## ANALISIS METALOGRAFI PELAT ELEMEN BAKAR U
3 Si 2 /Al PASCA IRADIASI DENSITAS 2,96 gU/cm 3
Maman Kartaman Ajiriyanto, Aslina Br.Ginting, Junaedi Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN Kawasan Puspiptek Serpong Gd.20, Tangerang Selatan, Banten 15314 e-mail:makar@batan.go.id (Naskah diterima: 20 –12–207, Naskah direvisi: 30–01–2018, Naskah disetujui: 01–02–2018)

## ABSTRAK
ANALISIS METALOGRAFI PELAT ELEMEN BAKAR U 3 Si 2 /Al DENSITAS 2,96 gU/cm 3 PASCA IRADIASI. Telah dilakukan analisis metalografi pelat elemen bakar (PEB) U 3 Si 2 /Al pasca iradiasi di  dalam hotcell .  Tujuan  analisis  metalografi  untuk  mengetahui  perubahan  mikrostruktur  PEB U 3 Si 2 /Al  dan  ketebalan  kelongsong  AlMg2  setelah  mengalami  iradiasi  didalam  reaktor  hingga burnup 56%.  PEB  U 3 Si 2 /Al  pasca  iradiasi  dipotong  pada  posisi top,  middle dan bottom dengan ukuran masing-masing sekitar 5x5x1,37 mm. Preparasi metalografi dimulai dari pemotongan PEB menggunakan cutting  machine dengan low  speed,  mounting,  grinding dan polishing didalam hotcell 104 –105. Proses mounting dilakukan menggunakan resin dengan waktu >10 jam, proses g rinding menggunakan  kertas  ampas  hingga  ukuran  grit  2400  dan  proses polishing dilakukan menggunakan  pasta  intan  dari  ukuran  3  sampai  1  mikron  dengan  kecepatan  putar  150  rpm selama 5 menit. Pengamatan mikrostruktur menggunakan mikroskop optik di hotcell 107 dengan perbesaran  200  kali.  Hasil  analisis  mikrostruktur  diperoleh  partikel  U 3 Si 2 dengan  bentuk  dan ukuran  beragam,  matriks  Al  dan  kelongsong  AlMg2  yang  tersebar  sepanjang  PEB  U 3 Si 2 /Al. Pengamatan  mikrostruktur  PEB  U 3 Si 2 /Al  pasca  iradiasi  belum  menunjukkan  hasil  yang  baik karena hanya dapat mengamati topografi meat U 3 Si 2 /Al, matriks Al dan kelongsong AlMg2. Hal ini disebabkan  karena  pengamatan  mikrostruktur  dengan  menggunakan  mikroskop  optik  di  dalam hotcell maksimal  hanya  dengan  perbesaran  200  kali  sehingga  fenomena interaction  layer dan small  gas  bubble tidak  dapat  diamati.  Namun  mikrostruktur  PEB  U 3 Si 2 /Al  dengan burn  up 56% dibandingkan  dengan  mikrostruktur  bahan  bakar  U 3 Si 2 /Al  pasca  iradiasi  dengan burn  up 60% yang merupakan hasil peneliti sebelumnya, hasilnya  menunjukkan adanya  interaksi antara meat U 3 Si 2 dengan  matriks  Al  dan  adanya  lapisan  atau layer dengan  ketebalan  sekitar  5  hingga 20  mikron.  Sementara  itu,  ketebalan  kelongsong  AlMg2  diperoleh  lebih  besar  dari 0,25  mm,  hal ini  menunjukkan  bahwa  pengaruh  iradiasi  tidak  memberikan  perubahan  ketebalan  kelongsong AlMg2 secara signifikan sehingga secara keseluruhan PEB U 3 Si 2 -Al pasca iradiasi masih memiliki integritas dan kestabilan cukup baik.
Kata kunci : PEB U 3 Si 2 /Al, pasca iradiasi, mikrostruktur, ketebalan kelongsong.

