## PEMBUATAN SERBUK U-6Zr DENGAN PENGKAYAAN URANIUM 19,75 % UNTUK BAHAN BAKAR REAKTOR RISET
Masrukan K, Sungkono, Yanlinastuti, Tri Yulianto, Ridwan Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir - BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang Selatan, 15314 e-mail: masrukan2006@yahoo.com
(Naskah diterima : 20-08-2015, Naskah direvisi: 15-09-2015, Naskah disetujui: 23-09-2015)

## ABSTRAK
PEMBUATAN SERBUK PADUAN U-6Zr DENGAN PENGKAYAAN URANIUM 19,75 % UNTUK BAHAN  BAKAR  REAKTOR  RISET. Telah  dilakukan  pembuatan  serbuk paduan U-6Zr  dengan pengkayaan  19,75 % untuk  bahan  bakar  reaktor  riset.  Pembuatan  bahan  bakar U-6Zr  ini  dalam rangka mencari bahan bakar baru yang mempunyai densitas tinggi untuk mengganti bahan bakar yang  sudah  ada  U 3 Si 2 -Al. Tujuan  dari  percobaan  ini  untuk mengetahui  sifat-sifat  serbuk  paduan U- 6Zr  yang  diperoleh  dari  proses hydriding-dehydriding sebagai  kandidat  bahan  bakar  reaktor riset. Serbuk  yang  diperoleh  dari  proses hydriding-dehydriding dikenai  pengujian, diantaranya pungujian komposisi kimia, densitas, kandungan hidrogen, fasa dan sifat termal. Hasil pengujian komposisi  kimia  menunjukkan  beberapa  unsur  seperti Al,  Ca,  Cu,  dan  Ni melebihi  batas  yang diijinkan  dimana  masing-masing  unsur  terdapat  sebesar 202,21  ppm; 214,05  ppm; 61,25  ppm dan 134,53 ppm. Pada pengujian diperolah densitas serbuk U-6Zr sebesar 13,58 g/cm 3 dan pada pengujian  kandungan  hidrogen  sisa  diperoleh  kandungan  hidrogen  sebesar  0,16 %. Untuk pengujian  fasa,  diperoleh  fasa αU  dan  δU, sedangkan  pada  pengujian  sifat  termal  yakni transformasi temperatur terdapat dua puncak yakni puncak pertama terjadi pada temperatur 274 hingga  311 o C  dan  puncak  kedua  terjadi  pada  temperatur  493  hingga  527 o C.  Puncak  pertama terjadi reaksi endotermik dengan menyerap panas sebesar ∆H = 6,23 cal/g tetapi tidak terbentuk fasa  baru,  sedangkan  puncak  kedua  terjadi  reaksi  eksotermik  dengan  mengeluarkan  panas sebesar ∆H = -9.34 cal/g dan terbentuk fasa αZr. Sementara itu, dari pengujian kapasitas panas pada temperatur  34  hingga  75 o C,  terjadinya penurunan  nilai  kapasitas  panas yang disertai dengan penyerapan  panas. Pada temperatur  yang  lebih  tinggi  hingga  temperatur  437 o C  nilai kapasitas  panas  menjadi  lebih  kecil  disertai  pengeluaran panas. Reaksi termokimia antara  Zr dengan  hidrogen  sisa menunjukkan  terbentuknya  fasa αZr yang diindikasikan  oleh reaksi eksotermik  dengan  mengeluarkan  panas  sebesar ∆H  = 9,3449  cal/g. Dari hasil  analisis  dapat diketahui  bahwa paduan  U-6Zr  tersebut  dapat  digunakan  sebagai bahan  bakar pengganti  untuk reaktor riset.
Kata kunci: Serbuk U-6Zr, pengkayaan U 19,75 %, bahan bakar, reaktor riset.

