## PERCOBAAN PEMBUATAN PELAT ELEMEN BAKAR U-7Mo-xSi/Al DALAM UKURAN MINI
Supardjo, Agoeng Kadarjono, Isfandi, Yatno Dwi Agus Susanto, Setia Permana, Guswardani.
Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN Kawasan PUSPIPTEK Serpong Gd.20 Tangerang Selatan, Banten 15314
e-mail: suparjo@batan.go.id (Naskah diterima: 24 – 09 – 2019, Naskah direvisi: 14 – 10 – 2019, Naskah disetujui: 28 – 10 – 2019)

## ABSTRAK

## PERCOBAAN PEMBUATAN PELAT ELEMEN BAKAR U-7Mo-xSi/Al DALAM UKURAN MINI.
Penelitian pembuatan pelat elemen bakar mini U-7Mo-xSi/Al dalam rangka pengembangan bahan bakar  dispersi  densitas  uranium  tinggi.  Tujuan  penelitian  adalah  untuk  mendapatkan  parameter proses  yang  tepat  sehingga  diperoleh  produk  pelat  elemen  bakar  mini  U-7Mo-xSi/Al  yang memenuhi spesifikasi. Alur proses dimulai dari pembuatan paduan U-7Mo-xSi (x=  1%,  2%,  dan  3%)  menggunakan  uranium  deplesi  dan  dilanjutkan  pembuatan  serbuk U-7Mo-xSi,  inti  elemen  bakar  U-7Mo-xSi/Al,  dan  pelat  elemen  bakar  U-7Mo-xSi/Al.  Untuk mengetahui  kualitas  maka  selama  proses  berlangsung  diikuti  analisis/pengujian  yang  meliputi bahan baku, dan produk dari setiap akhir tahapan proses dengan jenis uji sesuai yang diterapkan pada  proses  pembuatan  bahan  bakar  tipe  pelat.  Produk  ingot  paduan  U-7Mo-xSi,  serbuk U-7Mo-xSi,  dan  IEB  U-7Mo-xSi/Al  cukup  baik  dan  memenuhi  spesifikasi  sehingga  hal  ini menunjukkan bahwa parameter proses yang diterapkan sudah sesuai,  namun untuk pelat elemen bakar  yang  dihasilkan  belum  memenuhi  persyaratan  terutama  ketebalan  kelongsongnya  masih terdapat beberapa titik pengukuran yang ketebalannya <0,25 mm. Untuk mendapatkan ketebalan kelongsong  sebagamana  yang  dipersyaratakan  tersebut  perlu  dilakukan  pengulangan  dengan mencoba  parameter  pengerolan  yang  lain  atau  mengganti  material  kelongsong  yang  memiliki kekerasan yang lebih tinggi.
Kata kunci : Bahan bakar paduan U-7Mo-xSi, densitas uranium tinggi, reaktor riset.
.

## ABSTRACT
EXPERIMENT ON THE FABRICATION OF U-7Mo-xSi/Al MINI FUEL PLATES . The purpose of this study is to obtain the optimized process parameters in the fabrication of a U-7Mo-xSi/Al mini plate complying with the specifications. The process flow started with synthesizing U-7Mo-xSi alloys (x = 1%, 2%, and 3%) using depleted uranium and continued to preparing U-7Mo-xSi powder, U- 7Mo-xSi/Al  fuel  core,  and  U-7Mo-xSi/Al  fuel  element  plates.  The  quality  of  the  product  was determined by analyses/tests including tests of raw materials and products from each end of the process by the appropriate type of test which is commonly applied to the manufacturing process of plate type fuel. The quality of U-7Mo-xSi alloy ingots, U-7Mo-xSi powder, and U-7Mo-xSi/Al fuel core was satisfactorily good and in compliance with the specifications, indicating that the applied process  parameters  were  appropriate.  The  obtained  fuel  element  plates,  however,  have  not satisfied  the  requirements  especially  the  thickness  of  the  cladding,  where  there  are  still  several measurement points whose thickness is <0.25 mm. To obtain cladding thickness according to the required specifications, it is necessary to experiment with other rolling parameters or replacing the cladding material with material of higher hardness.
Keywords : The U-7Mo-xSi fuel alloy, high uranium density, research reactor.
(Supardjo, Agoeng Kadarjono, Isfandi, Yatno Dwi Agus Susanto, Setia Permana, Guswardani)

## PENDAHULUAN
Konversi  penggunaan  uranium  di dalam  bahan  bakar  reaktor  riset  dari pengkayaan tinggi (>90% 235 U) ke pengkayaan  rendah  <20% 235 U  merupakan kesepakatan  internasional yang dituangkan dalam program Reduced Enrichment
Research and Test Reactor (RERTR) dalan rangka  menghindari  penyalahgunaan  untuk persenjataan
nuklir[1-3]. Dengan menggunakan uranium pengkayaan rendah, maka jumlah 235 U di dalam bahan bakar akan berkurang  dan  tinggal  1/5  nya,  sehingga akan  berdampak  penurunan  kinerja  operasi reaktor[4].  Upaya  untuk  mempertahankan jumlah 235 U di dalam bahan bakar tetap sama dengan  sewaktu  menggunakan  uranium pengkayaan  tinggi,  maka  perlu  dipilih material  bahan  bakar  baru  yang  memiliki densitas  tnggi.    Material  yang  memiliki prospek  untuk  digunakan  sebagai  bahan bakar adalah paduan uranium berbasis U-Mo dengan  kadar  Mo  antara  7  s.d  10  %  berat baik dibuat dalam bentuk biner/terner[5].
