## PENGARUH DENSITAS URANIUM PADA PROSES PEMBUATAN PELAT ELEMEN BAKAR  DISPERSI U-7Mo/Al DAN U-7Mo/Al-Si

## Supardjo, Agoeng K, Maman K. A, Boybul
Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir - BATAN
Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan, 15314
e-mail : suparjo@batan.go.id
(Naskah diterima tanggal: 30-08-2012, disetujui: 21-09-2012)

## ABSTRAK
PENGARUH  DENSITAS  URANIUM  PADA  PROSES  PEMBUATAN  PELAT  ELEMEN  BAKAR DISPERSI U-7Mo/Al dan U-7Mo/Al-Si. Penelitian ini dilakukan dalam rangka mendapatkan data pengaruh  proses  pengerolan  terhadap  karakteristik  produk  PEB  U-7Mo/Al  dan  U-7Mo/Al-Si densitas  uranium 3,6  dan  6,0gU/cm 3 .  Lingkup  penelitian  meliputi  pembuatan  inti  elemen bakar/IEB dan pelat elemen bakar/PEB U-7Mo/Al dan U-7Mo/Al-Si serta pengujian yang meliputi: strukturmikro,  kekerasan dan  tebal  kelongsong PEB.  Pengujian  strukturmikro  pelat  AlMg2  dan AlMgSi1  sebagai  kelongsong dan  PEB  U-7Mo/Al  dan  U-7Mo/Al-Si  dilakukan  dengan  teknik metalografi,  sedangkan  kekerasan  kelongsong  dan  meat  PEB  dengan  uji  kekerasan  vickers. Serbuk U-7Mo yang digunakan sebagai bahan bakar memiliki diameter partikel dengan komposisi -150 µm   + 44 µm = 93,2% dan -44 µm =  6,8%. Hasil uji/analisis serbuk U-7Mo memiliki kadar U= 92,926% dan densitas 15,84 g/cm 3 dan densitas matriks Al 2,7 g/cm 3 . Komposisi serbuk U- 7Mo  dan  matriks  Al/Al-Si  untuk  membuat  inti  elemen  bakar/IEB.U-7Mo/Al  dan  U-7Mo/Al-Si dimensi 25x15x3,15 mm densitas 3,6 dan 6,0gU/cm 3 dilakukan dengan perhitungan. Hasil hitung komposisi U-7Mo = 4,4009 g dan matriks Al/Al-Si = 2,0104 g untuk densitas uranium 3,6gU/cm 3 serta U-7Mo = 7,3349 g dan matriks Al/Al-Si =1,5101 g untuk densitas uranium 6,0 gU/cm 3 dan pengepresan tekanan 15 bar diperoleh ketebalan 3,00 mm dan 3,13 mm. IEB.U-7Mo/Al dan U- 7Mo/Al-Si  bersama frame dan cover dirakit  menjadi  paket  rol,  kemudian  dirol  panas pada temperatur 425 o C untuk kelongsong AlMg2 dan 450 o C untuk kelongsong AlMgSi1 dilanjutkan rol dingin  hingga  ketebalan  1,40  mm.  Pelat  elemen  bakar  hasil  rol  dipotong  pada  sisi  lebar  dan panjang dengan meat berada ditengah-tengahnya. Pengambilan sampel untuk uji strukturmikro, kekerasan meat dan kelongsong serta tebal kelongsong dilakukan dengan memotong meat PEB di  daerah  SD,  TG  dan  SJ  kemudian  dilakukan  preparasi  sampel  dan  pengujian.  Hasil  uji menunjukkan  bahwa  partikel  U-7Mo  cenderung  memanjang  sesuai  arah  rol.  Kekerasan kelongsong AlMg2 dan AlMgSi masing-masing sekitar 44,620 VHN, sedangkan kekerasan meat untuk PEB U-7Mo/Al/ U-7Mo/Al-Si densitas 3,60 gU/cm 3 sebesar 182,245 VHN, sedangkan untuk densitas  uranium  6,0gU/cm 3 sebesar  209,272  VHN.  Kenaikan  kekerasan  meat  PEB menyebabkan pada proses pengerolan terjadi pengumpulan partikel U-7Mo sehingga kelongsong menjadi tipis. Data pengukuran diperoleh bahwa tebal kelongsong PEB U-7Mo/Al dan U-7Mo/Al- Si densitas uranium 3,6 gU/cm 3 memenuhi persyaratan karena tebal kelongsong  minimum >0,25 mm, sedangkan untuk densitas 6,0 gU/cm 3 tidak memenuhi karena terdapat tebal minimum 0,243 mm  untuk  kelongsong  AlMg2  dan  0,106  mm  untuk  kelongsong  AlMgSi1.  Untuk  mengatasi ketipisan  tebal  kelongsong  tersebut  beberapa  kemungkinan  yang  perlu  dilakukan  adalah
menggunakan  serbuk  U-7Mo  dengan  partikel  yang  lebih  halus  atau  menggunakan  bahan kelongsong paduan Al yang memiliki kekerasan lebih tinggi.
Kata  kunci  : bahan  bakar dispersi,  pelat  elemen  bakar  U-7Mo/Al  dan  U-7Mo/Al-Si,  densitas uranium, tebal kelongsong.