## ABSTRACT
METALOGRAPHIC  ANALYSIS  OF  IRRADIATED  U 3 Si 2 /Al  FUEL  ELEMENT  PLATE  OF 2,96  gU/cm 3 DENSITY.  Metallographic  analysis  of  U 3 Si 2 /Al  fuel  element  plate  has  been performed in hotcell. The purpose of metallographic analysis is to study changes in PEB U 3 Si 2 /Al microstructure and AlMg 2 cladding thickness after irradiation in reactor until burn up of 56%. The fuel element plate of irradiated U 3 Si 2 /Al was cut in top, middle and bottom positions with each size around 5x5x1,37mm. Metallographic preparation starts from sample cutting using cutting machine with  low  speed  and  sample  mounting,  grinding  and  polishing  in  hotcell  104 – 105.  Sample mounting was done by using resin for more than 10 hours followed by grinding with sand papers up to grit size of 2400 and polishing with diamond paste of size 3 to 1 micron at a rotational speed of  150  rpm  for  5  minutes.  Microstructure  observation  was  performed  with  optical  microscope  in hotcell  107  at  200  times  magnification.  Microstructure  examination  reveals  U3Si2  particles  with diverse  forms  and  sizes,  Al  matrix  and  AlMg 2 cladding  were  spread  alongthe  U 3 Si 2 /Al  side. Microstructure  observation  of  irradiated  U 3 Si 2 /Al  has  not  shown  good  result  because  only topography observation of U 3 Si 2 /Al meat, Al matrix and AlMg 2 cladding can be done due to limited capability of the optical microscope in hotcell, where maximum magnification can be attained only at  200  times  so  that  the  phenomenon  of  interaction  layer  and  small  gas  bubble  can  not  be observed. However, U 3 Si 2 /Al  microstructure  of 56% burnup,  if compared to the  microstructure of U 3 Si 2 /Al  fuel  element  plate  of 60%  burnup  from  previous  researcher,  shows  interaction  between U 3 Si 2 meat with Al matrix and the existence of layers with a thickness about 5 up to 20 microns. Meanwhile,  the  observed  thickness  of  AlMg 2 cladding  is  greater  than  0.25  mm,  which  indicates that  irradiation  does  not  significantly  change  the  thickness  of  AlMg 2 cladding  so  that  the  overall irradiated U 3 Si 2 -Al still has good integrity and stability.
Keywords: PEB U 3 Si 2 /Al, post irradiation, microstructure, cladding thickness.
Analisis Metalografi Pelat Elemen Bakar U 3 Si 2 /Al Densitas 2,96 gU/cm 3 Pasca Iradiasi
(Maman Kartaman Ajiriyanto, Aslina Br. Ginting, Junaedi)

## PENDAHULUAN
Bahan bakar U 3 Si 2 /Al densitas 2,96  gU/cm 3 pasca  iradiasi  yang  telah mengalami  pendinginan  di fuel  storage dikirim  ke  IRM  (Instalasi  Radiometalurgi) untuk  dilakukan  uji  PIE (Post  Irradiation Examination) atau  Uji  Pasca  Iradiasi  di dalam hotcell .  Uji  pasca  iradiasi  bertujuan untuk  mengetahui  karakter  bahan  bakar setelah  diiradiasi  direaktor  dengan burn  up 56%[1]. Bahan bakar pasca iradiasi mengalami  penurunan  unjuk  kerja  yang disebabkan  oleh  reaksi  fisi 235 U  dengan neutron  termal  dan  menghasilkan  beberapa hasil  fisi  (hasil  belah)  maupun  unsur-unsur bermassa  berat  seperti  U,  Pu,  Nd,  Cs,  Eu, Sr,  Ce,  Zr,  Kr  dan  Xe[2].  Besarnya  isotop hasil  fisi  dan  unsur-unsur  bermassa  berat berpengaruh  kepada  perubahan  sifat  kimia, mikrostruktur,  sifat  mekanik  dan  perubahan sifat lainnya, sehingga menyebabkan penurunan unjuk kerja bahan bakar U 3 Si 2 /Al. Penurunan  unjuk  kerja  bahan  bakar pasca  iradiasi  dapat  diketahui  dengan melakukan uji tidak merusak ( non destructive  test ,  NDT)  dan  uji  merusak ( destructive  test ,  DT).  Uji  tidak  merusak meliputi  pengamatan  cacat  secara  visual terhadap  bahan  bakar  pasca  iradiasi, pengukuran  ketebalan  atau  dimensi  pelat elemen  bakar  (PEB)  untuk  mengetahui swelling dan  pengukuran  distribusi  gamma di  dalam  PEB.  Sementara  itu,  uji  merusak meliputi analisis
metalografi untuk mengamati  perubahan  mikrostruktur  dan analisis fisikokima untuk mengetahui kandungan  hasil  fisi  dan  unsur  bermassa berat di dalam PEB[1].
Pada  penelitian  sebelumnya  telah dilakukan  analisis  fisikokimia  bahan  bakar PEB  U 3 Si 2 /Al  densitas  2,96  gU/cm 3 pasca iradiasi pada potongan bagian top, middle dan bottom. Hasil  analisis  fisikokimia  telah diperoleh kandungan isotop 235 U dalam PEB U 3 Si 2 /Al  yang  disebabkan  oleh  reaksi fisi[3,4].  Data  isotop 235 U  sisa  digunakan untuk  perhitungan burn  up bahan  bakar
U 3 Si 2 /Al.  Besar burn  up maksimal  untuk bahan  bakar  U 3 Si 2 /Al  saat  diiradiasi  dalam teras  reaktor  yang  diizinkan  hingga burnup 56%.  Untuk  melengkapi  data  PIE  atau  uji pasca  iradiasi PEB U 3 Si 2 /Al densitas 2,96  gU/cm 3 maka  dilakukan  penelitian lanjutan  yaitu  analisis  metalografi.  Data metalografi  PEB  U 3 Si 2 /Al  bertujuan  untuk mengetahui  pengaruh  radiasi  terhadap mikrostruktur  bahan  bakarU 3 Si 2 /Al  selama diiradiasi  di  dalam  reaktor.  Mikrostruktur yang  diamati  adalah  ukuran  partikel  U 3 Si 2 dan  distribusinya,  ketebalan  kelongsong AlMg2, layer akibat interaksi dispersan U 3 Si 2 dengan  matriks  Al  dan  porositas  akibat iradiasi. Data PIE digunakan sebagai umpan balik  kepada  reaktor  dan  fabrikator  untuk mengevaluasi  unjuk  kerja  bahan  bakar U 3 Si 2 /Al.
