(Damunir )

## PENGARUH ADITIF UREA DAN HMTA SERTA TEMPERATUR DAN WAKTU REDUKSI  TEHADAP SPESIFIKASI  KERNEL UO 2

## Damunir
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN
Jl. Babarsari, Yogyakarta

## ABSTRAK
PENGARUH  ADITIF  UREA  DAN  HMTA  SERTA  TEMPERATUR  DAN  WAKTU  REDUKSI TERHADAP  SPESIFIKASI    KERNEL  UO 2 .  Pengaruh    aditif  urea  dan  heksa  metilen  tetra  amin (HMTA)  serta  temperatur  dan  waktu  reduksi  terhadap  spesifikasi  kernel  UO 2 telah  dipelajari. Kernel UO 2 dibuat dengan proses total gelasi uranium (TGU).  Sebagai  bahan dasar   digunakan uranil  nitrat,  urea,  HMTA,  polivinil  alkohol  (PVA)  dan  tetra  hidro  furfural  (THF).    Pertama  kali dibuat 20 ml larutan campuran  uranil nitrat 1M,  urea divariasi 1-2 M, 1,6 g   PVA,  THF 2 M dan air.    Sambil    diaduk  dan  dipanaskan  pada  temperatur  70 o C  selama  20  menit  sampai  terbentuk larutan  homogen.  Setelah  itu,  larutan  didiamkan  selama  2  jam  pada  temperatur  ruangan, kemudian  HMTA    divariasi  1-2M  dan    ditambahkan  serta  diaduk    agar  terbentuk  larutan  sol. Untuk  mendapatkan  kernel  UO 2 bulat  seperti  bola,  larutan  sol  diteteskan    kedalam  larutan NH 4 OH 5 M pada temperatur ruangan,  menghasilkan gel, lalu direndam,  dicuci dengan amonia, air  panas  dan  dikeringkan  pada  temperatur  150 o C  selama  4  jam,  untuk  menghilangkan  sisa senyawa  kimia  yang  tidak  bereaksi.  Setelah  itu,  gel    dikalsinasi  pada  800 o C  selama  4  jam, menghasilkan  kernel  U 3 O 8 ,  Kemudian  kernel  U 3 O 8 direduksi  pada  temperatur  850 o C  selama  2 jam  dengan  gas  H 2 dalam  medium  gas  N 2 pada  tekanan  50  mmHg  hingga    dihasilkan  kernel UO 2 .  Juga  dipelajari  pengaruh  temperatur  dan  waktu  reduksi  kernel  U 3 O 8 hasil  kalsinasi    gel pada kondisi yang sama. Gel yang digunakan mempunyai  komposisi,   UO 2 (NO 3 ) 2 1M, urea 1M, 1,6 g PVA, THF 2M dan HMTA 1M. Temperatur reduksi divariasi  dari 600-850 o C dan waktu dari 1-4  jam.  Spesifikasi  kernel  UO 2 yang  meliputi  kerapatan,  luas  muka  spesifik,  jari-jari  pori  rerata dan    rasio  O/U  dianalisis.    Hasil  analisis  menunjukkan  bahwa  pembuatan    kernel  UO 2 dapat dilakukan  dengan proses gelasi total uranium, menggunakan uranil nitrat, urea, HMTA, PVA dan THF sebagai  bahan  dasar.    Perubahan  konsentrasi  aditif  urea  dan  HMTA  serta  temperatur  dan waktu reduksi berpengaruh terhadap spesifikasi kernel UO 2 . Kondisi relatif baik  diperoleh pada konsentrasi  urea  1,8  M  dan    HMTA  1,8  M,  temperatur  reduksi  800-850 o C  dan  waktu  reduksi  2 jam.  Kernel  UO 2 yang  dihasilkan  mempunyai  mikrostruktur  halus,  kerapatan  sebesar  58,45  - 66,70 % DT, luas muka spesifik sebesar 3,97-4,79 m 2 /g, jari-jari pori rerata sebesar 16,69-24,69 Å dan rasio O/U sebesar  2,04-2,09.
Kata  kunci: Aditif, gelasi total uranium,  sol,  gel , karakterisasi,  spesifikasi    dan   mikrostruktur

## ABSTRACT
THE  INFLUENCE  OF  THE  UREA,    HMTA  AS  ADDITIVE,  TIME  AND  TEMPERATURE  OF REDUCTION  ON  UO 2 KERNEL SPECIFICATION .  The  influence  of    the  urea  and  HMTA  as additives,  time and  temperature  reduction  on  UO 2 kernel specification  has been studied. UO 2 kernel  was    made  up  by    total  gelation    process    uranium  (TGU)).  Uranyl  nitrate,  urea,  HMTA, polyvinyl alcohol (PVA), and tetra hidrofurfural (THF), were used as base materials. First step,  20 ml  mixed  solution that consist of  1M uranyl nitrate, varied  1 to 2 M  urea, 1.6 g PVA, 2M THF, and water. The were prepared  solution then was  stirred and  heated up to 70 o C temperature  for 20 minutes to form homogenous solution. The solution then was left  on room  temperature for 2 hours. On that solution  HMTA that varied 1 M to 2 M was added  while being stirred in order to be    sol  solutions.  The  sol  solution  was  dropped  into  solution  of    5  M  NH 4 OH  on    room temperature  to  get  spherical  UO 2 kernel,  then  was  soaked,  washed  using  ammonia,  hot  water and  dried  at    150 o C  for  4  hours    to  remove  chemical  compound  residue  that  was  not  reacted.