## ABSTRACT
THE URANIUM DENSITY EFFECT ON PRODUCTION PROCESS U-7Mo/Al AND U-7Mo/Al-Si OF DISPERSION  FUEL  PLATE. The  research  was  conducted  in  order  to obtain  data on  the influence  of  rolling  process  and  product  characteristics of U-7Mo/Al  U-7Mo/Al-Si fuel  plate  with 3.6  and  6.0  gU/cm 3 uranium density.  The  scope  of  the  study  includes  the  manufacture  of  U- 7Mo/Al and U-7Mo/Al-Si fuel  core and fuel plate  and testing include: microstructure, hardness and fuel  plate cladding  thickness. The  microstructure testing of AlMg2  and  AlMgSi1  plate  as cladding and U-7Mo/Al and U-7Mo/Al-Si fuel plate done metallographic techniques, while cladding and meat of fuel plate hardness with vickers hardness test. The U-7Mo powder used as a fuel has -150 μm particle with + 44 μm = 93.2% and -44 μm = 6.8% composition. The test results / analysis of U-7Mo powder had 92.926% uranium and a density of 15.84 g/cm 3 and 2.7 g/cm 3 density of Al matrix. The U-7Mo powder and matrix Al / Al-Si composition to make U-7Mo/Al-Si /U-7Mo/Al fuel core with 25x15x3,  15  mm  dimensions and  uranium density  of  3.6  and  6.0  gU/cm 3 done calculations. The results of calculating the composition of U-7Mo = 4.4009 g and the matrix Al / Al-Si = 2.0104 g for uranium density of 3.6 gU/cm 3 and U-7Mo = 7.3349 g and the matrix Al / Al- Si =  1,5101  g  for  uranium  density  of  6.0  gU/cm 3 and  pressing  pressure  of  15  bar  is  obtained thickness  of  3.00  mm  and  3.13  mm. The.U-7Mo/Al  and  U-7Mo/Al-Si fuel  core with  frame  and cover are assembled into packets by rollers, then heat rolled at temperatures of 425 o C and 450 o C for  AlMg2 and AlMgSi1 cladding  continued  cold  rolling  to  a  thickness  of  1.40  mm. Fuel  plate results after rolling is cut on the width and length of the meat position being the middle. Sampling for microstructure test, hardness and meat and cladding thickness is done by cutting the meat of fuel plate in  the near side, center and far side then  performed sample preparation and testing. The  test  results  show  that  the  U-7Mo particles  tend  to  be  elongated  the  direction  of  the  roll. Hardness of AlMg2 and AlMgSi cladding each about 44.620 VHN, while for U-7Mo/Al / U-7Mo/Al- Si meat of fuel plate with 3.60 gU/cm 3 uranium density of 182.245 VHN hardness, while for 6.0 gU/cm 3 uranium density amounted to 209.272 VHN. The increase in violence PEB meat causes the  rolling  process  occurs particle  collection  U-7Mo  making  a  thin  cladding.  Measurement  data obtained  by  the  U-7Mo/Al and U-7Mo/Al-Si fuel  plate  with uranium  density  of  3.6  gU/cm 3 thick cladding and eligible for minimum cladding thickness > 0.25 mm, while for a 6.0 gU/cm 3 uranium density not meet because there are minimum cladding thickness 0.243 mm for AlMg2 cladding and 0.106 mm for the AlMgSi1 cladding. To overcome the thinness of thick cladding are several possibilities that need to be done is  to  use U-7Mo powder  with finer particles  or using  Al alloy materials that have a higher hardness.
Key words : despersion fuel, the U-7Mo/Al and U-7Mo/Al-Si fuel plate, uranium density, cladding thickness.

## PENDAHULUAN
Penelitian bahan bakar dispersi tipe pelat  U 3 Si 2 /Al  telah  dilakukan  di  Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir/PTBN-BATAN
sejak  tahun  1989  yang    merupakan pengembangan  bahan  bakar  U 3 O 8 /Al dengan uranium pengayaan ± 19,75% 235 U. Pelaksanaan  kegiatan    penelitian  bahan bakar U 3 Si 2 /Al dengan uranium pengayaan ±
19,75% 235 U  dilakukan  menggunakan fasilitas  Instalasi  Produksi  Elemen  Bakar Reaktor  Riset/IPEBRR  dan  telah  berhasil difabrikasi bahan bakar dispersi U 3 Si 2 /Al tipe pelat  dengan  spesifikasi  sesuai  dengan persyaratan  bahan  bakar  dispersi [1] .  Uji iradiasi  (bahan  bakar  U 3 Si 2 /Al  densitas uranium  2,96  gU/cm 3 )  di  RSG-GAS  hingga burn-up sekitar  50  %  menunjukkan  bahwa stabilitas  iradiasi selama  di  dalam  reaktor sangat  baik  dan  tidak  terjadi  perubahan ketebalan  PEB  yang  berarti  yaitu  hanya sekitar  0,714  %.  Berdasar  data penelitian dan  kondisi  proses  yang  diterapkan,  maka PT.  Batan  teknologi  (persero)  yang merupakan satu satunya Badan Usaha Milik Negara/BUMN di indinesia yang bergerak di Bidang  Nuklir  menerapkan  data  penelitian tersebut  ke  dalam  skala  produksi  untuk tujuan komersial. Berbekal pengalaman dan ketersediaan  fasilitas  fabrikasi  di  PT.  Batan Teknologi  (persero)  dan  fasilitas  uji  di BATAN  maka  penelitian  pengembangan perlu dan siap dilakukan.
