor daya dengan mengembangkan alat yang sudah ada yaitu alat fabrikasi elemen bakarjenis HWR Cirene. Pengembangan alat dimaksudkan untuk membuat elemen bakar jenis HWR (Candu) dan LWR(PWR dan BWR) dengan cara modifikasi alat. Untuk mencapai hal tersebut pada tahap awal dari kegiatan ini telahdilakukan pengkajian terhadap peralatan fabrikasi yang meliputi peralatan peletisasi, peralatan pembuat komponendan peralatan perakitan. Pengkajian dilakukan dengan membandingkan bentiik dan ukuran elemen bakar yang adadengan elemen bakar yang telah digunakan pada reaktor-reaktor yang telali beroperasi seperti reaktor Candu, PWRdan BWR. Beberapa alat yang mempunyai kemungkinan untuk dimodifikasi membuat elemen bakar HWR dan LWRadalah sebagai berikut : Peralatan peletisasi yang berupa mesin pres untuk membuat pelet mentah memungkinkanuntuk dimodifikasi punch dan diesnya sehingga punch dan dies bisa dibongkar pasang dengan macam-macam ukuranpunch dan dies sesuai dengan ukuran pelet jenis HWR dan LWR. Peralatan pembuatan komponen mempunyaikemungkinan yang besar untuk dimodifikasi guna membuat elemen bakar HWR Candu karena bentuk elemen bakarHWR Candu mempunyai bentuk dan ukuran yang hampir sama dengan elemen bakar yang ada, sedangkan untukmembuat komponen elemen bakar jenis LWR kemungkinannya kecil karena hanya beberapa komponen elemen bakarsaja yang mungkin bisa dibuat dengan alat yang ada. Peralatan perakitan memungkinkan dengan modifikasibeberapa alat perakitan sedangkan untuk merakit elemen bakar jenis LWR hanya sebagian saja (sampai pada batangelemen bakar) itupun hams ditambahkan alat las jenis TIG serta modifikasi alat yang ada.
ABSTRACT
Assesment on the possibility to modify fabrication equipment for fabrication of HWR and LWR fuel elements..Based on TOR BATAN for PELITA VI, on of BATAN program in the fuel element production technology section isthe acquisition of the fuel element fabrication technology for research reactor as well as power reactor. Theacquisition can be achieved using different strategies, e.g. by utilizing the facility owned for research anddevelopment of the technology desired or by transferring the the technology directly from the source. With regards tothe above, PEBN through its facility in BEBE has started the acquisition of the fuel element fabrication technologyfor power reactor by developing the existing equipment initially designed to fabricate HWR Cirene fuel element. Thedevelopment, by way of modifying the equipment, is intended for the production of HWR (Candu) and LWR (PWR andBWR) fuel elements. To achieve above objective, at the early stage of activity, an assesment on the fabricationequipment for pelletisation, component production and assembly. The assesment was made by comparing the shapeand the size of the existing fuel element with those used in the operating reactors such as Candu reactors, PWR andBWR. Equipment having the potential to be modified for the production of HWR and LWR fuel elements are as follows: For the peletisation equipment, the punch and dies can be used of the pressing machine for making green pellet canbe modified so that different sizes of punch and dies can be used, depending upon the size of the HWR and LWRpellets. The equipment for component production has good potential for modification to produce the HWR CANDUfuel element, which has similar shape anda size with those of the existing fuel element, while the possibility ofproducing the LWRfuel element component is small because only a limited number of the required component can bemade with the existing equipment. The aasembly equipment has similar situation whit that of the componentproduction, that is, to assemble the HWR fuel element modification of a few assembly units very probable, while toassemble the LWR fuel element less unit can be modified (up to the fuel element pin) and still an addition of TIG typewelding equiment is required with some modification on the existing (welding) equipment.
PENDAHULUAN reaktor riset dan reaktor daya. Penguasaanteknologi dapat dicapai melalui berbagai strategi,
Berdasarkan TOR BATAN iinluk pelita VI, antara lain dengan melakukan penelitian dansalah satu prograin Batan dalam sektor teknologi pengembangan teknologi yang dikehendakiproduksi elemen bakar adalah penguasaan menggunakan sarana yang dimiliki atau denganteknologi fabrikasi elemen bakar, baik untuk melakukan alih (cknologi langsung dari
190
Prosiding Presentasi Umiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta ]8-J9Maret 1996
sumbernya. Sesuai dengan hal tersebut, PEBNtnelalui fasilitasnya yang ada di BEBE akanmulai melakukan penguasaan teknologi fabrikasielemen bakar reaktor daya denganmengembangkan alat yang sudah ada yaitu alatfabrikasi elemen bakar jenis HWR Cirene.Pengembangan alat dimaksudkan untiik membuatelemen bakar jenis HWR (Candu) dan LWR(PWR dan BWR) dengan cara modifikasi. Untukmencapai hal tersebut pada tahap awal darikegiatan ini akan dilakukan pengkajian terhadap
peralatan fabrikasi yang meliputi peralatanpeletisasi, peralatan pembuat komponen danperalatan perakitan. Pengkajian dilakukan denganmembandingkan bentuk dan ukuran elemenbakar yang ada dengan elemen bakar yang telahdigunakan pada reaktor yang telah beroperasiseperti reaktor Candu, PWR dan BWR. Ditinjaudari segi peralatan yang telah ada di InstalasiEBE, untuk membuat elemen bakar lain yangpaling mudah dilakukan adalah elemen bakarnuklir jenis HWR-Candu, karena eJemen bakarnuklir jenis HWR-Candu ini mempunyai banyakpersamaan dengan elemen bakar nuklir Cirene.Namun demikian akan ditinjau juga sejauh manakemungkinannya untuk membuat eleinen bakarjenis LWR. Dalam makalah ini akan ditinjaukemungkinan membuat elemen bakar nuklir laintenitama untuk elemen bakar nuklir jenis HWRdan LWR dengan menggunakan sarana yang telahada di BEBE.
BERKAS ELEMEN BAKAR
Berkas elemen bakar nuklir reaktor daya
Berkas elemen bakar nuklir untuk reaktortipe HWR dan LWR terdiri dari batang-batangelemen bakar yang dirakit menjadi rakitan berkaselemen bakar nuklir, sedangkan batang elemenbakar nuklir terdiri dari bahan bakar nuklir (peletUO2) dan pembungkus.
Gambar berkas elemen bakar nuklir untukjenis HWR dan LWR dapat dilihat pada gambar 1dan gambar 2, sedangkan untuk HWR Candu tipePickering dan LWR tipe PWR masing-masingdapat dillihat pada Gambar 3 dan 4.
Bahan, bentuk dan ukuran suatu berkaselemen bakar nuklir untuk suatu reaktordisesuaikan dengan tipe serta kemampuan reaktoritu sendiri. Pada tabei 1 dikemukakan beberapaparameter desain (spesifikasi) untuk macam-macam jenis reaktor HWR dan LWR.
Berkas elemen bakar nuklir di BEBE
Berkas elemen bakar nuklir yang dibuat diBEBE adalah untuk reaktor berpendingin airdengan moderator air berat yang dikenal dengannama Cirene. Bentuk elemen bakar nuklir Cirenecukup sederhana, satu berkas terdiri dari 18batang elemen bakar dengan bahan bakar UO2alam dan sebagai bahan pendukung & strukturuntuk konstruksinya adalah bahan zircaloy-2.Satu berkas rakitan elemen bakar nuklir Cireneterdiri dari 7 bagian komponen dasar sepertiterlihat pada gambar 5.
Kemungkinan Modifikasi Peralatan Fabrikasi
Beberapa macam jenis elemen bakar nuklirtelah dikemukakan pada bab II. Ada beberapaperbedaan diantara jenis-jenis yang dikemukakantersebut, antara lain bentuk dan ukuran berkas,ukuran kelongsong dan bahan berkas/kelongsong.Disamping itu banyak persamaannya diantarayang satu dengan yang lainnya, terutama untukjenis-jenis elemen bakar HWR. Kalaudiperhatikan spesifikasinya, maka elemen bakarnuklir Cirene yang dibuat di BEBE memilikibanyak persamaan dengan jenis-jenis elemenbakar nuklir HWR Candu, khususnya untukelemen bakar Candu Gentily 1
Tabel 1 : Spesifikasi elemen bakar nuklir HWR & LWR
Reaktor
3ahan bakar3ahan strukuturBerkas el. bakar :-panjang ,mm
•tampang lintangBatang el. bakar:•diameter luar•tebal kelongsong•Jumlah /berkas
HWRCirene
UO2
Zr-2
5000104,6
200,51
18
CanduGentily 1
UO2
Zr-4
5000102,41
19,740,49
18
PickeringUO2
Zr-4
495,30102,49
15,190,3828
Gentily 2UO2
Zr-4
495,30102,49
13,080,3837
LWRPWR17x17UO2
Zr-4
4058214x214
9,50,57264
BWR8x8UO2
Zr-2
4500139x139
12,30,8662
191
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta l8-!9Maret 1996
Gambar 1. Berkas elemen bakar jenis HWR Candu
ottiutmi
• 4IIMMM41I
. Zlrcatqy 4 elaihtlit
fugl aiiambly
H I M
M t l <
W / X
BVVI1 l u . l
. Zlrc»1oy 3 clulu
Gambar 2. Berkas elemen bakar jenis LWR (PWR dan BWR)
192
Providing Presentasi Jhniah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
1 • T'lat u.-junp (pnd plate)2. Tutup ujunp (end cap)3. RantaIan 'padi4. I'elet U09
5« ''©) onfisorii»^. Tenjarak (spacer)7. Lapiaan
Gambar 3. Berkas elemcn bakr jenis HWR Candu tipe Pickering dan komponennya
// /— Control Rod Cluster
I Rod.1 pacer Grid
.-'.'!._ Control Rod
Top Hozz le
Ganibar 4. Berkas elemen bakar jenis LWR tipe PWR dan komponennya
193
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
"• P la t ujung (end p l a t ) H r k a l o v?• l « l u p (and cap) ihMoy,i 8ants !an (bear ing pJ ( j )
5. te longson^ ( tube) l i rhaloy4 . Penjarak (spacer) j i f V a l o y .7. t ap i san g r a f j t .
Gambar 5. Berkas elemen bakar Cirene
Ditinjau dari segi peralatan fabrikasi yangada di BEBE, pembuatan elemen bakar nuklirlain dcngan tipe yang sama (HWR) adalah yangpaling mungkin dilakukan, oleh karena bentukdan ditnensinya yang hampir sama.
Elemen bakar HWR seperti jenis Candumempunyai jumlah batang elemen bakar setiapberkasnya lebih banyak dari pada jumlah batangelemen bakar Cirene. Elemen bakar LWR yangmempunyai bentuk dan ukuran berkas yangsangat berbeda dengan elemen bakar Cirenemaka diperlukan ukuran dan bentuk komponen-komponen berkas elemen bakar yang berlainan.
Agar peralatan fabrikasi yang ada di BEBEdapat dipakai untuk membuat elemen bakar lain,maka hams diadakan perubahan/ modifikasi padabeberapa komponen alat fabrikasi ( peralatanproses peletisasi, peralatan proses pembuatankomponen dan peralatan proses perakitan ).
Berikut ini akan dibahas alat-alat prosesfabrikasi yang ada di BEBE dan kemungkinanmodifikasi alat-alat tersebut untuk membuatelemen bakar lain terutama untuk elemen bakarjenis HWR dan LWR.
Peralatan Peletisasi
Salah satu komponen utama elemen bakar,baik untuk reaktor tipe LWR maupun HWRadalah pelet UO2 yang berbentuk silindris. PeletUO2 tersebut dibuat dari serbuk UO2 melaluiproses peletisasi. Teknik peletisasi yang ada diBEBE adalah cold pressing yang diikuti dengansintering dan grinding.
Cold pressing dilakukan dengan alat doubleacting press yang mempunyai cetakan peletberupa piston (punch) dan lobang metris (dies)dimana punch dan dies tersebut mempunyaiukuran yang sesuai dengan desain pelet elemenbakar Cirene.
Hasil dari cold pressing ini adalah berupagreen pellet. Green pellet ini selanjutnya disinterdalam tungku sinter untuk mendapatkansifat-sifat pelet yang memenuhi persyaratanopcrasi reaktor. Setelah proses sintering selesaipelet sinter digerinda dengan menggunakanmesin gerinda tanpa pusat (centerless grindingmachine ) ,
Peralatan peletisasi utama adalah alat cetakpelet yaitu punch dan dies yang sifatnya dapatdibongkar pasang, sehingga memungkinkanmacam-macam ukuran punch dan dies untuk
194
Providing Presentasi Ilmiah DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta J8-]9Maret 1996
dipasang pada alat pres yang ada. Modiflkasipunch dan dies disesuaikan dengan ukuran peletyang diinginkan sesuai dengan jenis elemenbakar yang dikehendaki baik untuk jenis HWRmaupun LWR.
Selain alat pres terdapat alat gerinda tanpapusat (centerless gerinder machine) yangfungsinya untuk menyamakan ukuran dimeterpelet setelah proses sinter . Alat inipun didesainsesuai dengan diameter pelet elemen bakarCirene, sehingga untuk menggerinda peletelemen bakar jenis lain ( HWR / LWR ) perlumodiflkasi komponen alat gerinda yang ada.
Peralatan Pembuatan Komponen
Elemen bakar nuklir yang difabrikasi diBEBE adalah jenis HWR Cirene dengan bahandasar untuk komponen-komponen pendukungnyaadalah Zircaloy-2. Adapun komponen-komponenyang diperlukan untuk rakitan elemen bakarmeliputi kelongsong yang siap dirakit, tutupkelongsong dan plat ujung. Kelongsong yang siapdirakit adalah tabling Zr dengan dimensi tertentuyang telah dilengkapi dengan penjarak, bantalandan bagian dalamnya telah dilapisi grafit. Olehkarena itu secara keseluruhan fabrikasikomponen ini akan meliputi pembuatan bantalandan penjarak, pembuatan tutup kelongsong (endcap), pembuatan plat ujung {end plate) danpenyiapan kelongsong.
Kalau dibandingkan dengan elemen bakarjenis-jenis HWR-Candu, komponen elemen bakaryang ada (Cirene) mempunyai banyak kesamaanhanya bentuk dan ukuran yang sedikit berbedaseperti terlihat pada gambar 3, gambar 5 dantabel 1. Dengan demikian alat-alat fabrikasi yangada sekarang ini mempunyai peluang yang besaruntuk dimodifkasi guna mernbuat elemen bakarjenis-jenis HWR-Candu. Adapun alat-alat yangperlu dimodiflkasi itu adalah sebagai berikut:
Alat pembuat end cap
Pembuatan end cap batang elemen bakarmenggunakan mesin bubut yang dilengkapispacial cutting tool untuk end cap. Spacialcutting tool ini adalah khusus untuk membuatend cap diameter tertentu (untuk elemen bakarCirene) yang dapat dibongkar pasang. Sedanguntuk elemen bakar lain yang mempunyaidiameter kelongsong yang berlainan, dengansendirinya diameter tutup ujungpun berlainansehingga untuk membuat tulup ujung perluspacial cutting tool yang sesuai sehingga perlu
modifikasi spacial cutting tool yang dapat untukmembuat end cap elemen bakar HWR Candu.
Alat pembuat end plate
Pembuatan end plate berkas elemen denganmemakai mesin copy milling, dengan bentukmaster end plate yang sesuai dengan end plateelemen bakar Cirene. Dengan mengganti masterend plate, alat milling tersebut memungkinkanuntuk membuat end plate elemen bakar jenisHWR Candu.
Alat pembuat bantalan dan peniarak
Untuk pembuatan bantalan dan penjarakdigunakan mesin pres yang dilengkapi denganblanking dies untuk tnencetak bantalan danpenjarak. Dengan melakukan modiflkasi blankingdiesnya, mesin pres tersebut memungkinkanuntuk membuat bantalan maupun penjarak padaelemen bakar jenis HWR Candu.
Alat-alat sistem brazing dan grafit coating,
Seperti halnya alat pembuatan komponenyang lain alat-alat sistem brazing dan grafitcoating ini memungkinkan untuk dimodiflkasiuntuk elemen bakar jenis HWR Candu.
Untuk membuat elemen bakar LWR (PWRdan BWR) alat-alat fabrikasi komponen elemenbakar yang ada masih ada peluang meskipuntidak sebesar kalau mau membuat elemen bakarjenis HWR-Candu. Karena kalau dilihat padagambar 3, gambar 4 dan tabel 1 bentuk danukuran elemen jenis-jenis LWR sangat berlainandengan bentuk elemen bakar Cirene.
Kalau diperhatikan pada gambar 2 dan 4 ,komponen-komponen elemen bakar LWR sepertiTop nozle, Bottom nozle, grid-grid spacernampaknya sulit untuk dibuat dengan alat yangada, akan tetapi ada yang bisa dibuat dengan alatyang ada, seperti pembuatan end cap danpemotongan kelongsong dapat dikerjakan denganmesin bubut yang telah tersedia.
Peralatan Perakitan
Untuk merakit elemen bakar HWR atupunLWR prosesnya sama dengan proses yang ada,yaitu pertama proses perakitan batang elemenbakar dan kedua proses perakitan berkas elemenbakar, hanya sistem pengelasan yang digunakanberbeda. Perakitan elemen bakar Cirene danHWR Candu menggunakan sistem pengelasanyang sama yaiSis siston las tahanan listrik, baik
195
Prosidin^ Pre.ientmi Ilmiah DaurBahan BakarNukUrPEBN-BATAN, Jakarta J8-19Maret 1996
untuk perakitan batang elemen bakar maupununtuk perakitan berkas elemen bakar. Padaperakitan batang elemen bakar LWR pengelasanand cap dengan kelongsong menggunakan sistemlas TIG sedangkan untuk merakit berkas elemenbakarnya digunakan sistem baut. Beberapa alatproses perakitan yang ada dan sejauh mana bisadimodifikasi adalah sebagai berikut:
Pengelasan tutup I dan II batang elemen bakar
Pengelasan ini dilakukan dengan inesin lasresistansi gaya magnit (magnetic force resistancewelding machine). Pada alat las ini komponen-komponen seperti klem, colet, elektroda coletyang berfungsi untuk memegang kelongsong dantutup ujung selama proses pengelasan adalahkhusus untuk ukuran batang elemen bakartertentu (elemen bakar Cirene). Mesin las inimempunyai kemung-kinan untuk mengelasbatang elemen bakar jenis HWR Candu denganmodifikasi komponen tersebut sesuai denganukuran batang elemen bakar yang dikehendaki.
Pemasukan deret pelet kedalain kelongsong
Proses pemasukan pelet kedalam kelong-song dilakukan dengan mesin pengering &pengisi pelet. Alat pengering dan pengisi pelet inimepunyai fungsi untuk mengeringkan danmengisikan deret pelet kedalain kelongsong .Selain untuk mengeringkan dan mengisikan peletalat ini juga sudah didesain untuk melakukanpengelasan dengan sistem las TIG. Fasilitas lasyang sudah tersedia seperti welding box, sistemvakum, sistem pengisian gas inert dan sistemmekaniknya, hanya saja mesin las jenis TIGbelum tersedia.
Agar mesin pengisi & pengering pelet inibisa digunakan untuk ukuran batang elemenbakar jenis HWR Candu maka tutup sementaradan colet pemegang kelongsong hamsdimodifikasi, sedangkan dengan penambahanmesin las jenis TIG memungkinkan untukmerakit batang elemen bakar jenis LWR, karenaperakitan batang elemen bakar LWRmenggunakan sistem las TIG.
Pembentukan end cap batang elemen bakar
Setelah kedua end cap dilas dengankelongsong maka untuk selanjutnya dilakukanpembentukan ujung end cap ini dengan mesinbubut. Seperti halnya yang lain mesin bubutinipun mempunyai komponen-komponen sepertiklem pemegang kelongsong dan spacial cuttingtool untuk ukuran elemen bakar tertenfu (elemen
bakar Cirene). Jadi dengan melakukan modifikasikomponen-koponen tersebut alat ini mampuuntuk mengerjakan batang demen bakar lainjenis HWR Candu.
Pengelasan end plate
Pengelasan ini untuk merakit berkas elemenbakar dan dilakukan dengan mesin las tahananlistrik yang mempunyai pemegang berkas (jig &fixture) khusus untuk berkas elemen bakartertentu (berkas elemen bakar Cirene). Jig &fixture ini dapat dimodifikasi untuk ukuranberkas eleinen bakar HWR Candu.
Hasil kemungkinan modifikasi alat fabrikasi
Dari pembahasan alat-alat fabrikasi tersebutdiatas dihasilkan beberapa alat yang mempunyaikemungkinan untuk dimodifikasi guna membuatelemen bakar HWR dan LWR adalah sebagaiberikut:
Peralatan peletisasi yang berupa mesin presuntuk membuat pelet mentah memungkinkanuntuk dimodifikasi punch dan dies sehingga bisadibongkar pasang dengan macam-macam ukuransesuai dengan ukuran pelet jenis HWR dan LWR.
Peralatan pembuatan komponen mempu-nyaikemungkinan yang besar untuk dimodifikasi gunainembuat elemen bakar HWR Candu karenabentuk elemen bakar HWR Candu mempunyaibentuk dan ukuran yang hampir sama denganelemen bakar yang ada, sedangkan untukmembuat komponen elemen bakar jenis LWRkemungkinannya kecil karena hanya beberapakomponen elemen bakar saja yang mungkin bisadibuat dengan alat yang ada.
Peralatan perakitanpun demikian halnyaseperti peralatan pembuat komponen, bahwauntuk merakit elemen bakar HWR memung-kinkan sekali dengan modifikasi beberapa alatperakitan sedangkan untuk merakit elemen bakarjenis LWR hanya sebagian saja (sampai padabatang elemen bakar) itupun hams ditambahkanalat las jenis TIG serta modifikasi alat yang ada.
Hasil selengkapnya mengenai komponen-komponen alat fabrikasi yang perlu dimodifikasiuntuk fabrikasi elemen bakar jenis HWR / LWRditampilkan pada tabel 2.
196
Presiding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta !8-19Maret 1996
SIMPULAN
Dengan modifikasi peralatan fabrikasidiharapkan alat fabriaksi yang ada di BEBEdapat dikembangkan untuk membuat elemenbakar jenis HWR dan LWR.
Ditinjau dari segi peralatan yang ada,perubahan / modifkiasi akan lebih mudah kalaubahan bakar yang akan dibuat inasih dari jenisHWR, misalnya jenis-jenis Candu. Elemen bakarCandu mirip dengan Cirene, keduanyamempergunakan pelet UO2 dengan Uraniumalam serta bahan konstruksinya mempergunakanzircaloy. Ukuran dan bentuknyapun tidak jauhbeda hanya berbeda pada diameter batang danjumlah batang elemen bakar tiap berkasnya.
Unluk membuat elemen bakar jenis LWR,selain modifikasi beberapa komponen alat jugaperlu banyak penggantian dan penambahan alat.Hal ini disebabkan bentuk dan ukuran elemenbakar janis LWR sangat berbeda dengan elemenbakar Cirene.
DAFTAR PUSTAKA
1. Page R.D., Canadian Power Reactor Fuel,Atomic Energy of Canada Limited, Ontario,1976
2. KWU Fuel Assemblies for Presssurized andBoiling Water Reactors
3. Nuclear Fuel Industries, Ltd4. Mitsubishi PWR Fuel5. Dokumen fabrikasi elemen bakar nuklir
Cirene
TANYA JAWAB
Taufik Usman• Kalau pak Tri sebagai pengambil keputusan
{decision maker), jenis reaktor daya yangmana yang akan dipilih untuk PLTN ditinjuakdari aspek ekonomi elemen bakar nuklir danapa alasannya atau keuntungannya
Tri Yulianto• Makalah yang saya sampaikan tidak meninjau
aspek ekonomi, jadi saya tidak bisa memilihreaktor mana yang dipilh untuk PLTN ditinjaudari aspek ekonomi, yang saya tinjau hanyakemudahan/kesulitan didalam fabrikasinya.
Nurokhim• Dalam abstrak disebutkan bahwa Cirene
adalah jenis reaktor HWR, tentu saja tidakakan sulit untuk dimodifikasi ke jenis HWR(Candu). Karena spesifikasi jelas berbedadengan LWR, tentu saja sulit untuk modifikasike LWR, pertanyaan saya : desain alat tersebutuntuk tujuan apa modifikasi ke arah LWRdilakukan ? Dari segi ekonomi dan kapasitasfabrikasi, apakah tidak lebih baik dengandesian alat baru yang spesifik untuk LWR ?
Tri Yulianto• Modifikasi kearah LWR dimaksudkan untuk
menguasai teknologi fabrikasi elemen bakarLWR dengan mengembangkan alat yangsudah tersedia, dan untuk dapat melakukandesain alat baru yang ekonomis dan memenuhikapasitas fabrikasi perlu penguasaanteknologi.
197
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Tabel 2. Komponen alat fabrikasi yang dimodifikasi
Nama Alat
Peralatan peletisasi:1. Powder mixer2. Double acting press (prepressing)3. Jaw crusher4. Granulating and sieving machine5. Double acting press (final
pressing)6. Sintering furnace7. Centerless grinding machine8. Surface grinder9. Degreasing equipment10. Ultrasonic cleaning equipment11. Under vacuum dryer
Peralatan Pembuatan komponen :1. Center lathe2. Precission Center lathe3. Shearing machine4. Milling machine5. Graphite coating unit6. Press for pad and spacer7. Weld malic unit8. Brazing unit
Peralatan Perakitan :1. Pellet drying and element filling
machine
2. Magnetic force welding machine3. Fuel element machining equipment
4. Pickling unit
5. Welding machine
6. Autoclave unit
Modifikasi untukelemen bakar
HWR/LWRHWR/LWRHWR/LWRHWR/LWRHWR/LWR
HWR/LWRHWR/LWRHWR/LWRHWR/LWRHWR/LWRHWR/LWR
HWR/LWRHWR/LWRHWRHWRHWRHWRHWRHWR
HWR/LWR
HWRHWR
HWR/LWR
HWR
HWR
Komponen alat yang perlu dimodifikasi
Tidak ada.Tidak ada.Tidak ada.Tidak ada.Punch dan Dies.
Tidak ada.Blade penyangga pelet.Pemegang pelet.Tidak ada.Tidak ada .Tidak ada.
Cuting tool.Cuting tool.Tidak ada.Master copy milling endplate.Pemegang dan dudukan kelongsong.Blanking dies.Pemegang kelongsong.Pemegang dan dudukan. kelongsong.
Pemegang tutup kelongsong,Pemegang kelongsong,Catatan :Untuk perakitan batang elemen
bakar LWR perlu tambahan alatlas TIG.
Pemegang tutup kelongsong.Pemegang kelongsong.Elektroda.Petnegang kclongsong.Cuting tool.Tidak ada.Jig dan fixture.Elektroda.Tidak ada.
198
ISSN 1410-1998 Prosid!»g Prr.wniasi Hmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEIiN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
STUDI KELAYAKAN PENDIRIAN PABRIK ELEMEN BAKAR REAKTOR DAYATAHAP I: ASPEK EKONOMI
Marwoto, RR. Ratih Langenati, Pudji SusanliPusat Elemen Bakar Nuklir
ID0100072
ABSTRAK
Untuk menentukan kelayakan pendirian suatu pabrik elemen abakr dipandang dari aspek ekonomi, perluditetapkan sesuatu kapasitas yang dacari dari kebutuhan reloading elemen bakar untuk PLTN. Laporan NEWJECyang digunakan sebagai patokan adalah rencana pembangunan suatu kompleks PLTN sebesar 7200 Mwe di Muria.Bila capacity factor= 80 % maka dibutulikan reloading elemen bakar berkisar antara 120 ton-U s.d. 142 ton-U pertaliun. Karena itu dipilih/ditetapkan suatu pabrik elemen bakar dengan kapasitas nominal sebesar 200 ton-U/tahundengan umur ekonomis pabrik dipilih 20 tahun. Data NEWJEC memmjukkan bahwa untuk pabrik berkapasitasnominal 200 ton-U/tahun, diperlukan modal tetap/fixed capital investment (FCI) sebesar US$ 43,9 juta. Denganmodal kerja 15 % FCI; interest rate = 10 %; biaya tetap tahunan = US$ 17 juta; biaya variabel produksi = US$ 106,2/ kg-U, didapatkan break even point (BEP) » 50 % bila harga jual rakitan elemen bakar, tidak termasuk hargauraniiunnya, sebesar US$ 350/kg-U. Pada kondisi tersebut didapatkan pula return of investment (ROI) = 20,2 %;internal rate of return (IRR) = 11,2 % dan benefit cost ratio (BCR) = 1,22. Dalam hal ini, diasumsikan bahwa pabrikjasa rakitan elemen bakar mulai beroperasi pada tahun 2012. Telah direvisi beberapa data NEWJEC berdasarkanmasukan data yang ada, yang meliputi nilai FCI; gaji pegawai; persen working capital (WC); bahan rakitan elemenbakar selain uranium (bahan EB non-U) serta harga jual jasa perakitan elemen bakar bertumt-turut sebagai berikut:US$ 68 juta; US$ 4,1 juta/tahun; 30 %; US$ 100/kg-U dan USS 370/kg-U dimana selain gaji pegawai, satuan datatersebut lebih besar daripada yang ditunjukkan oleh NEWJEC. Diperoleh nilai BEP=45 %;ROI= 16,73; IRR = 11,8dan BCR =1,25.
ABSTRACT.
For determining the feasibility study on manufacturing nuclear fuel element from economical aspect point ofview, it necessary to fix its capacity which it was found from fuel element reloading requirement for nuclear powerplant (PLTN). NEWJEC report which use as a base in this study that is possibility of a complex ofNPP as big as7200 MW in Muria region. If the capacity factor is 80%, the reload requirement is therefore become from 120 to 142tons uranium every year. So, its considered to fix the nominal capacity of a fabric for nuclear fuel elementmanufacturing as much as 200 tons-U per year with economical lifetimes of 20 years. NEWJEC data show, formanufacturing capacity of 200 tons-U per year, plant have a fixed capital investment of USS 43.9 million. Withworking capital as much as 15% correspond to fixed capital investment(FCI); 10% of interest rate; USS 17 millionof fixed cost; USS 106.2/kg-U of variable production cost, its calculated that break even point/BEP is 50% for theprice of nuclear fuel is USS 350/kg-U without uranium cost. On this economic condition, it was found that thereturn on investment/ROI is 20.2%; the internal rate ofreturn/IRR is 11.2% and the benefit cost ration/BCR is 1.22.For all of above, it was assumed that such nuclear fuel element manufacturing service wilt be operate in the year of2012. Some of NEWJEC data have been revised, there were the value of FCI; cost of salary; the value in percent ofworking capital/WC; the cost of non-uranium materials and the price of product service are USS 68 million; USS 4.1million; 30%; USS 100/kg-U and US$ 370/kg-U respectively, where the new data appear as higher than old datefrom NEWJEC, excluding the cost of salary . For all new economical data in the latest, we found that are 45%;16.73%; 11.8% and 1.25 for BEP; ROI; IRR and BCR respectively.
LATAR BELAKANG MASALAH
Seiring dengan meningkalnya kebutuhanlistrik di Indonesia serta isyarat bahwa di pulauJawa akan dibangun sejumlah PLTN, makaterbuka peluang untuk nicmasok produk elemenbakar buatan Indonesia, untiik itu BATANberupaya agar dapat berperan aktif mendukungprogram PLTN, dan dalam aspek daur bahanbakar, akan melibatkan diri secara aktif didalamkegiatan penyediaan bahan bakarnya.
Mengingat nilai investasi untuk bisnispenyediaan bahan bakar PLTN cukup besar, maka
perlu dilakukan pengkajian dan studi kelayakanpendirian pabrik elemen bakar mencakup aspekyang cukukp banyak seperti kajian dan pemilihanteknologi; jenis dan tipe peralatan dan sistimnya;pra-rancangan dan perancangan pabriknya sertayang menyangkut ekonomi meliputi perkiraansecara kasar nilai investasi dan tingkatkeuntungan dalam arti luas; dan survey hargaperalatan termasuk sistimnya dimana itutergantung pada teknologi serta tipe peralatanyang dipilih. Oleh karena it», hasil kajian yangjelas dan rinci akan didapat, bila untuk setiapaspek dikaji dan dianalisis.
199
Presiding Presentas! Ilmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
ASPEK EKONOMI
Dalam nenetukan kelayakan pendirian suatupabrik elcmen bakar, perlu dilakukan kajian atassejutnlah aspek sebagaimana disebutkan pada babI dan salah satunya adalah aspek ekonomi. Dåsarkajian atas aspek ekonomi disadur däri laporanNEWJEC kepada BAT AN, bahwasanya di Muriadapat dibangun 12 PLTN masing-masing berdaya600 Mwe atau 8 PLTN masing-masing berdaya900 Mwe dan untuk PLTN pertama sudah mulaiberoperasi pada tahun 2004, serta yang terkahirpada tahun 2016. Atas dåsar laporan tersebut,maka kebutuhan clemen bakar untuk initial loaddan reload dapat dirinci dan jumlah kebutuhansetiap tahun, yang dimulai pada tahun 2004, dapatdilihat pada lapiran 1.
Pada lampiran 1 menunjukkan bahwa ada 2tipe kebutuhan tahunan, yaitu pada kasus bilasemua PLTN berdaya 600 Mwe dan bila semuaPLTN berdaya 900 Mwe untuk masing-masing.Untuk kasus PLTN berdaya 600 Mwe makasetelah tahun 2015 kebutuhan reload lebih besardäri pada kasus PLTN berdaya 900 Mwe. Dalamkondisi seperti itu, maka studi kelayakandikenakan pada kebutuhan reload untuk kasusPLTN berdaya 900 Mwe atau kebutuhan yabnglabih sedikit, dengan pertimbangan bahwa bilaternayata layak maka itu juga berlaku untuk kasusreload PLTN berdaya 600 Mwe, dan tidaksebaliknya. Untuk kedua kasus di atas,dipetimbangkan bahwa sebuah pabirk elemenbakar dengan kapasitas 200 ton-U per tahun dapatmemenuhi kebutuhan reload baik ituPLTNberdaya 900 Mwe maupun PLTN berdaya600 Mwe. Oleh karena itu, studi kelayakan padatahap I yaitu aspek ekonomi didasarkan padapabrik elemen bakar berkapasitas nominal 200 tonper tahun
Tabel 1Tahun
20122013201420152016201720182019202020212022
Kebutuhan reload dan PLTN.Kebutuhan reload
(ton/tahun)
101.581.2121.881.2162.4121.8162.4101.5162.4142.1162.4
Tahun
2023202420252026202720282029203020312032
Kebutuhanreload
(ton/tahun)
121.8162.4121.8162.4101.5162.4142.1142.1142.1142.1
Catatan : 1 unit PLTN 900 Mwe, kebutuhanreload 20,3 ton/tahun.
Studi kelayakan pada aspek ekonomi sebagaitahap pertama, akan menelaah dan menganalisisbeberapa parameter yang berkaitan dengan titikimpas produksi (break even pointlBEP) tingkatdalam persen pengembalian investasi (return ofinvestment/ROI); persen perolehan pengembalianinvestasi dibanding bunga bank (internal rate ofreturn/IRR) serta rasio keuntungan terhadap biaya(benefit cost ratio/BCR). Data parameter diambildäri sejumlah sumber meliputi dokumen;dokumen kontrak pembangunan instalasi EFEIserta dokumen penawaran/pembelian bahanzirkaloi.
Telaah dan analisis yng dilkukan, tidaktermasuk aspek ekonomi bahan uranium yangpada saat sekarang masih dan sedang ditelaaholeh kawan sejawat. Nanium keadaan ini tidakberpengaruh pada hasil telaah dalam tulisan ini,mengingat tipe däri suatu pabrik elemen bakaradalah : memproduksi atas dåsar pesanansehingga dapat dianalogikan dengan usahapenjahitan pakaian dimana kain berasal däripemesan. Dengan kåta lain, pabrik elemen bakarbersifat Taylor made.
BAHASAN
Sumber data utama, dokumen NEWJEC
Pada lampiran 1 menunjukkan bahwa untukkasus PLTN 900 MWE dengan capacity factor =80 %, kebutuhan reload elemen bakar yang di atas100 ton-U/tahun baru dimulai pada tahun 2012.Maka däri itu, asumsi yang diambil untukmemulai produksi elemen bakar adalah padatahun 2012 dengan pertimbangan bahwa bilapabrik dengan BEP sekitar 50 % mulaiberproduksi sebelum tahun 2012 dimanapermintaan akan reload elemen bakar kurang däri100 ton-U/tahun, pabrik merugi. Untuk maksudtersebut, disusu kebutuhan reload tahunan sejaktahun 2012, terlihat pada Tabel 1.
Atas dåsar kebutuhan reload seperti Tabel diatas, maka NEWJEC mengusulkan sebuah pabrikperakitan elemen bakar berkapasitas nominal 200ton/tahun, dengan umur pabrik 20 tahun. Denganparameter biaya seperti pada lampiran 15 Tabel 9,pabrik seperti yang diusulkan NEWJEC memilikikarakterisitik sebagai berikut : BEP = 50 %;ROI=20,2 %; IRR =11,2 % dan BCR=1,22. Nilaiekonomik tersebut didapat bila harga jasåperakitan, yaitu harga elemen bakar tidaktermasuk uranium, sebesar US$ 350 /kg-U dengan
200
Presiding Pretentasi ilmiah DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-]9Maret 1996
referansi tahunl992. Bila dirinci lebih lanjut,pabrik seperti yang diusulkan NEWJECmengandung : biaya tetap tahunan = US$ 17 jutadan biaya variabel produksi = US$ 106,2 /kg-U(referensi tahun 1992).
Analisis dan revisi atas data parameter NEWJEC
Data parameter NEWJEC pertama kaliditinjau adalah besar/nilai gaji pegawai yangbesarnya US$ 13.9 juta per tahun, kondisi tahun1992. Nilai gaji sebesar ini diperuntukan bagipegawai sebanyak 190 orang. Dalam hal iniMEWJEC tidak merinci jatah gaji per tahun unutksetiap klasifikasi jabatan/pekerjaan. Oleh karenaitu, jatah gaji tahunan 190 atau sama dengansekitar US$ 70,000. Mnurut penulis, gaji rata-ratatersebut terlampau tinggi untuk ukuran pegawai diIndonesia pada keadaan tahun 1992. Boleh jadiparameter gaji rata-rata diatas yang sebesar US$70,000 diperuntukan bagi tenaga kerja non-Indonesia (ex-patriate).
Atas dasar kajian seperti diatas, maka dirincijatah gaji untuk setiap kelas jabatan/pekerjaanyang sesuai dengan kondisi di Indonesia dansemua jabatan/pekerjaan dikerjakan oleh orangIndonesia. Hasil rinciannya dapat dilihat padaLampiran Tabel 1. engan mengambil hargaparameter lain sama dengan harga yang diusulkanNEWJEC, maka diperoleh susunan Data BiayaFasilitas Fabrikasi Elemen Bakar Untuk PLTNseperti dilihat pada Lampiran 3. Bila biaya-biayatetap tahunan yang ada pada lampiran 3dijumlahkan, maka diperolah : biaya tetaptahunan sebesar US$7.2 juta, bandingkan denganNEWJEC yang sebesar US$ 17 juta.
Perhitungan dan analisis keuntungan secara kasar
1. Dengan parameter data seperti padaLampiran 3, dihitung keuntungan yangdiperoleh, bilama pebrik beroperasi padakapasitas nominal nya, 200 ton-U per tahundan hasil rinciannya dapat dilihat padaLampiran 4. Untuk kondisi teoritis ini,diperoleh besaran :- Total pendapat : US$ 70 juta
(Lampiran 4 No. 13)- Total biaya produksi : US$ 37 juta
(Lampiran 4 No. 12)- Keuntungan kotor : US$ 33 juta
(Lampiran 4 No. 14)
2. Lampiran 5 Tabel 2, memperlihatkankeuntungan kotor yang diperoleh bilapabrik beroperasi pada berbagai kapasitas.Pada kapasitas 60 ton-U/tahun atau 30 %,
telah dicapai kondisi BEP. Pengertian lebihlanjut, bil di Indonesia bam asa 3 PLTN 900Mwe denga kebutuhan reload tahunan 3 x20.3 ton-U = 60.9 ton-U, maka pabrikdengan spsifikasi seperti pada Lampiran 3dapat melayani pesanan tanpa merugi.
3. Lampiran 6 Tabel 3, menunjukkan kondisiBEP pada beberapa kapasitas bila harga jasaperakitan elemen bakar kurang dari US$350/kg-U. Bila:-hargajasa: US$ 300/kg-U, BEP = 75ton-U/tahun- harga jasa: US$ 250/kg-U, BEP = 100ton-U/tahun-hargajasa: US$ 200/kg-U, BEP > 150ton-U/tahun
4. Lampiran 7 Tabel 4, menunjukan tingkatperubahan biaya produksi total bila setiapfaktor produksi berubah, dinyatakan dalan(%), untuk kapasitas setengah nominal atau100 ton-U/tahun. Misalkan terjadi kanaikanfaktor produksi pada gaji pegawai sampai100 %, maka biaya produksi total naik 15.2%. Karena keuntungan kotor dibandingbiaya produksi semula adalah 38.7 %,walaupun gaji naik, pabrik masih untung.Bilamana biaya bahan EB bukan-U yangUS$ 60/kg-U juga ikut naik menjadi US$120/kg-U atau naik 100 % dan totoalkanaikan menjadi : 15.2 % + 22.2 % = 37.4%, hampir sama dengan rasio keuntungankotor terhadap biaya produksi, maka BEPtercapai pada kapasitas sekitar 50 % atau100 ton-U/tahun. Dengan cara yang sama,kondisi seperti diatas berlaku pula untukperubahan faktor produksi yang lain.
5. Lampiran 8, menunjukkan kapasitas dimanapendapatan akan sama dengan biayaproduksi langsung, Biaya produksi langsungpenullis definisikan sebagai biaya produksitotal dikurangi dengan jumlahan biayadepresiasi dan biaya dekomisioning yangdikumpulkan setiap tahun. Diperolehkapasitas titik impas 17 % atau 34 ton-U pertahun.
6. Lampiran 9, menunjukkan penjelasan;rincian perhitungan dan analisa pada kondisidimana biaya investasi pabrik perakitan lebihtinggi dari US$ 44 juta, atau lebih tinggi dariyang diusulkan NEWJEC.
201
Prosiding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
Usui parameter biaya produksi dan analisisnya
1. Lampiran 10, menunjukkan penjelasantentaag alasan diusulkannya parameter biayaproduksi yang berbeda dari usulan NEWJEC.Ada 4 (empat) parameter yang diusulkanberbeda dari NEWJEC, yaitu :- Fixed Capital investment (FCI) : US$ 68juta,- Working Capital (WC), 30 % dari FCI.- Gaji Pegawai, : US$ 4.1 juta/tahun- Bahan EB-bukan-U : US$ 100/kg-U
Dari parameter di atas, hanya gajipegawai yang diusulkan lebili rendahdibanding usulan NEWJEC, tiga lainnyalebih tinggi. Dari hasil perhitungan ternyataBEP untuk pabrik dengan parameter sepertidiatas hampir sama dengan BEP pabrikusulan NEWJEC. Rangkuman singkat keduatipa pabrik seperti berikut
*) Tidak diusulkan, hanya sebagai pembanding
2. Lampiran 11 Tabel 5_dan Lampiran 12Tabel6, menunjukkan rincian perhitunganuntuk mendapatkan harga variabel : BCR,ROI dan IRR. Dengan parameter harga jualjasa perakitan elemen bakar sebesar US$350/kg-U, sama seperti NEWJEC,didapatkan harga BDR, ROI dan IRR sepertidibawah dan bila dibandingkan dengankondisi NEWJEC :
itemBCRROIIRR
kondisi usulan0,98312,8 %9,9 %
kondisi NEWJEC1,22
20,2 %11,2%
ternyata ketiga varibel memberikan hargayang kurang menarik. BCR = 0.983, kurangdari satu menunjukkan bahwa nilai sekaranguang/modal yang akan terkumpul selama 20tahun operasi pabrik yang beresiko, lebihkecil dari uang/modal yang telahdiinvestasikan. Lebih untung bila modal itudisimpan di bank dan mendapat bunga 10 %serta tanpa resiko. IRR = 9.9 %menunjukkan bahwa modal yangdiinvenstasikan dengan resiko, hanyamemberikan hasil atau keuntungan sama dibanding bila modal disimpan di bank dan
3.
hanya mendapat bunga 9.9 %, sedangkanbesar bunga di asumsikaia sebesar 10 %. ROI= 12.8 % mcnunjidcka^ kcuntungan bersihrata-rata tahunan dibagi/dibandingkaanterhadap modal yazig telah diinvestasikan,tanpa mengukur nilai sekarang-nya.
Atas kondisi seperti ditunskan pada III.D.2,maka disulkan untuk menaikkan harga jualjasa perakitan elemcit bsskar sebesar US$20/kg-U sehingga harga jual menjadi US$370/kg-U. /diperoleh harga-harga BCR, ROIdan IRR, dan bila dibandingakan denganharga-harga menurut NEWJEC:
itema. FCIb. Working capacityc. Biaya tetnp tahunand. Biaya variabelx. Harga jasay. BEP, %
diusulkanUS$68jula30 % FCIUS$8,94 jutaUS$ 146,2 /kg-UUS$ 350/kg-U *)56,7
data NEWJECUS$43,9juta15% FCIUS$ 17 jutaUS$ 106,2/kg-UUS$ 350/kg-U50 / 55,6
itemBCRROIIRRhargajualjasa
rakifain
kondisi usulan1,25
16,7%11,8%
US$ 370/kg-U
kondisi NEWJEC1,22
20,2 %11,2%
US$ 350/kg-U
hanya ROI yang memberikan harga lebihkecil dari data NEWJEC. Penjelasan tetangdiperolehnya harga-harga diatas dilihat padaLampiran 13 Tabel 7 dan Lampiran 14 Tabel8. Didapatkan nilai BEP sebesar : ~ 45 %atau 95 ton-U per tahun, lebih rendah dariBEP pabrik seperti yang di usulkanNEWJEC (50 %).
SIMPULAN
1. Dari laporan NEWJEC, diperoleh informasibahwa untuk menghitung reloading elemenbakar PLTN di Muria, diterapkan suatuanggapan akan dibangun sebuah kompleksPLTN dengan total daya 7200 Mwe dansemua PLTN bertipe PWR. Anggapan inijuga penulis gunakan dalam mengambilbasis perhitungan, sehingga diusulkan untukmcmbangun suatu pabrik elemen bakarberkapasitas nominal 200 ton-U/tahun, mulaiberoperasi tahun 2012 dan dengan powerfaktor 80 % maka diperlukan reloadingantara 120 ton-U s/d 142 ton-U serta umurpabrik 20 tahun.
2. Data dari NEWJEC menunjukkan, bahwadengan Fixed Capital Investment/FCI = US$43.9 juta ; biaya tenaga kerja =US$ 13.9 jutaper tahun dan harga jual dari jasa perakitanelemen bakar sebesar US$ 350/kg-U, makadiperoleh break even point/BEP =50 %;return on investment/ROI =20.2 %; benefitcost ratio/BCR =1.22 dan internal rate of
202
Prosiding Presentasi llmioh Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
return/IRR = 11.2 %. Dalam hal ini, hargajasa perakitan elemen bakar tidak termasukharga uranium.
3. Sedangkan penulis mengunjukkan suatunilai Fixed Capital Investment/FCI = US$ 68juta; biaya tenaga kerja//a*or sebesar US$4.1 juta, lebih rendah dibanding dataNEWJEC; modal kerja/working capital = 30% FCI dan biaya untuk bahan EB-non Usebesar US$ 100/kg-U, keduanya lebih tinggidari yang diusulkan NEWJEC serta hargajasa perakitan elemen bakar, dimana tidaktermasuk harga bahan uranium, sebesar US$370/kg-U, lebih mahal US$ 20 dari hargausulan NEWJEC, maka diperoleh : BEP =45 %; ROI = 16.73 %; 1RR =11.8 % danSCR =1.25.
KEPUSTAKAAN
1. INPB-D-002, Duel Cycle Evaluation,Feasibility Study of The First Nuclear PowerPlants at Muria Peninsula Region Rev.4., Dec. 1992.
2. INPB-D-003, Economic of Fuel Cycle,Feasibility Study of The First Nuclear PowerPlants at Muria Peninsula Region, Rev.3., Sept. 1993.
3. INPB-D-004, Strategies For Development ofFuel Cycle, Feasibility Study of First NuclearPower Plants at Muria Peninsula Region,Rev. 4. dec. 1993.
4. Dokumen pengadaan dan pembelian bahanzircaloy, penawaran CEZUS, June 1992
TANYA JAWAB
Siti Amini• Apakah kajian terscbut sudah mem-
perhitungkan faktor inflasi mata uang US$secara global pada 15 tahun mendatang ?
• Mengapa Saudara merancang/memeprhitung-kan biaya ekonomi sebagai penjual jasafabrikasi, bukankah tujuan pendirian pabrike.b. tersebut adalah untuk mempersiapkandiri agar dapat mensuplai PLTN?
• Mohon dikoreksi harga jual e.b. pada abstrakadalah US% 370/kg-U.
Marwoto• Tidak. Karena ketidak pastian besarnya nilai
inflasi. Namum, dengan memberikan nilaieskalasi sebesar 3,5 % diasumsikan inflasimata uang US$ sudah terwakili
• Tentu saja hanya sebagai penjual jasafabrikasi, karena bahan bakar uranium harusdisediakan oleh utilitas (pemilik PLTN), ataukalau utilitas perlu membelli uranium, itudilakukan dengan kontrak terpisah kepadayang mempunyai bahan bakar uranium, danmemang demikian aturan mainnya.
• Yang benar adalah yang tercantum dalammakalah US$ 370/kg-U
M.Birsam• Apakan ROI dinyakatan dalam % ?• Berapa % keuntungan riil pabrik pembuatan
EBNRDitu?
Marwoto• Benar, dan definisi ROI ini saya sesuaikan
dengan acuan• Ada sejumlah cara untuk mengekspresikan %
keuntungan, yang dalam makalah ini beruparamalan, karena pabriknya sendiri belumberoperasibahkan belum ada.Contoh dapat dilihat pada lampiran 14.a). Keuntungan bersih selarna 20 tahun umur
pabrik adalah 106 x US$ 569 tanpa faktordiskon.
b). Dengan faktor diskon (f.d.) sebesar 11,8 %keuntungan bersih selarna 20 tahun dandisekarangkan (tahun 2011) adalah 106xUS$ 65, bila f.d (10 % : 106 x US$ 93,7,ätas dåsar capital investment sebesar 106 xUS$ 170, tahun 2011)
A. Sorot Soediro• Dåsar Bapak menulis kapasitas nominal 200
ton U/tahun selain dåsar rencana pem-bangunan kompleks PLTN sebesar 7200 Mwedi Muria. Mohon penjelasan.
Marwoto• Dipilih kapasitas nominal 200 ton U/tahun,
hanya ätas dåsar rencana pcmbangunankompleks PLTN di Muria sebesar 7200 Mwe,dengan tipe PWR. Dåsar lain tidakdipertimbangkan, misalnya perluasankompleks menjadi lebih besår dari 7200 Mweatau memasok PLTN di luar Indonesia.
203
Prosiding Present™ llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
LampIran 1
Gambar 1 : Kebutuhan berkas elemen bakar t i p e PWR
untuk ssmpai dengan 12 x 600MWe a tau 8 x 900MWE.
[Capacity Factor = 80%)
o Case 1 (600 MWe)
ton U/year
300
250-
200
150
5(3
2000 2005
i 1
2010 2015 2020 2025 2030 2035
YearI n i t i a l Load Reload
o Case 2 ( 900 HWe )
ton U/year
300-1
250-
200-
150-
100-
50-
I
2000 21305 2010 2015 2020 2025 2030 2035
YearInitial Load Helnad
(disadur dnri 1 aporan NtW,l(£C, dok. INP»-D-005)
204
siiiing Presentas! llmiah DaurBahan Bakar Nuklirff.nN-BATA>l, Jakarta /.?-19Maret 1996
. ampipan 2
PABRIK ELEMEN BAKAR UNTUK PLTN, KAPASITAS 200 TOM PERTAHUN
TABEL 1 : GAJI PEGAWAI DAN KLASIFIKASI JABATANNYA (asumsi)
NAMA KELOMPOK PEKERJAANDAN JABATANNYA
*)
A. KANTOR PUSAT :BUSINESS DEVELOPMENT- Manager- Asisten Manager- Staf
B. DI PABRIK :\.RAD. & ENVIRONMENT- Manager- Asisten Manager- Staf
2.PLANNING- Manager- Asisten Manager- Staf
3.ENGINEERING- Manager- Asisten Manager- Staf
4 . QUALITY ASSURANCÉ- Manager- Asisten Manager- Staf
5. MANUFACTURING- Manager- Asisten Manager- Staf
JUMLAH
JUMLAHORANG*)
113
1326
1217
1316
1336
1470
190
SATUAN GAJIPER TAHUN,US$ •* )
40,00030,00020,000
40,00030,00020,000
40,00030,00020,000
40,00030,00020,000
40,00030,00020,000
40,00030,00020,000
JUMLAH GAJIPER TAHUN,US$ ••)
40,00030,00060,000
40,00090,000520,000
40,00060,000
340,000
40,00090,000320,000
40,00090,000720,000
40,000120,000
1,400,000
4,080,000(US$ 4.1x10°)@)
Catatan : *) Disadur däri laporan NEWJEC dok. no. INPB-D-005*•) Asumsi menurut penulis.@) Pembuiatan.
205
Prosidinf> Presentasi Ilmiah Daur Bahon Bakar NuMirPERN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Lampi ran 3.
PABRIK ELEMEN BAKAR UNTUK PLTN, KAPASITAS 200 TON PERTAHUN
DATA BIAYA FASILITAS FABRIKASI EB-PLTN
Batasan : •)
A. Umur pabrik : 20 tahun
B. a. Fixed Capital Invesment : US $ 44 x 10
b. Working Capital (15% X FCI) : US $ 7 x 106 ..«)
c. Total Capital Investment : US $ 51 x 106
C- Biaya dekomisioning pada akhir umur pabrik, dengan eskalasi
besar 3.5% per tahun = 10% x Cap. Inv x (1+0.035)19
= US $ 5.1 X 1O6 x 1.923 = US $ 9.81 x 106
0. Biaya perawatan gedung dan alat; per tahun :
= 5% x Cap. Inv = US $ 2.6 x 106
E. Biaya gaji pegawai; 190 orang per tahun :
= US $ 4.1 x 10 6 Jihat 1 amp i ran 2 !
F. Biaya untuk bahan-bahan EB yang bukan-uraniurn :
= US $ 60 / kg-U
G. Biaya pemakaian utilitas dan bahan-bahan habis pakai :
a. Yang tetap = US $ 0.5 x 106 / tahun
b. yang tergantung produksi = US $ 14 / kg-U
H. Biaya pengelolaan limbah :
= US $ 2.2 / kg-U
I. Biaya pengangkutan EB :
= US $ 30 / kg-U
J. Biaya-biaya lain dan "over-heads "; 10* dari jumlahan butir
D + E + F + G + H + I .
Catatan : *) Data A s/d J disadur darn laporan NEWJEC dok.no.
INPB-D-005 dengan sedikit penyesuaian.
•*) Asumsi penulis.
9) Pembulatan.
206
Prosiding Presehtasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BA TAN, Jakarta 18-19 Marel 1996
Lampiran 4.
PABRIK ELEMEN BAKAR UNTUK PLTN, KAPASITAS 200 TOM PERTAHUN
PERINCIAN DAN PERHITUNGAN PENGELUARAN PER TAHUN
Dengan asumsi :
a. Interest rate : 10X dan eskalasi : 3.5 %
b. Bila beroperasi dengan kapasitas penuh : 200 ton / tahun
c." Data yang digunakan, disadur dari laporan NEWJEC dok.no.
INPB-D-005, kecuali biaya gaji pegawai.
d. Harga jual rakitan EB = US$ 350 / kg-U
I. Biaya-biaya langsung :
1. Biaya gaji pegawai : US$ 4,100,000 ... lampiran 21
2. Biaya bahan EB bukan-U : US$ 12,000,000
3. Biaya perawatan : US$ 2,600,000
4. Biaya ut11 it as dan bahan habis pakai :
a. Tetap : US$ 500,000
b. Tergantung produksi : US$ 2,800,000
5. Biaya pengurusan 1imbah : US$ 440,000
6. Biaya pengangkutan EB : US$ 6,000,000
7. Jumlah 1 s/d 6 : US$ 28,440,000
8. Biaya lain dan overheads : US$ 2,844,000
9.a. Total biaya langsung : US$ 31,284,000
9.b. Pembulatan : US$ 31.3 x 106
II.Biaya tidak langsung : on0.1 x (1 + 0.1) 2 0
fi10. Biaya depresiasi : FCI x ^rx = US$ 5.2x10°
(1 + 0.1 )™ - 10.1(1.I20 - 1 ) «
11. Biaya dekomi sioning : 0.1 x 51 JJTJ x US $ 10u
= US$ 0.434 x 106
12. Jumlah biaya langsung dan biaya tidak langsung :
US$ 37 x 106
13. Pendapatan : US$ 70 x 106
US$ 37 x 106 (dibulatkan)
14. Keuntungan kotor :(13) - (12) = US$ 33 x 106.
207
Lampiran 5.
55 PABRIK ELEMEN BAKAR UNTUK PLTN, KAPASITAS 200 TON PER TAHUN
TABEL 2 : BIAYA-BIAYA PRODUKSI DAN PENDAPATAN PADA BER8AGAI KAPASITASDENGAN HARGA JUAL RAKITAN EB : US$ 350 / kg-U
ICklT C QTAVA nAKI DCMriÅDATAW
1.2.3.4
5.6.7.8.9.9.1011
12
13
14
15
Gaji pegawaiBahan EB bukan-UPerawatanUti litas dan bahan habis pakaia. Tetapb. Tergantung produksiPengurusan limbahPengangkutan EBJumlah 1 s/d 6Biaya lain dan overheads
a. Total biaya produksi langsungb. Pembulatan dari 9.a.. Depresiasi. Dekomisioning
. Jumlah 9.b. s/d 11( Total biaya produksi )
. Pendapatan dari penjualan EB
. Keuntungan kotor ( 13 - 12 )
(13 - 9.b)
ABSOLUT
25 ton12,5 %
4.11 .52.6
0.50.350.0550.759.855
8 0.98510.83010.835.20.434
16.464
8.75
(-) 7.714
(-) 2.08
DAN PERSEN
60 ton30 %
4.13.62.6
0.50.840.1321 .8
13.5729 1.357
14.92914.935.20.434
20.564
21 .00
(+) 0.436
(+) 6.07
KAPASITAS
6532,
432
0001
14® 1
151550
21
22
( + ) 1
( + ) 7
ton5 %
.1
.9
.6
.5
.91
.143
.95
.103
.41
.513
.52
.2
.434
.154
.75
.596
23
SERTA BIAYA :
100 ton50
462
0103171
19.19.5.0.
25.
35.
( + )
( + ) 1
%
.1
.6
.5
.422
8278260262434
234
00
9.766
5.4
US$ 106
150 ton75
492
0204
232
25.255.0.
31 .
52.
( + )21
%
. 1
.6
.5
.1
.33
.5
.13313443442434
074
50
.426
(+) 27.06
si
a Co
ll5 S»
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
lampiran 6.
PABRIK ELEMEN BAKAR UNTUK PLTN, KAPASITAS 200 TON PER TAHUN
TABEL 3 : KAPASITAS VS PENJUALAN SERTA BIAYA PRODUKSI
KAPASITASton/tahun
25 ton12.5 %
60 ton30 %
75 ton37.5 %
100 ton50 %
150 ton75 %
200 ton100 %
PENJUALAN (*)
US$ 200/kg-U
5.00 *16.
12.
15.
20.
30
40
00 *20
00 *22
00 *25
00 *31
00 *37
46 •*
56 **
31 ••
.23 *•
.08 **
.00 **
DAN BIAY/i\ PRODUKSI
US$ 250/kg-U
6.
15.
18.
25
37
50
25 *
00 *
75 *
00 *
.5 *
.00 *
16
20
22
25
31
37
46 ••
56 •*
.31 **
.23 **
.08 •*
.00 **
); US*; x 106
US$ 300/kg-U
7.5
18.
22.
30.
45.
60.
*
00
50
00
00
00
16.
*20.
22
25
*31
*37
46 *•
56 ••
31 **
23 **
.08 **
.00 *•
209
Lampiran 7.
TABEL
PABRIK ELEMEN BAKAR UNTUK PLTN, KAPASITAS 200 TON PER TAHUN
PENGARUH INDIVIDUAL VARIASI FAKTOR PRODUKSI TERHADAP BIAYA PRODUKSI TOTALUNTUK KAPASITAS 50« ATAU 100 TON PER TAHUN.
biaya produksi pada kapasitas 5058 : "penjualan EB, 100 ton x US$keuntungan kotorpersen keuntungan thd biaya
350 :*
produksi
25.359.
= 38
23
77.72
XXX3
us$us$us$i
101010
6b6
JENIS SIAYA /FAKTOR PRODUKSI
1. Gaj i pegawai2. Bahan EB bukan-U3. Perawatan4 Utiiitas dan bahan habis pakai
a. Tetapb. Tergantung produksi
5. Pengurusan limbah6. Pengangkutan EB7. Overheads8. Depresiasi9. Dekomisioning
HARGA
per kg-U
US$
- -
60_ _
- -142.2
30- -- -
HARGA
US$x106
4.162.6
0.51 .40.2231 .7825.20.434
PERSEN VARIASI FAKTOR PRODUKSI *)DAN PENGARUHNYA THD BIAYA
+ 10% *+ ; %
1 .522.220.96
0.190.520.081.110.661 .920.16
+ 20% **'. %
3.044.441 .92
0.381 .040.162.221 .323.840.32
+ 50% •+ ; %
7.611.14.8
0.952.60.45.553.39.6
o.ao
PRODUKSI
+ 100% *+ ; x
15.222.29.6
1 .95.20.811.16.619.21 .6
£•a
II
5 CD
il
Presiding Presentas! Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirI'FBN-BATAN, Jakarta IS-19Maret 1996
Lampirån 8.
PABRIK ELEMEN BAKAR UNTUK PLTN; KAPASITAS 200 TON PER TAHUN
PERHITUNGAN TITIK IMPAS BIAYA PRODUKSI LANGSUNG
TERHADAP PENDAPATAN DARI PENJUALAN ELEMEN BAKAR
A-. I. Biaya produksi langsung tahunan terdiri dari :
1. Biaya gaji pegawai : US$ 4.1 x 10 6
2. Biaya bahan-bahan EB bukan-U : US$ 60/kg-U
3. Biaya perawatan gedung dan alat : US$ 2.6 x 106
4. Biaya utiiitas dan bahan habis pakai,
a. Tetap : US$ 0.5 x 106
b. Yang tergantung produksi : US$ 14/kg-U
5. Biaya pengeloiaan limbah : US$ 2.2/kg-U
6. Biaya pengangkutan EB : US$ 30/kg-U
7. Biaya Iain-lain dan overheads, \0% dari jumlahan 1 s/d 6.
A. 11.Pendapatan yang diperoleh dari penjualan rakitan EB.
Harga jual rakitan EB : US$ 350/kg-U.
B. Perhitungan i
Misal Y = kg-U yang dibuat menjadi rakitan EB pada titik
impas per tahun
Persamaannya;
350 Y = 1 .1{(4. 1 + 2.6 + 0.5)106 + Y (60 + 14 + 2.2 + 30)}
350 Y = 1.1 ( 7.2 x 106 + 106.2 Y )
1.1 x 7.2. x 106 7.92 x 106
Y =350 - (1.1 x 106.2) 233.18
Y = 33,965 kg-U atau sekitar : 34 ton-U
Sehingga t i t i k impas biaya produksi langsung terhadap pen-
dapatan dari penjualan EB : 34 ton-U/tahun ( 17% kapas i tar.)
Cat at an : Biaya produksi langsung didefinisi kan sebagai :Total biaya produksi - (depresi asi + dekomi si on ing)
211
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPBSN-BATAN. Jakarta lfi-19Maret 1996
L anipiran 9.
PABRIK ELEMEN BAKAR UNTUK PLTN, KAPASITAS 200 TON PER TAHUN
PERHITUNGAN "FIXED CAPITAL INVESTMENT (FCI)" DENGAN
MEN6UBAH-PILIH "BREAK EVENT POINT".
I. MAKSUD.
Menghitung-balik besaran FCI dengan menetapkan nilai 8EP.
II. TUJUAN.
Mengetahui harga besaran FCI dan jauh-simpangannya terhadap
harga FCI yang diunjukkan oleh NEWJEC (US$ 44x10 6), dengan
menetapkan nilai BEP yang masih dapat diterima (acceptable).
III.ALASAN.
Untuk pabrik elemen bakar reaktor daya jenis PWR, NEWJEC meng-
unjukkan suatu kapasitas yang setara dengan re-loading PLTN
sebesar 7000 MWe yaitu 200 ton-U per tahun; dan menetapkan
"Fixed Capital Investment" sebesar : US$ 44x106. Harga FCI
tersebut sangat mungkin berubah-cukup-jauh atau menjadi lebih
besar, yang saiah satunya karena tergantung pada besarnya
ruang-1ingkup infrastruktur yang harus dibangun termasuk puia
ganti-rugi atas luas tanah yang perlu dibebaskan.
IV. BATASAN.
1. Harga jual rakitan EB ditentukan : US$ 350/kg-U.
2. Terkecuali untuk FCI dan parameter yang merupakan persen-
tasi dari FCI; semua parameter yang lain dipiiih sama de-
ngan "DATA BIAYA FASILITAS FABRIKASI EB PLTN" yang tercan-
tum pada lampiran 3 dan "PERINCIAN DAN PERHITUNGAN PE-
NGELUARAN PER TAHUN" yang tercantum pada 1 ampiran 4
untuk butir : biaya depresiasi dan biaya dekomisioning.
3. Di pi 1 i h BEP yang acceptable : 40%; 50%; 60% dan 70%.
V. PERHITUNGAN.
Misal FCI = Z x US$ 10 6.
a. Harga jual rakitan EB : 2 x 35 x BEP x US$ 106.
b1. Biaya produksi yang tetap :
{(4.1 + 0.5 + (1.15 Z)(0.05)} US$ 106
b2. Biaya produksi yang tergantung berat U yang diolah :
BEP x 2 x (60 + 14 + 2.2 + 30) US$ 10b
212
Providing Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NttklirPE8N-BATAN, Jakarta .'.?•-! 9 Kfaret 1996
.anipi ran 9 ( lanjutan).
b3. Biaya Ia in- Ia in dan overheads :
0.1 (bi + b2)b4. Biaya produksi tak-1angsung yaitu depresiasi dan dekomisi
on ing :
0.K1.1) 2 0 0.1(1.1 20-1 )x o.i x 1 - 1 5 z j us$ 10
6
(1.1)20 - 1 (1.1)20
= {0.117 Z + 0.0098 Z}
= 0.1268 Z
Sehingga berlaku persamaan :
a = b1 + b2 + b3 + b4
a = 1.1 b1 + 1.1 b3 + b4
Semua suku dibagi dengan US$ 106. persamaan menjadi :
70 BEP = 1.1 (4.6 + 0.0575 Z) + BEP X 0.22 (106.2) + (0.1268 Z)
= 5.06 + 0.06325 Z + 23.364 BEP + 0.1268 Z
(70-23.364) BEP = 5.06 + 0.19005 Z
46.636 BEP - 5.06maka, Z =
0.19005
1. Bila BEP = 40 % atau 0.4 > FCI = US$ 71.53 x 106
2. Bila BEP = 50 % atau 0.5 > FCI = US$ 96.07 x 106
3. Bila BEP = 60 % atau 0.6 > FCI = US$ 120.61 x 106
4. Bila BEP = 70 % atau 0.7 > FCI = US$ 145.15 x 106
Cat at an : Menurut NEWJEC, > FCI = US$ 44.0 x 106
213
Providing rresentasi llmiah Daur iiahan Bakar NuklirPERN-BATAN, Jakarta 18-)9Maret 1996
Lamplran 10.
PABRIK ELEMEN BAKAR UNTUK PLTN, KAPASITAS 200 TON PER TAHUN
RANGKUMAN DAN PENETAPAN NILAI BIAYA FABRIKASI EB
DAN BEP-TERHITUNG, (nilai tahun 1992)
I. NILAI "FIXED CAPITAL INVESTMENT"{FCl) :
A. FCI dari data NEWJEC : a US$ 44 x 106 diasumsikan hanya
untuk peralatan ex-impor {main equipment).
B. Nilai peralatan untuk sistem pendukung, dengan asumsi sama
dengan harga kontrak M 8. E EFEI , : US$ 14 x 106
C. Nilai bangunan, dengan asumsi luasnya dua kali gedung EFEI
harganya : US$ 10 x 10 6.
Nilai FCI total untuk pabrik EB yang diusulkan : US$ 68 x 10 6
II. NILAI SATUAN UNTUK BIAYA OPERASI DAN PERAWATAN.
A. Dengan pertimbangan harga EB bukan-U, khususnya Zirkaloy
adalah relatif mahal serta pengadaannya diperkirakan perlu
waktu lama, maka dipilih persentasi untuk working capital
sebesar : 30% FCI.
B. Nilai satuan untuk bahan EB bukan-U :
Dipakai sebagai referensi, EB tipe MITSUBISHI 17 x 17,
yang mempunyai perbandingan bahan EB-bukan-U : U = 1 : 3 :
- Kelongsong, zirkaloy : 0.1 kg/kg-U
Harga zirkaloy pengadaan EFEI th. 1992 : US$ 800/kg-Zr
Nilai satuan kelongsong dalam EB : US$ 80/kg-U
- Bahan EB bukan-U&Zr dalam berkas : 0.23 kg/kg-U
Asumsi nilai satuan bahan EB bukan-U&Zr : US$ 20/kg-U
Nilai satuan bahan EB bukan-U diusulkan : US$ 100/kg-U
C. Gaji pegawai ( labor) diusulkan : US$ 4.1 x 106/tahun
D. Nilai satuan dan besaran biaya produksi yang lain diusul-
kan sama dengan data dari NEWJEC.
III. "DISCOUNT RATE", UMUR PABRIK, DEPRESIASI DAN DEKOMISIONING.
A. Umur pabrik yang diusulkan : 20 tahun
B. Biaya dekomisioning yang diusulkan adalah 10% dari CI di-
ukur nilai sekarang.
C. Diusulkan cara sederhana untuk menghitung biaya depresia-
214
f'rmiding Pesentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Latnpiran ,to (lanjutan)
si dan dekomisioning yang dikumpulkan setiap tahun, yaltu
niiai sekarang (FCI, blaya dekomistoning) dibagi dengan
umur pabrik, lalu ditambah dengan bunga tetap dari n11a1
"interest rate" = 10%. Interest rate ini sama seperti
yang diusuikan NEWJEC.
IV. RANGKUMAN NILAI BIAYA FAS1L1TAS FABHIKASI EB-PLTN YANG 01-
USULKAN, SERTA N1LA1 YANQ DIUNJUKKAN NEWJEC.