## ABSTRACT
MAKING OF U-6Zr ALLOY POWDER WITH URANIUM  ENRICHMENT  OF 19.75 % FOR RESEARCH  REACTOR  FUEL . Making  U-6Zr  alloy  powder with enrichment of 19.75 % for a research reactor fuel has been done. Making of U-6Zr fuel in order to find new fuels that have a high density to replace the existing fuel U 3 Si 2 -Al. The purpose of this experiment was to determine the  properties  of  U-6Zr  alloy  powder  obtained  from  the  hydriding-dehydriding  process  as  a candidate research reactor fuel. Initially was made U-6Zr ingot by melting U and Zr metals using electric arc melting furnace. U-6Zr ingots were found then cut into pieces and put into hydriding- dehydriding  equipment  that  operates  at  pressures 14,46054  psi and  hydriding temperatures  of 350 o C. Ingots that out of the hydriding-dehydriding equipment becomes brittle then was crushed so becomes powder. Powder that obtained subjected to the test, including chemical composition testing,  density,  hydrogen  content,  phase  and  thermal  properties. The  results  testing show  that chemical composition of some elements such as Al, Ca, Cu, and Ni exceeded the permitted limit, each of which contained elements of 202.21 ppm, 214.05 ppm, 61.25 ppm, and 134.53 ppm. On testing the density obtained that U-6Zr powder density of 13.57 g/cc and the testing of hydrogen residual  content obtained  hydrogen  residual  content  of  0.16 %.  For  the  testing  phase  were obtained the αU and δU phases, while in testing of the transformation temperature, there are two peaks,  the  first  peak  occurs  at  a  temperature  of  274  to  311 °C  and  a  second  peak  occurs  at  a temperature  of  493  to  527 o C.  The  first  peak  occurs  endothermic  reaction  by  absorbing  heat  of 6.23 cal/g but  not  formed  a  new  phase,  while  the  second  peak  occurs  exotermic  reaction  with brought out heat of -9.34 cal/g and formed αZr phase. Meanwhile, the heat capacity of the test at temperature  of 34 to  75 °C, the  decrease in the  value  of the  heat  capacity accompanied heat absorption.  At  higher  temperatures  up  to  437  °C, heat  capacity  value  becomes  negative  and accompanied by heat expenditure. It can be concluded that the alloy the U-6Zr when viewed from the chemical composition can still be used for fuel research reactor. Residual hydrogen still found in  small  quantities  in  the  U-6Zr  powder  that can  be  eliminated by  heating  for  longer.  Reaction between Zr with residual hydrogen to form the αZ phase is accompanied exothermic reaction with brought out heat of 93 449 cal/g .
Keywords : U-6Zr powder, U enrichment of 19.75 %, fuel, research reactor.

## PENDAHULUAN
Pengembangan  bahan  bakar  terus diupayakan  dalam  rangka  mencari  bahan bakar  jenis  baru  yang  mempunyai  densitas lebih  tinggi  dari  bahan  bakar U 3 Si 2 -Al yang digunakan  pada  saat  ini.  Beberapa  jenis bahan  bakar  sedang  dicoba  dikembangkan diantaranya paduan U-Mo dan U-Zr.
Percobaan  pendahuluan  pembuatan  bahan bakar  berbasis  paduan  U-Zr telah  dilakukan dimulai  dari  pmbuatan  paduan  U-Zr  yang dikenai perlakuan panas dan dikarakterisasi, serbuk U-Zr yang  dikarakterisasi hingga pembuatan  pelat  elemen  bakar  (PEB)  mini menggunakan uranium deplesi dan dikarakterisasi [1] . Pembuatan  PEB  mini telah dilakukan pada tingkat muat U sebesar 5,2 gU/cm 3 dengan  hasil  yang  cukup  baik.
Penelitian  lanjutan  telah  dilakukan  untuk membuat  PEB  pada  tingkat  muat  uranium yang  sama  tetapi  menggunakan  uranium diperkaya  sebesar  19,75 %.  PEB  tersebut direncanakan  akan  dimasukkan  ke  dalam reaktor  RSG  Siwabessy  untuk  menjalani  uji iradiasi. Untuk membuat  serbuk  bahan bakar  U-6Zr yang  bersifat  keras  dan  ulet tidak bisa dilakkan dengan cara konvensional misalnya cara milling sehingga diperlukan  cara  lain  yaitu  dengan  cara hydriding-dehydriding . Sebenarnya ada beberapa cara  yang  dapat  digunakan  untuk membuat material ulet seperti U-Zr,
