ANALISIS KONSENTRASI UDARA AKIBAT KECELAKAAN REAKTOR KARTINI DITINJAU VARIASI BAHAN BAKAR YANG MELELEH DENGAN SOFTWARE PC-COSYMA Hanifah Nur Syafitri1, Suharyana1, Diah Hidayanti2 1)
Program Studi Fisika Universitas Sebelas Maret 2) Badan Pengawas Tenaga Nuklir
[email protected]
ABSTRAK Simulasi kecelakaan nuklir telah dilakukan dengan software ORIGEN 2.1 dan PC-Cosyma. Software origen digunakan untuk mendapatkan nilai radioaktivitas dimana nilai ini berguna untuk nilai masukan inventori pada program PC-Cosyma sehingga mendapatkan nilai konsentrasi. Data masukan yang digunakan untuk program ORIGEN 2.1 adalah waktu operasi reaktor selama 10 tahun yaitu 897 hari, jumlah total seluruh bahan bakar yang berisi 69 selongsong, daya yang digunakan 250 kW dan massa tiap variasi bahan bkar. Variasi selongsong bahan bakar yang meleleh yang digunakan adalah 6 selongsong, 16 selongsong, 34 selongsong, 57 selongsong dan 69 selongsong. Dengan mode deterministik, masukan PC-Cosyma dibutuhkan data berupa kecepatan udara 0,25 m/s, nilai stabilitas atmosfir yang berada di A, arah angin sebesar 135o, jarak 10 km, jumlah kepadatan penduduk sebanyak 2570 jiwa/km2. Dari data origen yang di dapatkan sebagian besar menunjukkan semakin banyak jumlah selongsong bahan bakar yang meleleh maka nilai radioaktivitas yang didapat juga semakin besar. Hal ini dipengaruhi bahan bakar dengan jumlah selongsong yang meleleh banyak maka massa yang digunakan jungan lebih banyak . Dari hasil yang didapat nilai konsentrasi dari 6 selongsong, 16 selongsong, 34 selongsong, 57 selongsong dan 69 selongsong konsentrasi di udara pada jumlah selongsong yang meleleh 69 selongsong yang paling besar. Dibuktikan pada nuklida Cs-137, Sr-90, dan I-131 selongsong 69 selongsong yang paling tinggi konsentrasinya. Dari simulasi ini didapatkan pada jarak 0,25 km merupakan nilai konsentrasi yang paling tinggi. Hal ini dapat terjadi karena faktor meteorologi seperti kecepatan angin dan arah angin. Angin yang bergerak dari reaktor membawa lepasan radioaktif yang tinggi yang akan jatuh sepanjang angin itu bergerak. Ketika angin itu bergerak maka yang akan mendapatkan sebaran radioaktif ini pertama kali yaitu tempat terdekat dari reaktor jarak yaitu 0,25 km. Dari ketiga nuklida I-131 merupakan nuklida yang memiliki konsentrasi yang paling besar sehingga dapat menimbulak dampak yang lebih besar dari yang lain.
Kata kunci: radioaktivitas, konsentrasi udara, deterministik, dampak radiologi ABSTRACT Simulation about accident nuclear already done by using software ORIGEN 2.1 dan PC-Cosyma. The ORIGEN 2.1 software is used to obtain radioactivity value which useful t the value of inventory input in PC-Cosyma programs then to obtain the value of air concentration. The input data that used for the ORIGEN 2.1 program is the operating time of the reactor for 10 years is 897 days, the total amount of fuel containing 69 cartridgess, the power used 250 kW and the mass of each variation of the fuel elememnt. Variations of melted fuel cartridge used are 6 cartridges, 16 cartridgess, 34 cartridgess, 57 catridgess and 69 cartridgess. In deterministic mode, PC-Cosyma input required of 5 m / s wind velocity, atmospheric stability value at C, wind direction 315o, distance 100 km, population density 30,422 soul / km2. From the data origen obtained showed the more the number of melted fuel cartridge, the value of radioactivity obtained also greater than. This is influenced by fuel which is have more melted cartridgess fuel elemen used more mass material fuel elements too. The value of radioactivity affect the concentration value. From the results obtained the concentration value of 6 cartridges, 16 cartridgess, 34 cartridgess, 57 catridgess and 69 cartridgess of air concentration on the number of melted sleeves 69 is the largest. It is well show on the Cs-137, Sr90, and I-131 cartridge of 63 most concentrated nuclides. From this simulation also obtained at a distance of 0,25 km have the highest concentration. This can happen because meteorological factors such as wind speed and wind direction. The moving wind from the reactor carries high released radioctive that can be fall as long as the wind moves. When the wind move then that gets high radioactive is the place that closed from reactor so on distance 0,25 km. Keyword:radioactivity, concentration, deterministic. radiology impact.