I T E M
KapasUas Nominal
Umur PabMk
CAPITAL
INVESTMENT
Fixed
Working
Biaya dekomisioning
BIAYA
OPERAS I
DAN
PERAWATAN
Qaj1 pegawai
Bahan
Perawatangedung & alat
Bahan-bahan
habis pakal
Pengurusan11mbah
PengangkutanEB
Biaya Ia1n-lain dan"overheads"
B E P • )
e A T 11 A W
ton-U/t ahun
t ahun
US$ x 106
% dari Fixed
% dari Cap.Inv
US$ x 106/th
US$ / kg-U
% dar 1 Cap.Inv
US$ x 106
US$ / kg-U
US$ / kg-U
US$ / kg-U
% dari 0 & P
% kapas 1\asnomi nai
D A T
diusuikan
200
20
68
30.
10
4.1
100
5
0.5
14
2.2
30
10
56.7(terhtg)
A
NEWJEC
200
20
44 ®)
15
10
13.9
60
5
0.5
14 ®)
2.2
30
10
50 -grafts
55.6 -terhtg
i) : Pembulatan. .* ) : dengan harga jual EB : US$ 350/kg-U.
215
Lampiran XI
Nilai tahun 1992.TABEL 5 CASH FLOW TAHUNAN (nilai uang tetap)
Harga iuaT EB th.92 = USS 3S0/kq-U
Interest rate :ft"
tsuiasi
T '
" S
A
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
202!
2022
! 2023
2024
2025
2026
2027
2028
2023
2030
2031
2032
1 faktor
(£=3.5S)
A1
1.3231.9302.0592.1332.2062.2852.3532.4462.5332.6212.7132.3082.9063.0083.1133.2213.3343.4523.5713.6983.3273.359
10*(10$!3.51
i i; Pijak : 201= i; fCI
He fold
UnitPITH
8
4354648685a78686858777
ton-U/talwn
C
81.2 '60.3«
101.5 •81.2
121.381.2
162.4121.8162.4101.5162.4142.1162.4121.8162.4121.8152.4101.5162.4142.1142.1142.1142.1
2699.9/20«!
: USt 68 x 10 ;: 30J FCI. ';
Catital Invests.
fixed
ny io°
1
130.764
UUS$ 10»
2
39.229+10.431)
iC! = 159.993
Gij i Pegnaift shaft
Harga
tow;Vark (lit
xtlS) 106
1'O.OOO
78.066
EB buks/H
EB
Biaya
Operas) (
Perawta»
X US*'105
'4
0.000
41.579
55.228
«.56172.27561.29177.41953.36232.38978.03338.83575.31335.20930.684
.101.99176.353
109.232102.952106.398110.132114.025
1633.428
: U S ( 4 . I X 1OS
• us» 100/kO-U
: USt 350A9-U
Siayalltrt) Ita me «overheatx USI106
.5
0.0004.1535.5234. « 67.2276.1297J425.2368,2997.8098.8897.5323.52!8.058
10.1997.655
10.52310.28510.64011.01811.403'
163.342'
8iayaftllftOl
15110»
• 6
0.0003.9235.6176.0324.9027.3506.7428.5165.4203.1238.5909.7773.225
10.4738.875
11.2198.454
12.0151ll31411.70412.12012.543
184.65
; 3iaya dekoeisioninj :dan sesarm lain sau
Oepresiasi
x t K j 105
7
0.0000.000
15.36115.36115.36115.36115.35115.36115.36115.36115.36115.36115.36115.36115.35115.36115.36115.36115.26115.35115.35115.351
307.220
D»ko«i-•
X USJ 106
a
0.0000.0000.5380.5380.5830.5880.5880.5880.5880.5830.5380.5330.5830.5880.5330.5880.58810.5380.5330.588'0.5380.538
11.760
IK r (frder<93R a i t i iiri NBJEC.
PMlUilffl3
X !5J 105
0.0000.000
53.51750.33062.595
129.879100.735•25.02125.355
149.978134.331153.607123.333170.975132.707183.082118.440135.212177.504133.320190.336136.901
2730.348
tantur.ganVntnrJtOtOi
x us io6
10
O.OOO
- 49.660
- 23.300
f 19.332
- 37.657
+ 38.550
- 7.117
f 50.368
- 23.672
* 38.598
• 12.617
* 51.030
- 5.081
+• 55.801
- 4.307
» 71.375
- 25.118
t 55.110
t 33.303
+ 35.067• 36.839
t 1U.4O9
489.948
PajakM a
x OSJ 105
11
0.000
0.000
0.000
3.976
0.000
7.712
0.000
10.074
0.000
7.300
2.523
10.205
O.OOO
11.160
0.000
U.2750.000
11.0225.6617.0137.353
33.632
133.472
Keuntungan
x USJ 1C5
12
0.000- 49.660- 23.300• 15.906- 37.657* 30.848- 7.117v 40.234- 23.672t 31.198t 10.094t 40.824- 5.081(• 44.641- 4.307t 57.10!- 26.118t «.088+ 26.542t- 23.054
» + 107.538t 134.727
434.543
'Cish Flot'
x uy ic5
13
0.000- 49.560- 3.439* 31.257- 22.296* 46.209t 8 .2«t 55.£55
3.311• 46.559* 25.455r 55.185• 10.280> 50.002• 11.054t 72.452- 10.757t 53.443• 42.003v 43.415t 122.839+ 150.038
741.753
Discountfactor
IfclOX)
14
1.0000.9090.3260.7510.6330.62!0.5550.5130.4560.4240.3350.3S!0.3130.2900.263-0.2390.2180.1980.1300.1640.1490.135
Xilai
Untun;. - j
US?10°
15
i
O.OOO- 4 5 . 1 4 1- 19.659• 11.946- 25.720t 19.157- 4.021• 20.671- 11.031t 13.228• 3.336• 14.330- 1.62!• 12.945- 1.132* 13.647- 5.693• 8.729» 4.735<• 4.601
> 16.023i 18.188
48.129
UscoaRtei
Cash f loi
x US* 10'
16
0.000-45.141- 6.971t 23.482- 15.228t 23.595• 4.658t 28.551- 3.873f 19.741
t 9.800* 19.721f 3.279t 17.401• 2.907t 17.313- 2.346* 11.771* 7.560+ 7.120• 18.312t 20.262
167.020
Total. •
XL« I06
17
0.00045.14154.82041.37957.64646.80551.92537.30245.52240.29340.95032.51236.05223.775
. 31.84022.8SS23.03724.78023.10321.7981
8.853J1.694
722.130
Penjua!-
an u .
xUSJ to'
18
O.COO
0.000
48.335
68.289
42.821
80.6:5
56.315
71.323
41.333
63.531
51.345
56.022
39.513
43.533
34.302
43.757
25.328
31.£50
31.3?!!
36.S 53
2a.360
26.532
931.337
2 5
5 to
l
Bila d = i, maka BCR = Z(16)/CI = 167.020/169.993 = 0.93 > BCR = 0.983dan ROI = [{I12/CI}/2O] x 1OOX = {434.543/(20 X 169.993)} x 100% = 12.78X > ROI = 12.78 S
Lampiran 12.
N i l a i t a h u n 1 9 9 2 .
InterestDiscountEsualasi
riterate
101
m2.51
- j ;
-t;- e;
PajakFCiK
201USt 68 i I01
30J FCI.
TABEL 6 CASH FLOW TAHUNAN ( m l a i uang t e t a p )H a r g a i u a l EB t h . 9 2 = USS 3 5 0 / k g - U
Gaji Ptsa»ai : US* 4.1 x 106;Banan EB Dukan-U: US» 100AH ;Harga EB : USt 3 5 0 / k H
Biaya dekoiisioning : IOJ i (FCWC), dianggap dikuopulkan akhir uiurdan otsaran lain sasa oengan data dari KEWEC.
TinunFaktor
Kskalasi
20112012201320H20! 520162017201820192020202120222023202420252026202?2028
5P50
A'
1.9231.S902.0592.1332.2062.2852.3532.4452.5332.6212.7132.3082.9053.0083.1133.2213.3343.4522.571
Heioid
limitiPlTK
ton-U/tahun
iCaiital Invests.
Fixed.IUSJ
B I C
60.9101.5 '81.2
121.381.2
162.4121.8162.4101.5162.4142.1162.4121.8162.4121.8162.4101.5162.4
142.1
133.754
6US* TO6
39.229'4-10.431)
Hicorsr;•tork.Ci,i
xUSS 101
3
O.I
äiaya j Biaya1ain2 t
|Peraia»n|ovemudii US$100'
i 1in
x USJ 1 0 '
4
259S.9/20th| CI = 169.993
73.0S6
0.41.57955.22844.56172.27561.29177.41958.36232.93978.03388.88575.31995.20980.684:
101.99175.&53I
109.232!
114.025
5
Q.4.1585.5234.4557.2275.1237.7425.8368.2397.8093.3897.5329.521:8.068
10.1997.685
10.3221'
Biaya JOepresiisiBunja '
6
0.0003.9235.6176.0824.9027.9506.7428.5165.4209.1293.5909.7778.23510.4738.875!11.21918.4541
i US» 10'
Ockost-sioning
i USJ 106
IPenjualui
i USJ 10°
1633.423
11.403 12.12012.543!
163.342 184.55
0.00015.36115.36115.35;15.35115.36115.36115.36115.36115.36115.36115.36115.36115.36115.361 i:5.26!
.25115.35115.361
0.0.0000.5880.5380.5380.5380.533,0.5330.5830.5880.5330.5830.58310.53310.58310.583!
9
Keuntunjankotor
USJ 10 5
20S
i USJ IO!
10
o.oooj0.000'
53.51790.93062.695
129.879100.735139.03139.935
143.973134.531159.607123.833170.315132.707183.322!
0.00049.66023.80019.83237.65738.5507.117
50.36823.57238.29812.61751.0305.Q31
55.3014.207
71.375
11
0.5380.533
=i. :n.:04j <•133.3201 t190.226196.301
307.2201 11.760| 2790.348| 489.948
35.057• 35.329t 168.409
0.0.0000.0003.9760.0007.7120.000
10.0740.0007.8002.523
10.2050.000
11.160!0.000:
14.275!
t-
5.6617.0137.368
33.632
ICeuntungantisrsih
i US$ 105
12
133.472
0.00049.56022.80015.90537.65730.8487.117
40.29423.67231.19810.09440.8245.081
44.5414.207:
2E.:4223.054
•« t 107.538<r 134.727
'tosh Hoi'
i USJ 10°
DiscountFactor
d=9.3J
Kilai discounted
Udtung{Cash FloibersihUSJ10' \i USJ 10'
Totalbiaya
x'JS» 106
13
434.543
0.00049.6503.42931.26722.29545.2033.24455.c55
8.31145.559!25.455!56.135!
14 [ IS
1.0000.9100.3280.7530.6850.6240.5680.5160.4700.4230.2890.354
10.230i 0.32260.002 0.29311.054 C.257
0.000- 45.186'.- 19.706
11.977- 25.79519.249
- 4.042t 20.792
- 11.12513.3533.92714.452,
- 1.5351t 13.0801
16
0.000- 45.186- 6.S87t 22.555- 15.234i- 23.823t 4.579t 28.742
- 3.305* 15.908• 9.904t 13.391t 2.311t 17.537J
17
0.00045.18654.95341.43957.31547.02852.20137.52045.92340.67341.37522.79025.391'
|Penjua!-|an EB. j
ixUSJ 10 ä !
IS
0.0000.000
48.45268.47042.94581.04457.21771.74042.23364.19!52.438:5:.501j39.550)0I"?
. . . . . . j .<.
42.00343.415
122.333150.033
741.758,
'.IV.0.1330.1560.1510.138
3.2:2! r 11.3451 2:.!5ä4.3754.65716.23818.532
49.517
- 7.5797.222
18.60320.673
169.318
23.43822.0528.9821.721
" -iili.'-i\39.433j32.50»'30.53!2S.74127.172
727.8501 539.810
öl
IIä ~*a to
ilII
B i l a : Z16 = CAPITAL INVESTMENT ( C l ) , maka IRR = discount r a t e . IRR = 9 .9
30 Lampiran 13
Nilai tahun 1992.TABEL 7 CASH FLOW TAHUNAN (nilai uang tetap)
Harga iual EB th.92 a US$ 37Q/kg-U
Interest ratsOiscoun•Iskaiis
Tahan
A
2011
2012
2012
2014
2 0 ! :
201S
2017
2018
2013
2020
2021
2022
2023
2024
202:
2026
2027
2028
2023
2030
2031
2332
t rat *I rdl;I
Faktr
rtSkJIli
|(ssj.:r
A'
1.223
t.SSC
2.0::2.1332.2C:2.2s:2.3:-l.iii
2.E2!2.712
2.S552.30:3.0;:
a.i'ii3.2213.3313.1:23.5';3.5:33.S27
3.2:5
1CIf (ft* :
2.5X
= i ; Pajak : 20S
/Mori
lei-.:
irlili
8
35
ii
; t
3
3j
3735a635a7]
77
ItoiHJ/tatiunj
C
50.3«101.5 •81.2
121.8
81.2162.4
121.8152.4101.5162.4142.1162.«121.8162.4121.3162.4101.5162.4142.1
1*2.1U2.1142.1
2533.9/20«
• US1 58 I 10 '. Ji« 00 k Iv
: 3QJ FCI.
Capita! Invests.
FixedUSJ 10°
UUS$105
' 1'130.714 39.229
f10.431)
C! - 169.993
Gaji egnaiitahan £8 huksrH
feeorem Biaya
!xUSS 10 3
Peraiatan
:USJ4 I 10*: USt 100/kj-U: USt IJO/kiHI
BiayaIain2 I
lovernsa!x USJ JO*lx USJ10"
' 1'0.000
78.055
0.00041.37955.22844.5672.27561.29177.41958.36282.99978.09338.88675.31995.20930.684
101.99175.853
109.232102.352105.338110.182114.025
1633.428
5
0.0004.1585.5234.4567.2276.1297.7425.8363.2297.8099.8897.5329.521
iBiaya
Bunga
10°
1'0.0003.9235.5176.0824.3027.9506.7428.516
6.4209.1298.5909.7778.285
8.058110.47310.1997.685
10.32310.28510.640
11.01811.403
153.342
8.37511.2198.454
12.01611.31411.704
12.1202.543
84.65
; Biaya oskoaisioning
ia b'saran lain saca
iOepresiasi
xUSJIO5
Oekoai-
I USJ 10°
' 1 •1 0.000
0.00015.36115.36115.35115.36115.35115.36115.36115.35115.35115.351
15.36115.35115.36!
15.36115.35115.35115.36115.36115.36115.351
307.220
0.2000.0000.5880.588C.5330.583
' 0.5880.5880.5880.5889.5880.5880.533
0.588C.5880.5380.5830.5830.5880.5880.5830.588
11.760
10S i (FCIrtCl, dianggap dikuipdenqan data dan HHJEC.
Penjuaian01u
xOS$ 106
3
0.0000.000
51.36136.12665.277
137.301106.491
145.27535.127
158.543142.641158.727130.963180.74514C.29I193.544
125.203207.424187.752194.430201.212208.153
2949.796
Seuntungar
KUIUI
i USJ I05
10
0.000
- 43.660- 20.455• 25.078- 34.075• 45.33- 1.351• 58.312- 18.530* 4T.557
• 20.327* 80.150• 1.337
t- 55.570t 3.276• 31.837
- 19.350f 66.321+ 43.451• 45.575• 47.715• 179.650
649.387
Pajak
>x USJ 10'
11
0.0000.000
o.ooo5.0160.0009.195
0.00011.6620.0009.5134.065
12.030
0.393• 13.114
o.ess16.3670.000
13.264
8.6902.1153.543
35.932
158.561
ft) VIA i t hi f |
Keuatungjo
ttCI i HI
xUSt 105
12
0.000- 49.660- 20.456i 20.062- 34.075* 36.785- 1.351t 46.650- 18.530<r 38.054
t- 16.262+ 48.120• 1.598* 52.456• 2.621* 65.470- 19.350* 53.057• 34.761• 35.451
« f 116.238• 143.728
568.891
'ash Plot'
I USt 10°
13
0.000- 43.650- 5.095t 35.423- 18.714
• 52.1«i 14.000• 62.011- 3.159t 53.415t 31.523* 53.481
. * 16.359t 67.317
'• 17.982t 80.8311- 3.3»9|* 63.4181* 50.122* 51.522!t 131.533*• 152.035
376.11!
Discount>>"Tftf
IfclOJ)
14
1.0000.3090.8250.7510.6830.5210.5550.5130.4560.4240.2850.3510.2190.2900.2630.2390.2180.1980.1800.1640.1490.135
Kiln
Untufi!
vCI i IIUS?10'
1«0.000
- 45.14
- 16.83* 15.05- 23.273t 22.843- 0.763
t 23.331- 8.635t 16.135t 6.26!• 16.830t 0.510* 15.212
Q.6S915.6474.218
10.5056.2575.980
17.31319.403
93.716
Uscountii
Cash f i o i
X US$ 105
16
0.00- 45.14
- 4.208• 26.603- 12.78f 32.283* 7.310• 31.812- 1.477
• 22.648+ 12.175
• 22.282t 5.410*• 19.567
+ 4.729* 19.31»- 0.870• 13.547
* 9.022+ 8.433t 19.603t 21,477
212.614
Total
IxUSS I 0 5
17
O.OOO45.141
54.52041.3795T.6««5.30551.22537.302
45.53240.2=340.95032.51225.05223.775
31.64022.33523.03724.78023.10321.7958.5531.694
lit 130
Penjuai-
an Q.
|xUS$ 10'
18
0.0000.000
51.05772.131
(5.25785.25460.1577S.-9544.32567.22454.917
59.22341.77752.4153i.8S:46.25727.255
41.07033.75531.855
25.381!28.101
984.551
Bila maka BCR = I(16)/CI = 212.614/169.993 = 1.251 > 8CR = 1.251dan ROI = [{212/CIJ/20] X 10OX = (1/20 )x(568.891/1 69.993)x100X = 16.733 % > ROI
SI
16.733 %
Lampiran 14
Ni la i tahun 1992.TABÉL 8 CASH FLOW TAHUNAN ( n i l a i . uang tetap)
Harqa i u a l £B t h . 9 2 = US$ 370/kg-U
InteresDiscounEskalas
Tahun
A
20102011201220132014201520162017201820192020202120222023202420252026202720282029203020312032
t rate :t rate :
:
faktorBkalasi
ie:3.5I)
A1
1.9231.3902.0592.1332.2062.2852.3532.4462.5332.5212.7132.8082.9063.0083.1133.2213.2343.4523.5713.6333.8273.559
1(8
m3.5:
n
UnitPUN
B
4354548685873686858;777
: i ; Paja= d; FCI= t; W
tlOli
ton-U/tatnm
C
8 1 . 2 '60.9 '
101.5 '31.2
121.881.2
162.4121.8162.4101.5162.4142.1162.4121.8162.4121.8162.4101.5162.4142.1142.1142.1142.1
2693.9/20tn
k : 205 ;: US» 68 i 10' ;: 30J FCI. ;
Capital Inrests.
FixejUS» 10'
1
130.764
Y.Cus» to6
2
39.229•10.431)
Cl = 16J.393
Gaji PeganiBihanHim
\Hecoyerym.up
XUS» 106
3
0.000
73.066
ESbtikan-U
aBiaya
Operasi IPerawatanx U S < #
4
0.00041.57955.22844.55172.27561.29177.41958.36282.98918.09338.88675.31955.20980.584
101.99176.SU
109.232102.852106.398110.182114.025
1633.428
: U S » 4 . I x I05
: US» 100/kg-U: US 370/trU
Biaya1ain2 toverheatx US»10'
5
0.0004.1585.5234.4567.2275.1297.7425.8368.2397.8038.8897.5329.5218.058
10.1997.6S5
10.32310.28510.64011.01811.403
163.342i
Biaya8ungauss10'
6
0.0003.9235.6176.0824.9027.9506.7428.5166.4209.1293.5909.7778.285
10.4738.8751.2198.4542.0161.3141.7042.1202.543
84.65
' Biaya dekoiisiomng:dan besaran lain sata
IDepresiasi
x US» 106
7
0.0000.000
15.36115.35115.36115.36115.26115.2S115.26115.36115.36115.36115.36115.351
•15.36115.36115.36115.36115.36115.36115.26115.361
307.2201
Oekoai-sioning
i US» 1C6
3
0.0000.0000.5830.5530.558
• 0.5330.5380.5E30.5530.5380.5380.5830.5380.5830.5520.523O.:22,0.5830.-330.5880.553Q.58S
11.750
101 x (FCIflC), dianggap fikuipulkan akhir utur pabrik;dengan data dar i HEVJEC.
PenjuaianS.
x US» 105
9
0.0000.000
61.35195.12566.277
137.301106.491146.37555.127
158.548142.641168.727130.953180.745140.291193.544125.208207.424187.752194.430201.212208.153
2949.796
Keuntungankotor
x US» 106
10
0.000- 49.650- 20.456* 25.078- 34.075+ 45.981- 1.361• 58.312- 18.530t 47.567t 20.327• 60.150t 1.S97• 65.570<• 3.276• 81.837- 19.250f 66.221• 43.451• 45.576• 47.716• 179.660
649.387
Pajak2 0 : . .
x USS 10'
ii
0.0000.0000.0005.0160.0009.196o.ooo
11.5520.0005.5134.065
12.0300.299
13.1140.555
15.3670.000
13.2643.6909.1155.543
35.932
158.561
Keuntunganbsrsih
x US» 106
12
O.OOO- 49.550- 20.456• 20.052- 34.075• 35.785- 1.351f 46.650- 18.530• 38.054• 16.262• 48.120t 1.593t 52.456• 2.621t 65.470- 19.350• 53.057• 34.751• 36.461
« • 116.238• 143.728
568.89)
'Cisti Flöt'
i US» 106
13
0.000- 49.660- 5.095* 35.423- 18.714• 52.145t 14.000• 62.011
3.169t 53.415• 31.623* 62.481• 15.959i 67.817• 17.382• 30.831- 3.389• 68.418* 50.122• 51.822• 131.599• 159.089
876.111
Discountfactor
feli.B
14
1.0000.S9450.30000.71560.6401C.57250.51210.45800.40970.25550.32780.23220.25220.23460.20980.15770.15730.15010.13430.12010.10740.0961
Hilai tisamtcd
UntungtersihUSf10'
15
0.000- 44.421- 16.255• 14.256- 21.811• 21.050- 0.697t 21.368- 7.592• 13.945* 5.230• 14.108* 0.413• 12.304• 0.550• 12.285- 2.248• 7.S56i 4.558• 4.380• 12.439• 13.812
54.907
Cash Flo*
x USMO6
16
0.000- U.421- 4.076t 25.349- 11.978t 29.855• 7.169• 28.404- 1.298• 13.574t 10.355• 18.612t 4.447• 15.907• 3.773t 15.169- 0.670• 10.272• 6.731• 6.225• 14.139f 15.288
168.836
Iota)giaya
xUSS 10'
17
0.00044.42153.09439.42954.02343.15147.06322.20540.03134.82534.86427.15729.63723.274
• 25.40017.55921.58318.79017.22615.9646.3911.206
628.313
Penjual-an B.
xUS» 106
13
0.0000.000
49.48968.78842.42278.60754.53357.32138.37358.10146.75549.46S34.34442.29629.43336.32121.016!31.14225.21322.35421.61820.004
839.233
II
I!
i!Il
Bila : Z16 = CAPITAL INVESTMENT (Cl), maka IRR = discount rate. -> IRR = 11.8 %
Providing Presentasi llmiah Dour Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta IS-l9Maret 1996
Lamplran 15
TABEL 9 : DATA BIAYA FASILITAS FABRIKASI EB
(cHsadur dari laporan NEWJEC, dok.INPB-D-005)
Kapasitas operasi
Bahan masukan
Hasil keluaran
150 ton / tahun
UF6
berkas EB tipe PWfl
tahun 1992,
I T E M
Kapasitas Nominal
Umur Pabrik
CAPITAL
INVESTMENT
Fi xed
Working
Biaya dekomisioning
BIAYA
OPERASI
DAN
PERAWATAN
Gaji pegawai
Bahan
Perawat angedung & alat
Bahan-bahan
habis pakai
Pengurusan1imbah
Pengangkut anEB
Biaya Iain-lain dan"overheads"
S A T U A N
ton-U/t ahun
t ahun
US$ x 106
% dari Fixed
% dari Cap.Inv
US$ x 106/th
US$ / kg-U
% dari Cap.Inv
US$ x 106
US$ / kg-U
US$ / kg-U
US$ / kg-U
% dari 0 & P
D A T A
200
20
43.9
15
10
13.9
50
5
0.5
13.9
2.2
30
10
CATATAN
= chmc plant
= NPP
+ 20* trnprt
Japaneseexperience
220
ISSN 1410-199% Prosiding Presentasi Umiah DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakrta 18-19Maret 1996
TEKNOLOGIANALISIS U DAN Ce DARI CUPLIKAN HASIL VITRIFIKASILARUTANELEMEN BAKAR BEKAS SECARA ICP-AES
srriAMiNiPusat Elemen Bakar Nuklir ID0100073
ABSTRAK
TEKNOLOGI ANALISIS U DAN Ce DARI CUPLIKAN HASIL VITRIFIKASI LARUTAN ELEMENBAKAR BEKAS SECARA ICP-AES. Pengkajian teriiadap teknologi vitrifikasi sisa pelanitan bahan bakar bekas telahdilakukan di PNC-Tokai Works Jepang tenitama segi analisis unsur-unsumya. Teknik analisis unsur-unsur dalam cuuplikanhasil vitrifikasi yang telah mantap diantaranya adalah cara ICP-AES. Pada penelitian 4 jenis cuuplikan yang mengandunguranium ternyata diketahui bahwa penyimpangan hasil analisis sangat tinggi, tidak sesuai dengan acuan standar dan tinjauanaspek garis spektra emisi yang mungkin dihasilkan dari unsur-unsur yang terdapat dalam campuran cuuplikan. Suatu halbaru ditemukan bahwa spektra emisi U yang mempunyai X=385,958 nm dapat mempengaruhi intensitas spektra emisi Ceyang mempunyai X=413,765 nm. Beberapa aspek yang dipelajari dari segi teknologi analisis dengan ICP-AES masih belumdikembangkan untuk menampilkan hasil akurat.
ABSTRACT
ANALYSIS TECHNOLOGY FOR DETERMINA TION OF U AND Ce IN THE VITRIFIED SAMPLES OFTHE SPENT FUEL BY ICP-AES. The assessment of vitrification technology from the waste of spent fuel solutionhas been performed at the PNC-Tokai Works, Japan particularly for those of the elemental analyses. One of theestablished elemental analysis technique was ICP-AES. The research was conducted to the four of vitrified samplesconsisted of uranium. The result revealed very high deviation of analysis and it was not in agreement with the standardreference and theoretical point of view related to the emission spectral lines aspect of possibly individual elements in thesamples. It was found that the emission spectral lines of U which is X=385,958 nm gives affects to the intensity of thespectral lines of Ce which is X=413,765 nm. Some aspects of analysis technology based on ICP-AES have not beenimproved yet to show the accurate result.
PENDAHULUAN
Limbah dari hasii olah ulang bahan bakarmerupakan limbah Trans Uranium (TRU) yang diPower Reactor and Nuclear Fuel DevelopmentCorperation (PNC) pengolahannya dilakukandengan cara vitrifikasi sehingga menjadi suatupadatan keramik yang pada akhirnya akandisiinpan di suatu tempat dengan kedalaman ±100 m. Difusi ion-ion dari/ke dalam tanahmelalui aliran air sangat perlu diteliti. Olehkarenanya untuk menunjang penelitian tersebut,teknologi analisis terhadap ion-ion utama sepertiU serta hasil fisi (yang mempunyai waktu paruhlama) yang terkandung di dalam cuuplikan hasilvitrifikasi perlu dimantapkan untuk memperolehdata dan kesimpulan yang akurat. Selanjutnyadata-data kinetika difusi akan memberikanasupan terhadap teknologi proses vitrifikasi.
Tujuan dari penelitian ini adalah untukmengetahui teknik analisis unsur, terutama U danCe secara tepat dan cepat dengan menggunakanalat Inductively Coupled Plasma AtomicEmmission Spectrometer (ICP-AES) dan untuk
mengkaji penerapan ICP-AES pada analisisteknologi vitrifikasi limbah uranium.
Berawal dari praduga bahwa garis-garisemisi yang dihasilkan atom-atom netral padatemperatur tinggi (melalui absorbsi energiplasma) adalah sangat spesifik dan dapatdiidentifikasi, pengukuran intensitas emisi suatuunsur dalam campurannya dengan unsur-unsurlain dapat dilakukan dengan tepat. Caraspektrometri emisi tersebut menggunakan sistimdeteksi optik, sehingga cara itu sekaligusmemisahkan spektrum emisi atom-atom danmenganalisa unsur-unsur dari campurannya ' .Jika ditentukan batas kepercayaan hasil analisispada interval 99%, dan ketelitian alat pada variasi2,5a, maka evaluasi hasil analisis harusmemenuhi hipotesa nol berdasarkan nilai standarkalibrasi. Teknik analisis dengan ICP-AES telahterbukti merupakan cara yang paling tepat danteliti jika dibandingkan dengan cara serapanatom;2-3-'
Sasaran penelitian ini adalah perolehaninformasi hasil analisis U dan Ce dengan cara
221
ICP-AES yang akurat dan tepat pada bataskepercayaan 99%.
Tinjauan teoritis analisis U ataupun Ceditnana intensitas tertinggi dari spektra emisiatom U yaitu pada ^=385,958 nm sedangkan dariCe adalah pada X=413,765 nm, dan denganmengingat terjadinya kesalahan eksperimental padapenggunaan alat instrumen tersebut adalah kecil(dapat diabaikan), maka hasil analisis akan diujiapakah memenuhi persyaratan 'VAM' (ValidAnalytical Measurement) atau tidak5.
PERCOBAAN
Bahan yang digunakan dalam percobaan iniadalah:
Vitrified samples, larutan standar(CRM) U dan Ce, larutan pereaksi.
Alat yang digunakan metiputi :Peralatan gelas untuk pelarutan dan
pengukuran volum yang presisi termasuk'appendorf pipet, ICP-AES 2000 merk Shimadzu
Cora kerja:Lebih kurang 0,5 g dari cuplikan yang
sudah ditimbang secara teliti dilarutkan dalamcampuran asam nitrat, perkhlorat, HC1 dan HF(1:1:2:1), kemudian dipanaskan. Setelah keringcuplikan itu ditambah HCI (1: 6) sampai larut,lalu diencerkan dengan air hingga volume tepat250 ml. Larutan yang akan dianalisis untuk Udiencerkan tepat 1:10 (v/v) dengan lanitan HNO3
1:1, sedangkan yang untuk analisis Ce langsungdigunakan tanpa pengenceran.
Alat ICPS dikalibrasi dengan larutanstandar campuran, kemudian tekanan/ aliran gasargon, power serta posisi panjang gelombangemisi dan intensitasnya diatur sesuai denganstandar, lalu distabilkan. Analisis menggunakankurva kalibrasi standar dengan larutan CRM 5,10, 20 ppm U dan 2, 5, 10 ppm Ce. Analisis Udiamati pada X.=385,958 nm sedangkan Ce padaX=413,765 nm.
Pengaruh gangguan spektra diamati dengancara melakukan analisis:• masing-masing unsur tunggal, kemudian
campurannya,• U dengan penambahan Ce (10 s/d 1000 ppm),• Ce dengan penambahan U (10 s/d 1000 ppm).• cuplikan dibuat duplikat, dengan pengulangan
pengukuran 10 kali.
Evaluasi data menggunakan uji statistik student-t danANOVA(AnalysisOfVariance).
HASIL DAN BAHASAN
1. Analisis U dan Ce dari lanitan standarCRM ( Certified Reference Materials ) dancuplikan hasil vitrifikasi
Kurva kalibrasi ditampilkan pada Gambar-1. Masing-masing unsur U maupun Ce tunggalmenunjukkan ketelitian yang memenuhipersyaratan 'VAM' (Valid Analytical Measure-ment) pada daerah penyimpangan 2,5a. Kete-patan hasil analisis keduanya baik dengan bataskepercayaan 99%.
Pengukuran Ce pada X = 413,380 nm yangsecara teoritis mempunyai 'batas pengukuranminimum' relatif lebih rendah daripada Ce padaX = 413,765 nm, juga pada penelitian iniditunjukkan bahwa sensitivitas alat pengukur Cepada X = 413,765 nm adalah lebih tinggi daripadasensitivitasnya pada X = 413,380 nm. Selanjutnyadiputuskan untuk melakukan pengukuran pada X= 413,765 nm.
Pada analisis campuran U dan Ce (Tabel 1)tampak jelas adanya penyimpangan yang sangattinggi khususnya pada analisis Ce. Hasil analisisU berbeda dari nilai standardnya, namun masihdalam batasan penyimpangan 2,5 a, dimana nilaiuji-t < t o.ot/1 ;io Gangguan atom U terhadap sistimpendeteksian spektra emisi Ce, ditinjau dari segiteknologi ICP-AES, dapat disebabkan olehbeberapa aspek, diantaranya adalah :1. Gangguan garis spektra yang berdckatan
sehingga tindak dapat dipisahkan oleh sistimdetektor yang mempunyai daya resolusitertentu.
2. Perubahan sensitivitas, yang juga dapatmengakibatkan perubahan nilai bataspengukuran minimum.
3. Kondisi yang berkaitan dengan sifat fisik dankimia unsur-unsur matrik.
4. Kurva garis spectra emisi U dan Ce ditam-pilkan pada Gambar 2, tampak tidak jelasadanya pengaruh gangguan spektra emisidari/kepada kedua unsur tersebut. Aspekperubahan sensitivitas jelas tampak terjadipada garis spektra Ce atas pengaruh unsur U.Adapun aspek kondisi teknis pada penelitianini dibuat konstan dan dapat diabaikan.
222
O 6 10 15 !
KonsentmsKppm)
U 5,0000 ppm : 5,1640 ± 0,0058Ce 413,380 5,0000 ppm : 4,9119 ± 0,0889Ce 413,765 5,0000 ppm : 4,9950 ± 0,0046
Gambar 1 . Kurva kalibrasi emisi unsur U dan Ce
».MO
to. MO
I.MO
1». oo«
t . O M
l.o»
1.000.
.100
1 . 1 •
1
[[-• - 1
Gambar 2. Spektrum emisi U dan Ce
Tabel 1. Hasil analisis U dan Ce dalam cuplikanyang divitrifikasi
No.Cuplikan
1.
4.
6.
8.
Dala Slandar (%)U
5,00
5,00
5,00
5,00
Ce
0,51
0,51
0,49
0,50
Pengukuran rerala (%)U
4.91 ±0,28
5,12±O,15
4,70 ±0,23
5,16 ±0,20
Ce
0,81 ±0,02
0,85 ±0,08
0,75 ±0,05
0,95 ± 0,11
2. Pengaruh Ce tcrhada» hasil analisis U
Gambar 3 menunjukkan hasil analisis Udengan adanya penambahan Ce. Hasil rerata däripengukuran tersebut adalah 5,108 ± 0,050.Terdapat penyimpangan yang tidak melebihibatas 2,5 a dimana nilai uji-t < t o,i;io. Haltersebut memberikan gambaran baliwa teknologianalisis U dengan ICP-AES adalah tepat danketelitiannya pun baik dengan batas kepercayaan
99%, sehingga ada peluang untuk memvalidasimetoda analisis U di laboratoriumRadiometalurgi-PEBN. Untuk proses penerapanvalidasi dan penyempurnaan metoda, diperlukaninter laboratory analysis dengan menggunakansejenis instrumen dan cuplikan yang sama.
200 400 600 800 1000
Konsentrasi Ce yang ditambahkan (ppm)
Nilai t = 1,07 < to,mo
Gambar 3. Pengaruh Ce terhadap hasil analisis Udengan ICP-AES
O 200 400 600 800 1000
Konsentrasi Uyang ditambahkan (ppm)
Gambar 4. Pengaruh U terhadap hasil analisis Cedengan ICP-AES
3. Pengaruh U terhadap analisis Ce
Hasil analisis Ce dengan dan tanpapengaruh penambahan U däri 10 hingga 1000ppm ditunjukkan pada Gambar 4. Tampak bahwapengaruh U mulai nyata jika konsentrasinyamelebihi 50 ppm. Hal itu berarti bahwa terdapatsuatu kondisi kritis dimana sensitivitas ålatdipengaruhi oleh emisi cahaya pada panjanggelombang tertentu (di sekitar 413,765 nm)sehingga ketelitian analisis pun berubah.
Jika ditinjau däri segi ketelitian analisisnya,cara tersebut baik 6 , yaitu dengan bataskepercayaan 99%, yang ditunjukkan pada Tabel-1. Namun demikian masalah ketepatan padateknik analisis Ce ini masih periu ditinjau lebihseksama lagi, karena adanya gangguan garisspektra U (Iihat Gambar 2) yang menimbulkanperubahan sensitivilas pada pendeteksian Ce.
223
Dari segi teoritis78 spektrum emisi ion-iondapat mempengaruhi sensitivitas analisis,diantaranya disebabkan oleh faktor-faktor berikut:1. Angka banding sensitivitas dari ion
pengggangu terhadap garis yang dianalisis2. Angka banding konsentrasi ion pengganggu
terhadap analit3. Jarak daerah panjang gelombang antara garis
pengganggu dengan yang di analisis4. Batas satuan garis spektra pada spetrometer
itu sendiri.
Alat ICP-MS yang pernah juga digunakanuntuk analisis Ce dalam campuran Eu, Mo, Gd,Ta, Pb dan dengan pengaruh matrik masing-masing Ba, Ru, Nd dan Zr yang dipertimbangkanakan menjadi komponen utama dalam larutanbahan bakar bekas reaktor daya. Hasilnya lebihtepat, teliti dan cepat 9 , walaupun tanpacampuran uranium yang mempunyai isotop dialam 234, 235, 236, 238 dan tidak adakemungkinan menjadi pengganggu garis spektramassa Ce yang mempunyai isotop 136, 138, 140,142 secara alamiah.
methods of analysis, 7th-edL, WadsworthPublishing Company, California, (1986).
2. Van LOON, J. Anal. Chem., 52 (8) (1980)955A.
3. P. ALLAIN, S. BERRE, A.P. CABIC,T.DELAPORTE, A.COURNOT, Anal.Chim.Acta, 251 (1991) 183.
4. M.BORSIER, Spectro Chim. Acta Rev., 14(1991)79.
5. THE RSC ANALYTICAL COMMITTE,Analyst, 120(1995)2303.
6. L. DA VIES, Efficiency in Research,Development and Production : The statisticaldesign and analysis of chemical experiments,The Royal Society of Chemistry, Salford,U.K. (1993).
7. Z.U.BAE, S.H.LEE, S.HAK LEE, AnalyticalSciences, 11(1995)809.
8. P.W.J.M. BOUMANS, Line coincidencetables for inductively coupled plasma atomicemission spectrometry, Vo! 1-2, PergamonPress, U.K. (1980).
9. S.AMINI, STA-Scientist Exchange ProgramReport, PNC, Japan (1995).
SIMPULAN
Teknik analisis dengan ICP-AES untukunsur Ce dalam campuran U lebih besar daripada50 ppm masih belum memenuhi persyaratan'VAM'. Pertimbangan sensitivitas kritis dari alatinstrument itu sendiri terhadap atom-atomtertentu masih harus diteliti secara seksama.
Secara umum, teknik analisis U tunggaldengan metoda ICP-AES adalah tepat danketelitiannya sangat baik dalam batas simpanganbaku 2,5a dan dengan tingkat kepercayaan99,00%.Teknologi analisis unsur Ce masih perludikaji dan dikembangkan dari segi sistimpendeteksian dan sensitivitas.
TANYA JAWAB
1. AGUS. S
• Untuk saran penelitian lanjutan, motiondiperhatikan stabilitasi suhu ruangan dankelembabannya. Karena si stem elektronik,temtama untuk peralatan analisis, sangatdipengaruhi oleh suhu dan kelembaban yangdapat memberikan penyimpangan.
SITIAMINI
• Terima kasih, memang benar! saran bapaksaya terima..
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terimakasih kepadaBapak Ir. Hasbullah Nasution sebagai Ka. IRM,juga Bapak Ir. Asmedi Suripto sebagai Ka. PEBNserta para pejabat di PUSDIKLAT, BIRO BINAPROGRAM BATAN, yang telah memberikanpeluang serta dukungannya untuk melaksanakanpenelitian singkat di PNC, Jepang.
DAFTAR PUSTAKA
1. H.H.WILLARD, L.L. MERRITTJr.,J.A.DEAN, F.A. SETTLE.Jr., Instnunental
2. YUSUF NAMPIRA
• Apakah pengaruh media tidak menyebabkanketidak-telitian pengukuran ?
• Bagaimana dengan pembatasan panjanggelombang kerja apakah tidak dapatdilakukan dengan dilakukan denganpembatasan panjang gelombang hinggamemberikan faktor interferensi yang kecil.
SITI AMINI
» Ya, pengaruh mediapun dapat menyebabkanketidak-telitian pengukuran. Namun pada hal
224
ini parameter tersebut dibuat tetap sehinggatidak berpengaruh pada analisis tersebut.
• Pada alat ICP dapat dilakukan pembatasantertentu. Itu pun dilakukan dengan mengaturposisi slit/pmt. Pada kondisi terpilih tersebut,yang jadi masalah adalah atas pengaruhkonsentrasi ion pengganggu yangmempunyai emisi pada panjang gelombanglain dan berdekatan.
3. WIDJAKSANA
• Bagaimana pengaruh :a. Ketidak-stabilan tegangan,b. Umur/sistem elektronik,c. Ketidak-stabilan aliran serta kapasitas
dari gas yang digunakan terhadapketelitian/kesalahan alat?
SITIAMINI
• Tetap berdasarkan aturan standarinstrumentasi, dibuat tetap. Jadi pengaruhketidak-stabilan di perkecil.
• Umur/sistim elektronik juga diabaikan,karena dianggap masih baik dipakai(berdasarkan hasil test pendahuluan) padakalibrasi alat, yang selalu dilakukan padaawal setiap analisis. Juga pengukuran ion -ion lainnya mewujudkan hasil yang dapatdipertanggung jawabkan.
• Aliran gas juga tetap 1,2 1/menit, jadipengaruhnya diperkecil. Demikian jugaimpuritas gas yang digunakan 99,99%.
4. GUNANDJAR
• Gangguan Ce terhadap pengukuran/analisisU, menurut hemat saya bukan karenapengaruh spektra (karena panjang gelombangspektra einisi U dan Ce cukup jauh), tetapigangguan tersebut karena pada suhu tinggiCe dapat menckan ionisasi U sehinggaintensitas emisi U naik dengan naiknya Ce.Jadi adanya Ce (seperti halnya penambahanLa) justru sering diberikan untuktneningkatkan sensitivitas analisis U. Saran:Perlu penambahan Ce (atau La) yangoptimum untuk meningkatkan sensitivitas U.
SITIAMINI
• Terima kasih atas saran Bapak. Hal tersebutmemang benar, dapat saya terima namunkondisi tersebut berlaku untuk analisis U.Pada keadaan sebaliknya, yaitu analisis Ce(atau La) mungkin jadi masalah kalau ada U.Permasalahan yang ditemukan pada analisisCe adalah pengaruh penambahan U yangmemang mengganggu pada spektra Ce.Diduga juga karena pada pengukuran Cedengan adanya U, telah dicapai C.C.R.(Consentration Critical Ratio) yangmenimbulkan sensitivitas alat pada tersebutnaik sehingga data yang di peroleh menjadilebih tinggi. Saran Bapak saya terima untukdipelajari lebih lanjut.
225
ISSN 1410-1998 Prosiding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Balcar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
SIMULASI PENENTUAN PELLET TO PELLETMENGGUNAKAN RADIOGRAFI NEUTRON
Arlinah KusnowoPusat Reaktor Serba Guna ID0100074
ABSTRAK
SIMULASI PENENTUAN PELLET TO PELLET GAP MENGGUNAKAN RADIOGRAFI NEUTRON.Kerusakan pada elemen bakar reaktor dapat dideteksi dengan menggunakan radiografl neutron. Jika elemen bakartelah digunakan di dalam reaktor untuk operasi rutin ada kemungkinan terjadi cacat. Cacat dapat terjadi pada ruanganantara pelet dan kelongsong maupun kelongsongnya sendiri. Telah dilakukan percobaan untuk persiapan ke arahanalisis cacat pada elemen bakar reaktor. Untuk itu dilakukan simulasi menggunakan susunan pelet dan lempengalumunium setebal 0,l;0,2;0,3, dan 0,4 nun. Hasil yang diperoleh dari proses radiografl neutron dengan daya 700 kWmenunjukkan bahwa simulasi ini cukup baik untuk meniru keadaan yang mungkin terjadi pada iradiasi elemen bakaryang sesungguhnya.
ABSTRACT
DETERMINATION OF SIMULATED PELLET TO PELLET GAP USING NEUTRON RADIOGRAPHY. Thedefect on the irradiated fuel element could be detected using neutron radiography. The defect could occured in pelletto pellet gap, cladding, or even cladding to pellet gap. An investigations has been performed to detect pellet to pelletgap defect that might occur in an irradiated fuel element. An Alfoil of 0,1; 0,2; 0,3, and 0,4 mm was inserted betweenpellets to simulate various pellet to pellet gap. The neutron radiography used had power of 700 kW. The resultshowed that this simulation represented well enough problems that irradiated fuel element may experience.
PENDAHULUAN
Elemen bakar reaktor baik untuk reaktordaya maupun reaktor riset mungkin sajamengalami pembahan, jika telah menjalanipaparan dosisi neutron yang tinggi di dalamreaktor. Pada umumnya elemen bakar terdiri daridaging elemen bakar, kadang disebut sebagaipelet, ruangan antar pelet, kelongsong dan bagianlain untuk memperkuat elemen bakar tersebut.Ruang antar pelet disebut pellet to pellet gap.Keberadaan dan dimensi dari ruangan inimestinya tak berubah selama elemen bakattersebut masih digunakan. Namun demikian, bilahasil pembelahan yang berupa gas tersebutmendesak pelet, maka akan terjadi perubahanpada dimensi ruang tersebut. Jika hal iniberlanjut, maka kemungkinan besar akan terjadikerusakan pada pelet atau bahkan pecahnya pelet.Keadan seperti ini tentu tidak diinginkan ' . Olehsebab itu perlu ada pemeriksaan terhadap elemenbakar tersebut tadi, di mana hasilnya dapatdigunakan sebagai umpan balik pada disainelemen bakar tersebut. Radiografl neutronmerupakan metode utama untuk pemeriksaan itu2
, karena pengaruh sinar gamma yang timbul darielemen bakar terpakai tersebut tidak menggangguprosesnya dan inlerpretasi hasilnya sederhana.Pemeriksaan elemen bakar terpakai saat ini diIndonesia sulit dilaksanakan. Hal ini disebabkan
belum lengkapnya peralatan yang tersedia. Untukmengatasi hal ini, dilakukan simulasi yangbertujuan untuk melihat apakah fasilitasradiografl neutron yang ada dapat mendeteksiadanya pellet to pellet gap tersebut. Beberapapelet disusun dalam wadah alumunium dan bajatahan karat. Dengan nicnyelipkan A! denganberbagai ketebalan, dilakukan proses radiograflneutron metode tak langsung. Penelitian inidiharapkan dapat memicu penelitian selanjutnyamengenai analsis diinensi elemen bakar.
METODE RADIOGRAFI NEUTRON
Metode radiografi neutron non dinamiksecara garis besar dapat dibagi menjadi dua, yaitumetode langsung dan metode tak langsung3. Padametode langsung, film, layar dan obyek terletakpada medan neutron. Metode tak langsungmempunyai perbedaan pada letak film. Filmdiletakkan jauh dari berkas neutron, sehinggatidak terjadi bayangan di film secara langsung.Metode yang terakhir ini lebih menguntungkanapabila diinginkan pemeriksaan terhadap elemenbakar bekas.
Elemen bakar bekas pada umumnyamemancarkan banyak sinar gamma. Jika
226
Providing Pre.senlaxi Ilmiah Dour Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
dilakukan radiografi neutron dengan metodelangsung, maka sinar gamma ini akanmengacaukan gambar yang terjadi. Proses yangterjadi pada metode tak langsung untukpemeriksaan eletnen bakar bekas diuraikan dibawah ini.
Elemen bakar bekas dan layar (konverter)diiradiasi dengan neutron tennal. Pada layarterekam bayangan elemen bakar tersebut.Selanjutnya untuk memperoleh gambar radiografineutronnya, layar tersebut dibawa ke kamar gelapdan di situ dilakiikan pemaparan film oleh sinargamma yang dipancarkan oleh layar, makaterbentukiah gambar elemen bakar tersebut.
DATA FISIKA FASILITAS
Data fisika fasilitas radiografi neutron yangdigunakan tertera pada tabel di bawah ini.
Tabel 1. Data fisika fasilitas NR °
Tabel 3. Data film yang digunakan
Fluks neutron termal
D/LRedDia. dalam kolimatorPanjang kolimatorDiameter obyek
n/cm3
--
cmcmcm
5xlO7
7652
15615
DATA LAYAR, FILM DAN ELEMENBAKAR
Yang dimaksud layar dalam hal ini adalahbahan yang digunakan untuk merekam bayangan.Mekanisme perekatnan bayangan adalah sebagaiberikut. Berkas neutron yang telah melalui elemenbakar mengalami atenuasi. Atenuasi inimerepresentasikan apa yang ada pada elemenbakar tersebut, sehingga adanya cacat padaelemen bakar tersebut akan tampak. Setclah ituberkas neutron akan tiba pada layar yangumumnya disebut sebagai konvertor. Terjadireaksi (n,y) dan layar menjadi aktif danmengeluarkan sinar gamma. Pada pcnclitian inidigunakan layar disprosium. Layar ini kemudiandibawa ke kamar gelap. Di sini film dipapari olehlayar, sehingga terbentuk bayangan. Pada tabelberikut ini ditampilkan data layar, film danelemen bakar yang digunakan.
Tabel 2. Data layarBahanTanpang lintang totalKelimpahanReaksiWaktu paruh
Disprosium2050 bam
28,1 %Dy(n,Y)Dy1,2 menit
Nama filmJenisKecepatan relatif
Agfa GavaertIndustri, D7
1
Tabel 4. Data pelet yang digunakanPembuatPengayaanPanjang, cmDiameter, cm
PPTN3 %41,5
SIMULASI PELLET TO PELLET GAP
Untuk mensimulasikan adanya kehadiranpellet to pellet gap yang ada pada elemen bakardilakukan hal berikut ini. Pada kelongsong yangterbuat dari alumunium dan kelongsong lain daribaja tahan karat dimasukkan pelet denganpengayaan 3 %. Pelet ini belum pernah diradiasi.Antara dua pelet diselipkan lembaran (keping)alumunium untuk mensimulasikan adanya ruangantara pelet tersebut. Karena diameter berkasyang homogen hanya 10 cm, hanyaka disediakanempat simulasi ruang antara yaitu 0,1; 0,2; 0,3dan 0,4 mm. Alasan dipilihnya alumunium untuksimulasi ini adalah ketersediaannya cukup besardan harganya murah. Kemudian dilakukan prosesradiografi neutron. Daya yang digunakan adalah700 kW dan waktu iradiasi adalah 2 jam.Kelongsong Al dan kelongsong baja tahan karatdipilih karena pada umumnya elemen bakarmempunyai kelongsong dari bahan tersebut.
HASIL
Dengan daya 700 kW dan waktu iradiasi 2jam dan paparan pada film sebesar 46 menitsetelah waktu lunda 1 jam, diperoleh hasil sepertitertera pada Gambar 1, Gambar 2, dan Gambar 3.Waktn pemaparan pada film telah dipilih daribebrapa pilihan yang memberikan densitasterbaik.
DAYAWAKTU RADIASIWAKTU EXPOSEGAP
700 KW S*2 J A M •••.•;
4 6 M E N I T '•'•':ALUMUNIUM ;01 mm 02 mm03 mm' 04 mm'
Gambar 1. Kelongsong Al
227
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta !8-19Maret 1996
Gambar 2. Kelongsong baja tnhan karat
: 700KWV 2 JAM•{,.
0,1 mm:;K0,2 mm: Q,3 mrrtj;0,4 mm
Gambar 3. Kelongsong Al dan baja tahan karat
BAHASAN
Dari gambar yang dipcroleh dapat dilihatbahwa simulasi adanya ruang antar pelet dapattcrdeteksi sampai 0,1 mm. Selanjutnya untuk 0,2;0,3 dan 0,4 mm dapat juga terdcteksi. Penelitianuntuk dimensi yang lcbili kecii juga perludilakukan. Karena kctcrbatasan peralatan, hasilyang dapat diperoleh juga terbatas. Nilai-nilai 0,1;0,2; 0,3 dan 0,4 mm adalah dimensi yangsebenarnya. Sedangkan pada gambar yangdiperoleh ukuran ini sulit ditcntukan dengan alatyang ada. Ini merupakan persoalan untukmelaksanan analisis dimensi elemen bakar yangterpakai. Pada kelongsong darai alumunium,diameter pelet dapal jelas terpisah darikelongsong, tetapi tidak demikian halnya dengankelongsong dari baja tahan karat. Jika kelongsongdirangkap, maka pemisahan ini tainpak jelaskembali. Hal ini terjadi karena beda tampanglintang hamburan UO2 da Al sangal besar, yaitu0,191 cm2/gm dan 0,036 cm2/gm. Sedangkan bajatahan karat hainpir sama dengan UO2, yaitu 0,14cm2/gm.
SIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil adalahsebagai bcrikut:
1. Dengan menggunakan lembar alumuniumdapat ditiru adanya ruang aniara pelet ukuran0,1 mm.
2. Kelongsong dari alumunium baik untukmenunjukkan adanya beda ruang antar elemenbakar dan kelongsong.
3. Diperlukan kategori berkas neutron (menurutASTM) yang lebih baik untuk memperolehgambar yang lebih tajam.
4. Penelitian ini dapat dilanjutkan untuk analisisdimensi pada elemen bakar yang sudahterpakai.
TANYA JAWAB
1. GUNANDJAR
• Simulasi yang digunakan pada penelitian iniadalah untuk mempersiapkan suatu metodepenentuan celah antar pelet (pellet to pelletgap) menggunakan neutron radiografi.Simulasi dengan menyelipkan alumuniumsetebal 0,1 s.d. 0,4 mm. Padahal pada pelet-pelet yang berada pada batang kelongsongelemen bakar (yang masih segar/belumiradiasi) mempunyai celah (gap) kurang dari0,1 mm (bahkan mungkin tanpa celah) dansetelah iradiasi bila tejadi lelehan gap tersebutakan inakin kecil. Oleh karena itu menuruthemat kami simulasi tersebut kurang sesuaidengan kejadian yang scbenarnya. Mohonpenjelasan.
ARLINAH KUSNOWO
• Sebenarnya tujuan ulama adalah untukdimensional analysis.
2. HASNELSOFYAN
• Mohon dijelaskan faktor-faktor koreks» yangdigunakan dalam proses simulasi neutronradiografi.
• Sampai berapa persen kesalahan/perbedaanantara hasil secara simulasi dengan hasilpenelitian (standar yang berlaku) untuk dapatmenyatakan bahwa suatu simulasi tersebutcukup baik.
ARLINAH KUSNOWO
• Proses ini belum menggunakan koreksi, karenakita belum melakukan dimensional analysisterhadap pelet tadi.
• Untuk ini perlu perhitungan/eksperimendimensional analysis. Dengan dimensionalanalysis pcrlu pengambilan gambar neutron
228
Presiding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAK Jakarta 18-19 Maret 1996
radiografi dari beberapa arah dan ini belumdilakukan.
3. SUDARMONO
• Sejauh mana visualisasi yang telali dilakukanpada elemen bakar dengan neutron radiografidan bagaimana hasilnya.
ARLINAH KUSNOWO
• Bam simulasi tadi dan pernah mencoba 2 peletdengan pengkayaan berbeda. Tetapi ini tidakdilakukan di sini, hasilnya cukup bisamembedakan pengkayaan terscbut, tetapihamburan masih terlihal.
4. NUSIN SAMOSIR
• Apakah neutron radiografi yang di RSG-GAS,bisa mendeleksi kestabilan/keandalan strukturbahan bakar yang sedang diiradiasi pada terasreaktor khususnya pada burn-up 50 % dan >56% . Data ini sangat diperlukan untukpengembangan disain bahan bakar pada burn-up > 56 % .
ARLINAH KUSNOWO
• Yang bisa dideteksi adalah :1) pellet to pellet gap2) disking3) chip4) pellet to caldding gap5) bambooning, d!I kerusakan pada
elemen bakar i.e. integritas bahan bakar.
5. SUGIHARTO
• Sepertinya kami tidak mclihat adanyapenetrometri pada penelitian ibu. Bagaimanacara menghitung pellet to pellet gap pada filmneutron radiografi.
• Mungkinkah dapat dibuat/dirancang neutronradiografi yang portabel.
ARLINAH KUSNOWO
• Ini adalah simulasi, jadi belum sampai padadimensional analysis. Dalam simulasi inidigunakan Al yang sudah diketahui tcbalnya.
• Bisa, dengan Cf-252. Biasanya perusahaanpenerbangan di USA, mempunyai portabelnoutron radiography.
6. TUKIRANS.
• Simulass diiaksanan pada days 700 kW,sedangkan biasanya EB reaktor daya diiradiasipada daya 600 MW (± 900 IviW). Bagaimanakeadaan simulasi dengan keadaan yangsesungguhnya?
• Disain kolimator kurang baik, sedangkan hasilyang diperoleh cukup baik. Apakah tidak adapengaruh disain koliraator dengan hasilsimulasi?
ARLINAH KUSNOWO
• Simulasi berarti menggunakan Al untuk menirupellet to pellet gap. Untuk melaksanakanneutron radiografi persyaratannya, anatara lainfluks termal adalah minimum setara 5x106m/cm2s. Jadi jika dengan 700 kW sudah cukup,tentu dayanya tidak perlu tinggi-tinggi.
• Hasilnyapun masih belum baik menurut kriteriaASTM. Disain kolimator berpengaruh padahasil simulasi. Jika dilakukan dengan kolimatordengan RCd > 150, gambar akan lebih baik.
7. SULIYANTO
• Apakah neutron radiografi dapat jugadigunakan untuk mendeteksi kerusakana(analisis cacat) pada pelat elemen bakar reaktorriset U3O8-A1 dengan pengkayaan ± 20 % ?
• Bila dapat digunakan nutron radiografi,bagaimanakah cara simulasinya ?
ARLINAH KUSNOWO
• Di luar negeri digunakan untuk membedakanpengkayaan bahan bakar, di sini belum.
• jika ada pellet yang berbeda pengkayaannya,maka tinggak memasukkan di kelongsong danlakukan neutron radiografi metoda taklangsung.
8. HILMANRAMLI
• Apakah dilakukan perbandingan perubahanpellet to pellet gap antara sebelum dan sesudahiradiasi (pada daya 700 kW)?
• Bila ya, bagaimana hasilnya, karena tidakterlihat pada hasii/kesimpulan yang diberikan.
ARLINAH KUSNOWO
• Tidak. Pellet to pellet gap diradiasi untuk freshpellet dan ketebalan Al 0,2;0,3 dan 0,4 mm.
• Jika ada waktaii, bisa dilakukan, apa andabemuiiai dengan menggunakan NR PRSG ?
229
Prosiding Presenlasi Jlmiah Daur Bahart Bakar NiAUrPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
9. G.A.MASOARA
• Dari presentasi ibu :• Telah dilakukan pekerjaan neutron radiografi
di PPTN Bandung dengan NR-Dry padatahun-tahun yang lalu,
- Di PRSG ada fasilitas NR-Dry dan NR-Wet.- Adanya indikator sensitivity yang hams
dipergunakan dalam pekerjaan NR.• Persyaratan untuk hasi! neutron radiografi,
sensitivitasnya harus berapa % ?• Di PRSG, fasilitas NR-Wet atau NR-Dry, yang
mana akan memberikan sensitivitas yang lebihbaik?
ARLINAH KUSNOWO
• Sensitivitasnya tergantung permintaan dan inisesuai dengan disain kolimator.
• NR Dry (real time) akan memberikan hasillebih sensitif, jika RCd » 100 dan jika disainkolimator baik.
10. ASMEDI SURIPTO
• Apakah teknik neutron radiografi dapat pulauntuk mendcteksi relative density secara axialsepanjang pelet ?
• Kalau tak salah, cara yang dtketengahkanadalah cara tak-langsung (?). Lalu apakahpengaruh sinar gamma terekam dalam layarIn/Dy schingga membuat image dari gapmenjadi kabur ?
ARLINAH KUSNOWO
• Bisa. Contohnya untuk membedakanpengkayaan yang bervariasi, jika beam bagus(memenuhi persyaratan) hal ini dapat jelasterlihat.
• Cara tak langsung berarti ada reaksi (Dy,n).Reaksi ini tidak terjadi jika Dy disinari gammadari elemen bakar ini disebabkan neutronepitermis masih banyak dan tampang hamburanbesar.
230
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi Jlmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
PENENTUAN DISTRIBUSI SUHU BAHANBAKAR DAN KELONGSONG REAKTOR DAYA JPSR
SudarmonoPusat Reaktor Serba Guna ID0100075
ABSTRAK
Dalam rangka efisiensi penggunaan bahan bakar dalam bentuk senyawa UO2. Japan Atomic Energy ResearchInstitute telah menggembangkan suatu konsep reaktor daya tipe JAERI Passive Safety Reactor (JPSR). Dalampengkajian dari segi keselamatan pengoperasian reaktor, penentuan distribusi suhu bahan bakar dan kelongsong disubkanal terpanas (typical cell dan thimble cell) penting untuk dilakukan. Penentuan distribusi suhu dilakukandengan menggunakan Program COBRA-IV-I dengan pemodelan 1/4 bagian teras simetris yang dibagi secara radialmenjadi 50 subkanal dan 40 node aksiai. Karaktenstik fluks panas, akhir pendidihan inti, entalpi dan fraksi lompongjuga telah dilakukan. Hasil maksiinum suhu pusat bahan bakar, pertnukaan bahan bakar dan kelongsong di typicalcell yaitu masing-masing sebesar 1620,4 °C, 722,8 °C dan 348,6 °C pada ketinggian 1,922 m dan 2,196 m. Lebih jauhpada kondisi tidak tunak didapat hasil maksiinum suhu pusat bahan bakar dan kelongsong yaitu sebesar 2015,28 °Cdan 550 °C di typical cell pada elevasi 2,379 m yang terjadi 3,1 detik setelah pompa pendingin utama gagal.
ABSTRACT
In order to utilize of fuel rod efficiency , a concept of JAERI Passive Safety Reactor (JPSR) has been developedin Japan Atomic Energy Research Institute. In the JPSR design, UO3 are adopted as a fuel rod. The temperaturedistribution in the fuel rod and cladding in the hottest channel is a potential limiting design constraint of the JPSR.In the present determination, temperature distribution of the fuel rod and cladding for JPSR were performed usingCOBRA-IV-I to evaluate the safety margin of the present JPSR design. In this method, the whole core was representedby the 1/4 sector and divided into 50 subchannels and 40 axial nodes. The temperature became maximum at theelevation of 1.922 and 2.196 m in the typical cell under operating condition. The maximum temperature in the centerof the fuel rod, surface of the fuel rod and cladding were 1620.4 'C, 722.8 °C and 348.6 f. The maximum results oftemperature in the center of the fuel rod and cladding were 2015.28 "C and 550 °C which were observed at 3.1second in the typical cell.
PENDAHULUAN
Dalam rangka efisiensi penggunaan bahanbakar UO2 dengan bentuk silinder pada reaktordaya, Japan Atomic Energie Research Institute(JAERI) telah mengembangkan suatu konsepreaktor daya tipe JAERI Passive Safety Reactor(JPSR). Pembangkitan energi konsep JPSR lebihbanyak dibatasi oleh keadaan termalnya. Keadaanoperasi teras JPSR dan kinerja sistem elemenbakar selalu dimonitor dengan penempataninstrumentasi yang tepat. Demikian juga dalampemanfaatan energi yang dibangkitkan dalamreaktor JPSR, sistem perpindahan panasnyadirancang sedemikian rupa, sehingga Jajupengambilan panasnya adalah sebesar-besarnyauntuk menghindari kerusakan elemen bakar(pecah/meleleh). Dengan demikian, penen-tuandistribusi suhu bahan bakar dan kelongsong disubkanal terpanas adalah penting untukdilakukan. Penentuan distribusi suhu dilakukandengan menggunakan program COBRA-IV-I,termasuk didalamnya meliputi korelasi-korelasithermohidraulik subcool void, bulk void model,rod friction coefficient dan heat transfer denganmenggunakan masing-masing adalah Levy, EPR1,
Btasius dan paket RELAP 4. Karakteristiktermohidrolik meliputi fluks panas, akhirpendidihan inti, enthalpi dan fraksi lompong.Lebih jauh karakteristik suhu pusat bahan bakar,suhu kelongsong, entalpi, suhu pendingin, lajualir, fluks massa, fraksi lompong dan kualitaskesetimbangan pada sub kanal terpanas dalamkondisi transient juga telah dilakukan denganmenggunakan program COBRA-IV-I yangdikopel dengan korelasi W-3 untuk mengevaluasikeselamatan dalam pengoperasian reaktor JPSR.
DESKRIPSI KONSEP JAERI PASSIVESAFETY REACTOR.
Dalam konsep JPSR digunakan bahan bakardalam bentuk senyawa UO2, dengan pengayaan2%-3%, yang berbentuk pellet, bentuk silinderkecil dengan diameter 0,0095 mm dan panjang3,66 m yang dimasukan dalam kelongsong yangterbuat dari bahan Zircalloy. Teras konsep JPSRberisikan 145 perangkat elemen bakar, untuk tiap-tiap perangkat elemen bakar berisikan 264 bahanbakar dan 24 batang kendali. Bejana tekan reaktorJPSR ditunjukan pada Gambar 1. Gambar 2menunjukkan konfigurasi perangkat elemen
231
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
bakar dan teras. Teras JPSR model LWR terdiridari 2 untai pressurized Water reactor (PWR),dengan densitas daya teras dikurangi sampaisebesar 75% dibanding pada konven-sionalPWR. Konfigurasi perangkat elemen bakartermasuk control rod thimbles dan an instru-mentation thimble adalah sama seperti padakonvensional PWR, yaitu dengan modelperangkat elemen bakar 17 x 17. Untuk meng-kompensasi reaktivitas lebih akibat eleminasi darisistem pengatur kimiawi, maka batang kendalicluster perlu dipasang pada semua perangkatelemen bakar. Sebagai penggantt sistempendingin darurat, JPSR menggunakan sistempasif. Sistem pasif terdiri dari dua akumulator,dua sistem injeksi secara gravitasi dan dua CMT( Core make up tank ). Teras reaktor JPSRdirancang bangun dengan koefisien rapatreaktivitas besar, sehingga larutan boron dapatdieliminasi dan laju pembangkitan panas bersifatlinier rendah. Hal ini digunakan untukmemperkecil efek Doppler karena perubahandensitas fluida. Demikian juga sistem tekananJPSR dibuat 1,5 kali lebih besar dari sistemtekanan konvensional PWR.
Gambar 1. Bejana tekan reaktor JPSR
TATA KERJA
Pemodelan
Membuat pemodelan nodal subkanal denganmembagi teras menjadi 1/4 bagian teras yangsimetris dan dibagi dalam 50 sub kanal dan 40nodal secara aksial. Gambar 3a dan 3b masing-masing adalah skematik nodal dan faktorpuncak daya radial. Gambar 4 adalah nodalaksial, Iokasi grid spacer dan distribusi dayaaksial yang digunakan sebagai data masukanpaket program. Besarnya faktor puncak daya
radial diperoleh berdasarkan perhitunganneutronik yaitu dengan nilai faktor puncak dayaradial akibat efek batang kendali jatuh yaitusebesar 1,616, enginering hot channel factorsebesar 1,03, nuclear uncertainty faktor sebesar1,05 dan faktor puncak daya radial rerata batangbahan bakar terpanas untuk batang bahan bakarterpanas didalam perangkat terpanas yaitu sebesar1,2 sehingga didapat hasil faktor puncak dayaradial dalam batang bahan bakar terpanas F(r)yaitu sebesar [ F(r)] = 2,097. Subkanal 1 dan 6pada Gambar 3b adalah subkanal terpanas.Subkanal 6 dinamakan thimble cell yangdikelilingi oleh sebuah batang kendali, dua buahbatang bahan bakar, dan satu batang bahan bakarterpanas. Subkanal 1 dinamakan typical cell yangdikelilingi 3 batang bahan bakar dan satu batangbahan bakar terpanas. Dalam perhitungan,besarnya faktor puncak daya aksial sebesar 1,29juga ditentukan dari perhitungan neutronik.
P l p a pen<jarah d s t e k t o r (1 ) . - » <-- 12,6 mm
Pipa pengarah batangkendaU (24)
Bahan bakar Uo, (261)Panjang efektiC (366 Cm)
Jarak (pitch) 215 ram
Konfigurasi perangkatelemen bakar
Konfigurasi teras.
Gambar 2. konfigurasi perangkat elemen bakardan konfigurasi teras
232
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-l9Maret 1996
Parameter-parameter geometri
A.
B.
C.
D.
E.
Panjang kanal pendingin yaitu sebesar 3,66meter.Luas tampang lintang aliran untuk semuakanal pendingin di typical cell, thimble cell,side cell dan perangkat elemen bakarmasing-masing sebesar 0,1362 in2;0,1184in2;0,1184in2dan37,58in2.Perimeter kering untuk setiap kanal, ditypical cell, thimble cell, side cell danperangkat elemen bakar masing-masingsebesar 1,175 in, 0,881 in, 0,588 in dan310,2 in.Perimeter basah untuk setiap kanal di typicalcell, thimble cell, side cell dan perangkatelemen bakar masing-masing sebesar 1,175in; 1,258 in; 1,084 in dan 347,9 in.Lebar gap antara batang bahan bakar dandinding perangkat elemen bakar, lebar gapantara dua batang bahan bakar ,dan lebargap antara dua perangkat batang bahanbakar adalah masing-masing sebesar 0,093in, 0,122 in dan 0,0315 in.
Pusat terns
M0.90
S11.37
280.7?
350.54
410.34
<«0.60
SO1.50
13(«371
20(1.41)
27(1.1«)
34(0.65)
40(0.63)
4S(0.64)
49(1.40)
1?(0.72)
IS{1.1«)
' 26(0.90)
S3(1.17)
39(0.83)
44(0.75)
48(1.35)
« & )
18(0.65)
25(1.17)
32(1.37)
3«(1.27)
43(0.89)
47(1.1b)
10(054)
17[0 63)
24(0.83)
11(1.J7)
37(091)
42(1.17)
(i/4
(0.60)
18(0.84)
23(0.75)
30(0.89)
38(1.17)
bagian
Iis
(1.40)
22(1.35)
2*(1.10)
teras)
Juovlah sub kanal{faktor daya)
Gambar 3.a. Skematik nodal model 1/4 bagianteras dan faktor radial
Koefisien campuran turbulen
Berdasarkan sensitivitas studi oleh Rcddydan Fighetti (10), koefisien campuran turbulenpengaruhnya dominan pada efek kondisi aliranlokal. Dalam perhitungan ini, ia sebesar 0,038adalah sama scpcrti yang digunakan pada analisiskeselamatan reaktor daya Takahama no. 3 dan 4.