Paduan  berbasis  UMo  memiliki densitas  >16  g/cm 3 (tergantung  kadar  Mo) yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan densitas  UAl x (6,7g/cm 3 ),  U 3 O 8 (8,4  g/cm 3 ), dan  U 3 Si 2 (12,2  g/cm 3 )  yang  telah  dipakai sebagai  bahan  bakar  reaktor  riset.  Data densitas  tersebut  menunjukkan  bahwa secara  teoritis  dengan  menggunakan  UMo sebagai bahan bakar densitas uranium dapat ditingkatkan lebih tinggi sehingga jumlah 235 U dapat  lebih  tinggi  pula[6,7].  Pemilihan paduan berbasis UMo sebagai bahan bakar dengan uranium pengkayaan rendah dengan pertimbangan  bahwa  selain  densitasnya tinggi,  juga  unsur  Mo  cocok  untuk menstabilkan  fasa  uranium.  Keuntungan lainnya  adalah  dimensional  paduan  UMo sangat stabil, ketahanan korosinya tinggi dan tahan pada temperatur tinggi[8]. Bahan bakar UMo  untuk  reaktor  riset  dapat  dibuat  dalam bentuk batang atau pelat disesuaikan dengan reaktor  penggunanya.  Bahan  bakar  bentuk pelat  biasanya  berisi  bahan  bakar  dispersi
atau  monolitik[3],  kemudian  dibungkus dengan  kelongsong  paduan  aluminium.  Di dalam bahan bakar dispersi tipe pelat, serbuk bahan  bakar  UMo  didespersikan  secara merata ke dalam matriks Al.
Paduan  UMo  merupakan  kandidat bahan  bakar  densitas  uranium  tinggi  untuk reaktor  riset  berdaya  tinggi  karena  unjuk kerjanya sangat baik. Pada saat pelat elemen bakar  dispersi  U-Mo/Al  di  iradiasi  terjadi reaksi  antara  partikel  UMo  dan  Al membentuk  lapisan  UAlx  di  antara  partikel UMo  dan  matriks  Al.  Lapisan  UAlx  bersifat amorf,  konduktivitas  panasnya  rendah densitasnya  lebih  rendah  dari  pada  UMo sehingga berpotensi terjadinya swelling [9,10].    Untuk  menghilangkan  atau menurunkan  pembentukan  senyawa  amorf tersebut  perlu  dilakukan  dengan  cara menambahkan  unsur  logam  Si  ke  dalam matriks atau bentuk paduan UMoSi. Unsur Si afinitas  kimia  lebih  tinggi  dengan  uranium dari  pada  Al,  banyaknya  layer  Si  yang terdapat  antara  UMo  dapat  sebagai penghalang  difusi  dan  memperlambat interaksi antara UMo dan Al di dalam bahan bakar[10, 11].
Selaras dengan penelitian pengembangan  bahan  bakar  densitas uranium tinggi dengan uranium pengkayaan rendah  yang  dilakukan  di  dunia,  PTBBN sebgai  lembaga  litbang  bahan  bakar  nuklir saat  ini  juga  melakukan  penelitian  bahan bakar dispersi berbasis UMo, yang merupakan  pengembangan  bahan  bakar U 3 Si 2 /Al.  Hasil  penelitian  bahan  bakar U 3 Si 2 /Al densitas uranium 2,96 gU/cm 3 telah diproduksi  oleh  PT.  INUKI  (persero)  dan digunakan  sebagai  bahan  bakar  RSG-GAS, sedangkan bahan bakar U 3 Si 2 /Al densitas 4,8 gU/cm 3 telah dilakukan uji iradisi hingga burn- up 60%  dan  hasil  uji  secara  tidak  merusak menunjukkan kinerja /stabilitas  yang  cukup baik[12].
Penelitian  bahan  bakar  paduan berbasis  UMo  di  PTBBN  dibuat  kedalam bentuk  pelat  elemen  bakar  mini  dengan menggunakan bahan baku uranium deplesi.
