ANALSIS TERMAL  PADUAN AlMgSi  UNTUK KELONGSONG BAHAN BAKAR U 3 Si 2 -Al DENSITAS TINGGI

## Aslina Br.Ginting
Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir –BATAN
Kawasan Puspiptek, Serpong Tangerang

## ABSTRAK
ANALISIS    TERMAL  PADUAN  AlMgSi    UNTUK    KELONGSONG    BAHAN  BAKAR  U 3 Si 2 -Al DENSITAS  TINGGI. Penggunaan  bahan  bakar  nuklir  densitas  tinggi    harus  didukung    dengan penggunaan  kelongsong  yang kompatibel dengan bahan bakar yang dikungkungnya.  Hal ini penting mengingat  bahan  bakar  berdensitas  tinggi  mempunyai  kekerasan  yang  lebih  tinggi.  Sehingga  bila digunakan paduan  AlMg2 sebagai kelongsong bahan bakar densitas tinggi dapat terjadi efek d ogbone pada saat proses perolan. Oleh karena itu perlu mencari  alternatif pengganti bahan kelongsong AlMg2 yang digunakan Batan Teknologi pada saat ini. Salah satunya adalah  paduan AlMgSi yang mempunyai sifat kimia, dan sifat fisik lebih baik dari kelongsong AlMg2, sehingga paduan tersebut  dapat menjadi sebagai  alternatif    kelongsong  bahan  bakar  densitas    tinggi  4,8  gU/cm 3 .  Pada  penelitian  ini  telah dilakukan  analisis  sifat  kimia  dan  sifat  termal  terhadap  PEB  U 3 Si 2 -Al    densitas  4,8  gU/cm 3 menggunakan  kelongsong  AlMgSi  dan  terhadap  PEB  U 3 Si 2 -Al    densitas  4,8  gU/cm 3 menggunakan kelongsong  AlMg2.  Analisis  termal  meliputi  analisis  stabilitas  panas,  kapasitas  panas,  entalpi, temperatur  lebur  ,konduktivitas  panas,  koefisien  muai  panjang  dan  selanjutnya  kedua  hasil analisisnya  dibandingkan.  Hasil  analisis  menunjukkan  bahwa  kelongsong  AlMgSi  maupun  AlMg2 mempunyai kompatibilitas dengan bahan bakar U 3 Si 2 -Al  cukup baik dan stabil terhadap panas hingga temperatur 650 o C, diatas temperatur 650 o C kelongsong AlMgSi, AlMg2 maupun PEB U 3 Si 2 -Al densitas 4,8  gU/cm 3 telah  mengalami  reaksi  endotermik.  Reaksi  endotermik  tersebut  menunjukkan  reaksi peleburan  kelongsong  AlMgSi,  AlMg2  maupun  matrik  Al.  Kelongsong  AlMgSi  maupun  AlMg2 mempunyai temperatur lebur dan entalpi peleburan yang tidak jauh berbeda tetapi kelongsong AlMgSi mempunyai kapasitas panas, konduktivitas panas lebih besar serta mempunyai koefisien muai panjang lebih kecil dibanding kelongsong AlMg2. Dari hasil  analisis termal menunjukkan bahwa  PEB U 3 Si 2 -Al densitas    4,8  gU/cm 3 menggunakan  kelongsong  AlMgSi  jauh  lebih  baik  dibanding  PEB  U 3 Si 2 -Al densitas 4,8 gU/cm 3 menggunakan kelongsong AlMg2. Hasil analisis karakter kelongsong AlMgSi ini diharapkan    dapat menjadi  sebagai masukan kepada kelompok modeling  dan  fabrikator  bahan  bakar reaktor riset  PEB U 3 Si 2 -Al untuk mendesain elemen bakar reaktor riset dengan muatan uranium yang tinggi menggunakan kelongsong AlMgSi.
Kata Kunci : Sifat  termal, bahan bakar U 3 Si 2 -Al, densitas 4,8 gU/cm 3 ,Kelongsong AlMgSi.

