## FABRIKASI MIKROSFIR UO 2 MENGGUNAKAN TEKNIK AERASI
Meniek Rachmawati, Etty Mutiara, Tri Yulianto Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir −BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang Selatan, 15314 e −mail: emutiara@batan.go.id (Naskah diterima : 18 −04−2016, Naskah direvisi: 11−05−2016, Naskah disetujui: 20−05−2016)

## ABSTRAK
FABRIKASI MIKROSFIR UO 2 MENGGUNAKAN TEKNIK AERASI. Telah dikembangkan proses fabrikasi mikrosfir UO 2 berdensitas rendah untuk umpan langsung proses peletisasi bahan bakar reaktor PHWR maju.  Fabrikasi  mikrosfir  UO 2 berdensitas  rendah  dilakukan  dengan  cara  sol-gel menggunakan teknik aerasi pada sol/ broth dengan metode eksternal dan tiga variasi cara gelasi. Pada  teknik  aerasi, broth disiapkan  langsung  digelasi  tanpa  didiamkan  selama  satu  malam. Teknik aerasi merupakan kebalikan dari teknik deaerasi yang digunakan pada fabrikasi mikrosfir bahan  bakar  HTGR. Broth yang  telah  disiapkan  dengan  perbandingan  mol  NO3 − /U  antara  1,5 hingga 1,7 dengan pH larutan 1,6 dan viskositas antara 630-660cP langsung digelasi dengan tiga cara gelasi. Proses gelasi cara 1 dan cara 2 dilakukan dengan melewatkan broth pada dispersion nozzle berdiameter 1mm yang digetarkan dengan electromagnetic vibrator pada 150 Hz dengan media  untuk  droplet  jatuh  bebas  yang  berbeda  sebelum  masuk  ke  dalam  larutan  NH 4 OH, sedangkan  gelasi  dengan  cara  3  dilakukan  secara  manual.  Mikrosfir  UO 2 basah  yang  diperoleh dari  ketiga  cara  gelasi  di  atas  mendapat  perlakuan  panas  yang  sama  yaitu  dikeringkan  pada temperatur  85 ºC  dan  220 ºC  masing-masing  selama  selama  1jam,  dilanjutkan  dengan  proses kalsinasi mikrosfir UO 2 selama 1 jam pada temperatur 500 ºC dalam media gas O 2 dan direduksi pada temperatur 600 ºC dalam media campuran gas N 2 dan H 2 selama 1 jam. Mikrosfir UO 2 hasil gelasi  dengan  cara  3  dipilih  untuk  disortir  dan  dikarakterisasi.  Hasil  karakterisasi  memberikan data  karakteristik  mikrosfir  UO 2 berupa  data  diameter  mikrosfir  sebesar  900  µm, tap  density 1,90 g/cm 3 dan luas muka spesifik sebesar 6 m 2 /g. Hasil analisis dan hasil karakterisasi kemudian dibandingkan dengan data penelitian lain sehingga dapat disimpulkan bahwa penggunaan teknik aerasi  pada broth menghasilkan  mikrosfir  UO 2 berdensitas  rendah  yang  memenuhi  kriteria sebagai  umpan  langsung  proses  peletisasi  bahan  bakar  PHWR maju  dan  PWR  maju.  Fabrikasi menggunakan  teknik  aerasi  dengan  gelasi  cara  2  mempunyai  peluang  yang  paling  besar  untuk menghasilkan  mikrosfir  UO 2 dengan  laju  produksi  yang  tinggi  dan  karakteristik  tertentu  jika dilakukan pengaturan ulang pada laju dispersi dan durasi droplet jatuh bebas.
Kata kunci : UO 2 , bahan bakar, sol-gel, mikrosfir, aerasi.