Paduan UMo, UMoZr dan UMoTi telah dibuat kedalam bentuk Pelat Elemen Bakar UMo/Al, UMoZr/Al  dan  UMoTi/Al  hingga  densitas uranium  7,0  gU/cm 3 dan  pada  tulisan  ini dibahas  hasil  penelitian  pembuatan  PEB UMoSi/Al.  Alur  penelitian  dimulai  dari pembuatan paduan U-7Mo-xSi, dan dilanjutkan  pembuatan  serbuk  U-7Mo-xSi, inti elemen bakar/IEB U-7Mo-xSi/Al dan pelat elemen  bakar/PEB  U-7Mo-xSi/Al.  Penelitian ini  bertujuan  untuk  mendapatkan  parameter proses yang optimum dari seluruh rangkaian proses  tersebut  hingga  diperoleh  produk yang  memenuhi  spesifikasi  bahan  bakar dispersi  tipe  pelat.  Parameter  proses optimum  yang  diperoleh  selanjutnya  akan digunakan  sebagai  acuan  untuk  pembuatan PEB  U-7Mo-xSi/Al  berukuran  mini  dengan densitas uranium 7,0 gU/cm 3 menggunakan uranium  pengkayaan  19,75% 235 U  untuk  uji iradiasi di RSG GAS.
Sasaran  akhir  dari  penelitian  ini adalah
pembuatan elemen
bakar U-7Mo-xSi/Al  tipe  pelat  dengan  densitas uranium  7,0  gU/cm 3 sesuai  desain  elemen bakar  U 3 Si 2 /Al  yang  digunakan  sebagai bahan bakar   RSG-GAS seperti  ditunjukkan pada Gambar 1[13].
Gambar 1. Elemen  bakar U3Si2/Al.

## METODOLOGI
Penelitian  bahan  bakar  U-7Mo-xSi (x=1%,  2%,  3%)  tipe  pelat  menggunakan uranium deplesi dilakukan dengan pembuatan Inti Elemen Bakar dalam ukuran mini (30 mm x 10 mm x 3,15 mm). Penelitian dimulai  dengan  pembuatan  paduan  U-7Mo- xSi  dengan  teknik  peleburan  terhadap campuran  logam  U,  Mo  dan  Si  dengan komposisi  berat  masing-masing  sesuai dengan  pembuatan  paduan  U-7Mo-xSi. Paduan  U-7Mo-xSi  hasil  proses  peleburan
bersifat  ulet  sehingga  tidak  bisa  diubah dirapuhkan  dirapuhkan  langsung  menjadi serbuk  dengan  cara  mekanik.  Pada penelitian ini pembuatan serbuk dari paduan U-7Mo-xSi hasil peleburan dilakukan dengan teknik  hidriding-dehidriding.  Paduan  yang sudah rapuh diubah menjadi serbuk dengan grinding  mill dan  diayak  di  dalam glove  box bermedia  gas  argon.  Selanjutnya  dianalisis kadar U dan unsur logam pengotornya, fraksi ayak  dan  berat  jenisnya,  demikian  juga serbuk  Al  yang  digunakan  sebagai  matriks. Hasil  analisis  dan  volume  IEB  digunakan sebagai  data  masukan  dalam  perhitungan penentuan  komposisi  berat  serbuk  U-7Mo- xSi  dan  serbuk  matriks  Al  yang  harus  di timbang sesuai dengan densitas 7,0 gU/cm3. Serbuk
U-7Mo-xSi dan matriks Al
dihomogenisasi, kemudian dikompaksi pada tekanan    10    bar    hingga    membentuk  IEB
U-7Mo-xSi/Al. Selanjutnya IEB U-7Mo-xSi/Al, frame dan cover pelat AlMg2 dirakit dan dilas beberapa titik pada keempat sisi sambungannya membentuk paket rol. Paket rol diubah menjadi Pelat Elemen Bakar (PEB) dengan  teknik  pengerolan  panas  dan pengerolan  dingin.  Pengerolan  panas  pada temperatur  425 o C  dilakukan  4  tahap  untuk mereduksi ketebalan paket rol dari 8,55 mm menjadi  sekitar  1,65  mm,  dan  dilanjutkan pengerolan  dingin  beberapa  tahap  hingga diperoleh ketebalan sekitar 1,40 mm.
Alur  proses  penelitian  pembuatan PEB  U-7Mo-xSi/Al  secara  garis  besar ditunjukkan pada Gambar 2[7].

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Bahan  baku  yang  digunakan  untuk pembuatan  bahan  bakar  U-7Mo-xSi/Al adalah logam uranium deplesi, molybdenum dan silikon sebagai pembuatan paduan dan serbuk  Al  sebagai  matriks.  Bahan  baku pembuatan  paduan  U-7Mo-xSi  ditunjukkan pada  Gambar  3.  Logam  uranium  sangat reaktif dengan oksigen membentuk uranium oksida, sehingga sebelum digunakan sebagai bahan baku untuk proses pembuatan  bahan  bakar  terlebih  dahulu
(Supardjo, Agoeng Kadarjono, Isfandi, Yatno Dwi Agus Susanto, Setia Permana, Guswardani)
dilakukan pencucian (proses pikling). Proses pikling  logam  menggunakan  asam  nitrat sambil  dipanaskan  pada  temperatur  70 o C beberapa detik sudah cukup menghilangkan oksida yang menempel pada permukaannya. Apabila tidak dilakukan pencucian dan masih terdapat unsur pengotor, maka pada proses peleburan  akan  terbentuk  senyawa  baru yang merupakan pengotor.
