PENGARUH VARIASI KONSENTRASI HIDROGEN TERHADAP DIFUSIVITAS TERMAL PADUAN UTh4Zr10Hx

Sari

ABSTRAK

PENGARUH VARIASI KONSENTRASI HIDROGEN TERHADAP DIFUSIVITAS TERMAL PADUAN _UTh4Zr10Hx. Konduktivitas termal merupakan salah satu karakter yang penting dalam proses pengembangan bahan bakar reaktor nuklir, baik untuk reaktor daya maupun penelitian. Difusivitas paduan hidrida logam dalam bentuk logam paduan U-Th-Zr-hidrida dengan komposisi atom U:Th:Zr:H = 1:1:4:9,5; 1:2:6:15,3; dan 1:4:10:x dengan nilai x sebesar 20, 24 dan 27 yang diukur dari suhu 298 hingga 750 K telah dilakukan dengan tujuan untuk mengembangkan bahan bakar reaktor nuklir. Konsentrasi hidrogen di dalam logam paduan U-Th-Zr dapat diatur dengan mengendalikan tekanan dan suhu dalam pembentukan paduan hidrida logam. Hasil pengamatan mikrostruktur menggunakan alat scanning electron micrograph menunjukkan bahwa sebelum proses hidriding paduan terdiri dari fasa Th dan UZr dan setelah proses hidriding terbentuk fasa ThZr2H_x dan ZrH_y, sementara logam U terdistribusi secara heterogen di antara batas butir fasa ThZr2H_x dan ZrH_y. Hasil pengukuran difusivitas termal paduan hidrida menunjukkan bahwa naiknya kandungan Th dan Zr akan menurunkan difusivitas paduan hidrida. Untuk paduan UTh4Zr10-hidrida, _UTh4Zr10H20 memiliki sifat difusivitas termal yang relatif stabil terhadap kenaikan suhu. Konduktivitas termal paduan U-Th-Zr-hidrida lebih baik dibanding UO2 yang biasa digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir, sementara paduan _UTh4Zr10H20 memiliki konduktivitas termal yang paling stabil.

KATA KUNCI: Bahan bakar nuklir, Hidrida logam, Difusivitas termal

ABSTRACT

THE EFFECTS OF VARYING HYDROGEN CONCENTRATION ON THERMAL DIFFUSIVITY OF _UTh4Zr10Hx ALLOY. Thermal conductivity is one among the important characteristics in the development of nuclear fuels, both for power and research reactors. Diffusivity of the metal-hydride alloys in the form of U-Th-Zr-hydride with the atomic ratio of U:Th:Zr:H = 1:1:4:9.5; 1:2:6:15.3; and 1:4:10:x with the x values equal to 20, 24, and 27 measured at temperature of 298 to 750 K has been studied in order to develop nuclear reactor fuels. Hydrogen concentration in the U-Th-Zr compounds could be arranged by controlling the temperature and pressure during the formation of metal-hydride alloys. Microstructure analyses using scanning electron micrograph showed that before hydriding process the alloys consisted of Th and UZr phases and after hydriding ThZr2H_x and ZrH_y phases were formed, while the U metal was distributed heterogeneously among the ThZr2H_x and ZrH_y phases. Thermal diffusivity measurement results showed that the increase of Th and Zr contents in the alloys will reduce the thermal diffusivity of the alloys. In the case of UTh4Zr10-hydrides, the thermal diffusivity properties of _UTh4Zr10H20 compound was relatively stable at elevated temperature. Thermal conductivity of the U-Th-Zr alloys showed better properties compared to that of UO2 pellets normally used in the nuclear power plant, while that of _UTh4Zr10H20 is the most stable.

FREE TERMS: Nuclear fuel, Metal hydride, Thermal diffusivity