KONDISI RADIOEKOLOGI KELAUTAN DI PERAIRAN PESISIRSUMENEP PULAU MADURA: STATUS KONSENTRASI 137Cs DAN 239/240Pu
KHOLILI
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA TAHUN 2015 M/ 1436 H
KONDISI RADIOEKOLOGI KELAUTAN DI PERAIRAN PESISIR SUMENEP PULAU MADURA: STATUS KONSENTRASI 137Cs DAN 239/240Pu
Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh:
KHOLILI 108096000034
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA TAHUN 2015 M/ 1436 H
PERNYATAAN DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI ADALAH HASIL KARYAN SENDIRI YANG BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI SKRIPSI ATAU KATYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU LEMBAGA MANAPUN.
Jakarta, Januari 2015
KHOLILI 108096000034
ABSTRAK
KHOLILI. Kondisi Radioekologi Kelautan di Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura: Status Konsentrasi 137Cs dan 239/240Pu. Dibimbing oleh Heny Suseno dan Adi Riyadhi Dalam penelitian ini dilakukan pengukuran aktivitas 137Cs dan 239/240Pu pada sampel air laut dan sedimen yang berasal dari Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura. Sampel diambil di tiga titik yang berbeda berdasarkan pada titik kordinat. Penentuan 137Cs dalam air laut menggunakan resin heksasinoferat dari sejumlah air laut secara batch dan kolom yang kemudian diukur dengan spektrometri gamma. Matrik penukar ion heksasianoferat dibuat dengan mereaksikan silika gel dengan kalium heksasianoferat dan tembaga klorida. Hasil pengukuran 137Cs pada sampel air laut berkisar sebesar 0,005-0,09 mBq/l dan sampel sedimen berkisar sebesar 0,05-1,75 mBq/l. Penentuan 239240Pu pada sampel air laut menggunakan metode α-spektrometri. Prosedur analisis melibatkan tahapan analisis yang komplek. Prekonsentrasi sampel bervolume besar dan tahap pemurnian analit menggunakan resin penuikar ion sebagai perlakuan awal sebelum analit dianalisis. Hasil pengukuran 239/240Pu pada sampel air laut adalah berkisar sebesar 0,38-4.5 mBq/m3 dan sampel sedimen adalah berkisar sebesar 0,001-0,037 Bq/kg. Hasil ini apabila dibandingkan dengan penelitian 137Cs dan 239/240Pu di Perairan Laut Dunia maka Kondisi Radioekologi Kelautan di Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura tidak terkontaminasi oleh kecelakaan nuklir Fukushima Dai-ichi Jepang. Kata kunci: Radioekologi, penukar ion heksasianoferat, air permukaan, sedimen, spektrometri gamma, spektrometri alfa, 137Cs, 239/240Pu, Sumenep Madura
i
ABSTRACT
KHOLILI. Marine Radioecological Monitoring At Coastal of Madura Island: The Consentration of 137Cs and 239/240Pu Guided by Heny Suseno and Adi Riyadhi In this research, Analyze of determination 137Cs and 239/240Pu have been done in sea water and sediment from Madura Island. The samples have been collected from three point sampling according to a cordinate. The hexacyanoferrate ion exchanger matrix had been prepared by performing the reaction of silica gel supported with potassium hexacyanoferrate and copper (II) chloride. In order to test the performance of the ion exchanger, a batch experiment was performed. A known activity of 137Cs was used to spike of seawater then added the hexacyanoferrate resin. The separated hexacyanoferrate resin then counted with gamma spectrometer. The result of determination 137Cs were 0,0050,09 mBq/l activities in sea water and the result of sediment were 0,05-1,75 mBq/l . Determination of 239/240Pu from sea water samples used α-spectrometri. Analysis procedures involved complex step of analytical technique. Preconcentration from great volume sample and purification of analyte using ionexchange agent is needed as samples pretreatment before analyzed. The result of 239/240 Pu from samples sea water were 0,38-4,5 mBq/m3 and the result of sediment samples were 0,001-0,037 Bq/kg. This result if a combine whit the result research 137 Cs and 239/240Pu in word coastal, so the condition of radioecology of enviromental Madura Island have been not contamination by nuklir accident of Fukushima Dai-ichi Japan. Key word: Radioecology, ion exchanger of hexacyanoferrate, surface water, sediment, gamma and alpha spektrometri, Radionuclide of 137Cs and 239/240Pu, Madura Island
ii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah segala puji hanya bagi Allah SWT, yang telah memberikan kekuatan, hidayah serta limpahan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi dengan judul “Kondisi Radioekologi Kelautan di Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura: Status Konsentrasi 137Cs dan 239/240Pu”. Dengan kerendahan hati penulis menyadari bahwa skripsi ini penuh dengan ketidaksempurnaan sehingga penulis akan sangat berterima kasih apabila ada kritik dan saran yang nantinya akan menjadikan skripsi ini lebih baik lagi. Skripsi ini bukan hal yang istimewa, tapi penulis berharap skripsi ini memberikan wawasan dan pengetahuan. Skripsi ini tidak mungkin selesai tanpa pihak-pihak yang terus memberikan bimbingan serta dukungan kepada penulis, Oleh sebab itu penulis ucapkan terima kasih kepada: 1. Dr. Agus Salim, M.Si selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. 2. Drs. Dede Sukandar, M.Si selaku Selaku Ketua Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. 3. Dr. Heny Suseno, M.Si selaku Pembimbing I yang telah memberi bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan skripsi ini. 4. Adi Riyadhi, M.Si selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan ilmu pengetahuan dan bimbingan kepada penulis. 5. Dr. Makmur Murdahayu, M.si dan Wahyu Retno P, M.Si selaku pembimbing iii
laboratorium yang telah memberikan bimbingan dan arahan penelitian dan skripsi ini. 6. Siti Nurbayti, M.Si selaku Pembimbing Akademik dan seluruh Dosen Program Studi Kimia UIN Syarif Hidayatullah Jakarta yang telah memberikan ilmu pengetahuan serta bimbingan kepada penulis selama mengikuti perkuliahan, semoga ilmu yang telah Bapak dan Ibu berikan memberikan manfaat dan mendapatkan keberkahan dari Allah SWT. 7. Ayah dan Ibu, yang selalu mendoakan, melimpahkan kasih sayang dan memberikan dukungan moril serta materil kepada penulis. 8. Adikku tercinta Hannawiyah,
yang selalu
memotivasi penulis dan
memberikan dukungan serta semangat kepada penulis. 9. Teman-teman Mahasiswa Program Studi Kimia Angkatan 2008 yang selalu mendukung dan memotivasi penulis. Teman-teman Forum Mahasiswa Madura FORMAD Jabodetabek. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, mudah-mudahan bantuan, bimbingandan dukunganserta semangat dan do’a yang telah diberikan menjadi pintu datangnya ridho dan kasih sayang Allah SWT di dunia dan akhirat. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi khazanah ilmu pengetahuan umumnya. Jakarta, Januari 2015
Penulis iv
DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK ...................................................................................................... i ABSTRACT ................................................................................................... ii KATA PENGANTAR .................................................................................... iii DAFTAR ISI .................................................................................................. v DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... viii DAFTAR TABEL .......................................................................................... ix DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. x BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ................................................................................................. 1 1.2. Rumusan Masalah ........................................................................................... 5 1.3. Hipotesis ........................................................................................................... 5 1.4. Tujuan Penelitian .............................................................................................. 6 1,5. Manfaat Penelitian ............................................................................................. 6 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Laut .................................................................................................................. 7 2.2. Radioekologi ............................................................................................. 9 2.3. Radioaktivitas ........................................................................................... 11 2.4. Jenis-jenis Radionuklida ............................................................................ 12 2.4.1. Radionuklida Alam .......................................................................... 12 2.4.1.1. Radionuklida Primordial ...................................................... 12 2.4.1.2. Radionuklida Kosmogenik................................................... 13 2.4.2. Radionuklida Buatan ....................................................................... 15 2.4.2.1. Radionuklida dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir .......... 15 2.4.2.2. Radionuklida dari Percobaan Nuklir .................................... 16
v
2.5. PLTN Fukushima ..................................................................................... 16 2.6. Radiasi Alfa ............................................................................................. 21 2.7. Radiasi Gamma ........................................................................................ 22 2.8. Spektrometer Sinar Alfa ........................................................................... 24 2.9. Spektrometer Sinar Gamma ...................................................................... 25 2.10. Plutonium (Pu) ....................................................................................... 27 2.11. Cesium ................................................................................................... 30 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
2.3. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................... 32 3.2. Alat dan Bahan ......................................................................................... 32 3.2.1. Alat ............................................................................................... 32 3.2.2. Bahan ............................................................................................ 32 3.3.Prosedur Kerja ................................................................................................... 33 3.3.1. Analisis 137Cs .................................................................................. 33 3.3.2. Pre-Konsentrasi Pu .......................................................................... 33 3.3.2.1 Analisis Pu ........................................................................... 34 3.3.2.2 Elektrodeposisi .............................................................................. 35 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Kondisi Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura ............................................. 36 4.2. Radiocesium-137(137Cs) ......................................................................................... 38 4.3. Radioplutonium-239/240(239/240Pu)..................................................................... 41 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ............................................................................................................... 46 5.2. Saran ........................................................................................................................... 46
vi
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 48 LAMPIRAN ................................................................................................... 52
vii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Zona Laut Berdasarkan Kedalamannya .............................................. 9 Gambar 2. Peluruhan deret uranium ...................................................................... 13 Gambar 3. Ledakan Hidrogen ................................................................................ 19 Gambar 4. Bangunan reaktor sebelum dan sesudah Ledakan Hidrogen ............... 20 Gambar 4. Spektrometer Alfa ................................................................................. 24 Gambar 6. Skema Alat Spektrometer Gamma ....................................................... 26 Gambar 7. Skema peluruhan 137Cs.......................................................................... 31 Gambar 8. Tiga titik pengambilan sampel 137Cs dan 239/240 Pu ............................... 36
viii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Radionuklida Kosmogenik ....................................................................... 14 Tabel 2. Radionuklida Buatan ................................................................................ 15 Tabel 3. Kondisi Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura .................................. 37 Tabel 4. Aktivitas 137Cs Pada Air Laut .................................................................. 38 Tabel 5. Aktivitas 137Cs Pada Sampel Sedimen ................................................... 40 Tabel 6. Aktivitas 137Cs di beberapa perairan laut South China Sea (SCS) ........ 41 Tabel 7. Aktivitas 239/240Pu Pada Sampel Air Laut ................................................ 44 Tabel 8. Aktivitas 239/240Pu Pada Sampel Sedimen ............................................... 45
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Proses Pembuatan Catridge Filter .................................................... 52 Lampiran 2. Bagan Proses Pengendapan Plutonium (239/240Pu) ........................... 53 Lampiran 3. Foto Lokasi dan Proses Preparasi 137Cs dan 239/240Pu..................... 55
x
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Kontaminasi zat radioaktif dilingkungan terjadi sejak tahun 1940-an, mulai dari percobaan senjata nuklir, kecelakaan senjata nuklir dan buangan limbah radioaktif di masa lalu. Prilaku zat radioaktif di lingkungan sangat bervariasi antara lain: terdispersi di udara, terkoorpresipitasi dalam sedimen, dan terakumulasi dalam biota dan aquatik dan sebagainya. Radioekologi berkembang menjadi kajian ilmiah yang secara sistematis menelaah perilaku, distribusi dan mekanisme perpindahan radionuklida dalam berbagai ekosistem (Dahlgaard, 1991). Pemanfaatan radionulida buatan saat ini sudah sangat luas, sehingga mengakibatkan lingkungan menerima konsekuensi ekologis berupa peningkatan radiasi latar yang pada gilirannya berdampak pada kualitas lingkungan ditinjau dari aspek radioekologi (Odum, 1993). Sejak saat itu, penelitian-penelitian mengenai radionuklida banyak dilakukan di berbagai negara, termasuk di Indonesia. Isotop radioaktif dari cesium terlepas ke udara dari kebocoran/kecelakaan pembangkit tenaga nuklir, limbah radioaktif dan percobaan senjata nuklir. Radiocesium dapat bertahan lama di udara sebelum jatuh ke tanah. Di dalam tanah maupun air, kebanyakan materi cesium larut dalam air. Masing-masing radiocesium tersebut meluruh dengan memancarkan partikel beta (β) dan
1
gelombang radiasi gamma (γ). Radiocesium dapat berbahaya baik bagi lingkungan maupun bagi manusia apabila terpapar dalam dosis yang tinggi. Bencana tsunami yang telah menghancurkan beberapa kota di Jepang salah satunya Fukushima, tempat salah satu pusat reaktor nuklir di Jepang. Kecelakan nuklir Fukushima Jepang akibat gempa bumi yang diikuti tsunami pada tanggal 11 Maret 2011 telah melepaskan radionuklida produksi fisi seperti hari),
134
Cs (t1/2 2,06 tahun) dan
137
131
I (t1/2 28,1
Cs (t1/2 30,2 tahun) ke atmosfer, daratan dan
lingkungan laut (M. Inoue et al, 2012). Pada bencana alam tersebut reaktor nuklir Fukushima Jepang mengalami kerusakan yang parah disebabkan karena sistem pendingin mengalami kegagalan akibat pasokan listrik tidak ada. Kegagalan sistem pendingin tersebut menyebabkan terjadi pelelehan bahan bakar nuklir sehingga berbagai
239/240
Pu hasil belah fisi terlepas kedalam air laut. Pelepasan
bahan bakar nuklir ini banyak tersebar ke wilayah utara dan juga tidak menutup kemungkinan akan tersebar ke wilayah selatan dari tempat kejadian kecelakaan tersebut. Penyebaran kontaminan radioaktif antara lain
131
I,
137
Cs telah terdeteksi
di bumi bagian utara (Amerika dan Eropa) (Bowyer et al, 2011). Kecelakaan nuklir Fukushima tersebut, meskipun bukan berasal dari ledakan nuklir, namun tetap memberikan dampak psikologis bagi penduduk diseluruh dunia. Lepasan radionuklida
239/240
Pu di Samudera Pasifik tersebut
dikhawatirkan sampai ke perairan Indonesia melalui Arus Lintas Indonesia (ARLINDO). Kekhawatiran ini disebabkan Indonesia terletak diantara dua samudera besar di dunia, yaitu Samudera Pasifik dan Samudera Hindia. Dalam keadaan normal, di atas pasifik bertiup angin pasat tenggara sepanjang tahun.