Sebelum  dilakukan  proses  lebih lanjut, bahan-bahan tersebut dianalisis untuk mengetahui  kemurnian  dan  unsur-unsur logam  pengotor  yang  terdapat  di  dalam masing-masing  logam  tersebut.  Kemurnian
khususnya  logam  uranium  akan  digunakan untuk  perhitungan  penentuan  komposisi pada  pembuatan  paduan,  sedangkan  unsur pengotor  pada  masing-masing  logam  perlu dilakukan  analisis  karena  kandungannya harus  berada  dibawah  spesifikasi.  Analisis kadar U di dalam uranium deplesi dilakukan dengan titrimetri menggunakan alat titroprosessor,  sedangkan  unsur  logam pengotor  dianalisis  menggunakan  alat Atomic Absorption Spectrograph (AAS). Hasil analisis  diperoleh  seperti  ditunjukkan  pada Tabel 1.
Gambar 2. Diagram alir pembuatan PEB U-7Mo-xSi/Al.
Analisis:
Berat dan dimensi. IEB Logam Si Logam U Peleburan Paduan U-7Mo-xSi Serbuk matriks Al Dehidriding Pembuatan serbuk U-7Mo-xSi Hidriding Serbuk U-7Mo-xSi Pengerolan panas Frame & Cover AlMg2 IEB U-7Mo-xSi/Al
Analisis: Kadar U dan impuritas, densitas, kekerasan, strukturmikro,fasa, dan sifat thermal. Kompaksi Analisis: Densitas, fraksi butir,  kadar  U  dan impuritas, fasa, dan sifat thermal. H 2 Pengerolan dingin Homogenisasi Analisis: dimensi meat , blíster , white-point, fasa, sifat thermal, dan tebal kelongsong.
Logam Mo
PEB U-7Mo-xSi/Al
Gambar 3. Logam U, Mo dan Si sebagai bahan baku pembuatan paduan U-7Mo-xSi
Tabel 1. Data hasil analisis logam U, Mo, Si dan Al Unsur pengotor Kadar Dalam Sampel (ppm) Keterangan logam U pelet Mo logam Si serbuk Al Cd ttd 1,68 - ttd ttd=<0,2 Fe 8.25 35,07 1 288,00 Co ttd 11,30 - ttd ttd=<0,5 Mn ttd 3,14 - 220,00 ttd=<0,2 Mg 2.49 0,27 1 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 Si ttd ttd - 700,00 ttd=<15,0 Kadar U, % 99,94 ttd: tidak terdeteksi
Kadar uranium deplesi hasil analisis sebesar  99,94%  sudah  memenuhi  syarat yang  ditetapkan  yaitu  sebesar  (99,90  %), selanjutnya  dipakai  sebagai  data  masukan dalam perhitungan komposisi berat logam U, Mo,  dan  Si  yang  harus  ditimbang  dalam pembuatan  paduan U-7Mo-xSi (x= 1%, 2%,
dan  3%).  Sebagai  dasar  penimbangan adalah  berat  uranium  (93%)  dan  Mo  (7%), sedangkan  untuk  menentukan  prosen  berat Si  dihitung  dari  berat  U-7Mo  nya.  Hasil perhitungan komposisi berat masing-masing logam  pada  pembuatan  paduan  U-7Mo-xSi ditunjukkan pada Tabel 2.
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 Pembuatan paduan U-7Mo-xSi dibuat dengan teknik peleburan
menggunakan  tungku  busur  listrik  dalam media  gas  argon.  Penggunaan  media  gas argon  dimaksudkan  agar  selama  proses peleburan tidak terjadi reaksi dengan unsur-
unsur  lainnya  membentuk  senyawa  baru yang berakibat terjadi penurunan kemurnian paduan  U-7Mo-xSi.  Proses  peleburan paduan  menggunakan  arus  listrik  150  A dengan  5  kali  pengulangan  peleburan diperoleh  ingot  paduan  U-7Mo-xSi  yang
(Supardjo, Agoeng Kadarjono, Isfandi, Yatno Dwi Agus Susanto, Setia Permana, Guswardani)
masif,  ulet,  dan  pada  permukaannya  tidak teramati  adanya  pori  dan  oksida.  Ingot paduan U-7Mo-xSi hasil peleburan berdiameter 15 mm dengan ketebalan sekitar 5  mm  dan  potongan  nya  ditunjukkan  pada Gambar 4.
