Perpustakaan Digital ITB

Reaktor cepat berpendingin logam cair adalah salah satu tipe dari desain reaktor maju yang memiliki keunggulan-keunggulan seperti mampu dioperasikan dalam waktu yang lama, memiliki rapat daya yang tinggi dan juga menerapkan konsep keselamatan melekat. Dengan keunggulan-keunggulan ini maka reaktor cepat diharapkan dapat dibangun dan dioperasikan secara ekonomis dan aman. Desain reaktor ini salah satunya menggunakan pendingin dari bahan logam timbal cair dan timbal-bismuth cair. Material pendingin tersebut mempunyai sifat-sifat kimia dan fisika yang unggul yaitu tidak reaktif terhadap air dan udara, memiliki titik leleh rendah dan titik didih tinggi, serta memiliki koefisien hantaran panas yang baik untuk dapat digunakan sebagai pendingin pada sistem transpor panas reaktor. Namun demikian di samping keunggulannya, sampai saat ini masih mempunyai kendala yaitu logam cair untuk pendingin tersebut bersifat sangat korosif terhadap baja yang digunakan pada pipa-pipa sistem transfer panas dan baja pembungkus bahan bakar reaktor. Pada penelitian ini dilakukan studi korosi untuk memahami fenomena dan cara penanggulangannya (penghambatan) secara komputasi. Bahan yang diteliti korosinya adalah logam besi yang ditempatkan dalam pendingin timbal dantimbal-bismuth cair pada temperatur tinggi 750 oC. Metode komputasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah simulasi dinamika molekul klasik. Penelitian dilakukan karena sampai dewasa ini pengetahuan mengenai korosi dan mitigasinya masih belum tuntas meskipun eksperimen telah banyak dilakukan. Dalam hal ini studi teoretik untuk memahami fenomena korosi material nuklir sampai pada tingkat atom yang mampu menggambarkan dinamika atom-atom selama proses korosi belum banyak dilakukan. Pada penelitian ini fenomena korosi besi dimodelkan sebagai degradasi logam padat besi akibat kelarutan tinggi atom-atom besi (Fe) akibat interaksi kuat dengan atom-atom logam cair pada temperatur tinggi. Besaran fisis penting yang ditinjau untuk analisis korosi dalam penelitian ini adalah koefisien difusi besi yang merupakan salah satu variabel penting untuk menghitung laju korosi besi. Kestabilan struktur besi sebelum dan analysis). Penghambatan korosi dilakukan dengan memberikan injeksi atom-atom oksigen dalam konsentrasi kecil tertentu. Diperoleh kesimpulan yang sangat penting bahwa penghambatan laju korosi secara signifikan dapat dicapai jika oksigen diinjeksikan dengan kadar dalam rentang nilai antara nilai ambang bawah AB = 5,35 x 10-2 wt% dan nilai ambang atas AA = 8,95 x 10-2 wt% untuk kasus korosi besi dalam pendingin timbal cair. Untuk korosi besi dalam pendingin timbalbismuth cair maka diperoleh AB = 5,32 x 10-2 wt% dan AA = 11,56 x 10-2 wt%. Penghambatan korosi dengan injeksi oksigen dapat terjadi karena dari hasil simulasi terlihat terbentuk semacam lapisan atom-atom oksigen (bantalan) yang memisahkan antara logam besi dan logam cair dan juga terbentuk lapisan oksida besi pelindung di bagian permukaan besi yang mampu menghalangi terlarutnya atom-atom besi ke dalam media pendingin reaktor. Pada injeksi oksigen ke dalam pendingin timbal cair pada kadar 5,35 x 10-2 wt% mampu menurunkan laju korosi sebesar 96,76%, sedangkan injeksi pada kadar 5,32 x 10-2 wt% pada pendingin timbal-bismuth cair mampu menurunkan laju korosi sebesar 92,16%, untuk temperatur 750 oC. Perhitungan CNA juga memperlihatkan bahwa pemberian injeksi atom-atom oksigen dengan jumlah tersebut mampu mempertahankan struktur BCC besi (jumlah unit kristal BCC) oleh serangan korosi sampai sekitar 70% dibandingkan dengan kurang dari 5% tanpa pemberian oksigen untuk simulasi yang sama selama 16 ps.