Ngasifudin,dkk
ISSN 0216 -3128
99
Ngasifudin, Herry Purnomo daD Endro Kismolo PuslitbangTeknologiMaju BATAN, Yogyakarta
ABSTRAK SIFAT MIGRASI CESIUM-137 PADA TANAH DI DAERAH MURIA SEBAGAI KA WASAN CALON TAPAK PLTN. Telah dilakukan peltelitian tentang kinetika don migrasi Cesium-137 pada tanah di daerah Muria sebagai kawasan colon tapak PLTN. Prosesmigrasi Cesium di tanah sangat dipengaruhi oleh sifatfisik dan kimia tanah, dan lingkungan dimana terjadi proses solpsi. Data-data mengenai sifat fisik dan kimia suatu daerah serlo faktor retardasi radioltuklida pada daerah tersebut sangat diperlukan untuk dapat mempelajari ntigrasi radionuklida dalant belttuk ntodel,natematis. Hasil penelitian yang diperoleh yaitu porositas : 0,479 -0.566; kecepatalt aliran Terataair: 5,91 x 104 -4,48 X 10-2cm/detik; dispersivitas longitudinal: 0,030 -0,241 cm; koefisien dispersi longitudinal: 4,96 x 10-5 -7.69 X 10-3 cm2!detik danfaktor retardasi : 2,30 3.39.Hasil analisis Susunan tanah mineral yang berupa persentase POSiT,lempung, debu don kadar lengas pada kedalamalt 0-30 cm rata-rata berkisar : POSiT53,17%. lempung 10,48%, debu 36,37% don kadar lengas 2,58%.
ABSTRACT THE
MIGRATION
THE
AREA
migration
have
properties
models
been
of soil
properties
data
and and
on
done.
5.91
coefficient
x
result for
-4.48
of
soils
migration
10.48%.
in
which
The
of soils
dust
Peninsula
the
sorption
factor
in
experiment
content
results
36.37%
the x 10-5
for and
THE
the
as in
the
soil
process such
OF
are,
are
X 10-3
depth
0-30
on
of Nuclear
occured.
These
needed
on
0.479
cm2/second in average
Power
by physical physics the
study
-0.566;
dispersivity
cm
PENINSULA
research
influenced
porosity..
longitudinal
MURIA
The area
is is
area
-7.69
moisture
SOILS
CANDIDATE.
of cesium
cmlsecond; ..4.96
for
Muria
retardation
X 10-2
ON SITE'S
process
dispersivity
of minerals
clay
the
The
migration. 10.4
CAESIUM-I37 PLANT
environment
of longitudinal
The
OF
POWER
radionuclide
of radionuclide
average..
53.17%.
VIOUR
NUCLEAR
of Caesium-137
candidate
3.39.
BEHA OF
the
..0.030 and
is in
the
Plant
range
and site's
and
chemical
and
chemical
of mathematic water
-0.241
retardation
AS
kinetic
flowrate cm;
factor.. of..
the 2.30
for
-
sand
2.58%.