Peneliti  bahan  bakar  nuklir  telah banyak  melakukan  analisis  mikrostruktur terhadap  bahan  bakar  U 3 Si 2 /Al  pasca iradiasi.  Peneliti  A.Leenaers,dkk  melakukan analisis  metalografi  PEB  U 3 Si 2 /Al  densitas
4,8  gU/cm 3 dengan  kelongsong  AlFeNi pasca  iradiasi  dan  memperoleh  hasil mikrostruktur berupa small gas bubble pada meat U 3 Si 2 /Al, interaction layer pada dispersan  U 3 Si 2 dan  matriks  Al  serta perubahan  kekerasan  mikro  pada meat U 3 Si 2 /Al[5].  Peneliti  lain  juga  menyatakan bahwa  mikrostruktur  bahan  bakar  U 3 Si 2 /Al pasca  iradiasi  adalah  gas bubble hasil  fisi yang  terdistribusi  merata  pada  dispersan U 3 Si 2 .  Berdasarkan  analisis  pola  difraksi juga  menghasilkan  struktur  U 3 Si 2 menjadi amorf[6].  Perubahan  mikrostruktur  pada bahan  bakar  U 3 Si 2 /Al  disebabkan  beberapa faktor  antara  lain  adalah  pengaruh  iradiasi dan  porositas meat bahan  bakar.  Pengaruh iradiasi  menyebabkan  terjadinya  interaksi kelongsong AlMg2 dengan meat U 3 Si 2 /Al dan interaksi  antara meat bahan  bakar  U 3 Si 2 dengan  matriks  Al[7].  Selain  itu,  selama berada  di  dalam  reaktor,  bahan  bakar akan  mengalami  beberapa  pembebanan diantaranya  adalah fluks  neutron sebesar 2x10 14 neutron/cm 2 detik dan temperatur yang
diterima  bahan  bakar  rata-rata  sebesar 120 o C.  Sementara  itu,  temperatur  yang diterima  pada  bagian meat U 3 Si 2 /Al  dan antarmuka meat dengan  kelongsong  AlMg2 lebih  dari  200 o C[8].  Faktor  kedua  yang mempengaruhi perubahan mikrostruktur adalah  persentase  porositas meat U 3 Si 2 /Al  di dalam  volume  bahan  bakar.  Porositas meat yang  dihasilkan  fabrikator  bahan  bakar bervariasi  antara  satu  dengan  lainnya, misalnya  untuk  ANL  3-15%volume  bahan bakar,
4%volume
untuk
CERCA, 7-8%volume  untuk  NUKEM,  9-10%volume untuk B&W serta 4-8%volume untuk PT. INUKI[9]. Peningkatan porositas di dalam meat U 3 Si 2 /Al  diduga  akan  mempengaruhi mikrostruktur  PEB  U 3 Si 2 /Al.  Faktor  ketiga yang mempengaruhi perubahan mikrostruktur bahan  bakar  adalah  terjadinya  interaksi U 3 Si 2 /Al  dengan  kelongsong  AlMg2  akibat proses  perolan  PEB  U 3 Si 2 /Al  pada  saat fabrikasi.
Pada  penelitian  sebelumnya  telah diperoleh  hasil  bahwa  PEB  U 3 Si 2 /Al  pra iradiasi setelah mengalami pemanasan hingga  temperatur  500 o C  tidak  ada perubahan  mikrostruktur  pada meat ,  namun terjadi  perubahan  ukuran  butir  pada  bagian kelogsong  AlMg2[10].  Hasil  penelitian  lainnya menyatakan  bahwa  bahan  bakar  U 3 Si 2 /Al yang  telah  diiradiasi  hingga burn-up 60% menyebabkan  terjadinya  interaksi  antara partikel bahan bakar U 3 Si 2 dengan matriks Al. Pengamatan  adanya interaction  layer dan small  bubble pada  dispersan  U 3 Si 2 yang dianalisis  dengan  elektron  sekunder  pada
Scanning  Electron  Microscope (SEM).  Hasil pengamatan  mikrostruktur  dengan  SEM menunjukkan  adanya interaction  layer dan juga gas bubble pada antarmuka di sekeliling dispersan U 3 Si 2 [11].
