Pelapisan Permukaan Pelet UO2 Dengan Zirkonium Diborida Menggunakan Metode Sputtering

ABSTRAK

PELAPISAN PERMUKAAN PELET UO2 DENGAN ZIRKONIUM DIBORIDA MENGGUNAKAN METODA SPUTTERING. Pengembangan teknologi bahan bakar nuklir bertujuan untuk meningkatkan efisiensi pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Salah satu solusi yang diajukan adalah penggunaan bahan bakar dengan fraksi bakar (burn up) tinggi. Hal ini menyebabkan terjadinya peningkatan gas hasil fisi dan reaktivitas teras reaktor nuklir. Untuk mengendalikan kelebihan reaktivitas teras reaktor digunakan bahan bakar terintegrasi penyerap mampu bakar. Sehubungan dengan hal tersebut telah dibuat pelet UO2 berlapis tipis penyerap mampu bakar. Tujuan penelitian adalah untuk mendapatkan karakter lapisan zirkonium diborida pada permukaan pelet UO2 yaitu mikrostruktur, struktur kristal dan komposisi kimia. Pelapisan permukaan pelet UO2 dilakukan dengan bahan pelapis ZrB2 menggunakan metoda sputtering. Hasil penelitian menunjukkan bahwa mikrostruktur pelet UO2 + 0,4% Cr2O3 berupa butir-butir campuran ekuiaksial dan acicular dengan diameter 2,44 mm, sedangkan pelet UO2 + 0,3% Nb2O5 mempunyai struktur butir berupa ekuiaksial dan batang pipih dengan diameter 2,47 mm. Lapisan zirkonium diborida pada permukaan pelet UO2 + 0,4% Cr2O3 dan pelet UO2 + 0,3% Nb2O5 serupa yaitu tipis dan kompak dengan ketebalan 2,71 mm dan 2,82 mm. Identifikasi terhadap pola difraksi sinar-X pada pelet UO2 + 0,4% Cr2O3 dan pelet UO2 + 0,3% Nb2O5 menunjukkan adanya fasa UO2 dengan struktur kristal kubus dan fasa ZrB2 dengan struktur kristal heksagonal. Sementara itu, konsentrasi zirconium dalam lapisan pelet UO2 + 0,4% Cr2O3 dan pelet UO2 + 0,3%Nb2O5 diperoleh masing-masing sebesar 1,82 mg dan 1,90 mg. Adanya unsur zirkonium membuktikan bahwa lapisan ZrB2 terbentuk pada permukaan pelet UO2.

Kata kunci: Pelet UO2, lapisan ZrB2, sputtering, mikrostruktur, ketebalan, struktur kristal, komposisi kimia.

ABSTRACT

COATING ON SURFACE OF UO2 PELLET WITH ZIRCONIUM DIBORIDE USING THE METHOD OF SPUTTERING. Development of the nuclear fuel technology was aimed to improve nuclear power plant efficiency. One of the proposed solutions was utilization nuclear fuel with the high burn up. This leads to an increase in gas fission and nuclear reactor core reactivity. The excess reactivity of the reactor core controlled by integrated fuel burnable absorber. In connection it has made a layered thin UO2 pellets with burnable absorber. The objectives of this research was to obtain the characters of zirconium diboride layer on UO2 pellets surface i.e microstructure, crystal structure and chemical composition. The results of this experiment showed that the microstructure of UO2 + 0.4% Cr2O3 pellet has equiaxial and accicular grains with a diameter of 2.44 mm,, whereas the UO2 + 0.3% Nb2O5 pellets has a grain structure in the form of equiiaxial and flattened rod with a diameter of 2.47 mm. The layer of zirconium diboride on the surface of UO2 + 0.4% Cr2O3 and UO2 + 0.3% Nb2O5pellets are similar namely thin and compact with a thickness of 2.71 mm and 2.82 mm. The identification of X-ray diffraction pattern on UO2 + 0.4% Cr2O3 and UO2 + 0.3% Nb2O5pellets to exhibit there are of UO2 phase with cubical crystal structure and phase ZrB2 phase with hexagonal crystal structure. Meanwhile, zirconium concentration on the surface layer of UO2 + 0.4% Cr2O3 and UO2 + 0.3% Nb2O5 pellets each of 1.82 mg and 1.90 mg, The presence of zirconium element show that ZrB2 layer formed on the surface of UO2 pellets.

Keywords: UO2 pellet, ZrB2 layer, sputtering, microstructure, thickness, crystal structure, chemical composition.