## ABSTRACT
UO 2 MICROSPHERE FABRICATION USING AERATION TECHNIQUE. It has been developed a fabrication  process  of  low  density  UO 2 microspheres  for  direct  feed  in  pelletization  process  of PHWR advanced reactor fuel.  The fabrication  has  been  implemented by a sol-gel  method using aeration technique on the sol / broth with external methods and three variations of gelation. In the aeration technique, broth is directly prepared in gelation mode without one night settling time. The aeration  technique  is  the  opposite  of  the  deaeration  technique,  which  is  used  in  fabricating microspheres  HTGR  fuel.  The  broth  which  has  been  prepared  with  a  mole  ratio  of  NO 3 /  U between 1.5 to 1.7 with pH solution of 1.6 and viscosity between 630-660 cP directly to be gelated in three ways of gelation. The process of both gelation method 1 and method 2 is implemented by passing  through  the  broth  to  a  dispersion  nozzle  with  1  mm  of  diameter  which  is  vibrated  by  an electromagnetic vibrator at 150 Hz with medium for free fall droplet differently before entering into a  solution  of  NH 4 OH,  while  the  gelation  method  3  implemented  manually.  The  wet  UO 2 microspheres derived from the three ways of gelation above are treated by heating process at the same  way  that  is  dried  at  a  temperature  of  85 ºC  and  220 ºC  each  respectively  for  1  hour, followed  by  a  calcination  process  of  microspheres  UO 2 for  1  hour  at a  temperature  of  500 ºC  in gaseous medium of O 2 and a reduction process at a temperature of 600 ºC in gaseous mixture of N 2 and  H 2 medium  for  1  hour.  The  UO 2 microspheres  gelation  of  method  3  are  chosen  to  be sorted  and  characterized.  The  characterization  results  provide  the  characteristics  data  of  UO 2 microspheres  in  the  form  of microspheres  diameter  of  900  μm,  tap  density  of  1.90  g/cm 3 and specific  surface  area  of  6  m 2 /g.  The  results  of  the  analysis  and  characterization  are  then compared  to  other  data  of  other  research  so  that  it  can  be  concluded  that  the  use  of  such  an aeration technique on the broth can produce low density UO 2 microspheres that qualify as direct feed  for  fuel  pelletization  process  of  the  advanced  PHWR  and  advanced  PWR.  The  fabrication using the aeration technique with gelation method 2 has the greatest opportunity to produce UO 2 microspheres  with  a  high  production  rate  and  certain  characteristics  if  it  is  implemented  by resetting the rate of dispersion and the free fall droplet duration.
Keywords : UO 2 , fuel, sol-gel, microsphere, aeration .

## PENDAHULUAN
Bahan  bakar  reaktor  generasi  IV terus  dikembangkan  dengan  tujuan  untuk meningkatkan  kinerja  dan inherent  safety (keselamatan  melekat)  bila    dibandingkan dengan  bahan  bakar  reaktor  konvensional saat  ini [1-5] .  Pada  reaktor  HTGR  ( High Temperature  Gas-cooled  Reactor )  sebagai salah satu reaktor generasi IV, bahan bakar yang  digunakan  adalah  mikrosfir  TRISO dengan  pengkayaan  uranium  lebih  kurang 17% [2-7] .  Mikrosfir  TRISO  sebagai  bahan bakar  HTGR difabrikasi  dengan  memenuhi persyaratan keselamatan tertentu agar tetap handal  dan  mampu  mengungkung  hasil  fisi sampai burn  up yang  diinginkan  tercapai dan  bahkan  sampai  bahan  bakar  ini dilimbahkan [2-7] . Lapisan TRISO pada bahan bakar  merupakan  salah  satu barrier yang mempunyyai  kontribusi  utama  terhadap inherent  passive  safety (keselamatan  mele- kat) dalam pengoperasian reaktor HTGR [2-5] .
Setelah mengalami proses iradiasi di reaktor HTGR,  lapisan  TRISO  akan  bertindak sebagai chamber pengungkung produk hasil fisi  baik  pada  operasi  normal,  kondisi kecelakaan  maupun  pada  saat  dilimbah- kan [2-5] .
Mikrosfir TRISO untuk reaktor HTGR  dibuat  dari  campuran  beberapa oksida  (MOX)  dan  karbida  yang  difabrikasi melalui  proses  sol-gel [3-12] .  Melalui  proses sol-gel  dihasilkan  mikrosfir  UO 2 berdensitas tinggi dengan dimensi tertentu yang memiliki homogenitas mikro ( micro-homogenity ) yang tinggi [5-7,13-14] . Homogenitas mikro yang tinggi pada  mikrosfir  TRISO  diperlukan  untuk untuk mengakomodasi swelling [15] dan pengungkungan  hasil  fisi  dengan  kondisi selamat [2-5] .  Mikrosfir  UO 2 yang  belum diproses  menjadi  mikrosfir  TRISO  dan merupakan  hasil  fabrikasi front  end (ujung depan)  bahan  bakar  HTGR,  dapat  digu- nakan  sebagai  pengganti  serbuk  UO 2 untuk umpan  langsung  proses  peletisasi  bahan bakar  PHWR maju  ( Advanced Pressurized Heavy  Water  Reactor )  dan  PWR  maju
( Advanced Pressurized  Water  Reactor ). Mikrosfir  UO 2 hasil  fabrikasi  proses  sol-gel digunakan  pada  proses  peletisasi  untuk mendapatkan  pelet  sinter  dengan  homoge- nitas  mikro  yang  tinggi.  Homogenitas tersebut  akan  diperoleh  terutama  pada  saat menggunakan  umpan  peletisasi  berupa campuran UO 2 dengan bahan additif/ dopant atau dengan oksida lainnya (MOX) [5-6,14,16-20] .