2
Tenaga gesekan angin ini berfungsi mendorong massa air Pasifik ke arah barat, sehingga terjadilah penumpukan massa air di Pasifik bagian barat yang berada dekat dengan Indonesia. Sebagai akibat terjadinya perbedaan tinggi permukaan air, terjadilah perpindahan massa air dari Samudera Pasifik menuju Samudera Hindia melalui rute Indonesia. Inilah yang disebut dengan Arus lintas Indonesia (ARLINDO) (Wyrtki K. 1961).
Selama ini Indonesian Troughflow (ITF) lebih banyak diketahui merupakan aliran dari Samudra Pasifik ke Samudera Indonesia melewati Selat Makasar. Menurut Global Drifter Programi dari Agustus 1988 sampai dengan Juni 2007 terindikasi Selat Karimata merupakan saluran penting lainnya untuk ITF dari laut Cina Selatan ke perairan laut Indonesia. Menurut fakta jumlah drifter yang melalui Selat Karimata lebih tinggi (Susanto, et al, 2009). Mengacu pada aliran laut di Jepang dimana karakteristik arus Kurosio Current membawa massa air sepanjang pesisir Jepang bagian timut ke lautan terbuka. Cabang dari Kuroshio juga membawa massa air ke lautan Pasifik (Maderich, et al, 2013). Arus Samudra Pasifik
pada akhirnya masuk
ke perairan Jawa melalui ITF (Suseno, Heny. 2013). Namun demikian hasil analisis
137
Cs
tidak
menunjukkan
peningkatan
dibandingkan
dengan
sebelum kecelakaan nuklir Fukushima. Disisi lain hasil penelitian ini juga tidak terdeteksi
134
Cs yang juga merupakan karakter dari lepasan di
Fukushima. Disisi lain terdapat argumen dimana massa air laut dari Jepang belum sampai diperairan laut Indonesia. Argumen ini menyatakan bahwa 3
waktu
transit
antara
Samudra Pasifik arah utara-barat dan wilayah
katulistiwa diestimasi sekitar 10 -15 tahun (IRSN, 2011). Sebagian dari massa air Samudera Pasifik bagian utara mengalir ke Samudera Hindia melalui wilayah
laut Indonesia menuju
belahan
selatan
Samudera Atalantik
dimana waktu perpindahannya diestimasi 30 – 40 tahun (IRSN, 2011). Perairan Indonesia termasuk perairan Pulau Madura sangat dimungkinkan menerima inputan radionuklida dari kecelakaan nuklir Fukushima Dai-ichi Jepang. Radionuklida yang dimungkinkan masuk ke perairan Indonesia adalah radionuklida 137Cs dan 134Cs (Suseno, Heny dan Prihatiningsih, W.R, 2014). Kecelakaan nuklir Fukushima Jepang dimungkinkan juga melepaskan radionuklida Radionuklida
239/240
Pu yang merupakan produk fisi dari reaktor nuklir tersebut.
239/240
Pu merupakan produk fisi yang dapat berpindah dari satu
kompartemen ke kompartemen lingkungan lainnya. Karena kurang lebih 70,8% permukaan bumi adalah lautan, maka radionuklida
239/240
Pu tersebut akan lebih
banyak jatuh dan tertampung di lautan, terutama Samudera Atlantik, Arktik dan Samudera Pasifik yang letaknya berada relatif dekat dengan Chernobyl (IAEA, 2005). Monitoring lingkungan di perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura sangat penting untuk dilakukan pasca kecelakaan nuklir Fukushima Dai-ichi Jepang untuk mengetahui efek atau dampak dari kecelakaan nuklir tersebut khususnya radionuklida
137
Cs dan
239/240
Pu yang merupakan produk fisi dari reaktor nuklir.
Disisi lain Baseline data mengenai radionuklida
137
Cs dan
239/240
Pu masih sedikit
4
di perairan Indonesia sehingga perlu dilakukan inventarisasi untuk mengantisipasi kecelakaan-kecelakaan nuklir yang akan terjadi dimasa yang akan datang.
1.2 Rumusan Masalah Aspek-aspek yang akan menjadi fokus penelitian ini adalah: 1. Radioisotop137Cs yang terlepas dari kecelakaan nuklir Fukushima dimungkinkan memasuki perairan Indonesia termasuk Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura. 2. Radioisotop
239/240
Pu walaupun bersifat partikel reaktif dan sulit tersebar
keperairan Indonesia tetapi proses geobiokimia seperti tersuspensi sedimen menjadi partikulat yang larut dalam air memungkinkan terbawa oleh arus laut dan memasuki perairan Indonesia, Disisi lain base line data
239/240
kosentrasi
Pu di perairan laut Indonesia sangat sedikit sehingga data 239/240
Pu sangat diperlukan Indonesia dalam lingkungan laut
Indonesia. 3. Konsentrasi137Cs dan
239/340
Pu perlu dilakukan inventarisasi untuk
memperoleh data dasar (baseline) sehingga jika terjadi kecelakaan nuklir di wilayah atau kawasan Asia Pasifik dapat diantisipasi dampaknya terhadap lingkungan laut Indonesia.
1.3 Hipotesis 1. Konsentrasi
137
Cs di Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura masih
berada pada backround level atau hampir sama dengan konsentrasi sebelum kecelakaan nuklir Fukushima Dai-ichi Jepang.
5
2. Konsentrasi 239/240Pu di Perairan Pesisir Pulau Madura masih berada pada backround level atau hampir sama dengan konsentrasi sebelum kecelakaan nuklir Fukushima Dai-ichi Jepang.
1.4 Tujuan Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan tujuan: 1. Memperoleh base line data konsentrasi137Cs dan
239/240
Pu di Perairan
Pesisir Sumenep Pulau Madura setelah terjadi kecelakaan nuklir Fukushima Dai-ichi Jepang. 2. Mengetahui kondisi radioekologi kelautan diperairan Pesisir Sumenep Pulau Madura khususnya aktivitas
137
Cs dan
239/240
Pu pasca kecelakaan
nuklir Fukushima Jepang.
1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan memberikan informasi mengenai kondisi radioekologi kelautan di Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura dan menjadi acuan data (Base Line) apabila terjadi kecelakaan nuklir di masa yang akan datang sehingga kondisi perairan Indonesia tetap berada pada backround level aman khususnya Madura serta dapat diperkirakan dampak yang mungkin ditimbulkan pasca kecelakaan nuklir Fukushima Dai-ichi Jepang.
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Laut Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia Edisi Keempat (2008) pengertian laut adalah kumpulan air asin (dalam jumlah yang banyak dan luas) yang menggenangi dan membagi daratan atas benua atau pulau-pulau. Bumi yang kita huni dipenuhi air. Sekitar 79,8% dari permukaan bumi yang luasnya 510 juta kilometer persegi merupakan wilayah laut dan samudra. Luas keseluruhan laut dan samudra kurang lebih 361 juta kilometer persegi ( Hutabarat, et al, 2008). Menurut cara terjadinya, ada tiga jenis laut, yaitu sebagai berikut (Kusuma Atmadja dan Mochtar, 1978). 1. Laut Ingresi, yaitu laut yang terjadi karena adanya penurunan dasar laut dengan kedalaman lebih dari 200 meter. 2. Laut Transgresi (laut yang meluas), yaitu laut yang terjadi karena adanya peninggian permukaan air laut dengan kedalaman kurang dari 200 meter. 3. Laut Regresi (laut yang menyempit), yaitu penyempitan laut yang terjadi karena adanya pengendapan oleh batuan (pasir, lumpur, dan lain-lain) yang dibawa oleh sungai-sungai yang bermuara di laut tersebut. Sedangkan menurut letaknya, laut dibedakan menjadi tiga, yaitu sebagai berikut (Kusuma Atmadja dan Mochtar, 1978).
7
1. Laut Tepi adalah laut yang berada di tepi benua. 2. Laut Pedalaman adalah laut yang yang hampir seluruhnya dikelilingi oleh daratan benua . 3. Laut Pertengahan adalah laut yang berada di antara benua-benua. Kedalaman dasar laut tidak sama. Tingkat-tingkat kedalaman dasar laut dibedakan ke dalam bagian-bagian wilayah (zona) berikut (Kusuma Atmadja dan Mochtar.1978). 1. Zona Litoral atau pesisir, yaitu daerah pantai yang terletak di antara garis pasang naik dan pasang surut. 2. Zona Neritik (laut dangkal), yaitu dari batas garis pasang surut sampai kedalaman 150 meter. 3. Zona Batial (wilayah laut dalam), yaitu wilayah laut yang memiliki kedalaman antara 150 meter dan 1.800 meter. 4. Zona Abisal (wilayah laut sangat dalam), yaitu wilayah laut yang memiliki kedalaman antara 1.800 meter dan 5.000 meter. 5. Zona Hadal (wilayah laut paling dalam), yaitu wilayah laut yang kedalamannya lebih dari 5.000 meter.
8
Gambar 1. Zona laut berdasarkan kedalamannya (Belajar Kemdiknas. go.id)
2.2 Radioekologi Semakin berkembangnya
ilmu
pengetahuan
dan
teknologi telah
melahirkan berbagai cabang kajian baru dalam neo-ekologi, salah satunya adalah radioekologi yang secara khusus mempelajari unsur-unsur radioaktif yang ada di lingkungan (Thayib, M.H. 1994). Kajian mengenai kelautan dengan radionuklida pelacak dilakukan sekitar 45 tahun yang lalu dengan aplikasinya (Koczy. E.E, 1958). Kontaminasi zat radioaktif di lingkungan terjadi sejak tahun 1940-an, saat fisi percobaan senjata nuklir mulai terjadi, sehingga lingkungan radionuklida buatan manusia telah menjadi masalah yang serius di Amerika Serikat sebagai sikap
antisipasi
manusia
terhadap
kontaminasi
radioaktif
lingkungan.