After  that,  gel  was  calcinated  at  800 o C  for  4  hours,  to  produce  that  U 3 O 8 kernel,  then  followed reduction process at  850 o C for 2 hours using the H 2 and N 2 gases on 50 mmHg. The influence of   time and temperature reduction  on the calcinated U 3 O 8 kernel at the  same conditions was also  studied.  The  composition  of  used  gel  were  1M  UO 2 (NO 3 ) 2 ,  1M  urea,  1.6  g  PVA,  2M  THF and 1M HMTA, and temperature reduction were varied from 600 to 850 o C for 1 to 4 hours. UO 2 kernel spesification were analyzed on their  density, spesific surface area, means pore radius and O/U  ratio.  The    result,    showed  that    UO 2 could    be  produced  by  total    gelation  process  of uranium using   uranyl  nitrate, urea, HMTA,  PVA, and  THF as constituent   materials. The varied concentration  of    urea  &  HMTA,    time    and  temperature    reductions  have    influenced  on  UO 2 kernel spesification.  The  relative condition was achieved on the composition  of 1.8 M urea, 1.8 M  HMTA  concentration,    temperature  reduction    800-850 o C  for    2  hours  of    time  reduction. Resulted  UO 2 kernel    has  fine    microstructure,  the  density  was  58.45 –  66,70  %  DT,  spesific surface area was  3.97- 4.79  m 2 /g, mean  pore radius  was 16.69-24.69 Å and the O/U ratio was 2,04-2,09.
Key words: The additive,  total  gelation   of  uranium,   sol,    gel,  characterization,  specification and microstructure
(Damunir )

## PENDAHULUAN
Kernel  UO 2 termasuk  senyawa uranium  keramik  berbentuk  bulat  seperti bola kecil, digunakan sebagai  partikel untuk elemen  bahan  bakar  reaktor  temperatur tinggi  ( High  temperature  reactor ).  Kernel UO 2 ini  pertama  kali  dikembangkan  oleh Jerman  dengan  menggunakan  proses  Sol- Gel    yang  terdiri  dari  proses  gelasi  internal dan  gelasi    eksternal.  Pada  tahun  1970  di Institute Nuclear Energy Technology (INET) , Universitas  Tsinghua  (Cina),  dilakukan penelitian,  pengembangan  dan  pembuatan bahan  bakar  kernel  UO 2 berbentuk  bola untuk bahan bakar reaktor temperatur tinggi ( 10MW ),  dengan      memodifikasikan  proses
gelasi  internal  dan  gelasi  eksternal    di  atas yang  disebut  proses  gelasi  total  uranium ( The  total  gelation  proses  of  uranium  / TGU ).  Proses  TGU  menggunakan  uranil nitrat,  urea,  heksa  metilen  tetra  amin ( HMTA ),  polivinil  alkohol  ( PVA ),  tetra  hidro furfuril  ( THF )  atau  tetra  hidro  furfuril  alkohol ( THFA ) sebagai bahan dasar [1,2, 3] .
Pada proses TGU, urea
ditambahkan    ke  dalam  larutan  nitrat  pada temperatur  60-90 o C,  sehingga    terurai menjadi  amonia  ( NH 3 ),  kemudian  NH 3 bereaksi  dan  menetralisasi  uranil  nitrat membentuk senyawa komplek uranil
hidroksi  nitrat
“UO 2 (OH) 0,5 (NO 3 ) 1,5 ”.  Agar mudah  terjadi  pembentukan    butiran  gel bulat  seperti  bola,  pada  temperatur  yang sama  di  tambahkan  campuran  PVA  dan THF  atau  THFA,  dan  diaduk  sampai terbentuk  larutan  homogen.    Setelah larutan    didiamkan  sampai  temperaturnya sama dengan temperatur ruangan (± 32 o C), heksa metilen tetra amin (HMTA) ditambahkan  ke  dalam  larutan  tersebut. Pada  kondisi  ini,  HMTA  terurai  menjadi amonia,  kemudian  bereaksi  dengan  uranil hidroksi nitrat membentuk larutan sol. Untuk mendapatkan  gel  bulat  seperti  bola  kecil, larutan  sol  digelasikan  kedalam  larutan NH 4 OH  sebagai  medium.  Dalam  larutan
medium  terjadi  reaksi  antara  NH 3 dengan molekul dalam butiran gel sehingga solidifikasinya menjadi sempurna, kemudian bergerak  mengikuti  gerak  jatuh  vibrasi  ke dasar  kolom.  Setelah  gel  dicuci  dan dikeringkan,  dikalsinasi  dalam  medium udara  pada  temperatur  800-900 o C  hingga dihasilkan  kernel  U 3 O 8 .    Setelah  itu,  kernel U 3 O 8 direduksi    dengan  gas  H 2 dalam medium  N 2 pada  temperatur  600-900 o C, menghasilkan  kernel  UO 2 ,  seperti  reaksi berikut [4]
U 3 O 8 + 2 H 2 3 UO 2 + 2 H 2 O      (1)
Kualitas kernel UO 2 di atas dipengaruhi  oleh  jumlah  urea  dan  HMTA yang  ditambahkan  ke  dalam  larutan  untuk membentuk larutan sol dan butiran gel serta temperatur  dan  waktu  reduksi.    Pada konsentrasi  urea  dan  HMTA  yang  tidak sesuai  akan  menghasilkan  gel  tidak  bulat, berbentuk pipih dan lonjong, sehingga pada temperatur tinggi, gel tersebut mudah pecah dengan menghasilkan serbuk oksida uranium,  sedangkan  pada  konsentrasi  urea dan HMTA yang  sesuai akan menghasilkan gel  bulat  seperti  bola.  Demikian  juga  pada proses reduksi. Pada temperatur dan  waktu reduksi  yang  sesuai  akan  menghasilkan kernel  UO 2 bulat  seperti  bola yang mempunyai  spesifikasi  sifat  fisis  tinggi seperti  kerapatan,  luas  permukaan,  rasio O/U,  bentuk  mikroskopis butiran dan mikro struktur.    Kernel  UO 2 yang  mempunyai spesifikasi  sifat  fisis  yang  tinggi  akan mempunyai  prospek  yang  baik  sebagai elemen  bahan  bakar  reaktor.  Oleh  karena itu,  pada  pembuatan  kernel  UO 2 dengan proses  TGU  perlu  diketahui  pengaruh  aditif urea,  HMTA  serta  perubahan  temperatur dan  waktu  reduksi.  Tujuan  penelitian  ini ádalah  mempelajari  pengaruh  aditif  urea dan  HMTA  pada  proses  TGU    serta temperatur  dan  waktu  reduksi  kernel  U 3 O 8
dengan  gas  H 2 dalam  médium  gas  N 2 terhadap spesifikasi sifat fisis kernel UO 2 .