PENDAHULUAN
Indonesia memiliki tiga reaktor nuklir yaitu berada di Serpong, Bandung dan Yogyakarta. Reaktor yang berada di Yogyakarta sendiri dinamakan reaktor kartini. Reaktor ini adalah jenis reaktor TRIGA (Training, Research, and Isotop production from General Atomic). Reaktor ini merupakan reaktor buatan General Atomic yang digunakan untuk pelatihan karena merupakan reaktor non daya atau dayanya lemah dan aman untuk penelitian baik pengendalian proses maupun produksi isotope melalui aktifitas neutron (Rosyid et al, 2013). Reaktor Kartini merupakan reaktor jenis TRIGA dengan daya maksimum operasi 250 kW. Reaktor Kartini memiliki teras reaktor yang memuat 69 bahan bakar. Komposisi bahan bakar reaktor Kartini adalah U-ZrH dengan kandungan uranium 8,5% dengan pengkayaan 20%. Rasio banyaknya Zr dan H adalah 1,65 [1].
Gambar 2.1. Konfigurasi teras reaktor Kartini
PC-Cosyma (Code System of Methods for Assessing Radiological Impact of Accident) adalah paket program untuk estimasi dan kajian terhadap dampak dari lepasan zat radioaktif ke lingkungan akibat terjadi kecelakaan di fasilitas nuklir [2]. Program ini dapat melakukan perhitungan secara deterministik dan probabilistik. Perbedaan keduanya METODOLOGI Sebelum dilakukan perhitungan radioaktivitas dalam perangkat lunak PC Cosyma maka perlu disiapkan data-data waktu operasi reaktor, daya yang digunakan, jumlah selongsong bahan bakar yang meleleh, dan massa bahan bakar yang meleleh.
adalah perhitungan deterministik dengan PC-Cosyma bekerja dengan tidak mempertimbangkan ketidakpastian, sedangkan perhitungan probalistik PC-Cosyma adalah memprediksi distribusi probabilitas dari konsekuensi saat kecelakaan terjadi di berbagai kondisi atmosfer termasuk perubahan dari kondisi selama terbentuknya plume[3]. Pada PCCOSYMA memerlukan input koefisien dispersi yang berasal dari nilai meteorologi seperti arah angin, kecepatan angin, suhu, stabilitas atmosfer dan data topografi permukaan dataran. Dari perhitungan koefisien disfersi ini berguna untuk menentukan nilai konsentrasi[4]. Selain itu untuk menghitung konsentrasi memerlukan data inventori berjumlah 16 nuklida pada input source term. Pada penelitian ini menggunakan paket ORIGEN 2.1. Origen 2.1 merupakan kode komputer peluruhan radioaktif yang dikembangkan di Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Origen II grup neutronik sederhana yang berguna untuk menghitung karakteristik beberapa material nuklir seperti burn up, peluruhan dan proses material radioaktif.[5] Origen juga merupakan paket program yang digunakan untuk menghitung radionuklida yang terbentuk di dalam elemen bahan bakar. Input data untuk origen berupa daya reaktor, lama operasi reaktor, jmlah elemen bahan bakar yang meleleh. Program ini biasa digunakan untuk input program lain karena output origen berupa data inventori radionuklida [6]. Elemen bahan bakar pada program ini dikelompokkan produk aktivasi, produk fissi, dan aktinida. Keluaran dari output ini juga berupa flux netron. Prinsip penggunaan Origen 2.1 adalah dengan menghitung komposisi radionuklida dan unsur material lain yang berhubungan. Kebanyakan material yang dikarakterisasi berupa penggunaan bahan bakar, limbah radioaktif, aliran gas, dan akhir penggunaan uranium. Ada tiga bagian nuklida pada pustaka Origen 2 yaitu 130 aktinida, 850 produk fissi dan 720 produk aktifasi.Ketiga bagian ini memiliki tiga pustaka yang berbeda seperti data pustaka peluruhan radioaktif, data pustaka tampang lintang dan hasil produk fissi, dan data pustaka foton.[5]