Konduktivitas termal bahan bakar
Data masukan konduktivitas termal diperolehdengan formulasi sebagai berikut:
* +C3(T-To)JKuoa (T) » KUOJ (To){ 1+C1 (T-Tc
dimana:Kuo2 (To) adalah konduktivitas termal bahanbakar pada suhu 1898 °F, yaitu sebesar 2,89Btu/hr.ft. °F, Cl, C2 dan C3 adalah konstantayang besarnya masing-masing adalah -3,7379 x10'4; 2,3302 x 107 dan -2,9043 x HT11.
Koefisien perpindahan panas celah antara bahanbakar dan kelongsong (h^p).
Data masukan koefisien perpindahan panasgap antara bahan bakar dan kelongsong diperolehdari model TRAC-PF1 dengan menggunakanformulasi sebagai berikut:
— hga, + + hrad
dimana koefisien perpindahan panas gaskoefisien perpindahan panas kontak (hkontai(), dankoefisien perpindahan panas (hrad) adalah masing-masing sebesar 2743,5 w/m2k; 0 w/m2.k, dan 71,7w/m2.k. Sehingga hgap diperoleh sebesar 495,8Btu/hr.ft2. °F.
OOOOOOOOCO 7
0000.0000000000000OOOOOOOOC )00<^OOOQ,0OOOOOOOO(OOOOOOOOCoooo©ooo<OOOOOOOOCOOOOOOOOC
)OOOO7OOO0
)ooo)OO())OO()OO(
ooc)Q©(
*X*r. r*lfrd*y*0 2.09?
I 822
I 748
1.537%
o
Gambar 3.b. Skematik nodal radial dan faktorpuncak radial
Kondisi awal
Data masukan kondisi awal yang digunakandalam program COBRA-IV-I adalah sistemtekanan, suhu pendingin, laju aliran massapendingin, dan fluks panas permukaan reratayangmasing-masing sebesar 2269,2 Psi, 545,3 °F,1,678 Mlb/hr.fi2, dan 0,4433 MWt/m2.
233
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
H grid spacer fm)
Jlimlnh nsrff Knlngflnft (m)3.68
dari batas maksimum yang diijinkar. yaitu sebesar2840 °C 9
2
1.83
NcttMst ° o s '•» '•=(40 node) Fotoer puncok deyir
Gambar 4. Nodal aksial, lokasi grid spacer,Distribusi daya aksial
Korelasi termohidrolik
Korelasi termohidrolik yang digunakanmasing-masing adalah model subcool void, modelbulk void, Koefisien rod friction, Blasius, Korelasiperpindahan panas, Kecepatan aliran secara aksialdan Korelasi fluks panas kritis dengan masing-masing yaitu Levy, EPRJ, Blasius, RELAP-4Package, (U(j) + U(i))/2 dan korelasi W-3.Dengan nilai koefisien spacer loss, tahanan aliransilang, faktor momentum aliran silang, faktormomentum turbulen adalah masing-masingsebesar 1; 0,5; 0,5 dan 0.
HASIL DAN BAHASAN
Hasil yang diperoleh pada kondisi tunak(steady state) untuk suhu pusat bahan bakar, suhupermukaan bahan bakar, dan suhu kelongsongbahan bakar terhadap elevasi di typical cell danthimble cell dengan menggunakan programCOBRA-IV-I adalah seperti ditunjukkan padaGambar 5,Gambar 6 dan Gambar 7.
Hasil suhu maksimum masing-masing ditypical cell yaitu sebesar 1620,4 °C,722,8 °C dan348,6 °C pada ketinggian 1,922 dan 2,196 m.Hasil yang diperoleh di thimble cell yaitu sebesar1620,5 °C , 723,17 °C dan 348,7 °C padaketinggian 1,922 m dan 2,105 m. Besar suhumaksimum yang diperoleh masih jauh lebih kecil
1 - 2 3 4
Elevasi (103 nun)
Gambar 5. Hasil T pusat BB vs elevasi
1 2 3 4
E l e v a s i (10 3 mm)
Gambar 6. Hasil T permukaan BB vs elevasi
En 0.0 1 2 3 4
E l e v a s i ( 1 0 3 mm)
Gambar 7. Hasil T kelongsong BB vs elevasi
Hasil karakteristik fluks panas, akhirpendidihan inti, dan enthalpi yang diperolehdengan menggunakan program COBRA IV-Iditunjukkan pada Gambar 8, Gambar 9, danGambar 10. Untuk distribusi fraksi lompong disepanjang aksial batang bahan bakar terpanastidak terjadi. Hasil maksimum fluks panas ditypical cell yaitu sebesar 0,8367 Mw / m2 padaelevasi 1,922 m. Hasil maksimum yang diper-
234
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
oleh di thimble cell yaitu sebesar 0,8350 Mw /m2 pada elevasi 1,922 m. Hasii minimum akhirpendidihan inti di typical cell yaitu sebesar2,602 pada 1,922 m. Hasil minimum yangdiperoleh di thimble cell yaitu sebesar 2,694pada elevasi 1,922 m. Hasil ini masih jauhlebih besar dari batas minimum yang diijinkanyaitu 1,3 pada konvensional PWR dan jugahasil maksimum enthalpi di typical cell sepertiyang ditunjukkan pada Gambar 10 yaitu sebesar1517,61 Kj/Kg pada elevasi 3,660 m. Hasilmaksimum yang diperoleh di thimble cell yaitusebesar 1523,54 Kj/Kg pada elevasi 3,660 m.
0.8
01 0.6
n)CO 0,4ft
"** O 1 2 3 4
Elevasi (10s nun)
Gambar 8. Hasil fluks panas vs elevasi
IP
0 1000 2000 3000 4000
Elevasi (mm]j
Gambar 9. Hasil DNBR vs elevasi
Elevasi (103 nun)
Gambar 10. Hasil Entalpi vs elevasi
Gambar 11, menunjukkan pemodelan yangdigunakan pada analisis kondisi tidak tunakJPSR dengan program RETRAN 02/MOD3.Detail infonnasi pemodelan yang digunakandijelaskan pada Pustaka8. Gambar 12 menunjuk-kan hasil normalisasi laju alir pendingin masukteras dan normalisasi daya teras reaktor yangdiperoleh dengan program RETRAN-02 padakondisi tidak tunak. Laju aliran pendingin masukteras berkurang sangat cepat setelah kejadianakibat rendahnya momen inersia canned-motorpump. Daya teras juga berkurang sangat cepatakibat penyisipan densitas reaktivitas negatifsegera setelah kejadian. Hasil normalisasi di atasdigunakan sebagai data masukan di dalamProgram COBRA-IV-I. Selarna kondisi Udaktunak bertambahnya tekanan di dalam sistempendingin utama adalah kecil, yaitu kurang daripada 0,2 MPa, akibat besarnya ukuran sistemtekanan. Demikian juga perubahan suhu masukteras juga kecil selarna selang waktu 10 detik,sehinggga data masukkan untuk parametertekanan dan suhu pendingin masuk terasdianggap konstan.
Hasil entalpi, suhu pendingin, lajualir.aliran massa, fraksi lompong, dan kualitaskesetimbangan yang terjadi di sub kanal terpanasditunjukkan pada Gambar 13a sampai denganGambar 13f. Hasil tersebut menunjukkan bahwabesarnya entalpi di subkanal bertambah akibattidak adanya kesesuaian antara daya danpendingin, dan suhu pendingin menjadi jenuhsetelah 1,88 detik. Hasil kualitas kesetimbangandan fraksi lompong yang diperoleh juga semakinbesar.
Hasil tersebut lebih jauh menunjukkan bahwasuhu pusat bahan bakar dan suhu kelongsongmaksimum berada pada elevasi 2,379 m di typicalcell yaitu sebesar 2015,28 °C dan 550 °C yangterjadi 3,1 detik setelah pompa pendingin utamagagal, seperti di tunjukkan pada Gambar 14a dan14b.
SIMPULAN
Hasil maksimum suhu pusat bahan bakardan kelongsong pada kondisi tunak yaitu sebesar1620,4 °C dan 348,6 °C di typical cell. Padakondisi tidak tunak ( pompa pendingin utamagagal) diperoleh besarnya suhu pusat bahan bakardan kelongsong yaitu sebesar 2015,28 °C dan 550°C yang terjadi 3,1 detik pada elevasi 2,379 m ditypical cell. Hal ini disebabkan oleh selainpengaruh injeksi pendingin dari core make uptank (CMT) yang cukup juga akibat laju
235
I (Until-P
I-M-
Tanafcl tortut
a- 0
g
Gambar 11. Pemodelan yang digunakan
Prosiding Presentasi Ilmiah DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
4 6 8 10Waktu (detik)
Garabar 12. Hasil normalisasi laju alir dan daya
^ nofl
. 1800
uoo
Typical cellEl«v. 2.379m
t. .2 S «
Waktu (detik)
o0
JSO
340
930
"O 320
P i 310
E"1 300
Typical ce3Elev. 2.379m
J 3
Waktu (detik)
Gambar ]3a. Hasil entalpi vs waktu Gainbar lib. Hasil T pendingin vs waktu
m
M o.to
- H 0-19
(flB.tO
0.09
0.00
\
X
— - ' • 1 —
0 1 :
1 • • • • lTypical cadElev. 2 .379m
•
6I
w
(0(001ni6
ai
3000
5500
2000
1SO0
1000
500
0
Typical c««El«v. 2.379m
Waktu (detik) Waktu (detik)
Gambar 13c. hasil Laju alir vs waktu Gainbar 13d. hasil aliran massavs waktu
236
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
-H 0.8
0.8
taX 0.4«JHb a.?
o.o.0 i 2
1 ' ' ' | ' ' • • 1Typical eattElav. 2.379m
~z ! i
Waktu (detik)
s0.20
-H4J 0.1S
W(!)
^ 0 .10
id
0-05
0.00
Typic
/
• • •
•Jetfi
2.376m
2 3
Waktu (detik)
Gambar 13e. Hasil Fraksi void vs waktu Gambar 13f. Hasil Kwalitas kesetimbangan vswaktu
»-. snoo.
anut)
J3
4J(!) I0)
O,
T. Mok.. 2O15.2BEl»v. 2.379 m
«ololoh 3,1 detikdl Typical eoll
I I I I L—1_-1 1 •1 2 3 4 5 0 7 « 0 10
Waktu (detik)
oo
ao
to
T.mok». » 5SOEtovool 2,379 ISoUlph 3.1 dot
I Typical call
i t ' i i—i—i—'—
o t a 3 < & 9 7 8 9 1 0
Waktu (detik)
Gambar 14a. Hasil T pusat BB vs Waklu Gambar 14b. Hasil T kelongsong BB vs waktu
237
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BÅTAN, Jakarta 18-19Maret 1996
pembangkitan panas linier dalam konsep JPSRlebih rendah dari pada konvensional PWR,sehingga tidak terjadi kerusakan baik di bahanbakar dan kelongsong selama pengoperasian terasJPSR pada kondisi tunak dan tidak tunak.
DAFTARPUSTAKA
1. Y.MURAO, Et al., "Conceptual Design ofJPSR, Safety Reactor (JPSR)", JAERI-Tokai-mura, Japan +81(292)82-6120.
2. Iwamura, T.Et al., "Thermal-HydraulicFeassibility Study of a Double-Flat-Core TypeHCLWR", Annual M. Dallas,(1990).
3. Wheeler.C.L.et al., "COBRA-IV-I", BNWL-1962,(1976).
4. Iwamura,T.Et al., "Evaluation of DNBRunder Operational and Accident Conditionsfor Double-Flat-Core Type HCLWR",J.Nucl.Sci. Technol.,28[l],45,(1991).
5. Bowrin&R.W., "WSC-2 : A SubchannelDryout Correlation for Water -CooledClusters over the Pressure Ranges 3.4-15.9Mpa(500-2300 Psia)", AEEW-R983,(1979).
6. Dalle Donne,M. Et al., "Critical Heat FluxCorrelation for Triangular Arrays of RodBundles with Tight Lattices, Including theSpiral Spacer Effect", Nucl. Technol.,71,111,(1985).
7. Le Tourneau.B.W.et al., "Critical Heat Fluxand Pressurized Water Reactor Design with aLow-Water-Volume-Fraction Lattice",EPRI-NP-1833,(1981).
8. Araya,F., et al., "Analysis of complete loss-of-flow accident for design of JAERI PassiveSafety Reactor JPSR.", J.Nucl.Sci.Technol.tobe publised.
9. Todreas, N. E., Kazimi, M., "Thermal-Hydraulic Fundamentals".
10. Reddy, D.G., Et al.,"Parametric study of CHFData, Volume 2. A Generalized SubchannelCHF Correlation for PWR and BWR FuelAssembblies", EPRI-NP-2609, Vol.2,(1983).
TANYA JAWAB
1. Amil Mardhan:• Apakah yang anda hitung itu untuk satu bahan
bakar säja ?• Apakah dengan variasi bahan bakar ?
Soedarmono:• Untuk beberapa bahan bakar di dalam 1/2
perangkat elemen bakar terpanas pada kondisitunak laju alir.
• Untuk kondisi tidak tunak laju alir, yangdihitung hanya pada kanal terpanas. YaituTypical Cell dan Thimble Cell.
238
ISSN 1410-1998Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir
PEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
STUDIAWAL PENGKAJIAN INTEGR1TAS ELEMEN BAKAR REAKTORRSG-GAS
A. Soejoedi. Alini Tarigan, Saiful Sujalmo, Sapto Prayoga, SuhadiPusat Reaktor Serba Guna
ABSTRAKID0100076
Studi Awal Pengkajian Integritas Elemen Bakar Reaktor RSG-GAS. Selaina 8 tahun operasi RSG-GAS telahtercapai 15 sikJus operasi reaktor dengan jumlah elemen bakar teriradiasi sebanyak 116 buah, yaitu 49 buah bahanbakar produksi NUKEM dan 67 buah bahan bakar produksi PEBN BATAN. Pada operasi reaktor teras XV,konfigurasi teras tersusmi keselunihaiuiya atas balian bakar reaktor produksi PEBN BATAN, yaitu 40 elemen bakarstandar dan 8 elemen kendali. Beberapa kegiatan telah dilakukan untuk pengkajian integritas elemen bakar, antaralain: pemeriksaau visual dengan digtmakan under water camera dan hasilnya direkatn melalui Video Cassette, ujikualitas air primer selarna operasi reaktor, pengiijian sistem pendeteksi kegagalan elemen bakar (Fuel FailureDetector=FFD) dan meinbandingkan dengan hasil pemeriksaan pascairadiasi elemen bakar bekas di Instalasi RadioMetahirgi (IRM). Dari hasil pemeriksaan dan pemantauan selama irradiasi dan setelah diirradiasi, integritas elemenbakar masih dalam keadaan baik dan belum terliliat adanya produk fisi yang lepas ke pendingin primer.
ABSTRACT
After 8 years of operation, RSG-GAS was able to reach 15 cycles of reactor operation with 116 irradiated fuels,•whereas 49 fuels were produced by NlIKEhi, and the other 67 were produced by PEBN-BA TAN. At the 15lh cycles, ithave been used 40 standard fuels and 8 control fuels (Forty standard fuels and eight control fuels have been used inthe 15' core cycles). Several activities have been performed in the reactor, to investigate the fuel integrity, among ofthem are r fuel visual test with under water camera, which the results were recorded in the video cassette, primarywater quality test during, reactor operation, fuel failure detector system examination and compared the PIE results inthe Radiometalturgy Installation (RKfl). The results showed that the fuel integrity, before and after irradiation, havestill good performance and the fission products have not been released yet.
PENDAHULUAN
Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS) mempakan reaklor riset dengan dayanominal 30 MW, tipe kolam, menggunakan bahanbakar tipe MTR dengan pengkayaan 19.75 %.Susunan teras reaktor pada kondisi teras penuhterdiri dari 40 elemen bakar dan 8 elemen kendali.Setiap elemen bakar terdiri dari 21 pelat elemenbakar dan 15 pelat eleinen bakar pada setiapelemen kendali. Bahan ketongsong bahan bakarterbuat dari paduan Aluminium, yaitu AIMg2.
Dari awal operasi rcaktor terns I, yaitu mulaitanggal 20 Agustus 1987 sampai dengan bulanSeptember 1995 RSG-GAS telah beroperasisebanyak 15 siklus. Bahan bakar nuklir yang telahteriradiasi sudah berjtimlah 116 buali bahanbakar. Dengan rincian 49 buah bahan bakarbuatan NUKEM dan 67 buah bahan bakar bnatanBPEBRR-PEBN.
Integritas bahan bakar yang tctap terjagadalam reaktor akan menjamin operasi reaktortetap selamat dan handal. Hal ini dapat lerjagakarena bahan bakar produksi BPEBRR - PEBNyang selama ini dipakai di RSG-GAS diproduksimelalui proses uji kualitas yang sangat ketal.
pengangkutan yang benar dan tahap operasi yangselalu mengikuti prosedur yang benar denganmemperhatikan batasan-batasan disain yangditentukan bagi keutuhan integritas bahan bakardi reaktor.
Pengamatan visual bahan bakar dilakukanseliap selesai operasi reaktor denganmenggunakan under water camera dan pengujiankualitas air primer di laboratorium kimia airPRSG juga dilakukan secara kontinyu untukmengantisipasi timbulnya kelainan pada bahanbakar nuklir yang sedini mungkin. Sejak tahun1993 di RSG-GAS telah dipasang sistem deteksikegagalan bahan bakar {Fuel Failure DetectorSystem=FFDS). Sistem FFD tersebut baru optimaldigunakan pada akhir 1995 ini. Sistem pencuplikdengan metode Sipping juga telah dipasang diRSG-GAS dan bcrfungsi sebagai sistempengambil cuplikan air primer dari bahan bakaryang dicurigai cacat.
SEJARAH PEMAKAIAN BAHAN BAKAR DIRSG-GAS
Dari kekritisan awal tanggal 20 Agustus1987 sampai dengan awal operasi teras XVI padatanggal 18 September 1995, telah ada sejarah
239
S'rositling Presentaxi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
pemakaian bahan bakar nuklir tersencliri di RSG-GAS. Pada awal operasi teras pcrtama sampaidengan akhir operasi teras III, selunih bahanbakar yang teriradiasi adalah buatan NUKEM.Baru pada operasi teras IV yang diiruilai tanggal 1Januari 1990, uji coba pemakaian bahan bakartipe Silisida dan Oksida buatan BPEBRR-PEBNdilakukan sebagai penyusun opcrasi (eras IV.
Setelah RSG-GAS beroperasi selarna 6siklus, mulai terdapat bahan bakar bcrstalus bahanbakar bekas (Burn-up maksimum) sertatercapainya konfigurasi teras penuh (Gambar 1).Bahan bakar buatan BPEBRR-PEBN denganlisensi NUKEM untuk pertama kali digunakansebagai penyusun konfigurasi teras pada opcrasiteras VII. Hal tersebut terus berlangsung liinggasiklus operasi teras terakhir, yaitti teras XVI yangdimulai tanggal 18 September 1995. Gambaranpemakaian bahan bakar buatan NUKEM danBPEBRR-PEBN dari siklus operasi (eras I sampaidengan siklus operasi teras XVI secara garis besardapat terbaca pada Gambar 2. Dari Gambar 2tersebut dapat terbaca bahwa mulai pertengahantahun 1992, opcrasi teras RSG-GAS sangattergantung pada pasokan dari BPEBRR-PEBN.
INTEGRITAS BAHAN BAKAR NUKLIRBESERTA KAJIANNYA
Dalam suatu reaktor nuklir, bahan bakarnuklir mempunyai nilai yang sangat strategissekaligus diperlukan kecermatan yang tinggi olehpihak pemakai, yailu inencegah terjadinyakemungkinan adanya kerusakan struktur bahanbakar nuklir akibat proses fisi. Kerusakanstruktur dapat bempa korosi dan pclepuhan padakelongsong, kerctakan dan blister ataupunswelling pada bahan bakar. Scbab kerusakaniradiasi yang bersifat kccil atau tipis sckalipundapat mengganggu jalannya opcrasi reaktormaupun personal. Pelepasan produk fisi dapatterjadi akibat hal tersebut di atas.
Untuk menjaga bahan bakar agar (clapdalam kondisi baik dan utuh maka scjak daritahap analisis disain sampai dengan tahappascairadiasi, bahan bakar hams tctap padabatasan-batasan yang ditcntukan. Scpcrti padareaktor-reaktor riset lain di negara maju, di RSG-GAS penanganan bahan bakar nuklir sccarasistematik dan terinci tclah dicantumkan padaAnalisa Keselamatan Reaktor scrla sistempengelolaan bahan bakar nuklir tingkat RSG-GAS. Beberapa sistem penanganan yangditerapkan dan dilakukan , melipuli :
a. Pengamatan visual bahan bakar denganmenggunakan teropong atau pcralatan Underwater camera. Sislcni pengamatan lerscbu!
dilakukan setelah operasi reaktor berlangsungdan setelah shutdown untuk beberapa hari.Pelaksanaannya dilakukan di dalam Kolampenyimpan bahan bakar bekas.
b. Pengujian kualitas air primer, yaitu hasil ujicuplikan di laboratorium kimia airdibandingkan dengan harga batasan disain,yang terdapat pada SAR RSG-GAS Rev. 7.
c. Pencuplikan cuplikan air primer denganmetoda sipping. Pengujian ini ditujukan jikaditemukan atau dicurigai adanya kebocoranpada bahan bakar nuklir di kolam reaktor.
d. Sistem pemantauan bahan bakar selarnaoperasi reaktor selang berlangsung pada dayatinggi, yaitu dengan menggunakan sistempendeteksi kegagalan bahan bakar {FuelFailure Detector System=FFDS). Sistem inimemakai prinsip kerja pemantauan secarakonlinyu neutron kasip dari produk fisi padasistem primer yang timbul dari impuriti bahanbakar, dengan menggunakan 2 detektor He-3yang dipasang pada bagian hisap pendinginprimer dekat pompa primer.
Di dalam makalah ini, hasil pengujianelemen bakar pasca iradiasi oleh tim InstalasiRadiometalurgi (1RM) secara garis besarditampilkan. Hal terscbut dipakai sebagaipembanding dan gambaran yang lebih jelas dalamupaya pihak PRSG maupun PEBN memperolehdata tentang kclayakan pemakaian bahan bakar direaktor. Tenitama mengenai integritas bahanbakar buatan NUKEM atau BPEBRR-PEBNdalam reaktor.
HASIL PENGAMATAN DAN PENGUJIAN
Dari data pengamatan dan pengujian bahanbakar di reaktor maiipun data penelitian masalahterkait di RSG-GAS, dipcroleh hasil pengkajiansebagai berikut :
a. Laboratorium kimia air RSG-GAS secaraberkala melakukan analisis terhadap kualitasair pendingin primer RSG-GAS. Hasilpemantauan dan pengujian menunjukkankualitas air pendingin masih di bawah hargabatasan disain yang dile-tapkan. Sebagaicontoh hasil, dapat terbaca pada Tabel 1.
Tabcl I. Uji Kualitas Air Primer RSG-GASpada daya operasi 23 MW
Niinia Uadio-nuklicla
Te- 132Sb- 125I - 132
Xe- 135
AklivitnsTerukur(x 10"1
Ci/mJ)
0.13840.01480.0583
| 0.1791
AktivitasStandar(x 10"*
Ci/mJ)
1.39002.43 x 10 s
18.300071.8000
Dnla linigynl 23 Agiislu» I99.1
240
Prosiding Presentasi Iltniah Dour Bahan Bakar NuklirPEBN-BA TAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
b. Pengamatan visual yang sudah sccara berkalaberlangsung, memberikan petonjuk niasihadanya beberapa bahan bakar yang perhidipantau. Hal tersebut akibat indikasi Icrdapatbeberapa goresan ataupun Icbalan hitain padapelat terluar elemen bakar yang teramati. Daripengamatan visual terhadap pclat terluarelemen bakar teriradiasi, dapat diambilpetunjuk bahwa elemen bakar bualan NUKEMreratanya masih pada kondisi baik dibandingelemen bakar buatan BPEBRR-PEBN. Hasilini belum menjamin benar scbab hamsdibuktikan daluihi lewat beberapa pengujian diIRM secara lebih lanjut.
c. Sistem FFDS di RSG-GAS telah dipasang danmulai pengujian tahap akhir, unlukselanjutnya dapat difungsikan scbagai sisfempemantauan kemungkinan tcrjadi kegagalanbahan bakar selama operasi rcaktorberlangsung pada daya tinggi. Sistcm FFD inidiharapkan berfungsi baik. scperli halnya direaktor JRR-2,3 dan 4 di Jepang. Pada keligareaktor tersebut FFDS sudah terbuklikeandalannya untuk mcmanlau integritasbahan bakar secara akurat. Prinsip kerja FFDSmendasarkan pada dctcksi unjuk kerja neutronlambat. Pendeleksian dilakukan denganmengamati neutron lainbal dari produk fisi,seperti N-17, 1-137, Br-87 dan Br-88 padasistem pendingin primer. Lokasi detektorditentukan waktu transit dari pendingin dariteras reaktor keluar menuju bagian hisapaliran primer, yaitu sekitar 50 dclik. FFDSsangat peka untuk mendctcksi kegagalan yangsangat kecil di bahan bakar. Pada bulanAgustus 1995 telah dilakukan perbaikan FFDSRSG-GAS. Hasilnya menunjiikkan bahvvaindikasi FFDS berfungsi baik pada dayaoperasi 23 MW. laju cacah latar belakangmenunjukkan 14 cps. Sehingga apabila padasuatu operasi reaktor ineminjukkan laju cacahFFDS lebih besar dari 14 cps bcrarti dapaldicurigai ada bahan bakar nuklir di teras yangcacat. Lokasi FFDS di RSG-GAS dapat lerbacapada Gambar 3. terlampir. Diagraminstrumentasi FFDS dan contoh analisis airpendingin primer dapat terbaca pada Gambar4 dan 5 terlampir.
d. Sistem pencuplik air primer dengan melodasipping di RSG-GAS telah tersedia, alatpencuplik ini akan menyedot air cuplikan yangberasal dari bahan bakar yang dicurigai cacatdan selanjutnya air cuplikan terscbul akandianalisis dengan menggunakan MCA(Gambar 4 dan 5). Sistein idcnlifikasi produkfisi yang terlepas dari balian bakar cacat
dengan metode sipping ini dapat diterapkanpada bahan bakar bekas di koSam bahan bakarbekas. Model alat ini dapat terlihat padaGambar 6 dan 7 terlampir. Pengamatan danpengujian elemen bakar pasca iradiasi jugatelah dilakukan di IRM dan program tersebutterus berlanjut.
Sekitar bulan Oktober 1995 ini pula pihakPEBN beserta koleganya merencanakan suatu ujikorosi pada bagian kelongsong dari pada bahanbakar bekas dalam air. Sedangkan padapertengahan tahun 1993 baru lalu, tim IRM telahmelakukan uji tak merusak atau merusak terhadapelemen bakar bekas buatan NUKEM, yaitu FERI-19. Diianjutkan pengujian terhadap eleman bakarbuatan BPEBRR-PEBN, yaitu FERI-SIE2 danFERI-E01. Pemeriksaan dan pengujian meliputipengamatan visual, ketebalan dan uji metalografikdengan SEM. Dari hasil uji menunjukkan adanyapembentukan lapisan oksida pada permukaanpelat, serta terjadi bubbles pada butir-butir bahanbakarnya yang discbabkan oleh deposisi gas hasilfisi. Hasil perolehan tersebut masih di bawahbatas-batas yang diijinkan sesuai desain. Hasilselengkapnya dapat dipelajari pada makalah"Pemeriksaan Pascairadiasi Elemen Bakar BekasRSG-GAS", yang disusun oleh H. Nasution danA. Suripto, disajikan pada seminar pengembangankemitraan antar lembaga melalui IPTEK Nuklir diBandung bulan Maret 1995.
EVALUASI HASIL PENGUJIAN
Dengan semakin banyaknya elemen bakarteriradiasi dan semakin teralurnya jadwal operasiRSG-GAS maka sistem pengelolaan bahan bakarperlu dioplimalkan. Langkah pengamatan danpengujian terhadap bahan bakar sampai saat iniadalah baik. Pembenahan terhadap sistem tersebutakan terus dimantapkan serta diakurasikan lagi.Hasil pengelolaan dan pemantauan terhadapinlegrilas bahan bakar yang ada di RSG-GASsampai saat ini masih lerkendali. Apalagi denganlelah dilerapkannya FFDS dan sistem pencuplikair primer dengan metode sipping maka integritasbahan bakar di RSG-GAS akan lcbih terjamin lagidari aspek keselamatan dan keamanannya.
Hasil cvaluasi pengujian dan pengamatantahap lanjut terhadap bahan bakar bekaspascairadiasi RSG-GAS oleh Tim IRM, akansangat membantu sekali bagi sistem operasi danpengelolaan bahan bakar RSG-GAS.
SIMPULAN
Pengamatan dan pengujian yang bersifatkontinyu sangat diperlukan sekali bagi
241
F'roxiJing I'rexentasi Hmiah Daw liahan Bakar NuklirPFJtN-BATAN. Jakarta 18-19Marel 1996
pemonitoran bahan bakar RSG-GAS. Kegagalanbahan bakar yang berskala sangat kecil dapatmengganggu jalannya opcrasi rcaktor danpersonal. Untuk mengurangi sekccil numgkintimbulnya bahan bakar yang cacat di RSG-GASmaka FFDS dan sistem uji nietodc sipping akanmembantu sekali terhadap sistem opcrasi danpengelolaan bahan bakar RSG-GAS secarakeseluruhan. FFDS RSG-GAS akan bekcrjadengan baik pada operasi daya (inggi, dcngan lajucacah latar belakang adalah 14 cps. Kajian yanglebih teliti dan terpadu sangal dibutuhkan untuktetap tercapainya integritas bahan bakar selamawaktu masa hidup reaktor. Pengainatan visualterhadap bahan bakar dengan peralatan underwater camera ditambah dengan sistcin rekamanvideo dan teropong masih pcriu dilanjutnya.
TANYA JAWAB
1. TUKIRAN
• Berapa jumlah bahan bakar yang telahmengalami iradiasi dan berapa jumlah bahanbakar bekas yang telah mcncapai burn-uphingga 56 % selama RSG-GAS beroperasisampai teras XIX (19 siklus)
• Mohon dijelaskan apa indikasi yang tcrlihatpada camera dan bagaimana mcnang-gulanginya, apabila tcrjadi kegagalan padabahan bakar ?
AGOES SOEJOEDI
• Jumlah elemen bakar yang telah mcngalaniiiradiasi dan mencapai burn-up hingga 56 %sampai teras XIX, informasi (erscbut dapal
diperoleh melalui data yang berada di BFR-RSG-GAS.
• Untuk mcnanggulanginya dapat dilakukandengan nietode FTB atau melakukanpengujian kulaitas air, dan bukan denganmelode under water camera
2. JOJSUMADEWI
• Sampai sejauli ini manakemampuan alat ujiintegritas itu mendeteksi kegagalan EB ?Apakah mampu mendeteksi adanya retak kecil( micro crack ) & swelling ?
AGOES SOEJOEDI
• Sudan mencapai uji awal, peinasangan sistem• Kccurigaan awal adanya cacat EB teriadiasi
yang dapat dilaporkan, data aktivitas dari EBterduga cacat dapat dilaporkan juga
3. SOEDARJO
• Masalaha deviasi secara visual di media airdengan under water camera, apakah ada ?
• Apakah efek cerenkov tidak ada dampaknyaterhadap cuplikan dengan under water camera,sehingga data yang didapat lidak akurat
• Apakah data kondisi air primer yang tidakstandar dapal menggangu pemgambilangainbar yang asli ?
AGOES SOEJOEDI
• Masalah deviasi adanya efck cerenkov tidakada. masalah hanya plat tcrluar elemen bakaryang di rckam/dilihat
• Tidak ada
242
I'rosUlmg I'n-.sentasi flmiah Daur Bahan Bakar NuklirI'EBN-HATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
THE RSG-GASREACTOR CORE AND ITS FACILITIES
JT~| • ELEWEN BAKAR
R 9 « ELEHEN KEHDALI
Q • ELEMEH BERILFUM
CIP * CENTRAL IRRADIATION POSITIOH
IP - IRRADIATION POSITION
PRTF • POWER RAMP TEST FACILITY
[lfj « IRRADIATIOH POSITIOH
[ s i r BEAM TUBE
fp~j * FAST RABBIT SYSTEM
[}{\ - NORMAL RABBIT SYSTEM
NR * NEUTRON RADIOGRAPHY
NTD= NEUTRON TRANSMUTATION DOPING FACILITY
Gambar 1. Konfigurasi Tcras Pcnuh
243
Prosiding Presenlasi Hmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BA TAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
SIKLUS - - ' I | | m IV V VI VII VII IX X XI XII XIII XIV XV XVI
D NUKEM EBN
Gambar 2. Scjarah Peniakaian Bahan Bakar Nuklir di RSG-GAS(Talum 1987-1995) Produksi NUKEM dan PEBN
m.' .c io» B i i i COfltl.iC
i-i:v*«-- i'!.t
f « t l StOKMrtMXil
€3hr—3H
O t.i
UI
0
5 : COOLIVC fA.1
,• frr> outcToa Hcfo(flo-J Cwmtsr i !)
r
JI
1115::J
M p n - 0 0 Overvlc» Xatn
Gainbar 3. Lokasi FFDS
244
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan BakarNuklirPF.HN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Alarm(Optional)
iRecorder
-Marshalling Kiosk
Main Control Room
PRSG - BAIAM
FUEl FAILURE DETECTION SYSTEM
S I ; e . :A l.o
August 3 . 1973 • ) » " " ' 1 ot I
Gambar 4. Sistem FFD
TIPE - - 1 MCA t t NO.nUiS t 1WKT.NYATA - 7200.00 (0E7IK). KKT.IIIOUP - 6871 .52 (OfeTIK)OATA TEBKUMPW. PK. 10: 53:00 TS.ai-NOV-94
toooo.oo
1500 3000 4500 6000
#NO.SALUR MCA#
Gambar 5. Contoh Hasii FFDS
245
I'rosiiling I'resenlasi llmiah Duur Bahan Bakar NuklirPElihl-BATAN, Jakarta IS-19Maret 1996
PUSAT REAKTOR SERBA GUHA
BIRDS EYE' VIEW* DARI
SISTEM. PENYEDOT AIR
PADA BAHAN BAKAR REAKTOR
Gainbar 6. Bird's Eye View dari Sislcm Pciiycdot Air pada Balian Bakar Reaktor
246
f'rosiding I'resenlasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
FUEL EUEMEJ/T
Gambar 7. Pcralalan Tambahan untuk Sipping
247
ISSN 1410-1998Prosiding Presenlasi llmiah Daur Bahan Bakar Nuklir
PEBN-BATAN,Jakarta 18-19 Maret 1996
PENDINGINAN PADA BERBAGAI JUMLAH PELATDI DALAM ELEMEN BAKAR TIPE MTR
Muh. Darwis Isnaini, Iman KuntoroPusat Reaktor Serba Guna ID0100077
ABSTRAK
PENDINGINAN PADA BERBAGAI JUMLAH PELAT DI DALAM ELEMEN BAKAR TIPE MTR RSG-GAS merupakan reaktor jenis kolarn dan berelemen bakar jenis MTR dalam bentuk dispersi UjOg-Al denganpengkayaan 19,75 % U-235. Sejalan dengaii dikuasainya teknologi pembuatan elemen bakar oleh PEBN-BATAN,penelitian untuk mengembangkan dan membiiat model elemen bakar tipe pelat menjadi menarik. Di dalam makalahini ditulis penelitian model elemen bakar yang jumlah pelatnya bervariasi ditinjau dari segi termohidraulika.Perhitungan dilakukan untuk elemen bakar yang masing-masing mempunyai 17, 19, 21, 23, 25 dan 27 buah pelatbahan bakar dengan tebal pelat dan ukuran elemen bakar yang sama dan dengan batasan untuk daya reaktor yangsama yaitu 30 MW (daya nominal) dan 34,2 MW (daya lebihnya), serta laju alir primer 800 kg/detik. Hasil analisisyang dilakukan dengan program COOLOD-N menunjukkan bahwa hanya elemen bakar antara 19 dan 23 saja yangmemenuhi kriteria keselamatan.
ABSTRACT
COOLING ON SEVERAL NUMBERS OF PLA TES IN THE MTR TYPE FUEL ELEMENTS. RSG-GAS is a pooltype reactor that uses material testing reactor (MTR) type fuel element ofUsOs-Al with U-235 enrichment of 19.75 %.In accordance with the advancement of fuel fabrication technology by the Centre for Nuclear Fuel ElementDevelopment (PEBN-BATAN), a research to develop and product the fuel of MTR type modelled will be interesting.This paper describes the thermal-hydraulics aspect in development of fuel model of several numbers of plates. Thecalculations were done for number of plates of 17, 19, 21, 23, 25 and 27 plates with the same plate width and fuelelement dimension, for reactor power of 30 MW (nominal power) and 34.2 MW (over power), and primary coolant of800 kg/s. Analyses using the COOLOD-N code showed that only fuel element with the number of plates between 19and 23 meets the safety criterions.
PENDAHULUAN
Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS) adalah reaktor riset yang bertipe kolamyang berdaya nominal 30 MW, pada saat inimenggunakan elemen bakar tipe pelat (tipe MTR)dengan pengkayaan 19,75 %., RSG-GAS saat initersusun atas 40 elemen bakar dan 8 elemenkendali, yang masing-masing terdiri 21 buah pelattiap elemen bakar dan 15 buah pelat tiap elemenkendali, dengan ketebalan masing-masing pelat1,30 mm. Baik itu elemen bakar maupun elemenkendali mempunyai ukuran penampang lintang76,1 mm x 80,5 mm. Dengan kondisi saat ini,kanal pendingin sebelum dalam yaitu kanal yangterbentuk antara dua pelat yang berhadapan didalam satu elemen bakar, mempunyai ukuran 67,1mm x 2,55 mm1.
Sejalan dengan semakin dikuasainyateknologi pembuatan elemen bakar tipe pelat olehPusat Elemen Bakar Nuklir (PEBN - BATAN),penelitian ke arah pembuatan model elemen bakartipe pelat menjadi menarik. Salah satu segipenelitian yang penting adalah segi
termalhidrauliknya, yaitu cvaluasi masalahpendinginan dan keselcmatan pada elemen bakartipe MTR yang berbeda-beda jumlah pelatnya.
Di dalam makalah ini disajikan hasilperhitungan perpindahan panas untuk elemenbakar yang masing-masing mempunyai 17, 19,21, 23, 25 dan 27 buah pclat bahan bakar dengantebal pelat dan ukuran elemen bakar yang sama.Perhitungan dilakukan dengan menggunakanprogram COOLOD-N2.
Masalah yang muncul dengan bcrvariasinyajumlah pelat elemen bakar dari 17 hingga 27 pelat
tiap elemen bakar adalah bahwa denganbertambahnya jumlah pelat di dalam elemenbakar, panas yang dibangkitkan perpelat bahanbakar semakin kecil, tetapi hal ini berarti jugabahwa jumlah kanal menjadi semakin banyaksedangkan tebal kanal pendingin (luas aliranpendingin tiap elemen bakar) menjadi semakinkecil. Jika fraksi laju alir volumetrik yangmengalir melalui teras tetap, maka denganbertambahnya kanal pendingin akan memberikanlaju alir volumetrik perkanal akan menjadi kecil,
248
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
meskipun kecepatan pendingin menjadi semakinbesar.
DASAR TEORI
Batas keselamatan yang dipakai untukmcngkaji pemilihan jumlah pelat elemen bakardari segi termalhidraulika memakai kriteriasebagai berikut:a. harga suhu maksimum permukaan pelat dan
pusat elemen bakar, yang besarnya masing-masing 145 °C dan 175 °C\
b. harga suhu maksimum pusat elemen bakaryang besarnya 175 °C untuk elemen bakar diawal siklus dan 200 °C untuk akhir umurelemen bakar1,
c. batas keselamatan terhadap ketakstabilanaliran S (Onset of Flow Instability Ratio -OF1R) dengan menggunakan persamaan didalam SAR1:
OFIRatauS = — (1)
di mana h parameter pelepasan gelembung(bubble detachment parameter) yangdi dalam SAR ditentukan dengankorelasi:
(2)
denganT, : suhu saturasi pendingin, °CTc : suhu pendingin campuran (bulk coolant
temperature), °CV : kecepatan pendingin, cm/detikq" : iluks panas, W/cm2
z : jarak dari kanal masukan pendingin, cm\\c : parameter pelepasan gelembung kritis, 22,1
cm3oK/Wdetik
Besarnya harga batas keselamatan terhadapketidakstabiian aliran (S minimum) untuk untukoperasi RSG-GAS pada daya nominal 30 MWadalah 3,38 'd. batas keselamatan terhadap rejim pendidihan
titik (Departure from Nucleate Boilling -DNBR), dituliskan dengan korelasi1:
DNBR = WfeJ
di mana
dan
611
IBNR2
atau
= A.= AH
•(5)
|G*|
: fluks panas yang menyebabkan terjadinyarejim pendidihan intipanjang karakteristik = _ s/(rf - rtegangan muka, kg/mmassa jenis, kg/m3
percepatan gravitasi, 9,8 m/det2
panas laten penguapan, kcal/ kglaju alir massa (tanpa dimensi)= G/_I.g.rg.(rf-rg)laju alir massa, kg/m2.detik
q DNB
I : panjang karakteristik =... s/(rf - r„) , msrgKG*
Gsubscript f untuk fluida dan g untuk uap (steam).
Besarnya harga batas keselamatan terhadaprejim pendidihan titik (DNBR minimum) adalah1.002.e. kecepatan kritis pendingin yaitu kecepatan
pendingin yang dapat menyebabkan pelatbahan bakar bergetar (vibrasi). Apabilakecepatan pendingin makin tinggi sedangkanpelat bahan bakar dapat bergerak (movable)atau fleksibel, maka kanal lintasan akansecara otomatis terkurangi menuju nol danaliran pendingin akan berhenti artinya kanaltersebut menjadi tidak dialiri oleh pendingin.Khan3 menuliskan persamaan Miller untukmenghitung kecepatan kritis untuk perangkatpelat datar sebagai:
'15xl(f E(fp -
di mana:
tm
tw
wX
Modulus Elastisitas Young = 70 N/mm2 'tebal pelat, mmtebal meat, mmtebal kanal pendingin, mmlebar kanal pendingin, mmPoissons Ratio = 0,35*
(3)
Untuk desain direkomendasikan bahwa ratio(perbandingan kecepatan pendingin dengankecepatan kritis) harus berharga antara 0,63sampai 0,853.
249
Prosiding Presentasi Iltniah Daur Bahan Bakar NuklirPE8N-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Kriteria lain yang perlu dipcrhatikan adalah :a. batas suhu terhadap awal pendidihan titik
{Onset of Nucleate Boilling - ONB) yang didalam programdengan korelasi:
COOLOD-N2 dituliskan
AT,ori> ~ Tplal(z) •(7)
Yang mana perlu dicari harga DTONB
minimum yang berharga positif atau lebihdekat ke arah positif, artinya pada kanaltersebut tidak terjadi pendidihan titik atauhanya sedikit terjadi pendidihan titik.
TATA KERJA
Dengan batasan balnva tebal pelat danukuran penampang lintang elemen bakar tetapmasing-masing 1,30 mm dan 76,1 mm x 80,5mm, dapat dihitung tebal kanal untuk masing-masing jumlah pelat 17, 19, 21, 23, 25 dan 27.Ukuran kanal ini merupakan salah satu datamasukan di dalam program COOLOD-N. Datamasukan yang lain di dalam perhitungan iniseperti yang disyaratkan di dalam SAR ' adalah :a. perhitungan dilakukan untuk daya reaktor 30
MW (pada daya nominal) dan 34,2 MW(pada daya lebihnya),
b. dengan anggapan (asumsi) 100% dayadibangkitkan dari hasil peinbelahan bahanbakar,
c. laju alir total pendingin primer 800 kg/detik,di mana laju alir sebesar ini adalah laju alirminimum yang harus dipenuhi untuk RSG,
d. distribusi daya aksial berbentuk kosinus , dane. faktor radial total untuk kanal panas berharga
3,415, yang mana faktor radial total iniberasal dari :- faktor kanal panas akibat pengaruh
ketinggian batang kendali 1,61,- faklor pcniiigkat panas yang disebabkan
oleh lokasi elemen bakar 1,25,- faktor dari ketidak pastian perhitungan
1,20,- faktor fleksibilitas di dekat posisi iradiasi
1,08,- faktor akibat variasi kerapatan daya 1,07,- faktor yang discbabkan oleh tcrjadinya
peningkatan sului 1,07 , dan- faktor fluks panas 1,20.
Perhitungan untuk variasi jumlah pelat inihanya dilakukan untuk elcmcti bakar dengantingkat pengkayaan 19,75% dan dengan densitas
2,965 gram U235/cc artiiiwa snuatan U235 perpelatnya tetap yaitu sekitar 3 1,9 gram, sehinggauntuk elemen bakar dengasi jamiSah pelat berbedaakan berbeda pula muatan U235 nya. Demikianjuga dengan jumlah elemen bakar dan elemenkendali dipergunakan jurnlah yang sama yaitumasing-masing 40 dan 8. Bafa-data spesifikasielemen bakar ini adalah data-data yang saat inidipergunakan untuk elemen bakar RSG-GAS.
Perhitungan yang dilakukan denganmenggunakan program COOLOD-N ini akanmenghasilkan data distribusi suhu, distribusi flukspanas, batas terhadap awal pendidihan titik, bataskeselamatan terhadap DNB dan S.
HASIL DAN BAHASAN
Data ukuran elemen bakar untuk variasijumlah pelat dirangkum pada Tabel 1.
Hasil pcrhitungan dengan programCOOLOD-N untuk variasi jumlah pelat di dalamelemen bakar pada daya nominal 30 MW dan lajualir minimum 800 kg/detik dirangkum pada Tabel2. Sedangkan pada Gambar 1 ini dimuat grafiksuhu pendingin keluaran kanal, suhu maksimumpelat dan suhu maksimum pusat meat bahanbakar, serta batas keselamatan terhadap rejimpendidihan titik (DNBR minimum) dan terhadapketidakstabilan aliran (S minimum) sebagaiperbandingan hasil perhitungan pada dayanominal 30 MW dan daya lebihnya 34,2 MW.
Dengan menerapkan kriteria yang terdapatdalam dåsar teori, maka dari Tabel 2 dapatdirangkum ke dalam Tabel 3.
Dari rangkuman perhitungan yang dimuat didalam Tabel 3 terlihat bahwa :a. Yang betul-betul memenuhi kriteria
keselamatan di atas hanyalah elemen bakardengan jumlah pelat 21 atau 23 buah,
b. Elemen bakar dengan jumlah pelat 17 sangattidak memenuhi kriteria keselamatan namun,
c. Elemen bakar dengan jumlah pelat 25 atau 27tidak memenuhi kriteria keselamatan, karenakecepalan pendingin di dalam kanalnyamelebihi kecepatan kritisnya, hai ini dapatmenyebabkan bengkoknya pelat bahan bakaryang selanjutnya dapat mengakibatkanpenyempitan kanal atau bahkan penutupankanal apabila pembuatan elemen bakarkurang baik,
d. Sedangkan elemen bakar dengan jumlah pelat19 tidak memenuhi kriteria karena suhu pelatdan meatnyn lebih besar dari batas yangdiijinkan. Nanmn pada kenyataannya, selarnaoperasi RSG-GAS suhu pendingin masukan
250
Providing Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
tidak pernah meiebihi 40,5 °C 7, sehinggadimungkinkan suhu pelat dan suhu meat akanberkurang 4 °C dari harga pada Tabel 2 yaitumasing-masing menjadi sekitar 143 °C dan173°C yang artinya elemen bakar denganjumlah pelat 19 masuk kriteria. Pengambilansuhu masukan reaktor 44,5 °C sendiribcrdasarkan batasan suhu pada sistem
proteksi reaktor {reactor protecting system -RPS) di mana reaktor akan scram apabilasuhu pendingin masukan mencapai hargasuhu tersebut. Demikian juga bahwaperhitungan ini dilakukan untuk kondisi lajualir minimum, padahal kenyataannya RSG-GAS selalu beroperasi pada laju alir nominal860 kg/detik atau lebih 7.
Tabel 1. Data ukuran elemen bakar untuk variasi jumlah pelat
ELEMEN BAKAR
1. Jumlah E. Bakar
2. Kisi elemen bakar
Pitch) mmxmm
3. Ukuran penam-
pang lintang eb,
mm x mm
4. Tebal pelat, mm
5. Juml. kanal dalam
6. Tebal kanal, mm
a. kanal dalam
b. kanal terluar
c. Potongan tepi
7. Lebar Kanal, mm
8. Luas kanal, cm2
9. Luas kanal efcktif
per E.B., cm2
ELEMEN KENDALI
1. Jumlah E. Kendali
2. Jumlah pelat b.b.
3. Tebal kanal, mm
a. kanal dalam
b. kanal terluar
Jumlah Pelat Per Elemen Bakar
17
40
81,0x77,1
80,5x76,1
1,3
16
3,46
3,54
1,52
67,1
2,3217
37,1466
8
12
3,46
2,97
19
40
81,0x77,1
80,5x76,1
1,3
18
2,96
3,02
1,26
67,1
1,9862
35,7509
8
13
2,96
3,59
21
40
81,0x77,1
80,5x76,1
1,3
20
2,55
2,70
1,10
67,1
1,7111
34,2210
8
15
2,55
2,20
23
40
81,0x77,1
80,5x76,1
1,3
22
2,22
2,26
0,88
67,1
1,4896
32,7716
8
17
2,22
1,96
25
40
81,0x77,1
80,5x76,1
1,3
24
1,94
1.94
0,72
67,1
1,3017
31,2418
8
18
1,94
1,60
27
40
81,0x77,1
80,5x76,1
1,3
26
1,70
1,70
0,60
67,1
1,1407
29,6582
8
19
1,70
2,15
251
Presiding Presenlasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirrEBl-'-SATAN. Jakarta 18-!9Maret 1996
Tabel 2. Hasil pcrhituiigan dcngan program COOLOD-N pada daya nominal 30 MW dan lajukg/detik, untuk variasi jumlali
!|
1i Maswkan
1. a. Jtimlah pelat totalb. Juinlah muatan U-235/ elemen bakar
c. Daya reaktor, MWd. Daya rerata/pelat, kWe. Laju alir total sistem primer (kg/det)f. Suhu masukan reaktor (°C)
KELUARAN (HASIL)Kanal Rerata2. a. Suhu pendingin keluar kanal, °C
b. Suhu maks.pelat, °Cc. Suhu maks.meat,°C
d. Suliu saturasi pada keluaran pelat, °C
3. a. Kec. pendingin, m/detb. Kecepatan kritis,m/detc. Ratio = a / b
4. P tota| teras, kg/cm2
5. Fluks Panas q", W/cm2
a. reratab. maksimum
6. Batas suhu thd. ONB (Tonb)
7. Batas Keselamatan thd.a. DNB minimumb. S minimum '''
Kanal panas8. a. Suhu pendingin keluar kanal, °C
b. Suhu maks.pelat, °Cc. Suhu maks.meat,°Cd. Suhu saturasi pada keluaran pelat, °C
9. a. Kec. pendingin, m/detb. Kecepatan kritis,m/detc. Ratio = a / b
10. DP ,0,3] teras, kg/cm2
11. Fluks Panas q", W/cm2
a. reratab. maksimum
12. Batas suhu thd. ONB (DTonl))
13. Bates Keselamatan thd.a. DNB minimumb. S minimum'''
_p_e!at bahan bakar
17
776202,38
30,038,66
80044,5
55,6492,78
102,75117,46
3,686,520,56
0,489
49,9382,13
34,24
3,8013,78
82,50153,31187,37117,52
3,706,520,57
0,491
166,34280,49
-21,98
1,103,07
Jumlah Pelat Per Elemen Bakar
19
864226,19
30,034,72
80044,5
55,7486,1095,05
116,63
3,846,030,64
0,536
44,8573,77
39,91
4,2915,88
82,75147,20177,78116,73
3,866,030,64
0,538
153,15251,92
-16,29
1,253,52
21
960250
30,031,25
80044,5
55,7880,7888,72
115,64
3,995,590,71
0,587
40,3666,39
44,16
4,2618,18
83,02141,11168,64115,73
4,025,590,72
0,588
137,84226,73
-10,75
1,254,00
23
1056273,81
30,028,41
80044,5
55,8276,6683,74
114,40
4,145,220,79
0,649
36,6960,36
47,26
4,2520,57
83,11135,01160,24114,53
4,185,220,80
0,648
125,30206,12
-5,80
1,244,50
25
1144297,62
30,026,22
80044,5
55,8773,2679,79
112,63
4,364,880,89
0,742
33,8755,71
49,43
4,2323,12
83,25129,32152,33112,80
4,404,880,90
0,739
115,66190,26
-1,10
1,244,99
ahr 800
27
1232321,43
30,024,35
80044,5
55,9070,3876,45
110,19
4,614,571,01
0,862
31,3951,64
50,58
4,2225,79
83,37123,47144,40110,44
4,644,571,02
0,856
107,20176,34
3,43
1,235,44
252
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Suhu
200
i , .
ISO
125:
100
50
\/
, '
17
(oC)
'"I-.
. . . » • • •
. <r—. . • • • • - •
I
19
Batot Kesslamalan S dan OMB minimum
»
21
^ ^ ^ ^ - ^ " • " ' • • ' • • ' • :
———0 B 1
« & 1
1 1
6
5
4
3
2
0
23 25 27
Jumlah Plat per E.B.
< Suhu mak$. Pencfingin, Plat dan 'Meat", Serta S <ianS«b»gai Fungsi Variisj Jumlsh Plat Bahan Bakar
Pada Kanal Panas, d»ngan Daya 30 MW dan 34.3 MW
-p-
*
•o-
•X
©
V
DNB minimum
Keterangan ganibar :- [1] atau : untuk menggambarkan grafik untuk perhitungan daya 30 MW- [2] atau : untuk menggambarkan grafik untuk perhitungan daya 34,2 MW- subscript f : fluida atau pendingin- c : cladding atau kelongsong/pelat- m : meat bahan bakar
253
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta I8-19Maret 1996
Tabel 3. Cek silang kriteria keselainatan untuk variasi jumlah pelat untuk pcrhitungan daya 30 MW.
Kriteria kesclamatan pada daya 30 MW
Jenis
1. Suhu maksimum pclat
2. Suhu maksimum tengah meatbahan bakar
3. Batas keselamatan terhadapketidakstabilan aliran (S min)
4. Batas keselamatan terhadap rejimpendidihan titik (DNBR min)
5. Rasio kecepatan pcndingindengan kecepatan kritispending! n
Range
< 145 °C
< 175 °C
>3,38
>i,o
0,63<r<0,85
Jumlah pclat/ elemen bakar
17
X
X
X
V
X
19
X
X
V
V
V
21
V
V
V
V
V
23
V
V
V
V
V
25
V
V
V
V
X
27
V
V
V
V
X
Keterangan : x : tidak memenuhi kriteria
SIMPULAN DAN SARAN
Dengan menerapkan 5 kriteria di atas dapatdisimpulkan bahwa :1. Elemen bakar dengan jumlah pelat Icbih dari
23 buah atau kurang dari 19 buah tidakmemenuhi kriteria kcselamatan operasi.
2. Elemen bakar dengan 19, 21 atau 23 pelatmempunyai lebih banyak kcunggulan unjukkerja dibanding dengan elemen bakar denganjumlah pelat yang lain, antara lain suhu pelatdan "meat" yang cukup rendah, hanya sedikitterjadi pendidihan tilik, batas keselamatanterhadap S dan DNB yang cukup, serta ratiokecepatan yang memadai.
Pada penelitian sclanjutnya perlu dilakukanpenelitian lebih lanjut melipuli pcndinginan padavariasi ketebalan pclat, di samping penelitian laindari segi neulroniknya, dari segi pembuatannya(fabrikasi) dan lain sebagainya.
DAFTAR ACUAN
1. Multipurpose Research Reactor G.A.Siwabessy, Safety Analysis Report Rev. 7,BAT AN, September 1989.
2. Kaminaga, M.,Coolod-N: A Computer Code,For The Analysis of Steady-State Thermal-Hydraulics in Plate-Type Research Reactors,JAERI-M, 90-021, JAERI, February 1990.
v : memenuhi kriteria3. Khan, L.A. dan Nabbi, R.,Heat-Transfer
Analysis of the Existing HEU and ProposedLEU Cores of Pakistan Research Reactor,KFA-Julich, February 1987.
4. Ridwan, M. dkk, Pengantar IlmuPengetahuan dan Teknologi Nuklir, BadanTenaga Atom Nasional, 1978.
5. Myers, G.E., Thermodynamics Properties USand SI Units, Prentice Hall, 1989.
6. Praptoriyadi, G. dkk., Uji "Benchmark"Termohidraulika Teras Kerja RSG-GASDalam Keadaan Tunak, Makalah SeminarKomputasi dan Teknologi Nuklir V, 24-25januari 1995.
7. Anonim, Log Book Kalibrasi Daya RSG-GAS, Kelompok Termohidraulika, BidangFisika Reaktor, PRSG - BATAN.
TANYAJAWAB
1. ABDUL ROJAK
• Dari uraian, tidak diikutsertakan faktorpanjang PEB dalam perhitungan pendinginan.Apakah hal tersebut diabaikan ?
M. DARWIS ISNAINI
• Dalam pcrhitimgan ini, faktor penibahanpanjang belum dimasukkan, jadi panjang
254
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
bahan bakar yang dipakat sama denganpanjang bahan bakar yartg ada saat ini yaitu60 cm
2. SUGIHARTO• Berapa jumlah pelat EB di dalam setiap satu
buah elemen bakar• Berapa lama uji pendinginan elemen bakar
yang dilakukan pada daya reaktor 34,2 MW• Mengapa Saudara tidak melakukan penelitian
yang sama pada daya reaktor yang berbeda-beda
M. DARWIS ISNAINI
• Antara 19 dan 23 plat / EB memiliki kriteriakesehatan yang lebih baik untuk elemen bakarRSG
• Hasil ini adalah hasil perhitungan untukkondisi steady state , artinya dapatdioperasikan pada daya 34,2 MW selamakandungan fraksi bahan uraniummaksimumnya belum terlampui.
• 34,2 MW adalah batas daya lebih dari RSG-GAS yang merupakan daya tertinggi yangdapat dicapai, sebelum reaktor scram olehsistem proteksi reaktor ( RPS). Kalau padadaya tertingginya aman, terpakainya dayayang lebih rendah akan diperoleh keselamatanyang lebih tinggi.
3. HILMAN RAMLI
• Prinsip dasar yang dikerjakan saudara, bilasaya tidak salah tangkap adalah variasi luasanpendingin ( A) yang sebanding dengan jumlahpelat hasil yang didapat adalah :untuk plat » => A « sehingga a). Tplat danTmeat « ~ 0 / plat «b). Tc » ; c) A T DNB » ; d s »
Kemudian sebagai constrain I optimalisasihasil, anda mengambil batasan dari ratioVpendingin/V kritis berdasarkan rumusanmiller. Pcrtanyaannya:
1. Apakah constrain tersebut dapat valid darisisi nilai keselamatan ( Note : harus dilihatjuga artian fisis dan batasan - batasan dalampersamaan Miller )
2. Apakah batasan-batasan dalam persamaanMiller sesuai dengan kondisi perhitungansaudara (Juga kondisi yang ditetapkandalam teras RSG-GAS)
M. DARWIS ISNAINI
• Dari segi suhu pelat dan meat akan semakinlebih aman untuk jumlah pelat/ EB yangsemakin besar, demikian juga dengan angkakesematan S. Namun harus diingat dengansemakin banyak jumlah pelat / EB berartilebar kanal semakin kecil begitu juga logamyang menjepit pelat menjadi semakin kecil,yang apabila kekuatan penjepit kurang baikmaka dapat terjadi vibrasi plat. Hal ini bisamenyebabkan tertutupnya kanal akibat pelatbengkok dan pendingin hilang pada kanaltersebut. Oleh sebab iru perlu diperhatikanratio antara kecepatan pendingin dengankecepatan kritisnya
• Ya, yaitu untuk jenis EB tipe pelat datar
4. SARJONO
• Pada penentuan jumlah pelat elemen bakar/elemen bakar apakah sebagai asumsiperhitungan jumlah U235/ pelat ( setiap elemenbakar) dianggap sama ?
• Apabila jumlah pelat / elemen bakar lebihbanyak dari yang sekarang bearti dimensielemen bakar akan berubah .
M. DARWIS ISNAINI
. Ya, Jumlah U235 / pelat sama
. Dimensi elemen bakar tidak berubah (dibuattetap), yang berubah adalah tebal kanalanatara plat-plat bahan bakar
5. HASNUL SOFYAN
. Batasan masukan data untuk perhitunganperpindalian panas elemen bakar adalah sama(Daya reaktor 34,2 MW, laju pendingin primer800 Kg/detik)Apakah dalam penelitian ini tidak dilakukanuntuk variasi laju alir pendingin , mohondijelaskan
M. DARWIS ISNAINI
. Ya, dalam penelitian ini tidak dilakukanvariasi laju alir pendingin, 800 Kg/detmerupakan laju alir menimum yangdisyaratkan dalam SAR-RSG. Jika untuk lajualir minimum sudah memenuhi maka artinyauntuk laju alir > 800 Kg/det akan diperolehhasil yang lebih baik, dan untuk laju alir <800 Kg/det diperoleh hasil lebih buruk
255
1'rosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEHN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
6. INDROYUWONO
• Apakah hubungan antara jumlah pclat tipekanal dan jumlah elcnicn kendali.
• Apakah dari penelitian Saudara ini berlakuunium atau spesifik. Bila berlaku unuimdapatkah hubungan tcrscbur difonmilasikan
M. DARWIS ISNAINI
• Berlaku uinum, karcna jika junilah plat/ EBberubah maka tcbal kanal pcndingin benibah,dan agar tebal kanal pendingin di EB dan Ekendali saitia maka jumlah plat E kendali jugaberubah
• Tidak dapat diformulasikan sacara khusus(tidak linier)
7. PUGUH MARTYASA
• Bagaimana distribusi panas terjadi ?• Apakah ada kemungkinan terjadi Hot Spot
akibat masing - masing jumlah plat ?
M. DARWIS ISNAINI
• Karena distribusi daya aksial berbentukkosinus maka distribusi panas (Fluks panas)juga berbentuk kosinusDcngan bertambah jumlah plat/ elemen bakar,maka fluks panas semakin rendah
• Jika yang dimaksud dengan Hot Spot adalahtitik terpanas, maka pada masing-masingjumlah pelat ada titik terpanasnya, yaitu yangdilunjukkan dengan T Pelat dan T Meatmaksimum
256
ISSN 1410-1998Prosiding Presentasi Ilmiah DaurBahan Bakar Nuktir
PEBN - BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
FAKTOR MODERASIPADA BERBAGAIMODEL ELEMEN BAKAR PLAT
As Natio Lasman, Hilman RamliPusat Reaktor Serba Girna
ID0100078
ABSTRAK
FAKTOR MODERASI PADA BERBAGAI MODEL ELEMEN BAKAR PLAT. Elemen bakar plat adalah merupakansatu diaiitara jenis elemen bakar yaiig banyak digunakan di dalain reaktor-reaktor riset maupun reaktor-reaktor produksiisotop. Dibandingkan dengan jenis elemen bakar lainnya, maka elemen bakar plat mempiinyai luasan kelongsong yang lebihbesar, dengan demikian pemanfaatan elemen bakar ini menjadi lebih meiiarik karena panas yang dihasilkan oleh reaksi Qsimaupun oleh panas g dapat dipindahkan dengan lebih baik ke pendingin. Artinya bahwa dengan menggunakan elemen bakarini dimungkinkan untnk mendapatkan finks neutron berorde tinggi. Berdasar atas hal tersebut maka beberapa faktor, misalpengkayaan 235U, kerapatan uranium, material campuran pada daerah meat dan kelongsong, perbandingan moderasi, harusdiperhitungkan. Faktor moderasi mempiinyai arti yang sangat penting, yakni di dalam aspek reaksi berantai, aspekkeselamatan dan pemanfaalan yang optimal terhadap elemen bakar. Koefisien reaktivitas negatif diperlukan untuk metnenuhiaspek keselamatan. Faktor moderasi sangat berganhmg pada volume air yang berada di antara bahan bakar plat Di dalammakalah ini dibahas model elemen bakar yang mempunyai IS, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29 dan 31 buah bahan bakar platPerhitimgan dilakukan dengan menggunakan WIMS-D4. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa elemen bakar yangmempunyai bahan bakar plat hingga 23 buah masih dapat digolongkan ke dalam kondisi over moderated. Sementara itukoefisien reaktivitas dari elemen-elemen bakar yang dibahas di atas masih tetap dalam kategori negatif.
ABSTRACT
MODERATION FACTOR OF SOME FUEL PLATE TYPE MODELS. Fuel plate type is one of the fuel types which isused in the research reactors and also in the isotope production reactors. The claddings area of this fuel plate type is biggerthan another fuel type, so using of tin's fuel plate type is more interesting because tfie heat, which is produced by the fissionprocess and also g heating, will be better transfered into the coolant. It means it is possible to get an high order of neutronflux. Based on this reason some factors, i. e. the enrichment of13SU, Uranium density, mixing material in the meat region andalso in the cladding, moderation ratio, must be caculated. The moderation factor has important meanings, i.e. in the chainreactions, safety aspect and the optimal using of the fuel element. The negative reactivity coefficient is required to fulfill thesafety aspect. The moderation factor depends on the water volume between the fuel plates. In this paper will be discussed themoderation factor/ratio of the fuel plate type which has 17, 19,21, 23, 25, 27, 29 and 31 fuel plates with the same dimensionexcept the cooling gap. The WIMS-D4 code was used for the calculation. Tlte calculation showed that the fuel plate types,which is build until 23 fuel plates, are still over moderated condition. The reactivity coefficient of the above fuel plate types isstill negative.
PENDAHULUAN
Mengingat bahwa elemen bakar model platmempunyai luasan pendinginan (kelongsong) lebihdari 6 kali lebih luas dibandingkan dengan modelpin, maka dimungkinkan unluk mendapatkan fluksneutron berorde tinggi. Dengan demikian elemenbakar ini banyak digunakan pada berbagai reaktorriset maupun reaktor produksi isotop. Denganadanya fluks neutron berorde tinggi tersebut, makakriteria keselamatan merupakan hal penting yangharus diperhatikan. Setidak-tidaknya dua hal yangperlu diperhatikan, yakni faktor moderasi dankoefisien reaktivitas.
Faktor moderasi berkaitan erat dengan kemampuanmoderator memperlambat neutron guna keperluankelangsungan reaksi berantai. Kemampuanmemoderasi ini berkaitan erat juga nantinyadengan kemampuan pemanfatan elemen bakar itu
sendiri. Adalah sangat dianjurkan memilih elemenbakar yang mempunyai kemampuan moderasi padadacrah yang optimal atau yang mendekatinya,namun masih dalam kategori over moderated.Sementara itu besaran koefisien reaktivitas perludiketahui untuk memastikan reaktivitas elemenbakar ataupun teras apabila terjadi perubahan suhu.Dalam makalah ini ditinjau perubahan suhu untukpendingin.
Perhitungan dilakukan dengan menggu-nakan paket program WIMS-D4 ' , yakni suatupaket program yang ditnaksudkan untukmenghitung berbagai besaran fisika, misal tampangIintang makroskopis untuk fisi, absorbsi, difusi,hamburan dari kelompok tenaga yang satu kekelompok tenaga lainnya Spcktrum neutron darimasing-masing kelompok tersebut dapat diketahui,dengan demikian dapat diketahui kelakuan neutron
257
Providing Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN - BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
di dalam elemcn bakar lersebut. Pcrhilungandilakukan dcngan menggiinakan 4 buah kelompoktenaga neutron.
MODEL ELEMEN BAKAR
Perhitungan dilakukan tcrhadap cleinenbakar model plat scbagaimana yang digunakanpada RSG GAS 2 . Kisi-kisi elcmcn bakarberukuran 8,1 x 7,71 cm2. Tebal bahan bakar platadalah 0,13 cm, dimana tebal meal adalah 0,054cm dan kelongsong adalah 0,038 cm. Kclongsongmenggunakan AlMg2 demikian pula untnk materistruktur yang metnpunyai kcfebalan 0,45 cm.
Secara uiniun dimensi elemen bakar tersebutdisajikan padagambar I.
Bahan bakar yang digunakan di dalam perhitunganini adalah matriks l^GgAl. Pengkayaan yangdigunakan adalah tetap yakni 19,75% 235U, namunniuatan untiik berbagai kasus perhitungan berbeda-beda, yakni untuk tingkat muat 235U sebanyak 250,300, 350, 400 dan 450 gram untuk setiap elemenbakar. Elenien bakar pada model perhitungandisusun atas 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29 dan 31buah bahan bakar plat. Adapun ketidakmumianUiOs dan Al disajikan pada tabel 1 dan pada tabel 2disajikan elemen penyusun AlMg23, yakni elemenyang digunakan sebagai kelongsong dan struktur.
8.1 cm S.05
g*-°-r
JX3173
Gambar 1. Elcmcn bakar, tipc MTR
258
Prosiding Piesentasi Ilmiah DaurBahan BakarNuklirPEBN'-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Tabel 1. Elemen pcngotor pada U3O8 dan Al.
AlBBaBeCaCdCoCuFeKLiMgMnNaPSiTiVF
ZnCr-Ni-Fe
Pengotor:• tunggal• total
Maksimum ketidakmumian, ppm
Puder U3Og
1002100,2500,53
20-
205
505
5010050.2
20-
150
-
Puder Al
10
--
101080
4000.10150-
3000200
300.
3005000
Tabel 2. Elemen AlMg2
Elemen
AlTiSiFeCuMnCrZn
Lain-lainMg
%
96.10.10.30.4
0.050.30.30.20.2
2.05
MODEL SEL DAN GENERASI TAMPANGLINTANG
Model sel.
Elemen bakar yang disusun dari 15 hingga31 buah bahan bakar plat dimodelkan sebagaibentuk slab. Di sini digunakan model sebuah slab(gambar 2). Daerah meat berisi UaOsAl,kelongsong (cladding) terdiri dari AlMg2, sebagaimoderator adalah air dan di daerah extra regionberisai air dan AlMg2. Dalam perhitungan iniukuran meat dan kelongsong dianggap tetap,sementara ukuran moderator, yakni gap antarabahan bakar plat dan juga extra region senantiasaberubah sesuai dengan banyaknya bahan bakar platyang digunakan. Dalam tabel 3 perubahan hargatersebut disajikan.
Cladding Extra region
t t
Meat Moderator
Gambar 2. Model sel
Generasi Tampanglintang
Untuk keperluan ini digunakan paketprogram WIMSD-4 dengan model sel sebagaimanadisebutkan pada sub bab di atas. Pendekatan B]digunakan untuk menyelesaikan perhitunganlattice cell yang homogen dan memanfaatkan datahamburan dengan modus Pi. Untukpenyederhanaan perhitungan, yang tentu sajadisesuaikan dengan kemampuan komputer main-frame VAX-8550, maka digunakan 4 buahkelompok tenaga neutron sebagai hasilpenyederhanaan dari 69 buah kelompok tenaganeutron.
