## Urania

## Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir
Beranda jurnal: http://jurnal.batan.go.id/index.php/urania/

## KOMPOSISI, STRUKTUR DAN DENSITAS PADUAN U-7Mo-xSi
Supardjo 1 , Agoeng Kadarjono 1 , Jan Setiawan 1 , Ganisa Kurniati Suryaman 1
1 Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN Kawasan PUSPIPTEK Serpong Gd. 65, Tangerang Selatan, Banten 15314 e-mail: suparjo@batan.go.id
(Naskah diterima: 18 –02–2021, Naskah direvisi: 20–03–2021, Naskah disetujui: 28–06–2021)

## ABSTRAK
KOMPOSISI,  STRUKTUR DAN DENSITAS  PADUAN U-7Mo-xSi. Struktural paduan U-7Mo-xSi (x=  1,  2,  dan  3%)  dipelajari  dalam  rangka  mendapatkan  paduan  uranium  baru  yang  cocok digunakan sebagai kandidat bahan bakar reaktor riset densitas uranium tinggi. Paduan U-7Mo-xSi dibuat dengan teknik peleburan menggunakan tungku busur listrik, dan pengujian meliputi analisis komposisi  kimia,  densitas,  kekerasan  dan  struktural  fasa  yang  terdapat  di  dalamnya.  Data  uji menunjukkan bahwa dengan kenaikan kadar Si di dalam paduan U-7Mo-xSi kadar U dan densitas menurun dan kekerasanya meningkat.  Pola difraksi Sinar-X paduan U-7Mo-xSi dideteksi dari sudut difraksi 25° hingga 95°, teramati adanya fasa U- γ, U 3 Si 2 , dan U 3 Si 2 Mo. Makin tinggi kadar Si, fasa U 3 Si 2 yang  terbentuk  semakin  banyak  dan  kekerasannya  meningkat  karena  semakin  banyak terbentuknya ikatan antara Si dan Si.
Kata kunci : Paduan U-7Mo-xSi, bahan bakar nuklir densitas tinggi, komposisi, struktur, densitas.

## ABSTRACT
COMPOSITION,  STRUCTURE  AND  DENSITY  OF  U-7Mo-xSi  ALLOY.  The  structure  of U-7Mo-xSi (x = 1, 2, and 3%) alloy was studied to obtain a new uranium alloy suitable for use as a candidate for high-density uranium research reactor fuel. The U-7Mo-xSi alloy was made by melting technique using an arc furnace. The characterization of the alloy includes chemical composition, density, and structural phases to identify the phases contained in the alloy. The hardness test was also  done.  The  density  characterization  results  show  that  U  content  and  density  of  the  alloy decrease with increasing of Si content in the U-7Mo-xSi alloy. On the other hand, the hardness of the alloy increases with increasing of Si content. The X-ray diffraction pattern of U-7Mo-xSi alloy was observed from diffraction angle of 25 ° to 95 °. The results indicate the presence of U- γ, U 3 Si 2 , and U 3 Si 2 Mo phases. The higher the Si content, the more U 3 Si 2 phase is formed and the more the hardness increases due to the formation of bonds between Si and Si.
Keywords: U-7Mo-xSi alloy, high density nuclear fuel, composition, structure, density.
Komposisi, Struktur dan Densitas Paduan U-7Mo-xSi (Supardjo, Agoeng Kadarjono, Jan Setiawan, Ganisa Kurniati Suryaman)

## PENDAHULUAN
Uranium  adalah  merupakan  material utama  bahan  bakar  nuklir  yang  digunakan sebagai  bahan  bakar  reaktor  fisi.  Semula reaktor  fisi  menggunakan  logam  uranium sebagai bahan bakar, namun karena uranium murni mudah teroksidasi dan selama digunakan  sebagai  bahan  bakar swelling nya cukup  besar  maka  untuk  memperbaiki  sifat tersebut selanjutnya
dilakukan pengembangan  ke  dalam  bentuk  uranium oksida baik dalam bentuk UO 2 maupun U 3 O 8 . Reaktor nuklir generasi selanjutnya penggunaan  bahan  bakar  logam  kembali menjadi pilihan karena menawarkan sifat yang menjanjikan peningkatan kinerja bahan bakar dalam  hal  keberlanjutan,  keandalan,  dan keselamatan.  Untuk  memenuhi  agar  bahan bakar memiliki kinerja yang lebih baik selama iradiasi dan siklus termal maka dikembangkan bahan  bakar  paduan  uranium  dengan pemadu, Nb, Mo atau Zr [1].
