ANALISIS AEROSOL RADIOAKTIF DI BALAI OPERASI RSG GAS

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

ANALISIS AEROSOL RADIOAKTIF DI BALAI OPERASI RSG­GAS Oleh: Yus Rusdian Akhmad dan Subiharto

ABSTRAK Analisis aerosol radioaktif di balai operasi RSG­GAS. Disajikan hasil analisis aerosol  radioaktif di Balai Operasi RSG­GAS pada daya operasi 20 MW. Untuk menentukan dari  mana   produksi   aerosol   tersebut   telah   dilaksanakan   analisis   sampel   500   ml   air  demineralized dari RSG­GAS dengan menggunakan aktivasi netron di fasilitas iradiasi  JRR3,   JAERI,   Tokaimura,   Jepang.   Sebagai   pembanding   contoh   air   pendingin   primer  JRR­3 sebanyak 100 ml dalam vial Polytethylene dicacah dengan menggunakan gamma  spektrometer lima kali dengan waktu cacah masing maing 600 detik. Seri pengukuran  tersebut   untuk   memastikan   waktu   peluruhan   isotop   yang   diduga.   Dengan   metode   ini  konsentrasi  138Cs   dan  88Rb   tidak   terdeteksi   sehingga   menolak   kesimpulan   laporan  terdahulu   yang   menyatakan   unsur­unsur   tersebut   berasal   dari   aktivasi   unsur   kelumit  pendingin   primer.   Berdasarkan   hasil   kerja   yang   disajikan   di   sini,   disimpulkan   bahwa  aerosol radioaktif 138Cs dan 88Rb yang lepas dari kolam reaktor berasal dari proses fisi di  dalam teras yaitu dari bahan dapat belah yang dapat menempel pada permukaan luar  lempengan bahan bakar ketika proses pembuatannya.

ABSTRACT Analysis of radioactive aerosol  in the operasion hall of  RSG­GAS. Analysis results   of radioactive aerosol in the operation hall of RSG­GAS at 20 MW operation power is   presented. To determine the origin of the radioactive aerosol, a 500 ml sample of RSG­ GAS demineralized  water was analized using  neutron  activation  method  in  the  JRR3,   JAERI, irradiation facility, Tokaimura Japan. As a comparation, a 100 ml sample of JRR­3   primary   water   coolant   contained   in   polyethilene   vial   was   counted   by   using   gamma   spectrometer with counting time 600 seconds. The countings were done for five times to   ensure the predicted isotopic decay time. Using this method a previous conclusion stated   that   the   isotopes   were   originated   from   activation   of   trace   elements   contained   in     the   primary coolant  is  rejected.  Based  on  the results  presented  here,  it  is  concluded  that   radioactive aerosols  138Cs and  88Rb released from the reactor pool were originated from   fission   process   in   the   core   where   the   outer   surface   of   the   fuel   plate     could   be   contaminanted with fissile materials during the fuel fabrication proces.

634

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

PENDAHULUAN Pada   penelitian   sebelumnya   telah   dilakukan   evaluasi   terhadap   peningkatan  konsentrasi aerosol di sekitar kolam reaktor pada saat reaktor beroperasi dengan daya 20  MW.   Peningkatan   tersebut   dapat   diamati   melalui   pemantau   aerosol   radioaktif   di   balai  operasi RSG­GAS yang mengandalkan teknik α, β  pseudocoinsidence (APBD – LB 150  D,   Berthold)   [1].  Namun   demikian   dengan   teknik   pengukuran   ini   informasi   mengenai  unsur   radioaktifnya   tidak   dapat   diketahui.   Untuk   dapat   menilai   risiko   secara   memadai  perlu   diketahui   apa   unsur   radioaktifnya,   dari   mana   asalnya   dan   berapa   besar  konsentrasinya. Nakamura  [2]  dalam  laporan  kegiatannya telah  mengidentifikasi  adanya unsur­ unsur  41Ar,  138Cs   di   dalam   contoh   udara   balai   operasi.   Mungkin   karena   beranggapan  bahwa unsur gas mulia 41Ar merupakan unsur dominan di dalam contoh udara, Nakamura  menyimpulkan   bahwa   pemantau   aerosol   terganggu   oleh   sumbangan   gas   mulia  41Ar  sehingga terjadi peningkatan respon pemantau aerosol. Yus   Rusdian   dkk   [3]   dalam   makalahnya   Evaluasi   Peningkatan   Konsentrasi  Aerosol di Balai Operasi RSG­GAS telah menganalisis bahwa peningkatan cacah  α,  β  aerosol disebabkan adanya radioisotop utama yang berasal dari kolam reaktor lolos ke  balai operasi. Isotop tersebut disimpulkan sebagai aerosol 138Cs dan 88Rb yang terbentuk  dari proses aktivasi unsur kelumit dari air pendingin di dalam dan sekitar teras reaktor  melalui reaksi :