259
Prosiding Presentaii Ilmiab Daur Bahan Bakar NuklirPEBN - BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Tabel 3. Ketebalan moderator dan extra region pada model sel
B.bakarplat,bh.
151719212325272931
Moderator (model sel),cm
0.205000.173240.148160.127860.111090.097000.085000.074660.06565
Extra region [ER] (model sel),panjang (cm) dan komposisi (%)
ER,cm
0.061740.054480.04875
0.044100.040270.037050.03430
0.031940.02988
H2O, %
30,37%29,40%28,43%27,45%26,48%25,51%24,53%23,56%22,59%
AlMg2) %
69,63%70,60%71,57%72,55%73,52%74,49%75,47%76,44%77,41%
BASIL DAN BAHASAN
Pcrhitungan dilakukan untnk elemen bakaryang disusun oleh 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27 , 29dan 31 buah bahan bakar plat. Di antara bahanbakar plat mengalir pendingin air yang sckaligusbertindak selaku moderator.Kondisi over moderated terjadi pada elemen bakaryang mempunyai balum bakar plat hingga 23 buah.Selanjutnya modcrasi menjadi optimal dankemudian under moderated pada jiunlali bahanbakar plat lebih dari 25 biiah (Gambar.3). Kondisitersebut semakin jelas terlihat pada tingkat muat250 gram B5U, sebagaimana elemen bakar yangdimanfaatkan oleh RSG GAS saat ini. Pada tingkatmuat yang lebih tinggi maka terdapatkecenderungan bahwa kondisi under moderatedmulai terjadi pada balian bakar plat sejumlah 23buah unruk tingkat muat 350 gram 235U, 21 buahunfuk tingkat muat 400 gram ^^J dan 19 buah platuntuk tingkat muat 450 gram ^ U . Dengandeinikian untuk tingkat muat 215U yang tinggi,maka jumlah bahan bakar plat pcnyusun elemenbakar harus dipcrhatikan agar unjiik kerja yangoptimal dapat diperolch. Dari segi pcrhitunganneutronik maka semakin mendekati daerah puncakgrafik, baik dari sisi over ataupun under moderatedakan mengakibatkan terjadinya reaksi berantaiyang lebih baik, karena kemampuan memodcrasiyang cukup baik. Hal tersebut dihinjukkan olehfaktor multiplikasi yang besar. Artinya baliwauntiik perhilungan teras secara menycluruh makateras reaktor akan mempunyai reaktivitas terbesarbila memanfaatkan elemen bakar tersebut. Dengandemikian satu siklus teras akan mempunyai waktuyang terpanjang dibanding apabila harusmenggunakan elemen bakar lainnya.
Pengaruli suhu, dalam hal ini dihitungIiingga 50°C tetap dalam kategori reaktivitasnegatif. Pemilihan suhu perhitungan tersebutadalah disesuaikan dengan kondisi operasi reaktor.Namun yang perlu diwaspadai adalah kenaikansiilui yang mendekati kondisi pendidihan mulaiterjadi, meskipun koefisien reaktivitas tetap negatif,apabila ditinjau dari segi termoludraulik. Padagambar 4 dan 5 maing-masing menjelaskan perihalfaktor moderasi pada suhu 35 dan 50°C.
SIMPULAN
1. Pemanfaatan elemen bakar yang disusun daribahan bakar model plat, ditinjau dari segiperpindahan panas adalah sangatmcnguntungkan. Berdasar hal tersebut makatujuan niemperoleh fluks neutron berörde tinggidapat dicapai.
2. Seinakin tinggi tingkat muat n5\J makasemakin rendah jumlah plat penyusun elemenbakar agar diperoleh kondisi yang overmoderated.
3. Pemanfaatan elemen bakar akan optimalapabila jumlah elemen plat yang digunakandapat menghasilkan faktor multiplikasi takhingga yang mendekati -atau tepat di daerahpuncak kurva.
REKOMENDASI
Pemanfaatan Uranium silisida adalah sangatmenguntungkan ditinjau dari kemampuannyamencapai tingkat muat yang tinggi. Namun untukmenghindari kondisi under moderated perluditinjau dengan seksama jumlah bahan bakar platpenyusun elemen bakar tersebut.
260
Prodding Presentasi Ilmiah Daur Bahan BakarNuklirPEBN - BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
REFERENSI
1. Taubman, C.J., WIMS-D4; United KingdomAtomic Energy Authority, 1975
2. PRSG-BATANSafety Analysis Report MPR-30, Rev. VII
3. Handbook of International Alloy Compositionand Designation, Vol.III, Alumunium; Metalsand Ceramics Information (MCIC) Report,October '80.
4. Reaktortechnik, Vorlesung, 1987Schulten, Rudolf, RWTH Aachen, Germany
TANYA JAWAB
1. Zukair:
• Dalam kesimpulan tidak dijelaskan elemenbakar dengan jumlah plat dan massa U-235tertentu yang memiliki faktor moderasiterbaik. Apakah ini disebabkan karenaperhitungan terasnya belum dilakukan ?
As Natio Lasmnn:
• Perhitungan teras memang tidak perludilakukan, karena kondisi optimalnya,sebagaimana tertera pada grafik, dapatditcntukan dengan inudah. Jadi kalaubanyaknya U-235 diketahui ( dengan katalain kerapatan yang digunakan ditentukan ),maka berapa jumlah plat yang sebaiknyadigunakan dapat ditentukan agar tercapaikondisi under moderated dan optimalpemanfaatannya.
2. Sugiharto:
• Apakah hasil penelitian Anda juga berlakuuntuk reaktor bukan MTR ?
• Apakah program WIMS-D4 ( sudah ) provendan apakah sudah di pakai oleh negara-negara Iain ?
As Natio Lasman:
• Tidak berlaku.• Program WIMS-D4 sudah teniji dan banyak
digunakan oleh negara-negara lain. Bahkanuntuk negara-negara anggota IAEA dapatmemperolehnya mclalui badan internasionaltsb.
3. Sardjono:
• Penelitian yang dilakukan sangat menarik.Namun mengapa masih berkutat masalah
jumlah pclat. Kapan ada penelitian tentangklading terhadap elemen bakar hasil PEBNyang sekarang. Karena kami sebagaifabrikator EB berharap tebal klading dapatditurunkan dari 0,25 m ( minimal ) menjadikira-kira 0,20 ( minimal).
As Natio Lasman:
« Usulan tersebut. merupakan masukan bagikami. Untuk itu usulan tsb. akan segera kamitindak lanjuti dengan mengadakanperhitungan / pemodelan.
4. Indro Yuwono:
• Dengan menambah jumlah plat dari 21menjadi 23 ekonomi netron baik, dampaklain apakah yang terpengaruh untuk kindisireaktor sekarang bila langsung diubahjumlah platnya. Periukah modifikasi lainpada sistem.
• Pola semacam ini apakah dapatditerapkan/x-nya untuk tipe EB yang lain,misal untuk USi.
• Dari gambar 3, mengapa pada jumlah plat 31untuk berbagai kandungan U mempunyaifaktor moderasi yang hampir sama.
As Natio Lasman:
• Modifikasi sistem ataupun teras tidak perludilakukan yang parting justru mengetahuiapakah abcosbes masih mampumengendalikan reaksi berantai dalamkeadaan "struck-rod".
• Benar hal tersebut berlaku pula untukUranium Silicida.
• Hal tersebut dimaklumi, bahwa dengansemakin banyak jumlah plat-platbakar.berarti semakin sempit lebar kanalpendingin. Akibatnya adalah faktor moderasirendali/ jelck, sehingga mengakibatkanpcrubalian tingkat muat menjadi tidakterlihat jelas.
5. Amil Mnrdha:
• Dalam perhitungan Bapak, apakah plat diCE diperhitungkan juga ? Kalau tidak / yamohon penjelasan.
• Dalam kesimpulan Bapak, kalau tidak salah,memanfaatkan massa U ( gr ) yang lebihbanyak dengan maksud agar jumlah platsedikit dan menjadi reaktor pada kondisiUnder Moderated. Hemat Saya, bilakandungan massa gr lebih banyak tentunya
261
Prosiding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPERN - BA TAN, Jakarta 18-19 Morel 1996
membutuhkan dana besar ? Motionpenjelasan tcntang faktorekonomisnya ?
As Natio Lasman:
• Untuk CE tidak diperhitungkan. Hal tcrscbutditempuh karena pada pcrliitungan terasreaktor diainbil hanya daerah aktif CE samadengan daerah aktif FE.
Kcnaikan massa Uranium ditinjau dari segiharga mcmang akan mcngakibatkankenaikan. Naniun bila ditinjau dari segiinaksinuim burn-up yang dapat dicapai, ataupanjang siklus yang dapat diperoleh, makakenaikan harga / biaya tersebut bukanmerupakan masalali yang berarti. Sebagaicontoh adalab pemanfaatan U3Si2 dengantingkat muat sckitar 4,8 gr.U/cc.
262
Prosiding Presentas! llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
MTR FP vs k-lnf, T_mod - 20 Cuntuk berbagal tingkat muat U-235
1,65
1,55
Gambar 3. Faktor moderasi untuk Tmod = 20° C
263
Providing Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN - BA TA N, Jakarta 18-19 Maret 1996
M T R FP vs k - i n f , T _ m o d = 3 5 Cu n t u k b e r b a g a i t i n g kat muat U - 2 3 5
1 .7
1,65
1 ,55
1 .515 17 19 21 23 25 27
—*—250 gr —\~ 3 0 0 gr - * ~ 3 5 0 gr -B~400 gr
29 31
gr
Gambar 4. Faktor moderasi untuk = 35° C
264
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN - BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
MTR FP v» k-inf. T_mod • 50 Cuntuk berbagai tingkat muat U-235
1,7
1,65
1,55
1 ,515
i
17
i
19
" 2 5 0 gr
21 23
300 gr ~*-350 gr
25 27 29
-B-400 gr -*~450 gr
31
Gambar 5. Faktor moderasi untuk Tmod = 50° C
265
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentas! llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
ANALISIS TERMOHIDROLIKA DISAIN ELEMEN BAKAR MINI U3Si2-Al
Endiah Piiji Hastuti, Kurnia Putranta *Supardjo **
•Pusat Reaktor Serba Guiia**Pusat Elemen Bakar Nuklir
ID0100079
ABSTRAK
ANALISIS TERMOHIDROLIKA DISAIN ELEMEN BAKAR MINI UjSirAL Dengan adanya rencana iradiasielemen bakar mini PEBN di teras RSG GAS maka keselamatan dari segi ncutrotiik dan termohidraulika perlu dianalisis.Setiap model elemen bakar UjSiMl terdiri atas 4 (empat) macain tingkat miiat dan berisi 7 (tujiih) segmen, dimasukkan kedalam scbuali stringer yang akan diiradiasi di posisi iradiasi {irradiation position) D-9. Elemen bakar mini akan diiradiasiselarna 7 siklus imtiik memperoleh fraksi bakar (bumup) maksimum dan analisis kckuatan baliaii pada setiap akhir siklus.Analisis keselamatan disain elemen bakar mini dari segi termohidraulika dilakvikan dengan menganggap bahwa sehiruh pelatelemen bakar mini memiliki tingkat miiat terbesar, yaitu 5,20 gU/cm3 dan incnggiuiakan asumsi faktor puncak daya dan lajualir di setiap elemen bakar pada teras kerja tipikal. Perhitiingan dilakukan dengan menggiinakan paket program COOLOD-Nsedangkan analisis dilakukan pada kondisi terburuk (worst case condition).
ABSTRACT
The thermatiiydraulic analysis of the UjSirAl m'utifuel element design The thermalhydntulic analysis of the minifuel element that will be irradiated in RSG-GAS, was done. Tfte mini fuel element consists of mini fuel plates assembled in 7segments witii 4 different uranium loadings. The element will be placed in a stringer to be positioned at irradiation positionD-9. The thermalUydraulic safety analysis was carried out by assuming that all mini fuel plates were loaded at tite highesturanium loading (i.e. 5.20 g/cm3). Mini fuel element will be irradiated along 7 cycles to get maximum bumup and strengthmaterial. The nuclear peaking factors and flow rates of the mini fuel element were assumed to be the same with the designedvalue stated in the SAR of liSG-GAS. The calculation was done by using the computer code COOLOD-N and tlie analysiswas conducted at the worst condition.
PENDAHULUAN
Elemen bakar UjSi2-Al tingkat miiat 2,96gU/cm3 dengan pengayaan 19,75% U235 berhasildiproduksi di PEBN, dan tclah diiradiasi di RSG-GAS hingga fraksi bakar 50%. Unjiik kerja elemenbakar selarna diiradiasi dan hasil uji pasca iradiasicukup memuaskan, sehingga mcndorong penclitianlanjut untuk pcngcmbangan ke tingkat nniat uraniumyang lebih tinggi agar reaklivitas teras reaktor dapatdilingkatkan minimal sama sepcrti penggunaanbahan bakar dengan pengayaan tinggi (> 90% U235).
Pemakaian paduan U3Si2 sebagai bahan bakardispersi dapat mempcrtinggi tingkat muat hingga5,20 gU/cm3. Tingkat nuiat tersebut jauh lebih tinggidibandingkan tingkat muat yang dapat dicapai olehbahan bakar U3CVA1 yang mempunyai tingkat muatmaksimum haiiya 3,20 gU/cin3.
Perc»baan pembuatan dan karakterisasi pelatelemen bakar dispcrsi U3Si2-Al (uranium terdeplesi)dengan tingkat mual antara 3,60 s/d 5,20 gU/cm3
telah dilakukan, dan data yang diperoleh memenuhikritcria elemen bakar RSG-GAS. Pengujiankarakteristik iradiasi akan dilakukan pada pcnclitian
ini dengan menggunakan pelat elemen bahan bakarberukuran mini. Disain pelat elemen bakar minidengan tingkat muat 3,60; 4,20; 4,80 dan 5,20gU/cm3, disusun dan dimasukkan ke dalam stringerseperti ditunjukkan pada Gambar I3. Setiap stringerberisi 7 segmen dan direncanakan akan diiradiasi diteras reaktor pada posisi D-96.
Untuk keselamatan pengopcrasian RSG-GASmaka disain elemen bakar mini iui perlu ditinjau dariaspek ncutronik dan tcrmohidrolikanya, mengingatketerbatasan pendingin yang mengaliri setiap kisiteras RSG-GAS. Analisis dilakukan dengan memilihtingkat muat 5,2 gU/cm3 menggunakan faktorpuncak daya dan laju alir di posisi eleinen bakarseperti yang dilunjukkan oleh Safety Analysis Report(SAR-RSG). Analisis dilakukan pada kondisi tunak(steady state) serta dengan mempertahankan dayatotal yang terbangkit di teras sebesar 30 MW(nominal power). Analisis dilakukan denganmenggunakan paket program COOLOD-N.
PROGRAM PERHITUNGAN COOLOD-N
Japan Atomic Energy Research Institute(JAERI) mengembangkan paket perhilungan
266
Presiding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-J9Maret 1996
1
UJING HASANG
2 S!
i l i19B1
0 A
IT I.9S A.PA1P• r - ^ ^ * i SAROJONO
1
BPEBRRPEBN
NO
"STRINGERRUTB
UJIU3Si
IRADIASF2 - Al
1 A '!
Gambar 1. Disain Susuiian Pelat Elemen Bakar Mini.
COOLOD untuk menganalisis tennohidrolika terasreaktor riset tipe MTR pada kondisi tunak.COOLOD-N yang mcnipakan pengembanganprogram COOLOD mempunyai kemampuantatnbahan untuk menghitung tcrniohidrolika terasdengan pendinginan konveksi bebas2.
Suhu pclat eleinen bakar dihitung denganmengasumsikan pembangkitan panas di dalam meat,konstan sepanjang arah radial. Perhirunganpcrpindahan panas didasarkan pada pemecahanpersamaan konduksi panas satu dimensi ke araliradial, dengan jumlah inaksimum titik (nodes) kearah aksial scbanyak 21 titik dan jumlah titik di meatke arah radial sebanyak 5 tilik.
COOLOD-N memiliki paket perlutunganperpindahan panas yang dikembangkan untukreaktor riset elemen bakar pelat dengan tekanan dansuhu operasi rendah. Paket pcrpindnhan panas berisikorelasi-korelasi untuk menghitung koefisienperpindalian panas, suhu pada saat terjadinya awalperpindahan inti (onset nucleate boiling - ONB),fluks panas saat akliir pendidihan inti (Departurefrom nucleate boiling - DNB) dan fluks panas padasaat ketakstabilan aliran (onset of/low instability =OFI). Korcl;isi-korelasi Icrscbut di|x;roleh dari liasilpercobaan yang dilakukan di JAERI.
Korelasi yang digunakan antara lain adalah :
Suhu pendingin yang di ruinuskan sebagai:
dengan:Tj,, = suhu masuk kanal (°C)Fb = faktor kenaikan suhu pendinginG = laju aliran masa (kg/m2 s)A = luas aliran (m2)Cp = panas jenisQ(z)dz= laju pembangkitan panas sepanjang arah
aksial (kcal/m2h).
Selanjutnya suhu permukaan kelongsong dinyatakandengan persamaan sebagai berikut:
Tw = Tb + Ff q/h. •(2)
dengan :Ff = faktor kenaikan suhu filmq = fluks panas (kcal/m2 h)h = koefisien perpindahan panas (kcal/m2h°C)
dan suhu maksimum meat disclesaikan <Je»gaiipersamaan:
267
Prosiding Presentasi Htniah Daur Bahan Bakar NuJdirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
+ Fv[(q/yv)/2kv]yv3 (3)
dengan:TBu = suhu permukaan meat (°C)Fu = faktor kenaikan suliu meatYu = tebal meat (m)Ku = konduklivilas termal meat (kcal/mj°C)
Model perhitungan pcrpindahan panas dari meathingga ke kanal pendingin ditunjiikkan padaGambar 2.
left hand Bids
,bond
channel
rlfht fcand aid-.
efcuinel
\
W = Icbar kanal (m)Yi = berat jenis cairan (kg/nr1)yg = beratjcnisuap(kg/m3)
Krileria ketakstabilan aliran untuk kanalpersegi diselesaikan dengan korelasi Whittle &
Forgan. Fluks panas pada saat OFI adalah:
• G (8)
dengan:Ts =
DH
LH
suliu saturasi (°C)parameter bubble detachment, ditentukansecara empirik = 25.diameter ekivalen yang dipanaskan (m)panjang yang dipanaskan (m)beda suhu subcooled (°C)
Program perhitungan COOLOD-N ini telahdiverifikasi dengan liasil pengukuran suhu di terasRSG-GAS dan hasil perhitungan pemasok(INTERATOM), dengan hasil yang bersesuai2.
Gambar 2. Model Perhitungan Suhu Pelat.
Fluks panas pada saat tcrjadi pendidihan inti(ONB) diselesaikan dengan korelasi Bergles-Rohscnow, yaitu:
(9/5(Tae - TsMMl*™) (4)
dengan:P = tekanan (eras (kg/cm2 abs)TONB
= suliu avval pendidilian inti (°C)Ts = suhu saturasi (°C)
Fluks panas saat akhir pendidihan iiili (DNB)dengan aliran pcndingin ke ba\vah (down flow)dievaluasi dengan persainaan (5), (6) dan (7).
<7DW/ = 0,005| G* |oe
q*DNB,2 = A/dH _fa/hfg
dengan:
..(5)
(6)
G* = laju aliran massa (tak bcrdimensi)AH = hias yang dipanaskan (m2)hi = enUxlpi pendingin subcooled inasiik
kanal (kail/kg)\ = panas laten penguapan (kail/kg)
METODA PERHITUNGAN
Model PcrhitunganUntuk mclakukan analisis keselamatan disain
elemen bakar mini dari segi termohidrolika, akandihitung parameter suliu permiAaan pelat elemen bakar,ONB.OFlRdanDNBR.
Padii analisis keselamatan disain elemen bakar ini,COOLOD-N dimodelkan untuk dapat menyelesaikanperhitungan perpindalian panas di dalam sebuah elemenbakar dengan pendinginan konveksi paksa. Seluruhsegmen dianggap menjadi satu kesatuan elemen bakardengan panjang total 61,5 cm. Pcrhitungan dilakukanpada daya 30 MW (100%) menggunakan asumsi kanalterpanas, di inana pada kanal terpanas terdapat titiktcrpanas. Model perhitungan kanal terpanas yangdipakai mengacu pada model yang telah dibuat olehpemasok.
Perliitungan suliu dengan pendinginan konveksipaksa sepanjang elemen bakar dimodelkan seperti yangterlihat pada Gambar 3. Pada model perhitungan ini,laju alir di dalam elemen bakar menggunakan data hasileksperinicn pengukuran laju alir di teras 11 sebesar46,54 nvVjam5. Distribusi suhu dihitung dengan caramembagi pclat elemen bakar menjadi 21 titikpengamatan (nodes) pada arali aksial, Icbar meat PEBMdianggnp sania dengan lcbar meat elemen bakar standartRSG yaitu sebesar 6,050 cm. Kanal pendingindipanaskan dari satu sisi seperti disain pelat elemen
268
Prosiding Presentasi Ilmiah DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
bakar mini {PEBM) dcngan arah aliran dari atas kebawah.
M
m
-11
In
I I Coolant channel
E ^ 3 Fuel .o.t
K % % Claddlnt
mGambar 3. Model PcrhitunganPendinginan Konvcksi paksa.
Sului dcngan
Gainbar 4. Model Perhitungan Tekanan dcnganPendinginan Konveksi Paksa
Perhitungan renigi tckanan di dalam elemen bakardimodelkan sepcrti terlihat pada Ganibar 4. Tekananmasuk kanal dianggap sama dcngan (ckanan masuk terasyaitu sebesar 1,997 kg/cm2. Pcmbcsaran dan pengeciianluas area kanal dipcrhitungkan dcngan cara membagipanjang elemen bakar menjadi 6 daerah aliran. Renigitckanan hidrostatis scpanjang gap antara segmensepanjang 15 mm pada pendinginan konveksi paksadianggap sangat kecil, dibandingkan tekanan hisappompa sirkulasi teras, schingga sclunih segmen dapatdianggap scbagai satu kcsaluan.
Data Masukan Yang DigunakanData parameter termohidraulika teras RSG dan
disain PEBM yang digunakaii sebagai masukan programCoolod-N, antara Iain adalah :• Faktor-faktor kanal tcrpanas yang digunakan'.
faktor puncak daya radial (FR) = 2,600faktor teknis kenaikan suhu pendingin sepanjangkanal (FA) = 1,167faktor teknis kenaikan suhu film = 1,260faktor teknis dari ketidak rataan fluks panas {Fq") =1,200Distribusi daya aksial menggunakan hasilpengukuran fluks neutron di teras II.
• Suhu masuk kanal pendingin=44,5 °Ctekanan masuk kanal=I,997 kg/cm2
laju pendingin masuk kanal=46,54 m3/j• Data elemen bakar mini (PEBM)3
jumlah elemen bakar = 1 buahjumlah pelat = 8 buahdimensi PEBM U3 Si2 Al:
- panjang pelat = 61,500 cm-lebar pelat = 6,050 cm-tebalpclat = 0,130 cm- panjang meat = 61,000 cm- lebar meat = 1,600 cm-tcbal meat = 0,051cmDimensi kanal pendingin = 0,242 x 6,51 a n
• Sifat material PEBM dengan tingkat muat 5,20 grU/cm3
- konduktivitas panas = 0,30 W/cm.K- densitas pelat e.b = 4,00 g/cm3
- porositas = 9,83 %
HASBL DAN BAHASANHasil perlurungan perpindalian panas pada
disain PEBM dengan data masukan seperti yang telahdiuraikan, disarikan dalam Tabel 1.
Parameter disain PEBM yang berpengaruh padakarakteristik termohidraulika antara lain adalahpembangkifan panas di dalam elemen bakar yangmerupakan fungsi dari densitas elemen bakar,dimensi kanal pendingin dan konduktivitas termalmaterial. Konduktivitas termal yang rendah dandensitas uranium yang tinggi menyebabkan suhumeat meningkat. Densitas uranium silisida yangbesar pada tingkat muat yang lebih tinggi akanmeningkatkan pembangkitan fluks panas di dalamdisain PEBM. Pelat yang berisi meat hanya 8 buahsehingga kanal pendingin lianya dipanasi dari satusisi, maka panas yang dilepaskan oleh PEBM(disebelahnya adalah dummy plate), relatif kecildibaJidingkan apabila kedua dinding kanal berisimeat.
269
Providing Presentasi Ibniah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta !8-19Marel 1996
Tabcl 1. Hasil Pcrhitungan Karakteristik Tcrmohidraulik PEBM U3Si2-AI
Parameter
Daya total PEBM (MW)
Prosentase pembangkitan panas di dalain PEBM (%)
Kecepatan alir pendingin di dalam kanal elemen bakar (m/delik)
Penurunan tekanan sepanjang elemen bakar (kg/Cm2)
Suliu pendingin masuk kanal (°C)
Suhu pendingin kelliar kanal (°C)
Suhu maksimnm pennnkaan kelongsong°C
Suhu maksimum meat °C
DTONB = TONB - Tkrfo, ,,,, (°C)
Batas keselamatan terhadap ketakstabilan aliran, OF1R
Batas keselamatan terhadap akhir pendidihan inti, DNBR
Hasil pérfutungan
0,2479
100
4,1621
0,2965
44,5
49,08
135,72
155,57
-6,05
1,84
1,58
kanal tefatet
0,2479
100
4,1621
0,2965
44,5
49,08
77,41
85,04
-
-
-
Dimensi kanal pendingin yang terbcnluk di antarasusunan dua buali plat dan keecpatan pendinginberpengaruh pada besarnya panas yang dipindahkan därikelongsong ke pendingin. Disain kanal pendinginbcrdimensi 0,242 cm x 6,51 cm scdangkan elemen bakarU3Si2-Al yang kini digunakan RSG adalah 0,240 cm x6,71 cm. Grafik suhu kelongsong PEBM dan tckananscbagai fungsi tinggi aksial PEBM dapat dilihat padaGambar 5. Distribusi suhu kelongsong, suhu meatmaksimum, sului ONB, suhu jenuh pendingin dan suhubulk pendingin scpanjang arali aksial pcbm pada kondisiterpanas dan tekanan ditunjukkan pada Gambar 5.Pcrhitungan anaiists disain PEBM yang menggunakandistribusi daya aksial yang diukur pada teras II. Suhumaksimum kelongsong din meat adalah 135,72 °C dan155,57 °C pada puncak daya aksial dimana Fz = 1,628.Suhu batas ONB mancapai harga minimum pada puncakdaya ini dengan suhu ONB scbesar 129,66 °C. Hasil
pcrhitungan ini menunjukan bahwa pendidilian inti tclahterjadi pads» kanal terpanas. Pada saat ONB tertentukgelembung-gelembung yang justru menguntungkan därisegi proses perpindahan panas, akan tetapi pecahnyagelembung akan menycbabkan aliran tidak stabil. Bataskeselanintan akhir pendidihan inti dan ketakstabilanaliran yaitu DNBR dan OFIR adalah sebesar 1,58 dan1,84.
Gambar 5 juga menunjukan hasil perhitungantekanan kelliar kanal pendingin, rerugi tekanan totalkcluar elemen bakar sebesar 0,2965 kg/cm2. Suhupendingin, kelongsong dan meat merupakan fungsikeecpatan pendingin. Apabila T^ dan Pj, mempunyaiharga yang tetap maka keecpatan pendingin merupakanfaktor dominan penyebab kenaikan suhu kelongsong.
270
Prosiding Presentasi Ilmiah Daw Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Suhu (oC) Tekanan Pendingin (kg/cm2)160
140
120
100
80
60
40
20
0
• Suhu Pendingin
-Suhu ONB
+ Suhu KBlongsong * Suhu meat mate.
*Tekanan Pendingin
1 6 5611 16 21 26 31 36 41 46 51
Tinggi aksial Elemen Bakar (cm)
Grafik Suhu PEBM dan Tekanan Pendingin sebagai fungsi tinggi aksial.
Gambar 5. Grafik Sului PEBM dan Tckanan sebagai fungsi tinggi aksial.
SIMPULAN
Dari perhitungan dengan menggunakan programCOOLOD-N pada kanal terpanas, iradiasi PEBMdengan tingkat miiat hingga 5,2 grU/Cm3 dan densilaspelat elemen bakar 4 gr/Cm3 serta lcbar meat sainadengan lebar meat standar RSG, meinberikan beberapahasil perhitungan antara lain balnva:1. Batas keselamatan operasi rcaktor dengan nilai OFIR
mencapai harga 1,84 pada kanal terpanas, harga inimasih Iebih besar bila dibandingkan dengan OFIRpada TWC tanpa adanya iradiasi PEBM, yangdihihing oleh Kaminaga dengan program yangsania.
2. Laju aliran pendingin sebesar 4,1621 ni/dctik denganrerugi tekmian sebesar 0,2965 kg/cni2.
3. Perlu dicatat bahwa dalam pcrhitungan inipemanasan hanya dilakiikan dari satii sisi pclat,unrnk pembuatan prototipe dengan pcrkayaan 5,20 grU/Cm3 perlu dilakiikan analisis termohidrolika lebihlaaijut.
DAFTARPUSTAKA1. Badan Tenaga Atom Nasional, Safety Analysis
Report, Sept., 1989.
2. Kaminaga, COOLOD-N : A Computer Code.Forthe Analysis of steady-state Thermal-HydraulicsIn Plate-Type Research Reactors, February 1990.
3. Supardjo dkk, Pengaruh Tingkat Muat UraniumTerhadap Produk Pelat Elemen bakar U3S12- Al,PEBN-BATAN, April 1994.
4. Kurnia Putranta dkk, Analisis TermohidraulikaTeras RSG-GAS pada kondisi tunak menggunakanbahan bakar silisida, Laporan penelitian PRSG-TA-1994-1995.
5. Kurnia Putranta dkk, Laporan pengukurandistribusi laju alir teras 11 RSG-GAS, RSG-EFT-94-O3-T11.01-L.
6. As Natio Lasman, Tagor Sembiring, komunikasipribadi.
TANYA JAWAB
1. BAMBANG GALUNG SUSANTO
• Dalam analisis ini telah digunakan paketprogram COOLOD-N untiik memperolehinformasi yang bisa disimpulkan. Input (parameter ) apa saja yang dimasukkan kedalam program yang memberikan hasilperhitungan sensitif terhadap perubahan hasilkeluaran komputer
271
Providing Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPKBN-BATAN, Jakarta 18-!9Maret 1996
ENDIAHPUJI H.
a Parameter masukan yang memberikan hasilperhitungan sensitif antara lain adalah :- Faktor kanal terpanas ( hot channel atauovesage channel)- Laju pendingin- Konduktivitas panas- Densitas pelat elcmen bakar & angka muatyang menentukan pembangkit fluks panas- Dimensi / lebar kanal pendingin- Suhu pendingin masuk kanal
2. HILMANRAMLI
• Seberapa jauh dan bagaimana caranyamengestimasikan tingkat keselamatan operasiuntuk uji iradiasi model yang didalamya terdiri4 tingkat muat dan terbagi dalam segmen -segmen ke arah Axial dari hasil analisis untukmodel yang inengasumsikan selumhnya terdiridari tingkat muat yang sama ( 5, 20 Gr/cc) ?
ENDIAHPUJI H.
• Model terdiri dari 4 tingkat mat dari 3,6 ; 4,2;4.8; dan 5.2 Gr/cm3 , tingkat muat inimenetukan pembagian Huks panas. Untukmengeslimasi tingkat keselamatan operasiyang maksimum dilakukan aualisis denganasuinsi iradiasi dilakukan pada kanal terpanasdengan mengunakan parameter-parametertertentu.
4. MULYADI
. Dalam perhitungan ini, harga koefisienperpindahan panas konduksi dan koefisianperpindahan panas konveksi dianggap sebagaiftmgsi temperatur. Bagaimana pola aliranfiuida pendingin apakah aliran bebas atauturbulen untuk perhitungan dan bagaimananilai Nu
ENDIAHPUJI H.
• Fiuida pendingin mengalir dengan carakonveksi paksa, atau konveksi bebas, hal initergantung pada pendingin konveksi paksaataukah konveksi bebas.
Pada aliran paksa fase tunggal dengan arahaliran dari atas ke bavvah harga Nu dihitungdengan cara berikut :
Nu = h.De = 4,0 untuk aliran laminar ( Re< 2000)
kNu = 0,023 Reb °'8 Prb °'A untuk aliran
turbulen (Re D 2500 )(Korelasi Dittus-Boelter)
Sedangkan unluk aliran konveksi bebasdievaluasi dengan interpolasi antara keduapersamaan tcrscbut.
5. LILI SUPARLINA
3. ABDUL HAFID
• Dikatakan bahwa analisis dilakukan padakondusi tcrbumk, niohon penjclasan carapenentuan dari penclilian hingga dapatdiperolch kondisi terburuk
ENDIAHPUJI H.
• Analisis dilakukan pada kondisi (erburukmenggiinakan asumsi kanal lerpanas , di inanapada kanal terpanas terdapat titik terpanasdengan menggunakan faktor - faktor kanalterpanas yang dihitiing dengan menggunakanprogram IAFUAL oleh kelompok netronik.Selain itu juga digunakan parameter suhumasuk kanal pendingin maksimum dan lajupendingin masuk kanal minimum, parameterterakhir ini berasal dnri penelitian/pengukuran.
. Tadi dijelaskan bahwa parameterkonduktivitas termal berpengamh padakarakteristik termohidrolika, bagaimana caramenghitung harga tersebut dengan tingkatmuat yang bcragam ?
ENDIAHPUJI H.
. Harga k diperolch dari data bahan bakarproses fabrikasi, dari data tersebut diperolehproses volume bb yang menipakanperbandingan volume bb dan volume total
VU3Si2=VbbV total
, Sclanjutnya dihitiing proses volume totalmeat plat bb yang tak ditempati olehaluminiumV non Al untuk V3Si2 = VU3Si 2+ V Pori
. Konduktivitas panas diperoleh denganmenggunakan grafik konduktivitas panassebagai fungsi pcrsen volume (bb + Pori)
272
6. HASBULLAH NASUITON
» Dalara kcsinipulfsn disebutkan bahwa lebarmeat = kbar pelat, mohon dijelaskanmaksudnya
© Apa dåsar pcngambilan asumsi kecepatanpendinginan dan bagaiinana kaitan/korelasinya dengan tcbal Gap antara pelat ?
ENDIAHPUJI H.
• Dalam perhkungan perlu dilakukanpenyerdahanaan dalain pemodelan, lebar meatPEBN adalah 1,600 cm di sini untukperhitungan keselamatan dipilih lebar meatyang lebih besar yaitu sama dengan meatelemen bakar V3Si2Al yang kini sedangdiiridasi di PRSG
• Kecepatan peiidingin disini tidak diasumsikantetapi dihitimg. Asumsi yang dilakukan adalahlaju alir didalam elemen bakar, di sinimenggunakan data liasil eksperimenpengukuran laju alir ditcras 11 sebesar 46,54m3/y yang menipakan laju alir pendiginminimum di posisi elemen bakar di seluruhteras RSG
.isentasi Iltniah Daur Bahan Bakar Nuklir°F.BN-BATMl Jakarta 18-19 Maret 1996
variasi tingkat muat seperti yang anda tulispada Abstrak ( 3,60 ; 4,20; 4,80; 5,20 )
ENDIAHPUJI H.
• Elemen Bakar disini adalah model elemenbakar V3Si2AL dengan tingkat muat 3,60;4,20; 4;80 dan 5,20 gU/Cm3 dengan ukuranmini sejumlah 7 buah ( untuk 7 siklus )dengan panjang lokal 61,5 Cm
• Dipilih analisis dengan tingkat muat tertinggi5,20 gU / Cm 3 karena alasan keselamatanapabila tingkat muat tertinggi tercapai, tentutingkat yang lebih rendah akan aman pula.
8. AGUNG TRIANTO
• Apa dasarnya bahwa aliran medium peiidingindianggap mengalir dari atas ke bawah danbukan sebaliknya
• Bagaimana proses penurunan persamaan-persamaan No. 1-8
ENDIAHPUJI H.
7. AMILMARDHA
• Apakah yang dimaksud dengan elemen bakarmini ?
Alasan apa anda mclakukan perhitungandengan tingkat muat 5,20 gU/cm3 ?Kenapa anda tidak mclakukan analisis dengan
* Analisis dilakukan pada kondisi di mana arahaliran di dalain RSG-GAS adalah dari atas kebawah, sedangkan arah aliran sebaliknyaterjadi pada pendinginan konveksi bebas
• Persamaan - persaman yang digunakan adalahpersamaan empiris
273
ISSN 1410-I998Prosidmg Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir
PEBNBATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
PENGARUH BURNUP DAN DAYA TERHADAP PELEPASAN GAS FISIDARI ELEMEN BAKAR REAKTOR DAYA JENIS PWR
BERDASARKAN PERHITUNGAN DENGAN KODE FEMAXI-IV
Edy SulistyonoPusat Elemen Bakar Nuklir ID0100080
ABSTRAK
Telah dilakukan analisis terhadap pengaruh perubahan bunuip terhadap pelepasan gas fisi serta dibandingkanantara pciepasan gas fisi dengan variasi daya memakai program komputer FEMAXI-IV untiik elemen bakar jenisPWR pada kondisi steady-state. Hasil analisis mcnunjukkan bahwa pelepasan gas fisi sangat dipengaruhi olehtemperatur bahan bakar, burrtup maupun daya pada suatu elemen bakar yang diiradiasi.
ABSTRACT
Burn up dependence of fission gas released and variation power analysis have been conducted usingFEMAXI-IV computer code program for Pressure Water Reactor Fuel during steady-state condition. Theanalysis result shows that the fission gas release is .sensitive to the fuel temperature, the increasing of burn up andpower in the fuel element under irradiation experiment.
PENDAHULUAN
Pelepasan gas hasil fisi dari suatii elemenbakar dapat disebabkan antnra lain oleh naiknyatemperatur bahan bakar. Selain itu tekananinternal dari elemen bakar juga sangatdipengaruhi kondisi opcrasi selaina berada padakondisi steady-state atau transient. Untukmeramalkan kecepatan produksi gas fisi selamaproses irradiasi dapat dianalisis unjuk kerjaelemen bakar dengan menggunakan programkomputer yang sering discbut fuel rodperformance codes.
Salah satu model program kompiiler untukmeramalkan produk gas fisi suatu elemen bakardapat menggunakan kode komputcr FEMAXI-IV1, karena model program ini berdasarkan modelhasil pengembangan dari model yang ditemukanoleh White dan Tucker2,Hargreaves dan Collins3
dan K.Ito, R. Iwasaki4.
Model dari program ini beranggapanbahwa bahan bakar adalah UO2 dan merupakankumpulan dari butir-butir berbentuk bulat.Mekanisme terbentuknya gas fisi yang dihasilkanberdasarkan atas difusi atom gas, cfek trappingpada intragranular gelembung, efck sweeping,resolusi dari atom gas, dan produk atom gas dariekses kapasitas jenuh da lain bahan bakar. Ukurandan densitas dari gelembung intra-granulardikontrol oleh teinperatur bahan bakar.Gelembung intragranular diasumsikan tidakbergerak didalam model. Kumpnlan atom gasyang dihasilkan berakumulasi inenjadigelembung-gelembung.
Tulisan ini menguraikan garis besar sistemkode komputer yang dipakai dan pengaruh burnupserta daya pada elemen bakar reaktor daya jenisPWR berdasarkan perhitungan denganmenggunakan kode komputer FEMAXI-IV.
METODOLOGI
Garis Besar Sistem Kodc FEMAXI-IV
Program FEMAXI-IV 5, adalah programkomputer yang disusun dengan bahasaFORTRAN-IV yang mampu meramalkan unjukkerja elemen bakar jenis LWR, baik dari unjukkerja termal man pun mekanik pada kondisisteady-state atau kondisi transient. Sistem analisistemperatur dihitung berdasarkan pada bentukgeometri satu dimensi silinder utuh dandistribusi radial dari temperatur berdasarkanperbedaan letak per bagian dari bahan bakar (finite difference method ), sedangkan bentukaksial dari tempcralur dihitung berdasarkan padasimpul tegak ( axial nodes).
Model Analisis Pelepasan Gas Fisi
Model analisis produk gas fisi yangdipakai dalam FEMAXI-IV adalah model phisikyang telah disederhanakan dari model yang dibuatoleh White dan Tucker2 dan Hargreaves andcollins3. Model diasumsikan bahwa bahan bakarmerupakan kumpulan dari butiran-butiran bentukbulat dari UO2. Gas fisi yang dihasilkan dalambutiran tnenipakan hasil dari pergeseran daributir-butir yang tcrakumulasi menjadi bentuk
274
Presiding Presentasi Jlmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-!9Maret 1996
gelembung, mekanisme pergeseran bisadisebabkan oleh difusi atom atau bertainbah luas{sweeping) oleh pertumbuhan gelembung yangsuatu ketika akan mencapai litik jenuh, sehinggaantar gelembung bisa terjadi penggabungan,membentuk ikatan seperli rantai dan kemudianmembuat alur seperti terowongan (tunnel)sehingga lepas keluar. Ukuran dan densitasbutir/gelembung dikontrol oleh teinperatur elemenbakar. Gelembung intragranuler dianggap tidakbergerak di dalam model. Dalam kode komputerini, kecepatan generasi dan terbentuknya produkgas fisi dihitung berdasarkan pada bentukgeometri satu dimensi silinder utuh (pin) dibagiatas bentuk arah aksial maks 12 seginen dansetiap segmen dibagi atas maks. 10 bagian ke arahdistribusi radial dan mengikuti beberapa asumsidan persamaan sebagai berikut:
Kecepatan Generasi
Kecepatan generasi pada segmen j ke arahaksial dan radius i ke arah radial mengikutipersamaan :
Y. P. q>P'J = -
E f .NA
Dimana P'j = kecepatan generasi produk gas fisidalam radius ij (mol/cm sec); f* = fungsi distribusidensity dari heat generasi dalam arah radial; q" =density panas generasi rata-rata dari arah aksialsegmen j (W/cm); Ef = energi yang dihasilkan per1 fisi = 2,884 x 10-11 joule (180 MeV); NA =avogadro number = 6.02 x 10 23.
Komposisi gas dihitung berdasarkan
prt-n—' Plenum
Tumpuksn bahtnbottnr
Gambar 1. Bentuk geomctri elemen bakar
Gainbar 2. Benfuk Geometri untukTermal dan mckanik
( no . Xo.Kr + 0,13 n r ;
Dimana X m = mol fraksi helium; XRT = molfraksi Krypton; XXe = mol fraksi Xenon, n„ = molgas awal dalam rod bahan bakar; nr = mol gashasil produk gas fisi; nt = mol gas total; Xo.. = molfraksi awal.
Difusi Sccara trapping
Mekanisme pergeseran butiran ataugelembung ditunjukkan pada gambar 3a. dansecara ideal model gelembung dianggap berbentukbola ditunjukkan pada gambar 3.b, dandiasumsikan bahwa bentuk dinding penyekatdalam keadaan setimbang.
(a)
getambung gasIn tra granular
getembung gasIntergramrfar
275
Proxiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
balas Itinr gelembunggns bnrbcnttlk bolo
Gambar 3. (a): Mekanisme terbcntuknya gas.(b): Bentuk ideal gelembung sebagai model
Persamaan difusi adalah sebagai berikut:
dC d2C 2 dC— = D + gc + b'm + Bdt dr2 r dr
dengan C = konsentrasi gas atom/satuan volume(atom/cm3), D = koefisien difusi (cntVdet), g =probability dari gas atom olch gelembungintragranular (det"'), b = probability dari gas atomyang larut kembali dalam padatan (del '), m =nomor atom gas per satuan volume (atom/cm3), B= kecepatan produksi gas per satuan volume(atom/cmVdet).
Bertambah Luas {Sweeping) Oleh PertumbulianGelembung
Probabilitas dari pertambahan luaspermukaan gelembung gas karena pertumbuhangas dapat dihitung berdasarkan persamaan :
J-l 3
f g = l - - -a'
dimana:a' = jari-jari gelembung setelah pcrtumbuhan
gelembung.a1'1 = jari-jari gelembung sebclum pertunibuhan
gelembung.
PENGOLAHAN DATA DENGAN PROGRAMFEMAXI-IV
Dalam pemanfaatan fasilitas programkomputer FEMAXI-IV, maka telah dilakukananalisis terhadap elemen bakar jenis PWR padakondisi steady-state dan pengaruh perubahanburnup dan variasi daya terhadap produk gas fisi.Spesifikasi input data elemen bakar jenis PWR
a. Spesifikasi peletBahan bakarDiameter dalam (cm)Diameter luar (cm)Bentuk
Perkayaan U235
Panjang pelet (cm)Panjang (node) aksial (cm)Berat pelet total (g)Ukuran bulir (micron)
:UO2.:0.0: 0.819non dished pelletsnon chamfered pellets
: 0.083: 1.344
80.02197.7725.0
b. Lain-lainBahan kelongsong : zircaloyDiameter dalam kelongsong (cm) : 0.836Diameter luar kelongsong (cm) : 0.951Volum plenum atas (cm3) : 38.380Volum plenum bawah (cm3) : 0.0Komposisi awal gas (%) helium : 100.0nitrogen, kripton, senon : 0.0Temperatur mangan (K ) : 291.15
HASIL DAN BAHASAN
Data hasil analisis terhadap elemen bakarjenis PWR pada kondisi operasi steady state padaposisi aksial nomor 3 dan burn up 33000 MWD/tdapat dilihat pada Tabel 1, Gambar 4.1 danGambar 4.2. Pada Gambar 4.1 ditunjukkan bahwauntuk daya semakin besar semakin naik suhu padapusat elenien bakar. Pada Gambar 4.2.ditunjukkan bahwa semakin besar power yangdiberikan semakin besar pula produk gas fisi.Hal ini disebabkan oleh naiknya suhu padaelenien bakar sehingga produksi gas fisi semakinbanyak.
Tabel 1 : Pengaruh daya terhadap distribusi suhupada pusat elemen bakar dan produk gas fisi.
{burnup = 33000 MWD/t).
Daya(w/cm)
200,0300,0350,0400,0450,0500,0550,0
Suhu PusatElemen
Bakar (°C)723,50999,001167,701432,401672,002104,002456,60
PelepasaiiOasFisd(%)
0,500,984,2512,9028,7857,3261,69
276
Vo
Providing Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BA TAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
•3000
JOOO -
1000 -
2 0 0 300 400 S00
Power ( w/cm )
« 0 0
Pusafc Bhan BakarPermukaan Bahan Bakar
Gambar 4.1. Hubungan antara daya tcrhadap suhu bahan bakar.
•H
ou
100 200 300 4 00
Power ( w/cm )
500 «00
Gambar 4.2. Hubungan anlara daya tcrhadap produk gas fisi.
10000 2000 0N 30000 40000
Burn-up ( MWD/t )
-o power.... power-O power-•-- power-*— power-a-- power-a— power•A- power-'i— power
200250275290295300305310315
w/cmw/cmw/cmw/cmw/cmw/cmw/cmw/cmw/cm
5 0 0 0.
Gambar 4.3. Pcrbandingan antara variasi daya pada penganihburnup (erhadap produk gas fisi.
277
Pros*Jir.r Presentasi Ilmiah Daur Bahan BakarNuklirPEBN-iiATAH, Jakarta 18-19Maret 1996
Tabe! 2. Hubungan antara bumup dan daya tcrhadap pelepasan gas fisi.
Burnup
2.0006.00010.00015.00020.00025.00030.00035.00040.000
PeleDaya 200
0,500,500,500,500,500,500,500,500,50
Daya 250
0,500,500,500,500,500,500,500,540,62
Daya 275
0,500,500,500,500,500,500,500,751,12
pasan Gas Fisi (%)Daya 290
0,500,500,500,500,500,560,561,011,59
Daya 300
0,500,500,520,570,570,570,701,201,80
Daya 310
0,500,530,750,850,820,800,991,522,11
Daya3l5
0,500,650,991,131,071,001,201,752,33
Pada Gambar 4.3 diUinjukkan balnvapelepasan gas fisi yang dihasilkan sangatdipengaruhi oleh bertambahnya power dan ataubertambahnya burnup, semakin besar bumup yangdiberikan semakin besar pelcpasan gas fisi dansemakin besar daya semakin besar pula pelepasangas fisi yang dihasilkan, sedangkan efek daripelepasan gas fisi dapat mengakibalkan tekananinternal sehingga akan tcrjadi external stresspada kelongsong, penurunan panas konduksiantara bahan bakar dan kelongsoiig schinggasuhu naik pada bahan bakarnya, juga dapatberakibat terjadinya swelling (pelepuhan) danakan berpenganih pada thermal conductivityturun dan sebagai akibatnya suhu bahan bakarnaik.
SIMPULAN
Dari hasil analisis unjuk kerja clemen bakarreaktor daya jenis PWR (Pressurerized WaterReactor) pada kondisi steady state dapatdisimpulkan bahwa pelcpasan gas fisi sangatdipengaruhi oleh temperalur bahan bakar,burnup maupun daya. Dari data dan informasiini dapat memberikan pandangan secarakualitatif dan dapat dijadikan bahan evaluasisebelum tnelakukan uji coba irradiasi tcrlebihdahulu.
DAFTAR PUSTAKA
l.T. Nakajima, Paper presented at IAEASpecialists Meeting on Water Reactor Fue!Element Performance Computer Modelling,Browness on Windcrmere, UK, 1984.
2.R.J. White and M.O. Tucker, J. Br. Nuci.Mater. 118(1983)
3.R. Hargreaves and D.A. Collins, J. Br. Nucl.Energy Soc. (1976)311-318.
4. K. Ito, R Iwasaki and Y. Iwano, J. Nucl. Sci.Technol.22 (1985) 129-138.
5. JAERI Fuel Reliability Laboratory, FEMAXI-IV: Computer Code for the Anaysis of Thermaland Mechanical Behavior of Fuel Rods, CRCResearch Institute, Inc., December 1992
6. Donald R. Olander, Fondamental Aspects ofNuclear Reactor Fuel Elements, Prepared forthe Division of Reactor Development andDemontralion Energy Research, Chap 10(1976).
TANYA JAWAB
1. Eiuliah Puji Hastuti« Apakah program pcrhitungan FEMAXI-IV
telah di bench marking ? , dan bagaimanahasilnya
• Bagaimana pcngaruli waktu operasi dan dayatcrhadap produk gas fisi ?, dan dalampcrhitungan ini apakah waktu opcrasi jugadiperhitungkan ?
Edy Sulistyono« Program FEMAXI-IV telah dicoba dengan
data base pada program internasional, sepertiOECD HALDEN reactor project dan StudsvikInter Ramp and Over Ramp Project. Datatersebut berisikan pengukuran temperaturbahan bakar, internal gas pressure roddiameter dan post irradiation. Hasilnya dapatdilihat pada Gambar perbandingan antaraproduk gas fisi dari hasil perhitungan dengandata hasil eksperimen, (lihat pada halaman 33Bulctin PRSG TRI DASA MEGA volume 3no.! edisi bulan maret 1994)
278
Prosiding Presentas: Ilmiah Daur Bahan Bakar NulclirPEBN-BATAN, Jakarta J8-19Maret 1996
• Pengaruh waktu operasi dan daya/ linear heatrating terbadap produk gas fisi adalahsenbagai berikut; waktu operasi semakinsingkat menyebabkan linear heat ratingsemakin besar dan produk gas fisi semakinmeningkat, seperti ditunjukkan pada grafikhubungan LHR terhadap produk gas fisi. Padaprogram perhitungan FEMAXI-IV tersebutwaktu operasi juga diperhitungkan dan hal inidapat dilihat pada oulpul program.
2. Hasbullah Nasution• Mohon dijelaskan mengapa terjadi penumnan
produk fisi pada suatu burn-up tertentu, sepertidiperlihatkan pada grafik produk fisi terhadapburn-up
Edy Sulixtyono• Pada Gambar 4.3, yailu grafik produk fisi
terhadap burn-up terlihat terjadi penumnanproduk gas fisi pada burn-up (ertenlu untukLHR (power density) 315 W/cm. Hal inikemungkinan terjadi penyimpangan, karenapada saat melakukan pembuatan grafik hanyamenghubungkan titik-titik yang ada tanpamelalui perhitungan persamaan garis.
3. Harini Sosiati• Mohon pada kesimpulan dibuat
pernyataan/sto/ewe/?/ yang jelas, yaitu sejauhmana pengaruh suhu elemen bakar, burn-updan power pada elemen bakar yang diiradiasiterhadap produk gas fisi.
Edy Sulistyono• Pengaruh suhu elemen bakar, burn-up dan
power terhadap produk gas fisi tclah dijelaskansecara lengkap di dalam makalah. Pada tabel 1serta Gainbar 4.1 dan 4.2 dapat dilihat balnvasemakin besar power (linear heat rating) makasuhu pada pusat elemen bakar semakin tinggidan sebagai akibatnya produk gas fisi scmakinmeningkat. Demikian pula, apabila burn-upsemakin tinggi menyebabkan LHR (powerdensity) semakin besar dan terlihat pulaproduk gas fisi cendenmg semakin meningkat.
4. Nurokhim• Berapa besar burn-up dan power
mempengaruhi banyaknya gas fisi ?, darisimulasi yang dilakuka dengan PWR
Edy Sulistyono• Ditinjau dari tayangan beningan pada ninius
kecepatan produksi gas fisi serla pada Gambar4.2 dan 4.3 mcmperlihalkan balnva pada
power density rendah menghasilkan produkgas fisi yang sedikit, sedangkan pada powerdensity di atas 300 W/cmm dan bum-up diatas 30.000 MWD/t terlihat bahwa produk gasfisi mengalami kenaikan yang cukup besar.
5. Sanvo• Apa alasan Saudara memilih menggunakan
code FEMA XI-IV ?• Bagaimana validitas code FEMA XI-IVterhadap hasil percobaan ?• Apakah FEMA XI-IV dapat digunakan untuk
menentukan jenis produk gas fisi yangdihasilkan ?
EdySulistyono• Program code FEMAXI-IV dipilih, karena
dapat menganalisis secara lokal dengan cukupdetail
• Validitasnya telah terbukti, bila dibandingkandengan hasil percobaan data HALDEN reactorproject, (lihat pada halamau 33 Buletin PRSGTRI DASA MEGA volume 3 no.l edisi bulanMaret 1994)
• Code FEMAXI-IV dapat digunakan untukmenentukan jenis produk gas fisi hanya padaproduk gas fisi, seperti He, Kr, Xe dan N. Halini dapat dilihat pada output fission gasinformation
6. Marndu Sibarani• Mohon dijclaskan tentang data input yang
digunakan pada code komputer, karenapenjelasan di dalam makalah Saudara kurangjelas
• Apakah code FEMAXI-IV dapat digunakanuntuk elemen bakar jenis PHWR, dan apa säjabatasannya.
Edy Sulistyono• Penjelasan tentang data input yang asli dari
komputer pada saat presentasi ditayangkanhanya sekilas/sesaat, tetapi penjelasan yanglebih lengkap dapat dilihat di dalam makalahpada bagian spesifikasi input data elemenbakar jenis PWR, dan perlu kami tambahkanpula bahwa data input tersebutlah yang dapatdirubah-rubah sebagai variabelnya.
• Code FEMAXI-IV tidak dapat digunakanuntuk elemen bakar jenis PHWR, codeFEMAXI-IV tersebut hanya dapat dipakaiuntuk jenis LWR, seperti pada PWR danBWR.
279
ProsiJing Presentasi Ilmiah Dour Bahan Bakar NuklirPFHN-RATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
7. Amil Mardha Edy SulLstyono• Code FEMAXI-IV lidalc dapat digunakan
• Apakah kodc FEMAXI-IV dapat digunakan unluk rcaktor risct, karena code FEMAXI-IVpada rcaktor riset ? tcrscbul hanya digunakan unluk rcaklor tipe
• Mohon penjelasan cara perhitimgannya ? atau LWR (PWR dan BWR)dapat diterangkan dengan menggunakan alir • Diagram alir perhitimgan {flow chart) dapatperhilungan {flow chart) dililuit pada Gambar 2.5 dan 2.6
280
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi Ilmiah DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
MODEL PERHITUNGAN KAPASITAS TERMAL URANIA PADA TEMPERATUR
SANGAT TINGGI DARI PENGUKURAN KALORIMETRI DENGAN KILATAN LASER
SuwardiPusat Elemen Bakar Nuklir ID0100081
ABSTRAK
Model perhitungan kapasitas tennal urania pada temperatur sangat tinggi dari pengukuran_kalorimetri dengankilatan laser Disajikan metoda perhitungan transfer panas pada kalorimcter kilatan laser untuk menentukan kapasitaspanas urania pada teinperatur sangat tinggi. Butir urania berdiameter A 500 mm dalam autoklaf atmosfer inerttekanan tinggi (A kilobar) dipaiiaskan dalain orde milidetik mencapai ribuan K dengan kilatan berkas-berkas laser NdYAG pada beberapa posisi radial. Temperate permukaan urania sebagai fungsi waktu diukur dengan pirometer.Disajikan model rugi-nigi panas pennukaan bola, koefisien-koefisein temofisika pada perubahan fase, penentuankapasitas panas sebagai fungsi temperate dilakukan secara iterasi penyelesaian sistem,.pemanfaatan metalografipasca iradiasi untuk verifikasi model satu diinensi.
ABSTRACT
Heat transfer model for evaluation ofurania heat capacity using laser flash calorimeter. This paper presentsthe model and computation of heat transfer of laser calrimeter in determining the heat capacity ofurania at hightemperature. The urania has specifically prepared as spherical grain which diameter is about 500 mm and is placedin an autoclave with high pressure (kbar) inert gas. Tt)e grain is heated (=1000 kms) by means of several Nd-YAGlaser flashes oriented it at drivers positions. The surface temperature along the experiment is measured and recordedby a pyrometer system. Heat transfer model considers the conduction in the bulk of different phases and relatedphysical constants, and the surface losses by radiation and convection. The solution of the model determines the heatcapacity along correspondent temperature. Post irradiation metallography serves as the model verification.
PENDAHULUAN
Termodinamika bahan bakar nuklirmemegang peranan penting dalam analisiskeselamatan reaktor yang mclibatkan ekskursireaktivitas yang hebat seperti pada reaktor cepat.Usaha untuk mendapatkan persamaan keadaanyang handal dari bahan bakar urania sampai padasuhu krilis telah dilakukan dakim kurundasawarsa lerakhir ini'. Dalam makalah inidisajikan satu metoda analisis data pengamatanpercobaan penentuan kapasitas panas urania padakeadaan mendekati titik kritis yang menggunakanmctoda kalorimefri dengan laser sebagai suroberenergi panas seperti telah dilakukan lT\J(lnslitutfor Transuranium Elements), Karlsruhe FRG2
Secara implisit dikctengahkan manfaat laser dandalam studi ekspcri mental penentnan sifattermodinamika urania pada kondisi ekstrem.
Model termodinamika urania yang telahdikembangkan atas dasar eksperimen sebelumnyamemang dapat dimanfnatkan sampai dengan batastertentu, untuk interpolasi besaran utama sepertikeselimbangan tckanan nap dan potensialtermodinamika dengan cukup akurat, akan tetapibeberapa besaran seperti kapasitas panas. Cp,masih mengandung kctakpnslian yang besar3.
EKSPERIMEN PENGUKURAN
Cuplikan urania dibuat benluk bola dengandiameter A 500 mm. Cuplikan oleh sebuahjarum pipih dari bahan tungsten yang ditancapkanpada lubang yang telah disiapkan. Sampeldiletakkan dalam otoklaf, berjendela inframerahuntuk berkas laser dan kamera pirometer. denganatmosfer gas inert tekanan tinggi ribuan bar.Empat berkas laser-daya diarahkan tegak luruspennukaan bola dengan titik-litik penembakanmembentuk konfigurasi tetrahedral sama sisi.Diameter berkas laser diatur untuk mendapatkanisotropi penyinaran yang terbaik. Temperaturpermukaan diukur pada titik-titik penyinaranselama dan setelah iradiasi dengan menggunakanpirometer inframerah, yang energinya tidakdiserap oleh gas maupun jendela otoklaf yangdilewati. Dilakukan pemeriksaan mikrografi pascairadiasi pada cuplikan pelelehan parsial, yangmemberi informasi penetrasi maksima! frontpclelehan.
Model Perpindahan Panas
Mekanisme nigi panas pada permukaan bola
Rugi panas sistem bola urania sebagai kalorimeter adalali:
281
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BA TAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
1. Radiasi
Digimakan emisivitas total hcmisfcrik dadsampel sebagai parameter penentuan radiasi.Ketakpastian bcrasal dari data ralat temperaturpermukaan. Emisivitas total hemisferik dihitungdengan persamaan berikut:
ex = 2 cos(0) dO(1)
e](p/2) adalah emisivitas normal, e)(q) adalahemisivitas angular. Untuk bahan nonlogamdiperoleh :
( K\
sx(0) = ex i - 1 F(0)V 2 y (2)
Pada persamaan itu F(q) adalah fungsi yangmengecil. Nilai F(q) menurut Wagner dkk |6'adalah konstant sampai dengan 45 kemudianmenurun hingga nol pada 90. Nilai e| adalah :
ex = ( 0 . 9 5 - + 0 . 9 8 ) s"x ( 3 )
e| naik kearah satu dengan kenaikan temperatur.Dengan itu maka emisivitas total hemisferik dapatdisajikan dalam persamaan (4)
s adalah tetapan Stefan-BoltzmanPengintegralan mas kanan cukup teliti denganbatas 400 dan 5000 nm, yang dalam Kelvin antara3000 dan 8000, ialah merupakan melebihi 95%cmisi radiasi benda hitam. Ini akan inemberipengurangan presisi dibawah 5%. Emisivitasspektral e] bertambah besar, baik dengan kenaikanT maupun 1, kecuali pada rentang sempit padaperubahan fasa padat-cair dengan kurva bentuk v.Di atas Tm emisivitas spektral kecenderungannyaseperti pada fasa padat. Emisivitas ini konvergenpada nilai 0.9 + 0.2 dengan kenaikan temperaturdan di atas 3600 nm.
Pada integrasi dengan interval batas yangkecil, menurut Pade | l9) e| dapat didekati dengan
6{X) =c, +c2X
(5)
Ci, C2, dan C3 adalah tetapan yang menipakanfungsi temperatur. Ini diperoleh dari pengepasan{fitting) kurva data eksperimen isotermal.Emisivitas, luas, dan suhu urania jauh lebih besardaripada tungsten, maka nigi radiasi bola selalulebih besar daripada radiasi tungsten.
2. Konveksi
Rugi konveksi ini dievaluasi menggunakanparameter dan variabel termodinamika yangterlibat antara lain tekanan, temperatur,viskositas, konduktivitas panas, dan parameteradimensi bilangan Nuselt, Grashoff, Prandl.Koefisien rugi panas konveksi sebagai fungsibilangan Nuselt adalah
= XNu
(6)
x adalah konduktivitas panas dan Nu didefinisi-kan seperti pada persamaan berikut:
BVvmGrn
Nu -
dengan
Gr =
Pr =
V2
a
(7)
Penyelesaian persamaan fenomenologi me-nunjukkan |221 nilai tetapan untuk aliran laminardan turbulen sebagai berikut:
aliran laminaraliran turbulen
3. Penguapan.
n=l/3n=l/3
m=l/2m=l/3
q=l/4q=0
Rugi panas oleh karena penguapan atomurania menipakan kerumitan besar dalam analisisini. Masalah ini diperkecil dengan pemilihankondisi eksperimen. Aiiran massa secarapenguapan dari permukan padat didckati denganteori kinetika, yaitu fungsi distribusi kecepatanpartikel dihubungkan dengan komponen-komponen campuran gas. Onishi20 membuatlinearisasi model Hamel yang 2. Persamaan untukmenghitung aliran massa sebagai fungsi bedatekanan parsial dari spesi yang menguap adalah :
dm
dt (8)
Peq adalah tekanan parsial setimbang dan Px
adalah tekanan parsial pada medium homogenjauh dari permukaan yang menguap. Nilai adiambil dari analisis Onishi, mengingat rentangparameter mememihi. Persamaan ini digunakansebagai syarat batas pada persamaan Navier-
282
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
Stokes yang mengandung hanya persamaan difiisimassa. Nilai tekanan parsial setimbang dari U02
pada 8000 K diperoleh dari ekstrapolasi persama-an keadaan yang dibuat Fisher 2. Tipe gas dantekanan gas dapat dipilih agar rugi evaporasi dibawah 1%. Pada penentuan Cp, tebal lapisan gasdapat diamati, dan diyatakan dalam bilanganNuselt yang berfungsi pula untuk menguji teori.Di ätas 4000 K rugi konveksi menjadi dominansehingga tak dapat diabaikan. Nilai Dcv yangdiperoleh dari eksperimen yang dapat diulangdengan baik. Antara 4000 dan 8000 K nilai Dcvtaktentu. Ketaktentuan ini menurun dengantekanan gas inert.
Pemasukan panas melalui permukaan
Konfigurasi iradiasi beberapa berkas lasertelah dipilih untuk mendapatkan homogenitasyang optimal, melalui variasi diameter berkas,jumlah dan konfigurasi titik-litik pusat iradiasidan hambatan teknis. Serapan fluks laser denganpanjang gelombang 1,06 mm, oleh permukaanUO2 cair dapat dianggap total, faktor serapan100%. Penyusutan fluks pada permukaan yangdengan posisi miring telah diimbangi olehpeluberan (overlap) dari berkas-berkas didekatnya. Hal ini dapat dikonfirmasi darimikrografi pasca iradiasi.
Sifat termofisis dan transformasi fasa
Perubahan fasa padat-cair-padat selarnasiklus termal oleh kilatan laser diper-hitungkandalam persamaan transfer panas dengan caramenambahkan asumsi fisik dan tambahanmatematik. Yang pertama adalah mengenai sifattermofisik dari lapisan yang menurut temperatur-batasnya dapat mengandung dua fasa. Untukmasalah ini disumsikan bahwa sifat-sifattermofisik (konduktivitas panas, kapasitas panas,kerapatan) fungsi temperalur adalah sepertiberikut:
S(T) = x(T) PL(T) (9)
X merupakan fraksi fasa cair, P^ sifat pada fasa
cair, sedang P s pada fasa padat. Model fungsimirip undak dari X(T) adalah sebagai berikut:
erfAT
(10)
dengan X(T)=0 untuk T<Tm, X(Tm)=0.5, danX(T)=1 untuk T>Tm. Oleh karena itu perubahanfasa dapat dinyatakan dengan persamaan (15)sebagai berikut :
cP =(11)
disini DHf adalah panas leleh, sedang sukuterakhir merupakan panas lebih yang diserap olehlapisan untuk perubahan partisi koefisien antarapadat dan cair, dX/dT bernilai nol bila temperaturmendekati Tm, maka perlu dipilih dT sekecilmungkin. Tetapi hal ini akan akan memperbesarnilai dX/dT mendekati titik Ieleh. Untuk itu dTdipilih menurut kasusnya, menurut jumlah lapisanserta gradien temperatur agar didapatkankompromi terbaik antara spasi antar lokasitensformasi fasa dengan ralat numerik.
Konduktivitas termal fungsi suhu di atas2000 K dinyatakan :
/-rt « , n^ 2.225xltf / 1241ftK(T) = (2.3 ±0.4)+ x expl —1
(12)
Untuk urania cair konduktivitasnya dianggapkonstan.
Densitas urania diambil dari ANL, dan dariHoch dan Momin |34l35) Urania cair diambilkandari pengepasan kurva pengukuran I36-37), densitaspadat rs dan cair r^ :
= 1097f+204xiaX7n-27>+87xl0'(r-27^]1
= 1097^+930<105(r-27)f1
(13)
Model pcrpindahan panas satu dimensi.
Persamaan perpindahan panas satu dimensi-transien disajikan dalam bentuk integralnyasebagai berikut:
-£h dm+
dengan DT adalah interval temperatur. UntukDTÅ 0 pernyataan X(T) menjadi fungsi undak
(14)
Persamaan ini ditulis untuk lapis bola dari jejarirl sampai r2. Massa lapisan bola dinotasikan m,entalpi h, dan koduktivitas panas k. Digunakankoordinat massa karena ini tetap, karenakoordinat voluni adalah fiingsi dari temperatur
283
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
karena pengembangan dan pengerutan boladengan demikian juga fungsi waktu. Dengan inimaka persamaan entalpi seluruh sistem dapafdituliskan menjadi:
Dalam daerah (domain)
d r1»2
— h dm =dt ^ml
(15)
Svarat batas:
—— = 0 pada
JI/H2
J/wl
f* ~
Cp—dm
0
(16a)
pada r= r0 dan t> 0
Syarat awal:
(16b)
(16c)
T s = temperatur pennukaanT A = temperatur manga = konstanta Stefan - Boltzmanns = emisifitas hemisfer (total )
Koefisien D mengandung kedua jenis koefisienrugi panas konduktif dan konvektif di pennukaan,sedang F L adalah fluks laser.
PENYELESAIAN
Penyelesaian persamaan energi melibalkanperpindahan secara difusi panas transien. Hal iniselain memerlukan data konduktivitas panassebagai fungsi temperalur juga kapasitas panas.Akan tetapi bila K telah dibcrikan, maka hanyaada satu fungsi Cp yang meincnuhi syarat batas,yalah temperatur penmikaan yang diukur sebagaifijngsi waktu dan total mgi panas permukaan,yang pada giliran berikutnya dinyatakan secaraeksplisit sebagai fungsi temperatur permukaan.Oleh karena itu penyelesaiannya dapat diperolehdengan cara iteratif.
Dasar penetapan Cp menggunakan metodakalorimetri ini sederhana, tetapi ditinjau secarapraktek cukup rumit. Metoda ini didasarkan padaperhitungan numerik iteratif dari persamaanperpindahan panas yang mengandung syarat batastemperatur terukur dan memberikan nilai fungsiCp(T).
Pada pendekatan nol, Cp^ diambil dari pangkalandata Cp, temperatur tertinggi. Dengan ini persa-maan energi dihitung secara numerik,memberikan profil distribusi temperatur sebagaifungsi posisi radial dan waktu. Distribusitemperatur ini kemudian digunakan untukmembuat model variasi entalpi dari lapisan-lapisan bola seperti di bawah ini :
dt dt(17)
Rugi panas di permukaan dinyatakan pula denganpersamaan (16b), maka kedua persamaan dapatdikombinasikan. Bila kita mendekati integral padapersamaan (17) dengan suatu penjumlahan, makadidapatkan
dH
dt
fi =
•=I
(18)
0 Q»( ) dt= tebal elemen ke i
bersifat linear dalam Cp1 =
vektor {Cp'} adalah partisi
Persamaan (18)
Cp(Ti), sedangsembarang {Tl, .... Tk} yalah interval temperatur
yang diakibatkan oleh pulsa energi panas. {Cp1}ini memberikan pendekatan diskrit dari fungsiCp(T). Koefisien persamaan (18) didefinisikandengan ruang medan temperatur dalam sampeldan derivasinya terhadap waktu pada sembarangwaktu. Oleh karena itu dapat dituliskanpersamaan untuk tiap pengukuran temperaturpermukaan, Ts. Ini menghimpun sistem per-sainaan yang terdefmisi ataupun overdefinisiuntuk kapasitas panas. Sclanjutnya untuk kasuspertama sistem persamaan diselesaikan, sedang-kan untuk kasus kedua dibuat pengepasan kurvadengan kuadrat lerkecil inisalnya.
