Hasi/ Fane/itian
P2PLR Tahun 2002
EVALUASI
DIFUSIVITAS RADIONUKLIDA 133CSYANG MElEWATI PENGHALANG BUATAN KOr-JKRET BETON
Bahdir Johan, Sugeng Purnomo, Suparno, Kuat Heriyanto, Tri Salyo Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif
ABSTRAK EVALUASI DIFUSIVITAS RADIONUKLIDA 133CSYANG MELEWATI PENGHALANG BUATAN KONKRET BETON. Telahdilakukan penelitiandifusivitas radionuklida 133CSmelewati konkret beton-pasir biasa serta konkret beton-pasir besi pasir silika dari Bangka. Konkret beton sebagai penghalang buatan, ditempatkan diantara dua bagian ruangan pada gel difusi. Contoh difusan sebelum dart setelah terdifus: Jianalisis menggunakan Spektrometr: Serapan Atom dan difusivitas dihitung menggunakan kemiringan grafik antara konsentrasi fungsi waktu. Hasil yang diperoleh adalah difusivitas radionuklida melewati konkret-pasir biasa 1,06x1 0-10Gm2.dt-1> 9,10x10-13 > 1,2X10-15 cm2.dt-1 difusifitas radionuklida melewati konkret-pasir kuarsa. Dapat disimpulkan bahwa pasir kuarsa lebih prosfektif dibanding pasir besi atau pasir biasa.
ABSTRACT
THE DIFFUSIVITY
EVALUA TION OF RADIONUCLIDE
137Cs THROUGH CONCRETE
ENGINEERED BARRIER. The diffusivity research of radionuclide thoruogh concrete engineered ba"ier made by iron sand, normal sand and Si sand as raw matrial has been done, The diffusant fillea' iff to diffusant cell and the cemeni'itious engineered barretas partition between two side of a diffusant cell, The concentration of radionuclide 133CSbefore and after diffused throught concrete engineered barrier was measured using AAS and the diffusivity of radionuclide solution can be calculated by the slope of the variatie of concentration function of time, The result of the reserch are the diffusivity of rodionuclide throught a concrete-normal sand 1,O6x10-1Ocm2dt >9,10x10-14> 1,20x10-15 cm2,dt-1 than throught the concrete Bangka sand. Accourding to this research are the Bangka sand more prosfected than the normal sand or iron sand for the raw material of engineered barrier.
PENDAHULUAN Hipotesis Oari data penelitian awal di Lab.LFT -LIPI dperoleh: * Porositas Pasir Kuarsa 19,99 * %Fe Pasir Kuarsa 0,013 * Kadar Si Pasir Kuarsa 99,08 Oari data diatas menunjukkan konkret pasir Si mempunyai orde difu3itas terendah jika dibandingkan dengan pasir Cilacap dan Cisadane. Tujuan Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan gambaran kuantitatif difusivitas radionuklida pada blok beton, serta mengamati kemampuannya menahan difusi radionuklida yang akan dilewatinya.