Upaya  pengalihan  penggunaan  bahan bakar  reaktor  riset  dari  pengkayaan  tinggi >90% 235 U menjadi <20% 235 U telah dilakukan sejak tahun 1970 an. Upaya ini tertuang dalam program Reduced  Enrichment  Research  and Test  Reactor (RERTR).  Tujuan  dari  program ini adalah untuk menghindari penyalahgunaan uranium  pengkayaan  tinggi  untuk  tujuan  non damai  /  senjata  nuklir.  Pada  tahun  1970  an, bahan bakar uranium pengkayaan tinggi yang digunakan  untuk  reaktor  riset  adalah  bahan bakar  dispersi  UAlx/Al.  Bahan  bakar  ini memiliki densitas uranium maksimum sebesar 2,3 gU/cm 3 [2]. Pengalihan pengkayaan uranium  di  dalam  bahan  bakar  berakibat terjadi  penurunan  jumlah  uranium  yang otomatis  jumlah 235 U  nya  juga  menurun sehingga  kinerja  reaktor  juga  turun.  Agar reaktor  dapat  dioperasikan  dengan  kinerja seperti pada penggunaan uranium pengkayaan  tinggi  tanpa  mengubah  desain volume  bahan  bakarnya,  maka  dengan menggunakan  uranium  pengkayaan  rendah membutuhkan densitas uraniumnya minimal 8 gU/cm 3 [2].  Untuk  mempertahankan  kinerja reaktor  agar  dapat  beroperasi  seperti  ketika menggunakan  uranium  pengkayaan  tinggi, maka dipilih paduan uranium yang mempunyai densitas tinggi.
Bahan bakar U 3 Si 2 /Al densitas uranium 4,8 gU/cm 3 merupakan pengembangan pertama  yang  dilakukan  dengan  uranium pengkayaan  rendah.  Bahan  bakar  U 3 Si 2 /Al menunjukkan  unjuk  kerja  yang  baik  selama digunakan  sebagai  bahan  bakar  di  dalam reaktor,  namun  densitas  uranium  tersebut belum  sesuai  yang  diharapkan  sebesar  8
gU/cm 3 . Untuk mendapatkan densitas uranium  dalam  U 3 Si 2 /Al  mencapai  >4,8 gU/cm 3 cukup  sulit  untuk  dilakukan.  Hal  ini dikarenakan  untuk  densitas  tinggi,  bahan bakar U 3 Si 2 /Al sulit difabrikasi terutama untuk mempertahankan  tebal  kelongsong  >0,25 mm. Hal lain yang menjadi kelemahan bahan bakar  U 3 Si 2 /Al  adalah  olah  ulang  gagalan produk  dan  bahan  bakar  pasca  iradiasi  sulit dilakukan.  Oleh  karena  itu  pengembangan bahan  bakar  lebih  lanjut  menggunakan paduan berbasis UMo.
Paduan berbasis UMo menjadi alternatif terpilih dalam pengembangan bahan bakar reaktor riset dengan uranium pengkayaan rendah karena memiliki densitas tinggi.  Program di seluruh dunia mendorong pengembangan  bahan  bakar  yang  diperkaya dengan 235 U  rendah  untuk  mengubah  inti reaktor  riset  (reaktor  uji  material,  sumber neutron,  dll.)  yang  saat  ini  bekerja  dengan bahan  bakar  U 3 Si 2 atau  UAlx  yang  sangat diperkaya  (hingga  93%).  Untuk  inti  yang paling  bertenaga,  paduan  UMo  dengan kepadatan  tinggi  tampaknya  menjadi  satu- satunya  bahan  bahan  bakar  yang  dapat dikonversi tanpa menurunkan kinerja reaktor. Unsur  bahan  bakar  UMo  untuk  reaktor  riset biasanya  berupa  batang  atau  pelat.  Dalam konsep  terakhir,  bahan  ﬁsil  dapat  berupa monolitik atau terdispersi (partikel kecil dalam matriks Al). Dalam kedua kasus, itu kemudian ditekan  di  antara  lembaran  Al,  digunakan sebagai  kelongsong.  Perilaku  pelat  bahan bakar  UMo  di  bawah  iradiasi  saat  ini  tidak memuaskan  karena  pertumbuhan  lapisan interaksi  tebal  pada  antarmuka  UMo  /  Al  [3]- [5].