## ABSTRACT
THERMAL  ANALISYS  OF  AlMgSi  ALLOY  FOR  U 3 Si 2 -Al  HIGH  DENSITY  FUEL  CLADDING. The utilization of high-density nuclear fuel must be supported by cladding material that is compatible with the fuel  it contains considering that high-density fuel  possesses greater hardness. If AlMg2  alloy is used  as  high  density  fuel  cladding,  dog  bone  effect  may  occur  during  rolling.  For  this  reason,
alternate  cladding  material  is  being  investigated  to  replace  the  AlMg2  cladding  currently  employed by  Batan  Teknologi.  One  of  the  candidates  is  AlMgSi  alloy  which  exhibits  better  chemical  and physical  properties  compared  to  AlMg2  cladding,  thus  the  alloy  is  regarded  as  suitable  for  high uranium density of 4.8 gU/cm 3 . In addition, the fabrication process of AlMgSi alloy as a cladding for U 3 Si 2 -Al  fuel  plate  with  a  uranium  density  of  4.8  gU/cm 3 is  almost  similar  as  that  of  the  AlMg2 cladding.  In  this  experiment  have  been  done  thermal  and  chemical  of  properties    toward  U 3 Si 2 -Al fuel  plates  with  density  of  4.8  gU/cm 3 used  AlMgSi  cladding  and  U 3 Si 2 -Al  fuel  plates  used  AlMg2 cladding. To establish the better chemical and thermal  properties of the AlMgSi cladding compared to the AlMg2 cladding, a range of analyses are performed on U 3 Si 2 -Al fuel plates having a uranium density of 4.8 gU/cm 3 that employ AlMgSi and AlMg2 claddings. These include thermal analyses, i.e. heat stability, heat capacity, melting enthalpy, melting point,  thermal conductivity, and coefficient of linear thermal expansion, the two sets of results are compared. It is revealed that both AlMgSi and AlMg2 claddings show good compatibility with U 3 Si 2 -Al fuel and also good thermal stability up to 650  C, above which the AlMgSi, AlMg2 cladding and U 3 Si 2 -Al fuel plate having a uranium density of 4.8 gU/cm 3 undergo endothermic reaction. The endothermic reaction signifies melting of AlMgSi, AlMg2 and  Al  matrix.  AlMgSi  and  AlMg2  claddings  have  similar  melting  point  and  melting  enthalpy,  but AlMgSi cladding has greater heat capacity, and thermal conductivity as well as smaller coefficient of linear thermal expansion compared to AlMg2 cladding. The results from thermal analysis  show that U 3 Si 2 -Al fuel plate with a uranium density of 4.8 gU/cm 3 that employs AlMgSi cladding is significantly better than the one employing AlMg2 cladding. The characteristics of the AlMgSi cladding obtained in this study are expected to serve as inputs to the modeling group and fabricator of research reactor fuel,  i.e.  U 3 Si 2 -Al  fuel  plate,  in  designing  research  reactor  fuel  with  a  high  uranium  density  using AlMgSi cladding.
Keywords : Thermal properties, U 3 Si 2 -Al fuel, uranium density of 4.8 g/cm 3 , AlMgSi, cladding

## PENDAHULUAN
Pada  tahun  1998  yang  lalu  Indonesia dalam hal ini BATAN telah melakukan fabrikasi pelat elemen bakar (PEB) jenis silisida U 3 Si 2 -Al dengan  densitas  2,9  g/cm 3 sebagai  pengganti elemen bakar lama jenis oksida U 3 O 8 -Al. Pada tahun  2001  BATAN  telah    berhasil  pula memasukkan  bahan  bakar  silisida  U 3 Si 2 -Al dengan  densitas  2,9  g/cm 3 ke  seluruh    teras Reaktor Serba Guna G.A.Siwabessy  Serpong (All  Indonesian  Core ).  Dari  hasil  penelitian yang  telah  dilakukan  yang  dikaitkan  dengan keselamatan  operasi  reaktor  diperoleh  hasil bahwa  bahan  bakar  jenis  silisida    U 3 Si 2 -Al dengan  densitas  2,9  g/cm 3 mempunyai  kinerja (performance) yang  tidak  jauh  berbeda dengan  bahan  bakar  lama  yaitu  jenis  oksida U 3 O 8 -Al [2,3] .  Oleh  karena  itu,  Pusat    Teknologi Bahan Bakar Nuklir (PTBN)  terus melakukan penelitian dan pengembangan dan merencanakan  pembuatan  elemen  bakar
uranium  silisida  dengan  densitas  yang  lebih tinggi  dari 2,9 gU/cm 3 yaitu 3,6  ; 4,2 ;  4,8  dan 5,2  gU/cm 3 sebagai  pengganti  elemen  bakar lama    U 3 O 8 -Al.  Dipilihnya  bahan  bakar  jenis uranium  silisida  karena    mempunyai  densitas yang  lebih    tinggi  sekitar  12,5  g/cm 3 sehingga dapat dimuati  dengan kandungan U 235 hingga tingkat  muat    uranium  6  gU/cm 3 ,  sedangkan elemen  bakar  lama  U 3 O 8 -Al  mempunyai densitas  8,6  g/cm 3 sehingga  hanya  dapat dimuati  oleh  kandungan  U 235 dengan  densitas 2,96  gU/cm 3 .  Selain  kehandalannya,  proses fabrikasi  uranium  silisida  tidak  jauh  berbeda dengan  fabrikasi  elemen  bakar  tipe    pelat U 3 O 8 -Al  menggunakan  kelongsong  AlMg2 yang  ada di Batan Teknologi Persero saat ini.
Meningkatnya  densitas  bahan  bakar  tersebut dapat  meningkatkan  siklus  operasi  reaktor [2] . Perpanjangan  siklus  operasi  ini  menyebabkan waktu  tinggal (life  time) bahan  bakar  di  dalam
reaktor  lebih  lama  yang  dapat  mengurangi penggantian bahan bakar (refuelling) sehingga effisiensi  dan  ekonomisasi  daur  bahan  bakar akan lebih meningkat.