## TATA KERJA
• Bahan
Urea  dan  heksa  metilen  tetra  amin ( HMTA )  Merck  berfungsi  sebagai  sumber amonia    pada  pembentuk  sol.  Tetra  hidro furfuril  (THF)  Merck  berfungsi  sebagai pelarut PVA dan mengatur viskositas larutan sol.  Polivinil  alkohol  ( PVA )  Merck  berfungsi sebagai  reagen  pembentuk  gel.    Larutan uranil  nitrat  [ UO 2 (NO 3 ) 2 ]  berfungsi  sebagai pembentukan    kernel  oksida  uranium.  Gas H 2 berfungsi  sebagai  reduktor  dan  gas  N 2 sebagai médium reduksi.
• Alat
Tungku  pemanas  kalsinator  merk Heraeus  untuk  mengoksidasi  gel  menjadi kernel  U 3 O 8 .  Tungku  pemanas  reduktor untuk mereduksi kernel U 3 O 8 menjadi kernel UO 2 .  Seperangkat  alat  proses  gelasi  yang berbentuk kolom dari  kaca dengan tinggi 50 cm  dan  diameter  6  cm,  berfungsi  sebagai tempat  proses  gelasi  pembuatan  gel. Seperangkat alat surface areameter  NOVA- 1000,  untuk  menganalisis  sifat  fisis  kernel UO 2 .  Seperangkat  mikroskop  optik  tipe  150 Year-zeis, untuk menganalisis bentuk marfologi  dan  struktur  permukaan  butiran kernel UO 2 dan mikroskop elektron menggunakan  SEM  merk  Philips  untuk analisis  mikrostruktur kernel UO 2 .
• Cara  kerja
Pembuatan  kernel  UO 2 dengan proses TGU, dilakukan dengan mempelajari pengaruh  perubahan  konsentrasi  aditif  urea dan  HMTA  serta  temperatur  dan  waktu reduksi  kernel U 3 O 8 yang merupakan faktor yang  berpengaruh  pada    spesifikasi  fisis kernel UO 2 yang dihasilkan.

## ■ Pengaruh konsentrasi Urea
Pertama  kali  dibuat  20  ml  larutan campuran  UO 2 (NO 3 ) 2 1M,  urea  1  M, THF  2M  2  ml,  PVA  1,6  g,  dan  air. Sambil  diaduk  dan  dipanaskan  pada temperatur  70 o C  selama  20  menit. Setelah  itu  larutan  didiamkan  sampai temperaturnya sama dengan temperatur ruangan, 5 ml HMTA 1,8 M ditambahkan kedalam larutan dan diaduk  sampai  terbentuk  larutan  sol homogen.  Untuk  mendapatkan butiran gel  bulat  seperti  bola  kecil,  larutan  sol diteteskan  kedalam  kolom  gelasi  yang mengandung    NH 4 OH  5  M  sebagai medium.  Dengan  cara  yang  sama percobaan  diulangi  untuk  konsentrasi urea  1,3;  1,5  ;  1,8  dan  2  M.      Gel  yang dihasilkan  direndam  dalam  NH 4 OH  5  M pada  temperatur  60 o C  selama  1  jam, lalu  di  cuci  dengan  NH 4 OH  2,5  %  dan air    panas,  kemudian  dikalsinasi  pada temperatur  800 o C  selama      4  jam sehingga  diperoleh  kernel  U 3 O 8 ,  lalu direduksi dengan gas H 2 pada temperatur  850 o C  selama 2 jam pada tekanan 50 mmHg.
■ Pengaruh konsentrasi HMTA
Pertama  kali  dibuat  20  ml  larutan campuran  UO 2 (NO 3 ) 2 1  M,  urea  1  M, 1,6 g PVA, 2 ml THF 2M dan air. Sambil diaduk dan dipanaskan pada temperatur 70 o C  selama  20  menit.  Setelah  larutan didiamkan  sampai  temperaturnya  sama dengan temperatur ruangan, 5 ml HMTA 1,8 M ditambahkan kedalam larutan dan diaduk  sampai  terbentuk  larutan  sol homogen.    Untuk  mendapatkan  butiran gel  bulat  seperti  bola  kecil,  larutan  sol diteteskan  kedalam  medium  NH 4 OH  5 M  seperti  di  atas.    Dengan  cara  yang sama percobaan diulangi untuk konsentrasi HMTA 1,3; 1,5; 1,8 dan 2 M. Butiran  gel  direndam,  dicuci,  dikalsinasi dan direduksi dengan cara  seperti 3.1.
■ Pengaruh perubahan temperatur dan waktu reduksi
Pertama  kali,  gel  hasil  proses  TGU yang mempunyai
komposisi,
UO 2 (NO 3 ) 2 1M, urea 1,8 M,  1,6 g PVA, THF 2 M dan HMTA 1,8 M, dikalsinasikan  pada  temperatur  800 o C selama  4  jam  dalam  medium  udara, menghasilkan kernel U 3 O 8 . Setelah  itu,
kernel U 3 O 8 dimasukkan  kedalam cawan  platina  dan    diletakkan    di  atas plat inconel, kemudian  dimasukkan  ke
dalam    tungku  reduktor.  Udara  di dalamnya dikeluarkan dengan mengalirkan gas N 2 , lalu alat
dihidupkan  sampai  600 o C,  kemudian kernel    U 3 O 8 direduksi  dengan  gas  H 2 pada  tekanan 50 mmHg selama 2 jam. Selama  proses  reduksi  terjadi  reaksi antara  kernel  U 3 O 8 dengan  gas  H 2 dalam  medium  gas  N 2 ,  menghasilkan kernel  UO 2 .  Dengan  cara  yang  sama, percobaan diulangi pada 700, 750, 800 dan  850 o C  .    Juga  dipelajari  pengaruh waktu  reduksi  kernel  U 3 O 8 dengan  gas H 2 selama  1,  2,  3  dan  4  jam  pada temperatur  850 o C  dan  tekanan  50 mmHg.