dengan
Hasil Penelitian
P2PLR Tahun 2002
Teori Blok beton hasil olahan limbah radioaktif yang beraktivitas rendah akan disimpan pada tempat penyimpanan limbah radioaktif teknik tanah dangkal (PL TD)[1]. Sistem PL TO rTlenganut konsep penghalang ganda, yaitu perlghalang alami dan buatan. Sebelum dilakukan operasi penyimpanan akhir, perlu dilakukan evaluasi kernampuan terhadap sistem-sistem penghalang (alami dan buatan) untuk menghetahui besarnya kemungkinan radionuklida lepas ke lingkungan, sehingga perlu dilakukan penelitian difusivitas radionuklida pada material yang akan rligunakan sebagai penghalang buatan. Blok beton hc.sil imobilisasi limbah radioaktif aktivitas rendah disimpan dalam fasilitas penyimpanan tanah dangkal yang diberi penghalang buatan. Oifusivitas radionukiida melalui bahan yang digunakan sebagai penghalang lepasnya rddionuklida ke lingkungan perlu dipelajari guna meminim~!~a:1 dampak negatif disekiiar kawasan fasilitas penyimpanan limbah tersebut[2]. Pada penelitian ini diamati kemampuan blok beton sebagai penghalang buatan untuk menghambat difusi radionuklida iklJt dalC!m aliran air. Makalah ini menyajikan difusifitas 133CS melalui penghalang konkret beton. Pada penelitian ini dilakukan perbandingan antara difusiitas 133CS melalui blok beton yang dibuat dengan pasir Cisadane dengan blok beton yang dibuat dari pasir Cilacap dan blok beton dari pasir kuarsa dari pulau Bangka. .Tujua~ umum penyimpanan limbah adala~ .untuk men~isolasi limbah dari Ilngkungarl hldup dalam waktu lama dalam kondlsl terkontrol[ ,5]. Larutan radioaktif yang mengandung 137CS digunakan sebagai simulasi limbah, karena137Cs mempunyai waktu para yang panjang. Data hasil penelitian ini akan digunakan sebagai bahan pertimbangan untuk pemilihan jenis beton penghalang buatan yang paling aman untuk penyimpanan limbah radioaktif. Oifusivitas nuklida melalui penghalang buatan dapat ditentukan menggunakan sel difusi yang diberi penyekat konkret beton. Pengamatan difusan dilakukan pada bagian sel yang berkonsentrasi rendah[3]. Diagram sel difusi adalah seperti pada Gambar 1 hasilfungsi waktu percobaan yang digambarkan sebagai grafik konsentrasi ditunjukkan pada Gambar 2
Gambar 1. Diagram sel difusi
93
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 20C2
Konsenl.r.asic
Ik ..(00$11111
d\' dc
«.1 dx t;
~ ~b
trans.iCIJ
D~b$t~y
$tal~
W!llcittl
Gambar
2. Grafik
Konsentrasi
Fungsi
Waktu
Pada awal percobaan t=O dan C2=0, beberapa hari kemudian terjadi proses penyerapan difusan oleh penghalang buatan. Selanjutnya terjadi kesetimbangan hingga konkret penghalang menjadi jenuh. Setelah penghalang lewat jenuh, terjadi difusi nuklida ke bagi~n gel yang berkonsentrasi rendah. Konsentrasi difusan akan naik fungsi waktu dan difusivitas dapat dihitung menggunakan persamaan :
(1) dimana : D : difusivitas (cm2dt-1) I : tebal penghalang buatan (cm) V1 : volume difusan pada sisi sel konsentrasi tin~gi (cm3) A : penampang lintang penghalang buatan.(cm ) C1 : konsentrasi difusan pada sel konsentrasi tinggi (mmol.cm-3) ~ : perubahan konsentrasi pad a sel konsentrasi rendah (mmol.cm-3) dt : waktu difusi. (detik) Dengan menentukan model matematis difusifitas dapat digunakan untuk menghitung jumlah cesium yang mendifusi dari blok limbah dalam jangka panjang[S,6r Penggunaan pasir didalam matriks beton bertujuan untuk meningkatkan kekuatan tekan dan densitas beton, karena pasir mempunyai kekerasan dan densitas yang lebih besar dari komponen lain dari komposisi beton[8J. Oari penelitian sebelumnya diketahui bahwa densitas dan kuat tekan konkret-pasir besi lebih besar dibandingka densitas serta kuat tekan konkret-pasir biasa dari Cisadane.
94
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
Data
dari
penelitian
ini diharapkan
pertimbangan pemilihan jenis penghalang buata:l pad a PL TO.
pasir
untuk
dapat
digunakan
bahan
sebagai
campuran
blok
bahan beton
TATA KERJA
Bahan Bahan yang digunakan meliputi semen Portland tipe I produksi semen Cibinong, pasir kuarsa dari Pulau Bangka larutan CsNO3 tidak aktif sebanyak
1x10-1oM.
