FABRIKASI KERNEL DAN PELAPISAN BUFFER (BUFFER LAYER) PADA KERNEL CeO2-STABILIZED ZrO2 SEBAGAI MATERIAL SURROGATE KERNEL UO2

Sari

ABSTRAK. Telah dilakukan penelitian fabrikasi pelapisan buffer kernel zirkonia (ZrO2) yang distabilkan oleh ceria (CeO2) atau disebut juga ceria-stabilized zirconia (CSZ). Pada disain bahan bakar TRISO, lapisan buffer atau lapisan pengangga yang berdensitas rendah dimaksudkan  sebagai  ruang  ekspansi  untuk  menahan  dan  menampung  hasil  fisi,  serta menahan perubahan bentuk partikel. Lapisan buffer difabrikasi dengan metode deposisi uap kimia hasil pemecahan molekul gas asetilen dalam reaktor fluidisasi pada temperatur antara

1100 oC – 1400oC. Porositas dan ketebalan merupakan variabel kunci dalam fabrikasi lapisan buffer, di mana porositas dikontrol melalui kombinasi parameter-parameter seperti temperatur reaktor, laju deposisi, luas permukaan reaktor, ukuran kernel, dan laju dan komposisi gas asetilen sedangkan ketebalan dikontrol oleh parameter waktu proses deposisi. Kernel dipreparasi   melalui   rute   larutan   koloid   secara   prenetralisasi   dan   penambahan   urea. Penggunaan zirconium 1,1 mol/L dalam umpan menghasilkan kernel CSZ tersinter dengan diameter rerata 0,615 mm dan sferisitas 1,103. Beberapa parameter dalam preparasi kernel gel, misalnya konsentrasi metal dalam umpan, jumlah urea dalam umpan, tingkat prenetralisasi larutan zirkonium nitrat, dan viskositas umpan, masih perlu dioptimasikan untuk mendapatkan besaran diameter yang mendekati diameter acuan yaitu 0,5 mm dengan sferisitas sama dengan atau lebih kecil dari 1,07. Pelapisan buffer pada kernel CSZ tersinter menunjukkan hasil hasil lapisan yang tidak merata dengan lapisan yang rapuh. Peralatan CVD milik PTBBN BATAN masih  memerlukan perbaikan atau  modifikasi agar  mampu beroperasi dengan parameter- parameter proses pelapisan buffer sesuai acuan.

Kata kunci: Ce-stabilized Zirconia , analog, gelasi eksternal, bahan bakar, RDE

ABSTRACT. Research on buffer coating of ceria-stabilized zirconia (CeO2-Stabilized ZrO2 or CSZ) kernels has been carried out. This buffer layer in TRISO fuel design has a low density and is intended to serve as an accomodation volume   for retaining and containment of fission products as well as preserving the particle shape from changing. The buffer layer is fabricated by chemical vapor deposition of acetylene   pyrolysis products in a fluidization reactor at a temperature range of 1100 oC – 1400oC. The porosity and thickness of the resulting layer are the key parameters during buffer layer fabrication, where the porosity is controlled by a combination of parameters such as reactor temperature, deposition rate, reactor surface area, kernel size, and acetylene flow rate and composition, while the resulting thickness is governed by deposition time. The kernels used for the deposition process were fabricated from colloidal solution prepared by preneutralization and addition of urea. The use of 1.1 mol/l zirconium precursors in the feed solution resulted in sintered CSZ kernels with an average diameter of

0.615 mm and an average sphericity value of 1.103. Several parameters involved in the gel microspheres preparation, such as the concentration of metal, the ammount of urea added, the degree of preneutralization of the nitrate precursors solution, and the viscosity of the feed solution still need to be optimized in order to obtain sintered kernels fulfilling the reference specifications, i.e.,   0.5 mm diameter and ≤ 1.07 sphericity. Results of the buffer layer process indicates inhomogenous deposition layer with lacking strength, which may be influenced by the CVD reactor performance. It is recommended that the CVD equipment owned by PTBBN