Gambar 4. Ingot paduan U-7Mo-xSi hasil proses peleburan dan potongannya
Strukturmikro  ingot  paduan  U-7Mo-xSi terlihat  berstruktur  denritik  seperti  yang ditunjukkan pada Gambar  5. Semakin tinggi kandungan  Si  di  dalam  paduan,  semakin besar  kemungkinan  terbentuknya  struktur dendritik.  Hal  ini  dikarenakan  dibutuhkan waktu  dan  temperatur  yang  cukup  untuk
unsur  Si  agar  dapat  melarut  sempurna kedalam
logam
uranium. Untuk mendapatkan  struktur  yang  homogen  dapat dilakukan  dengan  proses  homogenisasi dengan  cara  pemanasan  pada  temperatur 500 o C selama 10 jam.
(a) (b) (c)
Gambar 5. Strukturmikro paduan U-7Mo-xSi hasil proses pemaduan/peleburan
a. Paduan U-7Mo-1Si b. Paduan U-7Mo-2Si
c. Paduan U-7Mo-3Si
Ingot  paduan  U-7Mo-xSi  hasil  proses peleburan dilakukan analisis/pengujian kadar U,  berat  jenis  dan  kekerasannya.  Analisis kadar  uranium  dilakukan  dengan  metode titrimetri  menggunakan  alat  titroprosessor, berat jenis menggunakan Ultrapyc 1200e dan kekerasan  menggunakan  vickers  Hardness. Hasil  analisis  kadar  U  dan  berat  jenis  ingot
paduan
U-7Mo-xSi ditunjukkan pada Tabel  3.  Logam  Si  sebagai  pemadu mempunyai berat jenis 2,4 g/cm 3 , jauh lebih rendah dibandingkan dengan U dan Mo yang masing-masing  sebesar  18,485  g/cm 3 ,
10,2 g/cm 3 . Dengan kenaikan kadar Si maka berat total paduan meningkat sehingga kadar U menurun.
Tabel 3. Kadar uranium dan densitas paduan U-7Mo-xSi hasil proses peleburan Komposisi paduan U-7Mo-xSi  Berat total, g  Kadar U, %  Densitas, g/cm 3 U-7Mo - 93,257 16,336 U-7Mo-1Si 43,9798 92,07 15,90 U-7Mo-2Si 44,3049 91,14 15,87 U-7Mo-3Si 45,6262 90,21 15,78 Kekerasan paduan U-7Mo-Si cenderung meningkat seiring dengan meningkatnya  kadar  Si  seperti  yang ditunjukkan  pada  Gambar  6.  Logam molibdenum  akan  larut  padat  pada  logam uranium. Logam Mo dan Si yang larut dalam logam  uranium  menimbulkan  regangan  kisi pada  logam  uranium.  Interaksi  antara regangan  kisi, impurity  atom ,  dan  dislokasi menyebabkan  pergerakan  dislokasi  menjadi terhambat. Semakin banyak logam pengotor dalam  paduan,  maka  semakin  banyak regangan  kisi  yang  terjadi  dan  pergerakan dilokasi menjadi
semakin
terhambat.
Terhambatnya
pergerakan
dislokasi menyebabkan  kekerasan  material  menjadi semakin meningkat.
Gambar 6. Kekerasan paduan
U-7Mo dengan variasi kadar Si.
Dalam  penggunaannya  sebagai bahan  bakar  dispersi,  paduan  U-7Mo-xSi harus  diubah  menjadi  serbuk.  Paduan  U- 7Mo-Si hasil peleburan adalah ulet sehingga tidak  dapat  diubah  menjadi  serbuk  secara langsung  dengan  cara  mekanik  seperti halnya  material  yang  rapuh.  Pembuatan serbuk paduan U-7Mo-xSi dilakukan dengan teknik  hidriding,  dehidriding  dan  dilanjutkan proses grinding-mill. Selama proses hidriding terjadi reaksi antara paduan U-7Mo-xSi dan
hidrogen  membentuk  U-7Mo-xSiH x yang bersifat  rapuh,  dan  dilanjutkan  proses dehidriding sehingga terjadi disosiasi U-7Mo- xSiH x menjadi  U-7Mo-xSi  yang  tetap  rapuh (Gambar  7)  dan  gas  hidrogen.  Paduan  U- 7Mo-xSi yang rapuh dan sudah terbebas dari hidrogen  dapat  dibuat  serbuk  dengan  cara mekanik  (ditumbuk).  Perlu  diketahui  bahwa paduan  U-7Mo-xSi  adalah  sangat  reaktif dengan oksigen sehingga proses pembuatan serbuk  harus  dilakukan  di  dalam  ruang tertutup dalam kondisi fakum atau media gas inert.
Gambar 7. Paduan  U-7Mo-xSi  hasil  proses hidriding-dehidriding
Pada  penelitian  ini  pembuatan  serbuk U-7Mo-xSi dilakukan di dalam glove box dan dalam  media  gas  argon.  Hal  penting  yang harus  dilakukan  pengujian  terhadap  serbuk adalah kadar U, berat jenis, unsur pengotor serbuk  dan  fraksi  partikel  butir.  Ukuran partikel  serbuk  dalam  standar  internasional adalah -150 µm dengan komposisi -150+40 µm= 75 – 85 %berat, dan -40  µm  =  15-25  %berat,  sedangkan
RSG-GAS  menggunakan  -90  µm  dengan komposisi  -90+40  µm  =  75 – 85  %berat,  dan -40 µm = 15 – 25 %berat. Data hasil pengujian serbuk U-7Mo-xSi ditunjukkan pada Tabel 4 .