138 56

87 88 138  Ba ( n, p )  − −− →  138 55  Cs  dan   37   Rb ( n, γ )  − − − →  37   Rb

Dari   kedua   laporan   di   muka   belum   dapat   terjelaskan   secara   meyakinkan   dari  mana produksi aerosol tersebut. Hal ini dikarenakan tidak tersedia data kuantitatif yang  akurat   mengenai   unsur­unsur   kelumit   air   pendingin   primer   sehingga   dapat   dijadikan  sebagai   pendukung   kesimpulannya.   Dalam   makalah   ini   diupayakan   untuk   dapat  menjelaskan asal produksi kedua unsur tersebut.

TEORI DAN METODE Radioisotop   yang   tergabung   pada   aerosol   dapat   diidentifikasikan   dengan  memperhatikan   energi   dari   foton   gamma   yang   dipancarkan   dan   waktu   paronya.  Adakalanya   dengan   hanya   memperhatikan   energi   foton   gamma   dapat   ditentukan 

635

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

isotopnya. Tetapi bila terdapat banyak isotop di dalam suatu contoh dengan energi foton  yang   sama   atau   berdekatan,   maka   tambahan   informasi   mengenai   waktu   paro   akan  mempermudah penentuan  isotop. Dalam  hal ini  perkiraan waktu paro dapat dilakukan  melalui pencacahan secara serial dengan interval waktu tertentu. Pencacahan contoh filter dengan spektrometer gama akan memberikan data laju  cacah   untuk   energi   foton  tertentu   yang   mencerminkan   aktivitas   suatu  isotop  di   dalam  contoh. Hubungan antara cacah puncak dan aktivitas suatu isotop yang terkumpul di filter  pada saat pengukuran adalah:

Ac  = 

Np t ∂ ε c

                                                      (1)

Dengan  Np  = cacah puncak,  εc  = efisiensi pencacahan, ∂ = kelimpahan foton, dan  t  =  waktu   pencacahan.   Besarnya   konsentrasi   aktivitas   aerosol   pada   saat   pencuplikan  dihubungkan dengan aktivitas filter dapat dihitung dari rumus pada pustaka [4] sebagai  berikut:

Cc   =  

Ac

εf f   (1 − e  −λ c ts   ) e  −λc ( t   −  t )   λc 1

s

 

 (2)

dengan  Cc  =  konsentrasi aktivitas aerosol,  Ac  = aktivitas isotop pada filter,  εf  = efisiensi  pencuplikan aerosol,  f  = debit pencuplikan udara,  λc  = konstanta peluruhan isotop,  t1  =  waktu   pengambilan   contoh   ditambah   waktu   tunda   sampai   pencacahan,  ts  =   waktu  pengambilan contoh.

Tata kerja Tata  kerja  secara  lengkap disajikan pada  laporan [5]. Berikut ini penyampaian  secara singkat. Pencuplikan udara di JJR 3 dilakukan dengan menggunakan Filter HE­ 40T  Cellulose   Glass   Fibre,   dengan   debit   100   l/menit.  Pengambilan   sampel   udara  dilakukan pada saat reaktor beroperasi pada daya 20 MW. Setelah kira­kira 10 menit dari  waktu tunda filter dikeluarkan, selanjutnya filter di transfer dan disiapkan untuk dicacah  dengan   Germanium   Gamma   Spectrometer   (GEM­25185­P­S),   filter   dicacah   dengan  waktu 200 detik. Pengukuran ini dilakukan untuk meyakinkan apakah di JRR3 juga terjadi 