Molybdenum  adalah  elemen  paduan yang  disukai  digunakan  untuk  menstabilkan fase  uranium.  Keuntungan  utama  bahan bakar  uranium-molybdenum  adalah  stabilitas dimensinya,  ketahanan  korosi  yang  unggul, dan  kekuatan  suhu  tinggi.  Mo  lebih  disukai daripada Zr karena merupakan penstabil yang lebih kuat yang memberikan perilaku pembengkakan  yang  stabil  [5].  Mo  memiliki potensial  reaksi  yang  lebih  rendah  dengan kelongsong (Fe) dibandingkan dengan Zr [6]. Bahan  bakar  dispersi  UMo-Al  yang telah  diiradiasi  menunjukkan  adanya  lapisan antara  paduan  UMo  dan  matriks  Al.  Lapisan hasil interaksi ini memiliki konduktivitas termal yang  lebih  rendah  dibandingkan  dengan matriks sehingga dapat menyebabkan kenaikan temperatur bahan bakar. Selain itu, densitas  layer  ini  sangat  rendah  sehingga dengan  adanya  pertumbuhan  layer  ini  dapat menyebabkan  terjadinya swelling .  Untuk
menstabilkan interaksi antara matriks dengan paduan  UMo,  maka  ditambahkan  unsur penstabil salah satunya adalah logam Si [3].

## METODOLOGI
Pembuatan paduan U-7Mo-xSi (x=1, 2, dan  3%)  dilakukan  dengan  teknik  peleburan dalam tungku busur listrik ( arc melt ) bermedia gas  argon.  Percobaan  menggunakan  bahan baku  uranium  deplesi.  Sebelum  dilebur, dilakukan pencucian terlebih dahulu menggunakan  HNO 3 pekat  pada  temperatur 70  °C  selama  beberapa  detik  untuk mengilangkan unsur logam pengotor. Selanjutnya  logam  U  yang  sudah  bersih  dari unsur  pengotor  dianalisis  kadar  U  dan impuritasnya, demikian juga logam Mo dan Si sebagai pemadu dianalisis untuk mengetahui unsur  logam  penyusunnya.  Metode  titrimetri menggunakan  alat  titroprosessor  dilakukan untuk  mengetahui  kadar  uranium  di  dalam logam  U,  sedangkan  kandungan  unsur pengotor  dianalisis  dengan  metode  serapan atom menggunakan Atomic Absorption Spektrofotometer (AAS).  Pelat  logam  Mo dianalisis  menggunakan  AAS,  sedangkan logam Si diambil dari sertifikat pemasok Fuchi Chemical  Corporation  Fine  Trading  Division Tokyo 143 Japan dan berdasar sertifikat dari pabrik  pembuatannya  memiliki  komposisi Si:  99,999%,  Al:  1  ppm,  Fe:  1  ppm,  dan Mg: 1 ppm. Data analisis logam U, Mo dan Si digunakan  sebagai  dasar  untuk  menghitung komposisi  berat  masing-masing  unsur  logam dalam pembuatan paduan U-7Mo-1Si, U-7Mo-2Si, dan U-7Mo-3Si.
Masing-masing komposisi unsur logam U,  Mo  dan  Si  dilebur  di  dalam  tungku  busur listrik.  Arus  listrik  yang  digunakan  pada  saat peleburan sebesar 150 A, dengan media gas argon. Setiap paduan dilebur dengan
pengulangan  sebanyak  5  kali  sehingga diperoleh  paduan  U-7Mo-xSi  yang  homogen [3]. Ingot hasil peleburan selanjutnya dianalis kandungan  pengotor  menggunakan Atomic Absorption Spektrofotometer (AAS) , komposisi fasa yang terbentuk menggunakan Difraksi  Sinar-X,  densitas  menggunakan metode immerse menggunakan larutan carbon tetracloride , dan pengujian kekerasan menggunakan  alat  uji  kekerasan  mikro . Pola difraksi paduan U-7Mo diperoleh dari difraktometer  Sinar-X  dengan  sumber  Cu yang  memiliki  panjang  gelombang  1,540  Å, dan  dideteksi  dari  sudut  difraksi  25°  hingga 95°.    Penentuan  fasa,  ukuran  kistalit  serta microstrain ,  dan  analisis  Rietveld  dilakukan pada  pola  difraksi  Sinar-X  paduan  U-7Mo yang diperoleh [5]. Penentuan fasa ditentukan menggunakan  aplikasi highscore  plus dari Panalytical yang dilengkapi dengan basis data International  Centre  for  Diffraction  Data (ICDD), Inorganic Crystal Structure Database (ICSD)  dan Crystallography  Open  Database (COD).  Ukuran  kristalit  dan  microstrain ditentukan  dengan  metode  Williamson-Hall. Penentuan  parameter  kisi,  dan  densitas teoritis  dari  paduan  ditentukan  dari  aturan campuran dan analisis Rietveld.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Logam  uranium  deplesi,  Mo  dan  Si masing-masing dianalisis menggunakan AAS untuk mengetahui kemurnian dan kandungan unsur-unsur  pengotornya.  Kemurnian  bahan diperlukan dipakai sebagai dasar perhitungan pembuatan masing-masing paduan, sedangkan keberadaan unsur logam pengotor diperlukan sesuai dengan persyaratan bahan bakar.  Hasil  analisis  ketiga  logam  tersebut ditunjukkan  pada  Tabel  1,  dan  Tabel  2 komposisi untuk pelebuaran.
