(Sigit, Ghaib Widodo, Moch. Setyadji, Damunir, Triyono)
PROSES SIKLUS REDUKSI (U 3 O 8 + 18 HASIL FISI)

## UNTUK BAHAN BAKAR DUPIC
Sigit*, Ghaib Widodo*, Moch. Setyadji**, Damunir**, Triyono**
*Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir (PTBN) – BATAN
Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang Selatan, 15310
** Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan (PTAPAB) – BATAN
Jl. Babarsari PO BOX 6000, Yogyakarta
e-mail: sigit@batan.go.id
(Naskah diterima: 8 November 2012, disetujui: 27 Desember 2012)

## ABSTRAK
PROSES  SIKLUS  REDUKSI  (U 3 O 8 +  18  HASIL  FISI)  UNTUK  BAHAN  BAKAR  DUPIC .  Telah dilakukan  proses  reduksi  ke-1  bahan  bakar  nuklir  yaitu  (U 3 O 8 +  18  hasil  fisi)  di  dalam  tungku reduksi  yang  dialiri  gas  hidrogen  pada  temperatur  yang  bervariasi  dari  600 –  900 o C  selama  3 jam. Hasil reduksi berupa serbuk (UO 2 + 18 hasil fisi) yang kemudian ditentukan densitas curah, ketuk dan sejati serta rasio O/U dan dipelajari pula efek penggerusan serbuk. Serbuk yang tidak mengalami  penggerusan,  mempunyai  densitas  yang  lebih  kecil  dibandingkan  dengan  serbuk yang  mengalami  penggerusan  sehingga  penentuan  densitas  dilakukan  melalui  tahap penggerusan  terlebih  dahulu.  Besarnya  temperatur  di  atas  mempengaruhi  densitas  yang diperoleh, semakin tinggi temperatur, semakin tinggi pula densitas serbuk, sedangkan rasio O/U mendekati 2. Setelah diperoleh serbuk (UO 2 + 18 hasil fisi) dari hasil reduksi ke-1, maka serbuk tersebut dioksidasi pada temperatur 500 o C selama 2 jam hingga diperoleh lagi serbuk (U 3 O 8 + 18 hasil  fisi)  yang  merupakan  bahan  untuk  proses  reduksi  ke-2.  Proses  reduksi  ke-2  dilakukan sebagaimana  proses  reduksi  ke-1,  demikian  diulangi  sampai  pengulangan  (siklus)  ke-4.  Hasil proses  reduksi  berupa  serbuk  (UO 2 +  18  hasil  fisi)  yang  dikarakterisasi  densitas  dan  rasio  O/U. Proses  pengulangan  reduksi  tersebut  memperbesar  densitas  serbuk  dan  rasio  O/U.  Dari percobaan yang dilakukan diperoleh hasil kondisi proses yang relatif baik yaitu pada siklus yang ke-3,  dan  temperatur  proses  reduksi  800 o C  dengan  waktu  pemanasan  selama  3  jam.  Pada kondisi  tersebut  diperoleh  densitas  curah,  ketuk  dan  sejati  masing-masing  2,4594;  3,2096  dan 10,2866 g/cm 3 (93,77% TD) serta rasio O/U sebesar 2,0192.
Kata kunci: Siklus reduksi, UO 2 , U 3 O 8 , hasil fisi, bahan bakar DUPIC.

## ABSTRACT
REDUCTION CYCLE PROCESS OF (UO 2 + 18 FISSION PRODUCTS) FOR DUPIC FUEL . First reduction process of nuclear fuel (U 3 O 8 +18 fission products) has been done in a reduction furnace flowed with hydrogen gas  at varying temperatures from 600 – 900 °C for 3 hours. The reduction product was UO 2 + 18 fission products, of which bulk, tap and true density, O/U ratio, and effect of powder crushing were to be determined. Powder that was not crushed has smaller densities than
that under going crushing, so that the determination of densities was conducted through crushing stage.  It  is  indicated  that  the  temperature  affects  the  obtained  densities,  the  higher  the temperature  the  higher  the  densities  of  the  powder  with  O/U  ratio  approaching  to  2.  After obtaining powder of (UO 2 + 18 fission) from the first reduction process, the powder was oxidized at a temperature of  500 o C for 2 hours until the  powder (U 3 O 8 + 18 fission) were obtained again and to be used for the second reduction process. The second reduction process was carried out in a way similar to the first reduction process and was repeated up to four cycles.The product of the four-cycle  reduction process was in the form of (UO 2 + 18 fission products) powder, of which characterization  was  done  for  its  densities  and  O/U  ratio.  The  reduction  process  repetition appears to have enhanced the powder densities and resulted in better O/U ratio. The experiment shows  that  the  relatively  good  process  condition  is  the  third  reduction,  where  the  reduction temperature  is  800 o C  with  heating  time  for  3  hours.  In  that  condition,  the  bulkr,  tap  and  true density  obtained  are  2,4594;  3,2096  and  10,2866  g/cm 3 (93,77%  TD)  respectively  and  the  O/U ratio is 2,0192.