Kernel  UO 2 hasil  reduksi  pada masing-masing  temperatur  dan  waktu reduksi di atas dikarakterisasi kerapatannya  dengan  menggunakan piknometer dan larutan CCl 4 , rasio O/U dengan  metode  gravimetri,  luas  muka spesifik  dan  jari-jari  rerata  dengan surface  areameter  NOVA-1000  dan diameter  butiran    kernel    UO 2 dengan mikroskop optik (MO)
pada pembesaran  50  X  dan  mikrostruktur kernel UO 2 dengan SEM pada pembesaran 1000X.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  Tabel  1  (Lampiran)  dan Gambar    1a  dan  b  ditunjukkan  pengaruh perubahan  konsentrasi  urea  pada  proses TGU  terhadap  perubahan  luas  muka spesifik,  jari-jari  pori  rerata  dan  rasio  O/U kernel  UO 2 hasil  reduksi  kernel  U 3 O 8 dengan gas H 2 dalam medium gas N 2 pada temperatur  850 o C,  tekanan  50  mmHg selama 2 jam.
0 10 20 30 40 50 1 1.3 1.5 1.8 2 Luas muka spes, m2/g Jari-jari rerata, A Rasio O/U
Gambar 1a. Pengaruh konsentrasi urea terhadap jari-jari pori rerata kernel UO 2 20 21.5 23 24.5 26 27.5 29 1 1.2 1.4 1.6 1.8
2
Kons. Urea, M J a ri -j a ri r e ra ta , A
Gambar 1b. Pengaruh konsentrasi urea terhadap luas muka spesifik dan rasio  O/U kernel UO 2 Terlihat bahwa perubahan konsentrasi  urea  1-2  M  pada  proses  TGU berpengaruh    pada  spesifikasi  sifat  fisis kernel UO 2 . Kernel
UO 2 tersebut mempunyai  rasio  O/U  sebesar  2,04-2,09 dan  luas  muka  spesifik  dengan    perbedaan kumulatif  relatif  kecil  yaitu  sebesar  3,85  %. Sedangkan  jari-jari  pori  rerata  pada  kernel UO 2 mempunyai perbedaan yang signifikan. Pada  konsentrasi  urea,  1-1,3  M  terjadi kenaikan  jari-jari  pori  rerata  dari  24,20 sampai 26,45 Å  dan pada konsentrasi urea, 1,3  -1,8  M  terjadi  penurunan  jari-jari  rerata dari  26,45  Å  sampai  24,69Å.  Setelah  itu, jari-jari  pori  reratanya  naik  kembali  pada konsentrasi  urea,  1,8-2M  dari  24,69  Å menjadi  27,31  Å.  Hal  ini  menunjukkan bahwa  pada  proses  kalsinasi  dan  reduksi terjadi    reaksi  kimia  dalam  padatan  dengan
menghasilkan  gas  CO 2 ,  CO,  NO 2 dan  H 2 O, kemudian
keluar melalui permukaan
padatan dengan membentuk pori-pori permukaan  yang  berbeda.  Jika  dikonversi jari-jari  rerata  pada  kernel  UO 2 sebesar 23,69-27,31Å kedalam diameter pori, menghasilkan  diameter  pori  sebesar  47,38 Å-54,62  Å,  diameter  pori  ini  terletak  dalam interval  standar    diameter  pori  sedang ( meso  pore )  antara  5-500  Å (5) .  Perbedaan analisis  spesifikasi  sifat  fisis  di  atas  akan berpengaruh  pada  perubahan  kerapatan kernel UO 2 seperti  pada Gambar 2.
Pada Gambar 2 ditunjukkan pengaruh  konsentrasi  urea  pada  proses TGU terhadap perubahan  kerapatan kernel UO 2 .  Kerapatan  kernel  UO 2 ditentukan  dari perbandingan  densitas  kernel  UO 2 hasil analisis (Da) terahadap densitas UO 2 teoritis (DT) seperti persamaan 2.
0 1 2 3 4 5 6 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Kons. Urea, M L u a s m u k a s p e s , m 2 /g 2 2.02 2.04 2.06 2.08 2.1 R a s io O /U Luas muka spes
m2/g Rasio O/U
(Damunir )

## Gambar 2. Pengaruh konsentrasi  urea pada proses TGU terhadap  kerapatan kernel  UO 2
Catatan :
Densitas kernel UO 2 hasil analisis (Da)
1.  Kerapatan kernel UO 2  = ------------------------------------------------  x 100 %          (2)
Densitas Teoritis UO 2 2.   Densitas teoritis UO 2 sebesar  10,96 g/mL
Terlihat pada Gambar 2, perubahan kerapatan  kernel  UO 2 dipengaruhi  oleh konsentrasi urea. Pertama kali urea tersebut ditambahkan  kedalam  larutan  uranil  nitrat  1 M pada temperatur 70 o C dan terurai menjadi amonia.    Kemudian  amonia  hasil  pengurai urea bersama dengan amonia hasil penguraian  HMTA  1,8  M  bereaksi  dengan uranium  dan  PVA  membentuk  larutan  sol. Setelah  itu  larutan  sol  digelasikan  dalam medium NH 4 OH 5 M menghasilkan gel bulat seperti  bola  kecil,  kemudian  kalsinasi  pada temperatur 800 o C selama 4 jam menghasilkan  kernel  U 3 O 8, dan  direduksi dengan  gas  H 2 dalam  medium  N 2 pada temperatur  850 o C,  tekanan  50  mmHg selama 2 jam  menghasilkan  kernel UO 2 .
Amonia  hasil  penguraian  urea  di atas  akan  mempengruhi  solidifikasi  dan kerapatan  kernel  UO 2 .  Semakin  besar konsentrasi urea yang ditambahkan
kedalam larutan uranil nitrat, semakin besar amonia  yang  dihasilkan,  sehingga  gel  yang dihasilkan  pada  proses  TGU  semakin sempurna    dan  terjadi  kenaikan  kerapatan kernel  UO 2 .  Pada  konsentrasi  urea  sebesar 1;  1,3;  1,5;  1,8  M    akan  terjadi  kenaikan kerapatan    kernel  UO 2 ,  berturut-turut    dari 49,36;  54,2;  54,56  dan  59,85%  DT.