0 100 200 300 400 500 0 2 4 Keke ras an, V HN Kadar Si dalam UMo, %
(Supardjo, Agoeng Kadarjono, Isfandi, Yatno Dwi Agus
Susanto, Setia Permana, Guswardani)
Tabel  4.  Hasil  analisis  kadar  U,  densitas,  dan  fraksi  serbuk  U-7Mo-xSi  hasil  proses    hidriding- dehidriding- grinding mill. Serbuk Berat Serbuk, g Kadar U, % Densitas, g/cm 3 fraksi, g (%) >90 µm +38-90 µm <38 µm U-7Mo-1Si 39,6823 92,16 15,90 14,5187 (36,6) 17,0745 (43) 8,0891 (20,1) U-7Mo-2Si 39,1503 91,39 15,87 6,8126 (17,4) 23,3555 (59,7) 8,9822 (22,9) U-7Mo-3Si 34,1638 90,67 15,78 2,5877 (7,6) 16,1335 (47,2) 15,4426 (45,2)
Tabel  4  menunjukkan  bahwa  makin  tinggi kadar  Si,  kadar  uranium  dan  densitasnya menurun. Data kadar uranium dan berat jenis serbuk  U-7Mo-xSi  digunakan  sebagai  data masukan  pembuatan  inti  elemen  bakar  U- 7Mo-xSi/Al.  Dengan  menggunakan  data kadar U dan berat jenis (Tabel 4) dan desain
dimensi IEB U-7Mo-xSi = 30 mm x 10 mm x 3,15  mm,  maka  komposisi  berat  serbuk  U- 7Mo-xSi  dan  serbuk  matriks  Al  yang  harus dicampur  untuk  membuat  bahan  bakar dengan  densitas  uranium  7  gU/cm 3 dapat dihitung. Hasil perhitungan ditunjukkan pada Tabel 5.
Tabel 5. Hasil perhitungan komposisi material untuk pembuatan IEB U-7Mo-xSi /Al
IEB U-7Mo-xSi/Al Kode IEB U-7Mo-xSi/Al Berat serbuk U-7Mo-xSi, g Berat serbuk Al, g Berat serbuk U-7Mo-xSi +Al, g Fraksi pori, % U-7Mo-1Si /Al 1 6,9503 1,0432 8,0511 10 U-7Mo-1Si /Al 2 6,9501 1,0429 8,0323 10 U-7Mo-2Si /Al 3 7,0085 1,0312 8,1210 10 U-7Mo-2Si /Al 4 7,0087 1,0310 7,9860 10 U-7Mo-3Si /Al 5 7,0640 1,0148 8,0885 10 U-7Mo-3Si /Al 6 7,0645 1,0147 8,1066 10 Masing-masing  komposisi  serbuk
U-7Mo-xSi  dan  Al  dicampur  hingga homogen, kemudian di press dengan tekanan 10 bar hingga membentuk IEB U-7Mo-xSi/Al seperti  ditunjukkan  pada  contoh  Gambar  8.
Secara  visual  seluruh  IEB  tidak  terdapat retak/pecah.  Data  uji  pengukuran  dimensi (panjang, lebar, tebal) dan berat ditunjukkan pada Tabel 6.
Tabel 6. Hasil analisis berat dan dimensi IEB U-7Mo-xSi /Al hasil proses kompaksi
Komposisi IEB U-7Mo-xSi/Al Panjang, mm Lebar, mm Tebal, mm Berat, g U-7Mo-1Si /Al 30 10 3,15 8,0511 U-7Mo-1Si /Al 30 10 3,15 8,0323 U-7Mo-2Si /Al 30 10 3,15 8,1210 U-7Mo-2Si /Al 30 10 3,05 7,9860 U-7Mo-3Si /Al 30 10 3,23 8,0885 U-7Mo-3Si /Al 30 10 3,24 8,1066
Gambar 8. Contoh  IEB  U-7Mo-1Si  /Al  hasil pengepresan.