Key words: Reduction cycle, UO 2 ,U 3 O 8 , fission products, DUPIC fuel.

## PENDAHULUAN
Bahan  bakar  reaktor  nuklir  yang digunakan  saat  ini  adalah  uranium.  Untuk reaktor  jenis  PWR,  digunakan  uranium diperkaya  U-235  sampai  sekitar  4%.  Di dalam  reaktor,  uranium  diiradiasi  dengan neutron  sehingga  terjadi  reaksi  pembelahan inti  secara  berantai  yang  terkontrol  dan menghasilkan  energi.  Reaksi  pembelahan tersebut  menghasilkan  beberapa  unsur berat  antara  lain  Pu,  Am,  Cm  dan  sisa uranium dll di dalam bahan bakar bekasnya. Karena  masih  mengandung  bahan  bakar yang  sangat  berharga  yaitu  uranium  dan plutonium  maka  perlu  untuk  diperoleh kembali (recovery) .  Untuk  mendapatkan kembali bahan bakar tersebut dapat dilakukan  dengan  proses  basah  atau  olah ulang (reprocessing) dan proses kering atau daur  ulang (recycling) .  Pada  proses  basah, telah  digunakan  metoda  PUREX (plutonium uranium  recovery  by  extraction) yang didasarkan pada extraksi cair-cair menggunakan  solven  Tri  Butil  Pospat  (TBP) dalam  pelarut  kerosen.  Metoda  ini  sudah lama ditemukan dan digunakan sampai saat ini [1] .  Untuk  proses  daur  ulang  cara  kering, dapat  dilakukan  dengan  berbagai  metoda seperti proses garam leleh (pirokimia, teknik
fluidisasi, proses oksidasi/reduksi,
electrorefining dan metalurgi) [2,3] .
Proses daur ulang (recycling) bertujuan  untuk  memanfaatkan  kembali bahan  bakar  uranium  dan  plutonium  yang diperoleh  dari  pengolahan  bahan  bakar bekas  yang  ditambahkan  ke  bahan  bakar segar untuk dibuat bahan bakar baru.
Salah  satu  proses  kering  yang diaplikasikan adalah proses oksidasi-reduksi (OREOX/ Oxidation  Reduction  of  Enriched Oxide  Fuel) .  Sejak  tahun  1991,  Kanada, Korea dan Amerika Serikat, telah merealisasikan  pemanfaatan  kembali  bahan bakar bekas reaktor jenis PWR untuk bahan bakar  reaktor  CANDU  atau  disebut  dengan bahan bakar DUPIC (Direct Use of PWR fuel In  Candu  reactor) .  Dengan  teknologi  bahan bakar  DUPIC  tersebut,  dapat  dilakukan refabrikasi  bahan  bakar  CANDU  dari  bahan bakar  bekas  PWR [4] .  Teknologi  pembuatan bahan  bakar  DUPIC  ini  direkomendasikan sebagai  teknologi  daur  ulang  bahan  bakar yang  bersifat proliferation  resistance yaitu tidak  bertentangan  dengan  perjanjian  non- proliferasi (Non  Proliferation  Treaty/NPT). Korea  Atomic  Energy  Research  Institute (KAERI) telah mempelajari mengenai bahan bakar DUPIC dalam skala laboratorium [5] .
(Sigit, Ghaib Widodo, Moch. Setyadji, Damunir, Triyono)
Teknologi  bahan  bakar  DUPIC    ini mempunyai  keunggulan  yaitu:  tidak  ada material  yang  terpisah  selama  proses fabrikasi;  uranium,  plutonium,  hasil  fisi  dan aktinida  minor  tetap  berada  dalam  serbuk bahan  bakar  dan  akan  digunakan  kembali untuk bahan bakar DUPIC, serta pengoperasiannya sederhana dengan menggunakan bahan dalam bentuk padatan, tidak  seperti  pada  proses  PUREX [6,7] .  Untuk pembuatan  bahan  bakar  DUPIC  dari  bahan bakar  bekas  PWR  bermacam-macam  alat digunakan  di  antaranya  mesin decladding untuk  memisahkan  kelongsong  dan  bahan bakar, tungku OREOX untuk proses oksidasi-reduksi,  sistem  pengolah off-gas , mesin  penggerus  dan  pencampur  serbuk, alat  kompaksi (press ),  tungku  sinter,  las laser dll [7] .
Penelitian dan pengembangan terus dilanjutkan  dengan  menggunakan  fasilitas hot  cell dan  dengan  teknik remote  control , guna  memperbaiki  unjuk  kerja  bahan  bakar DUPIC  dan  telah  diimplementasikan  untuk konsep  bahan  bakar  bekas  di  masa mendatang [8] .  Peneliti  dari  Korea  KIM,  J.H. dkk. [9] ,  dan  LEE.  J.W.  dkk. [10] melakukan optimasi  pembuatan  pelet  untuk  bahan bakar  DUPIC  dengan  menambahkan  14 jenis  hasil  fisi  dalam  bentuk  oksida  ke serbuk  UO 2 sebagai  SIMFUEL  (hasil  fisi simulasi) dengan burn up 35.000 MWD/MTU.  Campuran  serbuk  tersebut kemudian  dibuat  menjadi  pelet  dan  disinter hingga  menjadi  pelet  sinter,  lalu  dikenai proses OREOX dan dikarakterisasi.