Pelet  UO 2 dengan  derajat  homogenitas mikro yang tinggi akan mempunyai komposisi relatif sama di setiap bagian pelet sehingga  dapat  mengakomodasi swelling pada  waktu  diiradiasi  dengan discharged burn-up yang tinggi di reaktor pengguna [18] .
Mikrosfir UO 2 mempunyai kesferisan ( sphericity )  yang  tinggi  dan  bersifat free flowing [5-6,13-14,16-21] . Bahan bakar UO 2 dengan kesferisan yang tinggi maka kompaksi  mikrosfir  tidak  membutuhkan proses penggranulasian [14,16-20] sehingga dapat  memperpendek  alur  dan  durasi proses  peletisasi.  Selain  itu,  sifat free flowing pada  mikrosfir  akan  membantu mengurangi  friksi  antar  permukaan mikrosfir pada  waktu  dikompaksi  dan  meningkatkan kemampuan pengepakan.  Dengan demikian proses  kompaksi  mikrosfir  UO 2 tidak  mem- butuhkan  pelumas  padat  untuk memperoleh pelet  mentah  UO 2 dengan  densitas  yang tinggi.  Fungsi  pelumas  padat  pada  proses kompaksi  dapat  diakomodasi  oleh  sifat free flowing mikrosfir.  Disamping  itu  mikrosfir UO 2 dapat  difabrikasi  dengan  berbagai ukuran [5-7] .  Penggunaan  mikrosfir  UO 2 yang berukuran  lebih  besar  dari  serbuk [5-7] ,  tidak menimbulkan debu selama proses kompaksi sehingga  tidak  dibutuhkan  pengungkungan untuk  melindungi  pekerja  dari  bahaya  debu radioaktif yang ditimbulkan [14,16-22] .
Mikrosfir  UO 2 yang  akan  dimanfaat- kan  sebagai  umpan  langsung  proses peletisasi  bahan  bakar  PHWR maju atau PWR  maju  mempunyai  spesifikasi  yang berbeda  dari  mikrosfir  untuk  bahan  bakar HTGR [ 10-12,14] .  Bahan  bakar  HTGR  berupa mikrosfir  TRISO  yang  keras  dan  padat,
sementara  mikrosfir  UO 2 untuk  umpan langsung  proses  peletisasi  bahan  bakar PWHR  sebagai  pengganti  serbuk  UO 2 adalah  mikrosfir  yang  berdensitas  ren- dah/lunak  ( less-dense / soft ) [14,16-18] .  Dengan karakteristik  demikian,  proses  kompaksi mikrosfir  UO 2 akan  memberikan  densitas kompakan  yang  tinggi [14,16-20] .  Mikrosfir  UO 2 yang  keras  dan  berdensitas  tinggi  (non- porus)  sebagaimana  yang  dipersyaratkan pada bahan  bakar  HTGR akan menurunkan interlok mekanik ( mechanical interlock ) antar mikrosfir  sehingga  densitas  pelet  mentah yang  diperoleh  pada  proses  kompaksi  pelet UO 2 PHWR  maju  menjadi  lebih  rendah [23] . Salah  satu  parameter  proses  sol-gel  yang dapat digunakan untuk mendapatkan mikrosfir  UO 2 dengan  densitas  rendah adalah  teknik  aerasi.  Teknik  aerasi  adalah proses  yang  dilakukan  agar  diperoleh mikrosfir  UO 2 dengan  karakteristik  tertentu sehingga  berdensitas  rendah  dan  meru- pakan  kebalikan  dari  teknik  deaerasi  yang digunakan  pada  fabrikasi  mikrosfir  bahan bakar HTGR [9] . Pada teknik aerasi, sol/ broth yang  disiapkan  langsung  digelasi  tanpa didiamkan selama satu malam. Selain teknik aerasi,  proses  lain  yang  digunakan  untuk mendapatkan  mikrosfir  UO 2 berden-sitas rendah  adalah  proses  pemanasan broth [8] pada  temperatur  rendah  sebelum  digelasi atau  dengan  menambahkan pore  former
pada broth [18] .  Tahapan  proses  sol-gel  yang lain yang dapat digunakan untuk mendapatkan  mikrosfir  UO 2 berdensitas rendah  adalah  proses  perlakuan  panas terhadap mikrosfir [14,16-17] .
Pada  penelitian  ini  dilakukan  fabri- kasi  mikrosfir  UO 2 berdensitas  rendah menggunakan  teknik  aerasi  terhadap broth dengan  memvariasikan  cara  penggelasian broth .  Dengan  menggunakan  teknik  aerasi diharapkan  akan  diperoleh  mikrosfir  UO 2 berdensitas  rendah  yang  memenuhi  kriteria sebagai  umpan  langsung  proses  peletisasi bahan bakar PHWR maju dan PWR maju.