Paduan  berbasis  U-Mo  merupakan material  baru  yang  sedang  diteliti  didunia dalam  rangka  pengembangan  bahan  bakar reaktor  riset  dengan  uranium pengayaan <20% 235 U.  Penggunaan  material  berbasis U-Mo  ke  dalam  bahan  bakar  jenis  dispersi atau  monolitik  yang  di  fabrikasi  menjadi elemen  bakar  ke  dalam  bentuk  pelat  atau rod (batang) [2] .    Bahan  bakar  monolitik merupakan bahan bakar yang berisi paduan berbasis  U-7Mo  dan  dibungkus  dengan kelongsong stainless  steel atau zircaloy [3] , sedangkan  bahan  bakar  dispersi  terdiri  dari campuran  homogen  antara  serbuk  material berbasis  U-Mo  dan  serbuk  matrik  non  fisil (Al, Mg dll),  dibungkus dengan kelongsong pelat  paduan  aluminium.  Material  berbasis U-Mo dalam bentuk biner atau terner seperti U-Mo-Zr,  U-MoTi,  U-Mo-Si  memiliki  berat jenis > 16 g/cm 3 , dan logam Mo, Zr, Ti dan Si    mempunyai  tampang  lintang  serapan netron  rendah  sehingga  berpeluang  untuk digunakan  sebagai  bahan  bakar  reaktor riset [4,5] .  Selain  sifat-sifat  tersebut  juga stabilitas iradiasi dan kemudahan olah ulang
bahan  bakar  pasca  iradiasi  menjadi  faktor utama  pemilihan  material  tersebut  untuk digunakan  sebagai  bahan  bakar  reaktor riset.
Paduan U-7Mo bersifat ulet sehingga  untuk  pembuatan  serbuk  perlu dipilih  metode  yang  tepat. Metode  proses pembuatan serbuk material  yang  bersifat ulet seperti U-Mo dapat dilakukan  beberapa cara  diantaranya: Mechanical  Crushing ( milling,  grinding atau  penambahan  unsur pemadu  untuk  menambah  kerapuhan, cryogenic  mechanical  crushing,  hydride- dehydride dan  proses  atomisasi [6] . Proses produksi  serbuk  U-Mo  adalah  dengan membuat  dekomposisi  fasa  γ-U  di  dalam struktur  selular. Struktur  ini  terdiri  dari  fasa α-U dan fasa γ-U diperkaya dengan Mo atau U 2 Mo,  dimana  U 2 Mo  mula-mula  berada pada  batas  butir  ( grain  boundary )  fasa γ-U kemudian  akan  tumbuh  melalui  pusat  butir. Paduan  hasil  leburan  dikondisikan  dengan cara annealing sehingga  diperoleh  paduan U-Mo berstruktur selular.
Material  berstruktur  selular  ini kemudian  direaksikan  dengan  hidrogen menggunakan alat hidriding, maka fasa α-U ditransformasi menjadi  UH 3 yang  terletak  di batas  butir  sehingga  bahan  mudah  pecah dan terburai menjadi bongkahan-bongkahan antar butir. Melalui proses dehidriding maka fasa γ -U  akan  diperoleh  kembali  dengan proses  termal,  yaitu  mengatur  suhu  proses pada  fasa γ.  Paduan  U-Mo  yang  diperoleh dalam  bentuk  butiran  kasar  kemudian digerus  menjadi  serbuk  halus  dengan diameter  ukuran  partikel <150  µm.  Serbuk U-Mo  yang  telah  memenuhi  persyaratan tersebut  dapat  dilanjutkan  untuk  penelitian dalam bentuk pelat elemen bakar.
Pembuatan bahan bakar dispersi U- 7Mo/Al dan  U-7Mo/Al-Si  dilakukan  dengan teknik metalurgi serbuk, sedangkan pembentukan  pelat  elemen  bakar U-7Mo/Al dan  U-7Mo/Al-Si dengan  teknik  pengerolan panas dan dingin. Selama pengerolan, paket rol  (susunan frame , cover dan  inti  elemen bakar/IEB)  dipanaskan  di  dalam  tungku
(Supardjo, Agoeng K., Maman K. A., Boybul)
pemanas  pada  temperatur  500 o C  selama  1 jam,  selanjutnya  dilakukan  pengerolan beberapa  tahap  hingga  terjadi  penipisan hingga  mendekati ketebalan pelat  elemen bakar/PEB  standar  yaitu  sekitar  1,3  mm.
Selama fabrikasi bahan bakar, fasa γ  U-Mo terdekomposisi  menjadi  α-U  dan    γ’ [7] . Terjadinya  dekomposisi  membentuk  fasa baru  berpotensi  terjadinya    perubahan  sifat material tersebut.