Pada  penelitian  lanjutan  ini  dilakukan analisis  mikrostruktur  PEB  U 3 Si 2 /Al  densitas 2,96  gU/cm 3 pasca  iradiasi  dengan burnup
56%.  Sampel  PEB  dipotong  pada  bagian top,  middle dan bottom sehingga  dapat mewakili sifat secara keseluruhan. Pengamatan  mikrostruktur  yang  dianalisis meliputi  morfologi  dispersan  U 3 Si 2 ,  interaksi antara  U 3 Si 2 dengan  matriks  Al,  ketebalan kelongsong AlMg2, porositas atau gas bubble akibat  iradiasi  terutama  pada  bagian meat U 3 Si 2 /Al,  pembentukan  fasa  kedua  atau intermetalik  pada interface partikel  U 3 Si 2 dengan matriks Al.

## METODOLOGI
Bahan bakar U 3 Si 2 /Al densitas 2,96  gU/cm 3 yang  telah  diiradiasi  dalam reaktor G.A. Siwabessy hingga burn up 56% dikirim  ke hotcell IRM  untuk  dilakukan  uji pasca  iradiasi. Bahan  bakar  tersebut dibongkar  ( dismantling) sehingga  diperoleh PEB  U 3 Si 2 /Al  dengan  nomor  pelat  20  yang siap  dianalisis.  PEB  U 3 Si 2 /Al  dipotong menjadi  tiga  bagian  yaitu  pada  posisi top, middle dan bottom dengan  ukuran  masing- masing  sekitar  5x5x1,37  mm  menggunakan alat  potong diamond  cutting  low  speed seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Posisi pemotongan PEB U 3 Si 2 /Al bagian top , middle dan bottom [12]
Ketiga sampel hasil potongan tersebut  di mounting menggunakan  resin epoksi  dan hardener dengan curing  tim e
>10  jam  dan  dibiarkan  hingga  mengeras secara  alamiah  selama  10  jam  di  dalam hotcell .  Hasil mounting kemudian  diamplas
Analisis Metalografi Pelat Elemen Bakar U 3 Si 2 /Al Densitas 2,96 gU/cm 3 Pasca Iradiasi
dan  dipoles  menggunakan  mesin grinding dan polishing .  Proses grinding dilakukan menggunakan  kertas  SiC  secara  bertahap mulai  dari  ukuran  grit  500,  800,  1200,  2000 dan  2400  dengan  kecepatan  putar  150  rpm masing-masing  selama  3-5  menit[13,14]. Sampel  kemudian  dicuci  dalam  ultrasonik untuk menghilangkan pengotor yang menempel pada permukaan sampel. Proses polishing dilakukan  dengan  menggunakan pasta  intan  dari  ukuran  3  sampai  1  mikron dengan  kecepatan  putar  150  rpm  selama  5 menit.  Sampel  PEB  U 3 Si 2 /Al  hasil  poles dicuci  kembali  dan  dikeringkan,  kemudian ditransfer  ke hotcell 107  melalui  konveyor untuk  pengamatan  mikrostruktur  dengan menggunakan mikroskop optik. Keseluruhan tahapan preparasi metalografi didalam hotcell 104-105  dilakukan  secara remote menggunakan  bantuan  tangan  manipulator. Pengamatan  mikrostruktur  sampel  PEB U 3 Si 2 /Al densitas 2,96 gU/cm 3 pada potongan top,  middle dan bottom dilakukan dengan  perbesaran  50,  100  dan  200  kali  di hotcell 107.  Sementara  itu,  pengukuran ketebalan  kelongsong  AlMg2  dilakukan menggunakan software zenlite yang terlebih dahulu  dilakukan  kalibrasi  menggunakan reticle dengan  lensa  objektif  yang  sama. Setelah  kalibrasi  dilakukan image analisis meliputi  pemberian  skala  pada  gambar  dan pengukuran jarak. Pengukuran tebal kelongsong AlMg2 dilakukan dari titik terluar meat dan ditarik garis tegak lurus hingga sisi luar PEB U 3 Si 2 /Al[15].
HASIL DAN PEMBAHASAN
a)  Analisis mikrostruktur
Hasil pengamatan mikrostruktur PEB  U 3 Si 2 /Al  pasca  iradiasi  dari  potongan bagian top, secara  utuh  ditunjukkan  pada Gambar  2.(a) . PEB  U 3 Si 2 /Al  terdiri  dari
bagian kelongsong AlMg2 dan meat U 3 Si 2 /Al yang  terdistribusi  secara  merata  ditengah  di sepanjang  PEB.  Pada  bagian  tepi  terlihat adanya deformasi akibat pemotongan. Ketebalan  kelongsong  AlMg2  relatif  merata dan  dispersan  U 3 Si 2 tidak  berdifusi  kedalam kelongsong  AlMg2.  Hasil  tersebut  diperjelas dengan analisis mikrostruktur potongan PEB U 3 Si 2 /Al  bagian top dengan  perbesaran  100 kali seperti yang terlihat pada Gambar 2.(b), yang menunjukkan adanya perbedaan antara  kelongsong  AlMg2  dengan meat U 3 Si 2 /Al.