Di  Indonesia,  dalam  mendukung kebijakan  Pemerintah  sektor  energi  nuklir, juga telah dilakukan penelitian dan pengembangan  teknologi  daur  ulang  bahan bakar nuklir dengan metoda oksidasi-reduksi menggunakan  bahan  bakar  UO 2 dan campuran  serbuk  UO 2 dan  ZrO 2 sebagai salah  satu  hasil  fisi  (simulasi)  dalam  bahan bakar bekas. Masing-masing bahan tersebut dikompaksi lalu disinter hingga menjadi pelet
sinter. Pelet (UO 2 + ZrO 2 ) sinter ini kemudian dikenai  proses  oksidasi  hingga  menjadi serbuk  U 3 O 8 lalu  direduksi  kembali  menjadi UO 2 [11-13] .  Dari  penelitian  yang  dilakukan diperoleh informasi dan pemahaman mengenai  teknologi  daur  ulang  dengan proses  oksidasi-reduksi.  Setelah  diperoleh teknologi  tersebut,  maka  dari  penggunaan ZrO 2 tersebut  kemudian  dikembangkan dengan  menambah  hasil  fisi  menjadi  18 jenis  hasil  fisi  simulasi  sesuai  dengan  yang didapat  dari  program  Origen-2  seperti  pada Tabel  1.  Bahan  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah serbuk (U 3 O 8 + 18 hasil
fisi) yang merupakan serbuk hasil re-oksidasi  pelet  (UO 2 +  hasil  fisi)  dari penelitian sebelumnya [14] . Untuk dapat digunakan  sebagai  bahan  bakar  DUPIC, serbuk  (U 3 O 8 +  18  hasil  fisi)  tersebut direduksi  pada  temperatur  dan  waktu tertentu  agar  diperoleh  serbuk  (UO 2 +hasil fisi) sinterable (dapat  sinter),  yang  pada proses  selanjutnya  serbuk  hasil  reduksi dikompaksi,  disinter  hingga  menjadi  pelet bahan  bakar  baru  yang  digunakan  pada reaktor  CANDU/PHWR.  Pada  penelitian  ini dipelajari  pengaruh  penggerusan  serbuk terhadap  densitas,  pengaruh  temperatur serta pengaruh  pengulangan proses reduksi terhadap  densitas  dan  rasio  O/U.  Densitas yang  diukur  adalah  densitas  curah (bulk density) ,  densitas  ketuk (tap  density) dan densitas  sejati (true  density) .  Pada  proses reduksi,  terjadi  reaksi  antara  U 3 O 8 dengan gas  hidrogen  dan  UO 2 hasil  reduksi  ini digunakan  sebagai  bahan  bakar  DUPIC. Reaksinya adalah sbb.:
U 3 O 8 + 2H 2  3UO 2 + 2H 2 O
Dari  hasil  penelitian  ini  diharapkan diperoleh teknologi pengolahan bahan bakar bekas PWR secara oksidasi-reduksi menjadi bahan  bakar  DUPIC  untuk  kemudian digunakan  pada  reaktor  CANDU/PHWR, dan rencana lebih lanjut untuk produksi yang lebih besar.
Tabel 1. Komposisi bahan bakar bekas simulasi, UO 2 pengkayaan U-235 4%, burn up 40.000 MWD/MTU, waktu pendinginan 5 tahun
No Unsur Bentuk Oksida Konsentrasi, % 1. Sr SrO 0,1100 2. Y Y 2 O 3 0,0649 3. Zr ZrO 2 0,4967 4. Mo MoO 2 0,4171 5. Ru RuO 2 0,2123 6. Rh Rh 2 O 3 0,0426 7. Pd PdO 0,0681 8. Te TeO 2 0,0426 9. Ba BaO 0,1567 10. La La 2 O 3 0,1335 11. Ce CeO 2 0,2754 12. Pr Pr 6 O 11 0,0168 13. Nd Nd 2 O 3 0,4474 14. Sm Sm 2 O 3 0,0769 15. Cd CdO 0,0026 16. Eu Eu 2 O 3 0,0119 17. Gd Gd 2 O 3 0,0028 18. Sb Sb 2 O 3 0,1034 19. U UO 2 97,3129
Catatan :No 1-18 : unsur hasil fisi dari Origen-2

## TATA KERJA
Bahan yang digunakan adalah serbuk (U 3 O 8 + 18 hasil fisi) yang merupakan serbuk  hasil  oksidasi  pelet  (UO 2 +  hasil  fisi) sinter  yang  diperoleh  pada  penelitian sebelumnya [14] .  Bahan  lain  yang  digunakan adalah  CCl 4 untuk  penentuan  densitas menggunakan  piknometer  dan  timbangan analitik.  Serbuk  (U 3 O 8 +  18  hasil  fisi) ditimbang  pada  berat  tertentu,  kemudian dimasukkan  dalam  krusibel  dari  bahan keramik  dan  diletakkan  dalam  tungku reduksi La Physique Applique .