Pada model satu dimensi ini dianggappemasukan panas dengan beberapa berkas laserdianggap isotrop, homogen dipermukaan. Denganmodel tersebut; sistem persamaan dapatdiselesaikan dengan pendekatan metoda bedahingga, menggunakan penyelesaian iteratif olehkarena sistem nonlinear.
284
Prositiing Presenlasi Itmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
DATA PENGUKURAN DAN PERHITUNGANSERTA BAHASAN
Tipe kurva siklus tempcratur permukaanseperti pada gambar-2. Kurva dapat dibagimenjadi 5 potong.1. AB, merupakan potong kurva pemanasan fasa
padat. Laju pemanasan relatif tetap berorde 1 -5 x 105 K/s. Daya panas masuk berorde 10 xrugi panas.
2. BC, potong kurva pemanasan dan pelelehan,yang diulai dengan adanya on-set pelelehan.Oleh karena tingginya energi masuk melaluipermukan dibandingkan dengan perpindahanmelalui konduksi dan penyerapan panaspelelehan, maka temperatur permukaan padafase cair tetap naik walau niasih terjadi prosespelelehan. Dibandingkan dengan potonganpertama laju pemanasan lebih rendah dancenderung menurun.
3. CD, potong kurva pendinginan urania cair. Inidimulai saat laser dimatikan, temperaturpermukaan turun olch karena transfer panaskelapis dalam maupun keluar bola secarakonveksi dan radiasi.
4. EF, potong garis datar pembekuan. Potongankurva ini berhubungan dengan waktu pem-bekuan urania fasa cair dari permukaansampai seluruh massa cair yang terletak lebihdalam. Garis ini tidak betul-betul datar olehberarti fluks pelepasan panas di permukaanlebih cepat daripada fluks perpindahan panaskonduksi fasa padat.
5. FG, potong pendinginan fasa padat.Pendinginan ke lingkungan ini dengan cararadiasi tnaupun konveksi, nanum karenakonveksi lebih dominan, maka potongankurva ini dapat digunakan untuk mencocokkanrugi konveksi.
Struktur menipenganihi perilaku mekanikdan tanggapan termik urania. Sampel yang tahanpada tembakan pertama tahan untuk tembakantembakan berikutnya. Tembakan memperbaikihomogenitas struktur dengan demikian ketahananterhadap kejutan panas. Retakan di bawahpermukaan mempengaruhi keteraturan siklustemperatur permukaan, hingga yang terakhirdapat digunakan untuk mendeteksi adanyakeretakan.
Gambar-1 memmjukkan tipe kurvatemperatur permukaan (terukur) dan temperaturpada beberapa kedalaman (dalam fraksi radial)sebagai fungsi waktu pada kilatan radiasi. Terlihatbesarnya gradien temperatur yang ditimbul-kannya.
Tabel-I rnenyajikaR hasi! perhitungankapasitas panas sebagaa fungsi temperatur.Gambar-2 menunjukkan kapasiias panas uraniadari temperatur kamar sampai dengan 800 K, baikhasil penentuan ini tnaupun data dari pangkalandata untuk fasa padat.
Penurunan Cp fasa cair dapat dilihat padainterval temperatur 3200 - 4000 K. Penentuan Cppada rentang suhu ini diperoleh dengan waktuiradiasi yang lebih lama dan menghasilkanpengukuran temperatur yang sangat presisi.Analisis pada temperatur sedikit di atas Tnimelibatkan kurva temperatur permukaan fungsiwaktu pada periode potong pendinginaan cairanyang amat pendek, ini mengakibatkan ralat yangbesar pada nilai Cp yang diperoleh.
SIMPULAN
Dari sajian tersebut dapat diambil kesimpulansebagai berikut:
Iradiasi laser dapat digunakan sebagaisumber panas dalam eksperimen penentuankapasitas termal urania pada fasa cair sampaimendekati titik kritisnya. Untuk menekanterjadinya nigi penguapan dipergunakan atmosfertekanan tinggi dari gas inert.
Model distribusi temperatur transien satudimensi dari persamaan energi diverifikasi denganpencatatan suhu permukaan, dan dapatditambahkan dengan data inikrografi pascairadiasi pada penetrasi pencairan dangkal.
Awal iterasi sistem non Hnearitas olehkapasitas panas fungsi temperatur dilakukandengan menggunakan perangkat data Cp padatemperatur padat, hingga konvergen diperoleh.
Strategi penentuan dimulai dari temperaturmaksimal adalah titik leleh, dan peningkatantemperatur maksimal secara berurut mencapaisekitar 8000 K.
Perlu analisis dua atau tiga dimensi untukmemperhitungkan heterogennitas fluks energimasuk di permukaan serta rugi panas konduksimelalui jarum penyangga.
DAFTAR PUSTAKA
1. AVRAMESCUs Z. Tech. Phys.. 20. 213.(1939)
2. Ronchi, J.P. Hiernaut, R. Selfslag, NUCL.SCIE. AND ENG. VOL. 113 JAN. (1993), p1-19.
285
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BAT.4N. Jakarta !8-19Maret 1996
3. BAXTERS Natures 1531 316 .(1944)4. NATHANb Js Appls Phys.. 22. 1679 .(1951).5. STRTTTMATERs Go Js PEARSONs and G.
Cn ANIELSONs ProcX Iowa Acads Sci.. 64.466 .(1957).
6. Re Ew TAYLOR and D. Fo SMITHS JoLess.Common Let.. 69 283 (1964).
7. Jz P. HIERNAUT and Cw RONCHIs HighTemp..High ress.. 21. 119 .(1989).
8. RONCHIs Re BEUKERSS Hw HEINZs JJ PvHIER. AUTs and Rz SELFSLAGs Intv J.Thermophys.. 13. 19 07 .(1992).
9. Je P. HIERNAUTe Fs SAKUMAs and CaRONCHIs ligh.Temp..High Press.. 219 139.(1989).
lO.KAROWs Proce Ints Sympfil Thermodyna-mics of fuclear Materials. Julichs FRG.January 29.February 2. 1979. Vol. 1. p. 141.International Atomie Energy Ageney (1980).
l l .R CABANNESe Cw Rs Acad. SciX Serie B.264. 45 (1967).
12. Po Cs HELD and D. Rw WILDERs Js AmBCeramB Soc. 52. 182 .(1969).
TANYA JAWAB
1. Eric Johncri
» Mohon penjelasan Saudara mana yang benaranatara mikrografi dan metalografi, karenapada kesimpulan Saudara menulis mikrografi,sedangkan pada abstrak tertulis metalografi
• Informasi yang bagaimana dalam penelitianini dari hasil metalografi yangmenginformasikan tingkat prasisi dari hasilpenelitian
Suwardi
• Mikrografi adalah yang benar, sedangkanmctalografi yang tertulis di dalam abstrakperlu diiakukan koreksi
• Informasi letak antar-fasa, yaitu tanpa terjadipelelehan dan terjadi pelelehan-resolidtfikasi.Ini adalah letak (posisi) penetrasi terdalamkontur temperatur liquidus, dan posisiterdalam kontur temperatur tersebut pernahmengalami pencapaian liquidus pada saatdiiakukan penyinaran dengan menggunakanlaser
286
z " •".se.'itGii Hsniah Dour Bahan Bakar NuklirPERNSATM Jvkerie '8- !9Marel 1996
Tabel-I Kapasitas hasil penentuan kapasitas panas iirania
Tempers fer
31003300350037003900410043004500470049005100530055005700
KapasitasPanas(J/kg/K)448390355335323316313313314318322328335343
Tempcratur(K)5900610063006500670068007000720074007600780080008200
KapasitePasiias(J/kgflK)35!361370380391396407418429441452463474
KAPASITAS PANAS URANIA500
450V)TOcre
M 400ra5COato
350
300
A
0<>0 o
0 V0OA
*
1
•
|
3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000Temperatur, K
Gambar-1. Kapasitas panas urania di atas suhu leleh.
287
ISSN 1410-1998 Prosiding Prssentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPilBN-BAT/JJ, Ja'wia J8-]9Maret 1996
RANCANGAN UNIT PENGOLAH LIMBAH RADIOAKTIFSECARA KIMIA F F T A - SERPONG
Zainus Salimin, Edo Walman, Puji Santoso,Sugeng Pumotno, Sugito, Suwardiyono, Wintono
Pusat Teknologi Pengolahan Limbah Radioaktif
ID0100082
ABSTRAK
RANCANGAN UNIT PENGOLAH LIMBAH RADIOAKTIF CAIR SECARA KIMIA P P T A - SERPONG.Telah dirancang unit pengolah limbah radioaktif cair secara kimia dari fabrikasi bahan bakar nuklir dan produksiradioisotop. Rancangan didasarkan pada karakteristik limbah cair dari proses konversi uranium fluorida menjadiammonium uranil karbonat pada fabrikasi bahan bakar, yang mengandung ion fluorida yang bersifat korosif. Tahapanprosesnya meliputi pengendapan ion fluorida dengan kalsium hidroksida, sisa ion fluorida dalam beningandikoagulasikan dengan tawas, dan akhimya digunakan resin polimer WWS 116 untuk pengendapan ion fluorida yangmasih tertinggal dalam beningan akhir. Unit proses hasil rancangan terdiri dari peralatan-peralatan utama antara lain3 buah tangki penaitipung limbali cair mentah kapasitas masing-masing 1 m', 5 buah tangki penampung bahan kimiakapasitas masing-masing 0,5 m3, 2 buah reaktor pengadukan kapasitas masing-masing 0,5 m3, 1 buah tangkipenampung beningan kapasitas 1 m3, dan 1 buah tangki penampung endapan kapasitas 1 m3.
ABSTRACT
DESIGN OF CHEMICAL TREATMENT UNIT FOR RADIOACTIVE LIQUID WASTES IN SERPONGNUCLEAR FACILITIES. The chemical treatment unit for radioactive liquid wastes arising from nuclear fuelfabrication, radioisotopes production and radiometallurgy facility has been designed. The design of chemicalprocessing unit is based on the characteristics of liquid wastes containing fluor from uranium fluoride conversionprocess to ammonium uranil carbonat on the fuel fabrication. The chemical treatment has the following process steps: coagulation-precipitation of fluoride ion by calcium hydroxide coagulant, separation of supernatant solution fromsludge, coagulation of remaining fluoride on the supernatant solution by alum, separation of supernatant fromsludge, and than precipitation of fluor on the supernatant by polimer resin WWS 116. The processing unit iscomposed of 3 storage tanks for raw liquid wastes (capacity I m3 per tank), 5 storage tanks for chemicals (capacity0.5 m per tank), 2 mixing reactors (capacity 0.5 m3 per reactor), 1 storage tank for supernatant solution (capacity1 m3), and I storage tank for sludge (capacity I m3).
PENDAHULUAN
Limbah kimia-radioaktif (LKR) cair PPTA-Serpong timbul dari fabrikasi elemen bakarnuklir, produksi radioisotop, pengolahan limbahdan dekontaminasi, dan berbagai penelilian.
Dari fabrikasi elemen bakar timbul antaralain:a. Limbah Kimia-Radioaktif korosif: Limbah ini
terjadi ketika UF6 dan/atau UO2(NO3)2
dikonversikan menjadi Ammonium UranilKarbonat (AUK). Limbah tersebut mengan-dung fluor 19.430 ppm dan uranium < 50mg/1, laju pembentukannya 1000 I/th.
b. Limbah radioaktif cair basa kuat dengankadar garam menengah : Limbah ini terbentukketika gagalan U yang mengandung Al dilarutkandalam larutan NaOH untuk mengambil Al. Lajupembentukannya 250 1/th, kadar NaOH ± 20%berat dan kadar NaA102 bervariasi.
c. Limbah radioaktif cair asam kuat hampirtanpa garam : Limbah ini dihasilkan dariproses ekstraksi larutan nitrat gagalan. Lajupembentukannya 400 1/th, mengandung HNO3
2-3 N, dan NH4NO3 dan A1(NO3)3 kadarrendah.
d. Limbah radioaktif cair campuran : Sebagianbesar limbah ini adalah larutan bekaspencucian gas buang, mengandung NFL.OHdan sedikit NR)N03 yang terbentuk daripelepasan gas NOX serta sedikit NHJF. Lajupembentukannya 2.750 l/th. Dalam limbah initercampur pula cairan pel, sisa dekontaminasilantai, bocoran dan Iain-Iain yang telahdijernihkan dengan filtrasi dan dianalisisbahwa kadar U di dalamnya < 50 mg/1.
Dari produksi radioisotop timbul limbah cairuranium yang mengandung NH4OH daripembuatan target U-235 (aktivitas 10"6 Ci/m3, lajupembentukan 400 1/th), limbah cair dari produksi
288
Prosiding Presentasi Ilmiah DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN, Jakarta /8-J9Maret 1996
Mo-99 yang mengandung Alpha-Benzoil Oksin(aktivitas 230 Ci/60 1, waktu luruh 60 hari, lajupembentukan 720 1/th), limbah cair yang me-gandung KCI, HNQ3 dan H2SO4 (aktivitas 10"2
Ci/m3s laju pembentukan 48 nrVth), dan limbah
cair biologis dari kandang binatang (aktivitas 10"2
Ci/m3, laju pembentukan 24 m3/th).
Dari pengolahan limbah dan dekontaminasijuga timbul limbah deterjen dari pencucianpakaian (aktivitas 10'5 Ci/m3 dan lajupembentukan 100 m3/tli), limbah asam nitratpenghilang kerak (aktivitas 10"1 Ci/m3, lajupembentukan 2 m3/th), limbah asam dan basapendekontaminasi (aktivitas 10 s Ci/m3, lajupembentukan 2 m3/th) dan Iain-lain.
Kegiatan penelitian juga menimbulkanlimbah dengan kandungan bahan yang bervariasi,misalnya dari penclitian proses pengolahanlimbah, dekontaminasi, keselairmtan kerja radiasidan lingkungan, metalurgi, dan Iain-lain.
Limbah cair tersebut di atas umumnyabersifat korosif, tidak dapat diproses secaraevaporasi. Limbah radioaktif cair yang dapatdievaporasi di PTPLR hams memenuhi kriteria :10"6 < aktivitas <, 2 x 10"2 Ci/m3, kadar ekstrakkering £ 5 g/I, kandungan khlorida <, 0,1 g/I, pH6 - 7 dan tidak mengandung bahan organikdan/atau anorganik yang volatil, mudah meledakdan korosif terhadap SS 316 L.
Mengingat sifat korosif liinbah, perludilakukan pengolahan limbah cair secara kimiauntuk menetralkan dan/atau mengendapkan.bahankorosif, radionuklida, dan bahan penggangguyang lain. Suatu unit proses kimia pengolahlimbah cair berkapasitas sesuai jumlah limbahyang ditimbulkan diperlukan, sehingga dilakukanperancangan "Unit Pengolah Limbah RadioaktifCair Secara Kimia PPTA - Serpong".
DASAR-DASAR PERANCANGAN
Proses Pengolahan Secara Kimia yang Dipilih
Rancangan unit proses didasarkan padakarakteristik limbah yang paling korosif yaitulimbah fluor kadar 19,430 ppm.
Tujuan pengolahan liinbah cair tersebutuntuk menghilangkan sifat korosifnya denganmenurunkan serendah mungkin kadar ionfluorida, melalui rangkaian proses pengendapanfluorida sebagai kalsium fluorida, koagulasi danpenyerapan (sorpst) sisa fluorida dengan tawasferi {Fe2(SO4)3.(NH4)2SO4.24H2Ol atau tawas
aluminium [A12(SO4)3.<TCH4)2SO4.24H2O] danflokulasi partikel koloidal dengan polimer WasteWater Softener (WWS 116).
Pada tahap pertama, pH limbah diaturhingga pH optimum 8 bagi pengendapan kalsiumfluorida1, selanjutnya ditambahkan kalsiumhidroksida. Reaksi pengendapannya adalah:
2 NHtF + Ca(OH)2
Pengendapan ion fluorida sebagai kalsiumfluorida dibatasi oleh harga kelarutan endapantersebut sebesar 16,6 mg/13, masih terdapat sisaion fluorida dalam limbah, kadarnya diturunkanlagi dengan penambahan tawas feri atau tawasaluminium karena inti floknya bersifat elektro-positif sehingga dapat menarik ion-ion fluorida.Pembentukan flok pada tahap inipun mem-utuhkan kondisi yang tepat sehingga pH hamskembali diatur pada harga optimumnya, yaitu pH10-11.
Partikel-partikel koloidal dari feri ataualuminium dengan mantel ion fluorida dapat lebihcepat terhimpun dengan penambahan flokulanberupa bahan polimer/kopolimer organik.Flokulan polimer WWS 116 yang digunakan,yaitu suatu kopolimer akrilamida yang merupakanflokulan kationik. Dengan penambahan ini,partikel-partikel koloidal akan dihimpun dandinetralisir muatannya membentuk flok-flok yangbesar untuk kemudian mengenap.
Sesuai komposisi limbah, dalam rangkaianproses tersebut terjadi pula reaksi:
- Pengendapan ion kompleks uranil karbonatsebagai kalsium uranil karbonat:[U02(CO3)3]4" + 2 Ca(OH)2 >
- Pengendapan kalsium karbonat:
(NH.O2CO3+ Ca(OH)j > CaCOj 1 + 2NH4OH
- Pengendapan aluminium hidroksida :
6 Ntt,OH + A12(SO^)3 > 2 A1(OH)3
+ 3Skema pemisahannya adalah sebagai berikuttertera pada gambar 1.
Urut-Umtan Proses
Proses pengolahan LKR cair dilakukanmelalui tahapan sebagai berikut (lihat Gambar 1):i. Homogenisasi dan pengaturan pH (imbah
dalam reaktor pengadukan pertama.
289
Prosiding Praaeniasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPE8N-BA7AN, Jakarta 18 J9Maret 1996
Limbah Cair
+ NH4OH -» pH 8+ Ca(0H)2
Beningan:NH4OH
10-11+ AI2(SO4)3
XBeningan:,
Partikel Koloidal
+ PolimerWWS116
1Flok Beningan
2. Penambahan bahan pengenap kalsiumhidroksida, dilanjutkan pengadukan
3. Pengenapan, dan pengaliran beningan kereaktor pengadukan kedua.
4. Penambahan koagulan tawas feri amoniumsulfat atau tawas aluminium sulfat dalambeningan dilanjutkan pengadukan, dankemudian pengenapan dan pemisahan sludgedari beningan.
5. Penambahan flokulan polimer WWS 116 kedalam beningan dilanjutkan pengadukan.
6. Pengenapan sludge kemudian pengaliranbeningan ke tangki penampung beningan.
7. Pengaliran sludge dari reaktor pengadukanpertama dan kedua ke tangki penampungsludge.
Persamaan-Persamaan untuk Perancangan Alat
Persamaan mencari ukuran tangki6
nVolume tangki bentuk silinder = — D x H
4(m3) (1)
di mana D = diameter tangki (m), H = tinggitangki (m)
1 n 2
Volume bagian bentuk kenicut = — x —D3 4
x t (2)di mana D = diameter penampung, t = tinggi
bagian cone
Gambar 1. Skema pemisahan fluorida
Volume bagian hemispheris =
— H h l 3 R 2 +HjM dimana Hh = tinggi bagian
hemispheris dan R =jari-jari tangki.p(H-l)D
Tebal tangki24fE
(3)di mana : p = densitas cairan dalam tangki
—- , H = tinggi cairan dalam tangki (ft),ft /
D = diameter tangki (ft), f = efisiensisambungan pengelasan, E = tensile-strength dari
jbft2
Persamaan mencari tenaga pengadukan
Tenaga pengadukan dicari dari rumus4 :
p = 5 5ge
dengan : <f> = fungsi tenaga, n = kecepatan putaranimpeller (rps), Da = diameter impeller (dm), p =densitas fiuida (g/cm3), NFr = bilangan Froude
= —, m = konstantag
290
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
Tabel 1. Jenis material dan kapasitas alat terpilih
No.1.
2.
3.4.
5.
NAMA ALAT
Tangki penampunglimbah cair mentahTangki penampungbahan kimiaReaktor PengadukanTangki penampungsludgeTangki penampungbeningan
Bahan
SS316L
SS316L
SS316LSS316L
SS316L
Kap.l m 3
0,5 m3
0,5 m3
l m 3
l m 3
Jml.
3
5
21
1
Ket.
untuk penampungan limbahcair dan peluruhan aktivitasnyauntuk asam, basa, dan tigajenis koagulan yang berbedatempat reaksi pengendapan
a - logNR e, a dan b adalah konstanta
yang diberikan dalam Tabel 9-l[4], NRe =
Bilangan Reynold = -, dan fj. = viskositas
fluida
Persamaan mencari daya pompa
Daya pompa dihitung melalui perhitungan neracatenaga pada sistem aliran, persamaan yang biasadigunakan adalah persamaan Bernoulli2'6:
Dalam sistem aliran biasanya terdapat kran(valve), elbow, flange, dan jenis-jenis-/?W//jg yanglain, untuk perhitungan harga L total diberikandata panjang ekivalen valve dan berbagai macamfitting seperti ditunjukkan Gambar 4. Daripersamaan (6) dapat dihitung harga - Wp.
PERHITUNGAN RANCANGAN ALAT
Penentuan Kapasitas Alat
Jumlah total limbah yang timbul per tahunadalah 130 m3. Dianggap dalam 1 tahun ada 260hari kerja, maka setiap hari unit proses hamsdapat mengolah 0,5 m3 limbah cair tersebut.Diambil kapasitas disain peralatan seperti padaTabel 1 :
P
P
P
p 2g• + Z ,
(6)
dengan : P = tekanan. Angka-angka 1 dan 2menunjukkan lokasi-lokasi 1 dan 2 pada sistemaliran, V = kecepatan linier, Z = elevasi(ketinggian), F = tenaga yang hilang karena friksi,
Wp = tenaga pompa, g = percepatan gravitasi, p =densitas.
Harga F mempunyai persamaan : F =fLV2
2gD(7)
dengan : D = diameter pipa, L = panjang pipa, f=faktor friksi dari pipa. Harga f dicari dari Gambar5 yang berabsis bilangan Re dan berordinat harga
sf serta berparameter harga kekasaran pipa—.
EKekasaran pipa — menipakan fungsi diameter
dan jenis pipa, dilihat dari Gambar 3.
Penentuan Tata Letak Alat
Unit proses kimia pengolah limbahdirencanakan ditempatkan di GedungDekontaminasi, pada daerah tangki penampunglimbah. Berdasarkan keadaan ruangan yang ada,ditentukan tata letak seperti pada Gambar 2 dan 6.
Perhitungan Tangki Penampung Limbah
Diambil bentuk tangki silindris, bagian dasardan atas bentuk hemispheris. Volume 1 m3
Diambil ukuran tangki sebagai berikut : Tinggitangki = H, tinggi bagian silinder = H, = 0,8 H,tinggi bagian hemispheris = Hh = O,1H. Diameter
tangki = D = 0,6 H > Jari-jari « = 0,3HPermukaan cairan maksimum ditetapkan sampaibagian atas silinderVolume tangki = volume silinder + volume bagianhemispheris
291
Presiding Prcaentasi Ilmiah Daw Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
= 0,22608 H3 + 0,01465 H3 >1000 dm3 = 0,2407 H3
H = 1610 mm, H, = 1290 mm, Hh =160 mm, D = 970 mmSelanjutnya rancangan tangki penampung limbahdapat ditihat pada Gambar 7.
Perhitungan Tangki Penampung Bahan Kimia
Diambil bentuk tangki silindris denganbagian atas dan bawah hemisphcris, volume = 0,5m3 . Diambil ukuran tangki sebagai berikut :Tinggi total = H, tinggi bagian silindris = H, =0,8H, tinggi bagian hemispheris = Hh = O,1H,diameter = D = 0,6HVolume tangki =
— H s+-Hhf3R2+H2} —»500 dm3
4 6 l ;
= 0,2407 H3
H = 12,756 dm = 1275,6 mm >Dipakai tinggi tangki 1340 mm
H, = 1020 mm , D = 765 mm, Hh =
1340-1020= 160 mm
2Spesifikasi tangki peiiampung bahan kimia dapatdilihat pada Gambar 8.
Perhitungan Reaktor Pengadukan
Digunakan bentuk tangki silindris volume 0,5 m3
dengan bagian dasar konis.Diambil ukuran tangki sebagai berikut :Diameter : D, tinggi silinder: H, tinggi bagiankonis: t = 0,2 H, tinggi total: T = 1,2 H = 1,5 D, H
Volume tangki: =TT 1H H
3 4
4 4 3 4 40,5 x
1103 dm3 = - ;zD3
3D = 781,7 mm = 2,56 ft, H = 977,1 mm = 3,21 ftdan t = 195,4 mm = 0,64 ft.Tebal tangki dihitung sebagai berikut : Tebal
24fEdi mana : p= densitas limbah = 63,9125 lb/ft3, f= 0,85, E = 12.960.000 lb/fl2
63,9125 lb/ft3 (3,21-l)ft(2,S6)ft
24(O,85)(12.96oTobo]b/ft3)Tebal =
1,37
Diambil tebal tangki 2 mm. Skema tangkipengadukan dapat dilihat pada Gambar 9.
Jenis dan Dimensi Pengaduk
Dipilih jenis pengaduk propeller standar 3blade dengan pertimbangan37: volume reaktorpengadukan kecil (0,5 m3), viskositas limbahmentah rendah (1,04 q).), pada penatnbahanlarutan kimia tidak terjadi perubahan viskositasyang besar, reaksi koagulasi memerlukanpengadukan cepat (rpm tinggi}.Dipakai propeller yang berdiameter = 1/3diameter tangkiDa = 1/3 D = (1/3)(78,17 cm) = 26 cm = 0,85 ft
Perhitungan Tenaga Pengadukan
Kecepatan putaran pengaduk ditetapkan :- untuk tahap pengadukan cepat (flash mixing) n -300 rpm (5,00 rps) - untuk tahap pengadukanlambat (gentle mixing) n = 50 rpm (0,83 rps)
Tenaga Pengadukan untuk Pengadukan Cepat:
Bilangan Reynold,NR,
_ (26cm)2(5s"'Xl,0247g/cm3)
(l,04.10"2)&/cm.s= 333.027,50
Bilangan Froude, NFr =
n 2 D a (5s"1)2 26cm= 0.6633
g 980 cm/s2
Dari Tabel 9-1 !41, diperoleh koefisien a = 1,7 danb=18. , m =a- logN R e = l,7-lcg(333.O27,50) =
b 18Berdasarkan kurva B pada Grafik 9-154, untukNRe = 333.027,50 diperoleh harga fungsi tenaga,
^ = 0,56. Maka besarnya tenaga pengadukan yangdibutuhkan :Tenaga Pengadukan, P=
(5s1 )'(26cm)s Iflfflg/cn?
980 g an
(948.864,58 gfcm/s
(10.206,16) Watt/gfcm s
= 948.864,5%,
T = 92,97 Watt
292
Untuk pengadukan Iambat:NRe =
(26 cm)2 (0,83s"')(i,0247g/cm')
l,04.10"2 g/cnTs
(0,83 s"1)2 26 cmNFr=
980 cm/s
•= 55.282,56
0,0221
= _18
Untuk NRe = 55.282,56 diperoleh harga fiingsitenaga, <j> = 0,58.
Tenaga pengadukan , P =0,58 3
980-=7.944,84
847.200,52 gfcm/s= 0,78 Watt
10.206,16 Watt/gfcm s'Jadi motor pengaduk yang dipergunakanmempunyai daya antara 0-100 Walt.
Perhitungan Tenaga Pompa Pengumpan Limbah
Posisi tangki limbah, pompa, reaktorpengadukan dan sistein pemipaannya dirancangseperti Gambar 5, maka tenaga keluaran dapatdihitung sebagai berikut:Panjang pipa = (210 + 40 + 165 + 365 + 30 +30)cm = 820 cmDari Gambar 4. Standar elbow <j> 1" —> Lei = 2,7ft, Globe valve <z> 1" -> Le2 = 28 ft, rehinggadapat dihitung panjang ekivalen total dari sistempengumpanan limbah cair:5 standar elbow <j> 1" = 5 x 2 7 = 13,5 ft.5 globe valve <j> 1" = 5 x 28 = 140.0 ft, +Jumlah : 153,5 ft (46,79 m)Panjang total = 8,20 + 46,79 = 54,99 inPersamaan Bernoulli:
V,2Z,-F1 2~Wp = v 2
2
p *& ' pP dan V pada titik 1 maupun 2 adalah sama. Bilatitik 1 dianggap berada pada bidang referensi,maka: - Wp = Z2 + F ) 2 , Z2 diperhitungkan dariujung pipa limbah bagian penghisapan, sehingga :
V12 - Q (Tt/4)"1 D"2 = (0,00125 m3/s)(7t/4)''(0,0254 m)-2 = 2,47 m/s
Presiding Psosentasi Jltniah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
NRe = pDV/i-1
=61.815,03
Dari Gambar 5 untuk £/D = 0,0018, NRe = 61.815diperoleh harga faktor gesekan, f = 0,0255.
V2 (54,99 mX2,47m/s)2
- = 0,02552 gD ' 2 (9,8 rn/s2X0,0254 m)
-Wp = 5 ,55+ 17,18 = 22,73 m
m
HP pompa =
^ ^Maka untuk pengumpanan limbah cair ke reaktordipergunakan pompa sentrifugal dengan dayakeluaran ± 300 Watt.
Perhitungan Tenaga Pompa Beningan
Posisi tangki beningan, pompa, reaktorpengadukan dan sistem pemipaannya ditempatkanseperti pada Gambar 2 dan 6. Beningan daritangki penampungnya di pompa ke reaktorpengadukan atau dari reaktor pengadukan keduamenuju reaktor pengadukan pertama. Panjangpipa total (termasuk elbow, valve) = 55 m.
P V 2 P V 2
^ ^ Z F W ^ |
P dan V di titik 1 maupun 2 adalah sama. Bilatitik 1 dipakai sebagai bidang referensi, maka :- Wp = Z2 + F,2 _ + Z2 = 555 cmDebit larutan ditetapkan 0,00125 m3/s, diameterpipa 1" (0,0254 m)
V,2 = (0,00125 mVsX7C/4)"l(0)0254 m)"2 = 2,47 m/s
NRe = pDVjU-l =(1,0247.103 kg/m3XO,O254 m)(2,47m/s)
(l,04.IO-})kg/ms
F | 2 -
2 gD= 0,0255
(55
2 (9,8 m/s2X0,0254 m)
= 61.815,03
= 17-2 m
-Wp = 5,55 + 17,2 = 22,75 m
HP pompa
293
ProsidingPresentasillmiahDaur Bahan Bakar NukltrPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
-W./Q
75kginlPs
Digunakan pompa sentrifugal dengan daya
keluaran ± 250 Watt.
Perhitungan Tangki Penampung Sludge (LumpurEndapan)Diambil tangki bentuk silinder, bagian dasarkonis, bagian atas hemispheris, volume = 1 m3
Diambil ukuran tangki: Diameter = D, tinggisilinder = H = 5/3D, tinggi cone = t = 0,2 H.Volume tangki = volume silinder + volume cone
— — — — T-T - i - —. , •
4 3 4= 1,3083 D3+ 0,0523 D3 -» 103 dm3
= 1,3606 D3
Digunakan D= 1.100 mm, t = 300 mm.Skema tangki penampung lumpur endapan dapatdilihat pada Gambar 10.
SIMPULAN
1. Untuk mengolah limbah kimia-radioaktif 130m3/th yang timbul dari PPTA-Serpongdiperlukan Unit Proses Kimia PengolahLimbah.
2. Rancangan unit proses didasarkan padakarakteristik limbah yang paling korosif yaitudari proses konversi uranium fluorida menjadiammonium uranil karbonat pada fabrikasibahan bakar MTR yang mengandung ionfluorida.
3. Unit proses dirancang untuk operasipengendapan bertingkat, sesuai hasilpenelitian untuk limbah fluor tahapanprosesnya meliputi pengendapan ion fluoridadengan kaisium hidroksida, sisa ion fluoridadalam beningan dikoagulasikan dengan tawas,dan sisa fluornya diendapkan lagi dengan resinpolimerWWS116.
4. Unit proses hasil rancangan terdiri dariperalatan-peralatan utama sebagai berikut : 2buah tangki penampung limbah cair mentahkapasitas masing-masing 1 m3, 5 buah tangkipenampung bahan kimia kapasitas masing-masing 0,5 m \ 2 buah reaktor pengadukankapasitas masing-masing 0,5 m \ 1 buahtangki penampung beningan kapasitas 1 m \dan 1 buah tangki penampung endapandengan kapasitas 1 m\
DAFTAR PUSTAKA
1. SALIMIN, Z., "Proses Kimia PengolahsnLimbah Korosif Radioaktif dari FabrikasiBahan Bakar Nuklir", Presentasi IimiahPenelitian Dasar Ilmu Pengetahuan danTeknologi Nuklir, PPNY, Yogyakarta, 25-27April 1995.
2. BROWN, G.G., "Unit Operation", 14th Ed.,John Willey and Sons Inc., 1978.
3. FAIR G.M., et al., "Water and WastewaterEngineering Description", Volume 2, JohnWilley and Sons Inc., New York, 1968.
4. Me. CABE W.L., "Unit Operation of ChemicalEngineering", 3th Ed., Me. Graw-Hill,Kogakusha Ltd.
5. IAEA, "Chemical Precipitation Processes forthe Treatment of Aqueous Radioactive Waste",Technical Report Series No. 337, Vienna,1992.
6. PERRY, R.H., "Chemical EngineersHandbook", 6th Ed., Me. Graw-HillInternationa] Edition, 1984.
7. COULSON, JM., "Chemical Engineering",Vol. 1, 4th Ed., Pergamon Press PublishingCo., Oxford, 1990.
8. BROWNEL, L.E., "Process EquipmentDesign, Vessel Design", lth Ed., John Willeyand Sons, Inc., New York, 1959.
TANYA JAWAB
1. Marwoto• Mohon dijclaskan cara memasukkan bahan
kimia dari luar ke dalam tangki yang disebelahatas, apakah menggunakan pompa ataudengan gravitasi ?
Zainus Salimin• Bahan kimia yang berupa cairan dimasukkan
ke dalam tangki penampung denganmenggunakan penampung dan pompaportable. Bahan kimia padat dimasukkanlangsung ke dalam tangki, kemudiandilakukan pelarutan.
2. Ghaib Widodo• Kami informasikan kepada Saudara bahwa
efluen dari IPEBRR sementara inikonsentrasinya telah diturunkan dari <50mgU/1 menjadi <5 mgU/1.
• Mohon komentar Saudara mengenaiperhitungan tentang kritikalitas, karena dalamperancangan tangki dan letak (isometri) iidakdisinggung/dibicarakan.
294
ProsiJing Przsenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
« Mohon dijelaskan bagaimana hasil U yangtelah dipungut, apakah akan dikeinbalikan keIPEBRR.
Zfflinus Salimin» Kami tidak meninjau kadar U, karena yang
ingin ditanggulangi adaiali aspek korosifitas.Namun demikian, kami bersykur karena kadarU sekarang menurun menjadi <5 mg/1,sehingga kadar U dalam beningan menjadisemakin kecil.
• Faktor kritikalitas diabaikan tidakdiperhitungkan, karena volume limbah yangkami miliki relatif kecil. Selain itu, limbahtersebut kemungkinan akan dicampur denganlimbah lain, yaitu limbah yang sejenis ditinjausecara kimia. Dengan demikian konsentrasi Uyang terdapat di dalam limbah relatif kecilsekali
» Hasil U yang telah dipungut akan terkumpuldalam bentuk endapan dan selanjutnya akandilakukan disolidifikasi.
3. Sucipta• Mohon penjelasan Saudara mengenai
bahan/material dari alat yang akan digunakanuntuk mengantisipasi sifat korosif limbah,karena dalam rancangan pengolahan limbahterdapat kandungan F dan alat tcrsebut akandioperasikan hampir setiap hari. Selain itu,kita ketahui pula bahwa F akan bersifatkorosif. Dengan demikian perludipertimbangkan bahan/material yang akandigunakan untuk perancagan alat limbah.
Zainus Salimin• Pada perancangan pengolahaa limbah telah
dipertimbangkan tentang penentuan kualitasbahan/material yang akan digunakan untukperalatan dan sistem pemipaan limbah. Kamiinformasikan bahwa jenis pipa yang dipilihadalah stainles steel 316L yang diperuntukkanpada pemipaan hasi! pekatan, sedangkanuntuk limbah menfafc dan beninganmenggunakan stainles steel 304.
4. Mudiar Masdja• Mohon diinformasikan kepada kami tentang
konsentrasi Ca(OH)2 dan konsentrasi tawasyang digunakan.
• Berapa volume air buangan bebas flurida danberapa berat limbah padat yang akan diperolehdari 0,5 M3/h limbah kimia radioaktif cairyang akan diolah.
Zainus Salimin• Konsentrasi Ca(OH)2 yang digunakan 1,3
mole/1 pada pH 8, dan diperoleh penurunankadar fluor 99,97 %, sedangkan konsentrasitawas yang digunakan adalah 12,5 g/50mllimbah pada pH 10,57,dan diperolehpenurunan kadar flour 99,53 %.
• Percobaan yang telah dilakukan terdahulumemberikan hasil harga perbandingan volumesludge terhadap beningan. Berikut ini kamisampaikan data teknis faktor reduksi volumepercobaan proses pengendapan, yaitu :- Faktor reduksi volume proses pengendapan
flour menjadi endapan CaF2 adalah 1,55- Bila sekali operasi pengolahan diolah 400 1
limbah, maka volume endapannya adalah(Ve)= 1/1,55 x4001 =2601.
295
. X -
I Al »Kl
) | ] &d-m* Ural
t S' Ji-S-C *»'•" <«*
> *,1 f«~<H *v*f)(^r»
o -1 1 Itvrf V * *
UIKHI ne»«ut t
tqim w*.\lt fnitft
w^'u'itjiji »wai iiKlKt^l 1UHI fi&tiH II
l l i l l fo tWt ftKf
too i'j^^yj*1^ __IIM Vint ltf*l« I»>••inrevuri it»w< n>«iiax«u*trt irwMe! T7«
TE
UCMO W I S I E PflOCESSIHCSa CHEMICAL TREATMENT
OUflluJul
SyiflpUmj'l»m/Plt.«m/Plt.\>)1 SaniosftI.hn S~
tilLtiL•w» <w
Gambar 2. Diagram proses kimia pengolahan limbah kimia-radioaktif calr
296
Pip* Oixnttw D. ft0.4 0.6 I 2 4 S 10 20 25
0.000.02
0.000.010.000,0080J3OO.OOS
4 6 10 20 3040 60 100 2 0 0 3 0 0ftpt Di«nct«r, tn.
Gambar 3. Harga kekasaran reiatifsebagai &agsi dan diameterdan jenis pipa
Qainbar4. Panjang eld valen valve danberbagai mscam fitting
Gambar 5. Faktor friksi sebagai fungsi dari BiJangan Reynold denganparameter kekasaran reiatif
297
Gatnbar 6. Tata letakptraJsian unit proses peagolahanlimbah kimis-radioaktif
KETERANOAN:
PIP2P7P4
P«
: Pngbuapxa: Service Wffli: Umbih Misuk
Qambar 7 Sketno taogki penampung limbah Icunia redioaldif cair
298
B«tfak s&k&ff Aaa&& tmai åta bwsa temperedKtfHaea OJ m). Bsfcan SS 304. fusibi ] tu APl : ttnkt Wia.
K3 :
Gambfir Q. Skema tsa$ä pmatäpuog bahn (ttmit
KEIEKAMG/W:
p, :U<nWiM«n4P2 : Soviet WturP3 :B>lutnKkajMaaifcP4:K<cydi P»: Oafet Efflira»PS : MmJioUPlI): Oad» Sblgc
p0:OaiaEffiu«dT7:0<aiaEMw*PS: Otfkt EfSutatW : Odkt E&MarPlftOatMSlaV
Onnbar 9. SVMM tmgjd p«ig«4*Ki
larERANGAM:
:MxihoIiPS : OttdM Stad,.
lO.Sieem» taigtei f Miifflp«g lofflpur axbj)»
299
/SSJV 1410-1998 Prosiding Presentasi Utah Daur Bahan Bakar NukhrPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
PERHITUNGAN HASIL FISI KRITIKALITASLARUTAN URANIUM-235 DAN DOSIS RADIASINYA
Indro YuwonoPusat Eleinen Bakar Nuklir ID0100083
Abstrak
Perhitungan hasil fisi kritikalitas larutan uranium-235 dan dosis radiasinya. Telah dilakukan perhitunganperkiraan hasil fisi larutan uranium-235 dan paparan radiasinya pada unit ekstraksi dan unit evaporasi bila terjadikecelakaan kritikalitas dalam produksi eleinen bakar reaktor riset. Dalam hal ini digunakan metode Graver Tuck danmetode kebolehjadian distribusi fisi. Hasil perhitungan fisi total dengan tnetode kebolehjadian distribusi fisi adalah2,7 x 1018 fisi untuk konsentrasi uranium 200 gram/liter dan 2,5 x 10'8 fisi untuk konsentrasi 40 gram/liter pada unitekstraksi. Perhitungan pada unit evaporasi memberikan hasil 3,1 x 1018 fisi untuk konsentrasi 400 gram/liter dan 1,77x 1018 fisi untuk konsentrasi 80 gram/liter. Untuk metode Grover Tuck hasil perhitungan masing-masing adalahsebesar 8,267 x 1017 fisi dan 2,878 x 1017 fisi. Dosis radiasi yang ditimbulkan untuk lamtan 200 gram/liter sekitar1450,29 Rad untuk netron dan 4785,96 Rad. untuk gamma.
Abstract
The criticatity calculation of fission yield of U-235 solution and its radiation dose. The calculation assesment offission yield of U-235 solution in the the extraction and evaporation units has been performed for the prediction ofthat when the criticallity accident occurs in the production of fuel element for the research reactor. The Graver Tuckand fission distribution probability methods are used in this case. The calculation result using the fission distributionprobability method show the fission of 2,7 x 10ls for the uranium concentration of 200 grams/litre and that of 2,5 x10'8fissions for U of 40 grams/litre in the extraction unit. The calculation result front the evaporation unit revealedthe fission of 3,1 x 10w for 400 grams/litre uranium and 1,77 x 1018 fissions for 80 grams/litre uranium. Using theGrover Tuck calculation method give results that 8,267 x 10'7 fissions and 2,878 fissions respectively. Radiaton doseof 200 gram/litre solution is about 1450,29 Rad. for neutron and 4785.96 Rad. for gamma ray.
PENDAHULUAN
Dalam produksi elemen bakar reaktor risetGA.Siwabessy yang dilakukan di InstalasiProduksi Elemen Bakar Reaktor Riset (IPEBRR),bahan dasar yang digunakan adalah uraniumdiperkaya 19,75%. Karena kapasitas produksiminimum IPEBRR sebesar 70 elemen bakar tiaptahun atas dasar 8 jam kerja per hari, jumlahuranium-235 yang ditangani cukup banyak. Salahsatu potensi bahaya yang hams diperhitungkandalam menangani uranium-235 yang mempakansalah satu bahan fisil adalah bahaya kritikalitas.
Kritikalitas adalah reaksi fisi berantai yangterjadi secara spontan. Secara umum reaksi inidapat digambarkan sebagai berikut:
U23S+ n X, + X2 + n + E
Reaksi tersebut terjadi apabila perbandinganneutron yang dihasilkan dengan neutronsebelumnya lebih besar atau sama dengan satu,harga perbandingan ini dikenal dengan istilah Keffektif (K,ir). Pada fasilitas yang menanganiuranium-235 diatas batas tertentu, yaitu 700gram1 atau diatas 500 gram menurut NRC,perancangan fasilitasnya hams memperhitungkan
faktor-faktor penyebab kritikalitas dan saranalainnya. Pada kecelakaan kritikalitas, jumlah fisiyang dihasilkan dapat mencapai antara 1015 -1019 fisi pada rentang waktu 5 detik, mulai saatkritis dan dengan waktu paparan antara 10 menitsampai dengan 40 jam2. Pada jarak 3 m dari pusatkritikalitas, pekerja masih dapat menerima dosisdalam tingkat dosis lethal. Semakin tinggi fisiyang dihasilkan, semakin jauh jarak yangmemungkinkan penerimaan dosis lethal. Misalnyauntuk hasil fisi pada tingkat 1020, jarak dosislethal mencapai 100 m dari pusat kritikalitas.Kritikalitas ini dapat terjadi pada uranium bentukpadat, serbuk, maupun bentuk cair/larutan. Untukbentuk larutan, kecelakaan kritikalitas semakinmudah terjadi, karena faktor homogenitas. Datakecelakaan kritikalitas yang pernah terjadi dalamfasilitas nuklir menunjukkan bahwa kritikalitaslarutanlah yang paling banyak terjadi3.Klasifikasi kecelakaan kritikalitas untuk larutanU-235 dibedakan atas jumlah uranium-235,diameter tangki/volume dan reaktivitasnya.Kecelakaan kritikalitas yang terjadi pada instalasinuklir non reaktor pada umumnya disebabkanoleh 3 faktor, yaitu faktor kesalahan manusia,faktor kesalahan analisis dan faktor kegagalanproses.
300
Providing Pressntasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BA TAN Jakarta 18-19Maret 1996
Dalam proses produksi elemen bakar nuklirtersebut, salah satu tahapan proses yang dilaluiadalah proses produksi kiinia. Pada tahapan inibanyak uranium ditangani dalam bentuk larutanterutama pada proses pengendapan AUC,pelarutan gagalan dan ekstraksi. Untukmengetahui penerimaan dosis tnaksimum pekerjabiia terjadi kritikalitas pada larutan uraniumdengan pengkayaan 19,75% dan perkiraantekanan maksimum yang dihasilkan bila terjadikecelakaan tersebut, perlu dilakukan perhitunganhasil fist maksimum dan hasil fisi totalnya.Metode perhitungan dapat dilakukan secaraempiris maupun teoritis. Dengan mengetahui fisimaksimumnya dapat diperhitungkan juga jenisshielding dan pola evakuasi bagi para pekerja.Dalam analisis ini akan diperhitungkan hasil fisilarutan U-235 dengan cara G rover Tuck dankebolehjadian distribusi rantai fisi.
TEORI
Perhitungan perkiraan hasil fisi dari larutanyang mengandung bahan fisil (uranium,plutonium) dapat dilakukan dengan 2 cara yaitucara perhitungan oleh Graver Tuck4 dan caraperhitungan yang dikembangkan olehG.E.Hansens atas dasar teori kebolehjadiandistribusi rantai fisi. Dalam ekskursi kritikalitaslarutan ada 3 karakteristik yang ada kaitannyadengan proses rancang bangun, yaitu :A
1. Jumlah fisi maksimum yang terjadi dalamrentang waktu 5 detik. Kondisi ini diperlukanuntuk mengestimasi dosis personil, desainperisai dan optimasi rule evakuasi.
2. Waktu dan jumlah fisi dari ekskursi digunakanuntuk desain kungkungan, sistem penyaringandan pembuangan udara.
3. Kecepatan maksimum fisi untuk menentukantekanan yang ditimbulkan akibat ekskursi. Dataini digunakan untuk mcndisain tangki,pemipaan serta penentuan kecepatanmaksimum perpindahan lanitan.
Metode Grover Tuck
Metode ini dapat digiinakan dengan beberapabatasan yaitu :1. Variasi volume dapat diwakili dengan ukuran
silinder dalam sisi vcrtikal.2. Dasar silinder hanis 30 cm atau lebih di atas
reflektor yang baik, misal beton berat.3. Diameter tanki hams antara 28 dan 156 cm.4. Kecepatan pengisian tanki (Jill rate) anlara
0,47 dan 0,006 liter/detik.5. Konsentrasi larutan dapat bervariasi sampai
500 g/liter uranium atau plutonium.
Beberapa rumus empiris yang digunakan dalammetode ini adalah seperti di bawah ini:
Fisi maksimum dalam interval waktu 5 detik
Persamaan yang digunakan untuk menentukanfisi maksimum adalah :
(150-HX0,8)af = 4,6 x 10l6a%exp [0,0177 D J (1)
D
Dalam hubungau itu:f = jumlah fisi maksimum dalam interval waktu
5 detik,a = kecepatan pengisian liter/detik,D = diameter dalam tangki (cm),H = tinggi tangki sampai 150 cm, bila lebih
gunakan 150 cm.
Untuk lanitan uranium Persamaan (1) tersebutdapat disederhanakan menjadi:
f = 2,4 x 1015 V (2), dimana V adalahvolume dalam liter.
Akurasi dari Persamaan (1) adalah +100%, -70%,sedangkan Persamaan (2) adalah +70%, -90%.
Total fisi
Untuk larutan yang tidak mempunyai sistemexternal shutdown ekskursi biasanya terhentikarena pengenceran Iarutannya. Persamaan untuktotal fisi adalah sebagai berikut:
T f = V x 10" fisi •(3)
dimana V adalah volume dalam liter danakurasinya + 20%.
Total fisi dapat pula ditentukan dari kecepatanspesifik fisi. Kecepatan spesifik ini padaumumnya digunakan untuk dampak kerusakanphisik karena ekskursi. Kecepatan spesifik padapuncak diperhitungkan dengan persamaan :
f fisi/det. liter (4)7,7 x 1023
fr =H3D3
Dalam hubungan tersebut :D = diameter tanki (cm)L = dimensi terpanjang (cm)S = dimensi terpendek (cm)a = kecepatan pengisian (liter/delik)H = tinggi kritis (cm)
= 20 cm untuk tinggi 29 - 40 cm= 10 cm untuk tinggi lebih dari 40 cm.
k = sumber parameter awal, untuk Pu= 1sedangkan untuk U periu ditentukan (tabel).
301
Providing Presentasi Jlmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATANJakarta 18-19 Maret 1996
Tekanan maksimum dapat diperhitungkan denganpersamaan :
Pmak = 6 x 10'18fr kg/cm2 (5)
Tekanan rata-rata adalah sebagai berikut:
P = 2,6 x 1012 VR fisi/detik (6)
dimana V = volume dan R = diameter.
Kecepatan spesifik ini telah dikembangkan jugaoleh Rocky Flats dalam code EXCUR. Denganmengetahui tekanan maksimum dapatdiperhitungkan kemungkinan kenisakan tangkiakibat tekanan bila terjadi kritikalitas.
Waktu ekskursi
Lama ekskursi tergantung pada kondisi awaldan mekanisme shutdown system yang ada padaalat. Apabila tak ada sistem tersebut biasanyawaktu minimum dan maksimum ekskursidiestimasikan. Perkiraan waktu ekskursi menurutdata minimum 15 menit dan maksimum 37,5 jam.Untuk mengestimasi secara konservatif umumnyadiambil minimum 10 menit dan maksimum 40jam. Perkiraan hubungan antara jumlah fisi yangdihasilkan dan dosis radiasi adalah :
1 x 106 f/detik atau 5 x 10'6 watt yaitu sekitar 0,1mR/jam pada jarak 3 m.
Metode kebolehjadian distribusi fisi
Teori atau cara ini telah dikembangkan olehG.E. Hansen dari Los Alamos.5 Melalui penjabar-an yang cukup panjang diperoleh persamaanpedekatan untuk menghitung hasil fisi total yaitu :
yang dapat digunakan untuk menghitung hargaini adalah:
2 a t 2
E = •(7)
dalam hubungan ini :a = kecepatan penambahan reaktivitasb = shutdown coefficientt2 = waktu yang diperlukan untuk mencapaireaktivitas maksimum.
Kecepatan reaktivitas
Kecepatan penambahan reaktivitas linear (a)ditentukan dari excess multiplication (K„) yangtergantung dari spesifikasi tanki, mi sal ukuran,volume, inventory U-235 dan waktu minimumdimana penambahan dapat terjadi. Persamaan
nf
(l+l. ') (1+2,26 B :)J
dalam hubungan ini:Kex = faktor kelebihan multiplikasi.
n = produksi netron tiap absorsi netron dalamU-235.
f = utilisasi netron termal.L = jarak difusi termal.B2 = buckling
Shutdown coefficient
Shutdown coefficient (b) pada umumnyakebalikan dari proposional volume larutan.Maksimum burst terjadi pada volume larutansama atau lebih besar dari pada volume larutandimana Kex diperoleh. Oleh sebab itu dalam halini hanya ditinjau volume larutan dan kapasitastotal lanitan. Dari penurunan persamaan :
1 dKb =
K dE
dipcroleh hubungan
2v L2
h - it +
(9)
1 + L2B2
Ev
V„..(10)
dalam hubungan ini:v = kecepatan pembentukan kekosongan (voidproduction rate)
tiap pelepasan energi,vo = volume awal tanki/silinder,E = energi yang dilepas per fisi.
Persamaan (10) ini dapat dihitung, tetapi harga vsukar ditentukan secara pasti. Harga inidiperkirakan sebesar 20% dari perubahan volumesetiap fisi yaitu 1,4 x 10"16 liter/fisi. Sedangkanharga E tergantung dari volume larutan.Hubungan antara volume larutan dan energi yangdilepas per fisi dapat ditentukan secara gratis. s .
Waktu untuk mencapai reaktivitas maksimum
Untuk menentukan waktu ini (t2) digunakanpersamaan :
21t2
2 = ti2 + — In a/bw, (11)a
302
Prosiding Presentasi Jlmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATANJakarta JS-J9 Maret 1996
dalam hubungan ini:t2 = waktu untuk mencapai reaktiitas maksimumti = waktu rata-rata yang dipcrlukan setelah
kritikalilas untuk reaksi berantai1 = waktu generasi netron cepatwj =waktu invers
Harga Vwi ini dapat didekati dengan harga l/at|.
Harga ti dapat didekati dengan persamaan :
t = t i + p/a (12)
dalam hubungannya:t = delay time from criticallity ( dianggap 10
detik)ti = waktu untuk mencapai reaksi berantai
p = fraksi netron lanibat (0,0065 ) 8
Sedangkan harga 1 diperhitungkan denganpersamaan :
l = (2,2x IO5Sa(I+L2B2))- ..(13)
dimana 2a adalah tampang lintang per cm3 intiatom.
Hubungan jumlah netron yang dihasilkan (N)dengan laju dosis (r) dinyatakan dalam persamaan
1,08 x 10"13
N(r) = rad/fisi (14)K A?
Untuk radiasi gamma besarnya 3,3 kali netron.
HASIL PERHITUNGAN DAN BAHASAN
Dalam tahap proses kimia produksi elemenbakar di IPEBRR penanganan U-235 berupalarutan dilakukan di beberapa bagian alat yaitu1'6:
1. Konversi AUC dari bahan dasar UF6 atau UN.2. Pelanitan untuk gagalan bempa UAIX, U3O8,
UO2 dan UN.3. Ekstraksi untuk mengcktraksi UN hasil
pelarutan.4. Evaporasi / pemekatan hasil ekstraksi UN.5. Tanki penyimpan limbah cair.
Bagian proses yang mempunyai potensibahaya terbesar atau yang menangani larutandengan konsentrasi cukup besar adalah bagianekstraksi dan evaporasi. Kondisi, persyaratan dan
geometri kedua alat yang digunakan dirancang dibawah kondisi kritis dengan batasan : '- 45 % dari massa kritis- 80 % dari volume kritis- 90 % dari dimensi kritis
Unit ekstraksi
Data teknis dari unit ini adalah sebagai berikut:- Variasi konsentrasi umpan : 40 - 200 g/1 UN
Keluaran sekitar 80 gram/liter- Moderasi optimum dan reflektor 30 cm
ketebalan air- Tebal slab aman : 8,5 cm-Diameteraman :17,1cm-K.ff :0,56- Tinggi kolom : 3600 mm.
Unit Evaporasi
Data teknis dari unit ini adalah sebagai berikut:- Kemampuan evaporasi dari 80 gram/litermenjadi 400 gram/liter UN- Tebal slab aman : 8,2 cm- Diameter aman : 18,9 cm- K ff : 0,56- Tinggi : 1026 mm.
Perhitungan dengan cara Grover dibatasi olehbeberapa asumsi/ anggapan yang diambilsedangkan dengan cara kebolehjadian distribusidiperlukan banyak data. Namun demikian karenaorde fisinya cukup besar, perhitungan yangdilakukan dengan kedua cara tersebut dapatmemberikan paparan radiasi yang masih sangatbesar dibandingkan dengan batasan penerimaandosis radiasi yang ditetapkan. Ditinjau dari segtpenerimaan dosis radiasi kedua metode tersebutdapat digunakan. Untuk perhitungan desain alatyang dikaitkan dengan faktor keselamatan makaperhitungan dengan metode kebolehjadiandistribusi fisi akan memberikan hasil yang lebihbaik.
Dengan Persamaan (2) yaitu metode GroverTuck, fisi maksimum yang dihasilkan bila terjadikritikalitas adalah 19,842 x 10ls fisi dan fisi totalmenurut Persamaan (3) sebesar 8,267 x lO17 fisi.
Perhitungan dengan metode kebolehjadiandistribusi fisi untuk unit ekstraksi dipengaruhioleh konsenlrasi larutan uranium yang ada.Dengan Persamaan (7) sampai dengan (13) danhubungan konsentrasi dengan berbagai variabel (f,M2, B2, k, serta H/U) seperti yang disampaikandalam Gambar 1 sampai dengan Gambar 5. Untukunit ekstraksi dan unit evaporasi diperhitungkan
303
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATANJakarta 18-!9Maret 1996
pada konsentrasi maksimum sesuai kapasitas alatdan konsentrasi minimumnya.
Contoh perhitungan :Digunakan konsentrasi maksimum unit
ekstraksi yaitu = 200 gram/liter lanitan uranium235.H/U = 117,5 (perhitungan atau Gambar 1).f = 0,93 k = 1,94M2 =32,4 B2 =0,0285HargaL2 = (l-f)Lo
2 =0,53Harga T = 32,4 - 0,53= 31,87, harga n untukU235 » 2,7Fisi total = E = 2at2/b (persamaan 7)
- Harga a dihitung dengan Persamaan (8) yaitudari faktor K«x.
2,7 x 0,93- 1 = 0,22
(1,015X1,0285X1,75X113)
- Harga b dihitung dengan persamaan (10).v = kecepatan pembentukan kekosongan (void
production rate) tiap pelepasan energi.= 2 0 % ( l , 4 x 101e liter/fisi).
E = energi yang dilepas per fisi dan menurutpustaka(5) = 7 , 5 x l 0 1 7 .
b = 16,18 x 1019
- Harga t2 dihitung menggunakan persamaan (11),(12) dan (13).
t2 = 9,96
Dengan demikian harga E = (2X0,22X9,96y(16,18xio ' 9) = 2,7 xlO18 fisi.Dengan cara yang sama untuk konsentrasiuranium minimum yaitu 40 gram/liter fisi sebesar2,5 x 1018 fisi.
Dengan demikian paparan radiasi yangditimbulkan bila terjadi kritikalitas masih dapatmemberikan dosis letal pada jarak sekitar 4-5meter dari pusat kritikalitas tanpa pelindung(Persamaan 14). Misalnya untuk jarak 4 meterdari pusat kritikalitas maka besar dosis radiasipada konsentrasi tnaksimum (200 gram/liter)mencapai 1450,29 rad untuk radiasi netron dansekitar 4785,96 rad untuk radiasi gamma.
Penentuan tekanan maksimum didasarkanpada kecepatan spesifik fisi (a) (nimus 4), dariperhitungan diperoleh hubungan 362 x a(liter/detik) kg/cm2. Pada operasi normalkecepatan lanitan uranium yang digunakansebesar 24 liter/jam. Dalam hal ini tekananmaksimumnya sekitar 2,42 kg/cm2.
Seperti halnya pada unit ekstraksi, pada unitevaporasi fisi maksimum yang dihasilkan unit iniadalah 6,908 x 1015 fisi dan fisi total yangdihasilkan sebesar 2,878 x 1017 fisi denganmetode Grover Tuck. Perhitungan dengan metodekebolehjadian distribusi fisi memberikan hasil fisisebesar 3,1 x 1018 untuk konsentrasi 400gram/liter dan 1,77 xuranium 80 gram/liter.
10 untuk konsentrasi
Dari dua metode perhitungan tersebut diatasterlihat bahwa perhilungan dengan metode GroverTuck memberikan hasil yang berbeda denganmetode distribusi dan sesuai dengan pendekatanyang dilakukannya, sehingga akurasi dari caraperhitungan ini memamg tidak terlalu baik.Akurasi dari metode Grover Tuck ini kurang baikdisebabkan karena dalam perhitungan hasil fisipengnruh konsentrasi tidak diperhitungkansedangkan dengan metode distribusikebolehjadian fisi pengaruh konsentrasi selaludiperhitungkan. Dengan demikian, untuk variasikonsentrasi unit ekstraksi maupun unit evaporasitidak akan terlihat pada cara pertama tetapi akanterlihat pada perhitungan dengan cara yangkedua. Dengan demikian, untuk proses disainpemakaian metode kebolehjadian distribusi fisilebih dianjurkan.
SIMPULAN
Kesimpulan yang bisa diambil adalah sebagaiberikut :1. Hasil perhitungan perkiraan hasil fisi lanitan
U-235 di unit ekstraksi dan unit evaporasiIPEBRR bila terjadi kecelakaan kritikalitasmenghasilkan fisi total pada orde 1017 dan 1018
masing-masing dengan metode perhitunganGrover Tuck dan kebolehjadian distribusi fisi.
2. Perhitungan dari kedua metode akanmenghasilkan paparan radiasi pada operatoryang sangat tinggi dan dapat memberikan dosisletal pada jarak 4-5 meter tanpa pelindung.Untuk itu evakuasi karyawan lain yang beradadalam satu gedung tersebut harus segeradilakukan agar penerimaan paparan radiasipekerja lain dapat ditekan serendah mungkin.
3. Perhitungan alat yang berkaitan dengan faktorkeselamatan sebaiknya dilakukan dengan carakebolehjadian distribusi.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih penulis sampaikan pada teman-teman semua yang telah membantuterselcsaikannya tulisan ini baik secara langsungmaupun tak langsung. Khususnya pada
304
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATANJakarta 18-I9Maret 1996
Sdri.Darmini yang membantu pengetikkan danpencetakan karya tulis ini.
DAFTARPUSTAKA
1. Nukem GmbH, "Basic and Engineering ProcessElement Fabrication Plants", Nukem VT-No.20080 Vol.10 Germany.
2. Roland Allen Knief,"Nuclear Criticality Safety"Theory and Practice, American NuclearSociety, La Grange Park, Illiois USA.
3. Indro Yuwono,"Keselamatan Kekritisan DiLingkungan PEBN Khususnya Di BPEBRR",Prosiding Pertemuan dan Presentasi Nuklir,Yogyakarta April 1987.
4. Grover Tuck,"Simplified Methods ofEstimating the Results of Accidental SolutionExursions", Dowwn Chemical USA,, RockyFlats Divisions, Colorado, 1974.
5. NYO 2980," Safety Analysis of EnrichedUranium Processing",AEC Research andDevelopment Report, UC-46, Criticality Studies(TID-4500, 15th Ed).
6. Nukem GmbH,"Basic and Detail EngineeringProcess Element Fabrication Plant" Nukem VT-No.20080.Vol. 10. Germany.
7. Diktat kuliah teknik nuklir Pakistan.8. Samuel Glasstone, "Nuclear Reactor
Engineering" Van Nostrand ReinholdCompany, New York.
9. Soetaryo Supadi,"Diktat kuliah Teknik NuklirUGM"
TANYA JAWAB
1. Siti Nurhayati• Apakah sudah diperoleh data perhitungan
hasil fisi kritikalitas, sehingga dapat diketahui
pada kondisi yang mana keadaan tersebutbenar-benar akan terjadi kritis.
» Apakah sudah dilakukan perhitungan untukpadatan atau serbuk.
Indro Yuwono• Perhitungan ini hanya untuk memperkirakan
bila terjadi kecelakaan kritikalitas, berapabesar jumlah fisi total dan paparan radiasiyang terjadL/ditimbulkan pada kondisi kritis.
• Perhitungan untuk padatan dan serbuk belumdilakukan.
2. Taufik Usman• Bagaimana pengaruh kritikalitas terhadap
suhu dan tekanan pada bahan fisi danwadahnya.
Indro Yuwono• Kritikalitas sangat mempengaruhi wadah, oleh
karena itu wadah telah diperhitungkan dalambentuk geometri aman, dan suhu tidakmempengaruhi kondisi kritis.
3. Siti AminiApa arti dari orde hasil fisi sebesar IO17-1O18,sedangkan di tempat penyimpanan tidak ada natau fluks n tidak sampai 1017.
Indro Yuwono• Arti dari orde 10l7-1018 adalah apabila terjadi
kondisi kritikalitas, sehingga fisi yang terjadisampai ordenya antara 1017-1018. Perlu diingatbahwa netron dapat berasal dari sinar kosmis,dan tidak hams dari sumber netron, seperti direaktor.
305
Profiling Prescnlasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEISN-HATAN Jakarta 18-19Maret 1996
'5« S»« 5M
Gambar 1. Hubungan antara konscntrasi U23S
g/lilcr dciigan pcrbandingan II/U"5
5» I t »35» JO»
Gambar 2. Hubungan anlara konscntrasi U235g/Idengan faktor utilitas tcrma! (f)
5»
Ganibar 3 Hubungaii anlara konscnlrasi U"5
g/Iitcr dengan faklor multiplikasi (k)Ciambar 4. Hubiiiigan anlara konscntrasi u"5g/l
dengan migration area (M)
Prosiding Prexentasi llmiuh Daur Bahan Bakar NuklirPs-BN-BATAN...Jakarta 18-19 Maret 1996
r.»it
( t i l
ee It
0,0?!
c.iri
c/.rf
rc-j
«in
<• 0" '
Ganibar 5. Hubtingaii anlara konsciKrasi U215 g/ldcngan buckling B
307
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi Jlmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta )8-19Maret 1996
PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF URANIUM CAIRDENGAN RESIN PENUKAR ION CAMPURAN
Supardi, Busron MasdukiPnsat Penelitian Nuklir Yogyakarta ID0100084
ABSTRAK
PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF URANIUM CAIR DENGAN RESIN PENUKAR ION CAMPURAN.Litnbah radioaktif uranium cair yang diolali berasal dari Instalasi Teknologi Proses PPNY yang aktivitasnya sekitar1,6308 x 10"4 gCi/ml (pemancar a ) dan kandungan uraniumnya sekitar 480 ppm F. Metode pengolahan limbahradioaktif uranium cair adalah penukar ion cara terputus {batch) menggunakan resin penukar kation IR-120 dan resinpenukar anion IRA-400. Parameter yang diteliti antara lain variasi normalitas HN03 untuk resin penukar ion (IR 120dan IRA 400), kecepatan pengadukan, lama pengadukan, pH limbah, dan perbandingan berat dari campuran resinpenukar kation/anion. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses pemisahan U dengan penukar kation maupunanion diperoleh secara optimal pada kondisi konsentrasi HNOj =0,5 N, pH=4, kecepatan pengadukan 225 rpm dalamkurun waktu 90 menit dan menggunakan perbandingan berat resin terhadap volum limbah U terbesar 5 g : 50 ml,dengan nilai efisiensi pemisaliannya (EF) sekitar 98-99 % dan faktor dekontaininasi (FD) untuk resin kation 100,01dan resin anion 58,87. Penggunaan cainpuran resin kation dan anion tertinggi yaitu 2 :1 dapat menghasilkan efisiensitertinggi yaitu 98,94 % dengan nilai FD 67,20. Penggunaan campuran resin tersebut lebih baik daripada penggunaanmasing-masing jenis resin itu sendiri.
ABSTRACT
LIQUID URANIUM RADIOACTIVE WASTE TREATMENT WITH MIXTURE ION EXCHANGE RESINS. Uraniumradioactive liquid waste which was generated from Process Technology Instalation in PPNY had the activity of1.6308 x 10-4 /jCi/ml (a emitter) and uranium concentration of 480 ppm F. The method used was batch ionexchanger using cation exchanged resin (Amberlite IR-120), anion exchanged resin (IRA-400), and both of mixtureresin. The parameter which would be investigated was HNO3 concentration, speed and duration of agitation, pH ofwaste solution and the ratio of specified (anion and cation exchanged) resin composition. The result revealed that theoptimal condition of U separation process using either cation or anion exchanged resin has been reached in theHN03 concentration of 0.5 N, the pH of 4, the speed of 225 rpm •within 90 minutes of agitation, with the use of resinto solution ratio 5 g : 50 ml. The separating efficiency factor (EF) obtained was abaout 98-99 % with the factor ofdecontamination (FD) of each cation and anion exchanged resin respectively was 100.01 and 58.87. The use of bothcation and anion echanged resin mixture of2:I ratio showed the best efficiency i.e. EF dan FD values of 98.94 %and 67.20 respectively. The mixed resin usage promising to give better result then of each specified resin.
PENDAHULUAN.
Limbah radioaktif cair yang ditimbulkanoleh InstalasiTeknologi Proses PPNY jumlahnyasekitar 200 liter per tahun pada kondisi kegiatanpuncak. Aktivitas limbah terscbut sekitar 1,6308x 10"4 pCi/ml (pemancar a) dan kandunganuraniumnya sekitar 480 ppm. Pada kondisinormal jumlahnya kurang dari 200 liter tiaptahunnya. Limbah tersebut di atas ditampungdalam beberapa drum dan jerigen plastik1 yangditempatkan digudang limbah sebelum diolah ataudigunakan untuk penelitian. Limbah radioaktifuranium cair sangat berbahaya karena selainberacun juga mengandung nuklida aktif yangumur paronya sangat panjang, yaitu U-235mempunyai umur paruh 7,13 x 108 tahun dan U-238 mempunyai umur paruh 4,49 x 109 tahun.Oleh karena itu limbah tersebut harus dikeloladengan baik dan diolah dengan cara yang tepat2
supaya pencemaran lingkungannya dapat ditekan
sekecil mungkin atau bahkan bila dapatdihilangkan sama sekali. Disampimg itu bilakondisi laboratorium memungkinkan uraniumdapat dipungut kembali3"4 karena uraniumharganya mahal dan sangat banyak digunakandalam bahan bakar nuklir.
Berdasarkan uraian di atas maka dicaripemecahan persoalan dengan cara penyerapanlinibah radioaktif uranium cair dengan resinpenukar ion buatan yaitu resin penukar anion danresin penukar kation atau campuran kedua resintersebut di atas. Dipilihnya resin penukar ionsebagai bahan penyerap2'5'6 karena resinmempunyai struktur dan sifat-sifat dasar yangsangat baik untuk penyerapan. Kapasitaspenukaran ion2 merupakan sifat karak-teristik darizat penukar ion. Kapasitas penukaran ion inimenunjukkan banyaknya gugus ion yang terikatpada penukar ion tersebut untuk setiap hargasatuan berat. Dari percobaan laboratorium
308
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
koefisien seleklivitas dan efisiensi penukar ion6
dapat ditentukan.