misalnya mechanical  crusching ( milling, grinding atau  menambahkan  unsur  pemadu untuk  menambah  kerapuhan, cryogenic mechanical  crushing ), hydride–dehydride dan  proses  atomisasi.  Cara  atomisasi telah dipatenkan  oleh  Korea  pada  tahun  2001 ( Korean Atomic Energy Research Institute ) [2,3] . Cara  atomisasi  menghasilkan partikel  berbentuk  bulat  ( spheric ),  dimana bentuk spheric menyulitkan  untuk  dibuat pelat  bahan  bakar  yang  tipis. Hal  ini disebabkan pada saat dilakukan pengerolan serbuk  yang  mempunyai  bentuk spheric maka  serbuk  akan  lari  menuju  ke arah dinding  selain  ke  arah  pengerolan  sehingga
menjadi  lebih  tebal.  Selain  itu,  cara atomisasi  juga dapat menghasilkan  serbuk yang  tidak  homogen.  Dari  kenyataan tersebut  maka  perlu  dilakukan  percobaan dengan  cara  lain  untuk  memperoleh serbuk dari  material  yang  ulet,  yaitu  dengan  cara hydriding  dehydriding (HD). Dalam cara hydriding-dehydriding ,  ingot  U-6Zr  yang bersifat keras  dan  ulet akan  menjadi  rapuh karena  adanya hidrogen  yang  masuk  ke dalam ingot U-6Zr. Hidrogen yang masuk ke dalam  ingot  U-6Zr  akan  membentuk  hidrida U-6ZrHx berbentuk amorf . Apabila hidrida U- 6ZrHx  yang amorf tersebut  dipanaskan  lagi ( dehydriding )  maka  hidrida  U-6ZrHx yang amorf melepaskan hidrogen sehingga tersisa amorf U-Zr.  Pelepasan  hidrogen (dehydriding)  dapat  dilakukan  dengan  dua cara.  Cara  yang  pertama, ingot  yang  rapuh hasil hydriding dihancurkan  terlebih  dahulu sehingga  menjadi  serbuk U-Zr kemudian dilakukan dehydriding, sedangkan cara yang kedua langsung dilakukan proses dehydriding terhadap  ingot  hasil hydriding . Cara yang pertama terdapat kesulitan dalam pelaksaaannya dan harus dilakukan dengan sangat  hati-hati  karena  U-6Zr  dalam  bentuk serbuk mudah teroksidasi sehingga diperlukan penanganan khusus. Oleh karena  itu  dalam  pelaksanaan  pembuatan U-6Zr  lebih  mudah dilakukan menggunakan cara yang kedua yaitu langsung  dilakukan dehydriding setelah proses hydriding . Selain itu, untuk membuat material yang rapuh juga dapat  dilakukan  dengan  beberapa  gas selain  hidrogen  yakni  dengan  gas  nitrogen. Namun, dalam pelaksanaannya tidak digunakan gas nitrogen karena ukuran atom gas nitrogen terlalu besar sehingga menyulitkan  terjadinya  interdifusi  dalam material.  Oleh  karena  itu  pelaksanaan pembuatan  material  yang  mudah  rapuh digunakan  gas  hidrogen  agar  proses  difusi mudah  terjadi. Namun, yang perlu diperha- tikan bahwa  penggunaan  gas  hidrogen memerlukan  penanganan  hati-hati  karena hidrogen  mudah  berreaksi  dengan  oksigen
dalam  perbandingan  tertentu  yang  dapat mengakibatkan terjadinya letupan.
Paduan U-Zr amorf hasil hydriding tersebut  bersifat rapuh  sehingga  mudah dihancurkan  dengan  cara milling menjadi serbuk. Beberapa  parameter  yang  harus diperhatikan dalam proses hydriding- dehydriding adalah  jumlah  gas  hidrogen yang  digunakan  ( flow  rate ),  kemurnian  gas hidrogen,  luas  permukaan  material  yang dikenai  proses hydriding-dehydriding (ingot U-6Zr), dan temperatur operasi. Jumlah gas hidrogen  dapat  dilihat  melalui  tekanan  gas yang  masuk  dan  dapat  diketahu  terjadinya penyerapan  gas  oleh  material. Kemurnian gas  yang  digunakan  sebaiknya mempunyai kemurnian yang tinggi yaitu Ultra  Hight Purity (UHP),  karena  dengan  menggunakan gas  UHP  maka  dapat  dihindari  kontaminan di  dalam  hasil.  Luas  permukaan  material yang  dikenai proses hydriding-dehydriding akan  mempengaruhi  hasil  yang  diperoleh karena  semakin  luas  permukaan  bidang sentuh  dari  material  maka  semakin  banyak kontak  gas  hidrogen  dapat  terjadi  sehingga interdifusi  antara hidrogen  dengan  U-6Zr dapat  berlangsung  dan  semakin  baik  hasil yang  diperoleh. Beberapa  keunggulan  yang diperoleh apabila menggunakan cara hydriding-dehydriding antara  lain  adalah: tidak  diperlukan  peralatan  yang  rumit  dan energi yang  besar,  prosesnya sederhana, dapat menghasilkan bentuk partikel granular dalam  rentang  ukuran  yang  luas [4] . Serbuk U- 6Zr  yang  diperoleh apabila  akan  dibuat menjadi  inti  elemen  bakar  (IEB) maka serbuk  tersebut  harus dicampur  dengan matriks  aluminium,  selanjutnya  IEB dapat dibuat menjadi  pelat  elemen  bakar  (PEB) dengan  cara  dirol  panas  dan dirol  dingin serta  dikarakterisasi  sesuai  persyaratan PEB.