Metoda Pembuatan konkret penghalang dengan penggunaan pasir kuarsa: Semen dan pasir kuarsa masing-masing 787,142 9 dan 590,352. 9 dimasukkan dalam wadah yang telah diisi 275,506 ml air bebas mineral dan diaduk dengan "mikser" hingga hamagen selama 30 menit. Adanan semen tersebut dituangkan dan dimasukkan dalam cetekan betan berupa tleksi glas ukuran panjang 19 cm, tebal 1,5 cm dan lebar 20 cm. Setelah 28 hari beton dilepas dari cetakannya, kemudian dipasang sebagai penyekat antara air dan bagian larutan 133CS pada seli difusi bervolume 4500 mi. Oari data penelitian awal di Lab.LFT -LIPI dperoleh : * Porositas Pasir Kuarsa 19,99 * %Fe Pasir Kuarsa 0,013 * Kadar Si Pasir Kuarsa 99,08 * Data diatas menunjukkan konkret pasir Si mempunyai orde difusitas * terendah jika dibandingkan dengan pasir Cilacap dan Cisadane. Rendahnya ketiga besaran mempengaruhi Difusivitas yang kesemuanya mengarah ke penunjukan pasir kuarsa adalah terbaik dari ketiga pilihan tersebut dapat diambil kesimpulan sementara bahwa pasir kuarsa adalah bahan terbaik diantara pasir besi, fasir Cisadane, maka diambil bahan baku akuades yang terendah atau 1x10-1 sebagai larutan 133CSumpan. Larutan 1x1 0-10 Ci.m-3 sebanyak 4500 ml dimasukkan dalam sell difusi dan air be bas mineral dimasukkan ke dalam sisi lainnya dari sell difusi. Contoh air difusan sebelum dan setelah terdifusi melalui penghalang buatan, diambil setelah proses difusi berlangsung satu bulan kemudian tiap minggu sampai hari ke empat, tiap dua minggu hingg~ minggu ke 12, tiap tiga minggu hingga minggu ke 30, tiap bulan hingga bulan ke 11,. kemudian kadar cesiumnya dianalisis dengan alat SSA. Pengamatan dilakukan pad a difusan yang melalui blok beton yang terbuat dari campuran semen dengan pasir kuarsa dari Bangka.
95
Hasil
Penelitian
P2PLR
Tahun
2002
HASIL DAN PEMBAHASAN Volume konkret penghalang buatan adalah 541,50 cm3, dan luas penampang permukaan yang dilalui difusat 361 cm2. Skema alat penelitian difusivitas menggunakan penghalang beton-pasir kuarsa adalah seperti pada Gambar 3 dengan hasil pengamatan berupa grafik hubungan antara konsentrasi (mol/liter) fungsi waktu difusi (minggu) ditunjukkan pada Gambar 4. Dengan menggunakan persamaan (1) dapat dihitung difusivitas larutan nulida melalui penghalang buatan konkret beton.
Gambar 3. gel Difusi Dengan Penghalang
Buatan Beton-Pasir
Silika
90 88 86
~
0
~ ~
~
DA
~'0 y-
~2
X Q
E
80 78 76 74 72 0
1
2
3
4
6
8
10
12
15
18 21
24
28
32
Waktu difusl (minggu)
Gambar 4. Grafik konsentrasi 133CS fungsi waktu melewati penghalang pasir kuarsa Idari Pulau Bangka
96
36
40
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
Oari
Gambar
4,
menghasilkan dengan yang
konsentrasi
grafik
dc/dt
menggunakan dapat
133CS yang
naik.
persamaan
digunakan
melewati Namun
regresi
untuk
konkret menghitung
linier
menghitung
beton-pasir
Bangka
slopnya,
dapat
dibuat
difusivitas
digunakan
Gambar
sebagai
4 diatas,
slop
sebagai
divusifitas. Pad
a
penelitian
selanjutnya
porositas
Oari dengan pengamatan difusivltas
belum
teramati
tertahan jenuh,
pada
Hasil
perhitungan
nilai konkret
Semakin
difusivitas
mulai
kecil
133CS
beton-pasir
Cilacap
difusivitas
in!
