Perpustakaan Digital ITB

Reaktor nuklir berpendingin Pb-Bi cair merupakan salah satu kandidat penting reaktor generasi ke IV yang memiliki kemampuan keselamatan inheren, ekonomis, serta mampu membakar limbah nuklirnya sendiri. Namun reaktor ini memiliki masalah yang harus dipecahkan berupa tingkat korosi baja oleh Pb-Bi cair yang cukup tinggi. Terkait dengan hal ini, disertasi ini mengkaji permasalahan korosi baja oleh Pb-Bi cair dengan menggunakan program komputer yang bernama Moldy yang merupakan paket program dinamika molekular yang dapat dipakai untuk mensimulasikan interaksi atau kontak antara permukaan bahan Pb-Bi eutectic dengan permukaan sistem Fe. Studi ini dilakukan untuk memahami fenomena korosi baja dalam Pb-Bi khususnya pada temperatur tinggi. Baja dan Pb-Bi cair merupakan salah satu material utama dalam reaktor pembiak cepat (fast breeder reactor). Fenomena korosi baja dalam Pb-Bi cair banyak diselidiki secara eksperimen, tetapi mekanisme interaksi bahan ini sampai sejauh ini masih belum jelas. Oleh karena itu, interaksi antar atom-atom yang terlibat dalam sistem yang ditinjau dikaji dalam penelitian ini. Proses difusi di antara atom-atom merupakan kunci untuk memahami korosi secara mikroskopik. Dalam simulasi ini potensial interaksi antara Pb-Pb, Bi-Bi, Fe-Fe, Cr-Cr dan Ni- Ni diasumsikan memenuhi model potensial Lennard-Jones. Parameter-parameter Lennard-Jones diperoleh dengan fitting data dari literatur. Algoritma Beeman digunakan untuk memecahkan persamaan gerak dalam simulasi. Metoda daftar sel (cell list) dipakai untuk mempercepat proses perhitungan gaya dan eksekusi program. Sel simulasi dalam hal ini dipakai struktur BCC (Body Center Cubic) untuk sistem Fe dan FCC (Face Center Cubic) untuk sistem Pb yang masingmasing diisi oleh 2000 atom dan 864 atom. Atom-atom ketakmurnian atau impuritas selanjutnya disubstitusikan ke dalam masing-masing struktur di atas untuk membentuk baja dan Pb-Bi eutectic. Jenis baja yang disimulasikan dalam studi ini adalah stainless steel 316 (SS 316). Kecepatan awal atom-atom dibuat dengan generator random dan temperaturnya dikontrol menggunakan metoda Nose-Hoover thermostat. Fungsi distribusi radial hasil simulasi Dinamika Molekular terhadap sistem Fe murni dan sistem Pb murni pada 1 mK menunjukkan posisi-posisi puncak kurva utama yang muncul terletak pada posisi-posisi yang cukup bersesuaian dengan hasil yang diperoleh secara teori. Perbedaan nilai posisi-posisi puncak kurva hasil teori dengan hasil simulasi untuk sistem Fe rata-rata sebesar 0,5 %, sedangkan untuk sistem Pb sebesar 0,66%. Dalam simulasi ini juga diperoleh hasil yang menunjukkan kurva fungsi distribusi radial sistem Fe dan sistem Pb melebar dan intensitasnya menjadi rendah dengan kenaikan temperatur. Hasil ini mengindikasikan bahwa atom-atom pada temperatur tinggi, posisinya menjadi tersebar dan susunannya menjadi acak. Hasil simulasi kontak antara permukaan sistem Fe murni dengan permukaan sistem Pb murni pada temperatur 773 K menunjukkan tidak terjadi penetrasi atom Pb ke dalam matriks Fe, demikian pula atom Fe tidak ada yang masuk ke dalam sistem Pb. Hal ini terjadi karena interaksi potensial pasangan Fe-Fe lebih kuat dari interaksi potensial pasangan Pb-Pb, sehingga sukar ditembus oleh atom-atom Pb. Susunan atom-atom sistem Pb pada temperatur ini menjadi tidak teratur karena sudah berfasa cair. Sedangkan simulasi Dinamika Molekular terhadap bahan Fe- 10%Ni, Fe-16%Cr dan Fe-10%Ni-16%Cr yang mengalami kontak dengan bahan Pb murni pada temperatur 773 K mengakibatkan sebagian atom-atom Pb dapat berdifusi terhadap sistem di atas. Adanya atom-atom yang berdifusi ke dalam sistem Fe menunjukkan bahwa korosi dapat terjadi pada sistem Fe pada temperatur tersebut. Simulasi dilakukan juga terhadap kontak antara permukaan sistem Fe dengan permukaan Pb-Bi sebagai fungsi temperatur. Komposisi Pb-Bi dalam simulasi ini dibuat dengan komposisi 50%Pb-50%Bi dan 45%Pb-55%Bi sedangkan sistem Fe yang dipakai adalah Fe-10%Ni-16%Cr yang merupakan model pendekatan untuk SS 316. Hasil yang diperoleh adalah Pb dan Bi dapat berdifusi ke dalam sistem Fe dan kedalaman penetrasinya meningkat dengan kenaikan temperatur. Peristiwa ini terjadi baik pada komposisi 50%Pb-50%Bi dan 45%Pb-55%Bi. Variasi kandungan krom dalam sistem Fe-10%Ni-Cr yang berinteraksi dengan 45%Pb-55%Bi memperlihatkan bahwa kedalaman penetrasi terendah atom Pb dan Bi pada temperatur 773 K masing-masing terjadi pada Fe-10%Ni yang mengandung krom sebesar 16% dan 15%.