Efek Bismuth Cair Pada Logam Paduan Fecr Pada Berbagai Komposisi: Kajian Dengan Metode Dinamika Molekul

Abstract

Kebutuhan dasar yang sangat besar terkait energi, khususnya dari sumber energi minyak bumi tidak dapat diandalkan lagi karena keberadaannya yang semakin langka, sehingga perlu mencari alternatif baru. Salah satunya ialah reaktor nuklir, sehingga pengembangan dan penelitian terkait reaktor terus dilakukan guna mewujudkan reaktor generasi baru yang aman, inovatif dan ekonomis. Pengembangan desain reaktor nuklir generasi baru yang sedang menarik dilakukan misalnya adalah LFR (Lead-Cooled Fast Reactor) yang menggunakan logam cair sebagai bahan pendingin reaktor (coolant). Desain reaktor tipe ini sangat menjanjikan untuk dikembangkan namun masih ada satu masalah krusial yang harus segera dipecahkan solusinya. Desain LFR masih memperlihatkan adanya kendala yang cukup merugikan yaitu efek korosi pada material struktur seperti baja akibat interkasi kuat dengan timbal cair. Berdasarkan hal tersebut maka perlunya solusi untuk mengatasi kerusakan/korosi baik dengan menemukan material unggul tahan korosi atau juga metode penghambatan korosi. Penelitian ini merupakan penelitian komputasi dengan simulasi metode dinamika molekul program LAMMPS dan analisis OVITO. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari karakteristik material logam paduan FeCr oleh serangan korosi logam bismuth cair, agar dapat diketahui komposisi dan struktur yang paling memungkinkan untuk dikembangkan jika digunakan dalam bismuth cair. Parameter yang menggambarkan efek korosi yang dicari dalam penelitian ini ialah koefisien difusi, dimana semakin tinggi koefisien difusi maka semakin besar korosi yang terjadi yang ditunjukkan dengan semakin mudahnya logam Fe dan dapat memberikan informasi serta melengkapi penelitian sebelumnya mengenai paduan logam dalam penelitian dan pengembangan reaktor maju. Penelitian ini dilakukan dengan membuat sistem material yang disimulasikan berisi logam bismuth cair dengan bagian tengah kosong yang digunakan sebagai tempat logam paduan FeCr. Komposisi logam paduan FeCr divariasi dengan jumlah atom kromium yang berbeda-beda. Hasil simulasi variasi komposisi menghasilkan data MSD yang nantinya akan dianalisis untuk mendapatkan nilai koefisien difusi. Struktur baja paling stabil juga dapat dianalisis berdasarkan visualisasi struktur kristal besi dalam logam bismuth cair yang dilihat menggunakan OVITO dan dianalisis menggunakan metode CNA yang menunjukkan persentase struktur kristal bahan. Berdasarkan data yang telah dianalisis maka akan didapatkan komposisi terbaik untuk menghasilkan material unggul berupa baja yang yang tahan korosi. Hasil koefisien difusi Fe dalam bismuth cair paling kecil yang menghasilkan struktur paling kuat (stabil) ialah komposisi pada konsentrasi FeCr15% dengan nilai koefisien difusi sebesar 3,75 x 10-13 m 2 /s yang dapat mereduksi laju korosi besi sebesar 80,56%. Hal tersebut diperkuat dengan analisis jumlah struktur kristal menggunakan CNA pada program OVITO yang menunjukkan bahwa struktur kristal yang lebih baik juga pada komposisi dengan konsentrasi FeCr15%. Jadi dapat dikatakan bahwa besi yang dicampurkan dengan kromium pada persentase yang tepat dapat diajukan untuk digunakan sebagai kandidat material unggul tahan korosi ketika diletakkan dalam bismuth cair yang digunakan dalam reaktor nuklir logam Cr untuk melarut ke dalam logam bismuth cair. Simulasi ini diharapkan