Pada  penelitian ini
dilakukan pembuatan PEB U-7Mo/Al dan U-7Mo/Al-Si, yang diawali dari pembuatan paduan U-7Mo dengan  teknik  peleburan  menggunakan tungku busur  listrik. Pembuatan serbuk dari ingot paduan  U-7Mo dilakukan  dengan teknik hidriding-dehidriding- milling ,
pembuatan  inti  elemen  bakar  campuran serbuk  U-7Mo  dan  serbuk  matriks  Al/Al-Si dengan
pengepresan, sedangkan pembuatan  PEB mini U-Mo/Al dan  U- 7Mo/Al-Si dengan  pengerolan  panas dan dingin.  Diharapkan  dengan  proses  tersebut diperoleh data uji PEB mini U-7Mo/Al dan U- 7Mo/Al-Si yang memenuhi persyartan bahan bakar tipe  pelat dengan  tebal  kelongsong 0,38 +0,05 -0,08 mm,  sehingga dapat  digunakan sebagai  pedoman  penelitian  lebih  lanjut untuk mendapatkan  PEB U-7Mo/Al dan  U- 7Mo/Al-Si yang memenuhi spesifikasi bahan bakar  reaktor  riset  tipe  pelat  dan  siap uji iradiasi di RSG-GAS [8]

## TATA KERJA
Penelitian  dimulai  dari  pembuatan ingot  paduan  U-7Mo,  serbuk  U-7Mo,  inti elemen  bakar/IEB  U-7Mo/Al-Si  dan  pelat elemen  bakar/PEB  U-7Mo/Al-Si.  Ingot paduan  U-7Mo  dibuat  dengan  teknik peleburan menggunakan tungku busur listrik bermedia  gas  argon  terhadap  campuran 93% berat U dan 7% berat Mo. Ingot paduan U-7Mo  hasil  peleburan  diubah  menjadi serbuk  dengan  proses  hidriding-dehidriding
– milling. Serbuk U-7Mo dan serbuk matriks Al/Al-Si dengan berat masing-masing sesuai dengan  densitas  uranium 3,6  dan  6,0 gU/cm 3 ,  dicampur  hingga  homogen  dan dikompaksi  pada  tekanan  15  bar  hingga terbentuk lempengan IEB  U-7Mo/Al dan IEB U-7Mo/Al-Si  dengan  dimensi  25  x  15  x  (  ± 3,15)  mm.  Selanjutnya  IEB  dirakit  menjadi paket  rol  menggunakan  material frame dan cover serta  inti  elemen  bakar/IEB  yang berbeda. Frame dan cover (kelongsong) AlMg2 dirakit menjadi paket rol menggunakan  IEB  U-7Mo/Al,  sedangkan kelongsong AlMgSi1  menggunakan  IEB  U- 7Mo/Al-Si.    Masing-masing  paket  rol dibentuk  menjadi  pelat  elemen  bakar/PEB dengan  pengerolan  panas dan  pengerolan dingin.  Paket  rol  yang  berisi  IEB  U-7Mo/Al dan  paket  rol  yang  berisi  IEB  U-7Mo/Al-Si masing-masing dirol panas pada temperatur 425 o C  dan  450 o C.  PEB  hasil  pengerolan masing-masing dilakukan pengujian terhadap  strukturmikro  dan  kekerasan kelongsong  sebelum  dan  setelah  proses pengerolan  panas,  strukturmikro  dan kekerasan meat bahan  bakar serta  tebal kelongsongnya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pelat  elemen  bakar/PEB  U-7Mo/Al dan  U-7Mo/Al-Si  dibuat  dengan  teknik pengerolan panas pada temperatur masing- masing 425 o C dan 450 o C. PEB            U- 7Mo/Al  menggunakan  kelongsong  pelat AlMg2,  sedangkan  PEB  U-7Mo/Al-Si menggunakan  AlMgSi1.  Hasil  analisis  pelat AlMg2 dan AlMgSi1
dilakukan menggunakan  AAS,  dan  diperoleh  kadar unsur logam seperti ditampilkan pada Tabel 1.  Ditinjau  dari  data analisis  menunjukkan bahwa  kedua  material  tersebut  memenuhi persyaratan  untuk  digunakan  sebagai kelongsong  bahan  bakar reaktor  riset  tipe pelat [7] .
Tabel 1. Komposisi unsur logam di dalam pelat AlMg2 dan AlMgSi1. Unsur logam Kadar unsur logam, % Pelat AlMg2 Pelat AlMgSi1 Si Ttd 1,1500 Mn 0,0020 0,7100 Mg 1,8000 0,9800 Cr Ttd 0,0040 Ti Ttd Ttd Fe 0,1300 0,2500 B 0,0002 0,0005 Cd Ttd Ttd Co Ttd Ttd Cu 12,8400 107,0000 Li Ttd Ttd Zn 30,0700 210,9300 Struktur mikro  pelat  AlMg2  dan AlMgSi1 fresh material  yang  digunakan sebagai kelongsong pelat
elemen bakar/PEB. pada Gambar 1., terlihat bahwa AlMg2 terlihat butiran yang bulat sedangkan AlMgSi1  berbentuk  pipih.  Hasil  pengukuran kekerasan pelat  AlMg2  dan  AlMgSi1 menggunakan  metode  Vickers  dengan beban  2  kgf  terhadap  sampel  uji  yang diambil pada posisi sesui arah rol dan tegak lurus arah rol seperti ditunjukkan pada Tabel
3. Data uji kekerasan pada perbedaan posisi sampel  uji    tidak  menunjukkan  perbedaan kekerasan yang signifikan
dengan kekerasan rerata pelat  AlMg2 dan AlMgSi1 berturut-turut  47,477  VHN  dan  101,697 VHN. Pelat AlMg2 dan AlMgSi1 dibuat frame dan cover (Gambar  2)  dengan  teknik pengerolan dan
pemesinan.
