ANALSIS TERMAL PADUAN AlMgSi UNTUK KELONGSONG BAHAN BAKAR U3Si2-Al DENSITAS TINGGI

ABSTRAK ANALISIS TERMAL PADUAN AlMgSi UNTUK KELONGSONG BAHAN BAKAR U3Si2-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 dogbone 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/cm3. Pada penelitian ini telah dilakukan analisis sifat kimia dan sifat termal terhadap PEB U3Si2-Al densitas 4,8 gU/cm3 menggunakan kelongsong AlMgSi dan terhadap PEB U3Si2-Al densitas 4,8 gU/cm3 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 U3Si2-Al cukup baik dan stabil terhadap panas hingga temperatur 650oC, diatas temperatur 650oC kelongsong AlMgSi, AlMg2 maupun PEB U3Si2-Al densitas 4,8 gU/cm3 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 U3Si2-Al densitas 4,8 gU/cm3 menggunakan kelongsong AlMgSi jauh lebih baik dibanding PEB U3Si2-Al densitas 4,8 gU/cm3 menggunakan kelongsong AlMg2. Hasil analisis karakter kelongsong AlMgSi ini diharapkan dapat menjadi sebagai masukan kepada kelompok modeling dan fabrikator bahan bakar reaktor riset PEB U3Si2-Al untuk mendesain elemen bakar reaktor riset dengan muatan uranium yang tinggi menggunakan kelongsong AlMgSi. Kata Kunci : Sifat termal, bahan bakar U3Si2-Al, densitas 4,8 gU/cm3,Kelongsong AlMgSi. ABSTRACT THERMAL ANALISYS OF AlMgSi ALLOY FOR U3Si2-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/cm3. In addition, the fabrication process of AlMgSi alloy as a cladding for U3Si2-Al fuel plate with a uranium density of 4.8 gU/cm3 is almost similar as that of the AlMg2 cladding. In this experiment have been done thermal and chemical of properties toward U3Si2-Al fuel plates with density of 4.8 gU/cm3 used AlMgSi cladding and U3Si2-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 U3Si2-Al fuel plates having a uranium density of 4.8 gU/cm3 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 U3Si2-Al fuel and also good thermal stability up to 650 °C, above which the AlMgSi, AlMg2 cladding and U3Si2-Al fuel plate having a uranium density of 4.8 gU/cm3 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 U3Si2-Al fuel plate with a uranium density of 4.8 gU/cm3 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. U3Si2-Al fuel plate, in designing research reactor fuel with a high uranium density using AlMgSi cladding. Keywords: Thermal properties, U3Si2-Al fuel, uranium density of 4.8 g/cm3, AlMgSi, claddin