Setelah  tungku  reduksi  ditutup, power dihidupkan (dipanaskan) dan divakumkan  hingga  tekanan  10 -3 bar.
Setelah  vakum,  pemanasan  dilanjutkan sampai  temperatur  650 o C  sambil  dialiri  gas nitrogen  untuk  mengusir  udara  yang  ada  di dalam  tungku  reduksi.  Setelah  itu  gas hidrogen  dialirkan  dengan  tekanan  50 mmHg,  pemanasan  dilanjutkan  sampai temperatur  proses  reduksi  yang  divariasi 600,  700,  800  dan  900 o C  selama  3  jam
hingga  H 2 bereaksi  dengan  U 3 O 8 dan membentuk  serbuk  (UO 2 +  18  hasil  fisi) sebagai  hasil  reduksi  siklus  ke-1  yang kemudian  ditentukan  densitas  serta  rasio O/U.
Sebelum mempelajari pengaruh temperatur  pada  proses  reduksi,  terlebih dahulu dilakukan percobaan pengaruh penggerusan serbuk guna menaikkan densitas  yaitu  densitas  curah (pour  density) dan densitas ketuk (tap density) . Temperatur reduksi  yang  digunakan  adalah  800 o C  dan waktu 3 jam.
Pengukuran
densitas
curah
dilakukan dengan cara menimbang sejumlah tertentu  serbuk  (UO 2 +  18  hasil  fisi) kemudian  dimasukkan  ke  dalam  gelas  ukur dan ditentukan volumenya. Gelas ukur berisi serbuk tersebut diketuk dengan cara dijatuhkan dari ketinggian 10 cm sebanyak 7 kali  kemudian  diamati  volumenya.  Untuk penentuan  densitas  sejati  dilakukan  dengan menggunakan piknometer dan CCl 4 .
(Sigit, Ghaib Widodo, Moch. Setyadji, Damunir, Triyono)
Densitas  ditentukan  dengan  membagi  berat dengan volume.
Penentuan  rasio  O/U  dilakukan dengan  cara  gravimetri yaitu  dengan menimbang  serbuk  (UO 2 +  18  hasil  fisi), dimasukkan ke dalam cawan, lalu dipanaskan  dalam  tungku  kalsinasi  pada temperatur  900 o C  selam  4  jam  sesuai dengan Analytical Procedures, NDA
Methods  and  Seals  Used  at  Model  Facility, Session 31. Berat serbuk awal (a) dan akhir (b)  ditimbang  dan  dikoreksi  dulu  dengan mengurangi  berat  hasil  fisi.  Rumus  yang digunakan:
Serbuk  (UO 2 +  18  hasil  fisi)  hasil  proses reduksi    siklus  ke-1  kemudian  dioksidasi pada  temperatur  500 o C  selama  2  jam hingga menjadi serbuk  (U 3 O 8 + 18  hasil fisi)
dan  serbuk  ini  kemudian  direduksi  kembali dengan  H 2 pada  temperatur  800 o C  selama 3  jam  sebagai  proses  reduksi  siklus  ke-2. Percobaan  tersebut  diulangi  untuk  siklus reduksi  ke-3  dan  ke-4.  Ditentukan  densitas dan rasio O/U serbuk hasil proses reduksi.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Efek penggerusan
Serbuk  hasil  reduksi  masih  memiliki  ukuran yang  relatif  besar  dan  bervariasi.  Oleh karena  itu  dilakukan  proses  penggerusan agar  diperoleh  serbuk  yang  homogen  dan berdensitas  lebih  tinggi,  mengingat  densitas merupakan  salah  satu  karakteristik  penting untuk  bahan  bakar,  selain  O/U.  Diharapkan densitas  yang  diperoleh  mendekati  TD (theoritical  density). Pada  Tabel  2  dapat dilihat  efek  dari  penggerusan  terhadap densitas  serbuk  (UO 2 +  18  hasil  fisi)  hasil reduksi ke-1.