Berdasarkan penelitian dan hasil analisis    fabrikator  ditunjang  dengan    kese- lamatan  operasi  reaktor    bahwa  pelat  elemen bakar U 3 Si 2 -Al dengan densitas uranium 2,9 dan 3,6  gU/cm 3 sangat    baik  di  gunakan  sebagai bahan  bakar  di  dalam  reaktor [3,4] .  Sedangkan untuk  densitas    uranium  4,2  dan  4,8  gU/cm 3 data  analisis  fabrikasi  menunjukkan  bahwa kedua  pelat  elemen  bakar  tersebut  tidak mengalami  kendala  dalam  proses  fabrikasi tetapi  penggunaannya  di  dalam  reaktor  sedang dalam  penelitian.  Tetapi  untuk  bahan  bakar U 3 Si 2 -Al dengan densitas  uranium 5,2 gU/cm 3 di dalam  proses    fabrikasi  mengalami  kendala dalam  hal  ketebalan  kelongsong  AlMg2  yang dipersyaratkan. Bila muatan uranium ditingkatan menjadi  5,2  gU/cm 3 menyebabkan    kekerasan inti  elemen  bakar  akan  meningkat  sehingga akan  berpengaruh  terhadap  proses  perolan kelongsong  AlMg2.  Hal  ini  tidak  diinginkan karena  terjadi fenomena dogbone pelat  elemen bakar  reaktor  riset [3,4,5] .  Oleh  karena  itu  dalam meningkatkan    muatan  uranium,  dilakukan penelitian  dan  pengembangan  bahan  struktur kelongsong  bahan  bakar  densitas  lebih  tinggi. Seiring  dengan    berkembangnya  penggunaan bahan  bakar  yang  mempunyai  densitas  lebih tinggi    baik  jenis    U 3 Si 2 -Al  maupun  UMo-Al, maka  perlu  mengembangkan  kelongsong  yang lebih  kompatibel  dengan  bahan  bakar.  Hal  ini penting  mengingat  bahan  bakar  berdensitas tinggi  mempunyai  kekerasan  yang  lebih  tinggi, sehingga  bila  digunakan  kelongsong  AlMg2 pada saat perolan dapat terjadi efek d ogbone [6] . Perkembangan  itu,  perlu  mencari  beberapa alternatif  bahan  kelongsong  sebagai  pengganti kelongsong  AlMg2  yang  digunakan  Batan Teknologi pada saat ini.
Paduan  AlMgSi  merupakan    paduan aluminium  dengan  kandungan  unsur  pemadu utama adalah Mg dan Si yang mudah diperoleh
di  pasaran [7] .  Penambahan  unsur  paduan tersebut pada logam aluminium dapat menghasilkan  kondisi  yang  larut  padat  atau menghasilkan  senyawa  logam  fasa  kedua. Dengan demikian terjadinya peningkatan kekuatan  dan  kekerasan  paduan  AlMgSi disebabkan  oleh  penguatan  larut  padat  dan penguatan fasa kedua. Penguatan  dengan fasa kedua  yang  tarjadi  pada  paduan  AlMgSi  dapat ditingkatkan  lagi  dengan  cara  mengusahakan agar fasa kedua yang terjadi  berbentuk partikel halus berupa endapan  yang terdistribusi secara merata.  Penguatan  seperti  ini  dikenal  dengan pengerasan  endapan (precipitation  hardening).
Paduan  AlMgSi  juga  termasuk  dalam  paduan yang dapat dikeraskan dengan perlakuan panas (heat  treateable  alloy) [8,9] serta  partikel  halus yang  terdapat  pada  paduan  AlMgSi  dapat dimanfaatkan
pula sebagai tempat
berkumpulnya  cacat  titik  yang  diakibatkan  oleh panas atau radiasi, sebagai akibatnya berdampak  baik  kepada  penurunan  elongasi atau swelling bahan bakar,sehingga sangat baik digunakan  sebagai  kelongsong  bahan  bakar nuklir. Kondisi demikian ini merupakan keunggulan  paduan  AlMgSi    dan  merupakan perbedaan yang sangat mendasar bila dibandingkan  dengan  kelongsong  AlMg2  yang non heat treateable alloy .
Selain  keunggulannya,  proses  fabrikasi pembuatan paduan AlMgSi menjadi kelongsong hampir sama dengan proses fabrikasi pembuatan  kelongsong  AlMg2.  Tahapannya meliputi penyiapan, perolan dan anil kelongsong  AlMgSi  menjadi frame dan cover yang  dilanjutkan  dengan  pembuatan  pelat elemen  bakar  (PEB)  U 3 Si 2 -Al    densitas  4,8 gU/cm 3 . Perbedaan proses fabrikasi PEB U 3 Si 2 - Al    menggunakan  kelongsong  AlMgSi  adalah pada  temperatur  perolan  dan  anil,  proses perolan  kelongsong  AlMg2  dilakukan  pada temperatur 415 o C  yang di ikuti proses anil pada 425 o C  sedangkan  kelongsong  AlMgSi    di  rol pada temperatur  450 o C dan dianil pada 480 o C. Disamping  itu  paduan  AlMgSi  juga  mempunyai keunggulan  lain  dibanding  kelongsong  AlMg2
Analisis Termal Paduan AlMgSi Untuk Kelongsong Bahan Bakar U 3 Si 2 -Al Densitas Tinggi (Aslina Br. Ginting)
yang sangat erat kaitannya dengan persyaratan yang  harus  dimiliki  oleh  kelongsong  bahan bakar  densitas    tinggi  yaitu  sifat  kimia  dan  sifat fisik,  sehingga  keunggulan  kelongsong  AlMgSi perlu  dibuktikan  dengan  cara  membandingkan dengan kelongsong AlMg2.