## METODOLOGI
Pembuatan  mikrosfir  UO 2 dimulai dengan  proses penyiapan broth . Broth yang akan  digelasi  disiapkan  dengan  melarutkan serbuk  U 3 O 8 dalam  HNO 3 dan  ditambahkan NH 4 OH untuk proses prenetralisasi sehingga diperoleh  larutan  ADUN  ( Acid-deficient Uranyl  Nitrate ) [5-6,9-12,19] .  Selanjutnya  ditam- bahkan  larutan  polivinil  alkohol  (PVA)  dan tetrahidrofurfuril alkohol (THFA) agar dipero- leh broth dengan viskositas tertentu [9-12,19] .
Broth yang sudah disiapkan digelasi dengan  teknik  aerasi  melalui  tiga  cara sebagaimana ditampilkan Gambar 1. a. Cara 1 b. Cara 2 c. Cara 3
Gambar 1. Variasi Proses Penggelasian Broth.
Proses  gelasi  dengan  cara  1  dan cara  2  dilakukan  dengan  melewatkan broth pada dispersion  nozzle berdiameter  1mm
yang  digetarkan  dengan electromagnetic vibrator pada  150Hz [19] .  Pada  proses  gelasi cara 1, droplet yang keluar dari nozzle jatuh
bebas  masuk  ke  kolom  media  udara  dan langsung  masuk  ke  dalam  larutan  NH 4 OH. Pada  proses  gelasi  cara  2, droplet yang keluar  dari nozzle jatuh  bebas  masuk  ke kolom  media  udara,  dilanjutkan  dengan media gas NH 3 dan masuk ke dalam larutan NH 4 OH.  Proses  gelasi  cara  3  dilakukan secara  manual,  dimana  d roplet yang  keluar dari  jarum  berdiameter  1mm  jatuh  bebas masuk ke kolom media udara dan masuk ke dalam  larutan  NH 4 OH.  Gel  atau  mikrosfir UO 2 basah yang diperoleh dari ketiga cara di atas mendapat  perlakuan  panas  yang sama yaitu dikeringkan pada temperatur 85 O C dan 220 O C masing-masing selama 1 jam, selan- jutnya  dilakukan  proses  kalsinasi  mikrosfir UO 2 selama  1jam  pada  temperatur  500 O C dalam  media  gas  O 2 .  Mikrosfir  UO 2 hasil kalsinasi  kemudian  direduksi  pada  tempe- ratur  600 O C  dalam  media  campuran  gas  N 2 dan  H 2 selama  1jam [19] .  Mikrosfir  UO 2 hasil proses  reduksi  disortir  dan  dikarakterisasi agar  diperoleh  data tap  density dan  luas muka spesifik [19] .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pelarutan  serbuk  U 3 O 8 dalam HNO 3 yang  telah  diprenetralisasi  dan ditambahkan  larutan  polivinil  alkohol  (PVA) dan  tetrahidrofurfuril  alkohol  (THFA)  adalah broth dengan  karakteristik  seperti  yang diperlihatkan pada tabel 1.
Tabel . 1. . Karakteristik Broth untuk  proses gelasi dengan teknik aerasi.
Karakteristik Broth untuk gelasi dengan cara 1, 2 dan 3 Perbandingan mol NO3 − /U 1,5 – 1,7 Viskositas (cP) 630 – 660 pH 1,6 Mikrosfir  UO 2 hasil  gelasi broth menggunakan  teknik  aerasi  dengan  tiga variasi  cara  gelasi  diperlihatkan  pada Gambar  2.  Gambar  2  memperlihatkan  kon- disi  mikrosfir  UO 2 hasil  proses  kalsinasi- reduksi untuk  ketiga  variasi  gelasi.  Persen- tase  mikrosfir  UO 2 yang  utuh  pada  variasi cara gelasi ditunjukkan pada Tabel 2.
a. Mikrosfir UO 2 basah b. Mikrosfir UO 2 Hasil Gelasi cara 1
c. Mikrosfir UO 2 Hasil Gelasi cara 2
d. Mikrosfir UO 2 Hasil Gelasi Cara 3
Gambar 2. Mikrosfir UO 2 hasil pencucian dan hasil proses kalsinasi-reduksi dengan teknik aerasi dan tiga variasi cara Gelasi.