## METODOLOGI
Dalam  pembuatan serbuk  U-6Zr dengan pengkayaan  19,75 % beberapa pekerjaan  yang  dilakukan antara  lain meliputi: pembuatan ingot, pembuatan
serbuk, pengujian ingot dan serbuk. Adapun langkah-langkah percobaan adalah  sebagai berikut:

## a. Pembuatan ingot U-6Zr
Dalam membuat  ingot  U-6Zr, logam U  dan  Zr  dilebur  dimana  masing-masing logam  mempunai komposisi 94 % U (9,4 g) dan 6 % Zr (0,6 g) dengan  berat  total  lebih kurang 10 g. Kedua  logam  U  dan  Zr dimasukkan  ke  dalam  tungku  peleburan untuk selanjutnya dilakukan
proses
peleburan.
Cara yang  digunakan  untuk melakukan  peleburan  adalah cara busur lisrik. Dalam  tungku  busur  listrik ( Arc
furnace ) dilengkapi dengan sistem pendingin menggunakan air. Tungku peleburan dioperasikan  pada arus  sebesar  150 A  dan selama proses peleburan berlangsung dialirkan  gas  Ar  untuk  mencegah  terjadinya oksidasi.  Sampel  yang  dilebur  dibolak-balik sebanyak 5  (lima) kali  agar  tercapai  hasil yang  homogen.  Hasil  peleburan diperoleh berupa  ingot  dengan  bentuk  lingkaran berdiameter lebih kurang 15mm dan ketebalan  pada  bagian  tengah  lebih  kurang 2 mm  serta  pada  bagian  pinggir  1mm, selanjutnya  ingot  dipotong  tipis hingga berukuran  10  x  2 x  1 mm  untuk  dikenai proses hydriding-dehydriding.
b. Pembuatan serbuk U-6Zr
Pada  proses hydriding ,  ingot U-6Zr dipotong-potong  kemudian  dimasukkan  ke dalam wadah yang terbuat dari bahan gelas dan  dimasukkan  ke  dalam  tabung retort di dalam  peralatan hydriding seperti  yang ditunjukkan  pada  Gambar  1. Hydriding dimulai dengan memanaskan sampel hingga temperatur  450 o C  ditahan  selama  10  jam. Proses hydriding dilakukan  dengan  cara menghidupkan pompa vakum dan membuka valve sehingga  tekanan  vakum  mencapai 14,46 psi.  Semua  sampel  dipanaskan  pada temperatur 350 o C selama 1 jam, setelah itu pompa  vakum  dimatikan. Gas hidrogen dialirkan/ diisikan ke dalam reservoir dengan tekanan awal 14,80 s/d 14,81 psi, kemudian dialirkan ke tabung retort yang berisi sampel
(MasrukanK, Sungkono, Yanlinastuti,Tri Yulianto, Ridwan )
dan setiap 15 menit diambil data penyerapan dari pembacaan pada manometer. Pengisian gas hidrogen dilakukan  kembali  (siklus  II)  ketika  tekanan gas sudah berkurang, dan dilakukan pengisian  berikutnya  (siklus  III)  hingga pengamatan  pada  sampel  sudah  dianggap rapuh. Tahapan  akhir  proses  ini, tungku dimatikan dan temperatur diturunkan hingga temperatur  kamar. Dalam  proses hydriding ini  beberapa  parameter  perlu  mendapatkan perhatian,  diantaranya  adalah:  tekanan, kemurnian gas hidrogen, tempe-ratur operasi,  luas  permukaan  material  yang dikenai hydriding . Tekanan  gas  berhu- bungan  dengan  jumlah  gas  yang  digunakan selama  proses proses hydriding berlang- sung dan dapat diketahui terjadinya penyerapan  gas hidrogen oleh  material. Kemurnian  gas  yang  digunakan  sebaiknya gas  dengan  kemurnian  tinggi yaitu Ultra Hight Purity (UHP), karena dengan menggu- nakan  gas  UHP  maka  dapat  dihindari kontaminan  di  dalam  hasil. Temperatur operasi  perlu  diperhatikan  karena  semakin tinggi temperatur operasi  maka  pergerakan atom-atom  baik  atom  hidrogen  maupun material U-6Zr  akan  semakin  banyak sehingga  tumbukan  antara  atom  hidrogen dan  material  semakin meningkat.  Akibat tumbukan menyebabkan interdifusi  atom semakin  banyak  sehingga  hasil hydriding yang diperoleh semakin baik. Luas permukaan  material  yang  dikenai hydriding- dehydriding akan  mempengaruhi  hasil  yang diperoleh  karena  permukaan  bidang  sentuh dari  material  semakin  luas  maka  semakin banyak kontak gas hidrogen dengan material  U-6Zr terjadi  sehingga  interdifusi antara  hidrogen dengan  U-6Zr  dapat berlangsung  dan  semakin  baik  hasil  yang diperoleh.  Setelah  proses hydriding selesai selanjutnya  dilakukan dehydriding untuk mengusir gas hidrogen dengan cara melakukan  pemanasan  kembali  hingga temperatur  450 o C  sehingga  yang  tersisa adalah  ingot  U-Zr  yang  rapuh  dan  mudah dihancurkan  menjadi  serbuk.  Pelaksanaan
dehydriding dilakukan  langsung  pada  saat selesai  proses hydriding ,  hal  ini  untuk memudahkan proses penanganan dan menghindari oksidasi dari udara.