Sementara itu, analisis mikrostruktur meat U 3 Si 2 /Al  dengan  perbesaran  200  kali terlihat  perbedaan  yang  nyata  antara dispersan  U 3 Si 2 dan  matriks  Al.  Partikel U 3 Si 2 terdispersi  secara  merata  dalam matriks  Al  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar  2.(c).  Bagian  yang  berwarna  agak gelap  adalah  dispersan  U 3 Si 2 sedangkan yang  terang  adalah  matriks  Al.  Ukuran dispersan  tidak  homogen  dan  bentuk  tidak beraturan.  Proses  pembuatan  dispersan U 3 Si 2 dengan  cara mechanical  milling menghasilkan bentuk dan ukuran yang khas seperti  tersebut  diatas  yaitu  bentuk  tidak beraturan  dan  menyudut  serta  ukuran  juga relatif  kurang  homogen.  Pada  sekeliling dispersan  U 3 Si 2 tidak  terlihat  adanya  reaksi antar  muka  dispersan  U 3 Si 2 dengan  matriks Al.  Selain  itu  juga  tidak  terlihat  adanya porositas  atau  gas bubble akibat  iradiasi.
Hal  ini  diduga  karena  resolusi  mikroskop optik  yang  rendah  atau  juga  karena  gas bubble tidak  terbentuk  selama  proses iradiasi.  Mikroskop  optik  memiliki  daya resolusi  terbatas  dibandingkan  dengan mikroskop  elektron,  sehingga  gas bubble dengan  ukuran  yang  sangat  halus  tidak terlihat jelas apabila diamati dengan mikroskop optik.
Gambar 2. (a). Mikrostruktur PEB U 3 Si 2 /Al potongan bagian top perbesaran 50 kali (b). Mikrostruktur  potongan PEB U 3 Si 2 /Al bagian top perbesaran 100 kali (c). Mikrostruktur U 3 Si 2 dan matriks Al potongan bagian top perbesaran 250 kali
Hasil pengamatan mikrostruktur PEB U 3 Si 2 /Al  pasca  iradiasi  potongan  bagian middle secara  utuh  ditunjukkan  pada Gambar 3.(a). Sama halnya dengan mikrostruktur PEB U 3 Si 2 /Al potongan bagian top, pada potongan bagian middle diperoleh mikrostruktur PEB U 3 Si 2 /Al terdiri dari bagian kelongsong  AlMg2  dan meat U 3 Si 2 /Al  yang terdistribusi merata disepanjang pelat bahan bakar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.(b), sedangkan dari Gambar 3.(c) terlihat  jelas  mikrostruktur  partikel  U 3 Si 2 terdispersi secara merata dengan matriks Al.
Gambar
3.(b) memperlihatkan adanya dispersan  U 3 Si 2 yang  membentuk cluster yang mengakibatkan distribusi panas kurang homogen.  Pada  proses  pembuatan  inti elemen  bakar,  partikel  U 3 Si 2 dicampur  dan diaduk secara merata dan dikompaksi. Pada proses  pencampuran  tersebut  diharapkan partikel  U 3 Si 2 tercampur  secara  merata sehingga  partikel  U 3 Si 2 dikelilingi  oleh matriks  Al.  Matriks  Al  dalam  hal  ini  selain berfungsi sebagai pengungkung juga sebagai penghantar panas.
Gambar 3.  (a). Mikrostruktur PEB U 3 Si 2 /Al potongan bagian middle perbesaran 50 kali (b). Mikrostruktur potongan PEB U 3 Si 2 /Al bagian middle perbesaran 100 kali (c). Mikrostruktur U 3 Si 2 dan matriks Al potongan bagian middle perbesaran 250 kali
Analisis Metalografi Pelat Elemen Bakar U 3 Si 2 /Al Densitas 2,96 gU/cm 3 Pasca Iradiasi
Hasil pengamatan mikrostruktur
PEB
U 3 Si 2 /Al  pasca  iradiasi  potongan  bagian bottom secara  utuh  ditunjukkan  pada Gambar  4.  Pada  bagian  tepi  sebelah  kiri, memiliki  ukuran  tidak  rata  dikarenakan
deformasi  akibat  pemotongan.  Pemotongan pada  sampel  PEB  dilakukan  dengan  teknik shear cutting sehingga menghasilkan deformasi  pada  sampel  terutama  pada bagian tepi
Gambar 4. (a). Mikrostruktur PEB U 3 Si 2 /Al potongan bagian bottom perbesaran 50 kali (b). Mikrostruktur  potongan PEB U 3 Si 2 /Al bagian bottom perbesaran 100 kali (c). Mikrostruktur U 3 Si 2 dan matriks Al potongan bagian bottom perbesaran 250 kali
Gambar 2; 3 dan 4 diketahui bahwa pengamatan  mikrostruktur  PEB  U 3 Si 2 /Al pasca  iradiasi  belum  menunjukkan  hasil yang  baik  karena  hanya  dapat  mengamati topografi  U 3 Si 2 yang  tersebar  di  dalam matriks  Al  disepanjang  PEB.  Pengaruh iradiasi yang menyebabkan terjadinya interaksi  antara  kelongsong  AlMg2  dengan meat bahan  bakar  U 3 Si 2 /Al,  interaksi  antara U 3 Si 2 dengan matriks Al yang menyebabkan adanya bubble dan void  interface celah antara  kelongsong  AlMg2  dengan meat U 3 Si 2 /Al  belum  dapat  dianalisis.  Hal  ini disebabkan  pengamatan  struktur  mikro menggunakan  mikroskop  optik  di  dalam hotcell 107 maksimal hanya dengan perbesaran  200  kali,  sehingga  fenomena diatas  belum  bisa  dianalisis.  Salah  satu kelemahan dari mikroskop optik adalah daya resolusi yang kecil sehingga gelembung gas dengan ukuran kecil tidak terlihat jelas.