Radioekologi berkembang menjadi kajian ilmiah yang secara sistematis menelaah perilaku, distribusi dan mekanisme perpindahan radionuklida dalam berbagai ekosistem (Dahlgaard, 1991).
9
Dalam radioekologi dipelajari radionuklida, radiasi yang dipancarkan serta perilakunya di lingkungan (Thayib, M.H, 1994). Radionuklida itu sendiri adalah zat yang mengandung inti tidak stabil. Radioekologi lebih khusus dibagi menjadi dua kelompok (Thayib, M.H, 1994). Kelompok pertama mempelajari efek dari radiasi pada individu, populasi, dan komunitas serta ekosistem. Kelompok kedua melakukan perdekatan berdasarkan perilaku zat radioaktif yang terlepas ke lingkungan dan bagaimana caranya komunitas dan populasi yang ada dalam ekosistem mengendalikan distribusi zat radioaktif tersebut. Lingkungan laut pesisir (coastal) merupakan suatu ekosistem yang khas karena menjadi tempat akumulasi berbagai kontaminan yang berasal dari lepasan langsung ke perairan laut, jatuhan dari atmosfer dan deposisi dari daratan (Thayib, M.H, 1994). Perairan laut terdapat mata rantai makanan yang merupakan pathways penting radionuklida dan berperan dalam proses penyebaran dan pengakumulasian kontaminan pada masing-masing mata rantai. Dalam konteks radioekologi, lingkungan laut pesisir merupakan badan air tempat akumulasi radionuklida yang berasal dari lepasan langsung instalasi nuklir, cebakan batuan induk, deposisi dari daratan hasil proses geomorfologi, jatuhan dari atmosfer dan paparan sinar kosmis dari angkasa luar dan kecelakaan nuklir (Thayib, M.H, 1994). Indonesia yang merupakan negara yang terletak diantara Samudera Pasifik dan Samudera Hindia. Peristiwa kecelakaan nuklir Fukushima Dai-ichi Jepang tersebut dikhawatirkan lepasan radionuklida masuk ke perairan Laut Indonesia.
10
Disisi lain baseline data radioaktivitas di lingkungan laut Indonesia belum banyak tersedia.
2.3 Radioaktivitas Radioaktivitas adalah kemampuan inti atom yang tidak stabil untuk memancarkan radiasi dan berubah menjadi inti stabil. Proses perubahan ini disebut peluruhan dan inti atom yang tidak stabil disebut radionuklida. Materi yang mengandung radionuklida disebut zat radioaktif. Zat radioaktif biasa tersebar ke lingkungan dalam bentuk gas, cairan ataupun berupa padatan. Kemudian masuk ke lingkungan melalui berbagai jalur lintasan berupa udara, tanah dan air. Kemudian masuk ke dalam tanaman dan hewan atau dengan penyiraman langsung yang pada akhirnya akan sampai kepada manusia (Wiryosimin, 1995). Pencemaran radioaktivitas lingkungan, baik yang melalui udara maupun air, pada akhirnya akan dapat mencemari manusia. Menurut Thayib (1994) untuk dapat mengetahui masalah pencemaran radioaktivitas lingkungan terlebih dahulu harus
diketahui
kemungkinan
sumber-sumber
pencemaran
radioaktivitas
lingkungan, yang antara lain dapat berasal dari: a. Penambangan, Pengolahan dan Proses Kimia Bahan Nuklir b. Proses Pengkayaan dan Fabrikasi Bahan Bakar Nuklir c. Operasi Reaktor Nuklir d. Reprocessing Bahan Bakar e. Pengelolaan Limbah Radioaktif f. Proses Pembuatan Radionuklida g. Penggunaan Radioisotop di Bidang Riset, Industri dan Kedokteran 11
h. Proses Dekontaminasi dan Dekomisioning suatu Fasilitas Nuklir i. Akselerator j. Pemakaian Bahan Bakar Fosil k. Percobaan dan Ledakan Bom Atom
2.4 Jenis - Jenis Radionuklida Secara garis besar di alam ini terdapat 2 jenis radionuklida, yaitu radionuklida
alam
dan
radionuklida
buatan.
Radionuklida
alam
bisa
dikelompokkan menjadi radionuklida primordial, radiasi kosmik dan radionuklida kosmogenik. Radionuklida buatan dapat dikelompokkan menjadi radionuklida yang muncul karena pembangkitan listrik tenaga nuklir, radionuklida yang diproduksi untuk kedokteran, dan industri serta radionuklida yang muncul akibat percobaan nuklir (Wiryosimin, 1995). Bahan radioaktif adalah bahan yang memancarkan radiasi α, β, γ atau neutron. Pada tabel susunan berkala, dapat dilihat unsur yang memancarkan radiasi yang disebut unsur radioaktif, ataupun yang tidak memancarkan radiasi yang disebut unsur stabil. Sebagai contoh, Iodium dengan nomor massa 129 atau 131 sampai 135 adalah unsur radioaktif. Unsur radioaktif disebut juga radionuklida (Wiryosimin, 1995).
2.4.1 Radionuklida Alam 2.4.1.1 Radionuklida Primordial Radionuklida ini ada sejak terbentuknya alam semesta, dan terdiri dari radionuklida deret uranium dengan induk uranium (238U) dan ujung akhir nuklida
12
stabil timbal (206Pb) (Gambar 2). Peningkatan kadar uranium, thorium dan sejenisnya berada di air laut di daerah yang kaya radioaktivitas alam (Saqan, et al 2000). Karena uranium alam terdiri dari
238
U dan
235
U (dengan kelimpahan,
berturut-turut, sekitar 99.3% dan 0.7%) maka di bumi terbentuk radionuklida dari kedua deret ini (Pentreath, R. J. 1988).
Sumber : (Uni Soviet Sciences Association: pengaruh radiasi terhadap manusia, diterbitkan 1988)
Gambar 2. Peluruhan Deret Uranium 2.4.1.2 Radionuklida Kosmogenik Radionuklida Kosmogenik terbentuk melalui reaksi antara radiasi kosmik dengan inti atom utama di lapisan atmosfer rendah seperti N, O dan Ar dihasilkan sekitar 20 radionuklida. Penduduk bumi selalu dihujani radiasi kosmis baik yang berasal dari bintang-bintang sekitar galaksi kita sendiri (galaksi Bimasakti), gugus bintang pada galaksi-galaksi lain di luar bimasakti serta dari matahari yang
13
merupakan bintang terdekat dengan bumi (Fujitaka, K). Jumlah radionuklida yang terbentuk berbeda-beda, bergantung pada intensitas radiasi kosmik dan konsentrasi inti yang bereaksi dengan radiasi kosmik di atmosfir. Jika dilihat dalam rentang waktu yang panjang maka jumlah radionuklida yang dihasilkan akan seimbang dengan jumlah yang meluruh. Oleh karena itu kelimpahannya di alam hampir konstan. Apabila radiasi kosmis primer berenergi tinggi yang berasal dari galaksi dan matahari memasuki atmosfer bumi, maka radiasi kosmis itu akan melakukan reaksi nuklir dengan atom-atom yang terdapat dalam atmosfer seperti hidrogen (H), carbon (C), oksigen (O), nitrogen (N), sulfur (S) dan fosfor (P). Dari reaksi inti tersebut akan dipancarkan neutron, proton, pion dan kaon serta beberapa jenis radionuklida yang disebut radionuklida kosmogenik (Tabel 1) (Fujitaka, K). Tabel 1. Radionuklida Kosmogenik Nuklida Carbon 14
Tritium 3
Beryllium 7
Lambang Waktu paruh 14
3
Sumber
Aktivitas alami
C
5730 tahun
Interaksi sinar kosmik, 14 N(n,p)14C
6 pCi/g (0,22 Bq/g) dalam bahan organik
T
12,3 tahun
Interaksi sinar kosmik dengan N dan O; spallation Bq/kg) dari sinar kosmik, 6Li (n,alpha) 3H
0,032 pCi/kg (1,2x10-3
Interaksi sinar kosmik Dengan N dan O;
0,27 pCi/kg (0,01 Bq/kg)
7
Be
53,38 hari
14
2.4.2 Radionuklida Buatan Radionuklida buatan dihasilkan dari pemanfaatan energi nuklir untuk tujuan damai maupun militer. Dibawah ini akan dibahas jumlah radionuklida akibat pembangkitan listrik tenaga nuklir maupun percobaan nuklir (Tabel 2) (Fujitaka, K). Tabel 2. Radionuklida Buatan Nuklida
Lambang
Waktu paruh
Tritium
3
12,3 th
Dihasilkan dari uji senjata dan reaktor fisi; fasilitas proses ulang pabrik senjata nuklir
Iodine 131
131
I
8,04 hari
Hasil fisi diperoleh dari uji senjata reaktor fisi, digunakan dalam perlakuan medis masalahmasalah toroid
Iodine 129
129
I
1,57x107 th
Hasil fisi diperoleh dari uji senjata reaktor fisi
Cesium 137
137
Cs
30,17 th
Hasil fisi diperoleh dari uji senjata reaktor fisi
Stronsium 90
90
28,78 th
Hasil fisi diperoleh dari uji senjata reaktor fisi
2,11x105 th
Hasil peluruhan 99Mo, digunakan diagnose medis
2,41x104 th
Dihasilkan dari pembakaran neutron 235U
H
Sr
Technetium 99` 99Tc
Plutonium 239
239
Pu
Sumber
2.4.2.1 Radionuklida Dari Pembangkitan Listrik Tenaga Nuklir Industri yang berkaitan dengan pembangkitan listrik tenaga nuklir terdiri dari penambangan uranium,pengolahan menjadi bahan bakar, fabrikasi bahan bakar, pembangkitan listrik dalam reaktor, penyimpanan dan pengolahan ulang
15
bahan bakar bekas dan penyimpanan limbah radioaktif. Dari setiap tahapan produksi bahan bakar tersebut akan dihasilkan bahan radioaktif, dengan jenis dan jumlah yang berbeda-beda (Eisenbud dan Gesell, 1995). 2.4.2.2 Radionuklida Dari Percobaan Nuklir Percobaan nuklir pada tahun 1945-1980 dilakukan di udara, setelah itu hampir semuanya dilakukan dibawah tanah. Percobaan di udara dilakukan sebanyak 423 kali; Amerika Serikat melakukan 193 kalipada tahun 1945-1962, bekas Uni-Soviet sebanyak 142 kali pada tahun 1949-1962, Inggris sebanyak 21 kali pada tahun 1952-1953. Perancis 45 kali pada tahun 1960-1974, China 22 kali pada tahun1964-1980 (Eisenbud dan Gesell, 1995). Salah satu radionuklida yang dihasilkan adalah tahun) dan jatuhan
90
137
90
Sr (umur paro 28,6
Cs (umur paro 30,2 tahun) (Eisenbud dan Gesell, 1995). Jumlah
Sr mencapai puncak pada tahun 1963, dan sesudah itu semakin
berkurang. Bahan lepasan lainnya menunjukkan kecenderungan yang sama. Dosis radiasi yang diakibatkan oleh percobaan nuklir yang diterima manusia di belahan bumi utara relatif lebih besar karena lebih banyak percobaan nuklir dilakukan di kawasan tersebut.