Frame
berukuran 145 x 180 x 3,15 mm dengan dua lubang masing-masing berukuran 25 x 15 x 3,15  mm  dan  dua  buah cover berukuran masing-masing 145 x180 x 2,68 mm.
(a) ……………………………………………………………….. (b)
Gambar 1. Struktur mikro fresh material, (a) AlMg2, (b) AlMgSi.
(Supardjo, Agoeng K., Maman K. A., Boybul)
Gambar 2. Frame dan cover.
Ingot paduan U-7Mo hasil peleburan sangat  ulet  dengan  kekerasan rerata 240,4 VHN  dan    tidak  dapat  diubah  langsung menjadi  serbuk  dengan  cara  mekanik  ( ball- mill )  sehingga  pada  penelitian  ini  dilakukan dengan  proses  hidriding-dehidriding- milling .
Serbuk  U-7Mo  hasil  proses  hidriding- dehidriding- milling dari  ingot  paduan U-7Mo dengan  diameter  partikel    <  150  µm ditunjukkan pada Gambar 3. Bentuk partikel butir  serbuk  U-7Mo  tidak  beraturan  dan pada permukaannya terdapat dua jenis yaitu halus dan kasar mirip dengan serbuk U-Mo hasil  penelitian  yang  dilakukan  oleh  M. Durazzo  et.al. [9] .  Permukaan  partikel  serbuk kasar  merupakan  partikel  U-7Mo  yang kemungkinan  pada  saat  proses  hidriding bereaksi  dengan  hidrogen  membentuk senyawa  U-7MoH x yang  bersifat  rapuh,
sedangkan  permukaan  partikel  halus  dan cenderung  bulat    merupakan  partikel  yang belum/tidak  bereaksi  dengan  hidrogen. Permukaan  partikel  yang  halus  tersebut mengindikasikan  bahwa  paduan  masih  ulet sehingga  pada  proses  pembuatan  serbuk menggunakan ring-mill /penumbukan,
partikel  tidak  pecah  dan  dengan  tumbukan yang berulang-ulang menyebabkan permukaan menjadi
halus.
Proses dehidriding  dilakukan  pada  temperatur >500 o C, maka senyawa U-7MoH x terdisosiasi dan  hidrogen lepas dari paduan U-MoH x (material  tetap  rapuh)  dengan meninggalkan  jejak  permukaan  partikel  U- 7Mo  yang  kasar.  Bentuk  serbuk  U-7Mo sangat  berpengaruh  terhadap  mampu  alir, homogenitas  dengan  serbuk  matriks  Al, pembentukan IEB dan pengerolan PEB.
Gambar 3. SEM serbuk U-7Mo hasil proses hidriding - dehidriding - milling.
Inti  Elemen  Bakar/IEB  U-7Mo/Al atau  U-7Mo/Al-Si  densitas  uranium 3,6  dan 6  gU/cm 3 ,  merupakan  campuran  homogen antara  serbuk  bahan  bakar U-7Mo  dan serbuk  matriks  Al  /  Al-Si  yang  dibentuk melalui  proses  kompaksi  pada  tekanan  15 bar. Desain IEB berukuran 25 x 15 x ± 3,15 mm  (volume = 1,13625 cm 3 ) dan berdasar volume  tersebut  dan  hasil  analisis  kadar  U dalam U-7Mo= 92,926%,  berat jenis U-7Mo = 15,84 g/cm 3 , berat jenis matriks Al = 2,70 g/cm 3 ,  maka komposisi  campuran  serbuk bahan  bakar  U-7Mo  dan  matriks  serbuk Al/Al-Si dapat  dihitung  dengan  hasil  seperti ditunjukkan  pada  Tabel  2.  Dari  Tabel  2 terlihat bahwa makin tinggi densitas uranium jumlah  bahan  bakar  U-7Mo  meningkat
sedangkan  berat  matriks  Al/Al-Si  makin sedikit. Gambar 4 merupakan IEB U-7Mo/Al- Si hasil kompakasi dengan dimensi 25 x 15 x 3,0 mm untuk densitas 3,6 gU/cm 3 dan 25 x 15 x 3,13 mm untuk densitas 6,0 gU/cm 3 . Ketebalan IEB dengan densitas uranium 6,0 gU/cm 3 lebih  tinggi  dibandingkan  dengan densitas  3,6  gU/cm 3 .  Hal  ini  disebabkan makin tinggi densitas uranium, maka jumlah serbuk  bahan  bakar  U-7Mo  makin  banyak sedangkan  jumlah  matriks  Al  makin  sedikit sehingga  dengan  kekerasan U-7Mo  (240,4 VHN)  yang  jauh  lebih  tinggi  dibandingkan dengan  Al  (47,477  VHN)    maka  pada tekanan kompaksi yang sama, ketebalannya lebih tinggi.