Kata kunci: Ungkungan.Migrasi Cs-137
PENDAHULUAN P
enyebaran
dan
lingkungan
akumulasi
harus
radionuklida
selalu
dipantau
ke agar
pencemaran lingkungan menjadi sekecil mungkin. Pemantauandan pengelolaan limbah radioaktif latar rendah biasanya dilakukan dengan jalan memantau air laut dan tanah serta permukaannya. Pada proses pengelolaan limbah radioaktif latar rendah, sifatsifat migrasi atau perpindahan radionuklida pada lapisan tanah sangat renting diketahui untuk menentukan tingkat keselamatannya. Pada umumnya proses sementasi telah banyak digunakan untuk pengolahan dan pemadatan limbah radioaktif latar rendah. Kemungkinan yang terjadi pada penyimpanan limbah dibawah tanah adalah perpindahan zat cair ke lapisan tanah sekitar, dan diperkirakan pH rase caimya menjadi alkalis. Kondisi pH akan mempengaruhi proses perpindahan radionuklida pada lapisan tanah. Proses interaksi antara larutan Prosldlng
Pertemuan
dengan padatan suatu radionuklida berhubungan dengan prinsip serapan atau sorpsi( 1,2). Sedangkan kecepatan dan mekanisme sorpsi sangat dipengaruhi oleh media adsorben dan adsorbatnya. Diselidiki pula pengaruh dari vegetasinya di lingkungan. Bila pencemaran terjadi disekitar instalasi, bukan tidak mungkin pencemaran tersebut disebabkanoleh zat radioaktif. Untuk menanggulangi pencemaranair tanah maka perlu dipelajari terlebih dahulu luas penyebaran zat pencemar pada daerah tersebut, setelah itu baru ditentukan langkah penanggulangannya.Kemungkinan yang paling besar untuk zat radioaktif dari siklus bahan bakar tertutup masuk ke dalam biosfer adalah berbentuk gas dan limbah radioaktif cair (3,4). Selama beroperasinya reaktor nuklir atau pabrik olah ulang bahan bakar bekas, wadah penyimpanan limbah radioaktif mungkin mengalami kerusakan, begitu pula pipapipa untuk transport limbah radiaktif dapat mengalami kebocoran. Dalam waktu yang lama zat
den Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
den Teknologl
NUKllr
100
ISSN 0216. 3128
Ngasifudin,dkk.
radioaktif tersebut akan terserap akar-akar tanaman atau masuk ke dalam air permukaan atauair tanah.
BAHAN DAN METODA
Menurut DLOUHY (5), tanah mempunyai pengaruhyang sangatpenting dalam perpindahanzat radioaktif ke biosfer. Zat radioaktif dapat terserap tanah. Mekanisme reaksi antara radionuklida dan tanah sangat bervariasi dan dipengaruhi sejurnlah faktor yang tergantung pacta sifat-sifat tanah, radionuklida dan lingkungan dimana terjadi proses sorpsi. Radionuklida Cs-137 merupakan hasil fisi bahan bakar nuklir, dengan waktu para 30,0 tahun dan mempunyai radio-toksisitas yang tinggi. Penyimpananlimbah yang mengandungradionuklida ini pacta aktivitas yang rendah dapat dilakukan dengan sistem tanah dangkal. Dalam susunan penyimpanan limbah tersebut resiko potensial yang dapat terjadi ialah penyebaranradionuklida ke biosfir akibat kerusakan barier buatan oleh pecan air tanah setelah periode pengungkungan. Barier buatan tersebut berupa imobilisasi limbah, wadah tahan korosi serta bahan urug. Formasi tanah sekitar tapak penyimpanan limbah tersebut selanjutnya merupakan barier fundamental bagi penyebaran radionuklida. Beberapa tahun terakhir ini dari literatur-literatur (5-14) terlihat bahwa para peneliti semakin banyak menggunakan model matematis dalam mempelajari migrasi radionuklida. Mereka mendasarkan pacta persamaan model rnigrasi (15) radionuklida dalam sistem air yang melewati media porous, yang secara matematis dalam bentuk dua dimensi dapat ditulis
A. Bahan dan alat 1. Peralatan yang dipergunakan Pemanas(oven), peralatanpenggerus,peralatan pengayak,neracaanalitis, peralatangelas,pipet tetes,penggaris,buret, statip,"Stop watch", alat cacahLBC dan "ORTEC", tabung kolom gelas, pengaduklistrik dan lampupengering. 2. Bahan yang dipergunakan Sampel tanah, larutan Cs-137, larutan CsCI, akuades,glass wool dan pecahan kaca.
B. Metoda Pengambilansampel tanah Dipersiapkan tempat sampel tanah dan diberi tanda asal lokasi pengambilannya. Permukaan lokasi yang akan diambil sampel tanahnya terlebih dahulu dibersihkan dari rerumputan dan kerikil yang ada. Sampel tanah diambil dari kedalaman0-30 cm.