Hasil pengamatan mikrostruktur PEB  U 3 Si 2 /Al  pasca  iradiasi  tersebut  juga didukung  oleh  hasil  analisis  mikrostruktur PEB  U 3 Si 2 /Al  pra  iradiasi  menggunakan
mikroskop optik dan SEM dengan perbesaran  200  kali  ditunjukkan  pada Gambar 5 dan 6. Mikrostruktur PEB U 3 Si 2 /Al pra  iradiasi  yang  terdiri  dari  kelongsong AlMg2,  U 3 Si 2 dan  matriks  Al  dianalisis menggunakan  mikroskop  optik  diperoleh hasil seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5, sedangkan analisis mikrostruktur menggunakan  SEM  yang  dilakukan  oleh peneliti lain ditunjukkan pada Gambar 6.
Apabila dibandingkan antara mikrostruktur PEB U 3 Si 2 /Al pra iradiasi pada Gambar  5.(a)  dengan  mikrostruktur  PEB U 3 Si 2 /Al  pasca  iradiasi  pada  Gambar  2.(a),
3.(a)  dan  4.(a)  diperoleh  hasil  yang  sama yaitu morfologi dispersan U 3 Si 2 tidak banyak perubahan. Demikian pula dengan mikrostruktur meat U 3 Si 2 /Al pra iradiasi yang ditunjukkan pada Gambar 5.(b) dan Gambar  6  dengan  mikrostruktur meat U 3 Si 2 /Al  pasca  iradiasi  diperoleh  bahwa kedua  PEB  U 3 Si 2 /Al  pra  iradiasi  maupun pasca  iradiasi  mempunyai  mikrostruktur yang hampir sama seperti yang terlihat pada Gambar 2.(b), 3.(b) dan 4.(b).
Gambar 5.  (a). Mikrostruktur PEB U 3 Si 2 /Al pra iradiasi dengan mikroskop optik (b). Mikrostruktur meat U 3 Si 2 /Al pra iradiasi dengan mikroskop optik
Gambar 7.  Mikrostruktur meat U 3 Si 2 /Al  pra iradiasi menggunakan SEM[6]
Secara keseluruhan kualitas gambar mikrostruktur  PEB  U 3 Si 2 /Al  pasca  iradiasi yang  diperoleh  sangat  baik  dan  fokus. Preparasi  metalografi  juga  sudah  baik  yang ditunjukkan  dengan  permukaan  sampel yang bebas goresan dan sedikit kontaminan. Akan  tetapi  mikrostruktur  untuk  mengetahui perilaku  bahan  bakar  akibat  iradiasi  seperti gas bubble ,  porositas,  reaksi  antar  muka belum  dapat  diamati  dengan  baik.  Hal  ini disebabkan  karena  keterbatasan  fasilitas hotcell untuk  pengamatan  mikrostruktur yaitu menggunakan mikroskop optik dengan perbesaran  maksimal  200  kali  dan  memiliki resolusi  kecil  sehingga  fitur  seperti  gas bubble dan  senyawa  antar  muka  tidak teramati dengan jelas. Namun, mikrostruktur PEB  maupun meat U 3 Si 2 /Al  pasca  iradiasi dengan burn up 56% dibandingkan dengan  hasil  penelitian  yang  dilakukan oleh  G.  Ruggirello, et.al [9].  Hasil  analisis mikrostruktur  oleh  G.  Ruggirello, et.al diperoleh  mikrostruktur  bahan  bakar  U 3 Si 2
yang  menunjukkan  adanya interaction  layer dengan  ketebalan  sekitar  1,5  μm  dan pembentukan small  gas  bubble dengan dimensi  0,1 –0,3 μm seperti pada Gambar  7 dan  8.  Ketebalan interaction  layer diamati dengan  mikroskop  optik  sedangkan  gas bubble diamati dengan SEM.
Gambar 7. Interaction  layer pada  tampilan mikrostruktur U 3 Si 2 /Al
Gambar 8. Gas  bubbles pada  tampilan mikrostruktur U 3 Si 2 /Al
(Maman Kartaman Ajiriyanto, Aslina Br. Ginting, Junaedi)

## b)  Analisis ketebalan kelongsong AlMg2
Penentuan  ketebalan  kelongsong
AlMg2 dilakukan
dengan
metode pengamatan  mikrostruktur  PEB  U 3 Si 2 /Al pasca  iradiasi  bagian  potongan top,  middle dan bottom seperti ditunjukkan pada Gambar 9, 10 dan 11.