Sedangkan  pada  konsentrasi  urea  2  M, menghasilkan  kelebihan  amonia,  sehingga dalam  larutan  sol    tidak  semua  amonia tersebut  bereakasi  dengan  uranium  dan PVA. Pada proses TGU, gel yang dihasilkan mengandung  kelebihan  amonia,  sehingga pada  proses  kalsinasi  dan  reduksi  pada temperatur  tingggi,  gelnya    mudah  pecah dengan  menghasilkan  kernel  U 3 O 8 dan kernel UO 2 berpori,  akibatnya terjadi penurunan  kerapatan  kernel  UO 2 yang dihasilkan  menjadi  58,30  %  DT.  Dari  hasil analisis  di  atas  dapat  ditentukan  kondisi
0 10 20 30 40 50 60 70 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 Konsentrasi urea, M K erapat an k ernel UO 2 , % DT
yang relatif baik yaitu pada konsentrasi urea 1,8M dan kernel UO 2 dihasilkan mempunyai kerapatan  sebesar  59,85  %DT,  luas  muka spesifik  sebesar  3,79  m 2 /g,  jari-jari  pori rerata  sebesar  24,69Å  dan  rasio  O/U sebesar  2,04.
Pada  Tabel  2  (Lampiran)  dan Gambar 3a-b ditunjukkan pengaruh
konsentrasi  HMTA  yang  ditambahkan  ke dalam  larutan  sol  pada  temperatur  ruangan terhadap perubahan luas muka spesifik, jari- jari  pori  rerata  dan  rasio  O/U  kernel    hasil reduksi kernel U 3 O 8 pada temperatur 850 o C selama 2 jam.
Gambar 3a. Data pengaruh konsentrasi  HMTA  terhadap , jari-jari  pori rerata kernel UO 2
Gambar 3b. Data pengaruh konsentrasi  HMTA  terhadap   luas  muka spesifik dan  rasio  O/U  kernel UO 2 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1 1.25 1.5 1.75 2 Kons. HMTA, M J a ri-ja ri re ra ta , A 0 1 2 3 4 5 6 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Kons. HMTA, M Lu as mu k a s pe s , m 2/g 2 2.02 2.04 2.06 2.08 2.1 Ras io O/U Luas muka spes, m2/g Rasio O/U
(Damunir )
Terlihat  bahwa  pada  konsentrasi HMTA  1-2  M,  kernel  UO 2 yang  dihasilkan mempunyai  rasio  O/U  sebesar  2,05-2,09, luas  muka  spesifiknya  mirip  satu  sama  lain dengan perbedaan   kumulatif sebesar 1,59 %,  sedangkan  jari-jari  pori  rerata  pada kernel  UO 2 mempunyai  perbedaan  yang signifikan.  Pada  konsentrasi  HMTA  1-1,3  M terjadi kenaikkan jari-jari pori-pori rerata dari 23,36Å sampai 26,23Å dan pada konsentrasi  HMTA  1,3-1,8  M    terjadi penurunan  jari-jari  pori  rerata  dari    26,23  Å sampai  22,80  Å.  Setelah  itu,  jari  jari  pori reratanya    naik  kembali  pada  konsentrasi HMTA 1,8-2 M dari 22,80 Å sampai  25,29Å.
Perubahan jari –jari pori tersebut menunjukkan bahwa selama proses
kalsinasi maupun reduksi juga terjadi reaksi kimia  dalam  padatan  dengan  menghasilkan gas  CO 2 ,  CO,  NO 2 dan  H 2 O,  kemudian keluar  melalui  permukaan  padatan  dengan menghasilkan pori-pori yang berbeda. Konversi jari-jari pori rerata pada kernel UO 2 dari  22,80-26,23  Å  menghasilkan  diameter sebesar  45,60-52,46  Å,  diameter  ini  juga terletak dalam selang interval  standar meso pori seperti pada Tabel 1 (lampiran).
Perbedaan  analisis  spesifikasi  sifat fisis  di  atas  akan  berpengaruh  pada perubahan  kerapatan    kernel  UO 2 (Gambar 4).  Pada  Gambar  4  ditunjukkan  pengaruh konsentrasi HMTA terhadap kernel UO 2 .
Gambar 4. Pengaruh  konsentrasi  HMTA pada  proses TGU terhadap  kerapatan kernel UO 2
Pada  proses  TGU  dihasilkan  gel yang mengandung kelebihan amonia, sehingga pada proses kalsinasi dan reduksi di  atas  pada  temperatur  tingggi,  gel  mudah pecah dengan meghasilkan kernel U 3 O 8 dan kernel UO 2 berpori,  akibatnya terjadi penurunan  kerapatan  kernel  UO 2 yang dihasilkan  menjadi  57,39  %DT.  Dari  hasil
analisis  di  atas  diperoleh  kondisi  relatif  baik pada  konsentrasi  HMTA  1,8  M,  kernel  UO 2 yang  dihasilkan  mempunyai  kerapatan sebesar  58,49  %  DT,  luas  muka  spesifik sebesar  3,97  m 2 /g,  jari-jari  pori  rerata sebesar  22,80  Å  dan  rasio  O/U  sebesar 2,08. Menurut
Kim.Yeoku et al [6] , konsentrasi  urea  dan  HMTA  pada  proses
0 10 20 30 40 50 60 70 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Konsentrasi HMTA, M K erapat an k ernel UO 2, % DT
TGU  paling  baik  adalah  2  M,  mirip  dengan hasil analisis seperti di atas.
Pada  Tabel  3  (lampiran)  dan Gambar
5a-b
ditunjukkan pengaruh
temperatur reduksi kernel U 3 O 8 dengan gas
H 2 dalam medium gas N 2 pada tekanan  50 mmHg  selama  2  jam  terhadap  luas  muka spesifik,  jari-jari  pori  rerata  dan  rasio  O/U kernel UO 2 .
Gambar 5a. Data pengaruh temperatur reduksi kernel U 3 O 8 terhadap jari-jari pori rerata kernel UO 2
Gambar 5b. Data pengaruh temperatur reduksi kernel  U 3 O 8 terhadap luas  muka spesifik, dan rasio O/U kernel UO 2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 600 650 700 750
800 850 Temperatur, o C J ari-j ari rerata, A 0 2 4 6 8 10 600 650 700 750 800 850 Temperatur, o C Lu as mu k a s pe s , A 2.02 2.04 2.06 2.08 2.1 2.12 2.14 2.16 Ras io O/U Luas muka spes, m2/g Rasio O/U
Terlihat bahwa perubahan temperatur reduksi kernel U 3 O 8 dengan gas H 2 dalam  médium  gas  N 2 pada  temperatur 600-800 o C, tekanan 50 mmHg selama 2 jam terjadi  penurunan  luas  muka  spesifik,  jari – jari  pori  rerata  dan  rasio  O/U  kernel  UO 2 .