Tabel 2. Mikrosfir UO 2 hasil proses kalsinasi- reduksi dengan variasi cara gelasi
Proses Gelasi Prosentase mikrosfir uo 2 yang utuh (%) Cara 1 10 Cara 2 25 Cara 3 70
Pada  Gambar  2  dan  Tabel  2  dapat dilihat  bahwa  jumlah  mikrosfir  yang  utuh yang  diperoleh  dengan  gelasi  cara  3  lebih banyak  dibanding  proses  gelasi  cara  1  dan cara  2.  Gambar  2  dan  Tabel  2  memberikan gambaran  mengenai    pengaruh  cara  peng- gelasian  terhadap  kekuatan  mikrosfir  UO 2 yang dihasilkan menggunakan broth dengan karakteristik  yang  sama.  Kekuatan  mikrosfir UO 2 diwakili  oleh  prosentase  mikrosfir  UO 2 yang utuh. Kekuatan mikrosfir senyawa UO 2 dipengaruhi  oleh laju  proses  dispersi (pembentukan  droplet),  media  dan  durasi droplet selama jatuh bebas sampai sebelum masuk  ke  larutan  larutan  NH 4 OH [10] .  Proses yang  dimulai  dari  droplet  yang  keluar  dari nozzel atau  jarum  sampai  dengan  sesaat sebelum  masuk  larutan  NH 4 OH  merupakan proses  pengerutan  ( shrinkage )  permukaan mikrosfir  dan  pengerasan  awal  mikrosfir [10] . Bila  ditinjau  dari  sisi  laju  dispersi,  jika membandingkan  mikrosfir  senyawa  UO 2 yang diperoleh dari proses gelasi cara 1 dan cara  2,  maka  dapat  dikatakan  bahwa mikrosfir hasil gelasi cara 2 relatif lebih kuat dibandingkan dengan mikrosfir yang dihasilkan  dengan  cara  1.  Dengan  laju dispersi  yang  sama,  mikrosfir  cara  1  hanya mengalami  proses  pengerutan  di  udara, sementara  mikrosfir  dengan  gelasi  cara  2 mengalami dua proses yaitu proses pengerutan  di  media  udara  dilanjutkan dengan  proses  pengerasan  awal  oleh  gas NH 3 .  Jika  ditinjau  dari  sisi  durasi  proses, dapat dikatakan bahwa mikrosfir hasil gelasi cara  3  mempunyai  kekuatan  lebih  tinggi dibanding  dengan  yang  dihasilkan  cara  1. Pada  proses  gelasi  tersebut,  walaupun media  untuk droplet jatuh  bebas  adalah sama  yaitu udara, tetapi laju dispersi  cara 3 lebih rendah dari gelasi  cara 1. Dengan laju
dispersi yang rendah, broth yang keluar dari jarum  mempunyai  durasi  lebih  panjang untuk  membentuk  droplet  hingga  droplet yang terbentuk jatuh bebas ke media udara, jika dibandingkan dengan proses yang sama yang terjadi pada gelasi cara 1. Berdasarkan Gambar  2  dan  data  pada  Tabel  2  serta analisis  laju  dispersi  dengan  durasi  dari ketiga  variasi  cara  gelasi,  maka  mikrosfir UO 2 hasil gelasi cara 3 mempunyai kekuatan yang  paling  tinggi  diantara  tiga  cara  gelasi tetapi  dengan  laju  dispersi  (pembentukan droplet)  yang  paling  rendah.  Mikrosfir  UO 2 hasil  gelasi  cara  1  mempunyai  kekuatan yang  paling  rendah  tetapi  laju  dispersi /produksi  droplet  yang  tinggi.  Berdasarkan uraian  di  atas,  maka  dari  ketiga  cara  gelasi dengan  teknik  aerasi,  gelasi  cara  2 mempunyai  peluang  yang  paling  besar untuk  menghasilkan  mikrosfir  UO 2 dengan laju  produksi  yang  tinggi  dan  kekuatan mikrosfir  tertentu  jika  dilakukan  pengaturan ulang  pada  laju  dispersi  dan  durasi droplet jatuh bebas.
Pada  Tabel  2  dapat  dilihat  bahwa persentase  mikrosfir  UO 2 yang  utuh  yang paling tinggi dihasilkan melalui gelasi cara 3. Oleh  karena  itu,  dipilih  mikrosfir  UO 2 hasil gelasi  cara  3  untuk  disortir  dan  dikarak- terisasi  lebih  lanjut.  Data  karakteristik mikrosfir  senyawa  UO 2 hasil  penyortiran ditampilkan pada Tabel 3.
Tabel  3.  Hasil  karakterisasi  mikrosfir  UO 2
dengan proses gelasi cara 3 Ukuran Mikrosfir UO 2 rata-rata 900 µm Tap density 1,90 g/cm 3 Luas muka spesifik 6 m 2 /g
Kualitas  mikrosfir  UO 2 yang  dipe- roleh dari fabrikasi dianalisis dengan menggunakan  teknik  aerasi  dengan  gelasi cara  3,  dilakukan  perbandingan  karakteris- tiknya  dengan  karakteristik  mikrosfir  UO 2 hasil  penelitian  lain  yang  menggunakan perlakuan  yang  berbeda  terhadap broth . Hasil  perbandingan  karakteristik  mikrosfir tersebut ditampilkan pada Tabel 4.