Tabel 2. Efek penggerusan serbuk (UO 2 + 18 hasil fisi) hasil reduksi ke-1 pada temperatur 800 o C selama 3 jam. Kode sampel Densitas serbuk (UO 2 + 18 hasil fisi), g/cm 3 Sebelum digerus Sesudah digerus Kenaikan, % Curah Ketuk Curah Ketuk Curah Ketuk II/3 1,7204 2,6067 1,9316 2,8716 12,28 10,16 II/4 1,7187 2,6684 1,8818 2,9140 9,49 9,20 II/5 1,5062 2,3849 1,6596 2,6368 10,18 10,56 II/6 1,6044 2,4600 1,7837 2,7314 11,18 15,10 Rerata 1,6374 Rerata 2,5300 Rerata 1,8142 Rerata 2,8634 Rerata 10,78 Rerata 11,26 Dari  Tabel  2  dapat  dilihat  bahwa
kode  II/3,  II/4,  II/5  dan  II/6  adalah  serbuk (U 3 O 8 +  18  hasil  fisi)  yang  diperoleh  dari oksidasi  pelet  (UO 2 +  hasil  fisi)  sinter  yang pada pembuatan pelet mentahnya dikompaksi  masing-masing  pada  tekanan 3,1584, 4,2112, 5,2640 dan 6,3168
ton/cm 2[14] .  Terhadap  serbuk  (UO 2 +  hasil fisi)  hasil  kompaksi  dengan  variasi  tekanan terlihat  bahwa  tekanan  tidak  memberikan pengaruh  yang  berarti  terhadap  densitas
sehingga  dapat  diambil  reratanya.  Serbuk yang  belum  digerus,  densitas  curah  dan densitas ketuk rerata masing-masing adalah 1,6374  dan  2,5300  g/cm 3 dan  setelah dilakukan  penggerusan  densitas  rerata  naik menjadi  1,8142  dan  2,8634  g/cm 3 atau kenaikan  densitas  rerata  masing-masing adalah  10,78  dan  11,26%.  Jadi  terlihat  efek dari  penggerusan  terhadap  densitas.  Hal  ini terjadi  karena  penggerusan  menyebabkan butir-butir  menjadi  lebih  kecil  yang  dapat mengisi  rongga-rongga  diantara  serbuk
(a – 0,848 b) /16 Rasio O/U = 0,848 b/238
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 500 600 700 800 900 1000 D e n s it a s , g /m L Temperatur reduksi, o C Dens. curah Dens. ketuk
Dens. sejati
sehingga volum yang ditempati menjadi kecil atau  densitas  menjadi  lebih  besar.  Untuk mengukur densitas pada percobaan berikutnya, serbuk (UO 2 + 18 hasil fisi) telah mengalami penggerusan terlebih dahulu.
Pengaruh  temperatur  proses  reduksi terhadap densitas curah, ketuk dan sejati serta rasio O/U
Proses  reduksi  dilakukan  sampai beberapa  kali  untuk  mendapatkan  serbuk dapat  sinter (sinterable) ditinjau  dari  sisi densitas  dan  rasio  O/U.  Data  pengaruh temperatur  reduksi  serbuk  (U 3 O 8 +  18  hasil fisi)  terhadap  densitas  dan  rasio  O/U  dari serbuk  hasil  reduksi  (UO 2 +  18  hasil  fisi) dapat  dilihat  pada  Tabel  3  (lampiran)  dan Gambar 1 dan 2.
Pada  Tabel  3  (lampiran)  dan Gambar 1 dapat dilihat pengaruh temperatur reduksi  terhadap  densitas  serbuk  (UO 2 +  18 hasil  fisi)  dan  rasio  O/U.  Densitas  yang diukur  adalah  densitas  curah,  ketuk  dan sejati.  Dari  empat  jenis  sampel  diperoleh nilai densitas masing-masing yang kemudian dirata-rata.
Reduksi
pada temperatur  rendah  (600 o C)  memberikan nilai  densitas  rerata  yang  rendah  pula  yaitu 1,5774;  2,0285  dan  6,6974  g/cm 3 masing- masing  untuk  densitas  curah,  ketuk  dan sejati.  Hal  ini  dimungkinkan  karena  reduksi serbuk (U 3 O 8 ) menjadi (UO 2 ) pada
temperatur rendah tersebut belum sempurna.  Kondisi  tersebut  nampak  jika temperatur  reduksi  dinaikkan  maka  baik densitas curah, ketuk maupun sejati
bertambah besar sampai  temperatur 800 o C yang  berarti  reaksi  reduksi  antara  gas hidrogen  dan  serbuk  U 3 O 8 lebih  sempurna. Jika  temperatur  reduksi  dinaikkan  lagi  maka densitas  tidak  bertambah  besar  bahkan retaif  tetap  karena  reduksi  U 3 O 8 dengan  H 2 menjadi UO 2 sudah maksimal pada temperatur  reduksi  800 o C  dengan  waktu reduksi  selama  3  jam.  Panas  diperlukan agar  terjadi  reaksi  reduksi  antara  U 3 O 8 dengan  H 2 yang  dapat  dijelaskan  bahwa energi  aktivasi  minimum  untuk  reaksi  pada temperatur  600-800 o C  tersebut  adalah sebesar  15,2-17,4 kkal/mol  yang  harganya positif  atau  reaksi  endoterm  sehingga memerlukan panas [14] .
Pengaruh temperatur reduksi
terhadap  rasio  O/U  dari  serbuk  (UO 2 +  18 hasil  fisi)  dapat  dilihat  pada  Tabel  3 (lampiran)  dan  Gambar  2.  Nampak  bahwa pada  temperatur  reduksi  yang  rendah  (600 o C)  harga  rasio  O/U  rerata  masih  cukup tinggi  yaitu  2,22,  tetapi  jika  temperatur reduksi  dinaikkan,  maka  rasio  O/U  rerata menurun  menjadi  2,11  pada  temperatur reduksi  800 o C,  pada  temperatur  reduksi 900 o C relatif tetap. Untuk bahan bakar UO 2 maka  rasio  O/U  secara  teoritis  adalah  2. Dalam percobaan, harga rasio O/U diharapkan  mendekati  2.  Jika  tidak,  maka kemungkinan senyawa yang terbentuk adalah  UO 2 yang  tercampur  dengan  sedikit U 3 O 8 atau  UO 3 .  Nilai  rasio  O/U  rerata  yang mendekati 2 terjadi pada temperatur reduksi 800 o C dengan waktu 3 jam.