2.5 PLTN Fukushima Saat gempa akbar Tohoku 2011 terjadi, hanya reaktor unit 1, 2 dan 3 yang hidup, sementara reaktor unit 4, 5 dan 6 sedang dimatikan sesuai jadwal untuk perawatan rutin. Episentrum gempa berada sejauh 179 km dari kompleks PLTN Fukushima, namun patahan sumber gempanya tepat berhadapan dengan kompleks ini. Model getaran Gutenberg-Richter memperlihatkan getaran yang dirasakan
16
kompleks PLTN Fukushima 1 mencapai skala 8 MMI dengan percepatan tanah 0.5 g. Percepatan ini hampir 3 kali lipat nilai percepatan maksimum desain reaktor PLTN Fukushima (yakni 0.18 g) namun sejauh itu tidak ditemukan kerusakan. Meski demikian getaran sangat keras ini menghancurkan menara jaringan tegangan ekstra tinggi sehingga jaringan listrik setempat terputus. Karena posisinya tepat di tepi laut, PLTN ini juga dilindungi dengan dinding anti-tsunami (seawall). Namun dinding dirancang hanya untuk menahan tsunami setinggi 4 meter produk gempa dengan Mw~8. Kala gempa akbar Tohoku 2011 terjadi, tinggi tsunami di Fukushima Jepang mencapai 8.5 meter yang secara teoritis mampu menerjang ke daratan hingga sejauh 200 meter pada pantai yang telah dilengkapi sistem anti-tsunami sekalipun. Ketinggian tsunami melampaui dinding penahannya dengan mudah menerjang fasilitas PLTN Fukushima Dai-ichi Jepang. Disinilah rangkaian kegagalan demi kegagalan terjadi yang kemudian berujung pada kecelakaan nuklir. Sistem kendali reaktor secara otomatis mematikan semua reaktor kala gempa terjadi secara SCRAM. Putusnya jaringan listrik membuat katup-katup aliran pendingin digerakkan oleh diesel cadangan, namun ini pun hanya bertahan 1 jam karena diesel kemudian mati terendam air tsunami. Aliran listrik lantas diambil alih aki selama 8 jam kemudian. Bantuan aki dan diesel cadangan yang mobil segera didatangkan dari PLTN terdekat yang tidak mengalami gangguan, namun butuh waktu 13 jam pasca gempa untuk mencapai Fukushima Dai-ichi Jepang. Bantuan itu pun tidak langsung tersambung dengan Fukushima karena konektornya berada di ruang basement yang terendam
17
air. Akibatnya reaktor unit 1 hanya mendapatkan pendinginan 9 jam pasca gempa dan setelah itu pendingin berhenti. Sistem pendinginan darurat (ECCS atau emergency core cooling system) juga tidak bisa diaktifkan akibat ketiadaan listik. Konsekuensinya panas peluruhan tidak lagi bisa dialirkan keluar, sebuah kondisi yang kadang diistilahkan sebagai LOHSA (Loss Of Heat Sink Accident) atau LOFA (Loss Of Flow Accident) (EPA, 2007). Akibat LOHSA, air pendingin dalam reaktor tidak bisa mengalir sehingga terus terdidihkan sampai menguap oleh panas peluruhan. Penguapan intensif membuat tinggi permukaan air reaktor terus menyusut dan satu saat sampai ke titik dimana batang bahan bakar mulai tidak terendam air. Pada saat itu suhu reaktor sudah mencapai 800
o
C. Tidak terendamnya batang bahan bakar
berimplikasi serius, sebab suhu reaktor terus naik hingga mencapai 1000 oC. Pada titik ini, panas telah mampu melelehkan batang bahan bakar dan isinya, kondisi yang secara teknis disebut LOCA (Loss Of Coolant Accident) (EPA, 2007). Dalam fisika reaktor nuklir, LOCA menduduki hirarki tertinggi sebagai kecelakaan terparah yang membuat sebuah reaktor bisa mati untuk selamanya (EPA, 2007). Zirkonium yang meleleh lantas bereaksi secara kimiawi (reaksi kimia biasa) dengan uap air panas menghasilkan zirkonium oksida dan gas hidrogen, dimana dalam tiap kg zirkonium yang bereaksi diproduksi 500 liter gas hidrogen. Terbentuknya gas hidrogen membuat tekanan di dalam reaktor meningkat sehingga sempat mencapai 2 kali lipat di atas normal. Pada titik tertentu, campuran uap air, udara dan gas hidrogen cukup berbahaya karena sanggup menghasilkan detonasi (ledakan) yang ditandai dengan
18
pelepasan gelombang kejut. Setiap reaktor pada dasarnya memiliki perangkat yang mampu mengalirkan gas hidrogen keluar sebelum konsentrasi berbahaya tercapai. Namun ketiadaan aliran listrik membuat langkah ini tak berjalan, sementara gas hidrogen telah dialirkan keluar memenuhi ruangan di antara lapisan pengungkung pertama dan kedua. Sebagai akibatnya, ketika konsentrasi berbahaya tercapai, ledakan hidrogen tidak bisa terelakkan.
Gambar 3. Ledakan Hidrogen (Digital Globe, 2011) Gambar 3 menunjukkan ledakan yang terjadi pada unit 1 dan 3. Ledakan hidrogen di reaktor unit 1 terjadi lebih dahulu dari reaktor lainnya menyebabkan atap reaktor (lapisan pengungkung kedua) bolong. Namun inspeksi menunjukkan lapisan pengungkung pertama masih utuh. Masalah di reaktor unit 1 ternyata juga menghinggapi reaktor unit 3 yang berujung pada ledakan hidrogen dua hari kemudian, sebagai bagian dari rangkaian kegagalan yang dimulai dengan matinya ECCS sejak sehari sebelumnya. Meski ledakan menyebabkan bagian atas lapisan pengungkung kedua juga bolong, namun lapisan pengungkung pertama tetap utuh. Namun puing-puing ledakan berhamburan kemana-mana, termasuk merusak
19
sistem pendinginan reaktor unit 2. Akibatnya ECCS reaktor unit 2 juga mati, yang membuat air dalam reaktor sepenuhnya kosong sehingga pelelehan juga mulai terjadi. Akhirnya, ledakan hidrogen di reaktor unit 2 juga terjadi.
Gambar 4. Bangunan reaktor sebelum dan sesudah ledakan Hidrogen ( NHK, 2011) Gambar 4 menunjukkan kondisi reaktor sebelum dan sesudah ledakan hidrogen. Gas hidrogen juga terbentuk dan lama kelamaan mencapai konsentrasi berbahaya sehingga ledakan hidrogen terjadi. Tingginya konsentrasi gas hidrogen membuat kolam bahan bakar bekas terbakar empat jam kemudian. Ledakan telah menyebabkan dinding lapisan pengungkung kedua bolong di dua lokasi, masingmasing seluas 64 meter persegi. Bolongnya dinding dan habisnya air dalam kolam bahan bakar bekas menempatkan reaktor unit 4 sebagai reaktor paling berbahaya selama rangkaian kecelakaan nuklir ini, karena nyaris tidak ada pelindung lagi antara batang bahan bakar nuklir dengan lingkungan luas. Akibat rangkaian kejadian ini, IAEA menempatkannya sebagai kecelakaan nuklir dalam skala 4 INES dan kemudian dinaikkan menjadi skala 5 INES. Ini disebabkan telah terjadinya pelelehan sebagian bahan bakar nuklir dalam reaktor, yang secara akumulatif mencapai 3 % meski diestimasikan pada reaktor unit 1 dan 20
2 masing-masing telah terjadi 70 % dan 33 % bahan bakar rusak. Dalam skala 5 INES, kecelakaan nuklir PLTN Fukushima 1 setara dengan kecelakaan nuklir PLTN Three Mile Island 1 di Pennsylvania (AS), yang sama-sama disebabkan oleh LOCA (EPA, 2007). Radiasi di dalam kompleks PLTN Fukushima 1 sempat menyentuh angka 1 juta mikro Sievert/jam alias 3 juta kali lipat di atas nilai radiasi natural, meski kemudian turun menjadi 0.6 juta mikro Sievert/jam. Dalam jarak 20 km dari reaktor, radiasi tercatat 330 mikro Sievert/jam sementara batas aman bagi manusia adalah 25 mikro Sievert/jam (EPA, 2007). Inilah yang menjadi dasar evakuasi penduduk dalam radius 20 km dari PLTN Fukushima 1 sementara penduduk dalam radius 20 hingga 30 km diminta untuk tetap tinggal di dalam rumah. Namun pada jarak yang lebih jauh, seperti Tokyo, radiasi masih berada di ambang batas normal.Tingkat radiasi di Tokyo tercatat 0.8 mikro Sievert/jam (EPA, 2007).
2.6 Radiasi Alfa Partikel alfa merupakan partikel yang bersifat energetik dengan muatan listrik positif (α) terdiri dari inti helium yang mengandung dua proton dan dua neutron serta memiliki sifat yang sama dengan inti helium. Menurut standar nuklir partikel alfa melintas lebih lambat dalam bahan, hal ini menyebabkan adanya kesempatan lebih lama untuk berinteraksi dengan atom sepanjang jalur lintasannya dan akan memberikan sebagian energinya selama interaksinya dengan bahan. Pertikel alfa kehilangan energi melalui interaksi dengan elektron atom dalam medium penyerap. Energi yang dipindahkan ke elektron menyebabkan
21
elektron tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi atau seluruhnya terpisah dari atom induknya (ionisasi). Radiasi alfa adalah radiasi ionisasi yang dihasilkan dari peluruhan radioaktif atom-atom unsur yang bersifat tidak stabil. Unsur-unsur yang dapat memancarkan pertikel alfa diantaranya adalah 226
241
Am,
236
Pu,
232
Th,
Ra (EPA, 2009). Contoh peluruhan radiasi alfa adalah peluruhan plutonium
menjadi uranium, dimana
2
4
adalah radiasi alfa (α) yang persamaan reaksinya
sebagai berikut (Martin et al, 2002). 92
238
→ 24
+ 90234 ℎ
Jika ditinjau dari bidang kesehatan, maka partikel alfa akan menyebabkan kerusakan pada tubuh. Tingkat bahayanya bergantung pada jenis paparan yang terjadi. Pemaparan internal jauh lebih berbahaya dibandingkan dengan pemaparan eksternal, karena pertikel alfa kehilangan energi dan tidak mampu untuk menembus lapisan terluar dari kulit manusia. Apabila partikel alfa terhirup, termakan atau masuk ke dalam aliran darah, maka jaringan-jaringan yang dilewati oleh partikel alfa dapat mengalami kerusakan.
2.7 Radiasi Gamma Radiasi
gamma
memiliki
wujud
sebagai
paket-paket
energi
elektromagnetik yang disebut foton (EPA, 2009). Radiasi atau foton gamma tidak memiliki massa maupun muatan listrik. Radiasi gamma tidak mempunyai besaran massa dan muatan listrik sehingga dikelompokkan ke dalam gelombang elektromagnetik. Daya ionisasinya di dalam medium sangat kecil. Karena tidak mempunyai muatan listrik maka sinar gamma tidak terbelokkan oleh medan listrik yang ada di sekitarnya, sehingga daya tembusnya sangat besar dibandingkan
22
dengan daya tembus partikel alfa (α) atau beta (β). Kerena tingkat energi yang tinggi, foton gamma bergerak dengan kecepatan sama dengan kecepatan cahaya, yaitu sebesar 3x10 8 m/det dan dapat melintas ribuan meter sebelum melepas energinya. Foton gamma dapat melintas menembus berbagai bahan, termasuk jaringan manusia. Pancaran radiasi gamma biasanya terjadi apabila atom dari suatu unsur yang bersifat radioaktif memiliki energi yang terlalu besar. Pancaran radiasi gamma biasanya disertai dengan pancaran partikel beta. Radionuklida yang memancarkan radiasi gamma diantaranya 60Co, 137Cs dan 99Tc (EPA, 2009). Pada efek fotolistrik semua energi dari foton gamma dipindahkan ke elektron atom yang terlepas dari atom induknya. Dalam hal ini foton diserap seluruhnya. Sebaliknya efek hamburan compton terjadi apabila hanya sebagian energi dari foton yang dipindahkan ke elektron atom. Oleh karena itu foton dihamburkan dengan energi yang dikurangi. Pada medan listrik yang kuat dekat partikel bermuatan, foton gamma yang berenergi bisa diubah menjadi pasangan positron-elektron. Ini yang disebut dengan produksi pasangan dan kedua partikel ini berbagi energi yang dimilikinya. Radiasi gamma tidak secara langsung mengionisasi atom pada jaringan. Radiasi gamma men-transfer energinya ke partikel-partikel atom seperti elektron. Partikel-partikel yang telah menerima energi ini kemudian berinteraksi dengan jaringan dan membentuk ion-ion. Hasil akhir dari efek radiasi gamma sama dengan efek yang dihasilkan oleh partikel alfa maupun beta, namun karena radiasi gamma memiliki energi yang lebih besar untuk berpenetrasi. Ionisasi
23
secara tidak langsung ini dapat mengakibatkan kerusakan pada jaringan yang lebih dalam (Wiryosimin, 1995).