Tabel 4.Karakteristik mikrosfir UO 2 dengan variasi perlakuan terhadap broth No. Perlakuan Terhadap Broth Tap density (g/cm 3 ) Luas muka spesifik (m 2 /g) 1. Penggelasian broth dengan teknik aerasi cara 3 1.90 6 2. Pemanasan broth sebelum penggelasian [6] 1,08 - 1,2 - 3. Penambahan pore former pada broth [14] - 5 - 15
Pada  Tabel  4,  mikrosfir  UO 2 yang
diperoleh dengan teknik aerasi dan penggelasian broth cara  3  mempunyai tap density sebesar  1,90  g/cm 3 .  Bila  dibanding- kan dengan data tap density hasil penelitian Collins [8] yang  melakukan  pemanasan broth pada  temperatur  rendah,  dapat  dikatakan bahwa mikrosfir UO 2 yang diperoleh dengan teknik  aerasi  termasuk  dalam  kelompok mikrosfir  UO 2 berdensitas  rendah [8] .  Demi- kian  juga  bila  dibandingkan  dengan  data luas  muka  spesifik  mikrosfir  hasil  penelitian Ganguly [18] ,  luas  muka  mikrosfir  dengan teknik  aerasi  ini  berada  di  batas  bawah mikrosfir penelitian Ganguly. Dengan penambahan carbon  black pada broth sebagai pore  former maka  karbon  dalam mikrosfir  dapat  keluar  dengan  sempurna, Ganguly melakukan proses kalsinasi mikrosfir  dengan  laju  pemanasan  yang rendah [14] .  Proses  kalsinasi  ini  memakan waktu  yang  lama  sehingga  proses  fabrikasi mikrosfir  UO 2 berdensitas  rendah  yang dilakukan  Ganguly  menjadi  tidak  ekono- mis [14] .  Sementara  itu,  dengan  mengguna- kan  teknik  aerasi,  proses  kalsinasi  yang dilakukan  hanya  dalam  durasi  1  jam  untuk memperoleh mikrosfir  UO 2 berdensitas rendah.
Selain  variasi  perlakuan  terhadap broth , tahapan proses sol-gel yang lain yang
dapat digunakan untuk mendapatkan mikrosfir  UO 2 berdensitas  rendah  adalah proses  perlakuan  panas [14,16-17] terhadap mikrosfir.  Pengaruh  penggunaan  teknik aerasi dengan gelasi cara 3 yang dilanjutkan dengan  perlakuan  panas  tertentu  terhadap karakteristik  mikrosfir  UO 2 ditampilkan  pada Tabel 5. Pada Tabel tersebut diberikan pula karakteristik  mikrosfir  UO 2 hasil  penelitian yang  dilakukan  Kumar [14] dan  Kutty [16] sebagai pembanding.
Sebagaimana  diperlihatkan  pada Tabel  5,  mikrosfir  UO 2 yang  diperoleh  dari penggunaan  teknik  aerasi  dengan  gelasi cara  3  mempunyai tap  density 1,90  g/cm 3 dan  luas  muka  spesifik  setelah  mendapat perlakuan  panas  diperoleh  sebesar  6  m 2 /g. Mikrosfir  UO 2 yang  difabrikasi  melalui  teknik aerasi ini mempunyai tap density lebih tinggi dan  luas  muka  spesifik  yang  lebih  rendah bila  dibandingkan  dengan  hasil  penelitian Kumar [14] dan  Kutty [16] yang  menggunakan parameter  proses  kalsinasi-reduksi  yang hampir  sama.  Bila tap  density dan  luas muka  spesifik  dianggap  sebagai  indikator tingkat  keporusan  mikrosfir  maka  mikrosfir UO 2 hasil  fabrikasi  melalui  teknik  aerasi merupakan mikrosfir dengan tingkat keporusan  paling  rendah  diantara  mikrosfir dari  tiga  penelitian  yang  berbeda  seperti yang ditampilkan Tabel 5.

