Mengapa Zirkonium Digunakan Dalam Reaktor Nuklir?

Mengapa Zirkonium Digunakan Dalam Reaktor Nuklir?

Zirkonium adalah logam langka dengan ketahanan korosi yang luar biasa, titik leleh tinggi, kekerasan tinggi, dan kekuatan. Ini banyak digunakan di bidang kedirgantaraan, militer, reaksi nuklir, dan energi atom. Dalam video di bawah ini, ada eksperimen yang menjelaskan mengapa zirkonium digunakan dalam reaktor nuklir .

Awalnya, zirkonium tidak dianggap sebagai bahan yang cocok untuk digunakan dalam industri nuklir, karena penelitian telah menunjukkan bahwa efek zirkonium pada penyerapan neutron termal dapat mempengaruhi efisiensi reaktor nuklir. Kemudian, para peneliti di Oak Ridge Institute menemukan bahwa 2,5% dari hafnium dalam zirkonium bertanggung jawab atas penampang penangkapan neutron termal yang besar.

Zirkonium dan hafnium berasosiasi dengan bijih dan umumnya sulit untuk dipisahkan. Hingga tahun 1850-an, Laksamana dalam proyek Naval Nuclear Propulsion memutuskan untuk menggunakan zirkonium dalam reaktor berpendingin air dari Kapal Selam Nuklir Nautilus.

Meskipun zirkonium telah digunakan untuk proyek pada saat itu, tidak ada standar ketat untuk penggunaan zirkonium , dan para peneliti hanya tahu bahwa meningkatkan kemurnian zirkonium akan baik untuk sifat-sifat paduan. Beberapa proses digunakan untuk memurnikan zirkonium strip, tetapi masih mengandung sedikit nitrogen, sehingga kurang tahan terhadap korosi pada suhu tinggi.

Akhirnya, para peneliti menyadari bahwa kemurnian bukanlah kunci ketahanan korosi zirkonium, karena mereka menemukan bahwa beberapa bahan zirkonium mengandung kotoran (seperti timah, besi, kromium, dan nikel) lebih tahan terhadap korosi daripada bahan zirkonium dengan kemurnian lebih tinggi. Oleh karena itu, pengembangan paduan zirkonium dimasukkan dalam agenda.

Paduan zirkonium memiliki penampang penangkap neutron termal kecil (0,185b) dan sangat tahan terhadap korosi, sehingga mereka banyak digunakan dalam reaktor fisi, seperti tabung inti, kisi, dan tabung pemandu dalam reaktor air mendidih, serta tekanan pipa dan bejana reaktor pembuangan di reaktor air bertekanan.

Dengan aplikasi paduan zirkonium dalam industri energi nuklir, industri zirkonium telah berkembang pesat. Dalam reaktor perubahan raksasa nuklir, bahan bakar nuklir adalah reaksi fisi sepanjang waktu.

Dalam reaksi, neutron membombardir inti U235, yang terpecah menjadi Ba140 dan Kr93, dan melepaskan dua atau tiga neutron pada saat yang bersamaan; inti U235 lainnya dibombardir oleh neutron ini dan re-fisi. Ini adalah reaksi berantai dari pembelahan.

Pengukuran Pengambilan Hidrogen dalam Paduan Zirkonium

Bahan dengan penampang penangkap neutron besar akan menyerap banyak neutron saat menabrak dinding, mengurangi efisiensi reaksi berantai. Sementara itu, reaksi berantai menghasilkan banyak panas, yang dihilangkan dengan mensirkulasikan air pendingin (atau pendingin lainnya) untuk menghindari panas berlebih dan kerusakan pada reaktor.

Ketika logam bersentuhan dengan air bersuhu tinggi, logam tersebut dapat terkorosi (teroksidasi). Bahan dengan ketahanan korosi yang buruk perlu sering diganti, yang meningkatkan biaya dan dengan mudah menyebabkan kecelakaan keselamatan.

Oleh karena itu, sebagai pelapis inti dan bahan struktural, paduan zirkonium diharuskan memiliki penampang tangkapan neutron yang rendah dan ketahanan korosi yang sangat baik, sehingga pengembangan paduan zirkonium harus dikaitkan dengan industri nuklir.

Kesimpulan 

Terima kasih telah membaca artikel kami – Mengapa Zirkonium Digunakan Dalam Reaktor Nuklir? dan kami harap Anda menikmatinya. Jika Anda ingin tahu lebih banyak tentang logam tahan api zirkonium dan kegunaannya, Anda dapat mengunjungi Advanced Refractory Metals (ARM). Kami menyediakan logam tahan api berkualitas tinggi kepada pelanggan dengan harga yang sangat kompetitif.