2.8 Spektrometri Sinar Alfa Radionuklida pemancar alfa tidak mudah dideteksi karena sifat radisi alfa yang sangat kuat mengionisasi medium yang dilaluinya sehingga “rate of energy loss” nya sangat cepat dan partikel-partikel ini sudah berhenti pada jarak yang pendek. Pengukuran radiasi alfa memerlukan prosedur pemisahan kimia yang cukup rumit untuk memurnikan radionuklida (Infonuklir, 2012).
Gambar 5. Spektrometer alfa Gambar 5 menunjukkan alat spektrometer alfa yang digunakan untuk radionuklida pemancar alfa. Detektor yang biasa digunakan dalam spektrometri alfa adalah detektor semikonduktor sawar muka silikon (silicon surface barrier). Pengukuran dengan spektrometer alfa memerlukan sumber cacah yang tipis dan rata untuk menghilangkan efek “self absorptio” (Infonuklir, 2012). Teknik elektrodeposisi sangat baik sekali untuk preparasi radionuklida-radionuklida
24
pemancar alfa yang akan dicacah dengan spektrometer alfa. Dengan teknik ini sumber bisa dibuat melekat secara merata dan tipis pada permukaan disc yang akan dijadikan sebagai sumber cacah. Disamping itu pada spektrometer alfa, untuk menghindari hilangnya energi alfa dalam udara tode antara sumber dengan detektor, sumber cacah dan detektor ditempatkan dalam ruang vakum (vacuum chamber). Sebelum dilakukan pencacahan, udara dalam vacuum chamber dikeluarkan dengan bantuan pompa vakum. Tanpa divakum energi alfa akan hilang kira-kira 1 keV per 0,001 atm per cm jarak sumber dengan detektor.
2.9 Spektrometer Sinar Gamma Sinar gamma adalah radiasi gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang sangat pendek (dalam orde Angstrom) yang dipancarkan oleh inti atom yang tidak stabil yang bersifat radioaktif. Setelah inti atom memancarkan partikel α, β¯(elektron), β+ (positron), atau setelah peristiwa penangkapan elektron, inti yang masih dalam keadaan tereksitasi tersebut akan turun ke keadaan dasarnya dengan memancarkan radiasi gamma. Spektrometer sinar gamma dapat digunakan untuk menganalisis sumber radioaktif yang kemudian dapat digunakan untuk mengidentifikasi unsur atau isotop-isotop radioaktif yang ada di dalamnya. Biasanya untuk mengidentifikasi isotop radioaktif, spektrometer gamma dilengkapi dengan suatu perangkat lunak untuk kalibrasi dan mencocokkan puncak-puncak energi foton (photopeak) dengan suatu pustaka data nuklir. Untuk memahami puncak-puncak energi spektrum maka dibutuhkan pengetahuan tentang interaksi radiasi sinar gamma dengan materi. 25
Spektrometer Gamma merupakan alat analisis yang digunakan untuk identifikasi radionuklida dengan cara mengamati spektrum karakteristik yang ditimbulkan oleh interaksi radiasi dengan materi detektor (Gambar 6) (Martin et al, 2002). Pada Spektrometer Gamma ini detektor yang digunakan adalah detector HPGe. Detektor HPGe ini dapat berfungsi dengan baik sebagaimana yang diharapkan jika detektor senantiasa didinginkan sampai temperatur -196oC. Spektrometer gamma adalah salah satu teknik paling baik dan bermanfaat untuk menganalisa radioisotop untuk berbagai macam sampel. Karena hasil pembacaan energi sinar gamma bersifat diskrit dan unik untuk setiap radionuklida (Martin et al, 2002).
Gambar 6. Skema Alat Spektrometer Gamma Kelebihan spektrometer gamma antara lain: 1. Dapat menganalisa radionuklida yang berbeda-beda secara simultan dan individual pada sampel yang sama
26
2. Tidak memerlukan prosedur kimia yang rumit dan mudah dalam menyiapkan sampel 3. Tingkat validasi yang tinggi karena nilai perkiraan yang stabil dan proses konfirmasi proses data menggunakan computer 4. Dapat mengukur tingkat radioaktivitas yang rendah, seperti sampel dari lingkungan Detektor semikonduktor Germanium adalah detektor yang paling sering digunakan pada spectrometer gamma, misalnya untuk monitoring radioaktivitas, analisis aktivitas dan penelitian. Detektor ini memiliki resolusi energi yang tinggi. Interaksi sinar gamma dengan detektor menghasilkan pulsa-pulsa tersebut diproses secara elektronik melalui serangkaian peralatan yang disebut perangkat spectrometer gamma, maka sebagai hasil akhir akan didapatkan suatu spektrum gamma. Analisis spektrometer gamma didasarkan pada interpretasi yang tepat dan benar atas spektrum gamma yang dihasilkan dari pengukuran. Untuk dapat membaca dan menginterpretas spektrum gamma dengan benar, maka perlu diketahui terlebih dahulu proses pembentukan spektrum gamma dan gejala yang menyertainya. Interaksi sinar gamma dengan detektor pada dasarnya sama dengan interaksi sinar gamma dengan materi.
2.10 Plutonium (Pu) Plutonium adalah unsur kimia transuranium dan tergolong dalam logam aktinida. Isotop terpenting plutonium adalah tahun.
239
239
Pu memiliki waktu paruh 24000
Pu merupakan fisil, yakni ia dapat memecah ketika dibombardir oleh
neutron termal, melepaskan energi, radiasi gamma, dan neutron yang lebih
27
banyak. Oleh karena itu, dia dapat mempertahankan reaksi rantai nuklir setelah mencapai massa kritis. Sifat-sifat inilah yang memungkinkan plutonium digunakan sebagai senjata nuklir dan digunakan pada beberapa reaktor nuklir. Isotop paling stabil plutonium adalah
244
Pu, dengan umur paruh sekitar 80 juta
tahun. Umur paruh ini cukup panjang untuk bisa ditemukan secara alami dalam jumlah kecil. Isotop
238
Pu memiliki umur paruh 88 tahun dan memancarkan
partikel alfa. Ia adalah sumber panas pada generator termolistrik radioisotop (digunakan pada beberapa pesawat antariksa). Isotop
240
Pu memiliki laju fisi
spontan yang tinggi sehingga akan meningkatkan tingkat neutron latar pada sampel. Keberadaan (EPA, 2009). Unsur 94 pertama kali disintesis oleh sekelompok ilmuwan yang dipimpin oleh Glenn T. Seaborg dan Edwin McMillan di Universitas California, Berkeley pada tahun 1940. McMillan kemudian menamai unsur baru tersebut plutonium (atas nama Pluto). Penemuan plutonium kemudian
menjadi
bagian
penting
dalam
Proyek
Manhattan
untuk
mengembangkan bom atom selama Perang Dunia II. Uji nuklir pertama, "Trinity" (Juli 1945), dan bom atom kedua ("Fat Man") yang digunakan untuk menghancurkan kota Nagasaki (Agustus 1945) memiliki inti 239Pu. Isotop
239
Pu merupakan salah satu dari tiga isotop fisil utama (Hecker et
al, 2000) (sisanya adalah
233
U dan
235
U) (EPA, 2009). Agar dapat dianggap
sebagai fisil, inti atom sebuah isotop haruslah dapat memecah (fisi) ketika ditembakkan dengan neutron dan melepaskan sejumlah neutron tambahan yang cukup untuk mempertahankan reaksi berantai nuklir dengan memecahkan inti selanjutnya.
28
Plutonium tingkat senjata
239
Pu memiliki faktor penggandaan (k) yang
positif. Hal ini berarti bahwa jika logam tersebut tersedia dalam jumlah massa yang mencukupi dan dalam bentuk geometri yang tepat, ia dapat membentuk massa kritis. Selama fisi, sebagian energi ikat yang mengikat inti agar tetap bersama dilepaskan sebagai energi panas,
energi kinetik,
elektromagnetik dalam jumlah yang besar. Satu kilogram
dan energi 239
Pu dapat
menghasilkan ledakan yang setara dengan 20,000 ton TNT. Jumlah energi yang sangat besar ini membuat 239Pu sangat berguna pada reaktor dan senjata nuklir. Isotop
238
Pu dan
239
Pu adalah isotop yang paling sering disintesis
(Kennedy, J. W. 1946). Isotop
239
Pu disintesis via reaksi berikut yang
menggunakan uranium (U) dan neutron (n) via peluruhan beta (β −) dengan neptunium (Np) sebagai zat antara: (Kennedy, J. W. 1946)
Dengan kata lain, neutron yang berasal dari fisi 239
235
U ditangkap oleh inti
238
U, menjadi
239
Np (umur paruh 2.36 hari), dan peluruhan beta lebih lanjut akan mengubahnya
U, peluruhan beta akan menambahkan sebuah proton, menjadi
menjadi 239Pu (Greenwood, N. N. 1997). Isotop
238
Pu disintesis dengan membombardir
238
U dengan deuteron (D,
inti hidrogen berat) menurut reaksi berikut: (Seaborg, G. T. 1946)
29
Pada persamaan ini, deuteron menghantam neutron berserta
238
Np. Isotop
238
Np
238
U dan menghasilkan dua
secara spontan meluruh dengan
memancarkan partikel beta negatif menjadi 238Pu.
2.11 Cesium (Cs) Pertama kali cesium ditemukan oleh Bunseb dan Kirchoff pada tahun 1860 melalui spektroskopi air dan mineral dari Durkheim, Jerman. Kata cesium berasal dari bahasa Latin, caesius, yang berarti langit biru, karena unsur ini memiliki spektrum garis di daerah warna biru. Cesium di alam terasosiasi dengan mineral polusit (silika terhidrat antara aluminium dan cesium) dan lepidolit. Cesium tersebar luas di dalam kerak bumi dengan konsentrasi rendah. Sumber buatan cesium paling penting adalah polusit dan silika hidrat dari aluminium. Rata-rata kandungan cesium dalam tanah adalah 5µg/gram (Alfiyan, 2001). Cesium merupakan logam yang sangat reaktif secara kimiawi. Cesium sangat reaktif terutama ketika bereaksi dengan air akan terbentuk basa dengan pelepasan kalor yang sedemikian besar sehingga bereaksi dengan hidrogen yang dilepaskan dalam proses tersebut. Cesium adalah logam berat dari semua logam alkali dengan nomor atom 55. Sifat kimia cesium mirip dengan kalium danrubidium.
134
Cesium merupakan salah satu isotop cesium yang bersifat
radioaktif dengan memancarkan partikel β dan γ untuk mencapai kestabilannya. Gambar 7 menunjukkan bahwa 137Cs melepaskan partikel β dan γ untuk mencapai kestabilan.