Dalam proses penukar ion ada keuntungandan kerugian. Keuntungan nya antara lain
a. mudah dioperasikanb. harga faktor dekontaminasinya cukup tinggi
bila dibandingkan cara kimia biasac. dibandingkan dengan proses ekstraksi pelarut,
pertukaran ion lebih efisiend. bila resin mengalami kejemihan sementara
dapat diregenerasi, yaitu pengusiran kembaliion-ion dalam gugus ftmgsional dengan asambasa yang lebih kuat
dengan : El= ion lawan dari elektroEx = ion lawan dari penukar ion,R penukar ion
e. pemungutan radionuklida lebih selcklif dankuantitatif
Kerugiannya antara lain :a. harga mahal,b. harga peralatan mahal. Hal ini dapat diimbangi
karena resin penukar ion dapat diregenerasisehingga dapat dipakai beberapa kali.
c. stabilitas terhadap suhu terbatasOperasi pertukaran ion pada umumnya dilakukanpada suhu kamar. Uranium dalani lanitan dapatmembentuk senyawa U02+
,dimana n = 2, 3.dan U02(SO4)
p
Berdasarkan latar belakang inasaiah, tujuanserta pendekatan cara peniecahannya maka dibuathipotesis bahwa resin penukar ion campurandalani perbandingan berat (ertentu Icbili baik Imsilserapannya dibandingkan dengan hasil scrapandari masing-masing resin penukar ion.
TATA KERJA.
Bahan yang digunakan antara laina. larutan limbah dari ITP dengan kandungan
uranium 480 ppmb. larutan asam nilrat (HN()3) 96%.c. lanitan NAOH 10 Md. resin penukar anion (IRA-400).e. resin penukar kation (IR-200)Alat yang digunakan antara lain : gelas beker,gelas erlenmeyer, planset, lainpu pengering, danalat cacah a,p latar rendah. Selanjulnyamenyiapkan resin (IRA 400) dan (1R 120) untukdikeringkan masing-masing scbanyak 500 g padapengering. Untuk resin IRA 400 pada suhu 70°Cselarna ± 18jam,untuk IR 120 pada suhu 110°Cselaina± 18 jam. Disamping i(u juga menyiapkan
larutan umpan ( 480 ppm kadar uraniumnya),serta larutan HN03 6 N yang telah divariasi dari(0,5, 1, 2,5, 4, dan 6) N. Berat resin penukar ionkering masing-masing divariasi dari (1, 2, 3, 4,dan 5)g. Dari masing-masing berat resindimasukkan kedalant erlenmeyer yang berisi 50ml larutan limbah lalu diaduk yang divariasi dari(10, 20, 30, 45, 60, 75, 90, 120, dan 150) menit.Didapat lama pengadukan terbaik, yangselanjutnya hasil ini dicari pula kecepatanpengadukan terbaik yang divariasi dari (50, 75,100, 175, 200, 225, 250, 275, 300, 325, 350, 375,dan 400) rpm. Dengan cara yang sama dapatditentukan variasi pH terbaik dari pH 1,2, 3, 4, 5,6, 7, 8, 9, dan 10. Perlakuan terakhir dengan caraperbandingan berat resin kation terhadap resinanion terbaik yang divariasi dari 1:1, 1:2, 1:3,2:1,3:1, dan 4:1.
HASIL DAN BAHASAN
Dari tata kerja dan perlakuan selanjutnyadidapat beberapa tabel sebagai hasil, kemudiandibahas seperti diterangkan dibawah ini.
Perlu diketahui bahwa faktor dekontaminasidising-kat FD (dalam satuan volum yang sama)dan efisiensi disingkat EP.
FD=-
EP =
Aktivitas limbah sebelum diolah
Aktivitas limbah setelah diolah
(cacah mula-mula)-(cacah akhir)
(cacah mula-mula)
Resin yang digunakan disini yaitu resin IR-120 kering yaitu resin dikeringkan pada suhu110°C selarna ± 1 8 jam. Resin ini stabil padasuhu 110°C untuk garamnya, tapi di atas 100°Csecara perlahan-lahan akan bereaksi dengan airdengan membebaskan H2SO4.
Pengaruh FD dan EP terhadap berat resindalam berbagai konsentrasi HNO3 dapat dilihatpada tabel 1. Pada berat resin 5 g dan normalitasHN03 = 0,5 N memberikan FD = 5,17 dan EP =88,11% yang terbaik. Kurang dari itu berarti adakotoran yang mengganggu proses pertukaran ion,sedang di atas 0,5 N efisiensinya sernakin kecilkarena adanya pengurangan kapasitas resin.Bahkan kalau makin pekat larutan HN03 yangdigunakan dan akan menjadi rusak.
Resin yang digunakan resin IRA-400 keringyaitu resin yang dikeringkan pada suhu 70°C
309
Prosiding Presentasi flmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BAT.4N, Jakarta 18-19Maret 1996
selama ± 18 jam. Resin anion dalam bcntuk basabebas mulai tenirai pada suhu di atas 50°C,sedang garamnya stabil hingga sului 100°C.Karena itu diambil sului 70°C untukpengeringannya. Pada Tabel 2 ditunjukkan bahwaberat resin 5 g dan normalitas HNO3 0,5 Nmemberikan harga terbaik pada FD=5,1 dan EP =88 ,11%.
Tabel 1. Pengaruh konsentrasi HN03 (N) terhadapfaktor dekontaminasi (FD) dan efisiensipemisahan (EP) uranium dengan resinpenukar kation (IR-120) pada berbagaiberat (g) resin
No.123456123456123456123456123456
W(g)111111222222333333444444555555
NHNO3
0,000,501,002,504,006,000,000,501,002,504,006,000,000,501,002,504,006,000,000,501,00
L 2,504,006,000,000,501,002,504,006,00
FD1,462,392,071,721,631,551,593,102,821,941,721,631,784,443,102,582,071,821,914,433,442,822,391,941,935,173,872,822,212,07
EP%70,7470,9170,9570,8470,8270,7770,8187,1471,3670,8670,8470,8270,8687,2887,1471,0670,9570,9070,9388,0387,2871,3670,9170,8670,9788,1187,4381,3670,9770,85
Dari Tabel 3 dapat dilihat bahwa kecepatanpengadukan terbaik dengan sislim (crpulus batchpada kecepatan 225 rpm. Lebih rendah darikecepatan 225 rpm kontak yang terjadi belumsempurna/merata. Di atas kecepatan 225 rpmhasil penyerapan cenderung tunin karena butiranresin makin halus dan jumlah pori-pori padapermukaan butiran makin scdikit, sehingga
Tabel 2. Pengaruh konsentrasi HN03 (N) terhadapfaktor dekontaminasi (FD) dan efisiensipemisahan (EP) uranium dengan resinpenukar anion (IRA-400) pada berbagaiberat (g) resin
No.123456123456123456123456123456
W(g)111111222222333333444444555555
NHNO30,000,501,002,504,006,000,000,501,002,504,006,000,000,501,002,504,006,000,000,501,002,504,006,000,000,501,002,504,006,00
FD1,462,392,071,721,631,551,593,102,821,941,721,631,784,443,102,582,071,821,914,433,442,822,391,941,935,173,872,822,212,07
EP%70,7470,9170,9570,8470,8270,7770,8187,1471,3670,8670,8470,8270,8687,2887,1471,0670,9570,9070,9388,0387,2871,3670,9170,8670,9788,1187,4381,3670,9770,85
Tabel 3. Data FD dan EP dari pemisahan Udengan resin IR-120 dan IRA-400dengan variasi kecepatan pengadukan
No.
1234567g9101112131415
pengadukan(rpm)
5075100125150175200225250275300325350375400
FDIR-1203,7510,1023,1840,0860,2170,3380,43100,0198,1274,2451,4038,7027,2925,1720.15
IRA-4002,626,2015,5727,8239,4942,4045,0758,8756,8339,9428,4326,1818,4616,6215,57
EP(%)IR-12072,0989,7293,0994,9096,5296,0797,0298,9097,8595,7594,6094,8393,9493,2593,01
IRA-40071,0888,! 492,9194,1495,1695,8896,7498,7597,4595,1694,4294,0693,8493,0892,91
310
Prosiding Preaeniasi Jlmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BAT.4N, Jakarta 18-19 Maret 1996
kemampuan penyerapan tunin. Bila kecepatanpengadukan terus ditambah, maka sualu ketikaresin akan liancur dan rusak sehingga lidakmampu untuk menyerap lagi.
Dari tabel 4 dapat dilihat bahwa lama peng-adukan terbaik adalah 90 menit dengan FD =43,05 dan BP = 96,57% untuk resin anion, untukresin kation FD = 79,69 dan BP = 96,95%.Kurang dari 90 menit berarti kontak yang terjadibelum sempurna. Di atas 90 menit daya serapresin akan turun karena butiran resin makin halusdan pori-pori permukaan butiran makin kecil.Apabila ter-Ialu lama diaduk resin akan hancurdan rusak.
Tabel
No.
i2345678910
4. Data FD dan EP dari ekslraksi Ukecepatan pengadukan 225 rpm
Waktu(menit)
10203045607590100120150
FDIR-12012,5522,2735,4750,6057,7075,2179,6960,3052,4927,29
IRA-4007,2015,5721,5431,1539,4942,3043,0539,9431,1516,62
pada
EP (%)IR-12089,8093,2594,6594,9095,8196,0396,9595,7994,8993,57
IRA-40088,4892,4193,0294,2795,1695,8296,5795,1694,2793,08
Tabel 5. Pengaruh pHpenyerapan resin
No.
12345678910
pH
12345678910
lnnbah terhadap
IR-120FD21,5536,1045,0747,2339,9431,4227,2314,678,8511,20
EP (%)93,0594,4796,7497,8995,1694,2894,2791,0389,7989,97
IRA-400FD15,7219,5718,2923,4620,8717,0412,508,927,254,86
EP (%)89,8292,9191,4893,8489,7690,1689,6188,2889,1187,66
Dari tabel 5 dapat dilihat bahwa pH limbahterbaik terhadap penyerapan resin kation IR-120pada pH = 4 dimana FD = 47,23 dan BP =97,89%. Untuk resin anion IRA-400 pH = 4,FD=23,46 dan BP = 93,84%. Pacla pH = 4senyawa kompleks uranium akan me-ngalamiionisasi sehingga meinudahkan proses per-lukaranion dengan resin penukar ion.Persamaan reaksinya :
H02(NO3)2 > U02 2< + 2 NO1"
2 H* + 2 R" + U02 2* + 2 NO5" ••-.=—= ===== • U02R, + 2 UNO.,
Senyawa uranium apabila dilarutkan dalamasam (dalam hal ini asam nitrat) akanmembentuk ion komplek yang anempunyai ikatanyang kuat. Apabila pH diperbesar lebih dari 4maka ikatan didalam uranium bemuk komplek iniakan makin kuat, sehingga akan mempersukarproses per-tukaran ion yang menyebabkanuranium yang terserap resin makin sedikit.Apabila pH diperkecil maka suasana terialu asamakan dapat mengurangi kapasitas pertukaranresin penukar ion, bahkan dapat merusakkanresin seperti saat perendaman dengan larutanHNOj. Berdasarkan hasil penyerapan ion tersebutdi atas maka untuk selanjutnya akan dicobadengan resin campuran kation : anion sekitar 2:1dengan variasi mulai dari 1:1, 1:2, 1:3, 2:1, 3:1,4:1.
Pada percobaan suhu kamar (280°C) didapathasil untuk resin kation IR 120 FD = 44,55 danEP = 96,07%, sedangkan untuk resin anion IRA400 didapat FD = 23,63 dan EP = 94,27%.
Tabel 6. Pengaruh perbandingan berat daricampur-an resin (Kation : Anion)terhadap FD dan EP.
No.123456
W1 : 11 :21 :32 : 13 : 14 : 1
FD15,2531,1528,4667,2067,2067,25
EP (%)91,7531,1594,2798,9498,9498,99
Ket: W = perbandingan berat kation : anion
Dapat dilihat pada tabel 6 bahwa padapcrbandingan berat resin kation terhadap anion =2:1 memberikan hasil terbaik yaitu FD = 67,20dan EP = 98,94%. ini disebabkan kedua resinsaling menguatkan/membantu.iika perbandinganberat resin (kation : anion) < 2:1 yaitu dari (1:1)sampai dengan (1:3) maka FD dan EP cenderungtetap yaitu EP sekitar 91 - 94%. Ini disebabkanoleh makin banyak resin anion yang ditambahkan,makin banyak pula uranium yang terikat olehresin sehingga FD dan EP naik. Dalam hal initerdapat 2 hal yang berarti, yaitu (1) ion U dalambentuk anion sehingga erjadi pertukaran ion, dan(2) terjadi penyerapan ion U oleh resin anion.Karena uranium yang dipakai bermuatan positip,maka sebetulnya hanya resin kation yang mampumempertukarkan ionnya. Reaksi pertukarannyasebagai berikut:
2 HR + U02(NO3)2 <= => U02R2 + 2 HN03
311
Providing Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
sedangkan resin anion lidak mampumempertukarkan ion dengan uranium. Jadididuga bahwa resin anion hanya mampumenyerap uranium dipermukaan saja. Sehinggabanyaknya uranium yang diserap alch resin anionini tidak sebanyak resin kation. Selain i(u karenapenelitian teriadi pada pH 4 maka resin kationlebih reaktif berfungsi sebagai pernukar ion jikadibandingkan dengan resin anion yang biasanyamembutuhkan pH lebih tinggi yaitu pH = 9 -11 .Hal tersebut didukung oleh data FD dan EP yangtinggi dengan kenaikannya yang relatif kecil jikadigunakan variasi resin kation denganperbandingan berat resin (kation : anion) > 2:1.Jadi cukup perbandingan berat = 2:1 sajaberdasarkan tinjauan ekonomis.
SIMPULAN.
Resin campuran (kation : anion) denganperban-dingan berat (2:1) mempakan penyerapterbaik karena dicapainya nilai optimal dari FD =67,20 dan EP 98,94%. Nilai terscbut lebih baikjika di-bandingkan terhadap nilai penyerapanresin anion IRA-400, yang menunjukkan nilai FD= 23,46 dan EP = 93,84%, aUuipun penyerapanresin kation IR-120 dengan FD = 47,23 dan EP -97,89%.
UCAPAN TERIMA KASIH.
Terima kasih diucapkan oleh penulis kepadasaudara Tri Suyatno atas bantuannya nmlai dariawal hingga selesainya penelilian ini. Demikianpula ucapan senipa kepada saudara yang bertugasdibagian analisis.
DAFTAR PUSTAKA.
1. BAT AN," Ketentuan-ketentuan KesclamatanKerja Terhadap Radiasi", Badan Tcnaga AtomNasional, Jakarta, 1958.
2. Robert Kumin & J. Myers, "Ion ExchangeResin",John Welly Sons, Inc, New York, 1958.
3. Galkin, N.P and Sudarikov, B.N, "Technologyof Uranium", Israel Program for ScientificTranslation, Yerusalein, 1966.
4. Fischer S.A., "Effect of Gamma Radiation onIon Exchange Resins", USAEC Report RMD-2528, Research Laboratory Rohm and Haas Co,Feb. 1954.
5.Rukihati, "Pemisahan Uranium dengan ResinPenukar Anion dan Penentuannya secaraSpektrometri", MIPA U.G.M 1974.
6. "Operation and Control of Ion ExchangeProcesses for Treatment of Radioactive Waste",Technical Report Series no. 74, Vienna, 1968.
7. Soeroto R, "Diktat Kuliah Pengolahan LimbahRadioaktif', BAT AN, 1985.
TANYA JAWAB
1. Siti Ainini• Bagaimana menurut pendapat Saudara, bila
variasi perbandingan resin kation/aniondilakukan terlebuh dahulu, kemudian barudilakukan optimasi kondisinya.
Supardi• Saya menyatakan kurang sependapat dengan
pernyataan dari penaya tersebut di atas. Halini, karena apabila dilakukan variasiperbandingan resin kation/anion terlebihdahulu, kemudian baru dilakukan optimasikondisinya, maka dengan perlakuan seperti ituakan mengakibatkan terlalu banyakperbandingan resin kation/anion yang hamsdilakukan/dicoba. Dengan demikian akansemakin sulit untuk menentukan optimasinya.Saya berpendapat bahwa apabila variasiperbandingan berat resin kation/aniondilakukan paling akhir, maka kondisi yangdilakukan seperti ini akan dapatmemperlihatkan hasil dari masing-masing iondan si fat kecenderungannya, sehingga untukmenentukan perbandingan berat resinkation/anion cenderung lebih cepat dantepat/akurat.
312
ISSN 1410-1998 Prosiding Presemasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta)8-19 Maret 1996
PENGAMBILAN AKTINIDA DENGAN PROSES TBPStudi Modifikasi Proses PUREX
Djarot S. WisnubrotoPusat Teknologi Pengolahan Limbah Radioaktif ID0100085
ABSTRAK
PENGAMBILAN AKTINIDA DENGAN PROSES TBP. Studi terhadap modifikasi proses PUREX dilakukandengan tujuan perluasan proses PUREX sehingga dapat mengambil aktinida bervalensi tiga.. Dalam penelitian inineodimium (Nd) digunakan sebagai pengganti aktinida bervalensi tiga seperti amerisium (Am) dan curium (Cm).Percobaan dilakukan secara catu, dan analisis dilakukan menggunakan UV-VIS spektrometer. Seperti yangdiharapkan U mudah diekstraksi oleh tri-n-butil fosfat (TBP), tetapi masalah terdapat pada ekstraksi Nd. Hal inidapat dipecahkan dengan menambahkan NaN03 pada fase air. Penambalian 0,2M NaNO3 cukup untuk mengambilNd dari fase air. Kenaikan suhu akan mengurangi distribusi U dan Nd dalam fase organik. Evaiuasi seluruh datamenghasilkan sebuah proses dinamakan proses TBP untuk pengambilan U dan Nd (atau aktinida bervalensi tiga)sekaligus, yaitu pertama U diambil langsung dari asam nitrat, kemudian Nd diekstraksi dengan menambahkanNaN03 ke dalam fase air sehingga meninggalkan hasil belah. Pemisahan aktinida bervalensi tiga dan unsur tanahjarang dilakukan dengan menggunakan kombinasi pengompleks diethylenepentaacetic acid (DTPA) dan ekstraktandiisodecylphosphoric acid (DIDPA) atau diethylhexylphsophoric acid (HDEHP).
ABSTRACT
RECOVERY OFACTUNIDES BY TBP PROCESS. Modification of PUREX process has been studied. The aimof the modification is to extend the ability of PUREX process that can recover trivalent actinides. Nd was used as asubstitute of three valence actinides such as americium and curium. The experiment was done by batch method, andusing UV-VIS spectrophotometer for the analysis. As expected, U is easily extracted by tri-n-butylphosphat (TBP),but the problem is extraction of Nd. This difficulty can be solved by addition of MIXMOJ in the aqueous phase.Addition of0.2M NaNOs is enough for the recovery ofNd. Rising of temperature reduces U and Nd distribution inorganic phase. Evaluation of all results gives a process named as TBP process for recovery U and Nd (or threevalence actinides). First U is extracted from nitric acid, then Nd is recovered by addition ofNaNOs in the aqueousphase leaving fission products. Then, the trivalent actinides can be separated from rare earths by combination ofcomplexant of diethylenepentaacetic acid (DTPA) and extractant of diisodecylphosphoric acid (DIDPA) ordiethylhexylphosphoric acid (HDEHP).
PENDAHULUAN
Berdasarkan penanganan ujung belakangdaur bahan bakar nuklir terdapat dua siklus daur,yaitu daur terbuka dimana bahan bakar bekasdisimpan tanpa pengambilan kembali U dan Pu,dan daur tertutup dimana proses olah ulangdilakukan. Studi perbandingan dari kcdua daurtersebut menipakan hal yang masih kontroversialkarena melibatkan pula parameter ketidak pastianpada nasib bahan bakar bekas atau limbahradioaktif yang disimpan setelah jangka waktulama1'2. Tetapi penelitian kedua daur tersebutterus dilakukan, terutama pada ujiing akliir daur(back end) meskipun beberapa negara majumengendurkan penggunaan PLTN scbagaipemasok energi listrik.
Saat ini kegiatan penelitian di negara-negarapengguna tenaga nuklir Iebih banyak pada daurtertutup dengan menekankan peningkatankeselamatan pengelolaan bahan radioaktifterutama pada pencarian material untuk
imobilisasi limbah aktivitas tinggi dan/ ataupemisahan unsur berwaktu paruh panjang yangdiikuti penelitian transmutasi terhadap unsur-unsur tersebut.
Dasar dari penelitian yang dilakukan iniadalah pengembangan proses pemisahan unsur-unsur aktinida dari hasil belah yang terdapat padalimbah cair aktivitas tinggi. Makalah inimembahas kemungkinan penggunaan TBPsebagai ekstraktan aktinida termasuk aktinidabervalensi tiga. Selama ini diketahui bahwa TBPtidak dapat mengckstraksi aktinida bervalensitiga. Dengan hipotesis bahwa ketidak mampuanTBP mengekstraksi aktinida (III) salah satunyaadalah karena gugus rungsional P=O terisi olehHN03, maka dilakukan penambahan garam nitratsehingga mengurangi ikatan HNO3 dengan P=Odan mcnambah kemungkinan terekstraksinyaaktinida (III) (misalnya Am(IH), Cm(III)) olehTBP 3. Hipotesis penelitian ini dipertegas denganpenelitian lain, yaitu pengambilan Am (atau Nddalam penelitian ini) dengan menggunakan
313
Prosiding Presentasi Ilnriah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
ekstraktan n-octyl(phenyl)-N,N-diisobutylcarba-moylmethylphosphine oxide (CMPO)4. Senyawaorganik ini mempunyai dua gugus fungsional P=Odan C=O, sehingga dengan asumsi yang samaasam nitrat dapat terikat oleh C=O dalam CMPO,maka P=O dapat mengikat logam-logam aktinidatermasuk aktinida valensi tiga. Kelemahanpenggunaan ekstraktan ini adalah, kita harusmembuat proses yang sama sekali baru yangberbeda dengan proses plutonium uraniumextraction (PUREX) sehingga memerlukan biayauntuk penelitian dan pengembangan yangmenyeluruh.
Pada penelitian ini digunakan Nd sebagaipengganti Am, Cm karena kemiripan sifat kimia,dan digunakan pula U (walaupun kemampuanekstraksinya telah diketahui) sebagai perban-dingan serta kemungkinan pemisahannya.
Proses pemisahan aktinida menggunakanTBP mempunyai keuntungan - keuntungan 1)sifat-sifat TBP telah diketahui, 2) teknologiprosesnya cukup mengadaptasi proses PUREXsehingga memberikan keuntungan ekonomi.
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapatdibuat sketsa proses penganibilan aktinida sertapemisahan masing-masing unsur. Penelilian initidak hanya berguna untuk daur bahan bakarnuklir sendiri, tetapi metodenya dapat dipakaiuntuk memecahkan problema pengolahan limbahradioakt if.
TEORI REAKSI TBP DENGAN AKTINIDADAN ASAM NITRAT
Reaksi TBP dengan U, Nd dan HNO3 dapatdinyatakan sebagai45:
Nd3* + 3NO3" + TBP O Nd(NC)3)3-TBP (I)
UO2+ + 2NOJ-+ 2TBP<=> UO2(NO3)2-2TBP (2)
IT + NO^+TBP O HNO3-TBP (3)
H* + NO3" + 2TBP <=> HNO3-2TBP (4)
Meskipun berfungsi sebagai pelanit, asam nitratjuga terekstraksi oleh TBP dan bänkan merupakansenyawa yang dominan dalam fase organik.Ikatan TBP dan HN03 dapat divisualisasikanseperti pada Gambar 1.
ikatan hidrogen
p = O HNOj
Gambar 1. Ikatan antara TBP dengan HNO3.Berikut adalah contoh perhitungan
penentuan TBP bebas ([TBP]f) yang didefinisikansebagai TBP yang tidak terikat oleh asam nitratyang dapat dipergunakan untuk nicngekstraksiaktinida.
(5)
(6)
- [TBP-HNOj] - 2[(TBP)2' HNO,]
(TBP]r=[TBP],«, - aUNOj-K.'ITBPlt -^HNCyKi'ITBP],1
-<l + oHNOj'K|)± V ((1 + aHNOj'Ki)1 + 8-aHNQj-Ki-f[TBP]r= — (7)
4- aHNOj'K,
Dimana a = [H^NCVly2 yang merupakanaktivitas ion didapat dari perhitungan metodeBromley dan y merupakan koefisien aktivitasnya5.Lambang K adalah konstanta kesetimbanganreaksi (3) dan (4) yang telah dilaporkansebelumnya dimana Kl=0,07~0,194 (untuk reaksi(3)) dan K2=0,33~0,43 (untuk reaksi (4))6>7. Darihasil perhitungan persamaan (7) yang ditunjukkanpada gambar 2 akan didapat bahwa untuk umpan[HNO3]>2M maka >50% dari porsi TBPdigunakan untuk bereaksi dengan asam nitrat. Iniberarti, sisa dari TBP (sekitar <0,5 M untuk 30%TBP) digunakan untuk mengekstraksi logam-logam aktinida seperti U, Pu dan lain sebagainya.Dengan anggapan demikian dapat dibayangkanbahwa kompetisi untuk dapat berekstraksi denganTBP sangat berat, sehingga Am(III) akan sulitdiekstraksi oleh TBP kecuali kalau sebagian asamnitrat diganti dengan garam nitrat seperti yangtelah dijelaskan dalam hipotesis di atas.
bZ
IQ
0.25
o.:
0.1*
0.1
0.0^
1.2
1
0.8
0.6
0.2
1 2 3 4 5 6 7(M)
Gambar 2. Koefisien Distribusi asam nitrat dankonsentrasi TBP bebas pada ekstraksiasam nitrat dengan 30% TBP.
314
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
200 250 300 350 400 450
Panjang Gelombang (nm)Gambar 3. Spektnim U dan HNO3
500
(0
tn
300 400 500 600 700 800 900
Panjang Gelombang (nm) )Gambar 4. Spektnim Nd.
315
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Disamping hal di atas penambahan garamnitrat semacam NaNO3, A12(NO3)3 dan Ca(NO3)2
yang kationnya tak terekstraksi TBP juga akanmenambah kemungkinan terbentuknya senyawaseperti U nitraf atau Nd nitrat dan menggeserreaksi (8) dan (9) ke kanan, sehingga logam-logam U dan Nd tersebut lebih mudah diekstraksioleh TBP.
2 +2NO3- O UO2(NO3)2 (8)
(9)Nd3+ + 3NO3" O Nd(NO3)3
BAHAN DAN TATA KERJA
Bahan
Bahan kimia UO2.(NO3)2 6H2O, Nd2O3,senyawa organik TBP maupun «-dodekan ataukerosen serta HNO3, NaNO3 pada reagent-gradeberasal dari E. Merck digunakan tanpa pemurnianlebih lanjut.
Tata Kerja
Lima ml lamtan TBP 30% dalani pelarut n-dodekan atau kerosen disetimbangkan denganasam nitrat pada volume yang sania sebelumekstraksi terhadap U maupun Nd. Fase organiktersebut diambil 3 ml untuk dikontakkan dengan 3ml fase air asam nitrat yang berisi 0,075 g Udan/atau 0,050 g Nd selama 15 menit. Setelahmasing-masing fase dipisahkan, dilakukananalisis konsentrasi U dan Nd pada fase air danorganik menggunakan UV-VIS spektrofotometer.Berdasar analisis fersebut dapat ditentukankoefisien distribusi yang didefinisikan sebagaiperbandingan konsentrasi unsur tertentu pada faseorganik dengan konsentrasi pada fase air.Gambar 3 dan 4 adalah spektnim U, Nd dalamHNO3 , dan dalaiu penelitian ini digunakanpanjang gelombang 415 nni, 796,5 nm (daerahsinar tampak) masing-masing untuk U dan Nduntuk kalibrasi dan penentuan koefisien distribusi.
Percobaan dilakukan dengan parameterkonsentrasi asam nitrat (0,5 - 3 M), dan pengaruhpenambahan 0,2M NaNO3, (dalam hal ini lidakdilakukan variasi konsentrasi NaNO3, tetapiditentukan bahwa konsenlrasi NO3' harus 0,5 - 3M) , kedua percobaan tcrsebut dilakukan padasuhu 30°C. Terakhir dilakukan percobaanpengaruh perubahan suhu (30°C, 50°C , 70°C)untuk berbagai konsentrasi asam nitrat (0,5, 1,0dan 2,0 M).
HASIL DAN BAHASAN
Seperti ditunjukkan pada Gambar 5, Udengan mudah diekstraksi oleh TBP padakonsentrasi asam moderai maupun tinggj(>1,5M). Hal ini merupakan sesuatu yang telahdiketahui luas dan menipakan dasar untuk prosesolah ulang bahan bakar nuklir. Secara umumTBP dengan mudah mengekstraksi aktinidavalensi (IV) dan (VI) tetapi sulit untukmengekstraksi aktinida bervalensi (V) dan (III).Contoh dari aktinida (V) adalah Np(V), tetapiunsur ini relatif mudah dioksidasi atau direduksimenjadi Np(VI) atau Np(IV) sehingga dapatdiambil oleh TBP". Tidak demikian halnyadengan aktinida (III) seperti Am(III) atau Cm(III)karena unsur-unsur ini sangat stabil sehingga sulituntuk dioksidasi atau direduksi 9. Dalam banyaklaporan ditunjukkan bahwa untuk menghindaripenggunaan bahan radioaktif, Am dapat digantidengan unsur tanah jarang Nd karena kemiripansifat kimia.
j>
Qc
*fis
i
o
1 VV,
101
0.1
o.o:0.001
0
N d .„„„., ,a'**'
] ' s ' iV
0.5 1 1.5 2 2.5 3
[HNO]Aq (M)
Gambar 5. Ekstraksi U dan Nd dengan TBP.
Ekstraksinya U memberikan koefisiendistribusi yang besar sehingga makinmempersempit kemungkinan aktinida bervalensitiga untuk berreaksi dengan TBP. Secaraperhitungan hal ini dapat dinyatakan denganpenyempurnaan persamaan (6) denganmemasukkan unsur kompleks UO2(NO3)2-2TBPmenjadi persamaan (8). Perhitungan ini berbedadengan apa yang dilaporkan oleh Benedict et al.karena pustaka tersebut tidak mempertimbangkanaktivitas asam nitrat di dalam fase air, serta hanyamempertimbangkan reaksi kimia (3) saja5.
[TBP|, =2KU[UO,!+)
- 2aHNO3-K,-(TBPl,1 -(8)
316
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
CO
Q
CO
IO1
10'
10"
- a
i i i t i i i i i i t t
0.5 1 1.5 2.5 3.5
[NO3-]aq (M)Gambar 6. Penganth penambahan NaNO3 0.2M terhadap koefisien distribusi U dan Nd
[TBP]f= (9)2A
dengan,
A=2- aHNGy(K2 + <7HNO,[UO22+])
B=i+ aHNO3K,
Persamaan (8) menunjukkan kembali bahwasemakin banyak unsur-unsiir yang miidahterekstraksi sepert U, Pu atau Np valensi empatdan enam maka akan berkurang TBP bebasnyasehingga aktinida valcnsi tiga semakin tidakmempunyai kematnpuan untuk mengikat dengangugus P=O dari TBP.
Seperti yang telah dijelaskan pada teori diatas, Gambar 5 juga menunjukkan koefisiendistribusi yang rendah dari Nd ( dengan orde 10-2) dimana fase aimya adalah asam nitrat. Padaproses PUREX , karena sulit diekstraksi oleh TBPmaka aktinida bervalensi tiga serta unsur-unsurtanah jarang akan ikut terbawa oleli fase airsebagai kelompok Iimbah cair aktivitas tinggi.Tetapi beberapa negara mempunyai kebijaksanaanuntuk menganibil aktinida-aklinida tersebutkarena tingkat keracunan yang tinggi dan waktuparuhnya yang panjang, seliingga batasan-batasanimobiiisasi limbah aktivitas tinggi akan lebihlonggar 5. Sedangkan aktinida-aktinida tersebutdapat diletakkan pada tempat yang mudahdimonitor ataupun ditransmutasikan meng-gunakan suatu reaktor maupun akseleratorsehingga menjadi unsur-unsur yang bcnvaktuparuh lebih pendek.
Apabila ditambalikan garam nitrat semacamNaNO3 atau A12(NO3)3 atau Ca(NO3)2 ke dalamfase airnya diharapkan adanya kenaikan distribusidi dalam fase organik. Prinsip ini sebenarnyatelah digunakan pada proses PUREX untukmenaikkan koefisien distribusi uranium nitrat,tetapi kenaikan distribusi hanya berlaku padakonsentrasi nitrat total >5M untuk penambahanNaNO3, >4M untuk Ca(NO3)2 dan >3M untukA12(NO3)3
5.
Gambar 6 menunjukkan pengaruh garamnitrat pada koefisien distribusi Nd dan U. Padaekstraksi U keberadaan garam tersebut pada faseair tidak mempengaruhi tingkat ekstraksi aktinidatersebut, sedangkan pada Nd dengan penambahan0.2M NaNO3 terdapat kenaikan yang berarti dariorde 10-2 menjadi 100. Hal ini tentu jauh dariharapan yang diinginkan, tetapi orde tersebutcukup untuk memisahkan aktinida bervalensi tiga(dengan asumsi koefisien distribusi Nd samadengan Am) dari larutan asam nitrat denganproses sinambung. Hasil ini scsuai denganhipotesis baliwa tanpa NaNO3, maka gugus P=Opada TBP didominasi oleh asam nitrat. Hasileksperimen ini cukup untuk dapat memprediksikoefisien distribusi aktinida valensi tiga padapenambahan NaNO3 lebih dari 0,2M.Perhitungan yang dilakukan sama denganperhitungan untuk mencari distribusi asam nitratataupun U nitrat dalam fase organik maupun faseair tetapi dengan merubah aktivitas ion a karenahams memperhitungkan efek dari NaNO3
6. Hasilperhitungan ini menunjukkan bahwa padapenambahan NaNO3 di atas 1,0 M padakonsentrasi asam nitrat 0,lM - 0,2M akan
317
Providing Presentasi Jlmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-I9Maret 1996
Tabel 1. Penganih suhu pada koefisien distribusi U dan Nd(Tanpa penambahan NaNO3)
Suhu (°C)
305070
4,214,023,97
0,5MU
HN03
Nd0,0070,0070,006
8,338,148,00
l.OMHNOjU Nd
0,0230,0150,012
2.0M HNO3U Nd
22,05 0,03421,88 0,02120,56 0,020
bahanbakarbekas
HCOOH
NaNO
30% TBP
DTPA
30% TBP
Proses PUREX
HLW IInterim Storage
IDenitrasi
IKlarifikasi
IPenggaraman
i
DIDPA/HDEHP0»~|Pemisahan Am dan RE
TPengelolaan Am
U dan Pu
endapan
Pengambilan Am/RE Hasil Belah
Unsur TanahJarang
Gambar 7. Konsep Proses TBP
menyebabkan terekstraksiiiya aktinida valensi tigalebih dari 70%.
Seperti diketahiii bahwa opcrasi suatu prosessangat jarang dilakukan pada suhu kainar ataudibawahnya, umumnya para leknisi mcngainbil
suhu 40°C sebagai suhu operasi proses dalamperhitungan desain. Telah dilakukan suatupercobaan untuk melihat pengaruh suhu padaekstraksi menggunakan TBP, tetapi karenaketerbatasan peralatan maka jangkauan suhuhanya terbatas di atas suhu kamar. Seperti yang
318
Providing; Presentasi Hmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
ditunjukkan pada Tabel 1, penganih suhuterhadap ekstraksi U dan Nd relatif kecilmeskipun ada kecenderungan menurunnyakoefisien distribusi terhadap naiknya suhu.Dalam hal ini tidak dilakukan percobaanpengaruh suhu apabila NaNO3 dilambahkan padafase airnya, karena sesuai dengan hasil Tabel 1perubahan suhu tidak banyak mcmpengaruhikocfisien distribusi.
Dari hasil-hasil eksperimen dapat dibuatsuatu proses disebut proses TBP yang dapatdigunakan untuk memisahkan U dan aktinidabervalensi tiga. Proses ini lerdiri dari tahapanpengambilan U/ Pu oleh TBP (proses PUREX)yang menyisakan limbah aktivitas tinggi {highlevel mrcre/HLW) , dilanjutkan dengan tahapberikutnya yaitu penunman konsentrasi asamnitrat HLW tersebut menggunakan HCÖOHsampai sekitar 0,2M. Sebelum pengambilan Amdilakukan penyaringan terhadap endapan yangmungkin terbentuk dari denitrifikasi, dilanjutkandengan pengambilan Am dengan menambahkan0,2M NaNO3 pada fase air asam nitrat (lihatGambar7).
Pada proses scbenarnya, tentu tidaksesederhana seperti yang dijelaskan. Sebagaicontoh untuk memisahkan Am(III) dari lantanida(rare earthsfRE) sangat sulit karena kemiripansifat kimianya. Problema tersebut dapat diatasidengan mengadaptasi proses TALSPEAK dimanaAm dan lantanida yang terekstraksi TBPdireekstraksi menggunakan pengompleksdiethylene tetraamine pentaacetic acid (DTPA),kemudian lantanidanya dipisahkan dari Amdengan ekstraksi menggunakan diethylhexyl-phosphoric acid (HDEHP) atau diisodecyl-phosphoric acid (DIDPA) 1 0". Namun prosesyang dijelaskan pada Gambar 7 dapat langsungdiadopsi oleh proses PUREX sebagai tahapantersendiri sehingga seluruh aktinida yang terdapatdalam larutan bahan bakar bekas dapat diambiloleh TBP, dan hanya menyisakan hasil belah sajadalam limbah cair aktivilas tinggi.
SIMPULAN
Eksperimen dengan tujuan untukmemodifikasikan proses PUREX mciumjukkanbahwa penambahan 0,2M NaNO3 cukup untukmengambil Nd dari fase air. Kenaikan suhu akanmengurangi distribusi U dan Nd dalam faseorganik. Evaluasi seluruh data menghasilkansebuah proses yang disebut proses TBP untukpengambilan U dan Nd (atau aktinida bervalensitiga) sekaligus, yaitu pertama U diambil langsung
dari asani nitrat, kemudian Nd diekstraksi denganmenambahkan NaNOj ke dalani fase air sehinggameninggaikan hasil belah. Penelitian ini hanyamenyangkut hal-hal yang prinsip saja, untukmenibangun suatu proses yang iebih rinci untukmemecahkan masalah spesifik diperlukan studilebih lanjut.
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terimakasih atasbantuan dari Ir. Husen Zamroni dan Sdri. HeruSriwahyuni sehingga penelitian dapatdilaksanakan dengan lancar. Demikian pulapenulis ucapkan terimakasih kepada BidangKeselamatan Kerja dan Lingkungan PTPLR atasbantuan penyediaan larutan organik TBP serta ijinpenggunaan UV-VIS spektrometer.
DAFTAR PUSTAKA
1. KASTENBERG, W.E., Nuclear Technology,vol. 97, p.241 (1991)
2. PAPP, R. dan LOSER, H., NuclearTechnology, vol.73., p.228 (1986)
3. KUBOTA, M , dan MORITA, Y., "ActinidesSeparation from HLW", JAERI REPORT-5511, 1988 (Japanese)
4. WISNUBROTO, D.S., "Behavior of NpExtraction by CMPO", PhD thesis, Univ.of Tokyo, Tokyo, 1993
5. BENNEDICT, PIGFORD dan LEVI,"Nuclear Chemical Engineering", McGraw-Hill, New York, 1981
6. WISNUBROTO, D.S., "Model Spesiasi FaseAir Dan Organik Pada Sistem Ektraksi."Disampaikan pada Pertemuan IlmiahPenelitian Dåsar dan Teknologi Nuklir diPPNY, Yogyakarta, April 1995
7. CHAIKO, D.J. dan VANDEGRIFT, G,F.,Nucl. Tech., Vol. 82, pp.52, 1988
8. BROMLEY, L.A... AIChE Jornal , Vol.19,No.2, pp.313, 1973
9. HIRAYAMA, F., TAKASHI, M., YUASA,Y., dan TANI, A., "Automatic ChemicalSeparation Apparatus for Uranium andTransuranium Separation" dalamProceeding of International Symposium onActinide/Lanthanide Separation, editor G.R.Choppin et al., Honolulu, Hawai, p. 140(1984)
10. WEAVER, B. dan KAPPELMANN, F.A.,"TALSPEAK Process", ORNL-3559, OakRidge National Laboratory (1964)
11. WISNUBROTO, D.S., "Separation of Amand RE by DIDPA", Master thesis, Univ. ofTokyo, Tokyo, 1990
319
TANYA JAWAB
1. Sugondo• Mengapa dipilih
menggunakan Am• Apa tujuan dilakukan pemisahan aksinida
unsur Nd, tidak
Djarot Sulistio W• Kami memilih unsur Nd, karena Nd
mempunyai sifat kimia yang mirip denganAm, seperti koefisien distribusinya
« Tujuan dilakukan pemisahan adalah untuktnempermudah dalam pengontrolan terhadapunsur yang memiliki waktu panih panjang danmemperpendek waktu paruh denganmenggunakan reaktor akselerator
2. Sarwo• Apakah metoda yang digunakan untuk
mcngckstraksi aksinida ini tidakmempengamhi kondisi ekstraksi aksinidavalensi yang Iain ?
Djarot Sulistio W• Metoda ini tidak mempenganihi kondisi
aksinida valensi lain, karena garam yangdipakai tidak menyebabkan terjadinyaperubahan koefisien distribusi unsur lain.
3. Mainar• Faktor apa saja yang mempenganihi reaksi
kesetimbangan, agar ekstraksi nilrat oleh TBP
Presiding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
lebih banyak, sehingga unsur-unsur yang adadalam nitratjuga terektraksi lebih banyak.
Djarot Sulistio W» Faktor utama yang mempengaruhi ekstraksi
asam nitrat adalah konsentrasi dan suhu
4. Taufik Usman• Bagaimana pengaruh koefisien
terhadap kemampuan ekstraksidistribusi
Djarot Sulistio W• Pengaruh koefisien distribusi terhadap
kemampuan ekstraksi adalah semakin besarkocfisien distribusi, semakin banyak pulaunsur yang terikut ke dalam fasa organik,sehingga kemampuannya menjadi meningkat
5. Erick Johneri• Mohon penjelasan Saudara mengenai
penggunaan TBP untuk mengekstraksi Amdan bagaimana prosentasenya terhadappenggunaaan ekstraktan lain, serta jelaskankelebihan dan kekurangannya.
Djarot Sulistio W• TBP mempunyai kelemahan dibandingkan
dengan ekslraktan lain, seperti HDEHP,DIDPA dan CMPO, yaitu kemampuanekstraksi terhadap Am relatif lemah, karenamemiliki Kd sebesar 10"2, sedangkanekstraktan yang lain memiliki Kd berkisarantara 10-100
320
ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
SEBUAH ANALISIS TERHADAP REAKTOR CEPAT UNTUKSISTEM DAUR BAHAN BAKAR NUKLIR MAJU
Marsodi*, R.S. Lasijo*, Zuhair**, M. Iyos R. Subki****Pusat Pengembangan Informatika
** Pusat Reaktor Serba Guna•** Deputi Pengkajian Sains Dan Teknologi Nuklir
ID0100086
ABSTRAK
Perkembangan teknologi nuklir pada saat ini telali dilengkapi deiigan penanganan terhadap daur bahan bakamyasecara konvensional yaitu dengan cara pengolahan kembali dan pemisahan. Dalam hal ini, reaktor cepat merupakansuatu piranti yang dapat menangani daur bahan bakar nuklir secara tepat, karena reakor tersebut dapat mendaur-ulangkan bahan bakar nuklir dan dapat menghasilkan energi. Komposisi bahan bakar yang digunakan adalali sisahasil pembakaran reaktor termal (LWR) dari 33 MWD/T setelah waktu pendinginan 150 hari. Ke dalam reaktortersebut juga dapat dimasukkan isotop-isotop lain dari trasnuranium, yang selanjutnya akan berfungsi ganda menjadireaktor pembakar/transimitasi (reaktor B/T). Dalam penelitian ini penanganan terhadap penggunaan balian bakarplutonium khususnya telah dievaluasi dengan menggunakan metode difusi 26-gnip energi pada kondisi awal siklus(BOC) dan kondisi akhir siklus (IEOC). Analisis ini dilakukan dengan tnenggunakan pendingin Na, Pb dan gas He.Dapat disimpulkan bahwa khusus untuk plutonium, efektivitas penanganannya lebih baik bila menggunakanpendingin gas He.
ABSTRACT
At the recent time, the establishment of nuclear technology has readily been equiped with conventional nuclearfuel cycle, i.e. by reprocessing of spent fuel followed by partitioning. In this respect the fast reactor constitutes adevice that can treat nuclear fuel cycle appropriately because the reactor could recycle the nuclear and produceenergy. The composition of fuel used in the reactor is the composition of discharged fuel of 33 MWD/T - LWR afterISO days of cooling. This reactor could also be introduced with transuranic isotopes and therefore will become aburning/transmutation reactor (B/T reactor). In this research, the treatment on the use of plutonium was especiallyevaluated using 26-group diffusion method either at the beginning of cycle (BOC) as well as at the end of cycle(EOC). The analysis was performed assuming the use of sodium (Na), lead (Pb), and helium (He) gas. It was foundthat, especially for plutonium, the effectiveness of treatment could be achieved by using He gas coolant.
PENDAHULUAN
Penggunaan sistcm encrgi nuklir menjadisebuah altcrnatif dalam memperoleh suinberenergi yang cuktip memadai dalam meminjangkebutuhaan akan energi untuk industrialisasi.Pada umuninya penggunaan sumber energitersebut adalali menggunakan sebuah reaktornuklir yang scbagian besar adalah dari jenisreaktor berpendingin air atau yang dikenal denganLWR (Light Water Reactor). Walaupunpenggunaan sumbcr energi bertenaga nuklirmenipakan scbuah pilihan yang sampai saat inidirasakan cukup tepat dengan keinajuan teknologipenunjangnya yang cukup memadai, namunberbagai macam kendala masih belum seluruhnyadapat ditangani kluisusnya dalam hal pengolahansisa bahan bakar yang dihasilkannya. Pada saatsekarang ini, scbagian kcbutulian listrik di negara-negara industri kluisusnya diluisilkan oleh reaktornuklir yang mana kebanyakan menggunakanreaktor jenis LWR. Dengan kata lain bahwajumlah sisa bahan bakarnya adalah cukup banyak
dan bahkan di negara-negara tertentu melimpah,ini berarti bahwa kalau tidak dilakukanpenanganan yang cukup memadai maka sisabahan bakar tersebut akan sangat membahayakanbagi kelangsungan hidup manusia itu sendirikhususnya dari isotop-isotop (hasil belah)berwaktu paruh panjang seperti Plutonium, minoraktinida dan hasil belah berwaktu paruh panjanglainnya (LLFPs, long-lived fission product). Olehkarena itu perlu kiranya diupayakan untukmendapatkan sebuah piranti yang dapatmenangani atau memanfaatkan kembali sisabahan bakar yang dihasilkan oleh reaktor nuklir.
Reaktor cepat dalam sistem daur uiangbahan bakar nuklir maju dapat berperan sebagaisebuah piranti yang dapat menunjang penggunaanscbuah sistem leknologi nuklir. Penggunaanreaktor cepat untuk mendaurulangkan bahanbakar nuklir menipakan langkah yang cukuptepat karena reaktor cepat ini menggunakansistem bahan bakar yang terkandung dalam sisabahan bakar LWR yang mana jumlahnya
321
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta !S-19Maret 1996
sebanding dengan penggunaan LWR. Penggunaanbahan bakar tersebut tentunya harus melalui tahappengolahan kembali (reprocessing) yang manasetelah itu dilakukan pemilihan isotop-isotop yangakan digunakan kembali dan dilakukan fabrikasibahan bakar reaktor cepat sesuai dengankomposisi disain.
Tujuan utama dari riset ini adalah menjajagikemungkinan untuk membangun sebuah reaktorcepat untuk dapat memanfaatkan kembali sisabahan bakar dari LWR sebagai alternatif untukmendaur ulangkan sisa bahan bakar tenitamaUranium dan Plutonium karena reaktor cepatmemiliki karakteristik yang sesuai dengankebutuhan tersebut. Survey yang dilakukan dalammenentukan parameter-parameter yang mendasardari riset ini adalah menggunakan isotop U (U-235, U-238) dan Pu (Pu-239, Pu-240, Pu-241 danPu-242). Disain reaktor yang digunakan adalahjenis reaktor cepat (fast reactor) dengan kapasitasdaya 3000 MWt.
Akhirnya, dari hasil riset yang telah dicapaiini dapat diambil kesimpulan baluva penggunaansebuah reaktor cepat untuk mendaur ulangkan sisabahan bakar nuklir khususnya Uranium danPlutonium adalah baik dan laik dikembangkandalam rangka mengefektifkan penggunaan bahanbakar disamping juga dapat membantu dalammenangani masalah lingkungan. Reaktor cepatini juga dimungkinkan dapat digunakan untukmembakar/ mentransmutasi isotop-isolop lainyang terkandung dalam sisa bahan bakar LWRmisalnya isotop-isotop benvaktu pamh panjangyang sangat berbahaya seperti MA (minoractinides) dan LLFPs (long-lived fission product).
METODE PERHITUNGAN
Reaktor cepat merupakan sebuah reaktoryang diharapkan dapat menjadi sebuah alternatifyang baik dalam penggunaan kembali sisa bahanbakar dari reaktor daya jenis LWR Plutonium (Pu)dan Uranium (U). Reaktor tersebut didisaindengan menggunakan blangket dalam rangkauntuk mendaur ulangkan sisa bahan bakar U-238dari LWR menjadi Pu-239 yang akan digunakansebagai bahan bakar pokok pada sebuah reaktorcepat dan juga dapat dipergunakan untukmentransmutasi isotop-isotop lainnya seperti Pu-238 menjadi Pu-239. Evaluasi terhadaptransmutasi dari isotop-isotop lain juga dilakukanterutama pada isotop-isotop plutonium dan minoraktinida yang dalam hal ini dicampurkan secarahomogen pada bahan bakar reaktor tersebut.Sebuah evaluasi terhadap penganih spektrumneutron yang mcrupakan hal yang sangat penting
juga dilakukan, karcna pada reaktor cepat intervalenerginya sangat lebar (dari daerah termal sampaidaerah cepat) baik untuk tangkapan (capture) ataupembelahan (fission) apabila dibandingkandengan reaktor termal. Metode perhitunganreaktor ini dilakukan dengan menggunakanmetode difusi multigroup ', seperti diperlihatkanpada persamaan berikut, karena perhitunganuntuk disain reaktor cepat kebanyakanmenggunakan metode difusi disamping jugabahwa metode difusi ini lebih sederhanadibandingkan dengan inetode-metode lainnya.Multigrup energi tersebut diungkapkan dalamneutron per satuan volume per detik termasuk
didalamnya kebocoran (leakage) V » *',
absorpsi 12°«^«/ yang termasuk tangkapan
(capture) dan fisi *• " ~ '* + •* / pindahan
(removal) dengan hamburan elastis * ••***)
dan hamburan non-elastis ^ "* '' . Persamaanmultigrupnya diberikan sebagai berikut;
o
)tTt 4~(1)
dimana ke<r adalah faktor penggandaan darikeseimbangan antara neutron yang dihasilkan danneutron yang hilang. Dalam analisis multigrupini, perhitungan dilakukan dengan menggunakan26-grup energi dari penampang lintang datanuklir untuk material reaktor cepat yang diperolehdari Bondarenko2. Perhitungan ini dilakukandengan menggunakan analisis satu dimensi padaarah radial dengan geometri silinder. Evaluasiterhadap laju transmutasi dari isotop-isotopplutonium khususnya dilakukan denganmenggunakan perhitungan deplesi denganperubahan reaksi berantai. Perhitungan deplesitersebut dilakukan dengan menggunakanpersamaan diferensial simultan dengan metodesolusi numerik dari Runge-Kutta-Gill.
( 2 )
( i , j , k = l , 2 , ,M), ( g = l , 2 , G)
dimana N'(t) adalah jumlah kerapatan atom ke i,Xg adalah fraksi dari neutron yang dihasilkan padasetiap fisi, t|' adalah fraksi hasil pembelahan atomke i, 1* adalah fraksi penyerapan neutron dari k ke
322
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-] 9 Maret 1996
i, Xl adalah konstanta pelunihan radioaktif dariatom ke i, og adalah penampang lintang atom ke i,M adalah jumlah total isotop dalam rantaipembakaran/transnmtasi, dan G adalah jumlahenergi grup. Model perhitungan yang dilakukandapat dilihat pada diagram alir yang ditunjukkanpada gambar 1 di atas.
HASIL PERHITUNGAN DAN BAHASAN
Analisis terhadap kemampuan reaktor cepatdalam menggunakan kcmbali sisa bahan bakarLWR dilakukan dengan menggiinakan tiga
macam pendingin seperti sodium (Na), timah(Pb), dan gas helium (He). Dalam evaluasi iniha nya ditekankan khususnya pada analisisterhadap plutonium karena disamping plutoniumdapat digunakan sebagai bahan bakar tetapiplutonium itu sendiri mempunyai waktu paruhyang panjang khususnya Pu-239 yang mempunyaiwaktu paruh kurang lebih 4xlOs tahun sehinggamemerlukan penanganan yang khusus. Dalamkesempatan ini juga dilakukan analisis terhadapbentuk spektrum neutron-nya baik pada kondisiawal maupim pada kondisi akhir siklus.
Start
Generation of 26-groupsmicroscopic cross section data set
Remain fraction of MAand fuel component in
each group
t = t +At
NO
7Setting fraction ofMA & Pu fraction
Diffusion Calculationsone dimensional 26-groups
model
Calculation of B/TCapacity
Depletion calculation1. Burn-up calculation2. B/T rate calculation3. Production rate
At = 0.01 y
At = 0.001 y
YES
C Stop
Gambar 1. Diagram alir perhilungan reaktor cepat dengan inenggunakan metode difusi multi-grup.
Gambar 2 memperlihalkan basil perhitungandari bentuk spektrum neutron dan pengaruhnyaterhadap laju pembakaran Pu pada kondisi awaldan pada kondisi akhir siklus. Dari hasil evaluasimenunjukkan bahwa bentuk spektrum neutronbaik pada kondisi awal maiipun pada kondisiakhir siklus ternyata tingkatan energinya tidakberbeda tetapi jumlah kerapatan neiitronnya adasedikit terdapat perbedaan seperli diperlihalkan
pada gambar 2.a. Perbedaan jumlah kerapatanneutron pada kondisi awal dengan kondisi akhirsiklus adalah disebabkan oleh adanyakemungkinan tertransmutasinya U-238 menjadibahan bakar (Pu-239) yang pada kesempatan inijumlah pertambahan bahan bakar-nya belumdievaluasi. Dari hasil tersebut dapatlah diambilkesimpulan bahwa evaluasi kasar terhadap sebuahperhitungan reaktor khususnya yang berkaitan
323
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
dengan laju pembakaran atau jumlah Pu yangtelah digunakan dalam suatu siklus dapatdilakukan pada kondisi awal saja, tetapi untukevaluasi lebih detail terhadap neutronik, makakedua kondisi baik awal siklus atau akhir siklusperlu dilakukan. Lebih dari itu disini jugadilakukan evaluasi terhadap jumlah Plutoniumyang digunakan pada satu siklus sepertidiperlihatkan pada gambar 2.b. Seperti dapatdilihat pada gambar tersebut bahwa kerapatanneutron tidaklah begitu berpengamh terhadapjumlah pembakaran Plutonium apabiladibandingkan dengan besarnya pengaruh yangdisebabkan oleh kenaikan tingkat energi darireaktor cepat seperti yang akan dapat dilihat padaevaluasi berikutnya yaitu evaluasi terhadappengaruh energi neutron terhadap prosespembakaran isotop Plutonium khususnya.
I
&
" ' T 1
BOCtoe
En(«V)
Gambar 2. Bentuk spektrum neutron dari sebuahreaktor cepat dengan bahan bakar inetal danpendingin Sodium dan [Pu]= 25 % dengankondisi perbandingan bahan bakar,pendingin, dan material reaktor (F/C/S) =0.35/0.43/0.22 pada kondisi awal dan akhirsiklus; a. hubungan antara jumlah kerapatanneutron dengan energi, b. Hubungan antarajumlali Plutonium yang hilang baik terbakaratau tertransmutasi.
Gambar 3 memperlihatkan hasil perhitungandari bentuk spektrum neutron dan pengaruhnyaterhadap laju pembakaran Pu dengan pendinginyang berbeda yaitu gas helium (He), Pb, dansodium (Na). Pada umumnya reaktor cepatmempunyai puncak spektrum fluks neutron 0.2 ~0.4 MeV. Spektrum tersebut akan sangatbergantung kepada penggunaan material bahanbakar dan/atau pendingin khususnya. Dari hasilevaluasi menunjukkan bahwa bentuk spektrumneutron dengan menggunakan ketiga jenispendingin ternyata memberikan pengaruhterhadap tingkatan energinya dan jumlahkerapatan neutronnya ada sedikit terdapatperbedaan seperti diperlihatkan pada gambar 3.a.Perbedaan jumlah kerapatan neutron pada ketigajenis pendingin adalah disebabkan oleh adanyaefek ke-elastisan atau efek moderasi dari ketigapendingin tersebut. Misalnya pada bentukspektrum neutron dengan pendingin sodiumberbeda puncaknya dengan bentuk spektrumneutron dengan pendingin gas helium. Haltersebut disebabkan oleh adanya perbedaankerapatan yang cukup tinggi antara kedua jenismaterial pendingin tersebut, dimana pada jenismaterial pendingin gas helium kerapatannyasangat rendah sehingga efek moderasinya sangatrendah apabila dibandingkan dengan jenismaterial pendingin sodium misalnya atau Pb yangdalam hal ini mempunyai ke-elastisan yang lebihtinggi, tetapi kedua jenis material pendingin metaltersebut kerapatannya cukup tinggi apabiladibandingkan dengan gas helium sehingga keduajenis pendingin metal tersebut efeknya terhadapmoderasi neutron cukup tinggi. Dalam hal inipengaruh kerapatan material pendingin ataubahkan material reaktor sangat besar pengaruhnyaterhadap lingkat kekerasan spektrum neutronseperti diperlihatkan pada gambar 3.a. Gambar3.a adalah hasil perhitungan yang diperolehdalam bentuk spektrum neutron denganmenggunakan bahan bakar metal dengankomposisi (U-Pu-MA-Zr). Perhitungan tersebutdilakukan dengan menggunakan komposisi sepertihasil perhitungan pada gambar 2. Dari gambartersebut dapatlah disimpulkan bahwa denganmenggunakan pendingin gas Helium, spektrumneutron lebih keras pada tingkatan energi antara0.4-0.8 MeV atau grup energi yang ke 6 dalamperhitungan 26 grup energi, sedangkan spektrumneutron dengan menggunakan pendingin metalNa dan Pb hanya berkisar antara 0.2-0.4 MeVatau gnip energi ke 7 dalam perhitungan grupenergi yang sama. Hal itu disebabkan oleh karenaadanya efek yang cukup besar terhadap jumlahkerapatan material
324
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bohan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
»to'
IF 4
HttMiinlrbtoetiM
NitooliBl
to»
En<«V)
Gambar 3. Bentitk spektrum neutron dari sebuahreaktor cepat dengan bahan bakar metal dan[Pu]= 25 % dengan kondisi perbandinganbahan bakar, pendingin, dan material reaktor(F/C/S) = 0.35/0.43/0.22, a. liubungan antarajumlah kerapatan neutron dengan energi, b.Hubungan antara jiunlah Plutonium yanghilang baik terbakar atau tertransmutasidengaii meiiggu-nakan material pendinginNa, Pb, dan gas He.
pendingin gas He sehingga faktor moderasinyajauh lebih kecil apabila dibandingkan denganpendingtn metal. Untuk mengctahui sejauh manapengaruh sebuah reaktor yang mempunyaispektrum neutron ber-energi tinggi terhadapproses pembakarannya, maka disini jugadilakukan evaluasi terhadap jumlah Plutoniumyang terbakar/ tertransmutasi pada satu siklusseperti diperlihatkan pada gambar 2.b yang manakerapatan neutronnya tidaklah begitu bcrpenganihterhadap jumlah pembakaran Plutonium apabiladibandingkan dengan besarnya pcnganih yangdisebabkan oleh tingginya tingkat energi neutronseperti yang diperlihalkan pada hasil perhitunganpada gambar 3b. Dari gambar tcrsebut dapatdilihat bahwa pada dacrah energi sekilar 0.2 MeVjumlah laju pembakarannya jauh lebih tinggi padapenggunaan material pendingin gas Hedibandingkan dengan yang lainnya. Hal (erscbutjuga terlihat pada daerali energi tinggi diatas 0.4MeV.
Dalam perhitungan laju pembakaran/ trans-mutasi yang dilakukan dengan analisis per energignip seperti diperlihatkan pada gambar 2 dangambar 3 di atas, jumlah fraksi laju pembakaran/transinutasi dari masing-masing isotop dariseluruh tingkatan energi tersebut ditunjukkanpada tabel 1. Seperti diperlihatkan pada tabel 1,bahwa pengaruh dari pengerasan spektrum fluksneutron terhadap jumlah fraksi laju pembakaran/transmutasi tersebut cukup besår, hal tersebutakan semakin efektif apabila dapat ditemukansebuah metode untuk menaikkan tingkatkekerasan spektrum fluks neutron pada sebuahreaktor cepat sampai dengan sekitar 1 MeV,karena penampang lintang dari sebagian besarisotop Pu pada daerah tersebut lebih besar puluhankali dibandingkan dengan penampang lintangpada daerah energi sekitar 0.2 MeV (umumnyadaerah operasi reaktor cepat).
Table 1. Fraksi MA yang terbakar/ tertransmutasidalam reaktor cepat B/T menggunakan bahanbakar metal dan pendingin Na, Pb, dan gas Hedengan komposisi MA = 10 %
Pu nuclide
239 Pu
240 Pu
241 Pu
242 Pu
Total
B/T fraction (-)
Na coolant
0.171
0.174
0.171
0.172
0.172
Pb coolant
0.182
0.183
0.182
0.183
0.182
He gas coolant
0.192
0.200
0.195
0.199
0.197
Dari hasil perhitungan dapatlah diambilkesimpulan bahwa untuk mendaur-ulangkandalam hal ini dengan caramembakar/mentransmutasi khususnya Pu akanlebih baik apabila menggunakan reaktor cepatyang mempunyai spektrum tinggi. Untuk ituperlu kiranya mendisain sebuah reaktor yangmempunyai karakteristik khusus sehingga dapatmendaur-ulangkan Plutonium serta Uraniumsecara effektif baik dalam pemanfaatan limbahdemi untuk menghasilkan kembali energi ataupununtuk menangini (membakar/ mentransmutasi)limbah yang sekiranya dapat membahayakanapabila tidak dilakukan penanganan secara baik.
Dalam perhitungan ini, dilakukan jugaanalisis terhadap pengaruh pemuatan Pu pada lajupembakaran/ transmutasi Pu itu sendiri.
325
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Perhitungan ini dilakukan dengan menanibahkanjumlah pemuatan Pu sebagai pengganti padapengurangan jumlah Uraniumnya. Seluruhperhitungan ini dilakukan dalam kondisi kritikseperti dijelaskan di atas, dan bahan bakarnyadiasumsikan tercampur secara homogen di dalainbahan bakar reaktor cepat. Hasil perhitungannyadiperlihatkan pada gambar 3. Laju pembakarandari isotop tersebut pada umumnya adalah naikdengan kenaikan jumlah pemuatan Pu. Dari hasilanalisis, ternyata penambahan Pu tersebutmenyebabkan kenaikkan fluks netron yang manamenjadi penyebab pada naiknya laju pembakaranPu, penambahan pemuatan Pu juga menyebabkan
19"
I
»0
TIC nUt
».»»».433
MA
«.1*
0.3 0.9
Gainbar 4. Laju pembakaran Pu dengan variasipenambahan pemuatau Pii itu sendiri dalainkomposisi perbandingan F/C/S =0.325/0.455/0.220, Pu = 0.25 dari bahanbakar metal.
adanya sedikit kenaikan pada spektrum fluksneutronnya. Dari hasil analisis didapatkan bahwalaju pembakaran/transmutasi Pu dapatditingkatkan dengan menambah jumlah pemuatanPu itu sendiri.
Dalam rangka pemanfaatan kembali sisabahan bakar khususnya Pu dengan jumlah yangsangat besar yang akan dihasilkan oleh reaktornuklir jenis LWR setiap tahunnya, perlu kiranyadiambil langkah yang stralegis yaitu denganmendaur ulangkan sisa peinbakaran/transmutasidalam reaktor cepat shingga diperoleh sebuahsistem pembangkit energi yang simultan.
SIMPULAN
Hasil evaluasi terliadap sebuah konsepreaktor cepat untuk mendaur-ulangkan sisa bahan
bakar khususnya yang dihasilkan oleh LWRdiperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:1. Isotop-isotop hasil belah dari LWR khususnya
Pu menipakan isotop yang cukup berbahayanamun demikian Pu juga dapat digunakansebagai bahan bakar pada reaktor cepat. Lajupembakaran/transmutasi Pu dengan sebuahreaktor cepat dapat ditingkatkan denganmemperkeras spektrum fluks neutronnya.Pengerasan spektrum tersebut dapat dilakukandengan menggunakan jenis material pendingingas He, karena kebanyakan isotop-isotop Pukhususnya mempunyai penampang lintangmikro yang besar pada daerah energi tinggi.
2. Reaktor cepat dapat menjadi sebuah alternatifyang sangat baik karena disamping dapatmendaur-ulangkan sisa bahan bakar dari LWRkhususnya Uranium dan Plutonium untukmenghasilkan energi, reaktor tersebut jugadapat pula dimuati oleh isotop-isotop lain yangberbahaya seperti minor aktinida untukdibakar/ditransmutasi menjadi isotop-isotopyang stabil.
3. Hasil evaluasi menunjukkan bahwa sebuahreactor cepat mampu membakar/mentransmutasi Pu sekitar 17.2 % per tahun,dan sisa bahan bakar reaktor cepat tersebut-pun dapat dilakukan daur ulang kembalisehingga memungkinkan untuk mendapatkansebuah manfaat yang lebih banyak dan besarkarena disamping dapat menghasilkan energireaktor cepat juga menghemat bahan bakaralam dan dapat membantu menciptakanlingkungan yang bersih dan aman khususnyadari efek limbah radioaktif berbahaya yangberwaklu paruh sangat panjang.
DAFTAR PUSTAKA
1. Waltar, A.E., Reynolds, A.B., 'Fast BreederReactor", Pergamon Press (1981)
2. Bondarenko, I.I, 'Group Constants for NuclearReactor Calculation", Consultant Bureau, NewYork (1964)
3. Me Lane, V., Dunford, C.L., Rose, P.F., "Neutron Cross Sections", Vol. 2. NeutronCross Sections Curve, Academic Press (1988)
4. Bultman, J.H., and C.L. Cockey and T. Wu, "Actinide Breeding and Burning in Metalic andOxide Fuel ALMR Cores" Proc. GOBAL '93,Seattle (1993)
5. Wakabayashi, T., Ikegami, T.,Characteristics of An LMFBR Core Loadedwith MA and RE Containing Fuel", Proc.GLOBAL '93, Seatle (1993)
6. Kitamoto, A., Marsodi, Mulyanto, 'SpecialCharacteristics of B/T reactor for
326
Prosiding Presentasi llmiah DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Minimization of HLW and Hazard Index",Proc., SPECTRUM '94, USA (1994)
7. Marsodi, Mulyanto, Kitamolo, A., 'Concept &Optimization of B/T reactor in Nuclear FuelRecycle System", Proc, ICENES '93, Tokyo-JAPAN(1993)
8. Marsodi, Lasijo, R.S., Subki, M.I.R., 'ReaktorCepat B/T sebagai Sebuah Alternatif terhadapDisposal HLW dalam Pcnggunaan SistemEnergi Nuklir", Seminar ketiga Teknologi danKeselamatan PLTN serta Fasilitas Nuklir,Serpong (5-6 September 1995)
TANYA JAWAB
1. As Natio Lasman• Komentar : Balvwasanya lambat atau cepat,
sesuai dengan jumlah U-235 yang ada, negara-negara di dunia akan memanfaatkan reaktorcepat sebagai pembangkit energi/listrik. BilaU-235 yang ada di dunia saat ini lianya dapatdikonsumsi selaina 190 tahun lagi denganmembiakkan U-238 menjadi material fisi (Pu),maka akan diperoleh penaikan lama waklupembangkitan energi hingga lebih dari 11000tahun. Masalahnya sekarang siapa yangmenikmati energi tersebut ? Jawabannyaadalah mereka yang mempunyai PLTN.
2. Marwoto• Untuk mengoperasikan sualu reaktor,
pertimbangan yang paling utama adalah aspekkeselamatan/keamanan operasi reaklor itusendiri. Mohon Saudara jelaskan, inengingalberkas elemen bakar bekas tclah mengalamiperlakuan sehingga tidak sekual seperti ketikamasih segar. Bagaimana metoda untukmengukur dan menetapkan balnva EB bckasitu dapat dipakai di reaklor cepat, dipandangdari aspek keselamatan perngoperasian reaktorcepat.
Marsodi• Untuk penetapan EB bekas perlu dilakukan
reprocessing untuk memilih isotop-isotop yangakan digunakan (EB bckas tidak langsungdigunakan). Mengenai aspek keselamatan ilumemang sudah jelas menjadi faktor pentingdalam opcrasi reaktor. Aspek keselamatandalam reaktor cepat yang dimanfaalkan untuktransmutasi tentunya barus discsuaikan denganstandard keselamatan yang telah ditentukan.Perlakuan bahan bakar bekas adalah hamsdireprocessing kemudian dipartitioning untukmengambil unsur Pu yang digunakan untukbahan bakar. Pu perlakuannya seperti halnya
isotop lain karena dia sudah menjadi unsurbebas walaupun berasal dari isofop bekas.
3. Siti Amini• Pada kesimpulan (1) Pu merupakan isotop
berbahaya, ini adalah hasil kajian teoritisbukan analisisybs.
• Pemanfaatan EB bekas LWR untuk reaktorcepat, memerlukan reprocessing untukpenyiapan EB-nya. Bagaimanakah aspekpraktis dan ekonomisnya ?
Marsodi• Pu menipakan isotop yang berbahaya ini
adalah hasil kajian teoritis dan analisis parapeneliti isotop ybs. bukan oleh penulismakalah ini ( dipakai sebagai pernyataansebab dan kalau sebabnya demikian makalangkahnya adalah demikian)
• Aspek praktis dan ekonomis memang perludikaji lebih mendalam, dalam hal ini aspekyang dilinjau adalah kemungkinanpemanfaatan/ penggunaan kembali Hmbahradioaktif yang dihasilkan LWR sebagai salahsatu langkah untuk sistem pembangkit energiyang bersih lingkungan (clean energy system)dan pemanfaalan untuk memperpanjangsumber energi.
4. Nurokhim
• Mohon diperjelas model fisik, modelmatematik dan/atau metode perhitungan yangdilakukan.
• Bagaimana status perkembangan sampai saatini (metode ini) untuk pengolahan/transmutasilimbah radioaktif.