## TATA KERJA
Bahan yang digunakan dalam penelitian  ini  adalah  kelongsong  AlMgSi  as receivved,  AlMg2  as  receivved,  AlMgSi  rol, AlMg2  rol,  PEB  U 3 Si 2 -Al  densitas  4,8  gU/cm 3
(dengan kelongsong AlMgSi) dan   PEB U 3 Si 2 - Al  densitas    4,8  gU/cm 3 (dengan  kelongsong AlMg2).  Sebelum  PEB  U 3 Si 2 -Al  densitas    4,8 gU/cm 3 di  fabrikasi  ,  terhadap  bahan  baku bahan  bakar  U 3 Si 2 -Al  tersebut  terlebih  dahulu dianalisis  komposisi  kimianya  menggunakan Titroprosessor.
Setelah diketahui perbandingan  komposisi  kimia  U 3 Si 2 :  Al, selanjutnya  diproses  lebih  lanjut  menjadi  inti elemen  bakar  (IEB)  U 3 Si 2 -Al  densitas  4,8 gU/cm 3 yang  dilanjutkan  dengan  pembuatan pelat  elemen  bakar  (PEB)  U 3 Si 2 -Al  densitas
4,8  gU/cm 3 .  Kemudian  dilakukan  analisis
termal  terhadap  kelongsong  AlMgSi as receivved,  AlMg2  as  receivved,  AlMgSi  rol, AlMg2  rol,  PEB  U 3 Si 2 -Al  densitas  4,8  gU/cm 3
(dengan kelongsong AlMgSi) dan   PEB U 3 Si 2 - Al  densitas    4,8  gU/cm 3 (dengan  kelongsong AlMg2) menggunakan DTA (Differential Thermal  Analysis) dan  DSC  ( Differential Scanning  Calometry) .  Hasil  analisis  termal berupa termogram DTA dan DSC  kemudian di evaluasi  sehingga  diperoleh  sifat  termal  dari kelongsong dan bahan bakar tersebut.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## 1.  Analisis komposisi kimia
Analisis komposisi kimia telah dilakukan  terhadap  bahan  baku  uranium logam  ,U 3 Si 2 dan  pelat  AlMgSi  AlMg2  dan pelat  elemen  bakar  U 3 Si 2 -Al  dengan  densitas
4,8gU/cm 3 menggunakan  alat    Titroprosesor.
Hasil  analisis  komposisi  kimia  yang  diperoleh dituangkan pada Tabel 1.
Tabel.1 Komposisi kimia paduan AlMgSi, AlMg2 , U 3 Si 2 dan U Logam
Paduan Kosentrasi  (% berat ) Mg Si Ti Cr Mn U AlMgSi 0,5708 0,845 0,0083 0,0014 0,,578 AlMg2 1,965 0,1214 - - - Logam Uranium - - - - - 99,82 U 3 Si 2 - 7,50 - - - 92,55 Sertifikat AlMgSi < 1,2 0,7-1,3 ≤0,1 ≤0,25 0,4-1,0 Sertifikat AlMg2 1,7-2,4 ≤0,30 - - -
Dari  hasil  analisis  komposisi  kimia  kemudian logam  uranium  tersebut  di  potong  yang dilanjutkan  dengan  proses  peleburan  menjadi serbuk  uranium  yang  kemudian  dipadu
dengan logam Si dengan perbandingan logam U  :  logam  Si  =  92,5%  :  7,5  %  .  Setelah diketahui  perbandingan  komposisi  kimia  U 3 Si 2 :  Al,  selanjutnya  diproses  lebih  lanjut  menjadi
Inti  Elemen  Bakar  (IEB)  dan    Pelat  Elemen Bakar (PEB) U 3 Si 2 -Al densitas  4,8 gU/cm 3 .
PEB  U 3 Si 2 -Al  densitas  4,8  gU/cm 3 dengan  kelongsong  AlMgSi  yang  telah  dibuat, kemudian  dilakukan  preparasi  pemotongan sisi  jauh  (SJ),  sisi  dekat  (SD)  dan    bagian tengah  (C).    Selanjutnya  untuk  membuktikan bahwa kelongsong AlMgSi lebih baik dibanding  kelongsong  AlMg2  ,  dikenakan analisis    termal  yang  meliputi  stabilitas  panas, kapasitas  panas,  entalpi,  temperatur  lebur ,konduktivitas  panas,  koefisien  muai  panjang dan  dibandingkan  dengan  PEB  U 3 Si 2 -Al densitas 4,8 gU/cm 3
menggunakan kelongsong AlMg2.