30
137
Cs β-1
661,6 keV
β-2
γ
0,2 137
Ba (Stabil)
Gambar 7. Skema peluruhan 137Cs Radionuklida cesium
134
Cs atau
137
Cs merupakan salah satu radionuklida
yang dapat terlepas ke lingkungan dan mempunyai potensi membahayakan kesehatan manusia dan lingkungan, karena radiasi gamma yang dipancarkannya dan waktu paronya yaitu masing-masing 2.05 tahun dan 30 tahun, sehingga dapat berada di lingkungan dalam waktu yang relatif lama (Chebowski et al, 1994). Sumber utama radionuklida dilingkungan laut adalah fallout dari uji coba nuklir yang dilakukan di atmosfer. Di beberapa daerah, seperti Irlandia, Baltik dan Laut Hitam, konsentrasi
137
Cs dalam lingkungan laut tergantung pada
input pelepasan dari fasilitas pengolahan dan kecelakaan Chernobyl, dan di wilayah ini evolusi konsentrasinya cukup dinamis (IAEA, 2005). Teknik analisis sampel air laut untuk Isotop
137
Cs bisa menggunakan 3
(tiga) metode penukar ion yang diaplikasikan untuk pemekatan
137
Cs di dalam
sampel cair. Penukar yang digunakan adalah resin organik, ion penukar cair, dan ion penukar anorganik (Gaur, 1996). Dari 3 (tiga) metode ini, metode penukar ion yang digunakan adalah penukar ion anorganik buatan seperti hidro oksida, garam asam yang bervalensi banyak, heksasianoferat, dan aluminosilika sintetik.
31
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Bidang Radioekologi Kelautan (BRK) Pusat Teknologi Limbah Radioaktif PTLR di Badan Tenaga Nuklir Nasional BATAN Serpong Tangerang Selatan. Penelitian ini dilaksanakan selama 8 bulan dimulai dari bulan April sampai November 2012.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat Alat yang digunakan meliputi peralatan untuk mengambil sedimen laut (Sampling Core) dengan kedalaman sampai 5-15 meter, spektrometer gamma yang dilengkapi dengan detector HPGe dengan efisiensi relatif 20 % dan resolusi 1,8 keV, Spektrometer alfa dengan menggunakan detektor model PIPS (Passivated Implanted Planar Silicon) dengan resolusi 20 keV, timbangan, silinder dari bahan plastik ukuran 0.2 liter, 2 liter dan 7 liter, Marinelli beaker ukuran 0,5 liter, 1 liter, 2 liter dan 3 liter, gelas ukur 100 ml, penggerus, ayakan dan kompor listrik.
3.2.2 Bahan Bahan-bahan yang digunakan adalah KMnO4, HCl 37%, MnCl2/MnSO4, NaOH 10M, NH2OH.HCl, HNO3 70%, NaNO2, H2O2 30%, H2SO4 0.5N,
32
(NH4)2SO4, NH4OH, kertas pH dan plastik untuk menampung sampel sedimen laut serta jerigen untuk menampung air permukaan laut.
3.3 Prosedur Kerja 3.3.1 Analisis 137Cs Catrige filter dibuat dengan cara merendam catrige dalam larutan Fe(II)(CN)6, kemudian catridge filter direndam lagi dalam larutan Cu(II)(NO3)2 dan dioven pada suhu 80-90 oC (Lampiran 1). Sampel air permukaan sebanyak 200-300 liter diambil menggunakan pompa dan dilewatkan pada catrige filter yang telah terlapisi oleh CuFe(CN)6. Selanjutnya filter dikeringkan dan dioven pada suhu 80-90oC selama 24 jam. Filter diwadahi dalam kontainer dan dianalisis kandungan
137
Cs menggunakan
spektrometer gamma. Sampel sedimen diambil sebanyak 1,5 kg, kemudian dikeringkan dan ditumbuk halus. Selanjutnya ditempatkan dalam Marinelli beaker dan dianalisis kandungan radionuklida alam dan kandungan
137
Cs menggunakan spektrometer
gamma.
3.3.2 Pre-Konsentrasi Pu Air laut diambil pada tiga stasiun berbeda sebanyak 60-80 liter, kemudian diletakkan dalam tempat pengadukan. Pertama air laut ditambahkan dengan carriers SrCl sebanyak 1 gram, kemudian diaduk sekitar 30 menit. Setelah pengadukan selesai ditambahkan KMnO4 dengan perbandingan( 0,5 ml/liter sampel) kemudian diaduk. pH air laut dibuat dalam kondisi basa ( pH 9) yang
33
bertujuan untuk mempermudah pembentukan MnO2. Setelah itu ditambahkan 1 mL MnCl2/MnSO4 0.5 M, diaduk selama 1 jam. Penambahan larutan ini untuk membentuk endapan MnO2. Setelah pengadukan selesai sampel air laut didiamkan sampai terbentuk endapan berwarna coklat tua. Setelah pembentukan endapan MnO2(Pu) sempurna, kemudian dipisahkan filtrat dan endapannya. Endapan yang terbentuk adalah MnO2.xH2O(Pu) (Lampiran 2).
3.3.2.1 Analisis Pu Endapan MnO2.xH2O(Pu) diasamkan dengan HCl/HNO3 sampai pH 1. Kemudian ditambahkan beberapa tetes NH2OH.HCl (0.1 gram/mL) pada sampel kondisi panas sampai seluruh mangan dioksida (MnO2) larut atau larutan sampel menjadi jernih. Sampel larutan yang sudah didiamkan sampai kondisi normal, kemudian ditambahkan 20 mikrometer tracer
242
Pu pada setiap sampel dan diaduk rata.
Ditambahkan 50 mg Fe(III) dan beberapa mL NH2OH.HCl, lalu dipanaskan. Pemanasan bertujuan untuk mereduksi Fe(III) menjadi Fe(II) dan juga mereduksi Pu(IV,V,VI) menjadi Pu(III). Kemudian ditambahkan NaNO2 sebanyak 2 gram (dilarutkan dalam 20 ml aguades) dalam kondisi sampel dipanaskan. Larutan ini bertujuan untuk menghilangkan sisa NH2OH.HCl dan juga untuk merubah Fe(II) dan Pu(III) menjadi Fe(III) dan Pu(IV). Ditambahkan NH4OH pada sampel larutan sampai pH 8-9 sehingga terbentuk endapan Fe(OH)3(Pu) coklat, kemudian ditambahkan 100 mL HNO3(3:2) dan endapan berubah menjadi larutan. Ditambahkan 200 mL HNO3(3:2) kemudian ditambahkan 10g NaNO2, dipanaskan sampai volume sampel menjadi 100 mL atau berbentuk larutan sirup. Kemudian
34
disaring dengan bantuan pompa vakum. Sampel dimasukkan kedalam resin coloum yang sudah siap digunakan kemudian ditambahkan 100 mL HNO3(3:2) sebanyak 8 kali. Ditambahkan 100 mL HCl (3:2) sebanyak 6 kali, setelah itu ditambahkan larutan Eluting Solution (HI, HCl dan Air dalam labu ukur 500 mL) 50 mL. Penambahan eluting solution bertujuan untuk menarik Pu sehingga Pu lepas dari trap resin. Ditambahkan 3-5 tetes HClO4 pada sampel yang sudah dipanaskan. Larutan ini berfungsi sebagai oksidator. Setelah itu ditambahkan 1 mL HNO3, dipanaskan kemudian diaduk sampai uapnya habis. Larutan sampel ditambahkan 10 mL H2SO4 (1:19) kemudian dipanaskan. Larutan sampel ditambahkan 3 tetes indicator thymol blue kemudian ditambahkan beberapa tetes NH4OH sampai terjadi perubahan warna dari pink menjadi kuning dan dilanjutkan beberapa tetes H2SO4 (1:19) sampai terjadi perubahan warna dari kuning menjadi pink. Setelah itu larutan sampel dielektroplating.
3.3.2.2 Elektrodeposisi Ditambahkan 0,5 N H2SO4 dan 10 ml (NH4)2SO4 ke dalam larutan lalu dipanaskan. Larutan ditransfer ke dalam cell electrolisis dan ditambahkan 0.5 mL NH4OH. Cell elektroplate diberi arus 0,3A, 6V selama 2 jam (Lampiran 3). Planset dikeluarkan dari dalam cell dan dibilas dengan aquadest dilanjutkan dengan ethanol. Bagian bawah planset dibakar beberapa saat lalu didinginkan untuk dicacah menggunakan sistem spektrometer alfa.
35
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Kondisi Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura Penelitian ini dilakukan untuk menganalis kondisi Radioekologi Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura. Radionuklida yang dianalisis berupa radionuklida 137
Cs dan 2392/240Pu. Sampel yang digunakan adalah sampel yang diambil dari tiga
stasiun yang berbeda (Gambar 8).
Gambar 8. Tiga titik pengambilan sampel 137Cs dan 239/240Pu Pada saat pengambilan sampel perlu diperhatikan beberapa prameter, diantaranya adalah Temperatur, pH dan Salinitas. Pada saat pengambilan sampel kondisi temperatu, pH, dan salinitas air laut Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura adalah pada Tabel 3.
36
Tabel 3. Kondisi Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura No
Kode Sampel
pH
Temperatur
Salinitas
1
Stasiun I
7,7
32°C
3,1%
2
Stasiun II
7,7
33°C
2,9%
3
Stasiun III
7,8
33°C
3,0%
Sampel berupa sedimen dan air laut yang berasal dari Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura. Sampel ini akan dianalisis kandungan radioisotop dan
239/240
137
Cs
Pu. Berdasarkan ARLINDO (Arus Laut Indonesia) dimungkinkan
terjadinya pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh kecelakaan nuklir yang terjadi di Fukushima Jepang (Nuklear Accident Of Fukushima). Akibat kecelakaan nuklir ini dimungkinkan Perairan Laut Indonesia juga terkena dampaknya, termasuk Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura. Radioisotop cesium dan plutonium masuk keperairan Pesisir Pulau Madura melalui celah-celah selat Sulawesi. Radionuklida yang dianalisis pada sampel adalah radionuklida 239/240
137
Cs dan
Pu. Radionuklida cesium adalah radinuklida pemancar gamma sehingga
tidak perlu dilakukan perlakukan secara khusus (non destruction). Sedangkan radionuklida plutonium merupakan salah satu radionuklida pemancar alfa sehingga perlu dilakukan preparasi khusus terlebih dahulu sebelum dicacah dengan spektrometer alfa.
