Perpustakaan Digital ITB

Loss of Coolant Accident (LOCA) merupakan kondisi kecelakaan reaktor nuklir yang memicu lonjakan suhu drastis, menyebabkan kelongsong bahan bakar zircaloy-4 rentan mengalami oksidasi parah akibat paparan uap air dan udara terbuka. Upaya mitigasi melalui Emergency Core Cooling Systems (ECCS) saat ini masih mengandalkan air konvensional yang memiliki keterbatasan konduktivitas termal. Penelitian ini bertujuan untuk menginvestigasi pengaruh suhu dan waktu terhadap perilaku oksidasi zircaloy-4 pada simulasi LOCA parah, serta mengevaluasi penggunaan nanofluida zirkonia sebagai alternatif pendingin darurat ECCS. Penelitian dilakukan menggunakan zircaloy-4 yang dipanaskan di lingkungan udara terbuka dengan variasi suhu pada 800?-1100? dan variasi waktu pada 5 menit-60 menit. Aktifnya ECCS disimulasikan dengan metode pendinginan cepat (quenching) menggunakan nanofluida zirkonia dengan variasi konsentrasi 0-1,2 g/L. Fenomena oksidasi ditinjau dari beberapa aspek, yaitu penambahan massa pada sampel dan perubahan permukaan sampel secara mikroskopis serta analisis lapisan oksida menggunakan XRD, Raman, dan SEMEDX. Pengaruh penggunaan nanofluida dilihat dari perubahan suhu sampel pada saat quenching yang diamati menggunakan kamera termal serta perubahan massa setelah quenching dilakukan. Percobaan kenaikan suhu meningkatkan laju oksidasi ditandai dengan pertambahan massa dan ketebalan lapisan secara eksponensial, serta terjadinya perubahan warna menjadi kecoklatan secara tidak homogen. Di sisi lain, variasi waktu paparan menunjukkan peningkatan massa dan ketebalan dengan kinetika oksidasi gabungan antara parabolik dan linear (nilai n = 0,75) akibat peristiwa breakaway oxidation disertai dengan perubahan geometri yang teramati mulai dari waktu paparan 15 menit. Berdasarkan kedua variasi tersebut, diperoleh energi aktivasi penambahan massa dan ketebalan secara berurutan adalah 2,99 kJ/mol dan 2,69 kJ/mol. Energi tersebut lebih kecil dibandingan pada lingkungan uap air akibat adanya interaksi dengan nitrogen sebagai katalis reaksi. Perubahan warna dari hitam menjadi kecokelatan menandakan telah terjadi perubahan fasa kristal, ditandai dari kemunculan raman shift 147 ?????????1 pada sampel berwarna hitam yang mengindikasikan fasa tetragonal serta raman shift 177 ?????????1 dan 190 ?????????1 pada sampel berwarna kecokelatan yang menunjukkan fasa monoklinik setelah suhu dan waktu paparan yang lebih tinggi. Selanjutnya, penggunaan nanofluida untuk sistem ECCS menunjukkan kontras warna pada kamera termal yang lebih tinggi dan penambahan massa yang lebih kecil. Pengaruh suhu dan waktu paparan pada penelitian ini menunjukkan hasil yang sesuai dengan hukum Arrhenius. Penggunaan nanofluida sebagai pendingin darurat ECCS menunjukkan konduktivitas termal yang lebih baik dan fenomena deposisi menjadi mekanisme yang memengaruhi penambahan massa pada saat menggunakan nanofluida.