## 2.  Analisis termal
Analisis termal yang dilakukan meliputi temperatur lebur, entalpi, dan analisis kapasitas panas paduan AlMgSi (as receivved)  dan  AlMg2  (as  receivved),  AlMgsi rol, AlMg2 rol, Inti elemen bakar (IEB) U 3 Si 2 -Al densitas  4,8  gU/cm 3 ,  PEB  U 3 Si 2 -Al  densitas 4,8  gU/cm 3 (kelongsong  AlMgSi)  dan  PEB U 3 Si 2 -Al  densitas  4,8  gU/cm 3 (kelongsong AlMg2).  Analisis  temperatur  lebur  dan  entalpi dilakukan  menggunakan  alat  DTA  pada kondisi  operasi  30 o C  hingga  1000 o C  dengan kecepatan  pemanasan  10 o C/menit  dalam media gas argon UHP (ultra high purity) . Hasil analisis temperatur lebur dan entalpi peleburan  paduan  AlMgSi  (as  receivved)  dan AlMg2  (as  receivved),  AlMgsi  rol,  AlMg2  rol, IEB U 3 Si 2 -Al densitas  4,8 gU/cm 3 , PEB U 3 Si 2 - Al  densitas  4,8  gU/cm 3 (kelongsong  AlMgSi) dan  PEB  U 3 Si 2 -Al  densitas  4,8  gU/cm 3
(kelongsong
AlMg2)  dituangkan  pada  Gambar  1  sampai dengan  Gambar  7  dan  Tabel  2.  Hasil  analisis dengan
DTA  menunjukkan  bahwa  baik kelongsong AlMgSi maupun kelongsong AlMg2 stabil
terhadap panas hingga temperatur  650 o C,    hal  ini  ditunjukkan  oleh tidak adanya perubahan base line aliran panas hingga temperatur 650 o C seperti yang ditunjukkan  pada  termogram  DTA    Gambar  1 dan  2.    Namun  di  atas    temperatur  650 o C kedua  kelongsong  tersebut  telah  mengalami peleburan  dengan  besar  entalpi  peleburan seperti  yang  ditunjukkan  pada  Tabel  2. Kelongsong  AlMgSi  as  receivved  mulai mengalami peleburan pada temperatur 659,85 o C  yang  ditandai  dengan  terbentuknya puncak  endotermik  dengan  jumlah  panas peleburan  sebesar  ∆H=  72,43  cal/g.    Puncak endotermik  tersebut  menunjukkan  bahwa  titik awal  terbentuknya  puncak  tersebut (onset temperature) menyatakan  temperatur  mulai terjadinya  proses  peleburan  dan  titik  puncak (top  temperature) terbentuknya  puncak tersebut  menyatakan  temperatur  terjadinya proses  peleburan,  sedangkan  luasan  puncak yang terbentuk  menunjukkan  besarnya panas atau entalpi yang dibutuhkan untuk melakukan proses peleburan tersebut. Kelongsong AlMg2 as receivved mulai mengalami peleburan pada temperatur 654,65 o C dengan panas peleburan sebesar    ∆H=  77,44  cal/g.  Bila  dibandingkan temperatur  peleburan  dan  entalpi  peleburan kelongsong  AlMgSi  maupun  kelonsong  AlMg2 maka  kedua  bahan  kelongsong  tersebut  tidak mempunyai perbedaan yang signifikan.
Analisis Termal Paduan AlMgSi Untuk Kelongsong Bahan Bakar U 3 Si 2 -Al Densitas Tinggi (Aslina Br. Ginting)
Gambar 1. Termogram DTA AlMgSi as receivved

## Gambar 3. Termogram DTA AlMgSi Rol
Gambar 4. Termogram DTA AlMg2 Rol
Analisis Termal Paduan AlMgSi Untuk Kelongsong Bahan Bakar U 3 Si 2 -Al Densitas Tinggi (Aslina Br. Ginting)
Analisis    temperatur  lebur  dan  entalpi peleburan dengan DTA juga dilakukan terhadap    kelongsong  AlMgSi  rol  dan  AlMg2 rol.  Kelongsong  AlMgSi  rol  mulai  mengalami peleburan  pada  temperature  657,27 o C  yang ditunjukkan oleh reaksi termokimia endotermik dengan  panas  peleburan  yang  dibutuhkan se besar ∆H= 65,17 cal/g, sedangkan kelongsong  AlMg2  rol    mulai  mengalami proses    peleburan  pada  temperatur  654,94 o C dengan  panas  peleburan  yang  dibutuhkan sebesar  ∆H=  68,89  cal/g  seperti  yang  terlihat pada  termogram  DTA  Gambar  3  dan  4.  Dari hasil  analisis  ini  dapat  dinyatakan  bahwa proses perolan panas yang dikenakan terhadap  kelongsong  AlMgSi  pada  temperatur
450 o C  dan  415 o C  terhadap  AlMg2    pada  saat fabrikasi tidak berpengaruh terhadap temperatur  lebur  kelongsong  AlMgSi  maupun AlMg2, tetapi berpengaruh terhadap penurunan  besarnya  entalpi  peleburan  kedua kelongsong tersebut. Penurunan entalpi peleburan  AlMgSi  rol  maupun  AlMg2  rol disebabkan  karena    kelongsong  AlMgSi  dan AlMg2  yang  mengalami  proses  perolan  pada saat  fabrikasi menyebabkan  adanya  tegangan sisa  didalam  kelongsong  tersebut  yang  akan meningkatkan    energi  dalam (laten  heat) kedua  kelongsong  tersebut,  sehingga  dengan energi  atau  jumlah  panas  yang  kecil  saja kelongsong  AlMgSi  maupun  AlMg2    dapat terjadi proses peleburan.