Marsodi• Model fisiknya adalah similar dengan model
reaktor cepat umumnya, model matematiknya(perhitungan) dengan menggunakan metodeperhitungan multigrup dengan persamaandeplesi (bisa dilihat pada buku fast breederreactor oleh Duderetadt. et al. atau buku-bukufast reactor lainnya).
• Status perkembangan (reaktor tranmutasi)sampai saat ini masih dalam konsep penelitiandan transinutasi limbah radioaktif eks. TRUsampai saat ini masih dilakukan denganmetode yang lain dan yang yang menggunakanreaktor baru sampai memasukkan limbahradioaktif eks TRU tersebut ke dalam reaktorpeinbangkit energi yang ada sekarang. Jadireaktor transmutasi (khusus) masih dalamkonsep/ penelitian.
327
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
KAJIAN KIMIA URANIUM DAN UNSUR TRANSISI DALAM LARUTAN CAMPURAN ASAMNITRAT DAN ASAM SULFAT
Yusuf NampiraPusat Elemen Bakar Nuklir
ID0100087
ABSTRAK
Kajian kiinia uranium dan unsur transisi dalam larutan asatn nitrat dan asam sulfat telah dilakukan. Limbahproduksi generator Tc-99 dari uranium diiradiasi dengan neuton thermal mengandung uranium dan unsur unsur lain,limbah tersebut dalam lingkungan asam nitrat dan asam sulfat berkonsentrasi rendah. Uranium dalam media tersebutcenderung membentuk kompleks uranil sulfat yang bersifat asam, sedang unsur transisi dalam media tersebutmeinbentuk sengawa kompleks kation. Berdasarkan perbedaan sifat ion kompleks yang terbentuk, niaka uraniumdalam media tersebut dapat diambil kembali menggunakan pereaksi basa.
ABSTRACT
The chemistry study of uranium and transition elements in mixture of nitric acid and sulfuric acid were done.The uranium and transition elements were contained in the waste of tecnesium-99 generator productions to be formedby irradiated uranium. This waste medium is low concentration of nitric acid and sulfuric acid. The tendency ofuranium in this medium to form uranil sulfate complex, the compound of uranil sulfate belong to heteropolycompounds and is an acid. The transition elements in mixture of nitric acid and sulfuric acid solutions have tendencyto form cation complex compound. According to difference of the chemical properties of uranium and transitionelements, the base reagent can be used for recovery of uranium from this solution.
PENDAHULUAN
Sifat unsur transisi termasuk lantanida danaktinida sangat tergantung pada larutanlingkungannya, karena unsur unsur tersebutcenderung untuk mcmbentuk suatu persenyawaankompleks dan juga mempunyai beberapa lingkatvalensi.
Dengan mengctahui sifat kiinia unsur unsurtersebut akan memudahkan dalam menentukanlangkah atau metode yang diambil untukmemisahkan unsur yang diinginkan, dalam studiini ditujukan untuk melakukan pengambilankembali uranium dalam limbah produksigenerator Tc-99 dari iradiasi uranium-235 yangberada dalam lingkungan suatu campuran asamnitrat dan asam sulfat.
SIFAT KIMIA UNSUR UNSUR DALAMLIMBAH PRODUKSI GENERATOR TC-99
Perkiraan kandungan unsur logam dalamlimbah produksi generator Tc-99 dari uraniumdiirradiasi menggunakan neutron thermalberdasarkan perhitungan nuklida hasil belah danhasil reaksi tangkapan neutron menggunakanprogram origen 2. Adapun kandungan unsurunsur yang ada dalam uranium setelah diiradiasidengan derajat bakar 2,6892.10"3 MWD/Tditunjukkan dalam Gambar 1. Berdasarkanperhitungan potensial ionisasi unsur unsur transisi
tersebut dalam lingkungan campuran asam sulfatdan asam nitrat, maka digolongkan sebagaimanaditunjukkan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Perkiraan spesies ion dan sifatnya dalamlimbah produksi generator tecnisium-99
konfigurasielektronterluar4s24p6
4s24p64d'
4s24p64d5
4s24p64d6
4s24p64d8
4F5s25p6
4f15s25p6
4f25s25p6
4i25s25p6
4f«5s25p6
4f55s25p6
4f55s25p6
5f°6s26p6
spesies ion
Y+3
Zr+4
Nb+ 5
Tc+ S
Ru+3
Rh+ 3
Pd+2
La+ 3
Ce+ 3
Pr+ 3
Nd+ 3
Pm + 3
Sm+ 3
Eu+ 3
If6
Th+4
jarijariion
0,920,790,69
0,57---
1,141,071,061,021,021,000,980,801,02
elektronegatif
itas1,111,221,23
1,361,421,33
1
1,42,08,08,07,07,07,07,01,22,11
Unsur transisi mudah membentuk komplcksdengan anion dilingkungannnya. Seperti yitriumdalam lanttan sulfat membentuk kompleks mono
328
Providing Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta )8-19Maret )996
sulfat [YSO4]+. Sedangkan sulfat mempunyai
afinitas yang kuat terhadap zirkonium sepertipada kristalisasi garam normal Zr(SO4)2(H2O)4,däri larutan asam sulfat dengan membentuksejumlah besår kompleks anion sulfato dan basasulfat. Dalam larutan sulfat, zirkonium akanmemberikan berbagai persenyawaan kompleks
(SO4=:Zr = 1:1, 2:1, 3:1). Sedangkan Ru3*dengan sulfat rnembentuk kompleks sulfat sepertiumumnya senyawa kompleks unsur transisidengan sulfat [RuSO4r, dengan adanya garamsulfat akan terbentuk reaksi sebagai berikut :
[RuSO4]+ + M2SO4- M[Ru(SO4)2]
t i O O« As Br Rb Y Hb To Rh Ag In Sb_ IH Bs Zn <J« 3« Kr Sr Zr Mo !tu Pd Cd Sn To B«, Os K<S Bn <M Vj Br
Pb II JPo At ft» FT Ta Ao Th Pa U Hp Pu An Cm 8f
7 här i O 1 tabun>( 3 fcahun
O S tahun£k 4 tahun
Gambar 1. Kandungan unsur dalam target 1,6 gram, diiradiasi dengan neutron termal hinggamencapai derajat bakar 2,6892.10"3 MWD/T.
329
Prosidinz Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
Menurut Silen dan Marten 1964,1971menunjukkan bahwa [RSO4]
+ sebagai spesiesutama dalam larutan yang mengandung ionlantanida (R+3) dan ion sulfat (SO4"), tetapi padakonsentrasi ion sulfat tinggi kemungkinannyaakan terbentuk juga spesies disulfat (Hale danSpedding 1972).
Uranium mudah membentuk senyavvakompleks. Dalam reaksi pembentukan kompleksuranium berada pada tingkat berbagai tingkatvalensi, hal ini bergantung pada reaksikarakteristik dari elcmen pembentuk kompleksyang bersangkutan. Berdasarkan sifat koordinasidan ligan pembentuk kompleks memberikan deretkestabilan kompleks uranil sebagai yangditunjukkan dalam Tabel 2.
Tabel 2. Konstanta kestabilan persenyawaankompleks uranil
log konstanta kesetimbanganNCV
P = -0,47p = -0,15
S(Vpi° = 3,36+0,20p2
0 = 4,01+0,20p3° = 3,40+0,30
Uranil nitrat mudah mengikat senyawayang mengandung oksigen (donor elektron),uranil nitrat dengan adanya garam nitrat akanmembentuk uranil nitrat anion misalnya ;NH4[UO2(NO3)3], (NH4)2[UO2(NO3)4].Sedangkan uranil sulfat menunit penelitian Meyerdan Kasper bersifat asam dan termasuk senyawaheteropoli. Reaksi uranil sulfat dalam air akanmengalami dekomposisi hidrolitik, dalam hal iniuranil sulfat lebih banyak terdissosiasi dengansenyawa lain.
H2OUO2SO4 UO- 2+ SO4
Dalam larutan jenuh kompleks uranil dengan ionsulfat membentuk reaksi :
[UO2(SO«XH2O)4]° ^ [UO2(S04pH(H2O)j]- + H+
Senyawa aqousulfat dapat juga mengandungbeberapa turunannya, diantaranya mengandungpensubstitusi hidroksi, senyawa tersebut misalnya
[UO2(SO4)3]4-
[UO2)2(SO4)5(H2O)2]6-
[UO2(SO4)2(H2O)2]2"
[(UO2)2(OH)4SO4(H2O)n]2-
|(UO2)2(SO4)3]2-
[UO2SO4(H2O)3]°
Sebagian besar dari senyawa uranil sulfat bereaksidengaa amonium aSau senyawa turunannya
BAHASAN
Berdasarkan harga kestabilan persenyawaanuranium (Tabel 1) terlihat bahwa uranium dalamlarutan campuran asam nitrat dan asam sulfatcenderung membentuk senyawa uranil sulfat.Senyawa tersebut bersifat sebagai senyawaheteropoli dan bersifat asam . Unsur unsurtransisi dan unsur unsur lantanida sebagaipengotor sebagian besar membentuk senyawakompleks yang mempunyai sifat kation,disamping itu terbentuk pula senyawa kompleksanion dari beberapa unsur diantaranya rutenium,cerium, yterbium serta zirkonium. Dalamkonsentrasi asam rendah dalam larutan bentukkompleks kation unsur tersebut menspakan bentukdominan dari kompleks Ru, Ce, Y dan Zr. Denganmelihat perbedaan sifat antara uranium dan unsurunsur transisi sebagai pengotor di atas , makauntuk pengambilan uranium dari media tersebutdapat dilakukan melalui beberapa cara,diantaranya:
a. Cara pengendapan:Uranium dalam media dengan direaksikandengan amonium atau senyawa turunan-nya, kemudian endapan yang diperolehdimur-nikan melalui ekstrasi pelarut ataukolom penukar ion.
b. Kolom penukar ionBerdasarkan sifat perbedaan antara spesiesuranium dan pengotor dalam media diatas, maka untuk pengambilan uraniumdari media campuran tersebut dilakukandengan menggunakan penukar anion,schingga uranium sulfat dan senyawakoinpleks anion lainnya dapat terserapdalam kolom, sedangkan pengotorbersifat kation akan terlepas, kemudiandilakukan pencucian kolom mengguna-kan cluen yang sesuai untuk pencucianpengotor ikutan dan pengambilan uraniumdari kolom.
c. Ekstraksi pelarutDari perbedaan di atas pengambilanuranium dapat dilakukan secara ekstraksipelarut menggunakan ekstraktan yangmengandung senyawa organik basa(scnyawa organik turunan dari amonium,campuran HDEP dangan organo phospor).
Diantara unsur transisi, zirkoniummerupakan unsur dimana ion sulfat mempunyaiafinitas yang besar. Kenaikan konsentarsi sulfatdalam media akan mengakibatkan kenaikankebolehjadian ter-bcntuknya spesies kompleksanion dari unsur unsur pengotor (Zr, Ru, Ce) danterbentuknya komplcks anion uranil sulfat yang
330
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
mempunyai valensi lebih tinggi dari satu. Olehsebab itu untuk mendapatkan faktor pemisahanuranium dan unsur transisi besar dipcrlukanmedia dengan keasaman yang rendah.
SIMPULAN
Dari beberapa keadaan diatas maka dapatdisimpulkan bahwa uranium dalam media larutancampuran asam sulfat asam nitrat sebagian besardalam bentuk senyawa kompleks uranil sulfatyang bersifat anion , dan unsur transisi sebagianbesar membentuk kompleks kation oleh sebab ituuranium dapat diambil kembali dari ling-kungannya dengan menggunakan senyawa basa,senyawa yang digunakan pada pemisahanuranium tersebut disesuaikan dengan metode yangdigunakan. Untuk meminimumkan unsurpengotor (Ce, Ru dan Zr) dalam uranium padasatu proses pengambilan, konsentrasi asam dalammedia air dijaga rendah (sekitar 1M).
DAFTARPUSTAKA
1. I.I Chernajev,"Complex Compound ofUranium'" Israel Program for ScientificTranslation, Yerusalem
2. T.Ishimori, E.Nakamura, Japan AtomicEnergy Comm. JAERI 1047,1963
3. James E. Hu!heey,"PrincipIes of Structure andReactivity Inorganic Chemistry", 3rd adition,Harper International
4. Ronald Rich,"Periodic Correlation", W.A.Benjamin Inc. 1985
5. Gersini , "Stationary Phases in ExtractionCromatography", Journal of ChromatographyLibrary, vol 2, Elsevier Publishing Co.Hungary
TANYA JAWAB
1. MudiarMasdja• Berapa N atau M asam nitrat pada percobaan
ini? Pada kondisi > 2,5 M HNO3, U akanbervalensi +6, sehingga kompleks sulfat akanterbentuk menjadi [UC^SO^], dan bukanUO2.SO4.3H2O (hablur).
Yusuf Nampira• Konsentrasi asam pada kajian ini berdasarkan
pada proses produksi Tc-99, yaitu > 3M,kemudian baru terjadi pengenceran sekitar 0,3M, sehingga U akan bervalensi +6. Padakonsentrasi U dibawah 4 % dan konsentrasisulfat rendah, kompleks uranium yangterbentuk adalah sebagai UO2SO4.3H2O, danbukan mempakan hablur, tetapi berupalarutan.
331
ISSN 1410-1998 Presiding Presemasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuldirPEBN-BATAN, Jakarta 38-19Maret 1996
STUDI TINGKAT OKSIDASI U PADA SENYAWA Ba2NdUO6
Hendri Firman WindartoPusat Pengkajian Teknologi Nuklir ID0100088
ABSTRAK
STUDI TINGKAT OKSIDASI U PADA SENYAWA Ba2NdUOc. Senyawa Ba2NdUO« adalah siiatu senyawapenting yang terbentuk pada proses pemadatan limbah cair aktivilas tiiiggi dengan menggunakan metoda temperatursuper tinggi (MTST), yang mempunyai stmktiir Perovskite teratur. Studi ini bertujuan mempelajari tingkat oksidasi Upada senyawa BajNdUCV Telali dipelajari sifat senyawa Ba2NdUO6 dengan inenggunakan magnetometer torsi tipeFaraday dan Spektroineter Fotoelektron Sinar X (XPS). Suseptibilitas inagnetik yang diiikur pada temperatur 4 Ksainpai dengan temperatur niang, menunjukkan bahwa Ba2NdUO« bersifat paramagnetik yang memenuhi aturanCurie-Weiss. Momen magnet efeksif BajNdUO6 adalah 3.04uB . Dari spektnim XPS, puncak-puncak U4f untukBajNdUO6 muncul tepat di antara puncak-puncak energi ikat untuk UO2 dan UO3. Dengan demikian dapatdisimpulkan bahwa uranium dalam Ba2NdUO6 mempiinyai puncak-puncak energi ikat sama dengan uraniumbervalensi +5.
ABSTRACT
STUDY ON OXWA TION STA TE OF U IN Ba2NdUOb Ba,NdUOb is one of the important compounds thatis formed from a solidification process for high level liquid waste using super high temperatur method. BajNdUOghas ordered perovskite structure. The objective of this study is to investigate oxidation state ofU in Ba^NdUOe- Theproperties of BaiNdUOg were observed by using Faraday-type torsion magnetometer and X-ray PhotoelectronSpectrometer (XPS). The magnetic susceptibility measured in the temperature range of 4K to room temperatureshowed that the Ba^NdllOi is paramagnetism that obeys the Curie-Weiss law. The effective magnetic moment ofBa2NdUOt> is 3.04fiB. The results of XPS spectrum showed that the peaks of U4ffor BajNdUOg appeared exactlybetween binding energy of UO3 and UO3. It can be concluded that BajNdUOg has binding etiergy peakscorresponding to pentavalent uranium.
PENDAHULUAN
Dalam proses Plutonium uranium recoveryexchange (PUREX) dihasilkan liinbah cairaktivitas tinggi yang mengandung uranium sisadan unsur-unsur hasil belah. Biasanya pengolahanlimbah cair aktivitas tinggi dilakukan dengan carapemadatan yaitu dengan proses penggelasan(Vitrifikasi), sedangkan di dalam prosespemadatan dengan MTST1'2"3'4 yang sedangdikembangkan saat ini, limbah cair aktivitastinggi dipadatkan dengan proses-proses sebagaiberikut:l.Penguapan.2.Kalsinasi dan reduksi pada suhu tinggi.3.Pendinginan dan pemadatan.
Dari proses ini akan diperoleh fasa oksidadan fasa logam yang terpisah secara jelas menjadidua bagian.
Dalam proses pengolahan limbah denganMTST, selain untuk proses pemadatan limbah cairaktivitas tinggi sekaligus juga untuk inengambilkembali (recovery) logam-logam hasil belah yangbermanfaat, antara lain unsur-unsur golongan
platina yaitu Ru, Rh, dan Pd yang terpisah didalam fasa logam. Sisanya adalah fasa oksidayang juga dalam bentuk padatan yang akandisimpan di dalam kontainer. Fasa oksidamengandung U, Pu dan unsur-unsur hasil belahlainnya seperti unsur-unsur Lantanida.
MTST tidak membutuhkan bahan matrikstambahan untuk proses pemadatan limbah cairaktivitas tinggi, sehingga volume limbah cairaktivitas tinggi dapat direduksi pada tingkat yangcukup tinggi.
Di dalam percobaan secara simulasi, padafasa oksida yang terbentuk ditemukan suatusenyawa uranium yaitu Ba2LnUO6 (Ln = unsur-unsur lantanida) yang mempunyai strukturPerovskite yang teratur (ordered perovskite).Berdasarkan hal tersebut, maka penelitian inibertujuan mempelajari sifat-sifat Ba2NdUO6 yangmerupakan salah satu matriks senyawa uraniumyang mempunyai struktur Perovskite teratur.Sifat-sifat yang akan diteliti antara lain adalahvalensi Uranium dan sifat inagnetik dari Oksidatersebut. Hal ini penting karena merupakan datadasar untuk penelitian-penelitian berikutnya.
332
Prosiding Preseniasi llmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
PERCOBAAN
1. Penyiapan Cuplikana. Pembuatan senyawa
Bahan yang digunakan adalah UO2 , UO 3 ,Nd 2O 3 dan BaO. Sebelum digunakan, UO 2
dipanaskan pada temperatur 1000°C selarna10 j a m dengan aliran gas H2 8% - Ar 9 2 % ,untuk memperoleh UO 2 mendekati kondisistokiometri. UO2 , UO3 , Nd 2O 3 dan BaOkemudian ditimbang dengan perbandinganmol sebesar UO 2 : UO 3 : Nd2O3 : BaOadalah 1:1:1:4. Bahan-bahan ini dalambentuk serbuk dicampur dan dihaluskanlagi di dalam cawan, kemudian campuranini dipanaskan pada temperatur 1200°Cselarna 24 jam pada keadaan udara terbuka,sehingga terbentuk Ba2NdUO6 berdasarkanreaksi :
UO2 + UO3 + Nd2O3 + 4BaO - » 2Ba2NdUO6
b . Pembuatan senvawa BaUOn
Senyawa BaUO 4 dibuat dari campuranBaCO3 dan U3Og , yang ditimbang denganperbandingan mol BaCO3 :U3O8 adalah 3 :1 .Bahan-bahan ini dicampur dan dihaluskandi dalam cawan, kemudian campuran inidipanaskan pada temperatur 1100°C selarna12 j am dalam keadaan udara terbuka,sehingga terbentuk senyawa BaUO4
berdasarkan reaksi :3BaCO3+ U3O8 —> 3BaUO4 + 3CO2 + l/2O2
2 . Pengukuran
a. Difraksi sinar-X
Pola Difraksi Sinar X untuk senyawaBa 2NdUO 6 dan BaUO4 diperoleh denganmenggunakan alat Rigaku Rad-yAdi fraktometer yang menggunakan radiasiCu-Kot yang difilter dengan Nikel.
b . Suseptibilitas matmetik
Suseptibilitas magnetik untuk senyawaBa 2NdUO 6 dan BaUO4 diukur denganmenggunakan Faraday-type torsionmagnetometer pada temperatur Helium cair(kira-kira 4 ,2 K) sampai dengan temperaturkamar. Untuk mencek adanya impuritasferomagnetik, magnetisasi diukur setiapO,1T dari 0 , IT sampai dengan 0 ,6T padatemperatur Nitrogen cair dan temperaturkamar.
c. Spektroskopi fotoelektron sinar-XSpektra senyawa Ba 2 NdUO 6 dan BaUO4
diperoleh dengan menggunakan alatSpektrometer Fotoelektron Sinar X (XPS)ESCA-750 (Shimadzu Co. Ltd.), dengantarget adalah Mg, besar arus emisi adalah30 mA yang dieksitasi pada tegangan 8kV,dan tekanan udara adalah 5x10" Pa.
HASIL DAN BAHASAN
Pola Difraksi Sinar-X dari sampelBa2NdUO6 ditunjukkan pada Gambar la . PadaGambar tersebut ternyata muncul dengan cukupjelas puncak-puncak dari BaUO4 yang ditandaidengan tanda kotak. Untuk melihat sejauh manapengaruh BaUO4 ini di dalam campuran tersebut,maka dibuatlah BaUO4 sebagai senyawa tunggal(single compound). Dan Pola difraksi Sinar X darisenyawa BaUO4 tersebut dapat dilihat padaGambar l b . Dengan membandingkan Gambar lbterhadap Gambar l a maka dapat dibuktikan,bahwa puncak-puncak yang bertanda kotak padaGambar la adalah puncak-puncak dari BaUO4.Untuk selanjutnya akan dijelaskan pengaruhadanya senyawa BaUO4 ini di dalam sampelBa2NdUO6 .
Kurva suseptibilitas magnetik (X) darisampel Ba2NdUO6 ditunjukkan pada Gambar 2a.Kurva ini memenuhi aturan Curie-Weiss dari4.2K sampai dengan temperatur kamar. Denganmengekstrapolasi kurva \l% setelah dikoreksidengan %t.i.p (1.427x10-3 emu/mol) terhadaptemperatur (Gambar 2b) akan diperoleh konstantaWeiss 0 = 2 , 4 K pada \l% = 0, dan darigradiennya diperoleh konstanta Curie C = l , 1 5 .Sehingga dengan hasil ini dapat dituliskanpersamaan Curie-Weiss untuk kurva Ba2NdUO6
sebagai berikut :
C
dimana :%m : suseptibilitas magnetikC : konstanta Curie
6 : konstanta Weiss
sehingga diperoleh :
1.15
(1)
A'tn T-2.4+1.427 (x\tfemu/moT) (2)
Untuk menghitung momen magnet efektif darisampel digunakan persamaan momen magnetefektif sama dengan v8C, sehingga dapat dihitung
333
Prashiing Preseniasi llmiah Daur Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
momen magnet efektif Ba2NdUO6 adalah 3,O4(.iB.Nilai ini lebih besar dari pada moinen teoritis ionU5+ yaitu 2,5uB. Hal ini dapat diasumsikanbahwa suseptibilitas magnetik Ba2NdUO6
dipengaruhi oleh U + dan Nd
Ba2NdUO6 yang mempunyai strukturperovskite teratur ditunjukkan pada Gambar 3.Setiap atom oksigen berikatan dengan Ba denganbilangan koordinasi 12, dan berikatan dengan Udan Nd dengan bilangan koordinasi 6 membentukregular octahedral.
Perhitungan secara teoritis dari suseptibilitasmagnetik U + di dalam medan kristal perludilakukan untuk dibandingkan dengan hasilpercobaan dari senyawa Ba2NdUOy,. Perhitungansuseptibilitas magnetik U5+ menggunakan per-samaan Van Vleck (pers. 3) 8 dan pendekatanModel muatan ion titik {Point-charge ionicmodel) dengan simetri oktahedral. Simetrioktahedral mempunyai persamaan operatorHamiltonian n yang dapat dituliskan sebagaiberikut:
H^. = B40(O40 + 5O44) + B60(O60 + 21O64)..(3)
Tingkat energi (E) dan fungsi gelombang(\\l) dapat ditentukan dengan penyelesaian matrikspersamaan 2, kemudian diperoleh eigenvalue daneigenvector dari matriks tersebut. Dimana darieigenvalue diperoleh tingkat energi dan darieigenvector akan diperoleh fungsi gelombang.Dari hasil perhitungan tersebut diperoleh tingkatenergi dan fungsi gelombang sebagai berikut :
Level T8 El = 601.2 cm-1 (4-fold)
V|/l = 0.912871 |5/2> + 0.408248 |-3/2>
\J/2 = 0.408248 j3/2> + 0.912871 |-5/2>
Vj/4 = |-l/2>
Level F7 : E2 = -1202 cm-1 (2-fold)
Vj/1 =0.912871 |3/2> -0.408248 |-5/2>
\)/2 = 0.912871 | -3/2 > -0.408248 15/2 >
Level F8 dan F7 dari hasil perhitungan tersebutdiatas digambarkan secara skema pada Gambar 4.
Dengan menggunakan persamaan Van Vleckberikut ini :
Xm ~ "an
dimana Efek Zeeman Pertama dan Kedua adalahtertulis dibawah ini:
(5)
J (6)E," = -+[E? - E°
dimana :4'i = fungsi gelombang pada tingkat encrgi i.Eio = tingkat energi i.P = konstanta Bohr Magneton (9.2741 x 10'2' erg
Gauss),k = konstanta Boltzman (1.38066 x 10"16 erg / K).
Hasil perhitungan suseptibilitas magnetik Uadalah kurva yang ditulis dengan tanda kotakseperti yang tertera pada Gambar 5.
Hasil perhitungan ini lebih kecil dari hasilpercobaan, jadi hal ini mendukung asumsi bahwasuseptibilitas magnetik Ba2NdUO6 disebabkanoleh momen-momen dari ion U5+ dan ion Nd3+3+'
Gambar 6 menunjukkan suseptibilitasmagnetik BaUO4 sebagai ftingsi temperatur T.BaUO4 menunjukkan sifat temperature-independent paramagnetic. Suseptibilitas para-magnetik untuk BaUO4 adalah 3,0xl0'4 emu/mol.Karena jumlah BaUO4 yang terbentuk padapembuatan Ba2NdUO6 sangat kecil dantemperature-independent paramagnetic suscepti-bility-nya juga sangat kecil, maka pengaruh dariBaUO4 terhadap Ba2NdUO6 dapat diabaikan.
Gambar 7a menunjukkan spektra fotoelektron sinar-X untuk U4f yang masing-masingmempakan puncak U4f7/2 dan U4f5/2. Pemisahandim puncak ini disebabkan adanya spin-orbitcoupling. Puncak-puncak Ba2NdUO6 muncul tepatditengah-tengah antara energi ikat elektron dariUO2 dan UO3. Meskipun valensi uranium tidakdapat ditentukan secara pasti dari energi ikat yangteramati, tetapi spektrum ion uranium (sepertiU4 + , U5+ dan U6+) akan mempu-nyaikecenderungan bergeser ke arah energi ikat yanglebih tinggi sebanding dengan naiknya valensi.Dengan demikian dapat disimpulkan bahwaBa2NdUO6 mempunyai ion uranium yangbervalensi 5. Walaupun dari rumus kimia secara
334
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
sederhana dapat ditentukan valensi uraniumdidalam Ba2NdUO6 yaitu +5 . Tetapi denganasumsi bahwa Nd stabil pada valensi +3 . Lebihianjut dapat dilihat pada Gambar 7b yangmenunjukkan spektra ikatan valensi U-0 padaU02 , Ba2NdUO6 dan U03. Intensitas dari ketigaspektra tersebut secara relatif makin tinggisebanding dengan kenaikan valensinya.Sebaliknya puncak U5f yang muncu! padaspektrum U0 2 terlihat jelas, pada Ba2NdUO6 tidakterlihat dengan jelas dan bahkan pada U0 3 tidakada. Hal ini menunjukkan bahwa elektron valensipada U5f untuk UOj telah habis digunakan untukberikatan dengan oksigen.
SIMPULAN
1. Ba2NdUO6 yang berstruktur orderedperovskite mempunyai ion uranium padasimetri oktahedral yang bervalensi 5.
2. Ba2NdUO6 mempunyai sifat paramagnetikyang memenuhi aturan Curie-Weiss padatemperatur 4.2 K sampai dengan temperaturkamar.
3. Momen magnet efektif Ba2NdUO6 adalah3.04}iB. Nilai ini lebih besar dari padamomen teoritis U5+ yaitu 2.5).i.B. Hal inidisebabkan karena suseptibilitas magnetikBa2NdUO6 dipengaruhi oleh momen-momenmagnetik dari U5+ dan Nd3 +
4. Hasil perhitungan teoritis suseptibilitasmagnetik U + (dari persamaan Van Vleck danmenggunakan pendekatan Point-charge ionicmodet) ternyata lebih kecil dari pada hasilpercobaan untuk Ba2NdUO6. Hal inimenunjukkan bahwa Nd'+ masih cukup besaruntuk memberikan kontribusi terhadapsuseptibilitas magnetik dari Ba2NdUO6.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih ditujukan kepada Prof.Dr. C.Miyake yang telah memberikan banyakbimbingan dan saran, sehingga dapat mendukungpenulis untuk menghasilkan karya tulis ini yangmengenai studi sifat magnetik dan tingkat oksidasisenyawa Ba2NdUO6.
DAFTAR PUSTAKA
1. M. HORIE, The study of partition andsolidification with Super high temperaturemethod, PNC Technical Review 82 (1992).
2. HENDRI F.W., Formation of ceramics of U-Ba-Nd-O system and their properties. MasterThesis, Department of Nuclear Engineering -Osaka University, Osaka (1994).
3. HENDRI F.W., D. SUG1YAMA, M. UNOand C. MIYAKE, "Oxidation state andmagnetic properties of simplified HAW -Ba2NdUO6 —Structure and properties ofdevoluming HAW (III)", Proc. of AnnualMeeting of The Atomic Energy Society ofJapan, Tsukuba (1994).
4. HENDRI F.W., Metoda temperatur supertinggi pada pengolahan Iimbah cair aktivitastinggi, telah dipresentasikan pada seminar"Teknologi dan keselamatan PLTN sertafasilitas nuklir III" pada bulan september1995 di Puspiptek-Serpong.
5. S.K.AWASTHI,D.M.CHACKRABURTYAND V.K.TONDON, J. Inorg. Nucl.Chem.,29(1967) 1225.
6. J.KLIMA, D.JAKES AND J.MORAVEC, J.Inorg. Nucl. Chem. 28, (1966) 1861.
7. B.W.VEAL AND D.J.LAM, PhysicsLetters, 49A No.6 (1974) 466.
8. J.H.VAN VLECK, Theory of electric andmagnetic susceptibilities, Oxford UniversityPress, London, 1932.
9. J.CRANGLE, The magnetic properties ofsolids, The structure and properties of solids6, Edward Arnold Ltd., London, 1977.
10. K.W.H.STEVENS, Proc. Phys. Soc.(London) A65 (1952) 209.
11. R.J.ELLIOT AND K.W.H.STEVENS, Proc.Roy. Soc. A218 (1953) 553.
12. M.T.HUTCHINGS, Solid state physics 16,227, Edition Seitz and Turnbull, AcademicPress, 1964.
TANYA JAWAB
1. M. Nurdin
• Bagaimana tingkat mekanisme oksidasi yangdilakukan dengan alat NMR
Hendri F.W
• Dalam penelitian ini Penulis menggunakanXPS, XRD, Magnetometer, dan tidakmenggunakan NMR. Dengan demikianPenulis tidak dapat menjelaskan/menerangkanmekanisme dan cara kerja dari alat tersebut.
2. Nurokhim
• Mohon penjelasan Saudara, manfaat apa yangdapat diperoleh dengan mendapatkan Ubervalensi 4-5
335
Presiding Prescnimi Umiak Daur Bakan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Mare! 1996
Hendri F.W
• Manfaat yang diperoleh dari U bervalensi +5adalah kondisi U bervalensi +5 tersebut dapatdipakai untuk melengkapi data pada prosespengolahan limbah cair aktifitas tinggi denganmenggunakan MTST
3. Siti Amini
• Apa tujuan Saudara mempelajari tingkatoksidasi U dalam kaitannya denganpembentukan senyawa Ba2NdUO6 sebagaihasil proses pengolahan HLW
• Mengapa menggunakan istilah kalsinasi tidakmenggunakan istilah pemanasan pada prosesHLW, seperti dikalsinasi pada 700°C
• Mohon pejelasan Saudara apa sasaran akhiryang ingin dicapai dari penelitian yangSaudara lakukan ini ?
Hendri F.W
• Tujuannya adalah untuk mengetahui stabilitasU di dalam Ba2NdUO6 pada simetri oktahedral
• Pada prinsipnya kalsinasi adalah prosespemanasan, karena pada proses MTSTkemungkinan dapat terjadi perubahan fase darielemen-elemen HLW. Dengan demikianpenggunaan istilah kalsinasi pada proses iniadalah lebih umum untuk dipakai.
• Sasaran akhir yang ingin dicapai adalahunntuk melengkapi data proses pengolahanlimbah cair aktifitas tinggi denganmenggunakan MTST.
4. Petrus Zacharias
• Apa peranan UO2 pada persamaanUO2 + UO3+ yang tertulis dalam makalahSaudara, karena Saudara melakukanpemanasan 1200°C di lingkungan udaraterbuka, sehingga UO2 dapat teroksidasimenjadi UO;,
• Mohon penjelasan Saudara mengenai judulmakalah yang dipresentasikan, karena pada
judul penelitian, Saudara menyebutkan StudiTingkat Oksidasi, sedangkan pada saatpresentasi Saudara tidak menerangkan/menjelaskan tentang oksidasi
Hendri F.W
• UOj dan UO3 sangat berperanan dalamberkompetisi untuk membentuk BajNdUOgyang memiliki U bervalensi +5. Hal ini,karena apabiia hanya menggunakan salah satudari kedua senyawa tersebut di atas, makaBa2NdUO6 tidak akan terbentuk dan ini telahpernah dilakukan percobaannya.
• Pada judul penelitian terdapat pernyataantingkat oksidasi atau oxidation state of U yangmerupakan suatu tema yang menerangkan/membahas mengenai valensi U. Dengandemikian kaini tidak harus membahas masalahoksidasi, meskipun dalam percobaan yangdilakukan terdapat proses oksidasi.
5. Sumantri
• Mohon dijelaskan mengapa terjadi perbedaanantara percobaan dan perhitungan, sepertiyang ditunjukkan pada Gambar 5, dan sejauhmana penyimpangannya.
Hendri F.W
• Perbedaan tersebut terjadi karena tidakdiperoleh data yang akurat tentang posisioksigen yang mengelilingi U pada simetrioktahedral, sehingga menyebabkan hasilperhitungan yang tidak tepat/akurat. Selainitu, dapat disebabkan pula oleh pengambilanasumsi awal, karena ion Nd tidak memberikankontribusi pada momen magnet total. Hal initerbukti dari hasil eksperimen yang tidakmenunjukkan/terdeteksi adanya interaksi ionNd.
336
Prosiding Presentasi Ilniiah Daur Bahan Bakar NuktirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
(a)a 3a UO 4
50 70 90
30
Gambar 1. Pola difrakfi sinar-X dari a) Ba2NdUO6 b) BaUO4
300
200 300 0
Tcmpcrnlur (K)
100 200Tempernlwr (K)
300
Gambar 2a. Suseplibilitas magnclikterhadap tcmperatur
Gambar 2b. Kurva recipocal suseptibilitasmagnetik Ba2NdUO6 terhadaptemperatur
337
Presiding Prescntasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Marel 1996
Spin-orbit coupling
Medan Krlstal
~ - 4 fold
2 fold
©IJn OU ONd
Gambar 3. (a) Simclri oktahcdrnl dan (b) Gambar 4. Skcma lingkat energi ion U5+ yang terpisahstniktur kristal ordered akibat spin-orbit coupling dan medan kristalperovskiie ~ dari Ba;>
300
100 200 300Tetupcrnlur (K)
so 100 150 200Temperarur (Kl
250 300
Gambar 5. Perbandingan suscplibilitasmagnctik U5t dan Ba2NdUOr,terhadap tcmpcratur
Gambar 6. Kurva suseplibililas niagnctik BaUO^ tcrhadaptcmpcratur
338
Prosiding Preseniasi llmiah Daur Sahan Bakar NukUrPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
U4f7/2O 5t
BajNdllOfi'
Energi tkert «V) Energi Heat (eV)
Gambar 7a. Spektra U4f5/2 dan U4f7/2 pada UO2, Gambar 7b. Spektra ikatan valensi antara U-OBa2NdUO6 dan UO3 pada UO2,Ba2NdUO6 dan UO3
339
/SSN 1410-1998 Providing Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
RANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN BIJIH URANIUMASAL RIRANG : HORIZONTAL BELT FILTER
Djoko Wasislo, Mainar Sj.Pvisat Pengembangan Bahan Galian Nuklir ID0100089
ASBTRAK
RANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN BIJIH URANIUSM ASAL RIRANG : Perancangan Hori-zontal BeltFilter telah dilakukan dalam skala laboratorium pada kapasitas pengolalian 250 g/menit. Hasilperancangan yangdiperoleh yaitu kecepatan penyaringan 0,4 g/cm2 menit, kecepatan linier belt 100 cm/inenit, panjang dan lebar belt125 cm dan 5 cm, serta siklus penyaringamiya 1,25 menit. Dalam operasi alat tersebut memberikan kadar padatan(produk) sekitar 77,9 - 79,1 %.
ABSTRACT
RIRANG URANIUM ORE PROCESSING SYSTEM DESIGN HORIZONTAL BELT FILTER. Horizontal BeltFiller is one of the solid-liquid separation process equipment. The design of Horizontal Belt Filter have beenconducted for capacity of 250 g /minute. The result obtained was filtering velocity of 0,4 g /cm7 minute. The linierbelt speeds 100 cm/minute. The length and width of the belt 125 cm and 5 cm also the filtering cycle of1,25 minute.The operation of that equipment give result about 77,9 - 79,1 % of product cake.
memperolch model alat filtrasi yang dapatdigunakan dengan sistim kontinyu.
PENDAHULUAN
Unit pemisahan fase padat-cair dalam prosespengolahan bijih uranium merupakan langkahyang cukup penting dan memberikan kontribusi T E O R Ibiaya operasi relatif cukup tinggi, sekitar 15-35%' Pemisahan fase padat-cair adalah proses Proses Penyaringan (Filtrasi)memisahkan padatan dan cairan yang dapatdilakukan dengan cara sedimentasi atau filtrasi.Scdimcntasi didefinisikan sebagai pemisahanbagian cair dari padatan dengan membiarkan zatpadat mengenap karena pengaruh gravitasi dalamtangki pengenap (thickner).
Filtrasi adalah proses pemisahan padatan dancairan dengan mengunakan media penyaring yangberpori untuk menahan zat padat tetapi dilewatioleh cairan.
Penggunaan tangki pengenap, untuk prosespemisahan fase padat-cair telah banyak dipelajari.Penggunaan unit ini selain mempunyai hambatanpada transportasi padatan juga seringmenghasilkan lamtan yang tidak menienuhipcrsyaratan umpan proses pemurnian, karenakandungan suspensi padatan dalani lamtan yangdihasilkan bervariasi sampai 200 ppm 3. Salah satualternatif untuk mengatasi masalah tersebut diatas dapat menggunakan sistem filtrasi. Sistemfiltrasi bisa dilakukan secara catu niaupunkontinyu.
Pada makalah ini dibahas perancangan Hori-zontal Belt Filter dengan tiijuan untuk
Proses penyaringan merupakan prosespemisahan fase padat cair yang menggunakanmedia penyaring {filter). Proses ini bisamcnghasilkan lamtan (leach liquor) yang cukupjernih sampai kira-kira 10 ppm. Horizontal BeltFilter adalah salah satu alat filtrasi kontinyuyang lerdiri atas dua bagian yang cukup penlingyakni2 :
a. Penyaringan (filtrasi)b. Pencucian padatan
a. Penyaringan (filtrasi)
Rumus dasar proses penyaringan,menggunakan sistim catu (batch) adalahhubungan antara keccpat-an aliran filtrat yangmclalui padatan (cake) dan media penyaringdibcrikan scbagai berikut2:
dVr PA
dtr \i( av.Wc/A + Rm)(1)
dengan: Vr = volume fillrat m3; tf = waktupembentukan cake, dt; P = tekanan filtrasi
.140
Presiding Presentasi Ilmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
(tekanan vakum), N/m2 , A = luas mukafiltrasi(m2); \i = viskositas filtrat, N dt/m2 av =tahanan cake, rata-rata, m/kg , Wc = Massa cake,kgRm = tahanankainfilter, m '
Neraca massa padatan (cake) =
We =C.Vf = A.L(l-e)Ys.. (2)
dengan:C = Konsentrasi padatan = massapadatan/volume
filtrat, kg/m3.L = Ketebalan padatan (cake), me = Porositas padatan, %Ys = Densitas padatan, kg/m3
Substitusi persamaan (2) ke persamaan (1),dihasilkan =
dL C.P..(3)
dtf (l-e)Ys{ av (1-e) Ys L + Rm }
Integrasi persamaan (3) pada tekanan filtrasikonstan akan diperoleh :
av. Ys2 (1-e)2 — + (1-e) Ys Rm L = C.P tf (4)2
Untuk Belt Filter, waktu pembentukan cake, tf =z/v dan di dalam proses yang kontinyu, makaproduksi cake adalah sebagai berikut:
C.Qf = VL. h(l-e) Ys
dengan:Zf = Seksi filtrasi, mQf = Kecepatan alir filtrat, m3/dtV = Kecepatan linier Belt Filter, m/dth = Lebar Belt Filter, m
Kemudian persamaan (4) menjadi:
2Pzfh. cC Of =
{ avYs(l-e)L + 2Rm}
Dengan menyusun kembali persamaan di atas,maka bisa diperoleh produksi cake.
2CPz f h
av Ys (1-e)
2Rm
avYs(l-e)
(5)
(6)
C.Q f= (7)
L +
Jika sebuah Belt Filter yang mempunyai panjangz dan lebar h seksi filtrasi dan pencucian masing-masing zf dan zw, dengan zw = B zf, maka waktufiltrasi terhadap pembentukan cake akan sesuaidengan persamaan berikut:
dengan : B = Perbandingan seksi filtrasi danpencucian
V = Kecepatan linier Belt Filter.
Dengan menganggap tahanan kain filter dapatdiabaikan maka rumus dasar proses filtrasi dapatditulis sebagai berikut:
dengan : K = •2PA2 2P(z f h) 2
avC avC
dengan: K = Konstante Ruth's, m6/dt
(8)
(9)
Pada proses yang kontinyu, kecepatan aliranfiltrat Qf dan volume filtrat Vf mempunyaihubungan sebagai berikut:
Qf=V,/tr (10)
Dengan menggabungkan persamaan (8), (9) dan(10), maka bisa diperoleh persamaan sebagaiberikut:
»2 =2Pz f h
2 U
av.C(11)
dengan, U = Porevelocity dari pencucian di dalamcake, m/dt.
b.Pencucian padatan (cake )
Dengan menganggap bahwa proses pencuciandilakukan pada tekanan vakum yang sama, makakecepatan pencucian dapat ditulis sebagai berikut:
P z h P (Zy, h)2
Qf= = (12)R= avW c
dengan :Re = Tahanan cake, mWc = Massa cake, kgmassa cake, dihitung dengan persamaan sebagai
berikut :
= C .V f =C.Q, t f =C.Q f (z /v ) (13)
341
Providing Presentasi Ilmiah DaurBahan BakarNuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Dengan menggabungkan persamaan (11), (12) dan(13) diperoleh persamaan sebagai berikut:
(14)BA Pz fh
2.vQw= — =
2 U av
Pembagian persamaan (14) dengan persainaan (7)memberikan perbandingan kecepatan alirpencucian terhadap filtrat.
Qw/Qf=B2/2 (15)
Bila R = Wash ratio, yakni jumlah dari voidvolume yang digunakan di dalam prosespencucian dan e = cake porosity, maka jumlahvoid volume yang diproses dengan unit waktuadalah v.h.L.e, dengan L = tebal cake. Oleh sebabitu wash ratio diberikan dengan persamaanberikut:
R = Qw/(v.L.h.e) (16)
sehingga neraca massa dari cake menjadi :
C.Qf = v.L.h (1-e) Ys (17)
Persamaan (17) dimasukkan kedalam persamaan(16), menghasilkan persamaan berikut:
R =Qw (l-e)Ys
Qr e.C
Dan penggabungan persamaan (18) dengan per-samaan (15) akan menghasilkan persamaanberikut:
2 (1-e) YsR — . T52 . _ __
2 e.C
TATA KERJA
PERANCANGAN Horizontal Belt Fitter
Perhitungan perancangan dilakukan denganmenggunakan beberapa asumsi. Caraperhitungan ini hanya terbatas pada daerahpenyaringan, sebab pada prinsipnya daerahpencucian tidak banyak berbeda dengan daerahpenyaringan. Beberapa asumsi sebagai berikut (3):a. Mengabaikan perubah-perubah yang kurang
dominan seperti tahanan kain filter, viskositascairan dan Iain-Iain.
b. Tekanan pompa vakum konstan.c. Faktor pengalaman dan informasi pihak lain.d. Data diambil dari percobaan laboratoritim.
Cara Perhitungan
Jika F kapasitas pengolahan (penyaringan) danharga tf tertentu, maka akan memberi nilai Vtertentu pula sehingga luas muka penyaringanyang diperlukan :
F
Kecepatan Iinier belt ( V ) berdasarkanpengalaman dari Sepa Pilot Plant Perancisharga V = 1 - 4 m/menit.Sesuai dengan ninius (5) yaitu jumlah cakeyang dihasilkan adalah:
C.Qf = v h L ( 1 - e ) Ys . (5)
dan dari rumus (2) Wc = A L ( 1 - e ) Ys, atauWe— = L(l - e)Ys persamaan ini disubsitusikan keA
Wepersamaan (5) diperoleh C.Qf = v h —
AHarga Wc/A adalah berat cake kering per satuanluas ditentukan dengan melakukan percobaanlabora-torium untuk mencari hubungan antaracake kering per satuan luas dengan tebal cake,kecepatan filtrasi dan volume cairan yang disaringsetiap siklus penyaringan.
Perhitungan
Ditentukan kapasitas pengolahan sebanyak15 kg/jam = 250 g/menit. Waktu penyaringan tf =1,25 menit dan lebar belt = h = 5 cm.
Jika diambil tebal cake(L) = 0,4 cm dari dataper-cobaan diperoleh harga Wc/A = 0,5 g/cm2.Dengan minus diatas dihitung kecepatan linierbelt (v)
CQf 250 g/menit
v = • • = lOOcm/menit.Wc/A.h 5 cm x 0,5 g/cm2
Panjang minimum belt (zf) 100 cm/menit x 1,25menit = 125 cm Luas daerah penyaringan =panjang x lebar = 125 cm x 5 cm = 625 cm2.Maka kecepatan penyaringan
F
A
250 g/menit
625 cm2= 0,4 g/ cm2 menit
Jika diambil tebal cake (L) = 0,5 cm dari datapercobaan diperoleh harga Wc/A = 0,66 g/cm2.Dengan minus diatas dihitung kecepatan linierbelt (v)
342
Pros: ding Presenlasi Jlmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
CQf 250 g/menitcm/menit.
Wc/A.h 5 cm x 0,66 g/cm2
Panjang minimum belt (Zf) 76 cm/menit x 1,25menit = 95 cm. Luas daerah penyaringan =panjang x lebar = 95 cm x 5 cm = 475 cm2. Makakecepatan penyaringan
F 250 g/menitV = — = = o,53 g/ cm2 menit
A 475 cm 2
Persiapan Bahan
Bijih uranium (residu) sebanyak 30 kg dilindimengunakan H2SO4 dan MnO2 di dalam tangkiber-pengaduk. Pelindian dilakukan padakonsentrasi padatan 50 % dan suhu 60 °Cselama kurang lebih 6 jam. Setelah prosespelindian selesai pulp (slurry) ditampung didalam tangki penampung. Kemudian di buatlamtan floculan superfloc N-100 dengankonsentrasi 0,5 g/lt, sebanyak kurang lebih 20 It.Sebelum percobaan dimulai dilakukan hal-halsebagai berikut:
a. Nyatakan bahwa motor listrik, pompa cairandan pompa vakum bisa berjalan dengan baik.
b. Tutup semua kran pemasukan dan pengeluaran.c. Basahi kain filtrasi dengan menggunakan air
secara merata.d. Isi tangki pencampur (JJokulan dan pulp) sampai
permukaan overflow dengan menjalankanagitator setelah permukaan mencapai kuranglebih 30 % dari tinggi tangki.
e. Ketika percobaan filtrasi akan dimulai, isidaerah filtrasi (cloth) dengan slurry (pulp)secara merata dengan ketebalan kurang lebih0,5 cm.
Selanjutnya untuk menjalankan Horizontal BeltFilter dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:a. Jalankan pompa vakum dengan membuka kran
secara perlahan-lahan.b. Jalankan secara bersama-sama pemasukan
umpan (pulp) dan pompa flokulan sertatnenjalankan Horizontal Belt Filter.
c. Pemasukan umpan (pulp) dilakukan secaraperiodik sebanyakurang lebih 250 g/menit.Padatan diambil secara periodik kurang lebih 10menit sekali untuk diukur kadar airnya,sedangkan filtrat ditampung pada tangkipenampung untuk digunakan pada prosesberikutnya.
BASIL DAN BAHASAN
Dari hasil perhitungan untuk tebalcake 0,5 cmdiperoleh kecepatan belt 76 cm/menit dan tebalcake 0,4 cm diperoleh kecepatan belt 100cm/menit = lm/menit. Dari kedua harga tersebutkecepatan belt yang dengan Pilot Plant Perancisyaitu antara 1-4 m/menit adalah pada tebal cake0,4 cm.
Maka hasil perancangan alat Horizontal BeltFilter, dalam skala laboratorium dengan kapasitaspengolahan 250 g/menit ditunjukkan dalamGambar 1 dan Tabel-1
Tabel-1. Hasil perancangan Horizontal Belt FilterNo.1.23456
Hasil rancangan/perhitungan
Kapasitas penyaringanKecepatan penyaringanKecepatan linier beltPanjang Belt FilterLebar Belt FilterSiklus penyaringan
Nilai
250 g/menit0,4 g/cm2 menit100 cm/menit125 cm5cm1,25 menit
Sedangkanhasilpercobaan untuk mengetahui kadarpadatan yang keluar dari Horizontal Belt Filter(produk cflfe?)ditunjukkan dalam tabel-2 berikut:
Tabel-2. Kadar padatan (produk cake) keluar dariHorizontal Belt Filter Percobaan I
12345678910
Pengam-bilancontoh, menit
10203040506070 .8090100
Berat cakebasah.gr
42,451,552,368,939,340,735,530,559,542,5
Berat cakekcring,£T
33,641,240,553,830,730,227,823,547,133,0
Rata-rata
Kadar coir»%
79,280,077,478,178,174,278,377,179,277,677,9
Percobaan IINo
12345678910
Pengambilancontoh,menit
102030405060708090100
Berat cakebasah.gr
88,652,541,555,070,529,630,245,330,550,6
Berat cakekering.gr
69,540,633,244,555,423,624,035,524,040,2
Rata-rata
Kadar cafeVo
78,477,380,080,978,679,779,578,478,779,4
79,1
343
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Percobaan III
No
12345678910
Pengambilancontoh,m«nit
102030405060708090100
Berat cakebasah.gr
93,345,631,766,439,540,633,556,732,460,2
Berat cakekering.gr
73,636,725,052,130,032,525,844,325,647,2
Rata-rata
Kodar cake%
78,980,578,978,575,580,077,078,179,078,4
78,5
4. Panjang "Belt Filter"5. Lebar "Belt Filter"6. Siklus penyaringan
UCAPAN TERIMA KASIH
= 125 cm= 5 cm= 1,25 menit
Dari percobaan yang telah dilakukan,terdapatbeberapa kendala antara lain hasil filtratpenyaringan agak keruh, hal ini disebabkan olehkain filter (cloth) yang mempunyai pori-poricukup besar, sehingga butiran padatan yangcukup halus bisa melewati kain filter tersebut.Selarna operasi juga sering dialami,pada tekananvakum yang maksimuin (6.102 Pa), kain filterterhenti, sedangkan pulley atau motor listriktetap berjalan (terjadi slip).Untuk menghindari haltersebut perlu diberikan gaya gesek yang cukupbesar antara permukaan pulley dan Belt FilterDengan demikian operasi Horizontal Belt Filterbisa seperti yang diharapkan. Dalam tabeI-2, daripercobaan I sampai dengan III nampak bahwakadar padatan (produk cake) yang keluar dariHorizontal Belt Filter tersebut memberikan hasilrata-rata 77,9, 79,1 dan 78,5 %. Sedangkanmenurut sitno plant , Perancis, kadar padatanyang dihasilkan sekitar 80 %. Kadar padatan daripercobaan I sampai dengan III masih dibawah 80%.Keadaan ini diakibatkan oleh selarna operasisering dialam kendala seperti yang telahdisebutkan diatas, sehingga untiik memperlancaroperasi selama percobaan tersebut dilakukandengan menggunakan tekanan vakum sedikit Icbihkecil dari keadaan maksimum. Hal ini dilakukandengan cara membuka kran buangan, akibatnyakadar padatan yang dihasilkan belum bisamencapai 80 %.
SIMPXJLAN
Berdasarkan data percobaan laboratorium danasumsi dengan kapasitas pengolahan ditetapkandengan 15kg/jam dantebal 0,4 cm diperoleh ran-cangan model alathorizontal Belt Filter sebagaiberikut:
1. Kapasitas penyaringan = 15 kg/jam.2. Kecepatan penyaringan = 0,4 g/cm2 menit3. Kecepatan linier belt = 100 cm/menit
Pada kesempatan ini penulis inginmenyampaikan ucapan terima kasih kepada KaBid TPBN yang telah memberikan bimbingan danpengarahan, juga kepada semua pihak yang telahmembantu dalam pelak-sanaan perancangan danuji coba alat tersebut sehingga bisa berjalandengan baik.
DAFTAR PUSTAKA
l.MASHUDIYONO ZUCHRI, scientific visit andshort training course of uranium ore processingin France", report, October - December, (1987).
2. PERRY R.H., Chemical Engineering HandBook", MC. Graw-Hill, Kogakusha, 3th. edition,(1993).
3.Djoko Wasisto, "Metode perancanganHorizontal Belt Filter pada Pengolahan BijihUranium", Proses Teknologi TPBN - PPBGN-BATAN, Jakarta, Seminar Nasional TeknologiIndustri VI, Surabaya 27-28 Januari, (1993).
4.MERR1T R.C., "The Extraction Metallurgy ofUranium", Colorado School of Mines ResearchInstitute, Golden, Colorado, U.S.A., (1971).
Tanya Jawab :
1. Edy Sulistyono:• Bila dilihat dari minus kecepatan linier belt
yang dipakai tidak terlihat ukuran porositasfilter yang digunakan, mohon dapat dijelaskankarena ukuran mesh berapa yang digunakansangat berpenganih pada kecepatan liniernya.
Mainar:• Porositas kain filter tidak mempengaruhi
kecepatan linier belt tetapi berpengaruh padakecepatan filtrasi sesuai persamaan (I), olehsebab itu pada rumus kecepatan linier beltmemang tidak ada parameter porositas bahanbelt.
• Pemilihan kain filter sesuai dengan bahan yangakan disaring bersifat asam, maka kain filterdipilih yang tahan asam dengan diameter pori <dari butir bahan yang disaring (- 65 mesh).
2. Faizal Riza :• Sampai di mana faktor-faktor pengalaman dan
informasi yang lain dapat dimanfaatkan dalamperancangan alat HBF ini.
344
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
• Apakah kinerja alat tersebut sudah dapat digunakan untuk membantei «idengkapi databerjalan dengan baik dan bagaimana dengan perhitungan perancangan.kendala-kendala pengoperasian HBF ini,mengingat HBF ini cukup rumit. « Belum. Dengan mengadakan sedikit modifikasi
alat tersebut akan dapat berfungsi sesuai denganMainar : yang diharapkan.• Penggunaan informasi dari pihak lain
345
Presiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-I9Maret 1996
Gambar 1. Skcma rancangan Horizontal Belt Filter
346
ISSN 1410-1998 ProsiJing Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
RANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN BIJIH URANIUM RIRANG:DIGESTER BERPENGADUK
Erni R.A., SusilaningtyasPusat Pengenbangan Bahan Galian Nuklir
ID0100090
ABSTRAK
RANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN BIJIH URANIUM RIRANG : DIGESTER BERPENGADUK. Telahdirancang digester digunakan untuk melarutkan unsur-nnsur yang terkandung dalam bijih Rirang. Telah dirancangtangki digester berdasarkan data percobaan digesti skala laboratorium dengan bahan tahan asam ((SS-316) dantertutup karena proses menggunakan pelarut asam pekat pada suhu tinggi. Bentuk tangki dipilih silinder denganbentuk dasar elips dan pengaduk berbentuk pitched blade turbine karena massa yang dihasilkan berbentuk lumpurdan mudah membentuk kerak. Hasil rancangan menunjukkan ukuran tangki, tinggi 33 cm, diameter luar 22 cm, tinggidasar tangki 4 cm; ukuran daun pengaduk, panjang 8cm, lebar daun 1,6 cm; jarak titik pusat kedasar tangki 8 cm.Kecepatan pengaduk maksimal 500 rpm dengan tenaga gerak pengadiik 0,007 Hp. Jumlah panas yang diperlukan1950 watt. Hasil uji coba digesti pada digester hasil rancangan sesuai dengan percobaan skala laboratorium.
ABSTRACT
RIRANG URANIUM ORE PROCESSING SYSTEM DESIGN: AGITATED DIGESTER. A closed tank digesterequipped with a pitched blades turbine agitator has been designed to facilitate Rirang uranium ore dissolutionusing concentrated sulphuric acid at high temperature. The digester was designed to accomodate the digestion of 6kg of-65 mesh ore at 200 C, acid resistant material (SS-316). It has the dimension of 33 cm high, 22 cm diameter,and elliptical bottom and height of 4 cm. Moreover, the dimension of the 4 blades agitator is as follows; 8 cm long,1,6 cm blades width. The distance between the blades and digester required 0,007 Hp for a 500 rpm agitation speedand + 24.103 kkal energy equipment for heating. Digestion experiment using the agitated digester yielded data thatare ingood agreement with laboratory scale experiment.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bijih uranium Rirang mcngandung beberapaunsur yang mempunyai nilai ekonomis cukuptinggi dengan kadar relatif tinggi diantaranyauranium dengan kadar 0,52 %, logam tanah jarang63,04 %, fosfat 24,55 %, molibdenum 0,24 % dantorium + 200 ppm '. Berdasarkan data-data ini makaunsur-unsur tersebut akan dipisahkan dandimurnikan melalui beberapa tahapan proses. Salahsatu tahap avval proses yang dipilih adalah digestiasam. Alat unluk proses ini, digesler, perludirancang dengan bahan tahan asam dan tertutup.
Data yang diperlukan untuk mcrancang alatini diperoleh dari hasil penclitian kondisi prosesdigesti skala laboratorium2. Perancangan alalmeliputi ukuran tangki kebutuhan kecepatanpengaduk, daya motor pengaduk, jumlah panas yangdibutuhkan serta bentuk dan ukuran pengaduk.
Tujuan dari perancangan alat digester adalahuntuk memperoleh model alat guna tnenerapkandata kondisi yang diperoleh dari proses digestiskala laboratorium ke skala yang lebih besar.
T E O R I
Proses digesti merupakan proses erosi ataukorosi. Kecepatan reaksinya tergantung padajenis, jumlah dan konsentrasi asam yangdigunakan, temperatur, waktu, ukuran bijih dankarakteristik permukaan dari partikel pasir. Bilapelanit yang digunakan asam sulfat, maka hasilreaksi yang tidak larut akan menutupipermukaan pasir monasit yang belumterdekomposisi sehingga menghalangireaksinya dengan asam selanjutnya. Faktor inijuga mempengaruhi kecepatan reaksi. Hal inibisa diatasi dengan cara menambah kecepatanpengaduk dan mempertahankan fluiditascampuran reaksi.3
Berdasarkan kondisi-kondisi reaksi digestitersebut maka dipilih material digester, SS-316karena tahan korosi. Bentuk tangki digester,dipilih bentuk silinder dengan bagian dasarberbentuk ellips. Perhitungan ukuran tangkimengikuti rumus sebagai berikut. 4
V = —DJMi + — D3H2 ..(I); H, = 1,5 D ..(2); Hj = — D .(3)4 4 6
347
Prosiding Presenlasi Ihniah Daur Bahan Bakar NuklirPEHN-BA TAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
V = volume tangki; D = diameter tangki; Hi = tinggitangki (silinder); H2 = tinggi tangki bagian bawah
Bentuk pengadiik dipilih bentuk pitched bladeturbine berdaun 4 (empat) seperti ganibar berikut.5
berat zat padat
L!—)
l i __ *y ji
Gambar 1. Bentuk pengaduk digester dan tata Ictaknyadidalain tangki.
Keterangan gambar:Da = panjang impeler E = jarak pusat impeler
terhadap dasar tangkiW = tebal impeler L = lebar impeler.
Teori untuk menghitung ukuran pengaduk dan tataletak pengaduk dalam tangki adalah sebagaiberikut;5
Da 1
D 3(4); - = 1
Da(5)
• (7)W 1 L- = - (6); -Da 5 Da
Kecepatan putaran dan tenaga gerak peng-aduk merupakan lial yang prinsip dalam menen-tukan pengadukan. Tenaga gerak utatna berda-sarkan pada keadaan standar motor listrik yangada. Kecepatan putaran pengadiik dikombi-nasikanantara kecepatan motor listrik standar denganstandar AGMA (American Gear ManufacturiesAssosiatiori). Untuk menghitung kecepatan putaranpengaduk digunakan minus.6
Apnc Da0-85 = SV0-1 Dpw (g )MS B0J3 (8)
PIV. = kecepatan kritis pengaduk (put/det); Da =diameter pengaduk(cm); V = viskositas kinematik(cm^det); Dp = ukuran partikel rata-rata (cm); g=percepatan gravitasi (cm/det2); Ap =perbedaan
densitas padat-cair; p=densitas zat cair (gr/cm2)
B = 100 xberat zat cair
S = konstanta = fungsi dari jenis impeler. D/Da danD/E
Penentuan tenaga gerak pengadukmenggunakan rumus sbb :
Kt n3Da5
P= (9)gc
Kt = konstanta = fungsi dari jenis impeler, n =kecepatan putaran(put/det); Da= diameter impeler(ft);gc=32,2 1b/n3
Penentuan jumlah panas dari pemanas digester.7
AQ =m,Cp« (T,-To) + ml Cpl (T,-To) + k ~ (TrT,) (10)
1
Q = jumlah panas yang diperlukan (kalori);ms = berat zat padat (gr)Cp3 = kapasitas panas zat padat (kal/der gr)To = suhu awal digester (°C)T| = suhu akhir digester (°C)T2 = suhu dinding digester (°C)ml = berat zat cair (gr)Cpl = kapasitas panas zat cair (kal/der gr)k = konduktivitas digester (kal/cm2 det.
der/cm)A = luas permukaan perpindahan panas
(cm2)L = tcbal dinding digester (cm)
PERHITUNGAN DIGESTER
Penentuan ukuran digester
Pada perancangan alat digester, dipakaidata pcndukung yang diperoleh dari prosesdigester skala laboratorium sebagai berikut:bijih yang diolah adalah bijih Rirang dengandensitas ( p ) 2 gr/cc; konsumsi asam(H2SO4) 2 ton/ton bijih; temperatur 200 °C;waktu 4 jam; ukuran bijih - 65 mesh.
Ditentukan :- kapasitas bijih Rirang yang akan diolah = 6 kg
bijih Rirang = 2 kg/16 kg
-> volume 6 kg bijih Rirang = = 3 12 kg/1
348
Prostding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuldirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
- H2SO4 yang dibutuhkan untuk mengolah 6 kg bijihRirang = 2 x 6 kg = 12 kg; H2SO< (teknis) = 1,74 kg/1
12 kgvolume H2SO4 yang dibutuhkan = = 6,891 = 71
1,74 kg/1Volume total campuran = 31 + 71=101 .Diambil faktor keamanan 25 % untuk volume pe-ngembangan massa.Maka volume digester = 1,25 % 10 I = 12,5 1Berdasarkan rumus (1), (2) dan (3), maka :
V = —D2H, + — D2H2..(1)4 4
% n D12.500 cc = — D3 (1,5D) + — DJ (--)
4 4 6
l/6*D3 3ixD3 nD3 9KD 3 itDJ
12.S00 = + —— - = H = — + —-4 4 8 24 24 24
10
24
3 30.000
II
x2
—,
121
! 3_ =
4 4
3639^ c m
D = 21,2 cm = 22 cm (diameter (atigki)
(2) Hi = 1,5 x D = 1,5 x 22 cm = 33 cm (tinggitangki/silinder)
(3) Hj = — D = 3,66 cm = 4 cm (linggi dasar tangki)6
Penentuan Bentuk Dasar Tangki
Bentuk dasar tangki ditentukan berbentuk ellips
Penentuan bentuk pengaduk:
Berdasarkan rumus:
Da 1 1 1(4) _ = -> Da = - x D =- x 22 cm = 7,33 = 8 cm
D 3 3 3
(5) ~ = i —> E = Da = 8 cmDa
W 1 1 1 1(6) _ =.-. -> W = — Da = — x Da = — x 8 cm =l,6cm
Da 5 5 5 5
LI 1 1(7) — = -> L = — Da = — x 8 cm = 2 cm
Da 4 4 4
Penentuan kecepatan putaran dan tenaga gerakpengaduk
- Penentuan kecepatan putaran
Apnc Da°'8S = SV0-1 Dp w (g ) M 3 B0'13
PDa = panjang impeler = 8 cmD = diameter tangki = 22 cmE = jarak pusat impeler terhadap dasar tangki
= 8 cmW = lebar impeler =1,6 cm
»•. d
itr*
IV *
diketahui : H2
a =D =
1 1
i.i*; t>ii
!»
= 4 cm
= 11 cm= 22 cm
Y = — H2 = — x 4 cm = 2 cm.2 2
Persamaan elips :
1 1X
ar x2 22
— + — =1II2 42
D_
uaD
E
Da— -.W
Np2,5
NRe
22 cm- 2 75
O ClTl
22 cm= = 2,75
8 cm
8 cm= = 5
1,6 cm
= angka daya •= f (NRe) =
oan laoej y-jo [ojdiperoleh S = 8,0dimana S = konstanta(faktor dari bentukimpeler)
: ditentukan sebesar NRe > 4000 karenaaliran campuran dalam tangki berupa aliranturbulen, maka dari gb. 9-14 [6], diperolehNp =\x\uDp =
g
= 2,5= viskositas lumpur = [cp]= viskositas kinematik lumpur [ cm2/det ]= ukuran partikel rata-rata = -65 mesh=200nm =0,02 cm= gay a gråvita si = 980 cm/det2
349
Pro.sidmg Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Ap (2-1,75) gr/cm3
p i ,74 gr/cm'1
Ap
g ( _ ) = (980 cm/dt2) (0,34) = 333,2 cm/dt2
P
berat zat padat 1B = x 100 = — x 100 = 50
berat zat cair 2
Perhitungan viskositas lumpur.
Hi 2,5 0 sIn — =
Mo l - 0 s
Mi- viskositas lumpur [cpj;|ic= viskositas zat cair = 0,34 cp
3]0 s = fraksi volume padat = = 0,3
(3 + 7)!
Mi (2,5X0,3) n,j n - = | 07 > = e i.07
Me 1 - 0 , 3 Me
Mi = (e1-07) (0,34 cp) = (2,9)(0,34)(0,01) gr/cm det
u = viskositas kinemalik lumpur
m [gr/cm det] 0,986 x 0,01= = cinVdel - 0,0054 cnr/del
1 [gr/cm3] 1,82
Perhitungan densitas hunpur :
Pi=(fraksi x p ) zat cair + (fraksi x p) zat padat
2 1= (— x 108,75 lb/cuft) + (— x 125 !b/cuft)
3 3
=72,5 lb/cuft + 41,67 Ib/cuft = 114.17 IU/ciifl = 1,82 gr/cm5
Ap
SV^'Dp^Cg-f^B"-"P
n = put/det
D a w s
(8,0X0,0054)°-" (0.02)" (333,2)°-4S (50)°"= - put/del
(8)0,85
(8,0) (0,59) (0,45) (13.65) (1,66)= put/det = 8,2 put/del
(5,85)
350
nc = 492 rpm
Jadi kccepatan kritis pengadukan = 492 rpm,maka dipergunakan kccepatan pengaduk max500 rpm.
Penentuan tenaga gerak pengaduk
K, pi n3 Da 5
P =
Kt == konstanta dari tabel 9-2 "OTK - 1 " = 1,70.n = kecepatan putaran (put/det) = 8,23 put/det
Da = diameter impeler = 8 cm = 0,26 ftgc = percepatan gravitasi = 32,2 Ib/ft3Pi = densitas lumpur = Xc c + Xp p
Xc = fraksi zat cair = 2/3; c = densitas zat cair= 1,74 gr/cc = 108,75 lb/cuft; Xp = fraksi zatpadat = 1/3 p = densitas zat padat = 2 gr/cc
= 125 Ib/cuft 1=2/3(108,75) + 1/3 (125)Ib/ctifi
= 114,17 lb/cuft
(1,7O)(114,I7)(8,23):!(O,26)5
p = HP = 0,007 HP(32,2)(550)
Tenaga gerak pengaduk yang dipergunakan0,007 HP Pada percobaan ini digunakan motorpengaduk dengan tenaga 0,5 HP.
Gambar 2. Skema alat digester
Penenluan jumlah panas dari pentanas tangkidigester
AQ = ins Cp., (T,-To) + ml Cpl (T,-To) + k — (T2-T,)
ProsiJing Presenta.ii Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
M, = berat zat padat = 6 kg = 6000 grCp, = kapasitas panas zat padat = 6,64 kal/der mo!
(asumsi Cp uranium 5 ) = 0,03 kal/der gr.ml = berat zat cair = 12 kg = 12.000 grCpl = kapasitas panas zat cair (Cp H2SO4 pk) = 0,42
Btu/derlb = 0,42 kal/der. gr 5
k = konduktivitas digester (konduktivitas SS.316 5)= 10,9 Btu/lir ft2.= (l,24)(10,9)(4) kal/cm2der/cm= 13,5 kal/cm2.det.der/cm.
A = luas permukaan perpindahan panas (cm2)= DiH + rr/4 D;2
D, = diameter bagian dalam digester = D - LD = diameter bagian luar digester = 22 cmL = tebal digester = 0,3 cmDj = (22-0,3) cm = 21,7 cmH = tinggi digester = 33 cmA = I (21,7)(33) + 1/4 (21,7)21 cm2 = 2596 cm2
To= 25 °C; Tl = 200 °C; T2 = diambil 250 °C
karena digester terbuat dari bahan stainless-steelberdinding tipis. maka :
Q= (6000)(0,03)(200-25) + (12.000 )(0,42)(20O-25) +
(2596)(54) (250 - 200) kal = 24.277.500 kal.
(0,3)
Jumlah panas yang diperlukan= 24.277.500 kal=24.277,5kkalEnergi listrik yang dibiituhkan untuk jumlahpanas 24.277,5 kkal = 28,23 kwh.