Kelongsong  pelat  elemen  bakar U-7Mo-1Si  /Al  digunakan  pelat  AlMg2  yang dibuat dalam bentuk frame dan cover . Frame dan cover dibuat  dengan  pengerolan lembaran  pelat  AlMg2  dan  pemesinan. Lembaran pelat AlMg2 berukuran 1000 mm x 180  mm  x  6  mm  dirol  hingga  terjadi penurunan  ketebalan    dari  6  mm  menjadi 3,15  mm  untuk frame dan  2,7  mm  untuk cover .  Pelat  AlMg2  hasil  rol  dengan ketebalan  3,15  mm  dibuat frame dengan pemesinan  berukuran  180  mm  x  140  mm  x 3,15 mm dengan lubang di bagian tengahnya berukuran  30  mm  x  10  mm  x  3,15  mm, sedangkan  pelat  dengan  ketebalan  2,7  mm dibuat cover berukuran 180 mm x 140 mm x 2,7 mm. Setiap pelat elemen bakar terdiri dari dua cover dan satu frame seperti ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9. Frame dan cover
Inti Elemen Bakar U-7Mo-Si/Al yang berdimensi sekitar (30 x 10 x 3,15 ±0,05 ) mm, dimasukkan kedalam lubang frame , kemudian pada keempat sisi sambungannya dilas beberapa titik hingga membentuk paket rol.  Paket  rol  setebal  sekitar  8,55  cm ditipiskan  dengan  pengerolan  panas  pada temperatur  425 o C  beberapa  tahap  hingga dicapai  ketebalan  sekitar  3,65  mm,
selanjutnya  dirol  dingin  hingga  diperoleh ketebalan  1,4  mm.  Selanjutnya  dilakukan pengujian  meliputi:  dimensi  luar  PEB, dimensi meat dengan  teknik  radiografi,  dan tebal kelongsong.

## Pelat Elemen Bakar mini U-7Mo-xSi/Al
Pelat elemen bakar mini
U-7Mo-xSi/Al  ditunjukkan  pada  Gambar  10 dan  data  uji    radiografi  ditunjukkan  pada Gambar 11.
Gambar 10. PEB U-7Mo-xSi/Al
Gambar 11. Hasil Radiografi PEB
U-7Mo-xSi/Al
Dari  Gambar  10  terlihat  bahwa  posisi meat berada  ditengah  pelat  elemen  bakar  dan bercak  hitam  pada  permukaan  merupakan pelumas  yang  menempel  pada  proses pengerolan.  Bercak  hitam  tersebut  dapat dihilangkan  dengan  cara degreasing dan pikling.  Data  radiografi  pada  Gambar  11, tidak  teramati  adanya white  spots yaitu partikel  U-7Mo-xSi  yang  keluar  dari  zona
(Supardjo, Agoeng Kadarjono, Isfandi, Yatno Dwi Agus Susanto, Setia Permana, Guswardani)
meat ,  namun  terlihat  bahwa  pada  daerah
meat
terdapat noda hitam yang dimungkinkan merupakan aglomerasi serbuk matriks Al. Hal ini kemungkinan disebabkan partikel  serbuk  Al  terlalu  halus  atau  masih
terdapat kandungan uap air sehingga waktu proses  pencampuran  antara  serbuk  U-7Mo- xSi dan matriks Al kurang homogen. Bentuk ujung meat relatif rata dan data pengukuran dimensi ditunjukkan pada Tabel 7.
Tabel 7. Analisis dimensi meat , blister dan white point dalam PEB menggunakan radiografi sinar-x PEB Kode Dimensi meat Tebal PEB, mm Panjang, mm Lebar, mm U-7Mo-1Si 01 18,5 12,0 1,41 U-7Mo-1Si 02 18,3 11,3 1,39 U-7Mo-2Si 03 18,4 11,2 1,39 U-7Mo-2Si 04 18,2 11,0 1,38 U-7Mo-3Si 05 18,9 11,6 1,41 U-7Mo-3Si 06 18,1 11,4 1,44
Pengukuran  tebal  kelongsong  dilakukan dengan  memotong  PEB  U-7Mo-xSi/Al  pada ketiga  bagian  yaitu  tengah  dan  kedua ujungnya. Pemotongan bagian tengah tegak lurus  arah  pengerolan  sedangkan  kedua ujungnya  dipotong  sesuai  arah  pengerolan. Masing-masing potongan disiapkan kedalam bentuk  sampel  metalografi  dan  pengukuran ketebalan kelongsong menggunakan mikroskop  optik  yang  dilengkapi  fasilitas ukur. Potongan sampel uji
PEB
U-7Mo-xSi/Al yang ditunjukkan pada Gambar 12  terlihat  bahwa  pada  kedua  ujung  PEB terdapat dog  bone yang  merupakan aglomerasi bahan bakar U-7Mo-xSi.
Terbentuknya pada proses pengerolan yang disebabkan  oleh  densitas  uranium  bahan
bakar  yang  tinggi  (serbuk  bahan  bakar banyak  sedangkan  serbuk  matriks  sedikit). Data pengukuran tebal kelongsong menunjukkan bahwa tebal rerata >0,307 mm, sedangkan ketebalan minimum yang dijinkan 0,25  mm.  Walaupun  ketebalan  reratanya masih memenuhi spesifikasi, namun terdapat beberapat  titik  data  pengukuran  yang mempunyai  ketebalan  <0,25  mm,  sehingga PEB U-7Mo-xSi/Al dinyatakan belum memenuhi  persyaratan.  Upaya  yang  akan dilakukan adalah mencari  parameter proses pengerolan  atau  menggunakan  material kelongsong paduan aluminium yang mempunyai  kekerasan  lebih  tinggi  seperti paduan aluminium seri 6061 .