Gambar 5. Termogram DTA IEB U 3 Si 2 -Al densitas 4,8 g/cm 3
Hasil  analisis  termal  yang  dilakukan  terhadap IEB U 3 Si 2 -Al densitas 4,8 gU/cm 3
menunjukkan  bahwa  terhadap    IEB  U 3 Si 2 -Al densitas    4,8  gU/cm 3 cukup  stabil  terhadap panas hingga temperatur 650 o C. Pada temperatur  664,36 o C    IEB  U 3 Si 2 -Al  densitas 4,8  gU/cm 3 mengalami  reaksi  termokimia endotermik  yang    menunjukkan  terjadinya pelelehan  matrik  Al    yang  terkandung    dalam bahan   bakar  U 3 Si 2 -Al  dengan  besar  panas
yang    dibutuhkan  sebesar  ∆H  =  11,54  cal/g. Lelehan
Al tersebut secara langsung berinteraksi  dengan  bahan  bakar  U 3 Si 2 secara eksotermik seperti yang terlihat pada termogram DTA Gambar 5.  Fenomena ini dapat  dijelaskan bahwa    terjadinya    puncak  eksotermik    pada temperatur  693,20 o C    menunjukkan  bahwa secara  langsung  terjadi  interaksi  atau  reaksi lelehan  Al  dengan  bahan  bakar    U 3 Si 2 dan menyebabkan pembentukan  fasa baru U(Al,Si) 3
dan  senyawa  UAlx      dengan  mengeluarkan sejumlah  panas  pembentukan  sebesar ∆H  =  - 26,64 cal/g. Adapun tahapan reaksi termokimia tersebut adalah sbb [9] : U 3 Si 2 + Al (padat)           U 3 Si 2 +  Al (cair)
(664,36 o C) U 3 Si 2 + Al (cair)                  U 3 Si 2 + U(Al,Si)x
(693,20 o C, perub.fasa) U 3 Si 2 +  4 Al              3UAl 4 + 2 Si  (730 o C)
Gambar 6. Termogram DTA  PEB U 3 Si 2 -Al densitas 4,8 gU/cm 3 (kelongsong AlMgSi)
Gambar 7. Termogram DTA PEB U 3 Si 2 -Al densitas 4,8 gU/cm 3 (kelongsong AlMg2)
Analisis    termal    juga  telah  dilakukan terhadap  bahan bakar  PEB U 3 Si 2 -Al densitas 4,8  gU/cm 3 (AlMgSi)  dan  PEB  U 3 Si 2 -Al densitas  4,8  gU/cm 3 (AlMg2)  menggunakan DTA. Hasil analisis yang diperoleh menunjukkan bahwa bahan  bakar PEB U 3 Si 2 - Al    densitas    4,8  gU/cm 3 (AlMgSi)    maupun PEB  U 3 Si 2 -Al  densitas  4,8  gU/cm 3 (AlMg2) cukup stabil terhadap panas hingga temperatur 650 o C.  PEB U 3 Si 2 -Al densitas  4,8 gU/cm 3 (AlMgSi)  mulai  mengalami  peleburan
pada temperatur 657,33 o C dengan
membutuhkan  panas  sebesar  ∆H=14,78  cal/g
sedangkan PEB U 3 Si 2 -Al  densitas 4,8 gU/cm 3
(AlMg2)  mulai  mengalami  peleburan  pada temperatur  654,51 o C  dengan  membutuhkan panas sebesar  ∆H = 20,08 cal/g  seperti yang terlihat  pada    Gambar    6  dan  7.    Kestabilan panas yang dimiliki  bahan bakar PEB U 3 Si 2 -Al densitas  4,8  gU/cm 3 (AlMgSi)  hingga  650 o C menunjukkan  bahwa    kelongsong  AlMgSi mempunyai  kompatibilitas  panas  yang  cukup baik  dengan    bahan  bakar  U 3 Si 2 -Al  densitas
4,8  gU/cm 3 ,  hal  ini  merupakan  persyaratan penting  dalam  hal  pemilihan  kelongsong bahan  bakar  nuklir  dengan  densitas  uranium tinggi.