Gambar 1. Skema sistim peralatan hydriding dehydriding.

## c. Pengujian-pengujian
Serbuk U-6Zr yang diperoleh dari proses hydriding  dehydriding selanjutnya dikenai  beberapa  pengujian, diantaranya: komposisi kimia, densitas, kandungan hidrogen,  fasa,  sifat  termal.  Pengujian komposisi  kimia  dilakukan  menggunakan UV-VIS dan AAS. Pengujian kimia dimaksudkan  untuk  mengetahui  komposisi penyusun paduan dan pengotornya. Pengujian densitas dilakukan dengan menggunakan  piknometer  dalam  suasana gas  helium.  Nilai  densitas  penting  artinya karena  akan  menentukan  jumlah  uranium yang  dapat  ditambahkan  ke dalam  bahan bakar.  Untuk  menentukan  jumlah  gas hidrogen  di  dalam  bahan  bakar  dilakukan dengan  peralatan Hydrogen Analyser .  Di dalam  bahan  bakar,  kandungan  hidrogen serendah-rendahnya,  sedangkan untuk  me- nentukan  jenis  fasa  yang  ada  di  dalam serbuk  hasil hydriding digunakan  peralatan difraksi  sinar-X (XRD) . Hasil  pengujian difraksi  sinar-X diperoleh jenis  fasa  yang dapat dilihat dari indeks Miller yang muncul. Fasa  yang  ada  di  dalam  serbuk  paduan akan  mempengaruhi  karakteristik  serbuk paduan bahan bakar . Sementara itu , analisis sifat termal dilakukan menggunakan Differential  Scanning  Calorimetry (DSC). Hasil pengujian dengan DSC dapat mengetahui  jumlah panas  yang dilepas
maupun  yang  diserap  oleh serbuk  bahan bakar selama bahan bakar digunakan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## a. Uji komposisi kimia
Hasil  uji  komposisi  kimia  dari  logam U,  Zr  dan  serbuk paduan  U-6Zr  ditampilkan dalam  Tabel  1.  Hasil  analisis  komposisi kimia  dengan  menggunakan  AAS  dan  UV- VIS menunjukkan sebagian  besar  unsur– unsur  yang  terdapat  di  dalam  serbuk  U-6Zr masih memenuhi persyaratan sebagai bahan  bakar  nuklir.  Beberapa  unsur  yang melebihi  persyaratan  diantarnya  unsur  Al, Ca,  Cu  dan  Ni,  dimana  masing-masing unsur tersebut diperoleh dengan kandungan sebesar 202,2097 ppm; 214,0545 ppm; 61,2538 ppm dan 134,5324 ppm.
Tabel 1.  Hasil  pengujian  komposisi  kimia (pengotor) di dalam serbuk U-6Zr.
Dari  keempat  unsur  yang  melebihi batas persyaratan  tersebut tidak  ada  unsur yang  mempunyai  nilai  tampang  lintang serapan  neutron  mikroskopik  tinggi,  karena
apabila  terdapat  unsur  yang  mempunyai nilai  tampang  lintang  mikros-kopik  tinggi dalam  jumlah  yang  tinggi  dikhawatirkan operasi reaktor akan terhenti karena menjadi tidak  kritis [ 5 ] .  Namun, apabila  unsur-unsur impuritas tersebut dijumlahkan maka jumlah keseluruhan  unsur  tidak  melampaui  batas maksimum yang diijinkan yaitu sebesar 2 % (jumlah  keseluruhan  0,1108 %). Komposisi unsur  di  dalam  bahan  bakar  mempunyai peranan  yang  penting  karena  keberadaan unsur dapat mempe-ngaruhi sifat-sifat paduan  logam  misalnya  sifat  mekanaik, ketahanan  korosi,  sifat  termal  dan  lain-lain. Hal  ini  disebabkan  unsur-unsur  di  dalam paduan dalam jumlah tertentu dapat membentuk senyawa maupun fasa kedua.