Tabel 1. Data hasil analisis logam U, Mo, dan Si
Unsur pengotor Kadar dalam sampel (ppm) Keterangan Logam U  Pelet Mo Logam Si (serifikat) Serbuk Al Cd ttd 1,68 - ttd ttd=<0,2 Fe 8.25 35,07 1,0 288,00 Co ttd 11,30 - ttd ttd=<0,5 Mn ttd 3,14 - 220,00 ttd=<0,2 Mg 2.49 0,27 1,0 30,00 Cu ttd 7,25 - 18,40 ttd=<0,2 Cr ttd ttd - ttd ttd=<0,5 Ni ttd 60,94 - ttd ttd=<0,5 Al ttd 9475,23 1,0 ttd ttd=<5,0 Si ttd ttd 99,999 700,00 ttd=<15,0 Kadar U, % 99,94 Catatan: ttd = tidak terdeteksi
Komposisi, Struktur dan Densitas Paduan U-7Mo-xSi (Supardjo, Agoeng Kadarjono, Jan Setiawan, Ganisa Kurniati Suryaman)
Tabel 2. Komposisi berat bahan baku untuk porsi lebur paduan U-7Mo-xSi Logam U murni hasil  pikling, g Logam Mo,  g Logam Si, g Sebelum peleburan, g Setelah peleburan, g Komposisi paduan 20,482 1,5336 0,2362 22,2641 22,2552 U-7Mo-1Si 19,9791 1,5208 0,2338 21,7457 21,7246 U-7Mo-1Si 19,9545 1,5039 0,4684 21,9388 21,9325 U-7Mo-2Si 20,3401 1,5336 0,4779 22,3638 22,3724 U-7Mo-2Si 20,1183 1,5142 0,6691 22,3137 22,2917 U-7Mo-3Si 21,0348 1,5832 0,6991 23,3297 23,3345 U-7Mo-3Si Perbedaan antara sebelum dan setelah peleburan  tidak  jauh  berbeda.   Pengurangan berat  setelah  proses  peleburan  sangat dimungkinkan terjadi. Logam yang dicampurkan  kemungkinan  selama  proses peleburan  dengan arc  melting ada  sebagian yang  tidak  menyatu  dan  tetap  terpisah. Namun  dilihat  dari  besaran  selisih  baik pengurangan  maupun  penambahan  besar kesalahan absolutnya tidak mencapat 0,001%. Sedangkan untuk penambahan berat sangat  dimungkinkan  terjadi  oksidasi  pada permukaan selama penyimpanan hingga akan ditimbang.  Meskipun sudah dilakukan proses pickling sebelum dilakukan proses penimbangan.
Ingot  U-7Mo-xSi  hasil  peleburan  diuji kekerasannya menggunakan metode vickers. Unsur  Si  dalam  paduan  U-7Mo  dapat berpengaruh terhadap kekerasannya. Hasil uji kekerasan mikro ingot U-7Mo-xSi ditunjukkan pada  Tabel  3.  Kekerasan  paduan  semakin tinggi seiring dengan meningkatkan kandungan unsur Si. Kecenderungan peningkatan  kekerasan  ini  seperti  yg  terjadi pada  penambahan  unsur  Ti  pada  paduan  U- 7Mo. Kekerasan paduan U-7Mo-xTi cenderung  meningkat  dengan  pertambahan unsur  Ti  dalam  paduan  [7].  Nilai  kekerasan untuk ingot U-7Mo-xSi dengan kadar Si: 0; 1; 2 dan 3% berturut - turut adalah 240,4; 328,6;
333,6  dan  416,6  HV.  Bila  dibandingkan dengan  penambahan  unsur  Ti  pada  paduan U-7Mo,  dengan  persentase  tertinggi  (3%) penambahan unsur Si memiliki nilai kekerasan yang lebih tinggi [7].  Terbentuknya larutan  padat  Mo  dan  Si  serta  adanya  efek penghalusan butir oleh unsur Si meningkatkan kekerasan paduan U-7Mo-xSi. Dalam larutan padat terjadi kecenderungan pergerakan atom Mo  dan  Si  ke  dalam  kisi  kristal  α-U  yang mengakibatkan distorsi parameter kisi sehingga  menimbulkan  medan  tegangan disekitar  atom  yang  larut.  Kondisi  seperti  ini berperan  menghambat  pergerakan  dislokasi. Paduan U-Mo-xSi ini juga berpotensi menghasilkan fasa kedua yaitu Mo 2 U [8]. Fasa kedua  tersebut  berkontribusi  pula  untuk menghambat  pergerakan  dislokasi.    Ukuran butir  kecil  memiliki  banyak  batas  butir  dan batas  butir  tersebut  menjadi  penghambat dislokasi sehingga bahan menjadi lebih kuat. Batas  butir  bertindak  sebagai  penghalang dislokasi slip ( slip dislocation ) yang menyebabkan  dislokasi  menumpuk  pada bidang slip ( slip plane ) dibelakang batas butir.
