Penggunaan Zirkonium dalam Reaktor Nuklir
Zirkonium adalah logam transisi abu-abu perak. Ini sangat mudah dibentuk dan memiliki sifat ulet tinggi, dan membentuk senyawa yang stabil. Paduan zirkonium telah diterapkan dan digunakan di berbagai sektor dan cara yang berbeda. Salah satu sifat utama yang menarik adalah tahan terhadap korosi.
Ini digunakan di lingkungan dengan kecenderungan korosif yang tinggi; Bahan zirkonium digunakan dalam pipa, penukar panas, fitting, dll. Zirkonium juga digunakan dalam paduan baja, glasir berwarna, batu bata, keramik, abrasive, filamen lampu, batu permata buatan, dll. Zirkonium juga digunakan dalam pembuatan catalytic converter, batu bata tungku, cawan lebur laboratorium, instrumen bedah, kaca televisi, dll.
Pada artikel ini, kita akan membahas aplikasi Zirkonium dalam reaktor Nuklir.
Paduan zirkonium memiliki sifat yang sangat baik dan digunakan sebagai tabung kelongsong bahan bakar dan bahan struktural lain yang digunakan untuk membangun reaktor nuklir.
Pengolahan Zirkonium
Zirkonium biasanya hadir dengan elemen lain, terutama rekan baris bawahnya di tabel Mendeleev:Hafnium. Sebagian besar bijih Zirkonium mengandung 1,5 – 2,5% Hafnium.
Hafnium memiliki penampang tangkapan neutron termal yang tinggi, sehingga perlu dikeluarkan dari bijih Zirkonium sebelum digunakan untuk aplikasi nuklir apa pun.
Pemrosesan komponen industri paduan Zirkonium agak rumit karena reaktivitasnya dengan oksigen.
Paduan Zirkonium
Komposisi paduan zirkonium tingkat nuklir terdiri dari 95% Zirkonium, dan kurang dari 2% terbuat dari timah, besi, kromium, nikel, dan logam lainnya. Logam ini ditambahkan untuk meningkatkan ketahanan korosi pada paduan dan meningkatkan kekuatan mekaniknya.
Penggunaan Paduan Zirkonium sebagai bahan pelapis
Zirkonium digunakan sebagai bahan pelapis dalam reaktor nuklir. Ini menyediakan penutup untuk batang bahan bakar silinder yang digunakan untuk menyalakan reaktor nuklir. Biasanya, kelongsong Zirkonium dikemas dengan pelet oksida uranium atau bahan fisi lainnya.
Kelongsong bahan bakar mengacu pada bagian luar batang bahan bakar. Biasanya antara pendingin reaktor dan bahan bakar nuklir. Zirkonium adalah logam pilihan utama untuk sebagian besar reaktor nuklir karena kemampuannya untuk dengan mudah menyerap beberapa elektron yang cenderung lepas selama reaksi fisi. Ini juga digunakan karena ketahanannya yang tinggi terhadap bahan kimia dan korosi panas. Zirkonium memiliki penampang serapan yang sangat rendah untuk neutron termal.
Paduan zirkonium digunakan untuk pelapis karena sifatnya. Ini mencegah produk fisi radioaktif meninggalkan matriks bahan bakar dan keluar ke pendingin reaktor dan mencemarinya. Karena kemampuan pendinginannya, Zirkonium digunakan sebagai logam yang baik untuk pelapis.
Reaktor nuklir perlu dibangun dengan bahan dengan daya serap neutron rendah. Ini karena sejumlah besar neutron yang dihasilkan oleh reaksi harus bebas berinteraksi dengan mudah secara simultan dengan semua bahan bakar nuklir yang terkurung di dalam ratusan batang bahan bakar. Ini memastikan bahwa reaksi berantai yang diperlukan dipertahankan di dalam inti reaktor.
Kelongsong zirkonium, yang merupakan paduan zirkonium dengan logam lain, seperti timah, besi, nikel, dan kromium, digunakan dalam batang bahan bakar pembangkit listrik tenaga nuklir dan juga di reaktor militer.
Penggunaan Paduan Zirkonium dalam Reaktor berpendingin air
Suhu tertinggi di mana paduan Zirkonium tetap efektif dalam reaktor berpendingin air ditentukan oleh ketahanan korosinya. Paduan zirkonium seperti zircaloy, yang mengandung timah sebagai elemen paduan utama, memiliki sifat mekanik yang tinggi karena adanya timah. Zircaloy banyak digunakan di reaktor nuklir di berbagai belahan dunia.
Oksidasi Paduan Zirkonium
Industri nuklir telah mempelajari proses oksidasi paduan Zirkonium dan reaksi Zirkonium dengan bahan bakar dan uap dalam kasus kecelakaan nuklir. Laporan yang berbeda telah dilakukan mengenai oksidasi paduan Zirkonium pada suhu mulai dari 800k dan di bawahnya.
Air yang dikombinasikan dengan Zirkonium pada suhu 300 ° C mengoksidasi logam untuk membentuk oksida padat di permukaan logam. Laju oksidasi tergantung pada tekanan oksigen atau uap air.
Pentingnya Menggunakan Zirkonium sebagai Cladding
Salah satu aplikasi utama Zirkonium adalah pelapis dalam reaktor nuklir. Zirkonium sebagai bahan pelapis mencegah keluarnya produk fisi radioaktif dari matriks bahan bakar ke dalam pendingin reaktor, menyebabkan kontaminasi.
Tidak adanya kelongsong dapat menyebabkan batang bahan bakar bocor. Ini akan menyebabkan:
● Pergerakan produk fisi yang stabil dan radioaktif seperti xenon, yodium, atau kripton ke dalam sirkuit primer.
● Dapat menyebabkan isotop berumur panjang seperti cesium, strontium, teknesium terdeposit pada sirkuit primer.
● Meningkatkan tingkat penyinaran sirkuit secara keseluruhan.
Umumnya, paduan Zirkonium akan tetap relevan di pasar nuklir karena membantu meningkatkan kinerja bahan bakar dengan memungkinkan pembakaran bahan bakar yang lebih tinggi dan tingkat kegagalan yang lebih rendah. Paduan zirkonium akan tetap menjadi pilihan utama untuk kelongsong batang bahan bakar di reaktor air dan nuklir. Ini karena ketahanannya yang tinggi terhadap korosi dan penampang tangkapan yang rendah untuk neutron termal.