UJI COBA DIGESTER
Digester yang telah dirancang, dibuat model dandiuji coba untuk digesti bijih uranium Rirangdengan kondisi proses yang diperoleh daripercobaan skala laboratorium(10() gr). Uji cobadilakukan 2 (dua) kali dalam skala besar denganberat umpan masing-masing 3 kg dan 2 kg. Kondisiproses sbb : konsumsi H2SO4 = 2 ton/ton bijihuranium; suhu = 200 °C; waktu = 4 jam; ukuranbijih = -65 mesh
Tabel 1. Hasil uji cobaUji
cobake:
III
Jml.bijih
32
Recoveri uji coba (%)
I)96,095,6
LTJ97,097,3
Th95,496,1
PC)/"96,194,9
BAHASAN
Model digester berpengaduk yang telahdirancang, akan digunakan untuk menerapkandata proses digesti (bijih uranium Rirang) skalalaboratorium ke skala yang lebih besar. Digestibijih uranium Rirang menggunakan pelamtasam pekat dan suhu sistem tinggi, oleh karenaitu massa yang dihasilkan berbentuk lumpuryang mudah membentuk kerak dan sangatkorosif. Berdasarkan hal ini maka dipilih bahantangki dari stainless-steel-316 yang tahankorosi, bentuknya berupa silinder dengan dasartangki berbentuk ellips dan pengaduk dipilihbentuk pitched blade turbine berdaun empatsupaya semua lumpur teraduk sempuma,sedangkan pemanas sistem dipilih dari bahannikelin.
Perhitungan rancangan ukuran tangkidiberi faktor keamanan sebesar 25 % karenamassa dapat mengembang. Motor pengadukyang digunakan mempunyai daya lebih besar(0,5 hP), dari yang dibutuhkan (0,007 hP),karena disesuaikan dengan yang ada di pasaran.
Tangki diberi tutup untuk mengurangipeng-uapan sistem karena pelarut yangdigunakan asam pekat dan bersuhu tinggi.
Uji coba proses digesti pada tangkidigester hasil rancangan menunjukkan hasilyang relatif sama dengan proses digesti skalalaboratorium. Hal ini berarti hasil rancangan inirelatif cukup baik, tetapi pada saat uji cobaberlangsung ada kendala yaitu pada bagianpengeluaran lumpur. Lumpur tidak bisa keluar,hal ini ternyata karena sebagian lumpur masukdan mengeras dalam pipa pengeluaran lumpur,keadaan ini kemungkinan bisa diatasi denganinemperpendck pipa dan diameter Iubangdiperbesar.
SIMPULAN
Bcrdasarkan data proses digesti skala labo-ratorium dengan kondisi, konsumsi H2SO4
pekaf 2 ton/ton bijih uranium, suhu 200 °C,vvaktu 4 jam, ukuran bijih - 65 mesh dankarakteristik campuran reaksi (lumpur yangterbentuk) dari bijih uranium Rirang dan asamsulfat pekat maka dirancang.• Tangki berbentuk silinder dengan kapasitas
6 kg dasar tangki berbentuk ellips, bahanstainless steel-316, diberitutup denganukuran sbb : Tinggi tangki 33 cm; diameter(luar) tangki 22 cm; tinggi dasar tangki 4cm. Pengaduk dipilih berbentuk pitched
351
Providing Presentasi Ihniah Daur Bahan Bakar NuklirPEHN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
blade turbin dengan uktiran : Panjang impelcr 8cm;lebar impeler 1,6 cmjebar daun impeler 2cm; jarak titik pusat ke dasar langki 8 cm.
• Hasil perhitungan kecepalan pengaduk dantenaga gerak pengadiik : Kecepatan pengadukmaksimal 500 rpm; lenaga gerak pengaduk yangdiperlukan 0,007 HP
• Jumlah panas yang diperlukan sela ma prosesberlangsung 1950 watt.
Hasil uji coba digesti pada digester ini, dengankondisi seperti tersebut diatas menghasilkanrekoveri uranium + 96 %, logam tanah jarang + 97%, torium + 95 % dan fosfat + 95 %. Hasil inisesuai dengan hasil percobaan digesti skalalaboratorium.
UCAPAN TERIMA KASIH.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada KepalaBidang Teknik Pengolahan Bahan Nuklir, staf SubBidang Hidrometalurgi dan Sub Bidang AnalisisKontrol serta semua pihak yang telah inembanlupelaksanaan penelitian ini
DAFTAR PUSTAKA
1. BUSCH, KLAUS, SUPRAPTO, DJAWADI,"Investigation of Uranium Mineralization in theRirang" Valley, West Kalimantan, Indonesia,(1986).
2. SARDJONO, ERNI RA, ZAHARDI, "PenelilianBijih Uranium asal Rirang (lanjutan)", LaporanHasil Penelitian Proyek Penelitian TeknikEksplorasi dan Penambangan Bahan Nuklir1992/1993, BAT AN, PPBGN, Jakarta.
3. CUTHBERT, F.L., "Thorium ProductionTechnology ", repared Under Coblract with theUnited States Atomic Energy Commision,National Lend Company of Ohio, hal 64-65,copyright (1958).
4. BROWNELL, L.E.& YOUNG, E. H.,"ProcessEquipment Design", hal 80, Wiley EasternLimited.
5. PERRY, R ., CHILTON, C. K, "ChemicalEngineers Handbook",fifih Edilion Mc.Grow-Hill Kogakusha, LTD, hal 19-6, 19-7
6. Mc.CABE, SMITH, HARRIOT dan E.JASJFI,"Operasi Teknik Kimia", Jilid I, ha! 235.
TANYA JAWAB
1. Faizal Riza :• Apakah ada standarnya dalam suatu
perhitungan alat menggunakan faktorkeamanan dan bcrapa range faktor kcamanantersebut.
• Apa dasar menggunakan SS-316 dan apabedanya dengan SS-316 L
Erni :• Standar perhitungan alat pada umunya
menggunakan faktor keamanan sekitar 10 -20 %. Pada perancangan digester ini faktorkeamanan ditentukan sebesar 25 % karenahasil reaksi pada digester ini mengembang.
• Dipilih SS-316 karena pada saat itu yangada di pasar adalah SS-316. Sebetulnya SS-316 lebih tahan korosi.
2. Manto Widodo :• Apakah yang dapat terpisah dengan alat ini
hanya U säja, bila ya, apakah tidak terpikirsekaligus bahwa alat tersbut dapat bergunauntuk pemisahan LTJ.
• Apakah tidak merancang suatu alat yangdapat difiingsikan untuk pengolahanpemineralan-peinineralan uranium disekitar Kalan (tidak hanya untuk Rirangsaja)
Erni :• ALat ini tujuannya untuk melarutkan
semua unsur-unsur (U, LTJ, Th, PO4, Mo).Setelah semua larut, baru masing-masingunsur tersebut dipisahkan satu-persatu.
• Alat unluk mengolah pemineralan/bijih Ulainnya di Kalan sudah dirancangsebelumnya.
3. Bambang Sutopo :• Dalam pcmbawaan makalah tersebut belum
discbutkan bentuk contoh yang diolah :apakah sebagai butiran atau serbuk.
• Batasan kadar uranium yang dapat diolah.
Erni :• Bentuk contoh (bijih Rirang) yang diolah
adalah berupa serbuk dengan ukuran minus65 mesh.
• Kadar uranium yang dapat diolah tidak adabatasannya.
4. Edy Sulistyono :• Bila dilihat pada proses yang akan terjadi
memerlukan panas 1950 watt dan jikadilihat dari rumus yang dipakai padapenentuan ukuran head bentuk ellipsmengapa faktor tekanan tidakdiperhitungkan.
352
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-J9Maret 1996
Erni :• Proses di sini tidak bertekanan, digester ini
diberi tutup tetapi berlubang tiga, yaitu1. untuk tempat masukknya sampel2. untuk tempat tennometer3. untuk tempat pengaduk
5. Aldan Djalil:• Mana yang lebih menguntungkan pemisahan
Molibdenum dengan digester berpengaduk ataukarbon aktif (Penelitian fiksasi molibdenumdari larutan pelindian bijih uranium)
• Berapa waktu digunakan untuk mengaduklarutan tersebut.
Erni:• Dalam hal ini kami bclum bisa membandingkan
karena proses digesti ini adalah proses awal daripemisahan unsur-unsur tersebut.
• Waktu yang diperlukan adalah 4 jam.
6. Guswita Alwi :• mohon dijelaskan bagaimana cara menentukan
faktor keamanan 25 %• untuk merancang digester berpengaduk ini
selain ukuran apakah jenis bahan yangdigunakan juga diperhitungkan.
Erni:• Faktor keamanan ditentukan 25 % karena
proses digesti itu mengembang, sebetulnyafaktor keamanan untuk merancang alatyang umum adalah fi 10 - 20 %
• Jenis pengaduk disini dipilih SS-316 juga.
7. Hafni L.N. :• Tolong dijelaskan dasar pemilihan jenis
pengadiik yang dipilih untuk rancangan.• Kalau tangki digester yang dirancang
nantinya discaie-up ke tangki ukuran yanglebih besar, kira-kira bilangan takberdimensi apa saja yang diperlukan
Ernipengaduk padadari viskositas
Dasar pemilihan jenisrancangan ini: besarcampuran hasil reaksi.Bilangan atak berdimensi yang diperlukan :1. Bilangan Reynold2. Faktos S pada penentuan kecepatan
peng-adukan
353
ISSN 1410-1998 Providing Prsentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
RANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN BIJIH URANIUM ASAL RIRANG :PERANCANGAN ALAT QUENCHING
Amir Effendi, Hafni Lisa NuriPusat Pengembangan Bahan Galian Nuklir ID0100091
ABSTRAK
RANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN BIJIH URANIUM ASAL RIRANG : PERANCANGAN ALATQUENCHING. Telah dirancang alat quenching secara kontinu. Perancangan ini bertujuan untuk membuat model alatskala laboratorium yang digimakan sebagai tempat untuk pelarutan dan pendinginan secara tiba-tiba hasil digesti bijihuranium Rirang. Alat quenching dirancang berdasarkan data quenching secara catu, kapasitas umpan 325 g/menit,waktu tinggal pada tangki quenching dan tangki pengenap masing-masing 1 dan 2 jam. Hasil perhitungan didapattangki quenching berbentuk silinder dengan diaineter 30 cm, tinggi 30 cm, jumlah sekat 3 buah dengati lebar 2,5 cm;dan dilengkapi pengaduk dengan impeler berdaun. Tangki pengenap berbentuk silinder tegak dengan diameter 56 cm,dengan daerah-daerah klarifikasi.yéerf, kritis, dan kompresi masing-masing 5, 3, 3, 4 cm, dan bottom pitch 12,5 cm.Model alat quenching ini akan digunakan pada hasil digesti bijih Rirang untuk mrngetahui iinjuk kerjanya.
ABSTRACT
RIRANG URANIUM ORE PROCESSING SYSTEM DESIGN: DESIGNING A QUENCHER UNIT. A continuosquencher has been designed. The objective of the design is to make a laboratory scale quencher model that is used tofacilitate the dissolution and sudden cooling of the digestion product of the Rirang ore. The designed quencher wasbased on the previous batch quenching data, feed capasity of 325 g/minute, and residence time of one and two hoursfor quenching tank and thickener, respectively. The cylindrical quenching tank has dimension of 30 cm diameter and30 cm high. It has three 2,5 cm bujfles and is equipped with a blade-impeller agitator. The bottom-pitched cylindricalthickener has the diameter of 56 cm. The thickener is divided into four zones including clarification, feed, critical,and compresion with 5, 3, 3,and 4 cm zones height, respectively.In addition, the bottom pitch has 12,5 cm height. Thequencher model is further used to conduct performance test againts Rirang ore digestion product.
PENDAHULUAN
Unsur-unsur logam tanah jarang (LTJ) telahdikenal sebagai material yang banyak dipakaidalam industri-industri kaca (CeO), kondensorkeramik (LaO), TV berwarna (Er, Y), bahanberwarna (Nd), pewarna keramik (Pr), dan Iain-lain.
Bijih uranium Rirang mengandung mineral-mineral uraninit, monasit, molibdenit, quartz dantourmaline sebagai mineral utamanya. Olehkarena itu kandungan unsur dalam bijih Rirangmempunyai nilai ekonomi yang tinggi yaknidengan kandungan uranium sekitar 0,52 %, logamtanah jarang 63,04%, fosfat 24,25 % torium 0,02% dan Mo 0,24 % ' . Bijih Rirang merupakanbongkah/pasir alluvial dan coluvial, dengan beratjenis sekitar 2,53 s/d 4,932 .
Proses pengolahan avval bijih Rirang secarakimiawi, dilakukan dengan cara digesti. Kondisidigesti bijih Rirang yang cukup baik dilakukanpada ukuran butir-65 mesh, temperatur 200 °C,selarna waktu 4 jam dengan menggimakan lanitanH2SO<( pada perbandingan kurang Icbih 1:2. Hasildigesti berupa pasta panas kemudian dilakukanpelarutan dengan cara pendinginan secara tiba-
tiba dengan menggunakan air pada perbandingan1:10 dan dilakukan pengadukan yang kuat3.Kelarutan LTJ cukup besår pada temperaturrendah sekitar 45°C. Pada keadaan tersebut bisadiperoleh recovery U = 95 %, Th = 97,40 %, RE= 95,82 %, PO< = 99,53 % " .
Tujuan perancangan ini adalah untukmendapatkan model alat quenching kontinu skalalaboratorium yang digunakan sebagai tempatuntuk melakukan pelarutan, pendinginan secaratiba-tiba, dan pengadukan yang kuat dari pastahasil proses digesli.
Perancangan alat quenching meliputispesifikasi dan pembuatan tangki quenching,pengaduk, dan tangki pengenap. Perhitunganperancangan berdasarkan pada data-datapercobaan secara catu.
TEORI
Untuk penelitian proses quenching secarakontinyu perlu dirancang tangkiquenching yangdilengkapi dengan tangki pengenap yang digu-nakan untuk pemisahan padat-cair dari suspensihasil quenching.
354
Presiding Prsentasi Jlmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta ]8-J9Maret 1996
air 10-1% c
Gambar 1. Diagram alir proses quenching
1. Tangki Quenching
Tangki quenching berfiingsi sebagai tempatuntuk melakukan proses pelarntan dan pen-dinganan secara tiba-tiba dari pasta hasil prosesdigesti. Di dalam tangki tersebut pasta hasilproses digesti dikontakkan dengan media pelarutair (10 - 15 °C) dengan erbandingan 1:10 . Padakondisi ini logam-logam tersebut di atas bisaterlarut dengan baik.
a. Volume tangki
menghitung volumemetode neraca
tangki dapatmassa/aliran
Untukdigunakanvolumetrik.V = qxO (1)Kapasitas = laju aliran volumetrik x waktu tinggalVolume tangki = kapasitas x faklor keamanan
Menurut Rushton dkk., rancangan tangkibiasanya mempunyai pilihan yang luas mengenaijenis impeler yang akan dipakai danpenernpatannya, demikian pu!a mengenaiperbandingan ukuran-ukuran tangki, jumlah danperbandingan sekat, dan sebagainya. Setiapkeputusan mengenai perbandingan ukuran-ukuranakan berpengamh langsung pada laju sirkulasilarutan, pola kecepatan, dan daya yang digunakan.Sebagai dasar rancangan pada tangkiberpengaduk, perbandingan ukuran yang biasadigunakan adalah:
Da/Dt = 1/3 H/Dt = 1 J/Dt = 1/12E/Da =dimana
1 W/Da=l/5: Dt: diameter
tangki
Da: diameterimpeler
W: lebar impeler
E: jarak porosimpelcr dengandasar tangkiJ:lebarbuffle/sekat
Sekat biasanya ada 3 atau 4 buahjumlahdaun impeler antara 4 -16. Tetapi dalam kondisitertentu mungkin diperlukan proporsi yang laindari yang disebutkan di atas; umpamanya, bilaingin menempatkan pengaduk yang agak tinggiatau agak rendah di dalam tangki, atau bilamenggunakan tangki yang agak dalam untukmendapatkan hasil proses yang diinginkan.Namun ukuran-ukuran standar di atas banyakdigunakan dan dijadikan dasar untukmembandingkan unjuk kerja pengaduk dalamberbagai publikasi.
b. Impeler
Impeler akan membangkitkan pola aliran didalam sistem yang mengakibatkan larutanbersirkulasi.Ada dua jenis impeler, bila ditinjau dari segialiran yang dihasilkan :1. Impeler aliran aksial, untuk embangkitkan
arus sejajar dengan sumbu poros impeler2. Impeler aliran radial, untuk membangkitkan
arus pada arah tangensial atau radial.
Dari segi bentuknya, ada tiga jenis impeJeryang biasa digunakan yaitu propeler (baling-baling), padle (dayung), dan turbin.1. Propeler, mcrupakan impeler aliran aksial
berkecepatan tinggi untuk larutan bervis-kositas rendah.
2. Dayung, berputar di tengah bejana dengankecepatan rendah sampai sedang, dan nien-dorong zat cair secara radial dan tengensial,hampir tanpa adanya gerakan vertikal padaimpeler.
3. Turbin, arus utamanya bersifat radial dantangensial. Komponen tangensialnya me-nimbulkan vorteks dan arus putar. Turbinbiasanya effektif untuk viskositas rendahmaupun tinggi.
c. Pola aliran dalam tangki berpengaduk
Kecepatan fluida pada setiap titik dalamtangki mempunyai tiga komponen, dan pola alirankeseluruhan di dalam tangki bergantung padavariasi dari ketiga komponen dari lokasi ke lokasilain. Komponen kecepatan yang pertama adalahkomponen radial yang bekerja pada arah tegaklurus terhadap poros impeler. Komponen keduaadalah komponen longitudinal yang bekerja padaarah paralel dengan poros.
Komponen ketiga adalah komponen ta-ngensial, atau rotasional yang bekerja pada arah
355
Presiding Prsentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta J8-J9Maret 1996
singgung terhadap lintasan lingkar di sckelilingporos. Dalam keadaan biasa, dimana poros ituvertika!, komponen radial dan tangensial beradadalam satu bidang horizontal, dan komponcnlongitudinalnya vertikal. Komponen radial danlongitudinal sangat aktif dalam memberikanaliran yang diperkikan untuk melakukanpelarutan. Bila poros vertikal dan terletak tepat dipusat tangki, komponen tangensial biasanyakurang menguntungkan. Anis tangensialmengikuti suatu lintasan berbentuk lingkaran disekeliling poros, dan meninibulkan vorteks padapermukaan larutan.
d. Kecepatan pengaduk
Zwietering 5 mengukur kecepatan kritispengaduk yang dipcrlukan unluk mendapatkansuspensi penuh, dengan persamaan :
ApS.V<u.Dpw(g.~)M5B0-L1
P"c (2)
Da085
dimana:nc : kecepatan kritis pengaduk; Ap : beda
densitas, gr/cm3, Da: diameter impcler, cm; p :densitasfluida, gr/cm3, V : viskositas kinciroitik,cm2/detik; S : konstantaDp : ukuran partikel rata-rata, cm;g : percepatan gravitasi, 980 cm/detik2
B : 100 x bcrat zat padat/berat zat caire. Daya motor pengaduk
KT.n3.Dasp
dimana :Da : diameter impeler, ft ; KT : konstantan : kecepatan putaran, put/detik ; p : density
fluida lb/cuft, gc : pcrccpatan grafitasi, ft/detik2
2. Tangki Pengenap
Tangki pengenap terdiri dari scbuah tangkisilinder dengan dasar berbentuk kenicut, yangdilengkapi dengan penggaruk yajig berfungsiuntuk mengarahkan partikcl-partikel padatan(yang sudah mengenap), agar mudah dikeluarkansebagai aliran under flow (limpahan bawah).Pada alat pengenap kontinyu, umpan dimasukkanpada garis pusat alat, pada kcdalaman kira-kira 1inci di bawah permukaan zat cair. Scbagaimanaterlihat pada Gambar 2, di atas ketinggianpengumpanan itu terdapat zone klarifikasi yanghampir tidak mengandung zat padat sama
sekaii.Pada zone inikebanyakan zat cair yangsudah terpisahkan dengan zat padat inengalir kealas sehingga dapat dikeluarkan ke selokanlimpahan. Zat padat mengenap kebawah dariketinggian peng-umpanan, bersama sebagian zatcair yang keluar scbagai limpahan bawah.
Metode yang dapat digunakan untukmenentukan luas muka pengenapan antara lainadalah metode Kynch 6 . Dalam perancangan inidigunakan metode Kynch dan dilakukanpercobaan secara batch.
A = tl/(CoHo) (4)
dengan tu = waktu pengenapan, Co =konsentrasipulp umpan dan Ho = tinggi awalumpan.
Didalam praktek, luas sebenarnya perludiberikan faktor keamanan (0,3 - 0,5)A.Sedangkan tinggi daerah kompresi yaitul/8<H/R<l/6, dengan H dan R masing-masingtinggi dan jari-jari tangki pengenap7 .
PERANCANGAN ALAT QUENCHING
1. Perhitungan Tangki Quenching
Data-data liasil penelitian secara batch padaPelindian Bijih Uranium Asal Rirang (lanjutan)1992/1993 menunjukkan bahwa kondisi pelindian{digesti) yang cukup baik adalah :
- ukuran bijih : - 65 mesh- temperatur : 200°C- perbandingan bijiWasam : 1/2
Sedangkan kondisi quenching sbb :- perbandingan bijih/pelarut: 1/10 (air 10-15°C)
- temperatur akhir : 40 -45oC
Dari dala-dala Icrscbul dapat dirancang tangkiquenching dengan ketentuan sbb :
Gambar 2. Daerah-daerah pada tangkipengenap
356
Presiding Prsenlasi Ilmiah DaurBahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
Laju aliran volumetrik:s/w/ry/pasta = 75 gr/menit = 37,66 cc/tnenitair = 250 gr/menit = 250 cc/menitflokulan (0,5 gr/1) = 2 gr/menit = 2 cc/menitTotal =327 gr/menit =289,66 cc/menitWaktu kontak = 60 menitKapasitas = !aju aliran voluinetrik x waktu tinggal....(l)
= 289,66 cc/menit x 60 menit= 17.379,6 cc
Faktor keamanan = 20 %Volume tangki = 1,2 x 17.379,6 cc = 20.855 cc
->
dimana:nc = kecepatan kritis pengaduk
He
.*
Gambar 3. Penampang tanki quenching
Volume = 7i /4 Dt2Htdiambil : Dt = Htdidapat Dt = Ht = 30 cmKeterangan :Bentuk = silinderDiameter = 30 cmTinggi =30 cm
Menentukan perbandingan ukuran tangki danbentuk peneaduk
Perbandingan ukuran tangki digunakanmetodeRushton. Agitator ditentukan berbentukturbin berdaun 4 miring 45° serta dilengkapidengan sistem penghalang baffle sebanyak 3 buah,seperti yang terlihat pada ganibar 3 adalah sbb :- diameter impeler = Da = Dt/3 = 30/3 = 10 cm- lebar impeler = W =Da/5 =10/5 = 2 cm-jumlahbuffle = 3- lebar buffle = J = Dt/12 = 30/12 = 2,5 cm- jarak poros impeler dari dasar langki = E = Da =10 cm
Perhitungan putaran pengaduk
Digunakan rumus Zwietering :
ApS.V*'.DpM.(g.~)M5-BW3
P~
Da = 10 cmDp = 0,018 cmg = 980 cm/detik2
= 1,4 gr/cm3
= 1,129 gr/cm3
B = 8,33V = 5,67x0,01/1,129
= 0,0502 cm2/detikS = kostanta = 5,4
5>4(0,0502)0'(0>018)0>3(980xl,4/l,129)'M5(8,33)°-13
TiC. — LU^.ULIPIH 1 . I I I I - • • I • I • • • • I I I I - I I I I I I
(10)W5
= 7,55 put/det= 453 rpm = 450 rpm
Dava motor pengaduk
KT.n3.Da5P = (3)
dimana:KT = konstanta = 4,2 ; gc = 32,17 ft/det2n = 7,49 put/det ; Effisiensi motor 70%Da = 10 cm = 0,33 ft
fluida =1,129 gr/cm3 x 62,45 lb/cuft x cm3/gr= 70,5 lb/cuft
(4,2)(7,49)3(0,33)5(70,5)p = HP = 0,039 HP
32,17x550x0,7
Tangki Pengenap
Penentuan luas muka pengenapan denganmetode Kynch, dilakukan percobaan pengenapansecara catu dengan menggunakan gelas silindertegak 1 liter, tinggi larutan ditentukan 30 cm.Fase larutan atas relatif cukup jernih diperolehpada penambahan flokulan 40 gram/ton bijih.Kecepatan pengenapan di dalam gelas silinderdicatat pada ketinggian yang berbeda-beda, secaraperiodik dengan interval waktu tertentu. sertapada masing-masing percobaan dilakukanpenentuan rapat jenis cairan dan padatan. Dariliasil pengukurandidapatkan waktu pengenapan3,3 menit dan konsentrasi padatan 0,0192 gr/lt.
Perhitungan :
Luas muka pengenapan : A = tu/Co.Ho (4)tu = 3,3 menit = 0,055 jam
Konsentrasi padatan 0,0189 gr/cc; tinggi = 30 cmA = 0,055/(0,0189)(0,3)
Faktor keamanan 0,3 A «>A = 1,3 x 9,7 = 12,61diambil A = 12,5 m2.jam/ton
Kec. alir umpan : Lo = 289,66 cc/menit
357
Prosiding Prsentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirP.SBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Rapat jenis umpan : p = 1,129 cc/gr (hasilpengukuran)Luas muka pengenapan : A =12,5 ni2 jam/tonTangki pengenap berbentuk silinder (egak dengandasar
berbentuk kemcutLuas muka silinder:A = ( 7i/4 ) D2Lo = (289,66 cc/nieni()( 1,129 gr/cc)
= 327,03 gr/menit= 196,22 . 10-4 ton/jam
PadaLo= 196,22 . 10-4 ton/jam, memerlukanluas mukapengenapan sbb :
A = (196,22 . 10-4 ton/jam)( 12,5 m2jain/ton)= 2453 . 10-4 m2
( n/4)D2 = 2453 . 10-4 m2D = 55,9 . 10-2 m-2D = 56 cm
Tutiip bawah (konis)
Ditetapkan sudut kemiringan 30°m = 1 in = 2,5 cmb = 1/2 (d-m) tg 30°
= J/2 (46-2,5)(0,577)= 12,549 cm
b = 12,5 cm (tinggi konis)Volume konis (kerucut) = Al. 1/3 (b+x)-A2. l/3(x)Al = 7t/4D2 = TT/4(46)2 = 1661,1 cm2A2 = TT/4 D2 = 7i /4 (2,5)2 = 4,6 cm2
Volume konis -1661,1x1/3(12,5+0,72)-4,6x1/3(0,72)= 7.318 cm3Volumetrik umpan = 289,66 cc/minWaktu tinggal = 120 menit (diambil)Kapasitas tangki pengenap = 289,66 cc/min x120 min
= 34.759 ccFaktor keamanan = 20 %Volume tangki pengenap = 1,2 x 34.759 cc =41.710 ccVolume silinder = volume (tangki pengenap -konis)
= 41.710 cc - 7.318 cc = 34.392 ccVolume silinder = /4(D)2H
34.392 cc = /4 (56)2.H > H = 13,97 cmTinggi silinder = 15 cm ( diambil)
Tinggi tangki pengenap = tinggi (silinder +konis)
= 15+ 12,5 cm = 27,5 cmDaerah-daerah dalam tangki pengenap terdiri
dari:Daerah kompresi : H = 1/8.R = 1/8.56 = 3,5 cm
diambil 4 cm(a) daerah klarifikasi 5 cm(b) daerah umpan 3 cm
(c) daerah kritis 3 cm(d) daerah kompresi 4 cm(e) bottom pitch 12,5 cm
Gb.4 Penampang tangki pengenap
HASIL DAN BAHASAN
1. Tangki Quenching
Spesifikasi/dimensi tangki :
- bentuk : silinder tegak - lebar buffle : 2,5 cm-tinggi :30 cm -jumlah buffle : 3 buah- diameter : 30 cm
Tangki quenching berbentuk silinder tegakdengan diameter 30 cm, tinggi 30 cm dan dapatdigunakan untuk pelarutan dengan laju aliranvolumetrik 289,66 cc/menit dan waktu tinggal 1jam.Tinggi larutan (overflow) tidak mencapai 30cm atau masih lebih rendah panjang diameter,hal ini dibuat untuk menjaga agar suspensi yangkeluar dari tangki quenching benar-benar suspeiisiseragam, sehingga tidakhanya cairan yang masukke tangki pengenap, dan padatan tidakakanmenumpuk di tangki quenching. Untukmengurangi anis putar pada tangki quenchingkarena berputarnya pengaduk, dipasang sekat-sekat (buffle) yang berfungsi merintangi aliranrotasi tanpa mengganggu aliran radial atau aliranlongitudinal sehingga diperoleh pelarutan yangbaik. Sekat yang sederhana namun effektif dapatdibuat dengan memasang bilah-bilah vertikal padadinding tangki.
Spesifikasi/dimensi pengaduk :bentuk impeler : turbin berdaun empaf miring
45°- panjang impeler : 10 cm- bahan impcler : SS 316- lebar impeler : 2 cm- kebutuhan daya : 0,039 hP- kecepatan kritis : 450 ptr/menit
358
Prosiding Prsentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta IS-19Maret 1996
Pengaduk dengan bentuk impcler turbinberdaun miring 45° akan didapatkan arus aksialkuat dan arus radial yang diperlukan untukmembuat suspensi seragam ( seluruh partikelberada dalam keadaan suspensi). Kondisi inidiperlukan supaya terjadi pelamlan yangsempurna.
2. Tangki Pengenap
Spesifikasi/dimensi tangki pengenap:
- tinggi silinder 15 em- diameter silinder S6cm- sudut kerucut 30°
• tinggi kenicut 12,5 cm- diameter kerucut 46 on- dinmeler luikaan 2,5 cm
Daerah-daerah pada tangki pengenap :
- daerah klariflkasi S cm- daerah umpan 3 cm- daerah kriris 3 cm
daerah kotnpresi 4 cm- boltom pitch 12,5 cm
Umpan dimasukkan pada kedalaman yanglebih dan 1 inchi (2,5 cm) dibawah permukaanzat cair yaitu dimasukkan pada kedalaman 5 cm.Hal ini dimaksudkan agar cairan jcrnih yangkeluar dari tangki pengenap hanya mengandungsangat sedikit padatan. Tangki pengenap denganukuran di atas, pada laju aliran volumetrikumpan 287,66 cc/menil dengan kecepatanflokulan 2 cc/menit, dan waktu tinggal 120 menit,diharapkan dapat menghasilkan larutan yangjernih.
SIMPULAN
Telah dapat dibuat alat quenching skalalaboratorium yang terdiri dari tangki quenchingdan tangkipengenap,dengan spesifikasi/dimensisbb:1. a) Tangki quenching :
- bentuk : silindertegak-volume : 17.379,6 ml- diameter: 30 cm
- lebnr buffle : 2,5 cm
- j uni I ah buflle : 3 bh.- tinggi : 30 cm
b) Agitator dengan impeler:
- bentuk rturbin berdaunempat miring
- kebutuhan daya:O,O39hP
- lebar impeler : 2 cm
- bahan : SS316
10- panjang impclercm
- kecepalan kritis : 450rpm
2. Tangki pengenap:
- bentuk : silindertegak- dasar : kerucut-volume :41.710ml- diameter silinder: 56cm
- tinggi silinder : 15 cm
- diameter kerucut: 46 cm
- tinggi kerucut: 12,3 cm- diameter bukaan: 2,5 cm- sudut kerucut :30°
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan selesainya perancangan ini kamimengucapkan terima kasih kepada Sdr.SugengWaluyo dan Sdr.Suwaris yang telah tnembantudalam menginstalasi model alat skalalaboratorium ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. BUSH, KLAUS, SOEPRAPTO, DJAWADI,"Investigation of the Uranium Mineralizationin the Rirang Valey", West Kalimantan,Indonesia, (1986).
2. AFFANDI,K., "Penentuan Sifat-Sifat BijihRirang dan Pengolahan Pendahuluannya",Laporan Hasil Penelitian, PPBGN-BATAN,(1991/1992).
3. Calow R.J, "The Industrial Chemistry ofLanthanon, Ytrium, and Uranium", PerganonPress, (1966), hal 63.
4. SARJONO, ERNIRA, DAN ZAHARDI,"Pelindian Bijih Uranium Asal Rirang(lanjutan)", Laporan Hasil Penelitian PPBGN-BATAN, (1992/1993).
5. MC.CABE, SMITH, "Unit Operation ofChemical Engineering", Fourth Edition,McGraw-Hill Book Inc., New York, (1985).
6. JAMIL.M., MIRZA,J.,"Thickening Test OnIssa Khail Ore", Ore Prosessing Division,Atomic Energy Minerals Centre, Lahore.
7. WASISTO,D.,"Perancangan Alat PemisahanFase Padat Cair Secara Kontinyu", LaporanHasil Penelitian, PPBGN BATAN, (1992/1993).
359
Prosijing Prsentasi Ilmiah Dcmr Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
TANYA JAWAB
l.MantoWidodo:
• Bila rancangan sistem (alat quenching) sccaralaboratoris telah dapat digunakan denganhasil optimal, maka bila pckcrjaanpenambangan (di Rirang) dilakukan, apakahperalatan dalam skala bcsar akan dibuatdengan memperbesar sccara proporsional?Bila demikian apakali tidak mungkin terjadipenyimpangan ?
Amir:
• Untuk peralatan yang lebih besar harusdihituiig kembali sesuai dengan rumus-rumusyang telah digunakan dan setelah dilakukanuji coba, karena pada waktu uji coba{performance test) kemungkinan akan terjadipcnibahan/modifikasi dari alat tersebut.Apabila sudah optimal dan diterapkan padaskala bcsar kemungkinan juga masih terjadipenyimpangan, tapi hanya kecilpenyimpangannya (apabila ada penyimpang-an). Model alat tetap scperti yang dirancang.
360
ISSN 1410-1998 Prositling Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
PENGKAJIAN BAHAN BAKAR REAKTOR TEMPERATUR TINGGI(KARAKTERISTIK BAHAN BAKAR HTTR)
Erlan Devvita , Veronica Tuka , GunandjarPusal Pengkajian Teknologi Nuklir ID0100092
ABSTRAK
PENGKAJIAN BAHAN BAKAR REAKTOR TEMPERATUR TINGGI (KARAKTERISTIK BAHAN BAKARHTTR). Reaktor Temperatur Tinggi adalah suatu jenis reaktor untuk mendapatkan suhu pendingin (gas He) yangtinggi ( 950°C). Salah satu kemungkinan aplikasi HTTR adalah kogenerasi untuk menghasilkan uap suhu tinggi dantenaga listrik, yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi untuk industri dimasa datang. Mengingattemperatur operasi HTTR yang cukup tinggi, dibutuhkan bahan bakar yang stabil baik secara mekanik, kimia danfisika terhadap suhu yang tinggi, scrta stabil terhadap pengaruh fragmen-fraginen hasil fisi dan netron selama iradiasi.Pengkajian karakteristik bahan bakar HTTR ini didasarkan pada data eksperimen untuk mendapatkan informasikelayakan operasi HTTR. Hasil pcngkajian inenunjukkan bahwa pelepasan gas hasil fisi pada derajat bakar 3,6 %FIMA yang sama dengan derajat bakar niaksimum HTTR adalah lebih kecil dari pada pelepasan maksimum yangdiestimasikan dalam disain HTTR (SxlO"1), dimana R/B untuk bahan bakar yang difabrikasi sesuai dengan metodefabrikasi blok bahan bakar bentuk prisma adalah rendah (antara 10'* dan 10'8).
ABSTRACT
THE ASSESSMENT OF HIGH TEMPERATURE REACTOR FUEL (CHARACTERISTICS OF HTTR FUEL).HTTR is one of the reactor type with Helium coolant and outlet coolant temperature of 950"C. One possibility ofHTTR application is the coogeneralion of steam in high temperature and electric power for supply energy toindustry in the future. Considering to the high operating temperature of HTTR, therefore it is needed the reactor fuelwhich have good mechanical, chemical and physical stability to the high temperature, and stable to the influence offission fragment and neutron during irradiation. This assessment of the HTTR fuel characteristics based on theexperiment data to find information of HTTR operation feasibility. Result of the assessment indicated that fissiongas release at burn-up of 3.6% FIMA which was the same as the maximum burn up in the HTTR design was fairlylower than the maximum release estimated in the design (5x10'4), which is R/B from the fuel fabricated by theprismatic block fuel method would be low (between 10"9 and I0'8).
PENDAHULUAN
Reaktor Temperalur tinggi (RTT) atauHTGR (High Temperature Gas-Cooled Reactor)adalah suatu jenis reaktor tmluk inendapatkansuhu pendingin (gas He) yang tinggi (95O°C).Selain itu, RTT dikembangkan untuk meng-hasilkan listrik dan untuk niembuat bahan bakar(fisil) baru U-233 dari bahan fertil Th-232.
Dengan kcmampuan RTT menghasilkanpanas suhu tinggi, niaka sangatlah tnungkinreaktor ini menghasilkan uap air dan tenagalistrik. Uap air pada suhii sainpai 530°C dan 17MPa dapat digiinakan untuk inememihi kebutulianenergi untuk industri, seperti misalnya dalamindustri kimia atau gasifikasi lurgi batubara.Selain ilu panas yang dihasilkan juga dapaldigunakan untuk proses pembuatan SubstituteNatural Gas (SNG, 36 MJ/m3) atau gas sintesis(CO, H2, 9-11 MJ/m3) dari lignite atau batubarakeras pada suhu diantara 700 - 900°C. Reaklortemperatur tinggi ini diharapkan menjadi reaktoryang paling menjanjikan untuk menghasilkan
energi panas sampai 95O°C tanpa mengeluarkangas CO2 yang dapat mengakibatkan efek rumahkaca, maupun gas-gas lain seperti sulfur oksidadan gas nitrogen oksida yang dapatmengakibatkan efek hujan asam. Oleh karena ituRTT merupakan salah satu alternatif untukmemenuhi kebutuhan energi nasional melaluideversifikasi energi yang bersih, serta dapatmenunjang penghematan ( konservasi ) energikonvensional.
Disisi lain, mengingat temperatur operasiRTT yang cukup tinggi, maka dibutuhkan bahanbakar yang stabil baik secara mekanik, kimia danfisika terhadap suhu yang tinggi, serta stabilterhadap penganih fragmen-fragmen hasil fisi dannetron selama iradiasi. Untuk memahami sifat-sifat dan unjuk kerja bahan bakar selama iradiasi,maka perl a dilakukan pcngkajian karakteristikdari bahan bakar RTT.
Sebagai bahan bakar RTT digunakan bahanbakar bentuk partikel berlapis ( coated particle )dengan diameter 500 - 600 \im yang berisi kernel
361
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
bahan bakar U02 atati bahan dapal biak (ThO2
atau TI1C2) yang terdispersi dalam matriks grafit.Dalam 1 kernel berisi U02 + ThO2 atau dalainpartikel berlapis berisi kernel U02 dan kernelThQ2. Penambahan kernel bahan dapat biak dariThorium dimaksudkan untuk liijuan pembuatanbahan bakar dapat belah bam yaitu U-233.Selanjutnya bahan dapat belah U-233 yang dihasil-kan dari pembiakan Th-232 dapat didaur ulangsehingga dapat menghemat kebutuhan bahanbakar dapat belah U-235.
Ada 2 jenis rakitan eleinen bakar RTT yaitujenis rakitan elemen bakar berbentuk prismaheksagonal dan jenis rakitan eleinen bakarberbentuk bola. Masing-masing rakitan elemenbakar tersebut berisi bahan bakar partikelberlapis. Sedang jenis Iapisan partikel berlapis ada2 jenis pula, yaitu pelapisan jenis BISO danpelapisan jenis TRISO. Partikel-partikel berlapisberisi kernel UO2 berpengkayaan rendah danterlapis jenis TRISO terdiri dari 4 lapisan, mulaidari lapisan yang paling dalam yaitu lapisanpyrolitic carbon (PyC) densilas rendah, lapisanpyrolitic carbon densitas tinggi (IPyC), lapisansilicon carbide (SiC) dan terluar adalah lapisanpyrolitic carbon densitas tinggi (OPyC). Partikelberlapis bersama dengan serbuk grafit dan bahanpengikat resin dibentuk menjadi kompak{compact) bahan bakar berbentuk annular, yangmana satu kompak mengandung sekitar 13500partikel. Sejumlah 14 kompak bahan bakardimasukkan dalam kelongsong grafit membentuksebuah batang bahan bakar. Batang bahan bakartersebut kemudian dirakit dengan memasuk-kannya dalam lubang-lubang pada blok grafitberbentuk prisma heksagonal. Celah-celahdiantara batang-batang bahan bakar dan lubang-lubang pada blok grafit dirancang untukmengalirkan pendingin gas Helium dari atas kebawah.
Untnk tahap avval da lam makalah ini akandipelajari dan dikaji karakteristik bahan bakarReaktor Uji Temperatur Tinggi atau HTTR {HighTemperature Engineering Test Reactor) yangsedang dibangnn di Oarai, Jcpang. Reaktor UjiTemperatur Tinggi (HTTR) tersebut menipakanreaktor uji dengan daya termal 30 MW yangberpendingin Helium dan bermoderator grafityang dapat menghasilkan sului pendingin keluar950°C. Reaktor ini dirancang untuk menetapkandan memperbaiki teknologi dåsar dari HTGRmaju dan untuk melakukan berbagai uji iradiasiserta penelitian dåsar pada temperatur tinggi yanginovatif.
KARAKTERISTIK PEMBUATAN BAHANBAKAR HTTR
Bahan bakar HTTR jenis pin-in-block yaitubatang eleinen bakar yang tersusun dalam blokprisma dari grafit, yang susunannya ditunjukkandalam Gambar 1 dan karakteristik utamanyaditunjukkan dalam Tabel 1. Kompak bahan bakarberisi sekitar 13500 partikel bahan bakar berlapisyang terdispersi secara homogen, dan kemudiandibentuk nienjadi sebuah bentuk annular extended(berbentuk lingkaran serupa cincin yangmemanjang). Fraksi partikel bahan bakar berlapisdidalam kompak bahan bakar adalah 30 vol%.Setiap batang bahan bakar terdiri dari 14 kompakbahan bakar didalam sleeve (kelongsong/ tabung)grafit, yang kemudian dimasukkan kedalamlubang (saluran pendingin) pada blok grafit yangberbentuk heksagonal.
Untuk inemahami karakteristik dari bahanbakar, maka perlu untuk mempelajari prosesfabrikasinya berhubung faktor-faktor dalamfabrikasi sangat mempengaruhi unjuk kerjairadiasi dari suatu bahan bakar. Gambar 2menunjukkan diagram alir dari proses fabrikasibahan bakar HTTR yang meliputi : preparasikernel, proses pelapisan, fabrikasi kompak bahanbakar, pembuatan elemen grafit dan perakitan.
PREPARASI KERNEL
Proses blending pengkayaan uranium
Tiga jenis uranium pengkayaan rendah (3.4,4.8, 9.9 wl% ) digunakan sebagai bahan dasar.Bahan awal pada proses berikut adalah serbukU3O8. Tiga jenis uranium diperkaya ini dicampursecara akurat untuk membuat 12 formula dariuranium diperkaya dari 3,4 sampai 9,9 wt %. Tigajenis dari uranium diperkaya ini dipakai secaraterpisah agar tidak tercampur dengan yanglainnya di dalam proses.
Proses produksi kernel
Proses produksi kernel UO2 terdiri dari 2garis produksi yang mempunyai skala dan disainyang hampir sama. Proses produksi ditunjukkanpada Gambar 3. Bahan bakar berupa serbuk U3Og,dilarutkan dalam asam nitrat untuk membentuklarutan uranil nitrat, UO2(NO3)2. Larutan inikemudian dicampur dengan bahan additive.
Butiran berbentuk bola-bola kecil dari fluidalarutan uranil nitrat dikeluarkan dari pipa-pipayang bergelar. Butiran {droplet) dipadatkansewaktu dijatuhkan dalam gas NH3. Proses ini
362
Providing Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BA TAN. Jakarta IS-19Maret 1996
dikenal dengan proses pengendapan{precipitation) gel. Buliran-butiran yang telahmenjadi padat ini disimpan lama dalam lamtanammonia untuk membentuk partikel-partikelammonium diuranat (ADU) yang telah menjadigel berbentuk bola, dicuci dalam air dan alkohol,dikeringkan, selanjutnya partikel ADU dikalsinasiuntuk membentuk UO3. Kemudian partikel-partikel ini direduksi dan disinter untukmenghasiikan kernel bahan bakar UO2. Diameterdari kernel bahan bakar UO2 tergantung padaukuran dari butiran {droplet). Ukuran butirandikontrol dengan laju aliran dari lamtan uranilnitrat dan frekuensi dari pipa yang bergetar.Diameter nominal dari kernel bahan bakar UO2adalah 600 p.m.
Proses pelapisan {coating process)
Pelapisan yang telah diterapkan pada kerneladalah menggunakan 2 alat fluidized cooler.Proses pelapisan dari partikel-partikel bahanbakar berlapis jenis TRISO ditunjukkan padaGambar 4. Lapisan-lapisan ini terdeposit padakernel didalam proses CVD {Chemical VaporDeposition). Lapisan pyrolitic carbon (PyC)dengan massa jenis rendah (lapisan PyC buffer),lapisan PyC dengan massa jenis tinggi dan lapisanSiC dihasilkan bertumt-turut dari proses pelapisandengan penambahan C;H2, C3H6, dan CH3SiCl3.
Proses pemadatan {compacting process)
Kompak bahan bakar diproduksi melaluiproses pemadatan seperti yang ditunjukkan padaGambar 5. Proses produksi ini hanyamenggunakan satu jalur garis proses. Partikel-partikel berlapis ini dilapisi dengan serbukphenol-resinated graphite dengan menggunakanmesin pelapis {overcoating machine). Partikel-partikel ini secara otomatis ditimbang untukmenentukan kandungan uranium, fraksi packing(fraksi komponen penyusun) dan massa jenisnya.Partikel-partikel yang telah ditimbang secaraakurat ini secara otomatis dimasukkan kedalainsuatu alat (dies) dan dibentuk menjadi kompakhijau (mentah) berbentuk annular denganmenggunakan proses pengepresan hangat (warmpress). Kemudian setiap kompak hijaudipindahkan dari penckanan (press) dan ditandaidengan penandaan yang tennasuk pengkayaanuranium dan nomor seri. Selanjutnya kompak inidikarbonisasi dengan perlakuan panas pada suhu800°C dan diikuti dengan degassing pada sului1800°C.
Proses perakitan batang bahan bakar
Sejumlah 14 kompak bahan bakar disusundalam stack unluk memenuhi kebutuhan disainpanjang dan kandungan uraniumnya. Setiap stackdiwadahi dalam tabung grafit IG-110 yangkemudian disebut sebagai sleeve (kelongsong/tabung). Tube (tabung) mempunyai platpenyangga terbuat dari grafit dikedua bagianujungnya dan dipasang sekrup. Kelongsong grafityang telah berisi 14 kompak bahan bakar tersebutditutup dengan tube grafit membentuk rakitan(assembling) batang bahan bakar. Setiap sleevemempunyai 3 pengatur jarak melingkarmembentuk kanal-kanal (untuk aliran pendingingas helium) dalam lubang-lubang blok grafit yangberbentuk heksagonal.
PENGUJIAN DENGAN IRADIASI
Bahan bakar dengan spesifikasi seperti yangditunjukkan pada Tabel 1, diiradiasi dengankondisi iradiasi seperti yang ditunjukkan padaTabel 2 yaitu dengan kondisi operasi reaktornormal. Meskipun temperatur bahan bakarmaksimum relatif tinggi (sekitar 1300°C)dibanding dengan bahan bakar HTGR yang lain,seperti : Modular HTGR (MHTGR) di AmerikaSerikat dan Modul di Jerman, tetapi derajat bakar(burn-up) bahan bakar maksimum relatif lebihrendah, karena itu terlihat bahwa integritas bahanbakar dibawah kondisi operasi HTTR dapat dijagaselama "vvaktu hidup" bahan bakar.
Sifat-sifat bahan bakar di bawah kondisi operasinormal
Unjuk kerja bahan bakar yang telahdifabrikasi dengan spesifikasi dari disain HTTRdiuji dalam berbagai eksperimen iradiasi denganmenggunakan fasilitas iradiasi OGL-1. gas-sweptcapsule dan closed capsule yang tersedia diReaktor Uji JMTR (Jepang). Ada 2 gejala pentingdari bahan bakar yang menyebabkan rusaknyalapisan akibat iradiasi dan mengakibatkanterjadinya pembebasan produk fisi(3) , yaituMigrasi kernel dalam partikel berlapis Interaksiproduk fisi Pd dengan lapisan SiC Migrasi kernellersebut dikenal sebagai "efek amoeba", dapatterjadi bila partikel-partikel berlapis diiradiasidibawah perubahan temperatur dan dalam kondisiyang ekstrim dapat menyebabkan kerusakanlapisan-lapisan partikel selama iradiasi. Hal inidisebabkan oleh sebuah transfer massa carbon darisisi dingin ke si si panas dalam partikel-partikelberlapis.
Eksperhnen-eksperimen untuk menjelaskan"efek amoeba" dilaksanakan dengan iradiasikapsu! pada perubahan temperatur adalah sekitar
363
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
150°C, dikenakan pada partikel-partikel berlapisyang diwadahi dalam grafit. Migrasi kernel dalampartikel-partikel bahan bakar berlapis diukurdengan x-ray radiografi dalam Uji Pasca Iradiasi(PIE). Gambar 6 menunjukkan hubungan antaralaju migrasi kernel (Kernel Migration Rate/KMR) dan temperatur iradiasi yang diperlihatkanbersama dengan nilai maksimum yang diambildari disain HTTR. Perbandingan dari nilai disaindan nilai eksperimen menampakkan bahwakerusakan dari partikel-partikel bahan bakarberlapis yang disebabkan oleh "efek amoeba" tidaklerjadi selarna waktu hidup bahan bakar (sekitar600 hari), karena dari Gambar 6 diperkirakanjangkau maksimum dari migrasi kernel lebihkecil dari 55 m selarna waktu hidup bahan bakar,yang mana lebih kecil dari pada ketebalan lapisanbuffer (penyangga).
Interaksi antara Pd dan lapisan SiC dititikberatkan untuk bahan bakar dengan uraniumberpengkayaan rendah (LEU), karena pada derajatbakar yang sama, hasil fisi Pd meningkat denganmenurunnya pengkayaan U-23S. Meskipun Pdtelah membentuk lapisan endapan dengan hasilfisi yang bersifat metal lainnya dalam UO2, Pddapat bebas dengan mudah dari kernel karenadaya lamt yang sangat kecil dalam matriks UO2,tekanan uap yang tinggi, dan terdifusi melaluilapisan PyC bagian dalam dan lapisan buffer. Pdyang terakumulasi pada permukaan bagian dalamdari lapisan SiC berinteraksi dengan SiCmembentuk senyawa intermetalik seperti Pd2Si,oleh sebab itu interaksi ini hams dibatasibcrhubung interaksi Pd/ SiC dan difusi Pd melaluilapisan PyC bagian dalam dan lapisan buffer agakcepat dibandingkan dengan pembebasan darikernel. Interaksi Pd/ SiC dalam bahan bakarreferensi HTTR sudah diteliti secara intensifdalam Uji Pasca Iradiasi (PIE). Gambar 7menunjukkan contoh tipe reaksi Pd/ SiC dalambahan bakar partikel berlapis teriradiasi yangdiamati dengan ceramograf dan x-ray Pd-Ladengan Electron Prove Micro Analyzer (EPMA).Tampilan perembes-an senyawa intermetalikPd2Si kedalam lapisan SiC dapat diketahui.Reaksi ini merusak lapisan SiC yang menuju padakehilangan kemampuan untuk menyimpan hasil-hasil fisi.
Gambar 8 memperlihatkan kedalamanperem-besan terhadap jumlali Pd yang dibebaskandari kernel dan dihitung sebagai fungsi koefisiendifusi dari Pd dalam kernel UO2, temperaturiradiasi, waktu, derajat bakar {burn-up) danscbagainya. Telah didapatkan hubungan antarakedalaman percmbcsan maksimum dan jumlah Pdyang dibebaskan yang dinyatakan dalam cubic
root low. Kedalaman perembesan maksimum daribahan bakar HTTR selarna waktu hidup bahanbakar dapat dicstimasi berdasar hubungantersebut. Hasil perhitungan menunjukkan bahwakedalaman perembesan selarna waktu hidup bahanbakar adalah sekitar 11 ji m dimana lebih kecildari setengah ketebalan lapisan SiC (25 \i m), halini membuktikan integritas partikel bahan bakarberlapis cukup baik.
Pelepasan Produk Fisi
Pelepasan gas fisi in-situ dari bahan bakarsangat berhubungan dengan unjuk kerja iradiasibahan bakar yang diukur dengan menggunakanfasilitas iradiasi OGL-1 dan gas-swept capsule.Fasilitas iradiasi OGL-1 adalah in pile gas loopyang dipasang di JMTR, dimana blok bahan bakaryang mengandung 1 atau 3 batang bahan bakardapat diiradiasi pada aliran gas dengantemperatur dan tekanan tinggi (sekitar 4 Pa).Pelepasan sebagian dari gas-gas hasil fisi yangberumur pendek (R/B, laju pembebasan/ lajupembentukan) dari blok bahan bakar ditentukandengan mengukur konsentrasi gas hasil fisi dalamloop primer dari fasilitas OGL-1. Posisi fasilitasOGL-1 terletak pada daerah reflektor dari terasJMTR mempunyai fluks netron relalif rendah,sehingga sulit untuk mencapai derajat bakar yangtinggi dalam eksperimen pada fasilitas OGL-1.Untuk mengatasi kekurangan ini digunakanfasilitas gas-swept capsule yang dimasukkankedalam daerah bahan bakar pada teras JMTR.Pengaruh derajat bakar yang relatif tinggi dannetron cepat terhadap pembebasan gas hasil fisidapat diukur menggunakan fasilitas tersebut.Hasil R/B dari 88Kr pada kompak bahan bakarHTR yang diukur dengan menggunakan fasilitasOGL-1 dan gas-swept capsule diperlihatkan padaGambar 9. R/ B dari 88Kr pada elemen-elemenbahan bakar OGL-1 pada umumnya menurunpada tingkat yang relatif konstan yaitu 10"6, tetapiR/ B dari S8Kr pada gas-swept capsule bervariasidari 10"8 sampai dengan 10"6 dengan mening-katnya derajat bakar. Variasi R/ B terjadi karenaperubahan temperatur bahan bakar dan mening-katnya kerusakan lapisan. Perbedaan tingkat R/Bdalam eksperimen pada fasilitas OGL-1 dan gas-swept capsule pada dasarnya karena perbedaanfraksi partikel-partikel berlapis yang rusaktermasuk dalam kompak bahan bakar. Hasileksperimen dengan menggunakan gas-sweptcapsule menunjukkan bahwa pembebasan padaderajat bakar 3,6 % FIMA (Fission per InitialMetal Atom) yang sama dengan derajat bakarmaksimum HTTR adalah lebih rendah daripelepasan maksimum yang diestimasikan dalamdisain HTTR (5 x 10'4), dimana R/B dari bahan
364
Providing Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
bakar yang difabrikasi dengan melode sepertiyang disebulkan sebclumnya adalah rendah(antara 10"9 dan 10"8).
SIMPULAN
1. Karakteristik bahan bakar HTTR (Jepang)adalah :- Partikel berlapis dengan diameter 600 \L m.- Berisi kernel bahan bakar U02 pengkayaan
rendah atau bahan fertil (ThO2 atau ThC2)yang terdispersi dalam malriks grafit.
- Berlapis jenis TRISO.- Kompak bahan bakar berbentuk annularyang masing-inasing berisi 13500 partikel.
- Kelongsong grafit IG- 110.2. Interaksi Pd dengan lapisan SiC membenliik
senyawa Pd2Si dimana reaksi ini merusaklapisan SiC yang memiju pada kehilangankemampuan untuk menyimpan hasil-hasil fisi.
3. Pengiijian iradiasi dalam leras JMTRmenunjukkan bahwa :
- Pembebasan gas hasil fisi (R/B, Kr-88) padafasilitas OGL-1 menurun pada tingkat yangrelatifkonstanyaitu 10'6.
- Pembebasan gas hasil fisi (R/B, Kr-88) padafasilitas Gas Swept Capsule memimnbervariasi dari 10"* sampai dengan I0'6
dengan meningkatnya dcrajat bakar.4. Hasil eksperimen dengan menggunakan gas-
swept capsule tnenimjukkan bahwa pelepasanpada derajat bakar 3,6 % FIMA yang samadengan derajat bakar HTTR adalah lebihrendah dari pada pelcpasan niaksimum yangdiestimasikan dalam disain HTTR (5 x 10'"),dimana R/B dari bahan bakar yang di fabrikasidengan metode yang disebutkan sebelumnyaadalah rendah (sekitar 10"9 dan 10s) sehinggaterlihat integritas bahan bakar dapat dijagaselama waktu hidup bahan bakar.
PUSTAKA
1. BENNET, D.J. &. THOMSON, J.R, "Theelements of Nuclear Power". Third Edition,1981.
2. JOHN.R. LAMARSH, "Introduction toNuclear Engineering", 2 nd Edition, 1983.
3. FUKUDA, K., et.al, "Research andDevelopment of HTTR Coated Particle Fuel",JAERI,1990.
4. FUKUDA, K., "Fuel Fabrication andInspection Method for HTGR", 1990.
5. BENEDICT, M.," Nuclear ChemicalEngineering", Me. Gnnv-Hill Book Company,1981.
6. SUZUKI, N., et.al, "Present Satus of HTTRFuel Fabrication Facility", Nuclear FuelIndustries Ltd, JAPAN.
7. GLASSTONE, S., & SASONSKE, A.,"Nuclear Reactor Engineering", ThirdEdition, 1981.
8. Status of and Prospects for Gas-CooledReactors, Technical Reports Series No.235,International Atomic Energy Agency, Vienna,1984.
TANYA JAWAB
1. B.G.Susanto :• Kenapa yang dikaji hanya dari satu penulis
(makalah Jepang) sedangkan asal usul elemenbakar RTT adalah dari USA dan Jerman, dankesimpulannya sangat terbatas, bersifat makro
• Apa input dari kesimpulan yang anda buatuntuk RTT di Indonesia ? karena menyangkutmasalah pemilihan teknologi.
Erlan :• Sebenarnya pengkajian tentang bahan bakar
HTTR Jepang ini sudah merupakan pilihandari reaktor-reaktor lain seperti HTR Jermandan USA. Karena disamping data tentangHTR Jepang yang kami punya cukup banyak,juga dipandang dari bahan pengoperasianMHTGR Jerman punya kesulitan dalam halbatang kendalinya.
• Kesimpulan yang kami peroleh daripengkajian bahan bakar RTT, kamicenderung mengarah pada HTTR Jepang.
2. Amil Mardha:• Pada pengkajian ini apakah anda sudah
inembuat/inenganalisis karakteristik elemenbakar untuk model HTTR jenis lain atau darinegara lain.
• Pada analisis pengkajian anda, apakah andamenganalisis keadaan elemen bakar padakondisi parali/pelelehan ? Mohon penjelasan.
Erlan :• Karcna studi inimempakan studi awal tentang
bahan bakar RTT sehingga studi tentangkarakteristik eleinen bakar untuk model RTTjenis lain belum kami lakukan.
• Pengkajian bahan bakar pada kondisipelclehan (kecelakaan) belum dilakukan.
3. Nusin S. :• Berapa tekanan gas pendingin Helium pada
saat reaktor HTTR beroperasi.
365
Presiding Prg.ientasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Kfaret 1996
• Berapa umur satu bundel bahan bakar didalam reaktor.
• Dari mana sumber Pd, apakah dari komponenbahan bakar atau dari produksi fisi ?
Erlan:• Tekanan gas Helium adalah 4 MPa.• umur salu bundel balian bakar di dalam
reaktor pada burn-up 3-10 % FIMA adalahsekitar 4 s.d. 6 tahun.
• Pd dihasilkan sebagai produk fisi.
4. Sri Wahyuni:• Tujuan pengkajian ini iafah untuk mencari
bahan bakar HTTR yang baik, yaitu yangtidak meng-hasilkan gas SON dan COx. Tapidari pembahasan dan kesimpulan saya tidakmelihat adanya pernyataan tersebut.
• Dari kesimpulan no(2] dinyatakan bahwaintcrkasi Pd dengan lapisan SiC membentukcampuran Pd2Si yang merusak lapisanSiC....dst. Pertanyaan saya: hasil fisi apa sajayang dilepas oleh bahan bakar tersebut danpada pengujian bahan bakar ini sampaiberapa temperaturnya (temperatur maksi-muin) ?
Erlan :• Kaiimat yang menyebutkan bahwa bahan
bakar HTTR tidak menghasilkan gas SOx danNOx terkandung dalam bab pendahuluanpada makalah tersebut.
• Temperatur maksinunn bahan bakar dalampengkajian ini adalah 1300 oC dan hasil fisiyang keluar adalah Kr-88 dan Cs-137, hanyastudi tentang pelepasanCs-137 tidak kamisertakan
366
Presiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirFEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Tabel 1. Spesifikasi bahan bakar HTTR (Jepang)
Kernel
LjpiunUpiun 1
Upiun2
U|«an3
Lj|>iun4
PaitikcJ bertopii
Kompak bahan bakar
Baung bahan bakar
Blok Bahm Dakar
UihanDiameter
DahanKclebalannahanKdcbtbmBah»Kcicbabnt3ih<nKcicbaltn
Diameter
KlndungwUJumlah patiikel(PaiUkd/kompik)Diameter luwDiameter dabmPanjang
Jumlah kompithahanhalurI'anjingDianKtcr
»alunJirak flat-Oati'anjang
UO,COOfim
TyC dcnsilas rendah60 «mI*yC demitas dnggi30«mSiC25 /<mPyC deitsiuts tinggj45 pm
920 ^jn
IJ.Sg13.500
26 ^m10 ion39 mm
M577 mm34 mm
IG-1103S0mm380 mm
1'alKl 2. Kondtsi iiailusitlon liahan Dakar HI IK
Temperatur BalunBakar C)
Bum-up • Fast neutron(%FIMA) lluence(E>-29fl)
Mn.Ave.
1.325!.250
3,62,5 7,3 x 10" rt
fuel ktrntlKijh d»nitly PyC
Oiotl pi.
Cnpfclli' U . . . .
Fuel compact
Gambar 1. Koiifigurasi bahan bakar HTTR'
367
URANIL NITRAT
PENGENDAPAN GEL
PARTIKEL GEL
PEMANASAN
Prostding Presenla.il Ilmiah DaurBahan Bakar NnklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
"ADDITIVES"
KERNEL U0 2
TPELAPISAN
PARTIKEL BERLAPIS
Lapisan bufferLapisan PyCbag. datainLapisan SiCbag. luar
" OVER COATtNG
PENGEPRESAN
PEMANASANN
KOMRAKBAHAN BAKAR
SERBUKGRAFiT
Gambar 2. Diagram alir dari proses fabrikasi balian bakar HTR
Presiding Presentasi Umiah Dour Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN.Jakarta)8-19Maretl996
URANILNITRAT UO2(NO3)2
1PENCAMPURAN
4"DROPPING"
i"AGING"
IPENCUCIAN
" ADDITIVES"
f
1PENGERINGAN
iBUTIRAN "ADU"
1KALSINASI
1BUTIRAN UO3
IPENYINTERAN
1KERNEL UO2
Gambar 3. Proses Produksi Kernel UO2
369
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-l9Maret 1996
Kernel UO2 Bentuk Bola
Lapisan Pertama(Pirokarbon Densitas Rendah)
C2H2 + Ar
1Lapisan Kedua
(Pirokarbon Densitas Tinggi)
ILapisan Ketiga
(Silikon Karbida)
ILapisan Keempat
(Pirokarbon Densitas Tinggi)
ce3si<
c...
• 1Lapisan Bahan Bakar Berlapis Jenis TRISO
Ar
Gatnbar 4. Proses Pelapisan Kernel UO2
370
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar hJuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-lPMaret 1996
PartikelTjahan bakar berlapisjcjiis TRISO
IPelapisan
1"Hot pressing"
Serbuk
L•
"Binder"
Peneampuran
1"Preheating N2, 800nC
1Pemanasan (Temperatur Tlnggi)
1Kompak bahan bakar
Vacuum, 1800°C
Gambar 5. Proses produksi kompak bahan bakar(6)
Temperature (*C)
. .1900 IBOO t700 1600 1500 MOO 1300 1200 110010 (—! ( 1 , , , ., f |
I
c l 0 "o
'+>usu•00
I n-
10'
• Sampts : i% eU-JL-I I I I ,1-1 . t - * ,f ' r
<-5 5 0 S.5 6.0 8.5 ?.O
iO'/T <K-')
Data yang ditampilkan dengan simbo! yang berbeda diperoleh däri eksperimen iradiasiGambar 6. Laju Migrasi Kernel (KMR) vs Temperatur Iradiasi
371
Providing Presentasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta IS-19Maret 1996
White precipitates netr inner surface of the SiC layer is composed of P<l na detected by EPMA (right).
Gatnbar 7. Conloh tipe reaksi Pd/SiC dalam bahan bakar partikel berlapis teriradiasi yang diamati denganceramograf dan X-ray Pd-L dengan Electron Prove Micro Analyzer (EPMA). 3
3 to
181 •t
SiC
*
^*-"*
/
A tH. I t . . .1
, ] .
o
-J—L
- -
_i—i—u__
0 0.5 1.0 1.5 }.O
Calculated Mount of Pd relcnsed from ktrntHW1 5 «to»)
Gambar 8. Hubungan antara kedalainan reaksi Pd-SiCdengan jumlah Pd yang dibebaskan. 3
t- 10-'
« 10-'
Fuel block (OGL-!)(T„ „ = I350±50'C)
Fuel compact (Gns-swept cjipM(T = 1<OO±5O'C)
I 3 3
Burnup {% FIMA)
Gambar 9. Kctergantungan derajat bakar daripembebasan frasional Kr-88. 3
372
ISSN 1410-1998 Prosiding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-]9Maret 1996
DAFTAR PENULIS DAN INSTANSI SERTA INDEX-NYA
NAMA
AA.SoejoediAchmad Sorot SudiroAgus S.Aldan DjalilAlim TariganAmir EfFendiAnang MarzukiArlinah KusnowoAs Natio LasmanAsmedi Suripto
BBambang SoetopoBomanBusron Masduki
DDeddy Lutfi AminDjarot S. WisnubrotoDjoko Wasisto
£Eddy SulistyonoEdo WalmanElman P.Endiah Pudji HastutiEric JohneriErlan DewitaErni R.A.
F [
Faizal Riza
e iGunandjarGuswita A. i
H . IH. Suwardi IH.Nasution jHafni Lisa Nuri iHarini Sosiati i
!. iNswjsi . j . mm
! PRSG-BATAN1 PPBGN-BATANj PPBGN-BATAN1 PPBGN-BATAN! PRSG-BATAN1 PPBGN-BATANI PPBGN-BATANi PRSG-BATAN: PRSG-BATAN
PEBN-BATAN
PPBGN-BATANPPBGN-BATANPPNY-BATAN
PEBN-BATANPTPLR-BATANPPBGN-BATAN
PEBN-BATAN
I 2391 22i 59! 511 239I 354i 68! 226
2571 97, 122
! 77i 77
308
105313340
274PTPLR-BATAN | 288PPSM-BATANPRSG-BATANPEBN-BATANPPkTN-BATANPPBGN-BATAN
PPBGN-BATAN
PPkTN-BATANPPBGN-BATAN
PPBGN-BATAN 1PEBN-BATAN j
PPBGN-BATANPEBN-BATAN !
138266
158, 166361
29, 347
34
122, 36129
84105
34, 354145
373
ISSN 1410-1998 Prosiding Preserttasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
iiilÄÄiiiliiiiiiiiiiiiiÄiiliiiiiiiiJHendri Firman WindartoHilman Ramli
IIman KuntoroIndro Yuwono
JJ.B, Hersubeno
KKurnia Puranta
MM. Husna Al HasaM. Iyos R. SubkiM.NurdinMainar SjahminanManto WidodoMarsodiMartoyoMarwotoMasrukanMuchlis BadmzzamanMuh. Darwis Isnaini
PPaiminPetais ZachariasPriyo SulartoPudji SusantiPuji SantosoPurwadi Kasino Putro
RR.A.SuryanaR.S. LasijoRahmat IswantoRamadanusRR Ratih LangenatiRusmadi
sSaiful SujalmoSajiyoSapto PrayogaSardjono
iiiiiiiiiiiiii»i PPkTN-BATANi PRSG-BATAN
! PRSG-BATANi PEBN-BATAN
! PEBN-BATAN
i PRSG-BATAN
PEBN-BATANDep.PSTN-BATANPPBGN-BATANPPBGN-BATANPPBGN-BATAN
PPI-BATAN. PEBN-BATAN
PEBN-BATANPEBN-BATANPEBN-BATANPRSG-BATAN
PPBGN-BATANPEBN-BATAN
PPBGN-BATANPEBN-BATANPTPLR-BATAN ,PEBN-BATAN
PEBN-BATAN iPPI-BATAN
PPBGN-BATAN jPPBGN-BATAN .PEBN-BATAN \
PPBGN-BATAN j
PRSG-BATAN iPPBGN-BATAN !PRSG-BATAN jPEBN-BATAN j
liiiiliiilÉiÄi»!i 332
257
! 248300
184
266
131, 18413,321
4329, 340
6832197199138
158, 166248
5118451199288122
158, 166321685919951
23977
23997, 184
374
ISSN 1410-1998 Prosiding Presenlasi llmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
Setyo DarmonoSigitSiti AminiSlamet S.SoedardjoSoedyartomo SoentonoSubagyo E.S.SubardjoSudarmadiSudarmonoSudjimanSugeng PurnomoSugili PutraSugitoSugondoSuhadiSuhartadiSupardiSupardjoSuriptoSusilaningtyasSuwardiSuwardiyono
TTati HeryatiTri YuliantoTugijo
VVeronica Tuka
tf iWidjaksanaWintono 1
z 1Zainuddin HamidZainus Salimin iZuhair j
IlliiliiillillI PPBGN-BATANI PEBN-BATAN1 PEBN-BATANI PPBGN-BATAN! PPTKR-BATAN| Dep.PPIN-BATANI PPBGN-BATAN> PPBGN-BATANi PPBGN-BATAN
PRSG-BATAN! PPBGN-BATAN
PTPLR-BATANPPkTN-BATANPTPLR-BATANPEBN-BATANPRSG-BATAN
PPBGN-BATANPPNY-BATANPEBN-BATAN
PPBGN-BATANPPBGN-BATANPEBN-BATANPTPLR-BATAN
PPBGN-BATAN !PEBN-BATAN !
PPBGN-BATAN !
PPkTN-BATAN j
PEBN-BATAN IPTPLR-BATAN i
PPBGN-BATAN jPTPLR-BATAN IPRSG-BATAN I
iiiiPiiiiilliiiilj 43| 158, 166( 105,221! 43!- 89! 1
844368
23159
28812228810523968
308173, 266
7729, 347
281288
2219084
361
113,158, 166288
84288321
375