2. Pengeringansampel tanah Masing-masing sampel tanah dimasukkan ke dalam mangkok yang telah diberi tanda tempat pengambilan tanah dan ditimbang. Sampel tanah dimasukkan ke dalam oven selama 7 jam pacta suhu 105°C. Setelah dioven sampel tanah ditimbang dan kemudian sampel tanah dalam mangkok dipanasi lagi. Proses di alas diulangi lagi sampai diperoleh berat sampel yang tanah konstan.
sebagaiberikut :
3. PenggerusandaD pengayakansampeltanah Sampel tanah yang sudah kering digerus sampai diperoleh ukuran kerikil kasar. Sampel tanah digerus lagi setelah kerikil kasarnya dipisahkan memakai ayakan kasar. Saringan yang akan dipakai dibersihkan terlebih dahulu. Saringan yang sudah bersih disusun dengan urulan susunan sebagai berikut : paling bawah ayakan dengan diameter 75 11m, kemudian di atasnya dengan diameter ISO 11m,180 11m,dan 250 11m. Sampel tanah yang sudah digerus dimasukkan ke dalam mesin pengayak yang lelah lersusun seperti di alas. Mesin pengayak dihidupkan selama 30 menit. Hasil pengayakan diambil dari
Dalam hal ini untuk mendapatkan nilai parameter-parameter di alas dalam suatu daerah tertentu
perlu
dilakukan
suatu
eksperimen.
Sehingga nantinya berdasar parameter-parameter yang diperoleh bisa diaplikasikan dalam suatu bentuk model migrasi radionuklida. Untuk mempelajari masalah tersebut secara langsung dilapangan, diperlukan penelitian lanjut tentang kinctika migrasi radionuklida dan pada penelitian ini akan diperlakukan radionuklida Cesium-l 37.
masing-masing bagian pengayak sehingga diperoleh ukuran butiran < 75 11m,75 -ISO 11m. ISO -180 11mclan> 180 11m.
terhadap
-~
Prosldlng
Pertemuan
dan Presentasilimiah P3TM-BATAN
Penelltlan
Dasar Ilmu Pengetahuan
Yogyakarta,
27 Junl 2002
dan Teknoiogl
Nukllr
Ngasifudin, dkk.
ISSN 0216 -3128
4. Pembuatanlarutan Cesiumbertanda Ditimbang CsCl sebanyak 16,84 g kemudian dimasukkan dalam beker gelas 1000 ml dan ditambah akuades sampai volumenya mencapai 1000 mI, sehingga diperoleh larutan Cesium dengan konsentrasi 0,1 M. Larutan CsCI stabil tersebut ditambah beberapa 1.11larutan Cs-137 dan diaduk memakai magnetik stirer. Setelah diperoleh larutan Cesium bertanda diambil 100 1.11dimasukkan ke dalam planset, dikeringkan dan dicacah memakai detektor GM. Selanjutnya langkah tersebut diulangi sampai diperoleh aktivitas jenis larutan Cesium bertanda sebesar :t 150 cpm/ 1001.11.
5. Penyiapankolom tanah Kolom gelas diisi pecahan kaca dan glass wool secukupnya. Masukkan sampel tanah yang telah diayak seberat 25 gr ke dalam kolom gelas. Tanah yang masuk kolom gelas dipadatkan dengan cara mengetok-ngetok pelan-pelan bagian luar dinding kolom gelas. Kolom gelas dipasang pada statip dan di atasnya dipasang buret.
6. Penjenuhankolom tanah Buret diisi akuades sarnpai penuh. Kran buret dibuka clan setelah akuades rnengalir kedalarn kolorn tanah sebanyak 25 rnl kran buret ditutup. Langkah-langkah di atas diulangi sarnpai kolorn tanah jenuh. artinya tercapai suatu kondisi dirnana jurnlah 'akuades yang rnasuk ke dalarn kolorn tanah sarna dengan jurnlah akuades yang keluar.