Hal ini menunjukkan
bahwa pada
temperatur tersebut terjadi perubahan
struktur kristal kernel UO 2
diikuti penyusutan  pori-pori  permukaan  padatan. Sebaliknya pada temperatur 850 o C terjadi
kenaikan  luas  muka  spesifik,  jari-jari  pori rerata  dan  rasio  O/U  kernel  UO 2 .    Pada
kondisi  ini  terjadi  pembesaran  volume  pori dipermukaan  padatan,  sehingga  jumlah pori-porinya bertambah serta terjadi reoksidasi  antara  kernel  UO 2 dengan oksigen  hasil  penguraian  senyawa  kimia dalam  padatan.  Perubahan  sifat  di  atas akan  berpengaruh  pada  kerapatan  kernel UO 2 seperti terlihat pada Gambar 3.
Pada Gambar 6 ditunjukkan pengaruh  temperatur  reduksi  kernel  U 3 O 8 dengan  gas H 2 dalam medium gas N 2 pada tekanan  50  mmHg  selama  2  jam  terhadap kerapatan kernel UO 2 .
Gambar 6. Pengaruh  temperatur  reduksi  kernel U 3 O 8 dengan gas H 2 dalam medium   gas N 2 pada tekanan   50 mmHg selama 2 jam terhadap kerapatan   kernel UO 2 .
Terlihat  pada  Gambar  6,  bahwa  reduksi kernel  U 3 O 8 dengan  gas  H 2 dalam  medium gas  N 2 ,  pada  temperatur  600-800 o C, tekanan 50 mmHg selama 2 jam menghasilkan kernel UO 2 dengan kerapatan  berbeda.  Perubahan  kerapatan kernel  UO 2 tersebut dipengaruhi  oleh temperatur  reduksi.    Pada    temperatur reduksi  sebesar  600-800 o C,  senyawa  kimia
dalam padatan terurai menjadi gas CO,CO 2 , NO 2 dan H 2 O, kemudian keluar dari padatan dengan  membentuk  pori  pori  permukaan berbeda.  Pada  reduksi  kernel  U 3 O 8 pada temperatur  600 o C  pada  kondisi  yang  sama, menghasilkan  kernel  UO 2 yang  mempunyai pori-pori  relatif  besar,  kemudian  menyusut kembali  pada  temperatur  700,750  dan  800 dan  850 o C.  Perubahan  pori-pori  padatan
0 10 20 30 40 50 60 70 80 600 650 700 750
800 850 Temperatur reduksi, o C K erapat an k erel UO 2, %D T
tersebut  akan  mempengaruhi  perubahan kerapatan kernel UO 2 yang dihasilkan. Hasil analisis menunjukkan bahwa pada temperatur  reduksi  dari  600,  700,  750  800 dan    800 o C  terjadi  kenaikkan  kerapatan kernel  UO 2 ,  berturut  turut dari    48,45%  DT; 53,47%DT,  57,66  DT;  dan  62,86  %D  dan 62,68  %  DT.  Kernel  UO 2 yang  dihasilkan
pada temperatur 850 o C mempunyai kerapatan  mirip  dengan  kerapatan  kernel UO 2 hasil  reduksi  pada  temperatur  800 o C.
Pada  kondisi  ini,  reaksi  antara  kernel  U 3 O 8
dengan  gas H 2 dalam medium gas N 2 pada tekanan  50  mmHg  selama  2  jam  relatif sempurna  dan  kernel  UO 2 yang  dihasilkan stabil.
Pada  Tabel  4  (lampiran)  dan Gambar  7a-b  ditunjukkan  pengaruh  waktu reduksi  kernel  U 3 O 8 dengan  gas  H 2 dalam medium  gas  N 2 pada  temperatur  850 o C terhadap  luas  muka  spesifik,  jari-jari  pori rerata  dan rasio O/U kernel UO 2 .
Gambar 7a. Pengaruh waktu reduksi kernel U 3 O 8 terhadap jari-jari pori  rerata kernel UO 2 0 5 10 15 20 25 30 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Waktu, jam J ari-j ari rerata, A
(Damunir )
Gambar 7b. Pengaruh waktu reduksi kernel U 3 O 8 terhadap luas muka spesifik, dan rasio O/U kernel UO 2
Terlihat  bahwa  perubahan  waktu reduksi  kernel  U 3 O 8 selama  1-3  jam  terjadi penurunan  luas  muka  spesifik,  jari –jari  pori dan rasio O/U kernel UO 2 . Sebaliknya  pada waktu  reduksi  selama  3-4  jam  terjadi kenaikan  luas  muka  spesifik,  jari-jari  pori rerata  dan  rasio  O/U  pada  kernel  UO 2 .  Hal ini  menunjukkan  bahwa  selama  proses reduksi  terjadi  pembesaran  volume  pori dipermukaan  padatan  sehingga  jumlah porinya  bertambah  dan  terjadi  reoksidasi antara  kernel  UO 2 dengan  oksigen  hasil penguraian  senyawa  kimia    dalam  padatan. Perubahan sifat fisis di atas akan berpengaruh  pada  kerapatan  kernel  UO 2
seperti  pada Gambar 8.