konkret
diperoleh
meningkat, bila
pula
hubungan
dan
dari
data
kecil
limbah
menjadi
sejalan
dengan
menunjukkan
0-15
cm2.dt-1,
yang
konkret
pasir
bahan,
maka
suatu
meningkat
suatu
bahan,
penggunaan
dibandingkan
masih
larutan
difusivitas
difusivitas
130
menjadi
penelitian 1 ,06x1
antara
ke
konkret
terdifusi,
terdifusi.
kuarsa
.Semakin
difusan
dalam
133CS
antara hari
akibat
Setelah
yang
dibandingkan
hingga
terjadi
jenuh.
teramati
fraksi
pengelolaan
limbah 98,65%
131 besar
konkret
hal
hingga
dalam
yang
pasir
diamati
terdifusi, beton
terendahbila
keselamCi:tan
pengelolaan
ke
makin
Oifusivitas
Cisadane, berarti
hari
lama
merupakan
yang
konkret radionuklida
makin
bahwa
133CS
porous
konsentrasi
setimbang, waktu
fraksi
pada
akan
hari bahan pertama penghalang beton-pasir buatan.kuarsa
dengan
maka pasir
pengunaan
berarti
kuarsa
dapa pasir
keselamatan menurunkan
besi.
KESIMPULAN Oari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa: Untuk bahan baku penghalang buatan pada penyimpanan lestari limabah aktivitas rendah, penggunaan pasir besi dari daerah kuarsa dari Pulau Bangka lebih prosfektif dibandingkan pasir biasa dari Cisadane an pasir besi dasi Cilacap 1,06x1 0-10 cm2.dt-1 > 9,1 Ox1 0-13> 1 ,20x1 0-15 cm2.dt-1. Penggunaan pasir kuarsa dapat menurunkan dfusivitas konkret beton 98,65% bila dibandingkan dengan difusivitas konkret beton yang terbuat dari konret beton pas1r Cilacap. Mengingat penelitian ini dimaksudkall untuk pemilihan bahan baku, untuk ~enelitian yang lebih detail masin diperlukan penelitian yang lebih mendalam beberapa parameter spesifik: Oari data pengamatan Kecil difusifitasnya.
makin
kecil
97
porositas
material/bahan
semakin
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
DAFT AR PUST AKA 1. DR. PRA TOMO, BS," Status waste Management with Emphasis on Disposal of LILW from non-power Sources in Indonesia", Country report, Taejon, Republic of Korea, November, 1998 2. SHIMOOKA, K, TAKEBE, S. and WADACHI, Y,"Characteristics of Cement Mortar as an EngineE:.;rE:.;d Barrier for 137Cs", Hokenn Butsuri, 23, 1988, pp. 325-327 3. IAEA,"Characterization of Radioactive Waste Form and Pachages", Technical Report Series No. 383, IAEA, Vienna' 1997 4. IAEA, Criteria for underground Disposal of Solid Radioactive Waste, Safety Series no. 60, IAEA, Vienna, 1983 5. K.SHjMOKA, 'Performance of Enginered Barriers (II)", Nuclear Technology and Education Center Japan Atomic Energy Research Institute, 1998 6. ROBERT E. TREYBAL, "Mass-transfer Operation", McGraw-hili, Second Edition, New York, 1968 7. W. HAUSER, "Packaging of Low and Medium Level Waste", IAEA, International Training, Karlsruhe, 1 8. ZAINUS SALIMIN, dkk,"Pemanfaatan Pasir Besi pada Proses Pemadatan dan Immobilisasi Limbah Radioaktif dengan Matriks Semen", Prosiding Kolokium Pameran Pertambangan'99, Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral, Bandung, 3-5 Nov. 19