7. Penentuanpermeabilitas tanah Kran kolom tanah ditutup dan diisi akuades sampai ketinggian 20 cm daTidasar kolom tanah (H). Kran kolom tanah dibuka, sehingga akuades mengalir pada kolom tanah dan ditampung dengan erlenmeyer 25 mI. Pada saat membuka kran "stop watch" dihidupkan. Kran buret di alas kolom tanah yang berisi akuades dibuka untuk menjaga agar ketinggian permukaan akuades pada kolom tanah senantiasa konstan. Pada saat akuades yang tertampung pada erlenmeyer tepat 25 ml, stop watch dimatikan dan dicatat waktunya. Langkah-langkah di alas diulangi tiga kali.
8. Penentuan koefisien distribusi daD faktor retardasi Cesiumpada kolom tanah. Burel yang berisi akuades diambil dan diganti dengan buret lain yang diisi larutan Cesium berlanda. Kran buret dibuka sehingga larutan Prosldlng
Pertemuan
101
Cesium mengalir ke dalam kolom tanah. Debit aliran larutan Cesium diatur dengan mengatur kran buret sehingga ketinggian larutan Cesium senantiasa konstan. Larutan yang keluar dari kolom di tampung dengan vial yang telah diberi nomor urut dan diambil tiap 2,5 mi.
9. Pencacahan larutan keluran dari kolom tanah Dipersiapkan planset clan diberi nomor sesuai dengan nomor urut keluaran larutan daTi kolom tanah. Dari masing-masing sampel larutan keluaran kolom tanah diambil sebanyak 100 III clan dimasukkan ke dalam planset, kemudian dikeringkan memakai lampu pengering. Setelah kering masing-masing planset di cacah memakai detektor OM selama 5 menit.
HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Analisis Susunanmineral tanah Hasil analisis susunan tanah mineral berupa persentaSepasir, lempung, debu dan Kadar lengas (KL) untuk kedalaman0-5 cm adalah seperti tersaji pada label dibawah ini.
Tabell. Komposisimineral tanah Kode TJ GG
BY LA
% Pasir 37,01 55,18
59,60 60,79
Keterangan: TJ = Tanjung Jati BY = Bayuran
%~empung % 12,77
10,83 8,72 9,61
%KL
Debu 50,22 33,99 31,68 29,60
2,30 2,58 2,50 2,92
GG = Grenggengan LA = LemahAbang
Dari tabel I terlihat bahwa komposisi mineral tanah di daerah Muria mengandung banyak pasir dan debu dengan kadar lengas yang relatif kecil. Hal ini disebabkan lokasi daerah tersebut berada di kawasanpantai.
2. Koefisien Distribusi pada berbagai nilai pH Hasil perhitungan koefisien distribusi pada beberapa nilai pH untuk tanah dengan ukuran butiran 75-150 IJm untuk kedalaman 0-5 cm; 5-10 cm dan 15-20 cm disajikan dalam label 2,3 dan 4.
dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
dan Teknologl
Nukllr
W
Q ~ 3.2~2.81 l~~ 2d ~ ~ 2,6~2,31
102
ISSN 0216-3128
Tabel 2. Harga Kd pada kedalaman 0-5 cm, ukuranbutir 75-150 /-lIn
Ngasifudin, dkk.
Tabel 7. Harga Kd pada kedalaman15-20 cm, ukuranbutir 150-180,um
Kd
busi, pH ~ __K~fisien D~buSi, Kd~g:} TJ BY~ LA~~ ~~~
Zd~~ ~~ 4,25
I
~1,89
b1.:::!~
7.9-
~~
~~
~~5
~
~
~7
~~
~
~ 3.43
~
KoeI:SI~QiS!!:~ TJ GG
3,78
TJ
~~
Tabel 3. Harga Kd pada kedalaman5-10 cm, ukuranbutir 75-150pm pH
KoefisienDis~busi, K~rnl/g) GG~ BY LA
pH 7,9 7,2
6,7
LA
~ }.;!!:!. ~
~~ ~
3,43
1,5
Secara gratis harga koetisien disajikan dalarn garnbar I dan 2.