b. Densitas
Hasil uji densitas serbuk ditampilkan dalam  Tabel 2. Tabel 2 merupakan
pengujian  yang  dilakukan  sebanyak  lima belas  kali. Dalam pelaksanaan setiap  kali percobaan  digunakan volume serbuk  rata- rata  sebesar  1,6 cm 3 dan  menghasilkan densitas  serbuk  U-6Zr rata-rata sebesar 13,5778 gU/cm 3 . Hasil tersebut masih dibawah  densitas  teoritisnya  yakni  sebesar 18,114 gU/cm 3 .  Hasil pengukuran  densitas
yang  diperoleh lebih  rendah,  hal  ini disebabkan  masih  adanya  impuritas dalam serbuk sehingga mempengaruhi nilai
densitas yang  diperoleh. Nilai  densitas sangat penting diketahui dalam  pembuatan elemen  bakar karena nilai  densitas  akan menentukan jumlah aluminium yang ditambahkan sebagai  matriks dalam  bahan bakar nuklir. Densitas bahan bakar diharapkan  sebesar-besarnya  agar jumlah uranium  yang  dapat  dimasukkan  ke  dalam bahan bakar sebesar-besarnya setiap satuan volume [6] .

## Tabel 2. Hasil pengujian densitas U-6Zr

## c. Kandungan hidrogen
Uji  kandungan  hidrogen bertujuan untuk memastikan ada tidaknya gas hidrogen yang masih tersisa di dalam serbuk U-6Zr yang  diperoleh  melalui proses hydriding-dehydriding . Kandungan  hidrogen di dalam serbuk U-6Zr yang akan digunakan untuk  bahan  bakar  reaktor  riset  harus dihilangkan. Hidrogen  di  dalam  serbuk
bahan  bakar  dispersi tidak  diperlukan karena  reaktor  beroperasi  pada  temperatur yang  rendah  sementara  hidrogen  yang terikat  dengan  Zr  sebagai  hidrida  dapat mempertahankan bahan bakar pada temperatur  tinggi.  Selain  itu,  hidrogen  yang tersisa juga akan menurunkan nilai densitas dari  bahan  bakar. Hidrogen  yang  tersisa akan membentuk senyawa hidrida  ZrH x (U-6ZrH x ), dimana  densitas U-6ZrH x lebih rendah dibandingkan densitas serbuk U-6Zr. Memperhatikan hasil uji kandungan hidrogen  seperti  tertera  di  dalam  Tabel 3, terlihat bahwa kandungan hidrogen rata-rata di dalam serbuk U-6Zr sebesar 1607,78 ppm atau sebesar  0,16 %. Hasil  tersebut  sangat kecil,  sehingga tidak  memungkinkan dapat membentuk  senyawa U-6ZrHx dan kebera- daan  hidrogen  sisa tidak  mempengaruhi sifat-sifat U-6Zr yang terbentuk.
Tabel 3. Hasil uji kandungan hidrogen di dalam U-6Zr
d. Uji XRD (Fasa)
Hasil
uji fasa ingot
U-6Zr
menggunakan XRD ditampilkan dalam Gambar  1. Dari Gambar  1 memperlihatkan bahwa  di  dalam U-6Zr terdapat  fasa αU dan δU.  Fasa  αU ditunjukkan  oleh  puncak- puncak  pola  difraksi  berturut-turut  pada sudut  2θ:  34,78 o ;  35,6 o ;  36,14 o ;  39,52 o ; 51,08 o ;  60,22 o ; 64,6 o ;  65,4 o ;  67,2 o ;  75,2 o dan  76,8 o dengan  indeks  Miller  (hkl) berturut-turut  sebesar  110,  021, 020,  111,
112, 131, 023, 200, 113, 042, dan 004. Fasa αU tersebut mempunyai  struktur  kristal orthorhombic . Sementara  itu, fasa  δU muncul  pada  sudut  2θ  berturut-turut  : 35,345;  60,015 o dan  64,270 o , dengan hkl berturut-turut 021, 131 dan 023. Hasil tersebut  bersesuaian  dengan  percobaan Bruno,  dkk [7] . Fasa  αU  dan δU dalam paduan  U-6Zr harus  dirubah  menjadi  fasa γU agar stabil di dalam reaktor.