Dislokasi  yang  mencoba  melewati  dari  butir yang  satu  ke  butir  yang  berdekatan mengalami  perubahan  arah  gerakan  dan menyebabkan misorientasi kristal ( crystallographic misorientation ) [7].
Tabel 3. Kadar U, densitas dan kekerasan paduan U-7Mo-xSi hasil proses peleburan [9].
Komposisi paduan U-7Mo-xSi Kadar U, % Densitas, g/cm 3 Kekerasan, VHN Immerse Aturan campuran U-7Mo 93,26 16,34 18,47 240,4 U-7Mo-1Si 92,07 15,90 18,31 328,6 U-7Mo-2Si 91,14 15,87 18,14 333,6 U-7Mo-3Si 90,21 15,78 17,98 416,6
Ingot  paduan  U-7Mo  dan  U-7Mo-xSi hasil  proses  peleburan  dilakukan  pengujian kekerasan menggunakan metode vickers dan densitas  menggunakan  metode immerse .
Hasil  uji  yang  ditampilkan  pada  Tabel  3, terlihat  bahwa  makin  tinggi  kadar  Si densitasnya makin kecil sedangkan kekerasannya meningkat. Penurunan
densitas  dapat  dijelaskan  bahwa  dengan kenaikan  kadar  Si,  jumlah  U-7Mo  menurun yang dapat dilihat dari penurunan kadar U di dalam paduan. Perhitungan densitas dengan aturan campuran menggunakan data dentistas U-7Mo dari metode immerse dengan densitas U sebesar 19,07 g/cm 3 [10], densitas Mo  sebesar  10,22 g/cm 3 [10]  dan  Si  sebesar
2,33  g/cm 3 [10].    Terlihat  kecenderungan penurunan  densitas  yang  serupa.  Namun densitas yang diperoleh dari aturan campuran sedikit  lebih  tinggi.  Pendekatan  aturan campuran  juga  diberikan  dalam  [11]  dengan persamaan 1.
ρ = (0,05336 + 0,000445 X Mo ) -1 (1)
dengan ρ adalah  densitas  paduan  U- Mo  dalam  g/cm 3 dan X Mo adalah  fraksi  berat Mo  dalam  persen  berat.  Namun,  persamaan
ini  diperuntukan  fraksi  Mo  antara  5.5  hingga 16,2  %.    Untuk  paduan  U-Mo  dengan  fraksi berat  Mo  sebesar  2.94  %,  bila  nilai  ini dimasukkan  ke  dalam  Persamaan  1  akan diperoleh  nilai  densitas  paduan  U-7Mo sebesar 18.74 g/cm 3 . nIlai ini lebih tinggi dari perhitungan aturan campuran yang menggunakan densitas dari unsur murninya.
Pola  difraksi  Sinar-X  paduan  U-7Mo dan  U-7Mo-xSi  yang  dideteksi  dari  sudut difraksi  25°  hingga  95°  ditunjukkan  pada Gambar 1.
Gambar 1. Pola difraksi Sinar-X paduan U-7Mo dan U-7Mo-xSi.