37
4.2 Radiocesium-137 (137Cs) Sampel air laut menggunakan metode penukar ion anorganik buatan yaitu metode penukar ion heksasianoferat. Metode ini sangat murah, lebih selektif terhadap cesium dan mudah dalam pemisahannya. Pada proses pengikatan
137
Cs
catrige filter ada yang berfungsi sebagai penyaring (catrige filter yang tidak dilapisi oleh Cu-Heksasianoferat. Heksasianoferat dapat berupa campuran dari unsur-unsur transisi seperti Cu, Ni, Co dan Zn. Walaupun ke semua unsur tersebut cocok untuk pemisahan
137
Cs, tetapi Cu-heksasianoferat mempunyai kestabilan
yang sangat tinggi dalam air laut (Murdahayu, Makmur 2007). Pengukuran atau analisis
137
Cs di lingkungan menggunakan gamma
spektrometri. Analisis dilakukan dengan cara mengamati spektrum karakteristik yang ditimbulkan oleh interaksi radiasi dengan materi detektor. Pada Spektrometer Gamma ini detektor yang digunakan adalah detektor HPGe. Detektor HPGe ini dapat berfungsi dengan baik dan dapat bekerja optimal sebagaimana yang diharapkan jika detektor senantiasa didinginkan sampai temperatur -196oC. Berdasarkan hasil analisis spektrometer gamma untuk radioisotop
137
Cs
di tiga stasiun yang berbeda adalah pada Tabel 4. Tabel 4. Aktivitas 137Cs pada sampel air laut No
Kode sampel
Aktivitas 137Cs (mBq/l)
1
Stasiun I
0,08 + 0,008
2
Stasiun II
0,05 + 0,005
3
Stasiun III
0,09+ 0,010
38
Tabel 4 menunjukkan bahwa radioisotop
137
Cs sampel air laut di Perairan
Pesisir Sumenep Pulau Madura terdeteksi radiocesium dengan aktivitas yang sangat kecil. Radioisotop
137
Cs masuk ke Perairan Indonesia, termasuk Perairan
Sumenep Pulau Madura yang diakibatkan oleh kecelakan nuklir Fukushima melalui global fall out. Hirose dan Ayoma (2003) menyatakan “ bahwa kondisi rata-rata 137Cs di laut dunia yang dihasilkan dari fall out yaitu berkisar 2-3 Bq/m3. Apabila dibandingkan dengan hasil penelitian Hirose maka kondisi radioisotop 137
Cs untuk Stasiun I adalah sebesar 0,08 + 0,008 mBq/l, Stasiun II sebesar 0,05
+ 0,005 mBq/l dan stasiun III sebesar 0,09+ 0,010 mBq/l masih berada pada kondisi yang aman . Dari data ini maka Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura dikategorikan masih berada backround level aman dari terkontaminasi kecelakaan nuklir Fukushima Dai-ichi Jepang (Nuklear Accident of Fukushima). Aktivitas 137
Cs pada air laut di Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura bahkan lebih kecil
apabila dibandingkan dengan hasil analisis di laut Bangka Barat dan Bangka Selatan yang berkisar antara 0,49 mBq/l sampai dengan 0,66 mBq/l (Heny Suseno dan Wahyu Retno Prihatiningsih,, 2012). Konsentrasi rata rata
137
sekitar 2 Bq/m3, konsentrasi
137
Cs di laut dunia yang dihasilkan dari fall out yaitu Cs di air laut permukaan di Asia Pasifik rata rata
sekitar 3 Bq/m3 (Gaur, 1996), di laut Pasifik Selatan sekitar 0,07 – 1,7 Bq/m3 (Hirose et al, 2004), dan di Samudera India berkisar antara 0,7 – 2,23 Bq/m3 (Povinec, 2006). Konsentrasi tertinggi di Samudera India, yaitu 2,23 Bq/m3, berarti 2,23 x 10-3 Bq/l, bisa dikatakan konsentrasi 137Cs tersebut sangat kecil bila
39
diukur langsung dengan spektrometri gamma. Untuk itu diperlukan pemekatan 137
Cs dari sejumlah besar sampel air laut sebelum akhirnya diukur dengan
menggunakan spektrometri gamma. Apabila data perairan pesisir Madura diatas dibandingkan dengan data
137
Cs di laut dunia adalah sangat kecil dan dapat
dikategorikan bahwa Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura masih aman dari kecelakakaan Nuklir Fukushima Dai-ichi Jepang. Adapun data analisis untuk sampel sedimen adalah pada Tabel 5. Tabel 5. Aktivitas 137Cs pada sampel sedimen No
Kode sampel
Aktivitas 137Cs (mBq/kg)
1
Stasiun I
1,21 + 0,12
2
Stasiun II
0,66 + 0,05
3
Stasiun III
1,75 + 0,18
Tabel 5 menunjukkan bahwa kondisi Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura untuk sampel sedimen masih berada dibatas normal yaitu sebesar 1,21 + 0,12 mBq/kg, 0,66 + 0,05 mBq/kg, dan 1,75 + 0,18 mBq/kg untuk tiga stasiun yang berbeda. Sebagai pembanding hasil analisis
137
Sumenep Pulau Madura, Tabel 6 menunjukkan aktivitas
Cs di Perairan Pesisir 137
Cs beberapa perairan
laut di daerah South China Sea (SCS).
40
Tabel 6. Aktivitas 137Cs di beberapa perairan laut South China Sea (SCS) Konsentrasi 237 Cs Bq/l 0,67-3.60
Wilayah Vietnam
Acuan
(Nguyen, T. N, et, al 2003)
Kawasan Asia Pasifik (ASPARAMAD)
0,25-4.22
(Garcia, T.Y, et, al, 2003)
Selat Malaka
3,63-5,87
(Zaharudin, A, et, al, 2003)
Rendahnya aktivitas
137
Cs di sedimen di Perairan Pesisir Sumenep Pulau
Madura diperkirakan karena wilayah Madura tidak mempunyai sumber aktivitas reaktor nuklir dan juga tidak adanya proses peluruhan (decay) dari unsur radionuklida
235
U dan 239Pu menjadi
137
Cs yang diduga aktivitas yang ada berasal
dari global fallout. Jadi kondisi Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura untuk sampel sedimen masih berada dibatas normal dan tidak terkena dampak dari kecelakaan nuklir Fukushima Dai-ichi Jepang. 4.3 Radioplutonium-239/240 (239/240Pu) Kondisi radioplutonium yang terkandung dalam air laut sangat kecil, pemekatan dari sampel yang bervolume besar (>40) perlu dilakukan agar konsentrasi analit dalam sampel melewati limit deteksi alat. Radionuklida pemancar alfa diperlukan tahapan-tahapan perlakukan yang tidak sederhana sebelum dapat dicacah dengan spektrometer alfa seperti pengkayaan/pemekatan, pemisahan, pemurnian dan elektrodeposisi. Teknik analisis sampel air laut untuk Isotop 239/240Pu adalah menggunakan teknik pemisahan dengan cara ion-exchange.
41
Sebelum dilakukan teknik pemisahan dengan cara ion-exchange terlebih dulu perlu dilakukan pengendapan, pemekatan, dan kondisioning resin. Perlu diketahui bahwa isotop
239/240
Pu merupakan radinuklida pemancar
alfa, sehingga perlu dilakukan perlakuan secara khusus. Pada teknik ini dilakukan dari proses pengendapan, pemisahan dan pemurnian sampai pada proses electrodeposisi. Setelah perlakuan elektrodeposisi ini maka sampel yang mengandung Isotop 239/240Pu siap dicacah dengan spektrometer alfa. Sampel air laut yang diambil sebanyak 60-80 L, hal ini sesuai dengan volume beberapa penelitian yang telah dilakukan di berbagai negara yang berkaitan dengan analisis 239/240Pu pada sampel air laut. Dalam air laut, plutonium membentuk multivalensi. Pemekatan sampel dilakukan dengan menggunakan metode oksida mangan yang terbentuk dari hasil oksidasi MnSO4 oleh oksidator kuat KMnO4. Secara tidak langsung pelarutan KMnO4 dalam sampel air laut juga mengoksidasi semua bentuk plutonium multivalensi menjadi bentuk oksidasi Pu yang sangat positif. Pengaturan suasana menjadi basa (pH=9) bertujuan untuk mengaktifkan permukaaan MnO2. Seluruh permukaan MnO2 berubah menjadi sangat negatif sehingga merupakan kation absorber yang efisien untuk menarik semua Pu(VI)O22+ menjadi endapan MnO2(Pu(VI)O22+ yang berwarna coklat tua. Pengasaman pada sampel dengan menggunakan asam kuat HCl berfungsi untuk membantu reduksi semua Mn(IV) menjadi Mn(II) yang bersifat larut dalam air. Meskipun Pu(VI)O22+ telah memisah dari permukaan garam mangan dengan reduktor lemah NH2OH.HCl, akan tetapi semua senyawa berada dalam fase cair
42
artinya senyawa harus ada yang diendapkan. Penambahan FeCl3 harus dilakukan untuk membentuk endapan Pu(VI)O22+. Larutan yang mengandung Fe(III), Pu(IV)+4 dan Mn(II) kemudian dibasakan menggunakan NH4OH untuk membentuk endapan Fe(OH) yang ber coprecipitation dengan Pu(IV)+4. Penggunaan oksidator kuat KMnO4 secara berlebih pada proses preparasi awal akan memungkinkan terjadinya oksidasi kembali Mn(II) hasil reduksi garam mangan membentuk MnO2 meski dalam jumlah yang relatif kecil, oleh karena itu perlu dilakukan penurunan pH menjadi 6-7. Pada pH netral semua mangan multivalensi akan terlarut dalam larutan, sedangkan Fe(OH)3 tetap berada dalam bentuk endapan Fe(OH)3 - Pu(IV)O22+. Analit Pu(IV)O22+ harus dipisahkan kembali dari endapan Fe(OH)3. Penambahan asam kuat HNO3 akan memutus ikatan antara analit Pu(IV)O22+. dengan Fe(OH)3. Kondisi ini ditandai dengan terbentuknya endapan berwarna putih kekuningan dari Fe(OH)3 sedangkan larutan mengandung Pu(NO3)62Keberadaan kation-kation pengganggu seperti Fe, Al, Ca dan K tidak dapat dihilangkan seluruhnya dengan reaksi kimia biasa. Oleh karena itu pemisahan harus dilakukan dengan metoda anion-exchange. Metoda penukar anion (anionexchange) telah digunakan secara luas untuk memurnikan Plutonium dari kationkation pengganggu dalam larutan. Resin Dowex-50 digunakan sebagai resin penukar anion untuk memurnikan plutonium. Radioisotop Pu(IV) yang merupakan bentuk paling stabil berada dalam larutan nitrat sebagai Pu(NO3)62akan terikat lebih kuat pada permukaan resin penukar anion dibandingkan dengan
43
kation pengganggu lainnya. Sifat tersebut dimanfaatkan untuk memurnikan analit Pu+4 Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan menunjukkkan hasil pengukuran radiocesium
239/240
Pu pada sampel air laut dengan spektrometer alfa
adalah seperti Tabel 7. Tabel 7. Aktivitas 239/240Pu pada sampel air laut No
Kode sampel
Aktivitas 239/240Pu (mBq/m3)
1
Stasiun I
4,2 + 0,4
2
Stasiun II
4,5 + 0,38
3
Stasiun III
3,9 + 0,4
Berdasarkan Tabel 7 menunjukkan bahwa aktivitas
239/240
Pu di Perairan
Pesisir Sumenep Pulau Madura sangat kecil dan masih berada pada Backround level aman yaitu berkisar 3,9 sampai dengan 4,5 mBq/m3 . Beberapa penelitian juga telah dilakukan di Perairan laut Indonesia khususnya Bangka Barat dan Bangka Selatan yang merupakan calon tapak pembangunan PLTN di Indonesia. Hasil analisis di Bangka Barat dan Bangka Selatan untuk sampel air laut berkisar 4,19+0,32 µBq/l (Suseno dan Prihatiningsih, 2012). Hasil analisi sampel sedimen di Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura adalah seperti Tabel 8.
44
Tabel 8. Aktivitas 239/240Pu pada sampel sedimen No
Kode sampel
Aktivitas 239/240Pu (Bq/kg)
1
Stasiun I
0,015 + 0,001
2
Stasiun II
0,037 + 0,003
3
Stasiun III
0,023 + 0,002
Beradasarkan hasil analisis di Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura menunjukkan bahwa tidak ada pengaruh dari kecelakaan nuklir Fukushima Daiichi Jepang. Berdasarkan data sekunder, total lepasan
239/240
Pu di Samudera Pasifik
sebagai akibat dari kecelakaan fasilitas nuklir dan uji coba senjata nuklir dunia adalah sebesar 6,3 PBq (IAEA, 2005). Apabila data
239/240
Pu yang dihasilkan dari
analisis sampel yang berasal dari Perairan Pesisir Pulau Madura dibandingkan dengan hasil penelitian di samudera Pasifik maka aktivitaas
239/240
Pu sangat kecil
dan masih berada pada level aman. Kecelakaan nuklir Fukushima Dai-ichi Jepang tidak memberi efek terhadap Perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura. Rendanya aktivitas
239/240
Pu di perairan Pesisir Sumenep Pulau Madura
dimungkinkan karena tidak adanya aktivitas reaktor nuklir dan proses fisi dari 238
U dan 235U yang menghasilkan 239/240Pu di sekitar tempat pengambilan sampel.
Aktivitas
239/240
Pu yang didapatkan diperkirakan berasal dari percobaan senjata
nuklir, aktivitas nuklir dan bom atom yang terjadi pada tahun 1940-an.