distribusi
Kd
Kedalaman tanah 15-2OCm Ukuran butir 1SD-180um
i
"C
~ '~ '0 .0
~c
1,37
.~
~ ~ Tabel 4. Harga Kd pada kedalaman J5-20 cm, ukuran butir 75-J50.um
~
1,82
(mY,l!) BY
~12i-~~36
0
7.9 pH
Gambar 1. Koefesiendistribusi pada berbagai pH
:busi,Kd (m]/gl
pH I~oe~sien ~ TJ~ GG~~ 7,9 7,2 _~,7
~1J..f:! 3,47
BY
LA
m~~ ~
-1.:?2-
~ 3.32
Kedalamantanah0-5; 5-10 don 15-2Ocm Ukuran butir 150-1801""
~
~7.
3,16
Hasil penghitungan koefisien distribusi pada beberapa nilai pH untuk tanah dengan ukuran butiran 150-180 ~m untuk kedalaman 0-5 cm, 5-10 cm dan 15-20 cm disajikan dalam tabel 5, 6, dan 7.
';,
~
g '0
~
Tanjung Jati
1
DGrenggengan 0 Bayuran
~ Q
.Lemah
=
-! c
~ :2
Aban~
j
c
7.97.26.75.5 7.97.26.75.5 7.97.26.75.5 pH
Tabel 5. Harga Kd pada kedalaman 0-5 cm, ukuranbutir 150-180.wn Koefisien Distr ._~_~busi. TJ I GG ,
7.9 7,2
~~
-1d-
M
.:?;&
~
~
5,5
2,5
2,1
Kd (.ml/~>.
BY
~~ ~
1.8
,
LA~
~~ ~
Gambar2. KoefesiendistribusipadaberbagaipH
3. Kecepatan aliran distribusi.
air
dan Koefisien
Dari Tabel 2-7 clan Gambar I clan 2 terlihat bahwa secara umum semakin kecil ukuran partikel tanahnya akan mempunyai koefisien distribusi yang semakin besar, dan harga koefisien distribusinya semakin kecil dengan menurunnnya harga pH.
Tabel 6. Harga Kd pada kedalaman5-10 cm, ukuranbutir 150-180}in! H P 7,9 7,2 6,7 5,5
Koefisien Distribusi, Kd (mUg) TJ GG BY LA 3,35 2,99 2,73 2,44
3,05 2,72 2,49 1,98
2,82 2,47 2,29 1,68
2,51 1,92 1,79 1,48
Darcian dengan tinggi larutan Cesium 5 CI partikel ukuran <75 mm dan setinggi 4 CI partikel tanah ukuran > 75 mm. Koefisien pada
kolom
tanah
dihitung
berdasarkar
perubahan konsentrasi relatif antara etluen
~~
Ngasifudin,dkk.
ISSN 0216 -3128
103
--KESIMPULAN
influen-nya versus waktu seperti disajikan pada Garnbar 3 clan4. Dari Garnbar 3 clan 4, maka untuk masingmasing kolom tanah akan dapat ditentukan nilai to.o, to,5 clan tl.O' Dengan data-data itu dapat dihitung nilai dispersivitas clan koefisien dispersinya.
':::
~
c ..
~c ; ~
+-+-I-
(oj
3
5
I.l~
7
9 11131517192123252729 Sumpel
ke-n
Gambar 3. Perubahan Konsentrasi Migrasi 137pada kolom 1
12 1
I~;
L1
08 O. O.
o.
.-. I
3
5
7
9
..13
I~
17
.9
11 13
15 17
19
Sampel k.-n
UCAPAN TERIMAKASIH Gambar 4. Perubahan Konsentrasi Migrasi Cs-J37 pada k%m J
Penulis mengucapkan terimakasih kepada star PLKL daD Proteksi Radiasi BK3 yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan penelitian ini.