Dari  Gambar  1,  terlihat  pola  difraksi Sinar-X  paduan  U-7Mo quenching ,  tanpa quenching ,  dan  penambahan  unsur  Si, sebesar 1%, 2% dan 3%.  Proses penentuan fasa  menggunakan  aplikasi Highscore  Plus dilakukan  dengan  memberikan  pembatasan unsur kimia dalam proses pencarian fasanya. Unsur  kimia  yang  ditentukan  sesuai  dengan unsur yang digunakan dalam proses memadu, yaitu U, Mo, dan Si.  Terlihat pada Gambar 1, fasa dalam paduan U-7Mo, didominasi oleh U- γ yang sesuai dengan kode referensi 98-018- 1305,  fasa  ini  mempunyai  sistem  kristal kubus.    Paduan  U-7Mo Quenching serupa dengan  paduan  U-7Mo  yang  seluruhnya didominasi  oleh  U- γ.  Seiring  peningkatan unsur pemadu Si, sangat dimungkinkan dalam paduan akan terjadi unsur Si berlebih selama proses pemaduan sehingga membuat kemunculan  fasa  selain  fasa  U- γ.  Pada paduan U-7Mo-1%Si dan U-7Mo-2%Si,
terlihat  kemunculan  fasa  U 3 Si 2 yang  sesuai dengan kode referensi 01-075-1941.  Namun rasio  sinyal  terhadap  derau  fasa  U 3 Si 2 ini kurang baik untuk dianalisis. Pada paduan U- 7Mo-3%Si  selain  fasa  U- γ  dan  fasa  U 3 Si 2 terlihat juga fasa U 3 Si 2 Mo yang sesuai dengan kode  referensi  00-051-0999  [12].    Pada paduan  ini  rasio  sinyal  terhadap derau  untuk setiap  fasanya  lebih  baik  dan  cukup  untuk dianalisis.  Fasa U 3 Si 2 Mo dalam Ugajin (1998) tidak  diberikan  informasi  yang  cukup  untuk dilakukan  analisis  Rietveld.    Informasi  yang disampaikan  hanya  berupa  struktur  kristal kubik sederhana yang memiliki parameter kisi a = 10.69 ± 0.01 Å, tetapi tidak menyertakan informasi grup ruang [12].
Ukuran  kristalit  dan microstrain pada paduan U-7Mo yang diperoleh melalui analisis profil  pola  difraksi  menggunakan  metode Williamson-Hall disajikan pada Tabel 4.
Komposisi, Struktur dan Densitas Paduan U-7Mo-xSi (Supardjo, Agoeng Kadarjono, Jan Setiawan, Ganisa Kurniati Suryaman)
Tabel 4.  Hasil ukuran kristalit dan microstrain dari metode Williamson-Hall No Paduan Ukuran kristalit (nm) Microstrain 1 U-7Mo Quenching 52,50 0,006656 2 U-7Mo 12,69 0,014664 3 U-7Mo-1%Si 21,15 0,005976 4 U-7Mo-2%Si 20,51 0,001649 5 U-7Mo-3%Si 128,66 0,001078
Dari  Tabel  4,  terlihat  ukuran  kristalit pada U-7Mo lebih kecil dari paduan yang lain, namun  besaran microstrain pada  paduan  ini merupakan  yang  terbesar.  Terlihat  adanya korelasi  antara microstrain pada  Tabel  4 dengan  kekerasan  paduan  pada  Tabel  3,
dimana  besarnya  peningkatan  kekerasan proposional  dengan  nilai microstrain [13]. Hasil  analisis  struktur  pada  pola  difraksi menggunakan metode Rietveld  dengan menggunakan  aplikasi  GSAS  disajikan  pada
Tabel 5.
Tabel 5. Hasil analisis parameter kisi dan densitas teoritis fasa dalam paduan U-7Mo
No Paduan Fasa Fraksi berat (%) Struktur kristal Parameter kisi (Å) Densitas teoritis (g/cm 3 ) 1 U-7Mo Quenching U- γ 100,00 Kubik a = 3,4475 19,29 2 U-7Mo U- γ 100,00 Kubik a = 3,4479 19,29 3 U-7Mo-1%Si U- γ 97,07 Kubik a = 3,4471 19,30 U 3 Si 2 2,93 Tetragonal a = b = 7,3476 c = 3,8234 12,42 4 U-7Mo-2%Si U- γ 93,39 Kubik a = 3,4572 19,13 U 3 Si 2 6,61 Tetragonal a = b = 7,4964 c = 3,9605 11,49 5 U-7Mo-3%Si  U- γ 51,00 Kubik a = 3,4572 19,10 U 3 Si 2 17,98 Tetragonal a = b = 7,8725 c = 3,4595 11,63 U 3 Si 2 Mo 31,02 Kubik a = 10,7200 11,80[1]
Analisis  Rietveld  dilakukan  pada  pola difraksi  paduan  U-7Mo-xSi  yang  diperoleh. Sebagai  model  fasa  U 3 Si 2 Mo  untuk  analisis berdasarkan pendekatan struktur kristal yang diberikan  oleh  Ugajin  (1998)  [12],  kami gunakan model  grup  ruang  P  m  -3  m.    Hasil analisis  Rietveld  dengan  model  tersebut, diperoleh  nilai chi-square sebesar  3,855, dengan Rp sebesar 0,2318 dan wRp sebesar 0,1842.  Secara  keseluruhan,  komparasi densitas  dari  pengukuran  menggunakan metode immerse ,  perhitungan  menggunakan aturan  campuran  dan  perhitungan  dari densitas  yang  diperoleh  dari  pola  difraksi disampaikan pada Gambar 2.  Pembentukan fasa  yang  diperoleh  dalam  [14]  untuk  U-Mo antara 0,82 hingga 2,08% diperoleh fasa α-U, yang  pembentukannya  akan  terjadi  apabila dilakukan pendinginan cepat. Pada variasi Mo sebesar  4,29%  diperoleh  fasa  α’’-U,  serta diper oleh γ-U dengan parameter kisi a = 3.38
Å pada variasi Mo sebesar 17%.
