Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009Serpong, 13 Oktober 2009

ISSN 1693-4687

Pembuatan LEU Foil dengan Teknik Pengerolanuntuk Produksi Mo-99

Boybul, Susworo, DadangPusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir-BA TAN

Kawasan Puspiptek Gd 20, Serpong, 15314

ABSTRAK - PEMBUATAN LEU FOIL DENGAN TEKNIKPENGEROLAN UNTUK PRODUKSI Mo-99. Telah dilakukankegiatan pembuatan uranium foil low enrich uranium (LEU)untuk memproduksi Mo-99. Tujuan dari kegiatan ini adalahmembuat foil uranium, uranium perkayaan rendah untukdijadikan foil target. Kegiatan ini diawali dengan pembuatanpelat tutup dan pelat bingkai dari bahan carbon steel yangberfungsi sebagai pengungkung ingot uranium. Setelahdilakukan pengelasan pada sekeliling komposit dilanjutkandengan pengerolan panas dan pengerolan dingin sehinggadiperoleh foil uranium dengan ketebalan lebih kurang0,I25 mm. Selanjutnya foil uranium yang dihasilkan dianil padasuhu 725°C. Hasil dari pembuatan foil ini diperoleh dua buahfoil uranium dengan tebal 0,124 mm dan 0,125 mm, lebaI' foil53 mm dan 53 mm, dan panjang 180 mm dan 185 mm.Permukaan foil halus dan rata, tidak terdapat cacat berlubangdan kotoran sehingga foil ini memenuhi syarat untuk dirakitmenjadi foil target.

Kata Kunci: foil uranium, teknik rolling, produksi Mo-99

ABSTRACT - PRODUCTION OF LEU FOIL BY ROLLING

TECHNIQUE FOR Mo-99 PRODUCTION. A research on the

production of low enriched uranium (LEU) foil production byrolling technque for Mo-99 production has been done. Theobjective is to produce uranium foil, i.e. low enriched uraniumto be made available as foil target. The research began with theproduction of plate cap and plate frame of carbon steel, whichserves as the cladding for uranium ingot. Upon welding thearound the composite. the sample was hot rolled and cold rolledto gain uranium foil of around 0,125 mm thin and followed byannealing at 725°C. The sample will produce two uranium foilsof 0,124 mm and 0,125 mm thin, 53 mm and 53 mm wide,

180 mm and 185 mm long. The foil product was smooth and flatwithout holes or dirt that the foil fitllfiled the requirement to beassembled as foil target.

Key words: uranium foil, rolling technique. Mo-99 production

I. PENDA·HULUAN

Pengembangan teknologi pembuatan foil target low

enrich uranium (LEU) untuk memproduksi Mo-99 yangnantinya akan dipakai untuk pembuatan generator Tc-99yang banyak dipakai untuk kedokteran nuklir. Dalampengembangan foil target LEU, kegiatan pene1itian yangakan dilakukan adalah me1iputi pembuatan pe1at tutupdan pelat bingkai yang berfungsi mengungkung ingoturanium dari oksidasi udara, dilanjutkan denganpengerolan panas dan dingin sehingga dihasilkan foiluranium dengan ketebalan yang memenuhi syarat.

B-39

Technetium-99 yang diperoleh dari Mo-99 banyakdipakai untuk keperluan kesehatan. Sedangkan untukmemperoleh Mo-99 biasa dilakukan dengan mengiradiasitarget uranium pengayaan tinggi (HEU) di dalam reaktorriset. Namun karena ada batasan penggunaan HEU untukmencegah penyimpangannya untuk senjata nuklir makadikembangkan penggunaan foil target dan uraniumpengayaan rendah (LEU). Pada saat ini masih sedikitnegara penghasil Mo-99 yang menggunakan LEU.Beberapa negara yang sudah atau sedangmengembangkan teknik produksi Mo-99 denganmenggunakan LEU adalah Argentina, Australia, Brazil,Canada, India, U.S., dan Indonesia. Pengembangan foiltarget dari LEU untuk produksi Mo-99 yang akanmenghasilkan Tc-99 adalah sangat berprospek untukindustri di bidang radioisotop untuk diaplikasikan didunia kesehatan. Pada tahun 2005, IAEA telahmengkoordinasikan negara-negara yang tergabung dalamkegiatan pengembangan LEU foil target untuk produksiMo-99 dalam suatu kegiatan projek yang disebut CRP(Co-ordinated Research Project) dan Indonesiamerupakan salah satu anggotanya. Dengan lataI' belakangtersebut di atas, perlu diusulkan suatu kegiatan penelitianyang akan mempelajari tahapan-tahapan pembuatan foiltarget mulai dari pembuatan foil uranium, penyiapantarget pipa aluminium, perakitan, penge1asan, pengujiankebocoran, iradiasi, pembongkaran dan pemrosesan.Parameter yang akan dipe1ajari adalah parameterpembuatan foil uranium untuk mendapatkan ketebalanfoil yang sarna, parameter quenching foil uranium untukmendapatkan tingkat homogenitas fasa-a dan diameterbutiran yang halus