Tabel 2. Komposisi berat serbuk U-7Mo dengan matriks Al/Al-Si Jenis Bahan bakar Densitas Uranium, gU/cm 3 Berat serbuk U- 7Mo, g Berat serbuk matriks Al, g Berat serbuk matrks Si, g U-7Mo/Al 3,6 4,4009 2,0104 - 6,0 7,3349 1,5101 - U-7Mo/Al-Si 3,6 4,4009 1,9099 0,1005 6,0 7,3349 1,4346 0,0755
(Supardjo, Agoeng K., Maman K. A., Boybul)

## Gambar 4. Inti elemen bakar U-7Mo/Al-Si
Inti  elemen  bakar/IEB  U-7Mo/Al densitas  3,6  dan  6  gU/cm 3 dibungkus menggunakan frame
dan
cover (kelongsong)  pelat  AlMg2,  sedangkan  IEB U-7Mo/Al-Si  densitas  3,6  dan  6  gU/cm 3 dibungkus  dengan  kelongsong  pelat AlMgSi1.  Pembentukan  pelat  elemen  bakar PEB U-7Mo/Al-Si dengan pengerolan panas pada  temperatur  450 o C  dan  PEB  U-7Mo/Al pada  temperatur  425 o C  ditampilkan  pada Gambar  5.  dan  6. Secara  ideal  partikel  U- 7Mo tersebar dikelilingi serbuk matriks Al-Si, namun  pada  praktiknya  sulit  diperoleh, walaupun sebelum proses kompaksi partikel serbuk  U-7Mo  dan  matriks  Al-Si  sudah
dihomogenisasi. Hal ini disebabkan perbedaan  densitas  serbuk  U-7Mo  dan matriks  campuran  Al-Si  yang  cukup  jauh yaitu masing-masing 15,84 g/cm 3 dan ± 2,7 g/cm 3 sehingga pada waktu memasukkan ke dalan  lubang  dies  mesin  press  terjadi kecenderungan  partikel  U-7Mo  mengumpul di  bagian  bawah  sehingga  berpengaruh terhadap homogenitas IEB U-7Mo/Al-Si hasil pres.
Proses pengerolan panas dilakukan 4 tahap hingga terjadi penurunan ketebalan dari  ±  8,41  mm  menjadi  1,65  mm  dan dilanjutkan  pengerolan  dingin  beberapa tahap dan diperpleh ketebalan ± 1,40 mm.
(a) SD                                  TG                                SJ
(b)            SD                                  TG                                 SJ
Gambar 5. (a) PEB U-7Mo/Al-Si densitas 3,6 gU/cm 3 , kelongsong AlMgSi1 dan pengerolan pada temperatur 450 o C
(b) PEB U-7Mo/Al densitas 3,6 gU/cm 3 , kelongsong AlMg2 dan pengerolan pada temperatur 425 o C [10] (a)          SD                                 TG                                  SJ (b)             SD TG                                  SJ Gambar 6. PEB U-7Mo/Al-Si densitas uranium 6,0 gU/cm 3 dengan kelongsong: (a) AlMgSi1 hasil pengerolan panas pada temperatur 450 o C (b) AlMg2  hasil pengerolan panas pada temperatur 425 o C [10]
Dari Gambar 5 dan 6 terlihat bahwa partikel U-7Mo  berbentuk  pipih  akibat  pengerolan dan  dikelilingi  matriks  Al.  Secara  ideal partikel  U-7Mo  di  dalam meat dikelilingi matriks secara homogen, namun hal ini sulit dicapai  karena  sangat  dipengaruhi  oleh beberapa faktor diantaranya: bentuk partikel,
teknik pengerolan dan densitas uraniumnya. Pengerolan  bertahap  dengan  reduksi  tebal yang  berbeda-beda  dengan  tujuan  agar terjadi  aliran  campuran  U-7Mo  dan  Al  yang merata  dan  tidak  keluar  dari  lubang frame selama proses berlangsung. Bentuk partikel serbuk  yang  tidak  beraturan  dapat menghambat  aliran  material  selama  proses
(Supardjo, Agoeng K., Maman K. A., Boybul)
pengerolan  karena  terjadi  friksi  yang  lebih tinggi  dibanding  partikel  halus.  Hal  ini  yang menyebabkan  distribusi  partikel  U-7Mo  di dalam  matriks  kurang  homogen.  Makin tinggi densitas uranium di dalam meat PEB, jumlah  bahan  bakar bertambah,  sedang jumlah  matriks  berkurang  (Tabel  2), sehingga  dengan  perbedaan  densitas  U- 7Mo  (15,84  g/cm 3 )  dan  Al  (2,7  g/cm 3 )  yang cukup  jauh,  maka  pada  proses  pengerolan terjadi  aglomerasi  di  kedua  ujung  bahan bakar  membentuk dogbone .  Terbentuknya dogbone berdampak  kelongsong  menjadi tipis seperti ditampilkan pada Tabel 3. Data uji pada Tabel 3 terlihat bahwa secara rerata tebal  kelongsong keempat  jenis  PEB memenuhi  persyaratan  (>0,25  mm),  namun untuk PEB U-7Mo/Al-Si dengan kelongsong AlMgSi1  dan  PEB  U-7Mo/Al  dengan
kelongsong  AlMg2  densitas  uranium  6,0 gU/cm 3 tidak memenuhi persyaratan karena terdapat  beberapa  titik  pengukuran  yang memiliki  ketebalan  <  0,25  mm.  Bila dibandingkan  terhadap  kedua  jenis  PEB dengan densitas uranium 6,0 gU/cm 3 , maka PEB  U-7Mo/Al  dengan  kelongsong  AlMg2 terbentuk dogbone di  daerah  SD  dengan tebal  kelongsong  minimum    0,243  mm, sedangkan  PEB  U-7Mo/Al-Si  dengan kelongsong  AlMgSi1  terbentuk  dogbone dikedua  ujungnya  yaitu  pada  SD  dengan tebal  kelongsong  minimum 0,171mm, sedang  pada SJ 0,106  mm.  Kedua  PEB tersebut  tidak  memenuhi  spesifikasi  tetapi dari  proses  pembuatan  yang  sama,  maka dengan  parameter  proses  yang  diterapkan menggunakan kelongsong  AlMg2  lebih  baik daripada AlMgSi1.