Reaktor diasumsikan hancur total. Waktu pengoperasian yang digunakan 10 tahun, daya operasi yang digunakan daya maksimal 250 kW, jumlah elemen bahan bakar yang digunakan divariasikan sesuai ring pada reaktor Kartini. Dimulai dari ring paling dalam sejumlah 6 selongsong, 16 selongsong, 34 selongsong, 57 selongsong dan 69
selongsong. Dari data yang sudah didapatkan dilakukan pembuatan input ORIGEN 2.1 dalam notepad. Hasil output yang didapat dari software adalah nilai radioaktivitas dalam satuan Curie. Setelah dilakukan perhitungan bahan bakar dengan Origen kemudian dilanjutkan perhitungan untuk mendapatkan nilai konsentrasi radionuklida Cs-137, Sr-90, dan I-131di udara dengan PCCosyma. PC-Cosyma yang digunakan menggunakan mode deterministik. Data masukan yang digunakan adalah data meteorologi yang berisi stabilitas atmosfer dalam kategori A sehingga mixing depth layer 1600, arah angin bergerak dari arah barat laut Perhitungan ORIGEN Berdasarkan asumsi kecelakaan reaktor dengan melelehnya bahan bakar maka diperlukan jumlah bahan bakar yang di gunakan. Pada penelitian ini jumlah bahan bakar yang digunakan sesuai ring pada reaktor Kartini. Variasi bahan bakar tersebut adalah 6 selongsong, 16 selongsong, 34 selongsong, 57 selongsong dan 69 selongsong. Jumlah selongsong bahan bakar yang meleleh yang digunakan dari paling dalam ke arah paling luar. Pembuatan input pada origen menggunakan notepad dengan
sehingga membentuk 135o dari utara, kecepatan angin sebesar 5 m/s, permukaan dataran yang digunakan permukaan kasar. Pada masukan source term diperlukan data masukan inventori yaitu berupa data radioaktivitas dalam satuan Becquerel. Data ini didapatkan dari hasil running ORIGEN. Pada masukkan spatial disribution data dimasukkan data jarak yaitu 10 km. Setelah semua data sudah di masukan maka dilakukan proses running sehingga mendapatkan nilai Konsentrasi HASIL DAN PEMBAHASAN memasukan beberapa command prompt. Origen melakukan perhitungan burn up yaiu penggunaan Uranium dari awal sampai uranium menghasilkan konsentrasi dan radioaktivitas produk fisi. Reaktor diasumsikan beroperasi selama 10 tahun di hari kerja dan jam kerja jadi sekitar 897 hari. Pada command prompt IRP memerlukan masukan jumlah bahan bakar dibagi jumlah daya. Daya yang digunakan daya maksimum 250 kW. Pembagian ini menghasilkan nilai 0.003623. Pada masukkan material massa yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Jumlah Selongsong Bahan Bakar dan Massa Bahan Bakar Reaktor Kartini.
Jumlah Selongsong Bahan bakar
massa U235 (gram)
massa U238 (gram)
massa Zr (gram)
6 16 34 57
228 608 1292 2166
912 2432 5168 8664
12190,05 32506,80 69076,96 115805,49
massa H (gram) 81,19 216,50 460,07 771,30
69
2622
10488
140185.59
933.68
Setelah masukan dibuat lalu dilakukan proses running sehingga mendapatkan nilai radioaktivitas yang akan digunakan untuk masukan inventori PCCosyma. Nilai radioaktivitas yang dihasilakan masih memiliki satuan Curie harus dikonversikan ke Becquerel. Nilai radioaktivitas yang di dapat dilihat pada tabel 2. berikut. Pada tabel 1. Menunjukkan semakin banyak selongsong bahan bakar yang meleleh maka semakin
besar massanya. Hal ini ditunjukkan pada jumlah selongsonng bahan bakar yang meleleh sebanyak 23 selongsong baik nilai massa uranium 235, uranium 238, massa Zirkonium dan Hidrida paling banyak. Hal ini akan berpengaruh pada nilai radioaktivitas yang dihasilkan dari keluaran PC-Cosyma. Hasil radioaktivitas tersebut dapat dilihat pada tabel 2.