Gambar 2. Densitas U-7Mo-xSi.
Nilai  densitas  teoritis  dari  pola  difraksi terlihat lebih besar dibandingkan dengan nilai densitas  yang  diperoleh  dari  pengukuran metode immerse maupun dari aturan campuran.  Hal tersebut sangat dimungkinkan dengan  adanya  nanoporous  yang  terbentuk dalam  paduan  saat  proses  sintesis  material. Selain  itu  metode  yang  digunakan  untuk mengukur  densitas  menggunakan  larutan CCl 4 yang  tentunya  dengan  ukuran  partikel
yang  relatif  besar  dan  tegangan  permukaan yang lebih besar tidak mampu masuk kedalam pori  berukuran  nano  pada  paduan.    Selisih terbesar  terjadi  pada  paduan  U-7Mo-1%Si dimana  antara  densitas  pengukuran  dengan densitas  dari  pola  difraksi  yang  diperoleh dengan  persentase  sebesar  17%.  Pada paduan  U-7Mo-3%Si,  densitas  dari  pola difraksi paduan diperoleh sebesar 15,49 g/cm 3 yang  tidak  berbeda  jauh  dengan  densitas pengukuran. Selisih densitas untuk paduan ini diperoleh  persentase  sebesar  2%.    Densitas yang  diperoleh  baik  dari  perhitungan  aturan campuran  dan  analisis  pola  difraksi  memiliki nilai  yang  lebih  rendah  bila  dibandingkan dengan  beberapa  hasil  densitas  dalam  [15] dan [11].

## SIMPULAN
Paduan U-7Mo memiliki  densitas 16,336  g/cm 3 dan  kekerasan  240,4  VHN. Perbedaan  kandungan  unsur  Si  di  dalam paduan  U-7Mo-xSi  berpengaruh  terhadap nilai  densitas,  kekerasan  dan  fasa  yang terbentuk.  Peningkatan  kadar  Si  di  dalam paduan  membuat  densitasnya  menurun dengan meningkatkan kekerasan yang disebabkan  adanya  peningkatan  fasa  U 3 Si 2 yang memiliki kekerasan yang lebih tinggi dari fasa  U- γ.  Pada  paduan  dengan  kandungan 3%Si, diperoleh pengukuran densitas sebesar 15,78 g/cm 3 ,  yang  nilainya  masih  lebih  tinggi dari densitas teoritis yang diperoleh dari pola difraksinya  yang  bernilasi  sebesar  15,49 g/cm 3 . Dari pola difraksi menunjukkan adanya pembentukan  fasa  U 3 Si 2 yang  diperoleh nilai densitas berkisar antara 11 hingga 12 g/cm 3 . Besaran densitas pada rentang ini menunjukkan  peluang  yang  sangat  potensial untuk digunakan sebagai bahan bakar dengan meningkatkan densitas uraniumnya.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan  selesainya  penelitian  dan penulisan  makalah  ini  ucapan  terima  kasih disampaikan  kepada  PTBBN  yang  telah membiayai dengan DIPA, dan kepada bapak Yatno  Dwi  Agus  Susanto,  bapak  Isfandi, bapak  Slamet  Pribadi  serta  seluruh  pegawai atas bantuannya.

## DAFTAR PUSTAKA (REFERENCES)
[1] A. M. Adamska, R. Springell, and T. B. Scott,  "Characterization  of  poly-and single-crystal uranium –molybdenum alloy  thin  films," Thin  Solid  Films 550, pp. 319 – 325, 2014.
[2] S.  Van  den  Berghe,  A.  Leenaers,  E. Koonen, and L. Sannen, "From high to
low  enriched  uranium  fuel  in  research reactors," Advances  in  Science  and Technology , vol. 73, pp.  78 – 90, Trans Tech Publications Ltd, 2010.