Pada Gambar 8 ditunjukkan pengaruh waktu reduksi kernel U 3 O 8 dengan gas  H 2 dalam  médium  gas  N 2 pada temperatur  850 o C,  tekanan  50  mmHg terhadap  kerapatan  kernel  UO 2 .  Terlihat pada  Gambar  8,  reduksi  kernel  U 3 O 8 dengan  gas H 2 dalam medium gas N 2 pada temperatur  850 o C,  tekanan  50  mmHg selama  1-2  jam  menghasilkan  kernel  UO 2 diikuti  kenaikan  kerapatannya.  Seperti  telah diterangkan  pada  Gambar  6  bahwa  reduksi kernel  U 3 O 8 dengan  gas  H 2 dalam  medium
gas  N 2 pada  temperatur  850 o C,  senyawa kimia  dalam  padatan  terurai  menjadi  gas- gas  CO,CO 2 ,  NO 2 dan  H 2 O,  kemudian keluar  melalui    permukaan  padatan  dengan membentuk    pori-pori  perbeda.  Pada  waktu reduksi selama 1 jam, gas –gas hasil
penguraian  senyawa  kimia  seperti di  atas  keluar    melaui  permukaan  padatan dengan  membentuk  pori  relatif  besar.  Pada kondisi  ini,  belum  terjadi  penyusutan  pori – pori  padatan  sehingga  pori-porinya  relatif besar  dan  karapatan  kernel  UO 2 yang dihasilkan sebesar  53,47 %DT. Pada waktu reduksi    selama  2  jam  pada  kondisi  yang sama, proses  reduksi relatif  sempurna  dan terjadi  penyurutan  pori-pori  permukaan padatan  menjadi  lebih  kecil,  sehingga kerapatan  kernel  UO 2 naik  menjadi  66,70 %DT.  Sedangkan  pada  waktu  reduksi    di atas 2 jam  terjadi  pembesaran  volume pori permukaan ( Swelling ) sehingga jumlah pori- porinya  bertambah  besar.  Pertambahan jumlah  pori-pori  padatan  selama  reduksi  3 jam  lebih  kecil  dibandingkan  dengan  waktu reduksi  selama  4  jam,  akibatnya  terjadi perunanan    kerapatan  kernel  UO 2 yang dihasilkan. Penurunan kerapatan kernel UO 2 yang  dihasilkan  pada  waktu  reduksi  selama
0 1 2 3 4 5 6 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Waktu, jam Lu as mu k a s pe s , A 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.1 2.11 2.12 Ras io O/U Luas muka spes, m2/g Rasio O/U
3  jam  sebesar  62,23  %DT  dan  waktu reduksi  4  jam  sebesar  61,86  %DT.  Abdel- Halim et al (7) , mempelajari pengaruh temperatur  dan  waktu  reduksi  kernel  U 3 O 8 hasil proses gelasi  internal  yang  menggunakan  uranil nitrat,  urea  dan  HMTA  sebagai  larutan umpan gelasi, diperoleh hasil bahwa kondisi reduksi  kernel  oksida  uranium  paling  baik adalah  pada  temperatur    800 o C  selama  2 jam,  juga  mirip  dengan  analisis  tersebut  di atas.
Gambar 8. Pengaruh waku reduksi kernel U 3 O 8 dengan  gas  H 2 dalam medium gas N 2 pada temperatur  850 o C tekanan 50 mmHg  terhadap kerapatan kernel UO 2
Pada  Gambar  9  ditunjukkan  bentuk permukaan  butiran  dan  mikrostruktur  kernel UO 2 hasil  reduksi  kernel  U 3 O 8 dengan    gas H 2 dalam  médium  gas  N 2 pada  temperatur 850 o C  ,  tekanan  50  mmHg  selama  2  jam.
Pada  Gambar  9  dapat  dilihat    bentuk mikroskopis butiran dan mikrostruktur permukaan  kernel  UO 2 hasil  reduksi  kernel U 3 O 8 tersebut yang diamati dengan mikroskop  optik  pada  pembesaran  50  X (Gambar  9.1)    dan  bentuk  mikrostruktur permukaan kernel UO 2 yang diamati dengan SEM  pada  pembesaran  1000X  (Gambar 9.2)  .  Terlihat  pada  Gambar  9.1,  bentuk mikroskopis permukaan adalah bulat
seperti  bola  berwarna  hitam,  dan  pada Gambar
9.2
bentuk
strukturmikro
permukaan   kernel UO 2 relatif  halus, tetapi terdapat  sedikit  pori  pori  di  permukaan padatan.  Pori-pori  permukaan  tersebut terbentuk  dari  hasil  penguraian  senyawa kimia  yang keluar melalui  pori pori padatan. Setelah  itu, pori  pori  itu menyusut kembali selama    pemanasan    pada    temperatur tinggi  pada  proses  reduksi.  Pori  kernel  UO 2 tersebut  dapat  tertutup  kembali  dengan proses  sintering  pada  1500-1800 o C  atau lebih  dalam  medium  gas  argon  atau campuran  H 2 dengan  Argon,  sehingga spesifikasinya  dapat  ditingkatkan  ke  derajat murni nuklir untuk  dapat digunakan sebagai elemen  bahan  bakar  reaktor  temperatur tinggi.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 1.5 2 2.5 3
3.5 4 Waktu reduksi, Jam K e ra p a ta n k e rn e l U O 2 , % D T
Gambar 9.1.Bentuk  permukaan mikroskopis kernel UO 2
Gambar 9.2. Bentuk mikrostruktur permukaan mikroskopis kernel  UO 2
Di antara tahapan pembuatan bahan  bakar  reaktor  temperatur  tinggi adalah  pembuatan  kernel  UO 2 sinter . Menurut  Teddy  et  al (8) , salah satu persyaratan  senyawa  UO 2 (serbuk  atau kernel)  hasil  reduksi  untuk dapat  digunakan sebagai bahan dasar pembuatan UO 2 sinter dan  bahan  bakar  UO 2 adalah  mempunyai densitas  sebesar  40-75  %DT,  luas  muka spesifik  3-7  m 2 /g  dan  rasio  O/U  2,05-2,1.
Pada  percobaan  di  atas  terlihat  bahwa kernel  UO 2 yang  dihasilkan  mempunyai mikrostruktur  permukaan  halus,  kerapatan sebesar  58,45  -  66,70  %  DT,  luas  muka spesifik sebesar 3,97-4,79 m 2 /g, jari-jari pori rerata sebesar 16,69-24,69 Å dan rasio O/U sebesar  2,04-2,09,  yang  dihasilkan  pada konsentrasi  urea  1,8  M  dan    HMTA  1,8  M, temperatur  reduksi  800-850 o C  dan  waktu reduksi 2 jam, mirip dengan laporan di atas. Maka  dapat  dipahami  bahwa  proses  TGU dapat  digunakan  sebagai  metode  alternatif untuk  pembuatan  kernel  UO 2 .  Kernel uranium  oksida  yang  dihasilkan  memenuhi bersyaratan  sebagai  bahan  dasar  untuk pembuatan  bahan  bakar  nuklir  terutama untuk bahan bakar reaktor temperatur tinggi.