## Tabel 5.Karakteristik mikrosfir UO
2 dengan variasi perlakuan panas
Katerangan:
Ø m = Diameter mikrosfir ; T k =Temperatur kalsinasi ; T r =Temperatur reduksi ; Atm= media gas ; t=durasi ; ρ t = tap density ; a sp =luas muka spesifik; ρ g =densitas pelet mentah ; ρ s =densitas pelet sinter
Pengaruh  teknik  areasi  terhadap sifat  mampu  kompak  dan  mampu  sinter mikrosfir  UO 2 telah  dianalisis  melalui  proses peletisasi  mikrosfir  UO 2 [20] .  Hasil  proses peletisasi mikrosfir UO 2 dengan teknik aerasi seperti  yang  ditunjukkan  Tabel  5  adalah sebesar  84,2%TD  untuk  densitas  hasil kompaksi dan 87,8%TD untuk densitas pelet sinter.  Jika  dibandingkan  dengan  hasil kompaksi  mikrosfir  UO 2 milik  Kumar [14] dan Kutty [16] ,  ternyata  mikrosfir  UO 2 dengan teknik  aerasi  memberikan  pelet  mentah dengan  densitas  yang  lebih  tinggi  walaupun pada ketiga penelitian menggunakan tekanan  kompaksi  yang  hampir  sama.  Hal ini  membuktikan  bahwa  mikrosfir  UO 2 dengan  teknik  aerasi  bersifat free-flowing dengan  mampu  kompak  yang  tinggi [20] . Untuk  proses  penyinteran,  pelet  sinter mikrosfir UO 2 dengan teknik aerasi mempunyai  densitas  yang  lebih  rendah dibandingkan  dengan  hasil  penyinteran Kumar [14] dan  Kutty [16] .  Hal  ini  dimungkinkan karena  penggunaan  temperatur  penyinteran mikrosfir  teknik  aerasi  yang  lebih  rendah, walaupun  durasinya  lebih  panjang.  Data  ini memperlihatkan  bahwa  pelet  mikrosfir  UO 2 dengan  teknik  aerasi  berpeluang  untuk mempunyai  densitas  pelet  sinter  yang  lebih tinggi bila menggunakan parameter
penyinteran  yang  sama  dengan  yang digunakan  oleh  Kumar [14] dan  Kutty [16] . Berdasarkan  fakta  di  atas  dapat  dikatakan bahwa  mikrosfir  UO 2 hasil  fabrikasi  dengan teknik  aerasi  merupakan  mikrosfir  UO 2 berdensitas rendah dengan mampu kompak dan  mampu  sinter  yang  tinggi  sehingga dapat  digunakan  sebagai  umpan  langsung proses peletisasi bahan bakar PHWR maju.

## SIMPULAN
Penggunaan  teknik  aerasi  pada broth menghasilkan  mikrosfir  UO 2 berden- sitas rendah yang memenuhi kriteria sebagai  umpan  langsung  proses  peletisasi bahan  bakar  PHW R maju  dan  PWR  maju. Berdasarkan  analisis  menunjukkan  bahwa proses  gelasi  cara  2  mempunyai  peluang yang  paling  besar  untuk  menghasilkan mikrosfir  UO 2 dengan  laju  produksi  yang tinggi dan karakteristik tertentu jika dilakukan  pengaturan  ulang  pada  laju dispersi  dan  durasi droplet jatuh  bebas. Future  work dari  penelitian  ini  adalah penerapan  fabrikasi  mikrosfir  UO 2 dengan teknik aerasi pada  proses fabrikasi mikrosfir bahan  bakar  MOX  ( Mixed  OXide )  atau CerMet dengan melakukan beberapa penyesuaian  pada parameter proses sol-gel dan proses perlakuan panasnya.
Proses; Ø m (µm) Perlakuan panas Karakteristik mikrosfir UO 2 Hasil peletisasi mikrosfir UO 2 T k , Atm, t ( O C, jam) T r , Atm, t ( O C, jam) ρ t (g/cm 3 ) a sp (m 2 /g) ρ g (%TD) ρ s (%TD) Teknik aerasi Gelasi cara 3; 900 500 O C (O 2 ,1 jam) 600 O C (H 2 +N 2 , 1 jam 1.90 6,0 84,2 [16] 87,8 [16] (1100 O C, 6 jam) Kumar [14] ; 1100 600 O C (udara, 1 jam) 600 O C (8%H 2 +92% N 2 , 1 jam) 1,43 8,3 47,4 94-95 (1600 O C, 2 jam) Kutty [16] ; 930 600 O C (udara, 1 jam) 600 O C (Ar+8%H 2 , 2 jam) 1,62 6,8 50,3- 54,8 91 ±0,4 (1600 O C, 4 jam )
(Meniek Rachmawati, Etty Mutiara, Tri Yulianto)

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada  Ka.  PTBBN –  BATAN  dan  seluruh staf yang telah berkontribusi dalam pelaksanaan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Zinkle,  S.J.  et  al  (2014). Accident
Tolerant  Fuels  for  LWRs :  A  Perspec- tive.  Journal  of  Nuclear  Materials  448, page 374 – 379.
[2]  Bogusch,  E  and  Hittner,  D.  (2009). Programmes  and  Projects  for  High Temperature  Development .  Kernkraft- werke:  Hochtemperaturreaktoren,  atw
54. Jg. Heft 2 – Februar , page 84 – 88.
[3]  INL  (2010).  NGNP  Fuel  Qualification White  Paper.  INL/EXT-10-18610.  INL- NGNP Project, US-DOE.