[3] Supardjo, H. Suwarno dan A.
Kadarjono, “Karakterisasi  Paduan  U- 7%Mo dan U-7%Mo-x%Si (x = 1, 2, dan 3%)  Hasil  Proses  Peleburan  Dalam Tungku  Busur  Listrik, ” Urania  Jurnal Daur Bahan Bakar Nuklir , vol. 15, no. 4,
hal. 171 – 232, 2009.
[4] J.  Allenou,  O.  Tougait,  M.  Pasturel,  X. Iltis, F. Charollais, M. C. Anselmet, and
P. Lemoine, "Interdiffusion behaviors in doped  molybdenum uranium and aluminum or aluminum silicon dispersion fuels: Effects of the microstructure," Journal  of  Nuclear
Materials, vol. 416, no. 1 – 2, pp. 205 – 210, 2011.
[5] D.  W.  Brown,  M.  A.  Okuniewski,  J.  D. Almer,  L.  Balogh,  B.  Clausen,  J.  S. Okasinski,  and  B.  H.  Rabin,  "High energy  X-ray  diffraction  measurement of  residual  stresses  in  a  monolithic aluminum clad uranium –10  wt% molybdenum  fuel  plate  assembly," Journal  of  Nuclear  Materials ,  vol.  441, no. 1-3, pp. 252-261, 2013.
[6] T. R. G. Kutty, S. Dash, J. Banerjee, S. Kaity,  A.  Kumar,  and  C.  B.  Basak, "Thermophysical  properties  of  U 2 Mo intermetallic," Journal of Nuclear
Materials , vol. 420, no. 1 – 3, pp. 193 – 197, 2012.
[7] M. K. Ajiriyanto, Supardjo, Boybul, and A. Kadarjono, "Pengaruh unsur Ti pada paduan  U-7Mo-xTi  terhadap  struktur mikro  dan  kekerasan  ingot  serta morfologi serbuk hasil hidriding- dehidriding," Urania Jurnal Ilmiah Daur
Bahan Bakar Nuklir , vol. 19, no. 3, hal. 119 – 174, 2015.
[8] E. J. Kautz, A. Devaraj, L. Kovarik, C. A. Lavender,  and  V.  V.  Joshi, “Effect  of silicon  in  U-10Mo  alloy ,”  PNNL-26790, Pacific Northwest National Lab.
(PNNL), Richland, United States, 2017.
[9] Supardjo,  A.  Kadarjono.,  Isfandi,  Y.  D. A. Susanto., S. Permana, dan Guswardani,  "Percobaan  pembuatan pelat elemen bakar U-7Mo-xSi/Al dalam ukuran mini," Urania Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir , vol. 25, no. 3, hal. 141 – 152, 2019.
[10]  W.  M.  Haynes, CRC  handbook  of chemistry  and  physics ,  CRC  press, 2014.
Komposisi, Struktur dan Densitas Paduan U-7Mo-xSi (Supardjo, Agoeng Kadarjono, Jan Setiawan, Ganisa Kurniati Suryaman)
[11]  J. L. Snelgrove, “Supplemental information about uranium – molybdenum alloy properties, including discrepancies in the literature
appendix, ” (IAEA-TECDOC-1923), International  Atomic  Energy  Agency (IAEA), 2020.
[12]  M. Ugajin, et al , "Uranium molybdenum silicide U3MoSi2 and phase equilibria in the  U –Mo–Si  system." Journal  of Nuclear  Materials ,  vol.  257,  no.  2,  pp. 145 – 151, 1998.
[13]  S.  Mahadevan,  R.  Manojkumar,  T. Jayakumar,  C.  R.  Das,  and  B.  P.  C. Rao, "Precipitation-induced changes in microstrain  and  its  relation  with
hardness  and  tempering  parameter  in 17-4  PH  stainless  steel," Metallurgical and  Materials  Transactions A,  vol.  47, pp. 3109 – 3118, 2016.
[14]  S.  Chakraborty,  G.  Choudhuri,  J. Banerjee, R. Agarwal, K. B. Khan, and A.  Kumar,  "Micro-structural  study  and Rietveld  analysis  of  fast  reactor  fuels: U –Mo  fuels," Journal  of  Nuclear Materials, vol. 467, pp. 618 – 627, 2015.
[15]  A.  Leenaers,  S.  Van  den  Berghe,  and C. Detavernier, "Surface engineering of low  enriched  uranium –molybdenum,"
Journal  of  Nuclear  Materials, vol.  440, no. 1-3, pp. 220-228, 2013.

## HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN