Pengaruh Hidrogen Terhadap Kekuatan Tarik Kelongsong Bahan Bakar Nuklir Berbasis Paduan Zirkonium

Selama operasi reaktor nuklir, zircaloy-4 (Zr-4) sebagai kelongsong bahan bakar nuklir berada pada lingkungan yang berpotensi menimbulkan kegagalan mekanik, terutama akibat interaksinya dengan hidrogen. Hidrogen berdifusi ke dalam kelongsong dan pada saat melewati batas kelarutan akan terpresipitasi menjadi hidrida rapuh yang menyebabkan degradasi sifat mekanik. Teknik pengujian tarik ring digunakan dalam penelitian ini untuk mengetahui pengaruh keberadaan hidrida terhadap kekuatan tarik kelongsong Zr-4. Kelongsong Zr-4 dipanaskan pada temperatur 500 °C dan 600 °C dalam kondisi vakum selama satu jam yang diikuti dengan proses hidrogenasi bertahap hingga mencapai tekanan 1000 mbar dan ditahan selama tiga jam sebelum didinginkan secara normal di dalam tungku. Dengan menggunakan persamaan gas ideal diperoleh kandungan hidrogen yang terserap oleh kelongsong Zr-4 berturut-turut sebesar 674 ppm dan 1215 ppm pada temperatur hidrogenasi 500 °C dan 600 °C. Proses hidrogenasi pada temperatur 500 °C menyebabkan peningkatan kekerasan mikro hingga 36 % dan pada temperatur 600 °C dapat meningkatkan kekerasan mikro hingga 49 % jika dibandingkan dengan kelongsong Zr-4 tanpa perlakuan. Sementara itu, analisis mikrotruktur menunjukkan presipitat hidrida lebih banyak menempati batas butir. Presipitat hidrida lebih panjang dan tebal pada temperatur hidrogenasi yang lebih tinggi. Kenaikan jumlah hidrogen menghasilkan kenaikan nilai tegangan sebesar 4,4 %, penurunan nilai regangan sebesar 2,1 % dan kenaikan level kekerasan mikro Vickers sebesar 13 %. Hal ini menunjukkan bahwa keberadaan presipitat hidrida dalam kelongsong meningkatkan kekuatan tarik dan menurunkan daktilitasnya..

Kata kunci: Hidrogen, kekuatan tarik, kelongsong, uji tarik ring, daktilitas.