Tabel 3. Ketebalan kelongsong densitas uranium 3,6 dan 6,0 gU/cm 3 . Posisi pengukuran PEB Ketebalan PEB U-7Mo/Al-Si, mm Kelongsong AlMgSi1 Ketebalan PEB U-7Mo/Al, mm Kelongsong AlMg2 Densitas 3,6 gU/cm 3 Densitas 6,0 gU/cm 3 Densitas 3,6 gU/cm 3 Densitas 6,0 gU/cm 3 rerata min. rerata min. rerata min. rerata min. Sisi Dekat : Atas bawah 0,432 0,424 0,376 0,314 0,416 0,436 0,244 0,171 0,509 0,409 0,428 0,323 0,386 0,474 0,243 0,365 Tengah : Atas bawah 0,431 0,468 0,372 0,416 0,402 0,542 0,342 0,438 0,444 0,447 0,384 0,358 0,447 0,444 0,302 0,398 Sisi Jauh : Atas bawah 0,444 0,442 0,359 0,300 0,398 0,419 0,106 0,217 0,430 0,576 0,361 0,536 0,361 0,488 0,316 0,437 Struktur mikro  kelongsong  pelat AlMg2  dan  AlMgSi1  pengerolan  panas masing-masing pada temperatur 425 o C  dan
450 o C  ditunjukkan  pada  Gambar  7. Dibandingkan  dengan  strukturmikro  AlMg2
dan  AlMgSi1 fresh material  (Gambar  1) terlihat  bahwa  untuk  AlMg2  terjadi pertumbuhan  butir,  sedangkan  AlMgSi1 tetap pipih.
(a) (b) Gambar 7. Struktur mikro. (a) AlMg2 ( as-rolled ) pada 425 o C, (b) AlMgSi1 ( as-rolled ) pada 450 o C.
Hasil  pengukuran  kekerasan fresh material dan setelah pengerolan panas yang pada  Tabel  4.    telihat  bahwa  setelah pengerolan  panas  kedua  jenis  kelongsong mengalami penurunan. Penurunan
kekerasan  AlMg2  akibat  pertumbuhan  butir, sedangkan  AlMgSi  penurunan  kekerasan cukup  jauh,  yang  kemungkinan  diakibatkan hilangnya  tegangan  sisa  pada  proses pengerolan.
Tabel 4. Kekerasan  Pelat AlMg2 dan AlMgSi1 sebelun dan setelah pengerolan pada temperatur 425 o C dan 450 o C. Sampel Kekerasan rerata, VHN STDEV (SD) Fresh material Pengerolan pada temperatur AlMg2 (tegak lurus arah rol) 47,477 44,620 (425 o C) 0,901 AlMg2 (sesuai arah rol) 44,620 (425 o C) 0,901 AlMgSi (tegak lurus arah rol) 101,697 44,620 (450 o C) 0,901 AlMgSi (sesuai arah rol) 45,141 (450 o C) 0,901
Meat bahan  bakar merupakan campuran partikel bahan bakar U-7Mo yang terdistribusi  kedalam  matriks  serbuk Al/campuran  Al-Si.  Kekerasan meat bahan bakar  tidak  bisa  dilakukan  pengukuran menggunakan  uji  brinnel  karena  diameter bola  sebagai  indentor  minimum  1,2  mm, sedangkan tebal meat hanya ±0,6 mm. Oleh karena  itu  pengukuran  kekerasan meat dilakukan  dengan  mengukur  kekerasan ingot  paduan  U-7Mo  hasil  peleburan  dan matriks Al/Al-Si di dalam meat pelat elemen
bakar/PEB  U-7Mo/Al  dan  U-7Mo/Al-Si. Kekerasan matriks Al di dalam meat PEB U- 7Mo/Al  dan  U-7Mo/Al-Si  diukur  dengan metode  Vickers  dan  diperoleh  kekerasan seperti  ditunjukkan  pada  Tabel  5.  Dari  data kekerasan ingot  U-7Mo sebesar 240,4 VHN yang  dapat  dianggap  sebagai  kekerasan serbuk  U-7Mo.  Data  komposisi  serbuk bahan  bakar  U-7Mo  dan  matriks  Al/Al-Si serta  uji  kekerasan  matriks  di  dalam meat PEB  pada  Tabel  5,  maka  kekerasan meat dapat dihitung dengan persamaan berikut.
Kekerasan Meat = (berat U-7Mo x kekerasan U-7Mo) + (berat matriks Al x kekerasan matriks Al)
( berat serbuk U-7Mo + Al)
Hasil  perhitungan  diperoleh  bahwa kekerasan meat PEB  U-7Mo/Al-Si  densitas uranium 3,6  gU/cm 3 sebesar  182,245  VHN, sedangkan  densitas  uranium  6,0  gU/cm 3 sebesar 209,272 VHN. Makin tinggi densitas uranium  kekerasan meat PEB  meningkat.