45
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 1. Berdasarkan pengukuran yang dilakukan dengan Spektrometer Gamma kondisi
137
Cs di Perairan Pesisir Pulau Madura untuk air laut stasiun I,
stasiun II dan stasiun III adalah secara berurutan sebagai berikut 0,08+0,008 mBq/l, 0,05+0,005 mBq/l dan 0,09+0,010 mBq/l. Sedangkan untuk sampel sedimen adalah 1,21+0,12 mBq/l, 0,66+0,05 mBq/l dan 1,75+0,18 mBq/l. 2. Berdasarkan pengukuran yang dilakukan dengan Spektrometer Alfa 239/240
Pu di Perairan Pesisir Pulau Madura untuk air laut stasiun I, stasiun II
dan stasiun III adalah secara berurutan sebagai berikut 4,2+0,4 mBq/m3, 4,5+0,38 mBq/m3 dan 3,9+0,4 mBq/m3. Sedangkan untuk sampel sedimen adalah 0,015+0,001 Bq/kg, 0,037+0,003 Bq/kg dan 0,023+0,002 Bq/kg. 3. Kecelakaan nuklir Fukushima Dai-ichi Jepang tidak memberikan efek terhadap perairan Pesisir sumenep Pulau Madura atau masih tetap berada backround level aman.
5.2 Saran-saran 1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai kondisi radioekologi kelautan di perairan pesisir Sumenep Pulau Madura untuk mendapatkan hasil yang lebih baik.
46
2. Perlu dilakukan monitoring lingkungan laut secara rutin untuk mengantisipasi aktivitas radionuklida-radionuklida khususnya radionuklida antropogenik.
47
DAFTAR PUSTAKA Alfiyan, M. 2001. Kajian Awal Penyerapan 134Cs Oleh Rumput Untuk Indikator Biologis Radioaktivitas Lingkungan di Sekitar P3TkN-BATAN Bandung. Bandung: Tesis Magister, ITB. Bowyer, T.W., Biegalski, S.R, Cooper, M. Eslinger, P.W, Haas, D, Hayes, J.C., Miley, H.S, Strom, D. And Woods, V. 2011. Elevated Radioxenon Detected Remotely Following The Fukushima Nuclear Accident. J. Environ. Radioact. 102, 681-687. Chibowski, S., Solecki, J, Szczypa, J, and Suprynowicz, R. 1994. Study Of Radioactive Contamination Of Eastern Poland. Sci. Total Environ. 158 7177 Dahlgaard, H. 1991. Marine Radioecology. Nordic Radioecology: Compendium for a Nordic Postgraduate Course In General Radioecology, 15-16 April 1991, Lund, Sweden. Eisenbud, M,. & Gesell. T. 1995. Environmental Radioactivity, From Natural, Industrial, and Military Sources. San Diego USA: Academic Press. EPA, 2009. Clean Watersheds Needs Survey 2009 – Report to Congress. U.S. Environmental Protection Agency, Office of Wastewater Management. Washington, DC. Fujitaka, K., Cosmic Radiation, NIRS, 4-9-1 Anagawa, Inaga, Chiba 263-8555, Japan.
Garcia, T.Y., Duran, E.B., Enriquez, E.B., deVera, C.M., Nato, Jr., A.Q., Coloma, C.B., Yulo-Nazarea, T. and Cobar, M.L.C. Project Formulation Meeting on Enhancing the Marine Coastal Environment. Kuala Lumpur: In Progress Report. 3-7 March, 2003. Gaur, S. 1996. Determination of 137Cs in Environmental Water by Ion-Exchange Chromatography, J. Chromatography A, 733: 57-1. Greenwood, N. N. 1997. Chemistry of the Elements (edisi ke-2nd). Oxford (UK): Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4 Hutabarat, Sahala dan Evans, Stewart M. 2008. Jakarta : Pengantar Oceanografi. Jakarta. Universitas Indonesia Press.
48
Hirose, K., and Aoyama M. 2003. Present Backround Level Of Surface 137Cs And 239,240 PuConcentrations in The Pasific. Journal of Enviromentals Radioactivity, 69:53-60 IAEA-TECDOC-1429, 2005. Worldwide marine radioactivity studies (WOMARS) Radionuclide levels in oceans and sea, Final Report of a Coordinated Research Project, International Atomic Energy Agency (IAEA). Infonuklir, 2012. “Sumber Radiasi”, diakses pada 15 Agustus 2014 dari http://www.infonuklir.com/read/detail/523/sumber-radiasi.
Institut De Radioprotection Et Du Surete Nucleaire. 2011. Impact on marine environment of radioactive releases resulting from the Fukushima-Dai ichi nuclear accident 4th April. IRSN. Kemendiknas, 2012. “Laut Indonesia, diakses pada Desember 2013 dari http://www.belajar.kemdiknas.go.id. Kennedy, J. W. 1946. "Properties of Element 94". Physical Review 70 (7–8): 555556 Kusuma Atmadja., dan Mochtar.1978. Hukum Laut Internasional. Bandung: Bina Cipta K. Hirose., and Yanagama, Y, 2006. Plutonium and 137Cs in Surface Seawater of the South Pacific, Proceedings 2006 SHOOTS Workshop. Jepang: Meteorological Research Institute. Koczy, E.E. 1958. Natural radium as a tracer in the ocean. In Proceedings of The 2nd International Conference of Peaceful Uses of Atomic Energy (pp. 351-357). Geneva Maderich,V., Bezhenar,R., Heling,R., de With,G., Jung , K.T., Myoung , J.G., Cho, Y.K., Qiao, F., Robertson, L. 2013. Regional long-term model of radioactivity dispersion and fate in the Northwestern Pacific and adjacent seas: application to the Fukushima Dai-ichi accident. Journal of Environmental Radioactivity , dx.doi.org/10.1016/ j.jenvrad.2013.09.009. Martin, A., and Samuel, A.H. Disarikan oleh Poppy Intan Tjahaja. 2002. Materi Kuliah Keselamatan Radiasi. Jurusan Teknik lingkungan. Bandung: FTSP, ITB. Murdahayu, Makmur. 2007. Pembuatan Matrik Penukar Ion Heksasianoferat untuk Pemekatan 137Cs dari Air Laut. Serpong Tangerang Selatan: Prosiding Seminar Teknologi Pengolahan Limbah V: 224-229.
49
M. Inoue., H Kofuji, Y Hamajima, S Nagao, K. Yoshida, M Yamamoto. 2012. 134 Cs and 137Cs activities in coastal seawater along Northern Sanriku and Tsugaru Strait, northeastern Japan, after Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident, Journal of Enviromental Radioactivity 111: 116-119
Nguyen, T. N. and Nguyen, T. B. 2003. Project Formulation Meeting on Enhancing the Marine Coastal Environment. Kuala Lumpur: In Progress Report. 3-7 March 2003. NOAA and EPA, 2007. ALOHA User’s Manual. Office of Response and Restoration of the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) and Office of Emergency Management of the U.S. Environmental Protection Agency (EPA), Seattle,WA, USA. Odum, E.P. 1993. Dasar-dasar Ekologi. Edisi ketiga. Diterjemah oleh Tjahjono Samingan.Yogyakarta. Gadjah Mada University Press. Pentreath, R. J. 1988. Radionuklides in the aquatic environment. In Radionuklida in The Food Chain. Berlin: Springer-Verleg. Povinec P.P, 2006. 137Cs in the Indian Ocean, Proceedings 2006 SHOOTS Workshop. Meteorological Research Institute. Jepang Saudek., Petr, Valenova, sarka.,Vavrikova, Z, Vanek, Tomas. 2006. 137Cs and 90 SrUptake by Sunflower Cultivated Under Hydroponic Conditions. Journal of Environmental Radioactivity.Elsevier Science Limited. Irlandia. Saqan, S.A., Kullab, M.K., and Ismail, A.M. 2000. Radionuclides in Hot Mineral Spring Waters in Jordan. Physics Departement. Jordan: Jordan University of Science and Technology, Jordan Physics Departement, Yarmouk University, Irbid. Seaborg, G. T. 1946. Radioactive Element 94 from Deuterons on Uranium. Physical Review 69 (7–8): 366–367. Susanto, R.D., Fang, F., and Supangat, A. 2009. Upper Layer Variability of Indonesian Throughflow. Proceedings of Ocean Obs'09. Venice, Italy: Sustained Ocean Observations and Information for Society.
Suseno, Heny. 2013. Studi 137Cs dalam air laut disekitar Perairan Bangka Selatan dan Sumatera Selatan. Jurnal Teknologi Pengelolaan Limbah. Pusat Teknologi Limbah Radioaktif. Serpong Tangerang Selatan: ISSN 1410-9565 Volume 16 Edisi Suplemen.
50
Suseno, Heny., dan Wahyu Retno, P. 2012. Pemantauan Radioekologi Kelautan di Perairan Bangka Barat dan Bangka Selatan: Pemantaun Lingkungan Laut Pada Radius 10 Km Dari Lokasi Tapak PLTN. Serpong Tangerang Selatan: Jurnal Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN. Suseno, Heny., dan Wahyu Retno P. 2014. Monitoring 137Cs and 134Cs at marine coast in Indonesia between 2011 and 2013. Marine Pollution Bulletin 88 (2014) 319-324. Elsivier. Thayib, M.H. 1994. Pencemaran Radionuklida. Jakarta: Badan Tenaga Atom Nasional. Thayib, M.H. 1994. Radioekologi. Jakarta: Pusat Pendidikan dan Latihan – Badan Tenaga Atom Nasional. Wiryosimin, 1995. Mengenal Asas Proteksi Radiasi. Bandung: Penerbit ITB.
Wyrtki
K. 1961. Physical Oceanography of the Southeast Waters. Naga Report 2 Scripps Inst. Of Oceanography.
Asian
Zaharudin, A., Yii, M.W., Kamarozaman, I., and A.K.Wood. 2003. Distribution of 137Cs in The Straits of Malacca. Analytical Chemistry. Application and Current Issues. Lee Ming Press, Kuching. 131-137.
51
Lampiran 1. Proses pembuatan catridge filter
Catridge filter direndam dalam larutan Fe(II)(CN)6 (konsentarasi 10g per 300 ml air) o
+ Dioven 80 C (2 hari)
Catridge filter direndam dalam larutan Cu(II)(NO3)2 (konsentarasi 10g per 300 ml air)
+ Dioven 90oC(2 hari)
Catridge filter direndam dalam larutan Cu(II)(NO3)2 (konsentarasi 10g per 300 ml air)
Catridge filter dibungkus dengan filter dan siap digunakan
52
Lampiran 2. Bagan proses pengendapan Pu Air Laut Di asamkan dan di saring (20-80L) + Tracer 242 Pu (20 mikron) + Carriers Sr (SrCl2) (1 gram) Cs (Cs(NO2)) (1 gram) + KmnO4 (0,5mL / Liter Sampel) + NaOH (Sampai PH 9) + MnCl2 / MnSO4 (1mL /Liter Sampel) Dilakukan Pengadukan Selama 1
Filtrat
MnO2 . x H2O (Pu) Endapan Dilarutkan dalam HCl+NH2OH.HCl + Fe(III) (50mg); NaOH, dipanaskan: Fe(III) tereduksi Fe(II), Pu(IV,V,VI) tereduksi menjadi Pu(III) + NaNO2 : Fe(II) teroksidasi Fe(III) Pu(III) teroksidasi Pu(IV) + NH4OH sampai pH 8-9 dipanaskan + HCl sampai pH 6-7
Filtrat MnII pH 6-7
Endapan Fe(OH)3 Pu IV
Dilarutkan dalam HCl, konversi ke larutan nitrat HNO3
Larutan HNO3 (Fe(III) Pu, HNO3)
53
Larutan HNO3 (Fe(III) Pu, HNO3) + Hidrazinium, dipanaskan: FeIII ke FeII, Pu(IV,V,IV) ke Pu(III) + konsentrasi HNO3 4M, Fe(II) ke Fe(III), Pu(III) ke Pu(IV) + NaNO2 : Pu(III) ke Pu(IV) +konsentrasi HNO3 8M, Pu(IV) ke Pu(NO3)62-
8M HNO3 berisi (Fe(III) dan Pu(IV) Resin columm penukar ion
HNO3
NH4 I dan HCl
HCl Fraksi Am Fraksi Pu Fraksi Th
54
Lampiran 3. Foto Lokasi dan Proses Prepasi sampel
137
Cs dan 239/240Pu air Laut
a. Sampel 137Cs
a. Sampel 239/240Pu
55