636

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

pelepasan aerosol radioaktif yang sama. Sebagai data pendukung, contoh air pendingin  primer JRR­3 sebanyak 100 ml dalam vial polytethylene dicacah dengan menggunakan  gamma spektrometer 5 kali dengan waktu cacah 600. Seri pengukuran untuk memastikan  waktu peluruhan isotop yang diduga. Untuk menentukan dari mana datangnya aerosol contoh air demineralized dari  RSG­GAS, dianalisis dengan menggunakan aktivasi netron. Untuk itu, contoh air 500 ml  difilter dengan filter sandwich yang terdiri dari 0,45 μ Millipore Kation dan Anion dengan  laju alir 10 ml/menit, dengan harapan material­material kelumit terpisah dan tertangkap  pada filter. Tiap filter dibungkus ke dalam kantong vinyl kemudian diiradiasi termasuk filter  kosongnya (filter kontrol/background). Dari sini diperoleh 6 kapsul yang diiradiasi melalui  posisi irradiasi  pneumatic  dengan kerapatan neutron masing­masing 2,0 x 1013  dan 1 x  109 cm­2 sec­1 untuk netron thermal dan netron cepat. Waktu irradiasi kapsul diberikan 1  menit. Setelah intensitas radiasinya menurun pada paparan yang diperbolehkan sampel  dicacah dengan gama spektrometer (HP­Ge) selama 200 detik. Pengukuran seri kedua  dilakukan setelah kira­kira 2 jam berikutnya. Monitor   debu   dan   monitor   udara   di   JRR3   diamati   untuk   memeriksa  kecenderungan radioaktif airborne (aerosol dan gas) pada saat reaktor beroperasi. Data  yang   diperoleh   dari   monitor   tersebut   bermanfaat   untuk   meyakinkan   adanya   produksi  aerosol termasuk riwayatnya.

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pencacahan filter HE­40T Cellulose Glass Fibre untuk contoh udara JRR3  diperoleh spektrum seperti disajikan pada Gambar 1. Dari data ini terdeteksi adanya  138Cs  yang ditunjukkan dengan puncak energi 462,7; 1009,2 dan 1435,0 kev dan   88Rb yang  ditunjukkan   dengan   puncak   energi   897,5   dan   1835,1   kev.   Dengan   demikian   dapat  dikatakan bahwa fenomena terjadinya radionuklida yang lepas dari kolam reaktor antara  JRR­3   dan   RSG­GAS   adalah   sama.   Mengacu   pada   laporan   Lab   Department   Healt  Physics   yang   ditulis   oleh   Hoshi,   tgl   11   Maret   1996,   untuk   daya   reaktor   yang   sama  konsentrasi  138Cs  dan  88Rb   masing­masing   dari   atas   kolam  reaktor   adalah   5,07  x  10­5  Bq/cm3 dan 6,84 x 10­5 Bq/cm3. Untuk RSG­GAS berdasar pustaka [3] diperoleh konsentrasi 6,9 x 10­4  Bq/cm3  untuk 138Cs dan 3,3 x 10­3 Bq/cm3. Dari sini diketahui bahwa konsentrasi RSG­GAS lebih  besar dibanding dengan JRR­3. Pertanyaannya adalah dari mana asal aerosol tersebut.  Ada   dua   kemungkinan,   yang   pertama   adalah   proses   aktivasi   unsur­unsur   kelumit   air  pendingin, yang kedua berasal dari proses fisi di dalam teras. Proses pertama adalah 

637

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

reaksi 56 Ba138 (n,p) 55 Cs138 dengan tampang lintang microscopik σ n,p = 0,0025 barn dan  Rb88 dengan tampang lintang microscopis σ n,γ = 0,12 barn; sedangkan dari proses fisi 

37

melalui peluruhan berantainya adalah sebagai berikut:

Fision Yield 0,39 (%) 88Se (1,55)­88Br (16,6 s) ­ (88Kr (2,84 h) ­ 88Rb (17,8 m), Fision Yield 0,09 (%) 138 Te (1,4 s)­ 138I (6,5 s) ­ 138Xe (14,1 m) ­ 138Cs (32,2 m).

Gambar 1. Spectrum Gamma filter aerosol HE­40T dari monitor debu JRR3

Hasil pencacahan air primer JRR3 ditunjukan pada Gambar 2. Dari sini terlihat  jelas bahwa produk fisi tidak terdeteksi. Isotop dari contoh yang dominan adalah Na 24  (1732,2 dan 1368,8 keV), Ar41  (1293,6 keV), Mg27  (1014,4 dan 843,8 keV), Na22  (5091,9  keV) dan Tc99 m (140,9 keV). Dengan metode ini konsentrasi 138Cs dan 88Rb tidak dapat  terdeteksi. Hal ini disebabkan karena distrisbusi pulsa dari produk aktivasi mengganggu  pulsa   yang   datang   dari   hasil   fisi   oleh   karena   itu   puncak­puncak   mereka   tidak   bisa  dibedakan (karena terlalu kecil untuk bisa dideteksi).

