RISET KEUTUHAN PENGUNGKUNG REAKTOR SAAT TERJADI KECELAKAAN PARAH
RINGKASAN Pengungkung (containment) reaktor nuklir adalah dinding pelindung terluar yang mencegah emisi produk belah (Fision Product, FP) keluar dari instalasi reaktor nuklir. Menjaga keutuhannya sangat penting dipandang dari sisi keselamatan. Untuk itu, dilakukan eksperimen dan analisis untuk mengetahui beban yang terjadi pada pengungkung serta jumlah FP yang bocor dari pengungkung pada saat terjadi kecelakaan parah. Di Jepang, dilakukanlah pengujian karakteristik pengungkung pada saat kecelakaan oleh JAERI melalui program ALPHA. URAIAN Pada saat terjadi kecelakaan parah, di dalam bejana reaktor nuklir dapat terjadi hal-hal seperti ditunjukkan pada Gambar 1, sehingga memungkinkan terjadi kerusakan-kerusakan sebagai berikut: 1. 2. 3. 4.
Ledakan uap air akibat bertemunya bahan-bahan leleh dengan air pendingin. Terjadinya korosi beton disebabkan interaksi dengan jatuhan bahan bahan leleh. Ledakan atau terbakarnya gas yang mudah terbakar. Pemanasan secara langsung bejana pengungkung akibat semburan bahan-bahan yang meleleh.
Akibat hal-hal tersebut di atas, terjadi kenaikan suhu dan tekanan di dalam pengungkung, sehingga perlu dievaluasi kondisi pengungkung pada saat terjadi kecelakaan parah. Oleh karena itu, di beberapa negara dilakukan berbagai macam penelitian. 1. Fenomena di dalam pengungkung reaktor Ledakan uap air dapat terjadi sebagai akibat dari struktur di dalam reaktor yang meleleh pada temperatur tinggi bersentuhan dengan air pendingin yang berada di bagian bawah pengungkung. Kontak tersebut mengakibatkan air menguap secara tiba-tiba dan menimbulkan gelombang tekanan yang tiba-tiba pula. Fenomena seperti ini juga terlihat pada pabrik pengolahan besi dan terjadinya semburan magma pada gunung berapi. Penelitian yang berhubungan dengan reaksi antara air dan bahan yang meleleh dilakukan baik di Amerika Serikat, Jerman, Prancis dan Jepang. Khususnya untuk di Jepang, terdapat proyek penelitian ALPHA-Plan (JAERI) dan COTELS-Plan (NUPEC). Di dalam penelitian tersebut bahan Termit (Oksida besi dan serbuk alumunium), Pb (tin) atau besi tahan karat dilelehkan kemudian dijatuhkan ke dalam air, kemudian diteliti kondisi terjadinya retakan mekanik (fracture mechanics), karakteristiknya dan sebagainya. Pada penelitian yang dilakukan sampai saat ini, diketahui kemungkinan terjadinya ledakan uap air dan skala besarnya energi sangat bergantung pada kondisi campuran antara air dan bahan yang meleleh yang merupakan kondisi awal (initial condition). Reaksi antara lelehan teras dan beton (Molten Core Concrete Interaction) diteliti di Jerman, Jepang dan Amerika Serikat. Pada reaksi ini, terbentuk aerosol yang mengandung FP dan beton terkorosi, gas-gas karbon seperti hidrogen dan gas-gas yang terkondensasi, serta gas CO yang mudah terbakar. Bila di dalam lelehan teras mengandung logam Zirconium, dapat diamati bahwa fenomena kecepatan korosi beton meningkat hampir dua kalinya. Mengenai terbakar dan meledaknya hidrogen, di Sandia National Laboratories, Amerika Serikat diteliti pengaruh gas terlarut seperti uap air dan gas karbonat terhadap terbakarnya udara atau hidrogen. Selain itu, dengan menggunakan fasilitas skala besar (FLAME) diteliti bentuk rambatan bara api serta pengaruh adanya penghalang. Pengujian pembakaran dilakukan di bawah kondisi beroperasinya semprotan dan uji efektivitas alat penggabung kembali (recombiner) katalis hidrogen. Brookhaven National Laboratory (BNL-Amerika Serikat) bekerja sama dengan NUPEC (Jepang), meneliti pengaruh suhu, unsur-unsur dan penghalang terhadap kondisi terjadinya ledakan. Diperoleh bahwa terjadinya gas yang mudah terbakar dan berpotensi akan menjadi ledakan atau tidak, berhubungan erat dengan distribusi gas yang terjadi. Di Jerman dipelajari distribusi hidrogen dengan menggunakan alat uji skala besar (HDR). Dalam penelitian ini sebagai pengganti hidrogen digunakan Helium.