Gambar 9. Ketebalan  Kelongsong  AlMg2 bagian top.
Gambar 10.  Ketebalan  Kelongsong  AlMg2 bagian middle.
Gambar 11.  Ketebalan  Kelongsong  AlMg2 bagian bottom.
Gambar  9,  10  dan  11  menunjukkan keseluruhan  penampang  lintang  sampel PEB  U 3 Si 2 /Al  yang  terdiri  dari  kelongsong AlMg2  dan meat U 3 Si 2 /Al.  Batas  antara kelongsong  AlMg2  dengan meat U 3 Si 2 /Al masih  relatif  merata.  Hasil  pengukuran ketebalan  kelongsong  AlMg2  pada  posisi top,  middle dan bottom dituangkan  pada Tabel 1.
Tabel 1. Ketebalan kelongsong PEB U 3 Si2/Al densitas 2,96 gU/cm 3 Posisi Sampel PEB U 3 Si 2 /Al Ketebalan minimum, (mm) Ketebalan maksimum, (mm) Top 0,368 0,399 Middle 0,374 0,404 Bottom 0,322 0,397
Ketebalan  kelongsong  rata-rata  pada  posisi top diperoleh  sebesar  0,375  mm  dengan ketebalan  maksimum  sebesar  0,399  dan ketebalan  minimum  sebesar  0,368  mm. Pada  posisi middle mempunyai  ketebalan kelongsong  AlMg2  rata-rata  0,385  mm dengan  ketebalan  minimum  sebesar  0,374 mm  dan  ketebalan  maksimum    sebesar 0,404  mm.  Sementara  itu,  kelongsong AlMg2  pada  posisi bottom mempunyai ketebalan  rata-rata  sebesar  0,366  mm
dengan  ketebalan  minimum  sebesar  0,322 mm.  Persyaratan  fabrikasi  untuk  ketebalan kelongsong  bahan  bakar  harus  terpenuhi minimum  >0,25  mm.  Tabel  1  menunjukkan bahwa  ketebalan  kelongsong  AlMg2  masih memenuhi persyaratan yaitu lebih besar dari 0,25  mm.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa pengaruh  proses  iradiasi  di  dalam  reaktor tidak  memberikan  perubahan  ketebalan kelongsong AlMg2 secara signifikan.

## SIMPULAN
Proses  iradiasi  di  dalam  reaktor mempengaruhi  karakter  mikrostruktur  PEB U 3 Si 2 /Al.  Dari  analisis  mikrostruktur  telah diperoleh  morfologi  dispersan  U 3 Si 2 dalam matriks  Al.  Dispersan  U 3 Si 2 terdistribusi merata  dalam  matriks  Al  dengan  ukuran bervariasi dan bentuknya cenderung bersudut.  Kelongsong  AlMg2  pada  posisi top, middle dan bottom mempunyai ketebalan  >0,25  mm.  Beberapa  dispersan U 3 Si 2 mengalami aglomerasi sehingga distribusi  panas  dalam  inti  elemen  bakar kurang  merata.  Hasil  metalografi  sampel PEB  U 3 Si 2 /Al  densitas  2,96  gU/cm 3 dengan burn  up 56%  didalam hotcell 107  tidak menunjukkan  adanya  gas bubbles dan reaksi  antar  muka  untuk  pembentukan lapisan atau interaction layer . Sementara itu, dari  hasil  analisis  diperoleh  ketebalan kelongsong AlMg2 masih memenuhi persyaratan  yaitu  lebih  besar  dari  0,25  mm. Hal  ini  menunjukkan  bahwa  pengaruh proses  iradiasi  di  dalam  reaktor  tidak memberikan perubahan ketebalan kelongsong AlMg2 secara signifikan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada penanggung jawab kegiatan Pengujian  Pra  Dan  Pasca  Iradiasi  Bahan Bakar  Reaktor  Riset  yang  telah  membiayai kegiatan  ini  melalui  DIPA  2016.  Selain  itu, kami  juga  mengucapkan  terima  kasih kepada Sdri. Anditania Sari DP, Ely Nurlaely
dan  Sri  Ismarwanti  yang  telah  membantu melaksanakan  preparasi  metalografi  dan pengamatan  menggunakan  mikroskop  optik hingga pembuatan makalah ini selesai. Kami juga  mengucapkan  banyak  terima  kasih kepada  Kepala  Bidang  Uji  Radiometalurgi (Ir.Sungkono,M.T) atas arahan dan bimbingannya  serta  seluruh  staf  BUR  yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu atas kerjasamanya selama ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] A.  B.  Ginting, “Pengujian  pra  dan pasca  iradiasi  bahan  bakar  reaktor riset, ” Prosiding  Hasil-Hasil  Penelitian Bahan  Bakar  Nuklir  Tahun 2016, Pusat  Teknologi  Bahan  Bakar  Nuklir, Serpong.