Hal  ini  disebabkan  kenaikan  densitas uranium  jumlah serbuk  U-7Mo  bertambah, sedangkan  jumlah  matriks  menurun, sehingga  dengan kenaikan  serbuk  U-7Mo kekerasan meningkat.
(Supardjo, Agoeng K., Maman K. A., Boybul)
Tabel 5. Kekerasan matriks Al di dalam meat PEB U-7Mo/Al. Densitas U, gU/cm 3 Berat bahan bakar dan matriks dalam meat, g Posisi pengukuran kekerasan dalam meat PEB Kekerasan matriks Al, VHN Rerata, VHN Serbuk U-7Mo Serbuk Al/Al-Si 3,6 4,4009 2,0104 Tengah 53,82 54,94 Sisi jauh 57,82 Sisi dekat 53,18 6,0 7,3349 1,5101 Tengah 52,20 55,83 Sisi jauh 59,36 Sisi dekat 55,94

## SIMPULAN
Strukturmikro meat
PEB  U-7Mo/Al dan U-7Mo/Al densitas uranium 3,6 dan 6,0 gU/cm 3 terlihat bahwa bentuk partikel bahan bakar U-7Mo  pipih  dan  memanjang  sesuai arah  rol  yang  dikelilingi  matriks  Al. Homogenitasnya  cukup  baik,  dan  makin tinggi densitas uranium jumlah bahan U-7Mo bertambah, sedangkan jumlah matriks Al/Al- Si  berkurang. Kekerasan meat PEB  U- 7Mo/Al  atau  U-7Mo/Al-Si  dengan  densitas uranium  3,6  dan  6,0  gU/cm 3 berturut-turut 54,94  VHN  dan  55,83  VHN,  sedangkan kekerasan kelongsong  AlMg2  /  AlMgSi1  ± 44,62    VHN.  Perbedaan  kekerasan meat dan  kelongsong  yang  cukup  jauh  tersebut yang  menyebabkan  terbentuknya dogbone diujung meat PEB  sehingga  kelongsong menjadi  tipis.  Hasil  uji    tebal  kelongsong keempat  jenis  PEB  memenuhi  persyaratan (>0,25 mm), namun untuk PEB U-7Mo/Al-Si dengan  kelongsong  AlMgSi1  dan  PEB  U- 7Mo/Al  dengan  kelongsong  AlMg2  densitas uranium  6,0  gU/cm 3 tidak memenuhi persyaratan  karena  terdapat  beberapa  titik pengukuran  yang  memiliki  ketebalan <0,25  mm.  Untuk mengatasi  ketipisan  tebal kelongsong tersebut beberapa kemungkinan yang  perlu  dilakukan  adalah  menggunakan serbuk  U-7Mo  dengan  partikel  yang  lebih halus atau menggunakan bahan kelongsong paduan  Al  yang  memiliki  kekerasan  lebih tinggi.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Atas  terlaksananya  penelitian  dan dituangkan  di  dalam  karya  tulis  ini,  ucapan terima  kasih  disampaikan  kepada  DR.  Ir. Kusnanto  selaku  Direktur  Produksi  PT. Batan  teknologi  (persero)  beserta  staf  dan karyawan  PTBN  atas  kontribusinya  pada penelitian ini.

## PUSTAKA
[1]. Spesifikasi  bahan  bakar dispersi  tipe pelat U 3 Si 2 /Al RSG-GAS.
[2]. G.A.  Moore,  et.al, (2008). Monolithic Fuel Fabrication Process Development  at  the  Idaho  National Laboratory.
RERTR  ,  Washington,
D.C. USA.
[3]. E.E. Pasqualini. (2006). Advances and Perspectives  in  U-Mo  Monolithic  and dispersed  fuels. The  28 th RERTR,
Republic of South Africa.
[4]. Luis  Olivares,  et.al. (2007). Nuclear Fuel  Development  Based  On  UMo Alloys Under Irradiation Evaluation Of LEU U3Si2 – 4,8  gU/cm3  test  Fuel. The RERTR International Meeting  On RERTR, Czech Republic.
[5]. L.  Olivares, J.  Marin,  J.  Lisboa  and Barrera.  (2009). Manufacturing  And
Characterization  Of  LEU Dispersion Miniplates  Based  On  Hydrided  UMo Powders. RERTR 2009-31 st
International  Meeting  On  RERTR, Beijing, China. [6]. SOLONIN, M.I., et.al.
(2000). Development  of  the  Method  of  High Density Fuel Comminution by Hydride-
Dehydride  Processing. International RERTR Meeting Program, Las Vegas, Nevada.
[7]. D.D. Keiser, JR., A.B. Robinson, D.E. Janney, and J.F. Jue. (2008). Results Of Recent Microstructural Characterization  Fuels  With  Al  Alloy Matrices  That  Contain  Si. RRFM,
Hamburg, Germany.
[8]. PT. Batan  Teknologi  (persero).  (n.d).
Proses  fabrikasi  dan  Kendali  Kualitas bahan Bakar U 3 Si 2 /Al.
[9]. M.  Durazzo,  C.J.Rocha,  J.  Mestnik Filho,  R.M.  Leal  Neto.  (2010).
Powdering  Ductile  U-Mo  Alloys  For Nuclear Dispersion Fuels. Transactions, RRFM,  Marrakech, Morocco.
[10]. Supardjo,  Boybul,  Agoeng  Kadarjono. (2012). 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.