2. Keutuhan pengungkung reaktor Dalam uji pemanasan secara langsung terhadap pengungkung akibat menyemburnya lelehan teras dari bejana reaktor ke pengungkung, dilakukan uji dengan skala 1/10 dan 1/6 (masing-masing disebut SURTSEY dan TTF) di SNL, Amerika Serikat. Selain itu, di Argonne National Laboratory (ANL) dilakukan dengan alat yang merupakan skala 1/40 (COREXIT). Gambar 2 merupakan contoh alat uji pemanasan langsung, yaitu fasilitas pengujian SURTSEY yang digunakan di SNL. Dibandingkan dengan BWR, akibat pemanasan langsung di PWR lebih kritis, sehingga pengujian-pengujian ditargetkan pada pengungkung PWR. Dari pengujian-pengujian ini diperoleh pengetahuan bahwa kerusakan pengungkung di PWR sangat kecil. Berdasarkan standar desain, meskipun pengungkung didesain sedemikian rupa sehingga dapat dipertahankan keutuhannya, namun akibat beban yang diterima saat terjadi kecelakaan parah (severe accident), bagian kabel atau perpipaan yang menembusnya menjadi rusak. Kebocoran terjadi dari pelapis (seal) akibat deformasi bagan pengungkung, sehingga terdapat kekhawatiran hilangnya fungsi pengungkung. Untuk mengatasi hal itu, dilakukanlah serangkaian pengujian guna memeriksa pengungkung pada saat kecelakaan parah di SNL. Untuk memeriksa karakteristik beban statis bagian dalam pengungkung yang terbuat dari baja, dilakukan pengujian dengan menggunakan model pengungkung skala 1/32 dan 1/8 dengan memberikan tekanan menggunakan gas Nitrogen. Benda uji dengan skala 1/8 (lihat Gambar 3), kecuali bagian dasar yang berfungsi sebagai penopang, dibuat untuk memodelkan pengungkung sesungguhnya dengan bagian bagan pengungkung didesain dengan tekanan 0,38 MPa. Untuk melihat efek kebocoran karena deformasi di sekitar bagian tembusan di sekitar pintu untuk memasukkan perlengkapan dan operator air lock, dipasang beberapa pengukur regangan (strain gauge), pengukur pergeseran (displacement) dan lain-lain. Dalam pengujian seperti halnya uji keutuhan pengungkung sesungguhnya, dilakukan uji kebocoran secara menyeluruh dan dilakukan uji tekanan tinggi. Untuk pengungkung yang terbuat dari beton reinforce dilakukan pengujian yang sama dengan menggunakan ukuran skala 1/6. Bahan uji memiliki tinggi 11,1 m, diameter dalam 6,6 m dan desain tekanan sebesar 0,42 MPa, diberi besi tulang sebanyak 8 lapis, didudukkan pada beton dengan menggunakan anchor dan runner yang terbuat dari baja dengan tujuan memodelkan pengungkung sesungguhnya. Selain itu terdapat 2 buah pintu untuk memasukkan peralatan, 2 buah operator hatch, dan sekumpulan pipa. Pengujian dilakukan dengan memberi tekanan secara bertahap menggunakan Nitrogen. Karena pengungkung sesungguhnya memiliki struktur yang kompleks, maka secara langsung untuk evaluasi karakteristik pengungkung sesungguhnya dengan menggunakan hasil-hasil di atas tidak sesuai. Namun demikian, tujuan pengujian ini adalah untuk memberi data-data bagi evaluasi kelayakan metode analisis.
GAMBAR :
Gambar 1. Hal-hal utama yang mungkin terjadi di dalam pengungkung saat terjadi kecelakaan parah
Gambar 2. Ikhtisar instalasi SURTSEY yang digunakan pada pengujian pemanasan secara langsung terhadap pengungkung di SNL
Gambar 3. Bahan pengujian dengan model skala 1/8 pengungkung terbuat dari baja