[4]  Beck,  J.M.  and  Pincock,  L.F.  (2011). High Temperature Gas-cooled Reactors Lessons  Learned  Applicable  to  The
Next  Generation  Nuclear  Plant .  INL/
EXT-10-19329 Rev 1, INL-NGNP Project, US-DOE.
[5]  Hunt,  R.D.  et  al  (2014). Recomended Dispersing  Conditions  for  Broths  Used in  The  Preparation  of  Uranium  Micros- pheres  with  Carbon .  Annals  of  Nuclear
Energy 71, page 1-5.
[6]  Hunt,  R.D.  et  al  (2010). Treatment Techniques  to  Prevent  Cracking  of Amorphous Microspheres Made by The Internal  Gelation  Process .  Journal  of
Nuclear Material 405, page 160 – 164.
[7]  Hunt,  R.D.  et  al  (2012). Preparation  of Uranium  Fuel  Kernels  with  Silicon Carbide Nanoparticles Using The Internal  Gelation  Process .  Journal  of Nuclear Material 427, page 245 – 248.
[8]  Colllins, J.L., et al (2004). Production of Depleted UO 2 Kernels for The
Advanced  Gas  Cooled  Reactor  Pro- gram for Use in Triso Coating Develop- ment . ORNL/TM-2004/123, US DOE.
[9]  Heyduk,  J.  (2015). BATAN  Work Instruction  Kernel  Preparation .  DNR 146679-0, NUKEM TECNOLOGIES.
[10]  Hao,  S.  et  al  (2014). Large  Scale Production  of  UO 2 by  Sol-Gel  Process at  INET . Nuclear  Engineering  and Design 271, page 158 – 161
[11]  Xiangwen,  Z.  et  al  (2012). Preparation of  Ammonium  Diuranate  Particles  by External  Gelation  Process  of  Uranium in  INET .  Nuclear  Engineering  and Design, 250, page 192-196.
[12]  Takahashi,  M.  (2009). Method  of Preparing  Feedstock  Liquid,  Method  of Preparing  Uranyl  Nitrate  Solution,  and Method  for  Preparing  Polyvinyl  Alcohol Solution . Patent, Nuclear Fuel Industries Ltd., Tokyo.
[13]  Sokucu,  A.S.  et  al  (2014). Study  on Preparation  and  First-Stage  Sintering Kinetics  of  ThO 2 -UO 2 Pellets  Made  by Sol-Gel  Microsphere  Technique .  Acta Physica  Polonica  A,  Vol.  127,  No.4  , page 987 – 991.
[14]  Kumar,  N.  et  al  (2006). Preparation  of (U,  Pu)O 2 Pellets  Through  Sol-Gel Microspheres  Pelletization  Technique . Journal  of  Nuclear  Material  359,  page 69 – 79.
[15]  Schreinemachers,  C.  et  al  (2014). Characterization  of  Uranium  Neodyum Oxide  Microspheres  Synthesized  by Internal  Gelation .  Progress  in  Nuclear Energy, 72,  page 17-21.
[16]  Kutty,  P.S.  et  al  (2013). Fabrication  of Dense  (Th 0.96 U 0.04 )O 2 by  Sol  Gel Microsphere Pelletisation (SGMP) Route . BARC/2013/E/001, Bhabha Atomic Research Centre, Mumbai.
[17]  Remy,  E.  et  al  (2012). Calcined  Resin Microsphere  Pelletization  (CRMP) :  A Novel  Process  for  Sintered  Metallic Oxide  Pellets.  Journal  of  the  European Ceramic  Society,  32,  page  3199 – 3209.
[18]  Ganguly,  C.  (2001). Ceramic  Nuclear Fuels  for  Power  Reactors .  PINSA,  67,
A, Nos 4&5, 531-574, India.
[19]  Meniek,  R.  et  al  (2013). Research  on Sol-gel  Microsphere  Pelletization  of
UO 2 for PHWR Fuel in Indonesia . IAEA Tecdoc CD 1751.
[20]. Mutiara, E. dkk. (2016). Perbandingan Densitas Pelet UO 2 Hasil Peletisasi Menggunakan Serbuk dan Mikrosfir. Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir Urania, Vol.22.No.1. Febuari  2016. ISSN   No. 0852-4777, Akreditasi No 595/AU3/ P2MI-LIPI/ 03/2015.
[21] Pai, R.V. et al (2008). Fabrication of
Dense (Th,U)O 2 Pellets Through Micro- spheres Impregnation Technique .
Journal  of  Nuclear  Material  381,  page 249 – 258.
[22]. Daniels, H. et al (2012). Fabrication of Oxidic Uranium-Neodyum Microsperes by Internal Gelation . Progress in  Nu- clear Energy 57, 106-110.
[23]. Ferreira, R.A.N. et al (2006). A Model for The Behavior of Thorium Uranium Mixed Oxide Kernels in The Pelletizing
Process. Journal of Nuclear Material 350, page 271 –283.