Serpihan LEU dilebur untuk mendapatkan ingot LEU.Ingot yang diperoleh dirol untuk mendapatkan foil LEU.Foil LEU tersebut dilakukan quenching dengan suhu danwaktu tertentu untuk mendapatkan fasa a. Hasilnya diujibesar butir dengan mikroskop optik dan homogenitas fasaa diuji dengan XRD. Foil target yang diperoleh dirakitdimaksukkan diantara 2 buah tabung pipa Al yangmempunyai diameter berbeda. Untuk keperluan perakitantersebut, permukaan pipa dalam dibuat groove dengankedalaman tertentu untuk memasang foil LEU. Pipadalam yang sudah dipasang foil LEU kemudiandimasukkan kedalam pip a luar yang mempunyai diameterlebih besar. Dua pipa konsentris yang sudah berisi foilLEU kemudian diekspansi untuk merapatkan permukaanfoil didalam pipa AI. Kemudian kedua ujung pipa dilas

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009Serpong, 13Oktober 2009

dengan parameter tertentu. Hasilnya diuji kebocorandengan helium leak test dan uji metalografi.

Adapun tujuan yang ingin dicapai dan kegiatan iniadalah untuk penguasaan teknologi pembuatan foil LEUsehingga didapatkan foil LEU dengan ketebalan meratapada seluruh permukaan sesuai dengan spesifikasi dantidak ada cacat seperti lubang atau bolong, dan kotoranyang menempel pada permukaan foil.

II. TATAKERJA

A. Bahan

Logam uranium, Pelat SS, Pelat baja carbon, Alkoholabsolut, pa., Tissu, Gas Argon.

B. Alat

Mikrometer, Gunting, Penggaris, Mesin rol, Mesin bubut,Mesin las, Desikator, Alat vakum, Ultrasonic cleaner,Tungku pemanas.

C. Cara kerja

1) Pembuatan pelat tutup dan pelat bingkaiI. Siapkan pelat baja karbon yang tebalnya sarna

atau mendekati tebal INGOT uranium yangakan dirol. Tebal FRAME (0.02 mm) lebihbesar dari tebal ingot. Tebal COVER sarnadengan tebal FRAME

2. Potong bahan plat baja karbon rendah untuksebuah frame dan dua buah cover menjadiukuran 13 em x 13 em, persegi.

3. Potongan ketiganya difrais sehingga menjadi12.7 em x 12.7 em.

4. Untuk frame, buat lubang ditengahnya sesuaiatau 0.05 mm lebih besar dari dimensi ingoturanium (Iihat dimensi ingot pada lembarkendali).

5. Spesifikasi untuk pelat cover dan framedisesuaikan dengan ingot yang akan dirol.Range ketebalan pelat bahan berkisar antara 3sampai 6 mm.

2) Pembungkusan Ingot UraniumI. Gunakan jas lab dan sarung tangan karet.2. Siapkan ingot uranium yang akan dirol, ukur

dimensi dan beratnya. Catat di log book ataulembar kendali.

3. Siapkan dan buat pasta Yttrium-oxide/Alcoholslurry.

4. Ingot uranium disimpan dalam kontainervakum dan beri gas iner sebelum dirakit. Ingotdengan berat 100 - 300g diambil darikontainer. Lapisi ingot dengan Yttrium­oxide/Alcohol slurry kemudian keringkandengan pengering udara.

5. Periksa kedua cover dari kemungkinankotoran atau karat. Apabila ada karat,hilangkan sampai benar-benar bersih.

6. Pilih frame yang tebalnya sesuai. Tebal frame0.02 mm lebih tebal dari tebal ingot. Siapkanketiga komponen - plat cover atas dan bawahdan frame diletakkan ditengah antarakeduanya.

B-40

ISSN 1693-4687

7. Komponen rakitan dibungkus plastik ataukertas yang bersih supaya tidak terkontaminasiatau kotor

8. Pasang chill block di atas balok alumunium (3-5 em agak kepinggir) di atas meja ketja, agarmudah waktu penjepitan dengan C-klem.