638

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

Gambar 2. Spektrum Gamma dari sampel pendingin primer JRR3 saat reaktor beroperasi  20 MW Keadaan yang sama dapat digunakan untuk menerangkan mengapa isotop 138Cs  dan 88Rb tidak terdeteksi untuk pengukuran filter­filter pada contoh air RSG­GAS, seperti  ditunjukkan   pada   Gambar   3   dan   Gambar   4.   Teknik   pengukuran   secara   langsung  terhadap contoh air dengan menggunakan gamma spektrometer seperti dikemukakan di  muka tidak bisa dipakai untuk menarik kesimpulan. Boleh jadi melalui kombinasi separasi  kimia dengan cara memisahkan isotop­isotop pada filter sebelum dicacah, batas deteksi  terendah   dapat   diperbaiki.   Namun   demikian   dikarenakan   oleh   beberapa   hal   terutama  terbatasnya waktu teknik ini dihindari. Dari   Gambar   3   dan   Gambar   4,   terlihat   banyak   isotop­isotop   yang   terdeteksi,  tetapi isotop 138Cs dan 88Rb tidak terdeteksi sehingga tidak dapat disimpulkan berasal dari  unsur   kelumit   pendingin   primer   yang   teraktivasi.   Berdasarkan   perolehan   ini   dapat  disimpulkan   bahwa   aerosol   radioaktif   yang   lepas   dari   kolam   reaktor   RSG­GAS   murni  berasal   dari   proses   fisi   di   dalam   teras,   fenomena   ini   sesuai   dengan   JRR­3.   Tetapi  kesimpulan tersebut dibuat dengan jalan yang berbeda. Mengacu  pada  Gambar  5  dari monitor debu  dan gas  dapat  direpresentasikan  bahwa fluktuasi aerosol radioaktif beriringan dengan gas radioaktif terutama pada saat  reaktor   beroperasi.   Selanjutnya   data   dari   monitor   iodine   dapat   digunakan   untuk  menunjukkan 

639

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

Gambar 3. Spektrum Gamma filter kosong 0,45 μ millipore

        Gambar 4. Spektrum Gamma filter Anion

640

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

indikasi   iodine   berasal   dari   proses   fisi   dalam   teras.   Dengan   demikian   dapat   dibuat  kesimpulan bahwa penyebab lepasnya aerosol positip hubungannya dengan proses fisi di  dalam teras. Pelepasan aerosol produk fisi ini konsentrasinya relatif kecil. Produk fisi dari  teras reaktoryang lepas ke air pendingin dapat terjadi karena permukaan luar dari lempengan  bahan bakar tidak dapat dihindari terkontaminasi oleh uranium selama proses pembuatan  bahan   bakar.  Selanjutnya  untuk   kepentingan  pengendalian   operasi reaktor,  apabila   terjadi  pelepasan   abnormal   konsentrasi   aerosol   yang   secara   statistik   dapat   ditetapkan   dari   seri  pengukuran   rutin,   maka   penyebabnya   dapat   dikaitkan   dengan   adanya   kegagalan   elemen  bakar.

Gambar 5 Grafik DM (monitor debu) dan IM (monitor Iodine), titik sampel di atas kolam  reaktor

KESIMPULAN Telah   disajikan   pembahasan  aerosol   radioaktif   di   balai   operasi   RSG­GAS  berdasarkan data pembanding dan analisis sampel air RSG­GAS yang diperoleh penulis dari  kegiatan di JRR3, JAERI, Tokaimura, Jepang. Disimpulkan bahwa aerosol yang mengandung  Cs dan  88Rb yang lepas dari kolam  reaktor konsentrasinya relatif kecil dan berasal  dari 

138

proses fisi pada permukaan luar lempengan bahan bakar. Fakta ini terjadi karena tidak dapat  dihindarkannya kontaminasi uranium pada permukaan luar lempengan bahan bakar ketika  fabrikasi berlangsung.

641

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

DAFTAR PUSTAKA 1. Laboratorium Prof. Dr. Berthold,  Operating Manual Alpha­Beta­Aerosol Monitor LB   150D According to the APBD method, 1984.

2. NAKAMURA,   C.,  Investigation   Report   for   the   Causes   of   Increase   of   Radiation   Background in MPR­30, Report to deputy for Assessement of Nuclear Science and   Technology, 1990. 3. YUS RUSDIAN AKHMAD, dkk., Evaluasi Peningkatan Konsentrasi Aerosol di Balai  Operasi RSG­GAS, Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan lingkungan  V, BATAN, Jakarta, 26­27 Agustus 1997. 

4. MOE, H.J., LASUK, S.R., SCUMACHER, M.C., and HUNT, H.M.,  Radiation Safety   Technician Training Course, Argone Natioanl Laboratory­ANL­7291 Rev.1, 1972.

5. YUS RUSDIAN AKHMAD, Batan Experts Report in Department of Research Reactor   Tokai Research Establishment, Japan Atomic Energy Research Institue, March 16,  1998

 

642