No Kode Sampel ppm O 2 ppm H 2 mg 1 blanko 1 13,11 5,36 1.060,70 2 blanko 2 11,82 4,57 1.063,00 3 Rerata blanko 12,46 12,47 4,97 4 U-6Zr alloy serbuk (1) 50,10 1945,83 174,80 5 U-6Zr alloy serbuk (2) 40,66 1915,96 154,00 6 Rerata Hasil 45,38 1930,89 7 U-6Zr alloy granular (1) 176,07 1528,34 58,20 8 U-6Zr alloy granular (2) 243,17 1364,13 51,40 9 Rerata Hasil 209,62 1446,22
Pengubahan  fasa  αU  dan δU menjadi  fasa  γU  dilakukan  dengan  cara memanaskan paduan U-6Zr pada
temperatur daerah  satu  fasa  γU dalam waktu tertentu, selanjutnya dilakukan pendinginan  secara  cepat. Temperatur  satu fasa γU lebih  besar  dari  700 o C,  karena proses  pendinginan  cepat  maka  fasa  γU tidak sempat kembali menjadi fasa αU lagi [8] . Cara  lain  untuk membuat  bahan  bakar  agar stabil dalam fasa γU terutama apabila digunakan  untuk  bahan  bakar  dimana  pada bahan  bakar tersebut terdapat  matriks Al. Agar  interaksi  antara bahan  bakar  dengan matriks Al menjadi  stabil  maka  perlu dilakukan penambahan unsur-unsur tertentu, misalnya unsur Nb, Si, Ti, Zr ke dalam bahan bakar tersebut [9,10] .

## Gambar 1. Pola difraksi U-6Zr

## e. Transformasi temperatur
Hasil  analisis  termal serbuk  U-6Zr berupa  termogram  DTA yang  diukur  pada temperatur  antara  40 o C hingga  1000 o C ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar  2.  Transformasi  temperatur  Serbuk
Gambar  2 memperlihatkan terben- tuknya dua  puncak reaksi  termokimia. Puncak  pertama  pada  temperatur 274 o C hingga  311 o C  dan  puncak  kedua  terjadi pada  temperatur  493 o C hingga  527 o C. Puncak  pertama menunjukkan terjadinya reaksi  endotermik  dengan  menyerap  panas sebesar ∆H = 6,23  cal/g, sedangkan puncak  kedua  terjadi  reaksi termokimia eksotermik  dengan  mengeluarkan sejumlah panas  sebesar ∆H = -9,35 cal/g.  Reaksi termokimia eksotermik tersebut terjadi pada temperatur  493 o C  hingga  527 o C menun- jukkan terbentuknya fasa baru yaitu pembentukan fasa αZr.
Fasa αZr merupakan  fasa  dimana  atom  U  terlarut padat di dalam atom Zr. Hal ini bersesuaian dengan diagram fasa Zr-H [11] .
f. Kapasitas panas
Gambar  3 memperlihatkan hasil
pengujian kapasitas panas. Pada temperatur pemanasan dari 34 o C hingga 75 o C, terlihat terjadinya penurunan  nilai  kapasitas  panas disertai penyerapan panas. Pada temperatur yang  lebih  tinggi  lagi hingga  temperatur 437 o C, nilai  kapasitas  panas bertambah kecil. Kapasitas  panas  adalah  ukuran  dari energi panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan temperatur suatu  benda dengan interval temperatur
tertentu.
Kapasitas  panas  merupakan  sifat yang  luas karena  nilainya  sebanding  dengan  jumlah panas dalam suatu bahan [12,13] . Kapasitas panas  dipengaruhi  oleh  kandungan  unsur- unsur  dan  impuritas  unsur yang  ada  di dalam paduan U-6Zr. Bahan bakar diharapkan mempunyai nilai kapasitas
panas  yang  tinggi  agar  panas  yang  terjadi dari  pembakaran  bahan  bakar  dapat  dipin- dahkan ke lingkungan sebesarbesarnya.
(MasrukanK, Sungkono, Yanlinastuti,Tri Yulianto, Ridwan )

## Gambar 3. Kapasitas panas ingot U-6Zr

## SIMPULAN
Hasil pengujian paduan U-6Zr dapat disimpulkan  bahwa  paduan  U-6Zr  tersebut bila  dilihat  dari  komposisi  kimia  dapat digunakan  untuk  bahan  bakar  reaktor  riset,
meskipun beberapa unsur melebihi persyaratan bahan bakar tetapi jumlah unsur secara keseluruhan masih di bawah persyaratan  yang  diijinkan  (jumlah keselu- ruhan 0,11 %).  Hasil  pengujian kandungan hidrogen  masih  ditemukan  hidrogen  di dalam  paduan  U-6Zr dalam  jumlah  sangat kecil (0,16 %) sehingga tidak mempengaruhi kinerja  bahan  bakar.  Pengujian  tranformasi temperatur menunjukkan terjadinya transfor- masi dari fasa αU menjadi fasa αZr.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada  Yatno  D. A,  Slamet  Pribadi  dan teman-teman yang tidak bias saya sebutkan satu persatu yang telah membantu sehingga hasil percobaan ini  dapat  dibuat menjadi makalah.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].Masrukan, Yanlianastuti, Sutri Indaryati,
(2014) ”Karakter Termal Serbuk U-6Zr dan
U- 10Zr Sebagai Bahan Bakar Reaktor Riset”, Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir” Urania”, Volume 20 No 3, Oktober 2014. ISSN 0852 – 4777 : 132- 139. Akreditasi No: 395/ AU2/ P2MI-LIPI/ 04/ 2012.