Gambar 1. Pengaruh temperatur reduksi terhadap densitas curah, ketuk dan sejati serbuk (UO 2 + 18hasil fisi).
(Sigit, Ghaib Widodo, Moch. Setyadji, Damunir, Triyono)
0 2 4 6 8 10 12 1 2 3 4 De n sita s, g/m L Siklus reduksi ke- Dens. curah Dens. ketuk Dens. sejati
Gambar 2. Pengaruh temperatur reduksi terhadap rasio O/U serbuk (UO 2 + 18 hasil fisi).
Dari  uraian  di  atas  dapat  diketahui bahwa  proses  reduksi  yang  memberikan hasil  yang  relatif  baik  adalah  temperatur 800 o C,  waktu  3  jam  dengan  memberikan hasil  yaitu  densitas  curah,  dan  ketuk  rerata masing-masing  adalah  1,8142  dan  2,8634 g/cm 3 ,  dan  densitas  sejati  rerata  adalah 9,2385 g/cm 3 (84,22%
TD/Theoritical Density yaitu  10,96  g/cm 3 ) dan  rasio  O/U rerata  sebesar  2,11.  Proses  reduksi  di  atas adalah reduksi ke-1, yang belum memberikan hasil yang optimal yaitu apabila ditinjau  dari  densitas  sejati  yang  diperoleh yang  masih  rendah  dibandingkan  dengan densitas teoritisnya, demikian juga rasio O/U nya  masih  di  atas  nilai  2.  Oleh  karena  itu, penelitian  dilanjutkan  dengan  melakukan
pengulangan  proses  reduksi  ke-2,  ke-3  dan ke-4.

## Pengaruh  siklus  (pengulangan)  proses reduksi
Pada  proses  reduksi  ke-2,  serbuk (UO 2 +18 hasil fisi) hasil reduksi ke-1 di atas sebelumnya  dikenai  proses  oksidasi  hingga menjadi serbuk (U 3 O 8 + 18 hasil fisi). Serbuk (U 3 O 8 + 18  hasil fisi) ini kemudian direduksi kembali menjadi serbuk (UO 2 + 18 hasil fisi) yang  kemudian  ditentukan  densitas  dan rasio O/U nya. Untuk reduksi ke-3 dan ke-4, dilakukan proses yang sama dengan proses reduksi  ke-2.  Temperatur  reduksi  yang digunakan  adalah  800 o C  dan  waktu  3  jam. Data  hasil  percobaan  dapat  dilihat  pada Tabel  4  (lampiran)  dan  Gambar  3  dan  4.
2 2.05 2.1 2.15 2.2 2.25 2.3 500 600 700 800 900 1000 R a s io O/ U Temperatur reduksi, oC
Gambar 4.  Pengaruh siklus (pengulangan) proses reduksi terhadap rasio O/U serbuk (UO 2 + 18 hasil fisi)
Terlihat bahwa siklus (pengulangan) proses reduksi mempengaruhi densitas baik densitas  curah,  ketuk  maupun  sejati  serta rasio  O/U  dari  serbuk  (UO 2 +  18  hasil  fisi). Pada  proses  reduksi  siklus  ke-1  densitas reratanya  masih  rendah,  sedangkan  pada siklus  ke-2  dan  ke-  3  mengalami  kenaikan, dan pada siklus ke-4 terjadi penurunan atau relatif  tetap.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa pada  siklus  reduksi  ke-2  dan  ke-3  telah terjadi penyempurnaan proses reduksi serbuk  (U 3 O 8 +  18  hasil  fisi)  menjadi  serbuk (UO 2 +  18  hasil  fisi)  dibandingkan  dengan reduski  ke-1.  Pengulangan  proses  reduksi ke-4  tidak  memberikan  kenaikan  densitas, bahkan  terjadi  penurunan  atau  relatif  tetap. Pada  siklus  reduksi  ke-3  diperoleh  densitas terbaik  dibandingkan  dengan  siklus  lainnya yaitu  densitas  curah,  ketuk  dan  sejati masing-masing 2,4594; 3,2096 dan 10,2866 g/cm 3 . Untuk densitas sejati, jika diperhitungkan  dengan  densitas  teoritisnya diperoleh  93,77% TD ,  pencapaian  densitas sejati ini sudah cukup baik .
Rasio  O/U,  pengulangan  proses reduksi  juga  memberikan  nilai  yang  lebih baik  yang  dapat  dilihat  pada  Tabel  4 (lampiran)  dan  Gambar  4.  Jika  pada  siklus reduksi  ke-1  memberikan  rasio  O/U  2,11, maka  pada  siklus  reduksi  ke-2  menurun menjadi  2,056,  pada  siklus  ke-3  menjadi 2,019  dan  pada  siklus  ke-4  menjadi  2,069.