Tabel 2. Besaran temperatur lebur ( o C) dan entalpi (J/g o C) Bahan Temp. peleburan endotermik ( o C) Entalpi peleburan (cal/g) Temp. P.senyawa eksotermik ( o C) Entalpi P.senyawa (cal/g) AlMgSi As receivved 659,85 72,43 AlMg2 As receivved 654,65 77,44 AlMgSi Rol 657,27 65,17 AlMg2 Rol 661,94 68,89 IEB U 3 Si 2 -Al densitas 4,8 gU/cm 3 664,36 11,54 693,20 26,64 PEB U 3 Si 2 -Al densitas 4,8 gU/cm 3 (AlMgSi) 657,33 14,78 PEB U 3 Si 2 -Al densitas 4,8 gU/cm 3 (AlMg2) 654,51 20,08
Hasil  analisis  temperatur  lebur  dan entalpi  peleburan  yang  dilakukan  terhadap paduan  AlMgSi  (as  receivved)  dan  AlMg2  (as receivved),  AlMgSi  rol,  AlMg2  rol,  Inti  elemen bakar  (IEB)  U 3 Si 2 -Al  densitas  4,8  gU/cm 3 , PEB U 3 Si 2 -Al densitas 4,8 gU/cm 3 (kelongsong AlMgSi) dan PEB U 3 Si 2 -Al densitas 4,8 gU/cm 3 (kelongsong AlMg2) secara keseluruhan menunjukkan bahwa   baik kelongsong AlMgSi maupun  kelongsong  AlMg2  cukup  stabil terhadap  panas  hingga  temperatur  650 o C  dan memiliki temperatur lebur dan entalpi peleburan yang tidak berbeda secara
signifikan.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  kedua kelongsong tersebut dapat  digunakan sebagai kelongsong bahan bakar.
Karakter termal lainnya yang dianalisis adalah  kapasitas  panas  (Cp=J/g o C)    paduan AlMgSi  (as  receivved)  dan  AlMg2  (as receivved), AlMgsi rol, AlMg2 rol, PEB U 3 Si 2 -Al densitas  4,8  gU/cm 3 (kelongsong  AlMgSi)  dan PEB U 3 Si 2 -Al densitas 4,8 gU/cm 3 (kelongsong AlMg2).
Analsisis dilakukan dengan
menggunakan alat Differential  Scanning Calorimetry (DSC) pada kondisi operasi 30 o C
hingga  450 o C  dengan  kecepatan  pemanasan 3 o C/menit.  Hasil  analisis  kapasitas  panas masing-masing  paduan  di  tampilkan  pada Gambar  8  sampai  dengan  Gambar  10.  Dari hasil  analisis  tersebut  dapat  diketahui    bahwa kelongsong  AlMgSi  as  receivved,  AlMgSi  rol maupun  PEB  U 3 Si 2 -Al  densitas  4,8  gU/cm 3
(kelongsong  AlMgSi)    mempunyai  kapasitas panas  yang  lebih  besar  dibandingkan  dengan kelongsong  AlMg2  as  receivved,  AlMg2  rol maupun  PEB  U 3 Si 2 -Al  densitas    4,8  gU/cm 3
(kelongsong  AlMg2).  Hal  ini  didukung  oleh analisis    termal  lainnya  yaitu  besaran konduktivitas  panas  dan  koefisien  muai panjang  seperti  yang  terlihat  pada  Tabel  3. Kelongsong    AlMgSi  mempunyai  besaran konduktivitas  panas  (k)  sebesar    201    W/m o C jauh  lebih  besar  dibanding    konduktivitas panas    kelongsong  AlMg2    sebesar  155 W/m o C  ,  disamping  itu  kelongsong  AlMgSi mempunyai  besaran  koefisien  muai  panjang sebesar  23  x  10 -6 / o C      yang  lebih  kecil dibanding  koefisien  muai  panjang  kelongsong AlMg2  sebesar  24    x  10 -6 / o C.  Kelongsong AlMgSi  memiliki  konduktivitas  panas  yang lebih  tinggi  karena  mempunyai  unsur  Si sebagai  pemadu,  dimana  Si    merupakan semikonduktor  yang  memiliki  daya  hantar panas  baik  dan  mempunyai  mobilitas  elektron yang tinggi [9] .
Tabel 3. Data konduktivitas panas dan koefi- sien muai panjang
Kelongsong  Konduktivitas panas (W/m o C) Koef.muai panjang ( o C -1 ) AlMg2 155 24  x 10 -6 AlMgSi 201 23 x 10 -6
Besaran  karakter termal yang meliputi temperatur  lebur,  entalpi,  kapasitas  panas, konduktivitas  panas  dan  koefisien  muai panjang  suatu bahan  merupakan sifat termal yang  sangat  penting  diketahui  sebelum digunakan  menjadi  kelongsong  bahan  bakar. Kelongsong bahan bakar sebaiknya mempunyai  temperatur  lebur  yang  tinggi  dan kestabilan  panas  yang  baik  serta  mempunyai kompatibilitas  panas  yang  baik  dengan  inti elemen  bakarnya.  Sedangkan  dari  besaran kapasitas  panas  dan  konduktivitas  panas dapat  diketahui  jumlah  panas  yang    dapat diserap  serta  jumlah  panas  yang  dapat dihantarkan  dari  bahan  bakar  U 3 Si 2 -Al  ke  air pendingin  melalui  kelongsong  bahan  bakar sehingga  tidak  terjadi  akumulasi  panas didalam bahan  bakar. Sedangkan persyaratan kelongsong  bahan  bakar  lainnya  adalah sebaiknya mempunyai  besaran koefisien muai panjang  yang  kecil  karena  dari  besaran  ini dapat  digunakan  untuk  mengetahui  berapa besar    pertambahan  panjang  atau  perubahan dimensi (swelling) pelat  elemen  bakar  akibar panas  atau  radiasi.    Dari  hasil  analisis    sifat termal yang meliputi kapasitas panas, konduktivitas  panas  serta  koefisien  muai panjang  menunjukkan  bahwa  kelongsong AlMgSi  mempunyai  keunggulan  dibandingkan dengan kelongsong AlMg2.