## Gambar 12. Potongan PEB U-7Mo-1Si/Al

## SIMPULAN
Produk  ingot  paduan  U-7Mo-xSi, serbuk  U-7Mo-xSi,  dan  IEB  U-7Mo-xSi/Al cukup  baik  dan  memenuhi  spesifikasi. Sementara  itu,  pelat  elemen  bakar  yang dihasilkan  belum  memenuhi  persyaratan terutama  ketebalan  kelongsongnya  masih
terdapat  beberapa  titik  pengukuran  yang ketebalannya  <0,25  mm.  Penyelesaian masalah  ketebalan  kelongsong  tersebut perlu dilakukan ekperimen dengan menggunakan  parameter  pengerolan  yang lain  atau  mengganti  material  kelongsong yang memiliki kekerasan yang lebih tinggi.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Atas terlaksananya penelitian hingga dituangkannya ke dalam makalah ini ucapan terima  kasih  disampaikan  kepada  seluruh pegawai  PTBBN  yang  telah  berkenan berpartisipasi hingga selesainya penelitian .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Van Den Berghe Sven, Leenaers Ann, Koonen Edgar and Sannen Leo, From High to Low Enriched Uranium Fuel in Research  Reactors, Advances  in
Science  and  Technology  Vol.  73
(2010) pp 78-90
[2] S. V. D.   Berghe, et.al , “Swelling of U(Mo) – Al(Si)  dispersion  fuel  under irradiation: Non-destructive analysis of the  LEONIDAS  E-FUTURE  plates ,” Journal  of  Nuclear  Materials ,  vol. 430, pp. 246-258, 2012.
[3] S. Hu,   D.  Burkes,  C.  A. Lavender, V. Joshi , “ Effect of grain morphology on gas bubble swelling in UMo Fuels Effect: A 3D microstructure dependent Booth model ,” Journal of Nuclear Materials ,  vol.  480,  pp.  246-258, 2016.
[4] Supardjo, A. Kadarjono, A. B. Ginting,
” Pembuatan  pelat  elemen  bakar  mini UMo-Al  dengan  densitas  uranium  6 dan  7  gU/cm 3 ,”  Jurnal Teknologi Bahan Nuklir, vol. 7, no 2, 2011.
[5] H.  Y.  Chiang, et.al ,  “ Evidence  of amorphous  interdiffusion  layer  in heavy  ion  irradiated  U-8wt%Mo/Al interfaces ,” Journal of Nuclear Materials , vol. 440, pp. 117-123, 2013.
[6] H.  Palancher, et.al ,  Uranium – molybdenum  nuclear  fuel    plates behaviour under heavy  ion
irradiation:  An  X-ray  diffraction analysis ”, Journal  of  Nuclear Materials ,  vol.  385,  pp.  449-455, 2009.
[7] Supardjo, “ Pengembangan  Bahan Bakar  Dispersi  U-7Mo-xTi/Al  Tipe
Pelat  Untuk  Bahan  Bakar  Reaktor Riset ,” Presentasi  Ilmiah  Jabatan Peneliti  Utama  Bidang  Bahan  Bakar Reaktor  Riset  24  Oktober  2016,
PTBBN-BATAN.
[8] T. R. G. Kutty, et.al ., “Thermophysical properties  of  U-2Mo  intermetallic ,” Journal  of  Nuclear  Materials ,  vol.
420, pp. 193-197, 2012.
[9] J.  Allenou, et.al., “ Interdiffusion behaviors  in  doped molybdenum uranium and aluminum or aluminum silicon dispersion fuels: Effect of the microstructure ,” Journal of
Nuclear  Materials ,  vol.  416,  pp.
205-210, 2011.
[10]   Y.J.  Jeong, et.al., Heavy  ion irradiation of Nitride and Silicon Coated U-Mo-Ti/Al  Fuel,  RRFM  European Research Reactor Conference, 2013.
[11]  H. J. Ryu, J. S. Park, J. M. Park, and C.  K. Kim,  “The effect  of  Si-rich  layer coating  on  UMo  vs.  Al interdiffusion,”
Advance  in  Science  and  Technology,
vol. 73, pp. 78-90, 2010.
[12]  Y.  Nampira,  Supardjo,  S.  Ismarwanti, ” Uji  tidak  merusak  bahan  bakar U 3 Si 2 /Al  tingkat  muat  uranium  4,8 gU/cm 3 pasca iradiasi fraksi bakar 20% dan  40%”, Hasil  Penelitian  Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir , 2013.
[13]  Spesifikasi  bahan  bakar  U 3 Si 2 /Al Reaktor  Serba  Guna  G.A  Siwabessy (RSG-GAS).