ANALSIS TERMAL PADUAN AlMgSi UNTUK KELONGSONG BAHAN BAKAR U3Si2-Al DENSITAS TINGGI

Sari

ABSTRAK

ANALISIS  TERMAL PADUAN AlMgSi  UNTUK  KELONGSONG  BAHAN BAKAR U₃Si₂-Al DENSITAS TINGGI. Penggunaan bahan bakar nuklir densitas tinggi  harus didukung  dengan penggunaan  kelongsong  yang kompatibel dengan bahan bakar yang dikungkungnya. Hal ini penting mengingat bahan bakar berdensitas tinggi mempunyai kekerasan yang lebih tinggi. Sehingga bila digunakan paduan  AlMg2 sebagai kelongsong bahan bakar densitas tinggi dapat terjadi efek dogbone pada saat proses perolan. Oleh karena itu perlu mencari  alternatif pengganti bahan kelongsong AlMg2 yang digunakan Batan Teknologi pada saat ini. Salah satunya adalah  paduan AlMgSi yang mempunyai sifat kimia, dan sifat fisik lebih baik dari kelongsong AlMg2, sehingga paduan tersebut  dapat menjadi sebagai alternatif  kelongsong bahan bakar densitas  tinggi 4,8 gU/cm³. Pada penelitian ini telah dilakukan analisis sifat kimia dan sifat termal terhadap PEB U₃Si₂-Al  densitas 4,8 gU/cm³ menggunakan kelongsong AlMgSi dan terhadap PEB U₃Si₂-Al  densitas 4,8 gU/cm³ menggunakan kelongsong AlMg2. Analisis termal meliputi analisis stabilitas panas, kapasitas panas, entalpi, temperatur lebur ,konduktivitas panas, koefisien muai panjang dan selanjutnya kedua hasil analisisnya dibandingkan. Hasil analisis menunjukkan bahwa kelongsong AlMgSi maupun AlMg2 mempunyai kompatibilitas dengan bahan bakar U₃Si₂-Al  cukup baik dan stabil terhadap panas hingga temperatur 650^oC, diatas temperatur 650^oC kelongsong AlMgSi, AlMg2 maupun PEB U₃Si₂-Al densitas 4,8 gU/cm³ telah mengalami reaksi endotermik. Reaksi endotermik tersebut menunjukkan reaksi peleburan kelongsong AlMgSi, AlMg2 maupun matrik Al. Kelongsong AlMgSi maupun AlMg2 mempunyai temperatur lebur dan entalpi peleburan yang tidak jauh berbeda tetapi kelongsong AlMgSi mempunyai kapasitas panas, konduktivitas panas lebih besar serta mempunyai koefisien muai panjang lebih kecil dibanding kelongsong AlMg2. Dari hasil  analisis termal menunjukkan bahwa PEB U₃Si₂-Al  densitas  4,8 gU/cm³ menggunakan kelongsong AlMgSi jauh lebih baik dibanding PEB U₃Si₂-Al  densitas 4,8 gU/cm³ menggunakan kelongsong AlMg2. Hasil analisis karakter kelongsong AlMgSi ini diharapkan  dapat menjadi sebagai masukan kepada kelompok modeling dan fabrikator bahan bakar reaktor riset  PEB U₃Si₂-Al untuk mendesain elemen bakar reaktor riset dengan muatan uranium yang tinggi menggunakan kelongsong AlMgSi.

Kata Kunci : Sifat  termal, bahan bakar U₃Si₂-Al, densitas 4,8 gU/cm³,Kelongsong AlMgSi.

ABSTRACT

THERMAL ANALISYS OF AlMgSi ALLOY FOR U₃Si₂-Al HIGH DENSITY FUEL CLADDING. The utilization of high-density nuclear fuel must be supported by cladding material that is compatible with the fuel it contains considering that high-density fuel possesses greater hardness. If AlMg2 alloy is used as high density fuel cladding, dog bone effect may occur during rolling. For this reason, alternate cladding material is being investigated to replace the AlMg2 cladding currently employed by Batan Teknologi. One of the candidates is AlMgSi alloy which exhibits better chemical and physical properties compared to AlMg2 cladding, thus the alloy is regarded as suitable for high uranium density of 4.8 gU/cm³. In addition, the fabrication process of AlMgSi alloy as a cladding for U₃Si₂-Al fuel plate with a uranium density of 4.8 gU/cm³ is almost similar as that of the AlMg2 cladding. In this experiment have been done thermal and chemical of properties  toward U₃Si₂-Al fuel plates with density of 4.8 gU/cm³ used AlMgSi cladding and U₃Si₂-Al fuel plates used AlMg2 cladding. To establish the better chemical and thermal  properties of the AlMgSi cladding compared to the AlMg2 cladding, a range of analyses are performed on U₃Si₂-Al fuel plates having a uranium density of 4.8 gU/cm³ that employ AlMgSi and AlMg2 claddings. These include thermal analyses, i.e. heat stability, heat capacity, melting enthalpy, melting point, thermal conductivity, and coefficient of linear thermal expansion, the two sets of results are compared. It is revealed that both AlMgSi and AlMg2 claddings show good compatibility with U₃Si₂-Al fuel and also good thermal stability up to 650 °C, above which the AlMgSi, AlMg2 cladding and U₃Si₂-Al fuel plate having a uranium density of 4.8 gU/cm³ undergo endothermic reaction. The endothermic reaction signifies melting of AlMgSi, AlMg2 and Al matrix. AlMgSi and AlMg2 claddings have similar melting point and melting enthalpy, but AlMgSi cladding has greater heat capacity, and thermal conductivity as well as smaller coefficient of linear thermal expansion compared to AlMg2 cladding. The results from thermal analysis  show that U₃Si₂-Al fuel plate with a uranium density of 4.8 gU/cm³ that employs AlMgSi cladding is significantly better than the one employing AlMg2 cladding. The characteristics of the AlMgSi cladding obtained in this study are expected to serve as inputs to the modeling group and fabricator of research reactor fuel, i.e. U₃Si₂-Al fuel plate, in designing research reactor fuel with a high uranium density using AlMgSi cladding.

Keywords: Thermal properties, U₃Si₂-Al fuel, uranium density of 4.8 g/cm³, AlMgSi, cladding