Analisis Termal Paduan AlMgSi Untuk Kelongsong Bahan Bakar U 3 Si 2 -Al Densitas Tinggi (Aslina Br. Ginting)
Gambar 8. Kapasitas panas AlMgSi as receivved dan  AlMg2 as receivved
Gambar 9. Kapasitas panas AlMgSi Rol dan  AlMg2 Rol
Gambar 10. Kapasitas panas PEB U 3 Si 2 -Al densitas 4,8 gU/cm 3 (kelongsong AlMgSi) dan (AlMg2)

## SIMPULAN
Hasil  analisis  karakterisasi  termal diperoleh  bahwa  kelongsong  AlMgSi  maupun AlMg2 mempunyai kompatibilitas dengan bahan bakar  U 3 Si 2 -Al    cukup  baik  dan stabil terhadap panas  hingga  temperatur  650 o C,  di  atas temperatur  650 o C  kelongsong  AlMgSi,  AlMg2 maupun  PEB  U 3 Si 2 -Al  dengan  densitas  4,8 gU/cm 3 telah  mengalami  reaksi  endotermik. Kelongsong AlMgSi maupun AlMg2 mempunyai temperatur  lebur  dan  entalpi  peleburan  yang tidak  jauh  berbeda  tetapi  kelongsong  AlMgSi mempunyai  kapasitas  panas  dan  konduktivitas panas  lebih  besar  serta  mempunyai  koefisien muai panjang lebih kecil dari kelongsong AlMg2. Hasil  analisis  ini  menunjukkan  bahwa  PEB U 3 Si 2 -Al    densitas  4,8  gU/cm 3 dengan kelongsong  AlMgSi  mempunyai  sifat  termal yang  lebih  baik  dibanding  PEB  U 3 Si 2 -Al densitas  4,8  gU/cm 3 dengan  kelongsong AlMg2.

## DAFTAR PUSTAKA
1.  SNEGROVE J.L, DOMAGALA R.F, HOFMAN  G.L,  TWINCEK.C,  COPELAND G.L,  HOBBS  R.W  and    SENN  R.L, “The Use  of  U 3 Si 2 Dispersed    Al  in  Plate  Type Fuel  Elements  for  Research  and  Test Reaktor”, ANL / RERTR /TM -11,1987.
2.  TIM  KESELAMATAN  REAKTOR  SERBA GUNA  “Laporan  Analisis  Keselamatan Penggantian  Elemen  Bakar  Oksida  ke
Silisida  Densitas      2,96  g/cm 3 ”,  RSG. OTH/LAK/01/98.
3.  ASLINA  BR  GINTING,  Perbedaan  Reaksi Termokimia Bahan Bakar U 3 O 8 -Al Dengan
U 3 Si 2 -Al,  Prosiding  Pertemuan  Ilmiah Penelitian  Dasar  Ilmu  Pengetahuan  Dan Teknologi  Nuklir,  Yogyakarta  26-27  Mei 1998.
4. ASLINA  GINTING,”  Analisa  Termal    Pelat Elemen    Bakar  U 3 si 2 -Al    Variasi    Tingkat Muat  Uranium”,  Persentasi  Peneliti  Muda P2TBDU, Serpong 19-20 November 2002.
5. ASLINA  BR  GINTING,”  Kompatibilitas Bahan  Bakar  UM o  dengan  Matrk  Al”, Laporan  Hasil  Penelitian  P2TBDU  Tahun 2005.
6. MASRUKAN,”  Karakterisasi  AlMgSi  Untuk Pelat  Sisi  Ditinjau  Sebagai  Kelongsong Bahan  Bakar  Reactor  Riset”  Hasil-Hasi Penelitian  Elemen  Bakar  Nuklir  P2TBDU- BATAN, 1989-1999.
7. SUPARDJO,  “Karakterisasi  Paduan  U x Si y Pada  Daerah  Komposisi  Antara  6,62  s/d 7,63  Si  “,  Tesis  Magister,  Pasca  Sarjana,
Program  Magister    Ilmu  dan  Rekayasa Nuklir, Institut Teknologi Bandung,1993.
8. ASMEDI  SURIPTO,”  Diskripsi  Singkat Proses Pembuatan Elemen Bakar Reaktor Riset  Ti pe  MTR  di  IPEBRR”  Bidang Produksi  Elemen  Bakar  Reator  Riset- PEBN-BATAN,1989.
9.  DOMAGALA
R.F,WINCEK T.C, SNELGROVE    J.L.,  HOMA  M.I  and
HEINRICH  R.R., “DTA Study of U 3 Si 2 -  Al and    U 3 Si 2 - Al  Reactions”, IAEA  - TECDOC - 643(4) ,1992.