## SIMPULAN
Dari hasil
percobaan
dan
pembahasan  di  atas,  dapat  disimpulkan bahwa  proses  gelasi    total  uranium  (TGU) dapat  digunakan  sebagai  metode  alternatif untuk pembuatan kernel
UO 2 , menggunakan  UO 2 (NO 3 ) 2 ,  urea,  HMTA,
PVA  dan THF sebagai  bahan dasar  serta NH 4 OH sebagai larutan medium.
Perubahan  konsentrasi  aditif  urea  dan HMTA  serta  temperatur  dan  waktu  reduksi berpengaruh  terhadap  spesifikasi  kernel UO 2 . Kondisi relatif baik (optimum) diperoleh pada konsentrasi urea 1,8 M dan  HMTA 1,8 M, temperatur reduksi 800-850 o C dan waktu reduksi  2  jam.  Kernel  UO 2 yang  dihasilkan mempunyai  mikrostruktur  permukaan  halus,
kerapatan  sebesar  58,48-66,70  %DT,  luas muka  spesifik  sebesar  3,97-4,79  m 2 /g,  jari- jari  pori  rerata  sebesar  16,69-24,69  Å  dan rasio O/U sebesar 2,04-2,09.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Staf  Bidang Kimia dan Teknologi  Proses  Bahan-PTAPB  yang  telah banyak  membantu    hingga  penelitian  ini dapat  diselesaikan.

## DAFTAR PUSTAKA
1.  ION SUE., NICHOLLS DAVID., MATZE  RENGIS  and  MATZNER
DIETER,  “
Pebble Bed  Modular Reactor  the  First  Generation  IV Reactor  to  be  Constructed ,”  Word nuclear association annual
symposium (2003) 1-16.
2.  KITAMURA  N,  WATARUMI    K  ., SATA K, “(Nuclear fuel industries Ltd,
Naka  Ibaki    Japan);  SAWA  K., SHIOZAWA  S and TANAK  T ( Japan Atomic  Energy  Research  Inst.,  Oari, Ibaki Japan)”  Present  status  initial core  fuel  fabrication  for  HTR”,  Article in  IAEA-TECDOC-988:  Vienna  (2003) 373 -383.
3.  FU  XIAOMING,  LIANG  TONGIANG, TANG  YAPING,  XU    ZHICHANG AND    TANG  CHUBE ,  “ Preparation  of
UO 2 Kernel for HTR-10 Fuel
Element ”,    Journal  of    Nuclear
Science  and  Technology,  Vol  41,  9 (2004) 943-948. 4.  DAMUNIR, ”Kajian  Pengaruh  aditif urea  dan  heksa  metilen  tetra  amin pada proses pengendapan gelasi total uranium  terhadap  sifat  kimia  gel  Poli (uranat- vinil  alkohol)”,    Prosiding  PPI- PDIPTN  Pustek  Akselerator  dan Proses Bahan-BATAN (2007) 74-81.
5. GREGG,  S.  J.,  SING,  K.S.W.,”
Adsorption, Surfacea area and
Porosity ”  Second  edition,  Academic
Press  Ins.  (London)  Ltd  (1982)  25  - 150. 6.  KIM YEOKU., JEONG KYUNG CHAI., OH SEUNG CHUL., CHO MOONSUNG.,  NA    SANG  HO.,  LEE YOUN  WOO.,  CHANG  WHA.,  “ A Basic  Study  on  Spherical  UO 2 kernel Preparation Using the Sol-Gel Method ”,  Journal  of  the  Korean ceramic society, Vol 42, 9 (2005) 1-13 7.  ABDEL-  HALIM,  A.S.,  AFIFIC,Y.  K and EL- ADHAM. K.A., “ Fabrication of
UO 2 Microsphere by Hydrolysis Process ”, Powder Metallurgy
International, Vol 19, 5 (1987) 22- 26
8.  TEDDY  S.  GRON.,  VIRGENIA  B. CARES., HERBERL  L.  LERNER.,  “ Solid S tate Communications” ,
Pergamon  Press,  Great  Britain,  vol.5,
(1964) 349-352.

## LAMPIRAN
Tabel 1. Data pengaruh konsentrasi urea terhadap luas muka spesifik, jari-jari pori rerata dan rasio  O/U kernel UO 2
Urea (M) Luas muka spesifik (m 2 /g) Jari-jari rerata (Å) Rasio O/U 1,0 1,3 1,5 1,8 2,0 4,94 4,81 4,89 3,79 4,50 24,20 26,45 23,69 24,69 27,31 2,08 2,06 2,08 2,04 2,09
Tabel  2. Data pengaruh konsentrasi  HMTA  terhadap   luas  muka spesifik, jari-jari pori rerata   dan  rasio  O/U  kernel UO 2
HMTA (M) Luas muka spesifik (m 2 /g) Jari-jari pori rerata (Å) Rasio O/U 1,0 1,3 1,5 1,8 2,0 4,59 4,36 4,71 3,97 5,01 23,36 26,23 25,57 22,80 25,29 2,08 2,09 2,05 2,08 2,05
Tabel 3. Data   pengaruh   temperatur   reduksi  kernel U 3 O 8 dengan  gas H 2 dalam médium gas N 2 pada tekanan 50 mmHg  terhadap  luas muka spesifik, jari - jari pori  rerata   dan rasio O/U  kernel UO 2
Temperatur
Reduksi ( o C) Luas muka spesifik (m 2 /g) Jari-jari pori rerata (Å) Rasio O/U 600 700 750 800 850 6,15 5,36 5,10 3,41 4,36 38,38 19,66 18,24 16,69 18,24 2,14 2,10 2,04 2,04 2,09
Tabel 4. Data  pengaruh waktu reduksi kernel U 3 O 8 dengan gas H 2 dalam medium  gas N 2 pada temperatur    850 o C dan tekanan  50 mmHg  terhadap  luas  muka spesifik,  jari-jari pori rerata dan rasio   O/U kernel UO 2
Waktu (jam ) Luas muka spesifik (m 2 /g) Jari-jari pori rerata
(Å)
Rasio O/U 1 2 3 4 5,64 4,64 4,37 5,29 22,61 19,66 22,46 24,54 2,11 2,05 2,07 2,08