Rasio O/U yang diperoleh ini telah mendekati  harga  teoritis  yaitu  2.  Fenomena yang  dapat  dijelaskan  dari  hasil  tersebut bahwa pada siklus ke-1 masih belum terjadi reaksi  reduksi  yang  sempurna  karena  pada oksidasi  pertama  dengan  bahan  pelet (UO 2 + 18 hasil fisi), serbuk hasil oksidasinya  masih  agak  kasar  sehingga reaksi  reduksi  tidak  dapat  berlangsung dengan  baik  demikian  juga  rasio  O/U  masih di  atas  2.  Pada  siklus  ke-2  dan  seterusnya, kondisi serbuk sudah menjadi lebih homogen,  merata  sehingga  reaksi  lebih sempurna  dan  menghasilkan  densitas  lebih tinggi dan rasio O/U mendekati teoritis.
Peneliti lain dari Korea telah melakukan  penelitian  fabrikasi  bahan  bakar DUPIC  berupa  (UO 2 +  14  jenis  hasil  fisi), dimana diperoleh karakteristik serbuk bahan bakar  DUPIC  yaitu bulk  density (densitas curah)  dan tap  density (densitas  ketuk) untuk bahan serbuk OREOX masing-masing 0,55  dan  0,83  g/cm 3 ,  untuk  bahan  serbuk yang  digerus  2,10  dan  2,91  g/cm 3[7] .  Untuk proses  OREOX  3  siklus  yaitu  oksidasi  pada temperatur  400 o C  dan  reduksi  dengan  H 2 pada  temperatur  600 o C  memberikan  hasil berupa  serbuk  (UO 2 +  hasil  fisi)  yang kemudian  dibuat  pelet  mentah  dan  pelet sinter.  Untuk  siklus-1  diperoleh  densitas pelet  mentah  dan  pelet  sinter  masing- masing 6,588 dan 8,115 g/cm 3 , untuk siklus-
2 2.05 2.1 2.15 2.2 2.25 2.3 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 R a s io O/ U Siklus reduksi ke-
(Sigit, Ghaib Widodo, Moch. Setyadji, Damunir, Triyono)
2 6,279 dan 9,048 g/cm 3 , dan untuk siklus-3
6,034  dan  9,585  g/cm 3 (87,37% TD) [9] .  Jika dibandingkan  dengan  hasil  dari  Korea tersebut,  maka  penelitian  yang  dilakukan  ini masih  memberikan  hasil  yang  cukup  baik, walaupun masih berbentuk serbuk (UO 2 + 18 hasil fisi) dengan densitas teoritis 93,77% TD.

## SIMPULAN
Dari penelitian proses reduksi bahan bakar  nuklir  menjadi  bahan  bakar  DUPIC (UO 2 + 18 hasil fisi) ini dapat ditarik simpulan bahwa  penggerusan  serbuk  yang  diperoleh dari  hasil  reduksi  siklus  ke-1  memberikan efek  yaitu  memperbesar  densitas  baik densitas  curah  maupun  ketuk.  Kenaikan densitas  serbuk  sebelum  dan  sesudah digerus  untuk  densitas  curah  dan  ketuk rerata  masing-masing  10,78  dan  11,26%. Efek  temperatur  proses  reduksi  terhadap densitas  serbuk  juga  tampak  bahwa  pada temperatur relatif rendah yaitu 600 o C masih memberikan  nilai  densitas  yang  rendah, namun  akan  naik  apabila temperatur ditingkatkan sampai 700 dan 800, sedangkan pada temperatur 900 o C, densitas  relatif  tetap  atau  menurun.  Efek temperatur  reduksi  terhadap  rasio  O/U memberikan  hasil  bahwa  semakin  tinggi temperatur,  semakin  baik  perolehan  rasio O/U  nya.  Karakteristik  serbuk  khususnya densitas dan rasio O/U  juga berbeda  untuk tiap  siklus  reduksi,  dimana  pada  siklus  ke-1 densitas  serbuk  baik  densitas  curah,  ketuk maupun  sejati  masih  rendah  yaitu  rerata masing-masing  1,8142;  2,8634  dan  9,2385 g/cm 3 dengan  rasio  O/U  yang  cukup  tinggi yaitu 2,11. Pada siklus reduksi ke-2 dan ke- 3,  densitas  serbuk  bertambah  besar  dan pada  siklus  ke-4  relatif  tetap,  sedangkan rasio  O/U  semakin  mengecil  mendekati harga  2.  Pada  penelitian  ini  diperoleh kondisi  relatif  baik  yaitu  pada  temperatur proses  reduksi  800 o C  dengan  waktu pemanasan  3  jam  dan  siklus  reduksi  yang ke-3  dan  diperoleh  serbuk  (UO 2 +  18  hasil
fisi) dengan densitas curah, ketuk dan sejati masing-masing 2,4594; 3,2096 dan 10,2866 g/cm 3 (93,77% TD)  serta  rasio  O/U  sebesar 2,0192.  Sesuai  dengan  karakteristik  yang diperoleh, serbuk (UO 2 + 18 hasil fisi) proses reduksi serbuk (U 3 O 8 + 18 hasil fisi) tersebut secara  teoritis  dapat  digunakan  untuk pembuatan  bahan  bakar  DUPIC  setelah melalui  tahapan  proses  repeletisasi  yaitu kompaksi, sintering dan fabrikasi.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada  Ir.  Prayitno,  Ir.  Haryono  SW, Bambang Suwondo, A,Md., Parimun, A.Md., Joko  Maryoto,  dan  semua  pihak  yang  telah membantu hingga selesainya penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Anonim. (2011, June). Plutonium Uranium Extraction Process . http://www.britannica.com/Ebchecked/t opic/465309/plutonium-uranium- extraction  process.