[2] S.  K.  Jung,  S.  J.  Young,  D.  P.  Soon, K.  H.  Yeong,  and  S.  Kyuseok, “Analysis  of  high  burnup  pressurized water  reactorfuel using  uranium, plutonium,  neodymium,  and  cesium isotope  correlations  with  burnup ,”
Nuclear  Engineering    Technology , vol. 47, pp. 924-933, 2015.
[3] Boybul,  Yanlinastuti,  D.  Anggraini, A.  Nugroho,  R.  Kriswarini,  dan A.  B.  Ginting, “Analisis  kandungan cesium  dan  uranium  dalam  bahan bakar  U 3 Si 2 /Al  pasca  iradiasi ,” Jurnal Ilmiah  Daur  Bahan  Bakar  Nuklir Urania ,  vol.23,  no.  2,  hal.108 –122, 2017.
[4] D.  Anggraini,  Boybul,  Yanlinastuti, A.  Nugroho,  R.  Kriswarini,  dan A.  B.  Ginting, “Pengaruh  pelarut organik pada proses pertukaran anion dalam pemisahan uranium dari larutan U 3 Si 2 /Al pasca iradiasi ”, Jurnal Ilmiah  Daur  Bahan  Bakar  Nuklir Urania ,  vol.  23,  no.  2,  hal.  97 –106,
2017
[5] A. Leenaers, E. Koonen, Y. Partoens, P.  Lemoine  and  S.  Van  den  Berghe, “Post-irradiation
examination
of AlFeNi  cladded  U3Si2  fuel  plates
Analisis Metalografi Pelat Elemen Bakar U 3 Si 2 /Al Densitas 2,96 gU/cm 3 Pasca Iradiasi
irradiated  under  severe  conditions ,” Journal of Nuclear Materials,
vol. 375, pp. 243 –251, 2008.
[6] J.  Gan,  D.  D.  Kaiser  Jr,  B.  D.  Miller, J. F. Jue, A. B. Robinson, J.  W.  Madden,  P.G.  Medveddev,  and D.  M.  Wachs, “Microstructure  of  the irradiated  U3Si2/Al  silicide  dispersion fuel ,” Journal  of  Nuclear  Materials, vol. 419, pp. 97 –104, 2011.
[7] A. B.Ginting, M. K. Ajiriyanto, Supardjo, “Interaksi  bahan  bakar U 3 Si 2 −Al  dengan  kelongsong  AlMg2 pada  elemen  bakar  silisida  TMU  2,96 gU/cm 3 , “ Jurnal  Ilmiah  Daur  Bahan Bakar  Nuklir  Urania ,  vol.  21,  no.1, hal. 9−18, 2015.
[8] Suwardi, “ Performance  prediction  of high density nuclear fuel plate containing  U-7%Mo/Al, ” Jurnal  Ilmiah Daur  Bahan  Bakar  Nuklir  Urania , vol.18, no.3, hal. 163-171, 2012.
[9] G. Ruggirello, H. Calabroni, M.  Sanchez  and  G.  Hofman, “Post irradiation examination of U 3 Si 2 -Al fuel element  manufactured  and  irradiated in Argentina, ” 2002 International Meeting  on  Reduced  Enrichment  for Research and Test
Reactors , Argentina.
[10]  M. K.  Ajiriyanto,  Y. Nampira, Junaedi, dan  S.  Ismarwanti, “Mikrostruktur dan karakteristik  mekanik  PEB  U 3 Si 2 /Al
TMU  2,96  g/cm3  pasca  perlakuan panas  suhu  500 o C ”, Prosiding Seminar  Nasional  IX  SDM  Teknologi Nuklir , Oktober 2013, Yogyakarta.
[11]  Y. S. Kim, G. L. Hofman,
“Interdiffusion  in  U3Si–Al,  U3Si2–Al, and  USi –Al  dispersion  fuels  during irradiation ,” Journal of Nuclear
Materials , vol. 410, pp. 1 –9, 2011.
[12]  Supardjo, H. Nasution, A. Rojak, B. G. Susanto,  Boybul,  dan  E.P.  Hastuti, “Percobaan  pembuatan  pelat  elemen bakar (PEB) U 3 Si 2 -Al densitas uranium  4,8  dan  5,2  g/cm 3 dengan pengkayaan 19,89% 235 U untuk sampel uji iradiasi, ” Prosiding Seminar Nasional  Daur  Bahan  Bakar ,  Agustus 2003, Serpong.
[13]  Anonim, “ Standar guide for preparation of  metallographic  specimens ,”  ASTM
E3-2001.
[14]  Anonim,
“ Metallography and microstructure ,” ASM Handbook,
vol.9, 2004.
[15] Supardjo, Boybul, A. Kadarjono,
“Pengaruh  fabrikasi  pelat  elemen bakar U-7Mo/Al dengan variasi densitas uranium terhadap
pembentukan  pori  di  dalam meat dan tebal  kelongsong, ” Jurnal  Teknologi
Bahan Nuklir . vol. 8,no. 2, hal. 67 –122, 2012.