9. Pasang plat cover bawah di atas chill block.Chill block harus berada persis di tengah platcover.

10. Pasang Plat Frame di atas plat cover.II. Lapisi lubang Frame dan permukaan plat

cover bawah yang kelihatan pada lubangFrame dengan Yttrium-oxide kental.

12. Pasanglmasukkan ingot yang sudah dilapisiYttrium-oxide dalam lubang frame.

13. Lapisi permukaan dalam plat cover atasdengan Yttrium-oxide kental di bagian yangakan menutupi ingot. 2 em dari pinggir covertidak boleh terkena Yttrium-oxide.

14. Pasang plat cover atas menutupi ingot.15. Pasang chill block kedua diatas plat cover atas

dan pastikan rakitan pada posisi yang pas.Chill block berada simetris ditengah.

16. C-klem dipasang dengan menjepit kedua chillblock dan kemudian kencangkan. Rakitan siapuntuk dilas.

17. Plat (cover dan frame) yang telah terakit danmasih kondisi diklem kemudian dilassekelilingnya. Amper pelasan awal 50 - 100Amp. Periksa dan bersihkan kotoran/oksidasihasil pelasan setelah pelasan selesai. Pilihkawatfiller pelasan yang sesuai.

18. Las ulang lagi sekelilingnya dengan setingamper 200 - 300 amp.

19. Periksa kembali hasil las dari kemungkinanretak atau ada lubang. Apabila ada terlihat adaretak, bersihkan dan dilas ulang.

20. Apabila sudah diperoleh pelasan yang baik,kendurkan klem dan lepas chill kemudianrakitan komposit dibiarkan mendingin.

21. Setelah rakitan sudah dingin masukkan dalamamplop Stainless Steel SS, lipat rapat-rapatdan lakukan aniling pada suhu 625°C selama24 jam untuk memperbaiki/mengembalikankondisi struktur semula ingot uranium.

22. Setelah dingin, buka amplop/bungkus SS,rakitan komposit siap untuk proses rol panas.

3) Perolan Panas Komposit1. Periksa kesejajaran kedua roda rol sebelum

dioperasikan. Pastikan permukaan rol dalamkondisi bersih dari kotoran, karat atau kerakyang melekat. Apabila ada kotoran, karat ataukerak yang melekat kuat pada permukaan rol,bersihkan dengan alkohol atau aceton ataukalau perlu gunakan ampelas (grit - 600)kemudian dilap dengan bersih.

2. Tungku pemanas diset pada temperatur 625°C(konstan). Gunakan tang panjang untukmemegang rakitan LEU dan masukkan rakitan

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009Serpong, 13 Oktober 2009

ke dalam tungku untuk pemanasan awal padasuhu 625°C selama 1 jam.

3. Periksa dan kalau perlu seting kembalikesejajaran rol.

4. Untuk tahap awal (1 - 5) pas reduksi ataupengurangan dibatasi < 5 % per pas/tahap daritebal sebelumnya. Rakitan kemudian diroldengan posisi tegak lurus terhadap rol saatmasuk rol. Setiap tahap rol, rakitanlkompositdiputar 1800( dibalik) dan ujung yang pertamakali masuk rol tetap sarna selama prosesperolan.

5. Setiap tahap rol komposit dipanaskan kembaliselama 10 menit.

6. Secara perlahan-Iahan naikkan reduksiperpass hingga 10 %.

7. Setelah ketebalan komposit menjadi ± 3 mm,komposit nenjadi lembaran panjang hinggamelebihi ukuran tungku. Biarkan pada suhukamar sampai dingin.

8. Supaya bisa masuk lagi ke dalam tungkuuntuk dipanaskan kembali, potong ujungdepan dan belakang lembar komposit kurang­lebih 3 cm dari ujung foil. Kemudian ujungpotongan ditutup dengan las.

9. Setelah pemanasan selama 20 menit, kompositdirol kembali sampai 10 kali dengan reduksi10%.

10. Selesai perolan, lembar komposit dianil/panaskan selama 30 menit pada suhu625°.

II. Potong material kelongsong bagian luar diempat sisinya, buka dan ambil foilnya.Kumpulkan pada wadah platik sisa potonganatau bekas kelongsong .

12. Hasilnya adalah foil uranium denganketebalan ± 0.5 - 0.75 mm.

13. Foil kemudian di etching atau cuci secarakimia dengan asam nitrat konsentrat 50%/solusi air 50 % untuk menghilangkanoksidasi. Waktu pencucian 2 - 10 menit.

14. Foil dipotong persegi dengan ukurandisesuaikan dengan cara yang akan dilakuakanproses berikutnya yaitu perolan dingin.