2. Sigit. (2000). Tinjauan Beberapa Proses Daur Ulang Uranium Teriradiasi dengan  Metoda  Kering.  PIDBBN  V  & P2BGN BATAN, Jakarta.
3. Prayitno, Fathurrachman, Ghaib
Widodo,  dan  A.  Paid.  (1999).  Survei Proses  Ulang  Cara Kering.  PPI- P2TBDU, Jakarta.
4. Yang, M. S., Y. W. Lee, K. K. Bae, And S. H. Na. (1993). Conceptual  Study On
The DUPIC Fuel Manufacturing
Technology. Proc. Int. Conf. and
Technology Exhibition on Future Nuclear System, GLOBAL ’93, Seattle.
5. Ko,  W.I.,  and  Kim,  H.D.  (2001). Analysis of Nuclear Proliferation Resistance of DUPIC Fuel
Cycle. Journal  of  Nuclear  Science  and Technology , Vol. 38, No. 9, p.757-765.
6. Yang,  M.S.,  Choi,  H.,  Jeong,  C.J., Song,  K.C.,  Lee  J.W.,  Park,  G.I.,  Kim, H.D.,  Ko,  W.I.,  Park,  J.J.,  Kim,  K.H., Lee,  H.H.,  and  Park ,  J.H.  (2005). The Status  And  Prospect  Of  Dupic  Fuel Technology. Korea  Atomic  Energy Research  Institute,  150  Deokjin-dong,
Yuseong-gu, Daejeon.
7. Lee, J.W. (2004). Introduction of DUPIC Fuel Fabrication. KAERI, Taejon, Korea.
8. Park, J.J., Yang, M.S., Bae, K.K., Choi, H.B., Kim, H.D., Park, H.S. (2004). Technology  and  Implementation of  the  DUPIC  Concept  for  Spent Nuclear  Fuel  in  the  Rock. KAERI, Taejon.
9. Kim,  J.H.,  Kang,  K.H.,  Kim,  B.G.,  Lee,
Jae.W., Lee, J.W. And Yang,M.S.(2004). Optimization of
Power/Pellet  Fabrication  for  DUPIC
Fuel . KAERI, Taejon.
10.  Lee.,  Jae,  W.,  Lee,  J.W.,  Kim,  W.K., Park, G.I., Yang, M.S. (2004). Study on Characterization  and  Fabrication  of Simulated  Pellets  for  the  Fabrication  of
DUPIC Fuel . KAERI, Taejon.
11.  Sigit,  Martoyo,  Ngatidjo,  Rahmat,  P,  R. Didiek,  H.  (2005).  Pengaruh  Siklus
Proses Oksidasi-Reduksi Uranium Oksida  Terhadap  Densitas  Dan Butiran Serbuk U 3 O 8 Dan UO 2 . Jurnal
Teknologi  Bahan  Nuklir,  Vol.1,  No.  2, Juni 2005, hal 68 -76, P2TBDU BATAN, Jakarta, , ISSN 1907-2635.
12.  Sigit,  Noor  Yudhi,  Rahmat  P.,  R.Didiek H.  (2005).  Karakterisasi  Hasil  Proses Oksidasi-Reduksi  Siklus  I  Uranium Oksida.  Prosiding  PPI  Litdas  Iptek Nuklir,ISSN  0216-3128,  P3TM  BATAN,
Yogyakarta, hal. 257-263.
13.  Sigit,  Ghaib  Widodo,  Haryono  S.W., Supardjono,  M.,  Nurwidjajadi.  (2008). Pengaruh  Temperatur,  Waktu  Oksidasi dan Konsentrasi ZrO 2 Terhadap
Densitas,  Luas  Permukaan  dan  Rasio O/U  Hasil  Reduksi  (U 3 O 8 +ZrO 2 ).  Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir Urania,ISSN  0852-4777,  Vol.14  No.3, hal. 141-148.
14.  Damunir. (2007). Aspek Kinetika Reaksi Kernel  U 3 O 8 Dengan  Gas  H 2 Terhadap Karakteristik  Energi  Aktivasi,  Konstanta Laju Reaksi dan Rasio O/U Kernel UO 2. Jurnal  Teknologi  Bahan  Nuklir,ISSN 1907-2635,  Vol  3,  No.  2,  hal  49-60, Jakarta.