[2] Balart,  Bruzzoni  P,  Grannowzky M,
(2000), “ U- Mo  Alloy  Powder  Obtained by Hydride Dehydride Process ”, Departement Matrial, Commision Nacional  de  Energia  Atomica ,  Avda. Gral. Paz 1499-1650-San Martin- Argentina.
[3] Ki Hwan Kim, Don Bee Lee, Chang kyu
Kim, (1997),  “ Development  of  Hight Loading U-Mo Alloy Fuel by Centrifugal Atomization ”,  Korea  Atomic  Energy Institue, Taejon, 305-353 Korea.
[4] Bruno,  Claudia,  Wilmar,  Humberto, (2011), “ Method  for  Preparation  Of UZrNb  Alloy  Powder Passivation”,
Proceeding of Institue  de  Pesquisas Energeticase  Nucleares,  IPEN,  Sao Paulo, n.1, p 36-41.
[5] Masrukan,  Zuhair,  (1998),  Pengaruh Kandungan Unsur B Di Dalam Kelongsong Bahan Bakar Nuklir Terhadap  Kritikalitas  Pertama  Reaktor G  A  Siwabessy,  Prosiding  Daur  Bahan Bakar  Nuklir  V,  Jakarta,  November. ISSN : 1410-1998.
[6] MM.  Bretcher,  J  E  Mathos,  (1996), “ Neutronic Performance Of High Density LEU Fuels In Water Moderated And Water Reflected Research
Reactor” ,  Argon  National  Laboratory,
9700  South  Cass  Avenue,  Argonne, Illinois 60439.
[7] Bruno  M.  Aguiar,  Daniel  M.  Braga, (2007), Methodology  of  UZrNb  Alloy Powder Passivation Obtained by Hydride-Dehydride, Proceeding of Inter- national  Nuclear  Atlantic  Conference (INAC), 2007  Santos,  SP,  Brazil, September 29 to October 5, 2007.
[8] Supardjo, Suwarno, Agoeng K,
(2009), “Karakterisasi Paduan U-7%Mo dan U-7%Mo-x%Si (x=1,2 dan 3) Hasil Proses Peleburan Dalam Tungku
Busur Listrik”, Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir”Urania”, Volume 15 No 4: 171-179. ISSN 0852 – 4777.
Akreditasi No: 71/Akred-LIPI / P2MBI /
5 / 2007
[9] Komar  Varela,  Gibraudo,  Gonzalez, Arico, (2012), “ Transformation Behavior of γU Phase Under Continuous Cooling Conditions” ,  Comision  Nacional  de Energia  Atomica,  Avenida  General  Paz 1499,  B1650KNA,  San  Martin,  Buenos Aeres-Argentina. Proceeding  of 34th International  Meeting  On  Reduced Enrichment for  Research  and  Test Reactors, October, page 14-17.
[10] Supardjo, Agoeng K, Aslina Br. Ginting,
(2010). Pembuatan Pelat Elemen Bakar Mini  UMo-Al Dengan Densitas Uranium 6 Dan 7 gU/cm 3 , J. Tek. Bhn. Nukl, Vol.
7 No. 2 Juni 2011: 74 – 156. ISSN No.
1907 – 2635. Akreditasi No.
261/AU1/P2MBI/05/2010
[11] E. Suzek, J.P Abriata, (1990), “ The
H-Zr System” , Centro Atomico Bariloche, Argentina and A.S an-Martin and F.D
Manchester, University of Toronto,
Bulletin of Alloy Phase Diagram, Vol 11
No 4 tahun 1990.
[12] Byung-Ho  Lee, Jin-Sik  Cheon, Yang- Hyun Koo, Je-Yong Oh, (2007),
“ Measurement  of  the  specific  heat  of Zr–40  wt %U  Metallic  Fuel” ,  Journal  of
Nuclear Materials 360, 315–32.
[13]. Aslina Br.Ginting, M.Husna Al Hasa, Masrukan, ( 2007). Analisis Sifat Ter- mal Paduan AlFeNi Sebagai Kelong- song Bahan Bakar Reaktor Riset , J.Tek. Bhn. Nukl.Vol. 3 No. 2 Juni,
ISSN No. 1907–2635. Akreditasi No. 82/Akred-LIPI/P2MBI/5/2007. Hal. 50.