Perhitungan PC-Cosyma Ada tiga proses pada program PC-Cosyma yaitu input interface, calculation, result interface. Pada input interface ada beberapa masukan yang diperlukan yaitu data meteorologi. Pada masukkan ini diasumsikan kecelakaan rektor terjadi pada bulan Juni. Dari waktu tersebut di dapatkan data meteorologi berupa kecepatan udara sebesar 5 km/jam, arah angin tenggara menuju barat laut sehingga arah angin yang didapatkan sebesar 135o dari utara, stabilitas atmosfer pada kategori A sehingga menunjukkan nilai mixing depth layer
sebesar 1600 meter. PC-Cosyma dipilih dalam mode deterministik sehingga mengabaikan nilai-nilai ketidakpastian. Nilai keluaran dari Origen berupa nilai radioaktivitas pada tabel 2 menjadi nilai masukkan untuk Source term pada PCCOSYMA. Setelah source term dilakukan masukan juga untuk spatial distribution data berupa jarak 10 km dari reaktor, jumlah sektor, dan data jumlah penduduk sekitar reaktor sejauh 100 km yaitu sebanyak 2570 jiwa/km2 . Setelah dilakukan proses calculations, maka didapat nilai konsentrasi data dapat ditampilkan pada result interface sebagai berikut.
Tabel 3. Nilai Konsentrasi Cs-137 di Udara
Jarak (km) 0.25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Konsentrasi Cs-137 di udara (Bq s/m3) 6 16 34 57 69 Selongsong Selongsong Selongsong Selongsong Selongsong 643500.00 643500.00 643500.00 643500.00 643500.00 18640.00 18640.00 18640.00 18640.00 18640.00 2687.00 2687.00 2687.00 2687.00 2687.00 1092.00 1092.00 1092.00 1092.00 1092.00 645.60 645.60 645.60 645.60 645.60 422.20 422.20 422.20 422.20 422.20 295.80 295.80 295.80 295.80 295.80 218.20 218.20 218.20 218.20 218.20 168.00 168.00 168.00 168.00 168.00 134.30 134.30 134.30 134.30 134.30 111.10 111.00 111.10 111.10 111.10
Tabel 4. Nilai Konsentrasi Sr-90 di Udara Jarak (km)
Konsentrasi Sr-90 di udara (Bq s/m3)
0.25
6 Selongsong 624300
16 Selongsong 624100
34 Selongsong 624100
57 Selongsong 624600
69 Selongsong 624800
1
18090
18080
18080
18100
18100
2
2607
2607
2607
2609
2610
3
1059
1059
1059
1060
1060
4
626
626
626
627
627
5
410
410
410
410
410
6
287
287
287
287
287
7
212
212
212
212
212
8
163
163
163
163
163
9
130
130
130
130
130
10
108
108
108
108
108
Tabel 5. Nilai Konsentrasi I-131 di Udara Jarak (km)
Konsentrasi I-131 di udara (Bq s/m3)
0.25
6 Selongsong 5301000.00
16 Selongsong 5325000.00
34 Selongsong 5335000.00
57 Selongsong 5341000.00
69 Selongsong 5341000.00
1
153200.00
153900.00
154200.00
154400.00
154400.00
2
22080.00
22180.00
22220.00
22250.00
22250.00
3
8968.00
9007.00
9025.00
9036.00
9036.00
4
5297.00
5321.00
5331.00
5338.00
5338.00
5
3461.00
3477.00
3483.00
3488.00
3488.00
6
2422.00
2433.00
2438.00
2441.00
2441.00
7
1785.00
1793.00
1796.00
1799.00
1799.00
8
1373.00
1379.00
1382.00
1383.00
1383.00
9
1096.00
1101.00
1103.00
1105.00
1105.00
10
905.70
909.80
911.50
912.60
912.60
Dari ketiga tabel diatas menunjukkan jika jarak dekat maka nilai konsentrasi yang ada semakin banyak. Hal ini terjadi karena kondisi meteorologi seperti arah angin, stabilitas atmosfer dan kecepatan angin. Pada jarak 0,25 km nilai konsentrasi udara baik Cs137, Sr-90, dan I-131 memilik nilai konsentrasi yang tinggi untuk semua variasi selongsong. Selain itu dari tabel dapat dilihat bahwa semakin banyak selongsong yang meleleh nilai konsentrasinya semakin meningkat. Dapat dilihat dari ketiga tabel diatas saat 69 selongsong nilai Cs-137. I-131, dan Sr-90 secara berurutan pada jarak 0,25 Km adalah 643500 Bq s/m3 ; 5341000 Bq s/m3; 624800 Bq s/m3. Hal ini terjadi karena selongsong dengan jumlah yang lebih besar massanya juga semakin banyak menyebabkan nilai radioaktivitas untuk masukan inventori semakin besar. Pada tabel 2. menunjukkan sebagian besar nuklida jumlah bahan bakar yang meleleh nilai
radioaktivitas juga semakin besar. Maka dari itu semakin besar pula konsentrasi yang terlepas ke udara. . Konsentrasi radionuklida berpengaruh terhadap sumbangan radiasi yang diterima manusia dari alur paparan inhalasi dan paparan langsung yang berasal dari udara (couldshine). Konsentrasi di udara berkaitan dengan banyaknya udara yang dihirup manusia dalam waktu tertentu per satuan luas Bqs/m3. Dari hasil keluaran PC-Cosyma menunjukkan dari konsentrasi Cs-137, Sr-90 dan I131 nilai konsentrasi yang terbesar terdapat pada unsur I-131 pada jarak 0,25 Km. Dalam jumlah tertentu nuklida I-131 ini dapat berbahaya bagi tubuh. Nuklida ini dapat masuk ke dalam tubuh melalui paparan eksterna.Sehingga I-131 memiliki dampak paling besar dari unsur yang lain.