15. Periksa permukaan foil, bersihkan danhilangkan jika masih ada kotoran yangmelekat pada permukaan foil dengan kertasampelas halus dan alkohoI. Lakukan denganhati-hati. Kotoran yang masih me Iekat padafoil jika tidak dihilangkan akan menyebabkanterjadinya lobang pada foil dan permukaantidak rata setelah proses perolan dingin.

16. Sekarang material foil siap untuk prosesperolan dingin.

4) Perolan Dingin UraniumI. Potong Lembar SS 304 sesuai kebutuhan

dengan memperhatikan ukuran uranium yangakan dirol dingin. Lebar SS, tambah 6 cm darilebar uranium, panjang dua kali panjang

B-41

ISSN 1693-4687

uramum ditambah minimum 6 cm dari

panjang uranium.2. Bersihkan permukaan SS dan didegreasing

(pencucian dengan uap perchlorethylen)3. Lipat panjang SS menjadi dua sarna panjang

dan lipatan dibuat rata, permukaan yang baikdan bersih untuk bagian dalam.

4. Sebelum foil uranium dimasukkanldisisipkanke dalam lipatan SS, terlebih dahulu lipatandirol hanya untuk menghilangkan radiuslipatannya.

5. Sisipkan dan masukkan uranium dalam lipatanSS sejauh mungkin dan pada posisi di tengah­tengah lebamya.

6. Lakukan rol dingin uranium bersama lipatanlembar SS dengan maksimum reduksi setiappas perolan 10 %. Ujung yang pertama masukrol selalu tetap di setiap pas rol berikutnyahanya permukaannya dibalik/diputar 180°.

7. Setelah reduksi sampai 50 - 70 %, Iipatanlembar SS disiapkan lagi (seperti langkah I ­5). Sebelum uranium disisipkan kedalamlipatan SS yang baru, ujung uranium atau foildibalik yang awalnya depan sekarang menjadibelakang. Lakukan perolan dingin dengankontinyu hingga 15 - 40 pas. Tergantung tebalyang dihasilan apakah sudah tercapai sepertiyang diinginkan (0. 125±o.013 mm).

Setelah perolan, foil disimpan dalam kondisi vakumdan isi dengan gas inert untuk meminimalkankemungkinan terjadi oksidasi sebelum dilakukanpersiapan untuk proses berikut (proses Quenching).

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

. Komposit Ingot uranium dilumuri dengan buburyttrium oksid, dikeringkan pada udara kemudiandimasukkan dalam frame dan ditutup cover atas danbawah. Selanjutnya dilas pada ke empat sisinya.Kemudian dimasukkan dalam amplop Stainless Steel SS,lipat rapat-rapat dan lakukan aniling pada suhu 625°Cselama 24 jam. Setelah itu didinginkan, amplop/bungkusSS dibuka, rakitan komposit kemudian dipanaskan padatemperatur 625°C selama I jam seperti terlihat padaGambar 1.

Gambar 1. Komposit hasil pe1asan siap dirol panas

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009Serpong, J 3 Oktoher 2009

Pemberian atau pelapisan dengan yttrium oksid padaseluruh permukaan ingot logam uranium dimaksudkansupaya ingot tidak menempel atau lengket padakelongsong setelah di 1'01 panas, sehingga mudahdikelupas untuk melepaskan foil uranium. Selain itupelapisan dengan yttrium oksid juga dimaksudkan untukmenjaga agar ingot logam uranium tidak mudahteroksidasi pada waktu dianiling. Demikian juga denganpengelasan pada seluruh sisi dari komposit danpembungkusan dengan amp lop SS yang selanjutnyadivakum juga dimaksudkan untuk menghindari teIjadinyaoksidasi pada ingot logam uranium. Pada proses anilingkomposit logam uranium dilakukan dalam suasana gasargon atau dialiri gas argon, ini juga dimaksudkan untukmenghindari kontak dengan udara sehingga tidak teIjadioksidasi pada ingot logam uranium. Proses anilingditunjukkan pada GambaI' 2.

ISSN 1693-4687

Hasil perolan panas diperoleh komposit denganketebalan 1,6 mm, panjang komposit 385 mm, sepertipada GambaI' 4.

Gambar 4. Komposit hasil rol panas

Setelah kelongsong karbon steel dibuka diperoleh foiluranium dengan ketebalan 0.5 mm, panjang 96 mm, danlebaI' 90 mm. Data pengukuran tebal foil uranium hasilrol panas ditampilkan pada Tabel 1.

T ABEL 1.