KESIMPULAN
dipengaruh nilai radioaktivitas pada selongsong 69 dari nuklida yang terlepas dari reaktor menunjukan nilai yang paling bear. Namun hal ini berbanding dengan jarak karena semakin jauh jaraknya, konsentrasi yang dihasilkan semakin sedikit. Karena ini merupakan konsentrasi di udara maka hal ini dapat dipengaruhi oleh meteorologi seperti kecepatan dan arah angin yang mengangkut nuklida tersebut. Jadi pada jarak 5 Km menempati nilai konsentrasi udara yang tinggi baik Cs-137, Sr-90, dan I-131 memilik nilai konsentrasi yang tinggi untuk semua variasi selongsong pada jarak 0,25 km tersebut. Mengingat pada jarak tersebut dekat dengan sumber kecelakaan reaktor. Dari ketiga nuklida
Setelah dilakukan simulasi reaktor Kartini pada daya maksimal yaitu 250 kW dengan jarak 100 km variasi jumlah selongsong bahan bakar yang meleleh yaitu 6 selongsong, 16 selongsong, 34 selongsong, 57 selongsong dan 69 selongsong, maka didapat nilai konsentrasi berbanding lurus terhadap jumlah bahan bakar yang meleleh. Semakin banyak bahan bakar yang meleleh semakin banyak konsentrasi yang dihasilkan. Nilai konsentrasi di udara pada 69 selongsong untuk masing-masing nuklda yakni Cs-137. I-131, dan Sr-90 secara berurutan pada jarak 0,25 Km adalah 643500 Bq s/m3 ; 5341000 Bq s/m3 ; 624800 Bq s/m3 Hal ini
tersebut I-131 memiliki nilai konsentrasi yang paling besar. DAFTAR PUSTAKA [1]
[2]
[3]
Budi, R. (2008). Analisis Laju Alir Pendingin Di Teras Reaktor Kartini. Prosiding Seminar Nasional ke-14 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Bandung, 5 Nopember 2008. Villa, M., Haydn M., Steinhauser, G., Bock, H. (2015) Accident scenarios of the TRIGA MARK II reactor in Vienna. Journal Nuclear and Design, 240 (2010) 4091-4095. Udiyani, P,M., & Kuntjoro, S. (2015). Pengaruh Kondisi Atmosferik Terhadap Perhitungan Obabilistik Dampak Radiologi Kecelakaan PWR 1000-MW. Jurnal Teknik Reaktor
Nuklir., ISSN 1411–240X No: 632/AU3/P2MI-LIPI/03/2015 Vol. 17 No.3 Oktober 2015, Hal. 149-158. [4]
Zhao Y., Zhang L., Tong J. (2015). Development of rapid atmospheric source term estimation system for AP1000 nuclear power plant. Progress in Nuclear Energy 81: 264-275.
[5]
Hadad, K. Nematolahi, M., Golestani A. (2015). VVER-1000cross-section library generation for ORIGEN-II based on MCNP calculations. International journal of hydrogen energy
[6]
Trijono, E., Sardjono, Y., Purwanto, P., Setiawan, W. (2000). Perancangan Sistem Informasi Pengelolaan elemen bahan bakar reaktor kartini. Prosiding Pertemuan dan Presentasi ilmiah P3TM-BATAN, ISSN 0216-3128