DATA PENGUKURAN TEBAL FOIL URANIUM HASIL

ROL PANAS (MM)

Tebal rata-rata = 0.509 mm

Foil uranium hasil rol panas yang dihasilkan terlihatbagus, tidak terdapat cacat bolong ataupun kotoran yangmenenpel pada permukaan foil. Pada kedua ujung dansisi-sisinya tidak rata, sebelum diproses lebih lanjut sisi­sisi yang tidak rata tersebut digunting atau dibuat menjadilurus, sehingga memudahkan pada waktu 1'01 dingin. Foiluranium hasil 1'01 panas setelah dikeluarkan darikelongsong seperti terlihat pada GambaI' 5.

Gambar 2. Aniling komposit logam uranium

Komposit yang telah dianiling selanjutnya djlakukanrol panas sampai ketebalan komposit lebih kurang 1,8mm (tebal foil uranium ± 0.5 - 0.75 mm). Proses perolanpanas seperti terlihat pada gambaI' 3. Proses perolandilakukan dengan cara sekali jalan setiap pass denganreduksi tebal 5 % dari tebal semula, komposit dianil lagi,kemudian dirol dengan posisi komposit dibalik 180 oCdan ujung yang masuk rol tetap seperti pada saat pertamamasuk mesin rol. Proses pengerolan yang demikiandimaksudkan agar diperoleh foil uranium yang bagus dantidak retak atau pecah.

0.554

0.520

0.508

0.501

0.505

0.4 74

Gambar 3. Perolan panas komposit

B-42

Gambar 5. Foil uranium hasil rol panas

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009Serpong, 13 Oktober 2009

Foil uranium yang dihasilkan ini sebelum dirol dingindipotong menjadi dua bagian dengan panjang yang sarna,masing-masing 48 mm. Hal ini dimaksudkan untukmenghindari foil yang dihasilkan melengkung dan pecah­pecah pada sisi-sisi lebamya karena foil yang dihasilkanterlalu panjang. Dimana pertambahan panjangnya setelahdirol dingin empat kali dari panjang awal. Foil uraniumkemudian dibungkus dengan cover dari plat SS,selanjutnya di rol dingin sampai dicapai ketebalan foiluranium 0.125±0.013 mm, seperti terlihat padaGambar 6.

Gambar 6. Proses perolan dingin foil uranium

Proses perolan dingin foil uranium dari tebal 0,5 mmmenjadi 0,125 mm memerlukan ketelitian danketerampilan, sebab jika tidak hati-hati foil yangdihasilkan melengkung atau sobek pada sisi lebamya.Pengurangan tebal atau reduksi tebal sebesar 10 % setiappass mesin rol menghasilkan hasil yang terbaik. Hasilperolan dingin foil uranium ditampilkan pada Gambar 7.

Gambar 7. Foil uranium hasil perolan dingin

B-43

ISSN 1693-4687

Dari pembuatan foil uranium dihasilkan 2 buah foildengan panjang, lebar dan tebal sebagai berikut:1. Foil Uranium No.1: tebal foil 0,124 mm, panjang 180

mm, lebar 53 mm, berat 19,7 g, foil ini dapat di- buatmenjadi 2 buah foil target dengan ukuran masing 44mmx 76 mm.

2. Foil Uranium No.2: tebal foil 0,125 mm, panjang 185mm, lebar 53 mm, berat 22,1 g, foil ini dapat di- buatmenjadi 2 buah foil target dengan ukuran masing 44mmx 76 mm.

Foil uranium yang dihasilkan dirakit menjadi foiltarget, foil uranium dengan ukuran 44 mm x 76 mm dantebal 0,125 mm dirakit didalam kelongsong dalam dankelongsong luar, data tebal foil yang akan dirakit menjadifoil target ditampilkan pada tabel2.

TABEL 2.

DATA PENGUKURAN TEBAL FOIL URANIUM PADA BERBAGAI POSISI (MM)

0.126

0.125

0.124

IV. KESIMPULAN

Dari hasil kegiatan pembuatan foil uranium yang telahdilakukan deapat disimpulkan bahwa pembuatan foiluranium dengan cara perolan panas dan kemudiandilanjutkan dengan perolan dingin telah berhasil, dengandihasilkannya foil uranium dengan ketebalan yangdiinginkan yaitu ketebalan rata-rata sebesar 0,125 mmdan 0,124 mm. Panjang foil 180 mm dan 185 mm dengantebal 53 mm, tidak robek dan bolong.

DAFTARPUSTAKA

[1] ANL, Instructions for Assembling 8 g or 16 g Ni foilWrapped LEU Metal Foil Annular Targets, WorkshopSerpong Maret 2006.

[2] E. L. WOOD, "Thermal Testing of Uranium Metal TargetFor 99Mo Production", RERTR, 1994.