5. Aktivitas pada tumbuhan Aktivitas radionuklida Cesium pada tumbuhan disajikan pada Tabel 8. Terlihat bahwa daTi jenis tumbuhan yang berhasil di sampling terlihat bahwa algae mempunyai aktivitas ynag relatif lebih tinggi dibanding yang lain. Hal ini disebabkan tumbuhan algae mempunyai kapasitas serap lebih besar dibanding rumput laut. Sedangkan ketela pohon yang berada di daratan mempunyai aktivitas lebih kecil, karena untuk wilayah Indonesia akumulasi radionuklida di laut lebih besardibanding di daratan.
DAFfARPUSTAKA I. TAKEMOTO, H., WADACHI, 8044, 1979.
Y., JAERI-M-
2. OGAWA, H., Journal of Nuclear Science and Technology, 26(5), 530-535, 1989. 3. MIHOK, S., SCHWARTZ, B. and WIEWEL, A.M., Health Physics, Vol. 57, No.6, 959-966, 1989.
Tabel 8. Aktivitas Cs-J37 pada beberapa turn
4. BAVER, L.D., "Soil Physics", third edition, John Wiley & Son Inc., New York, 1972.
buhan
5. DLOUHY, Z., "Disposal of Radioactive Wastes", Elsevier Scientific Publ. Co., New York, 1982.
Prosldlng
Pertemuan
den Presentasillmiah P3TM-BATAN
Penelltlan
Dasar IImu Pengetahuan
Yogyakarta,
27 Junl2002
dan Teknologl
Nuklir
104
ISSN 0216-3128 6. CONNOLLY, T.J., "Foundation of Nuclear Engineering", John Wiley & Son Inc., New York, 1978. 7. DAJAN, A., "Pengantar Metode Statistik Jilid I, LP3ES, Jakarta, 1976.
Teknik
8. DARMAWIJAYA, M.I., "Klasifikasi Tanah", Balai Penelitian Teh dan Kina Gambung,
Bandung,1980. 9. BUCKMAN, H.O., "The Nature and Properties of Soil", The Macmillan Company, New York,
1969. 10.ERBANG, H., "Migration of Nuclides in the Environment", Regional Training Course for Asia and the Pasific Region on Environmental Monitoring and Assesment of Nuclear Facility, China Institute for Radiation Protection, Taiyuan, Shanxi, 1991. 11.GUVEN, R. W., "Analysis and Interpretation of Single-Well Tracer Test in Stratified Aquifer", Water Resourcer Research, Volume 21, May 1985 Number 5, American Geophysical Union,
1985. 12.HANS, B., "Nuclear Power the Environment and Man", Information Booklet Prepared Jointly by IAEA and WHO, Austria, 1982. 13.HARTMANN, R., "Methods for Soil Physical Analysis", State University of Gent, Faculty of Agricultural Sciences Department of Soil Physics, Gent, 1980. 14.HERBERT, P.W. and MARY,P.A., "Introduction to Ground Water Modelling", W.H. Freeman and Company, San Fransisco,
1982.
TANYAJAWAB A.N Bintarti ..Apa kegunaan mengetahui migrasi radionuklida dalam model matematika terhadap tanah di daerah kawasan calon tapak PL TN ? Adakah syarat-syarat khusus terhadap tanah untuk pendirian PL TN ?
Ngasifudin,dkk.
Ngasifudin .Model matematika untuk migrasi radionuklida sangat berguna untuk mendeteksi letak suatu radionuklida dalam tanah akibat adanya aliran air bawah tanah. .Syarat-syarat khusus terhadap tanah untuk parameter kimia dan fisikanya antara lain harus mempunyai hargaharga tertentu untuk nilai ..koefisien distribusi. faktor retardasi, kecepatan alir dsb. Disamping syarat umum antara lain harus tahan gempa, jauh dari lokasi pemukiman dsb.
Moch. Setyadji ...Mohon penjelasan makna sifat migrasi dari mana dan bagaimana cara mendapatkan hasil penelitian porositas, kecepatan aliran, dispersivitas dll.
Ngasifudin .Sifat migrasi meliputi parameterparameter: kecepatan laju alir, faktor retardasi, permeabilitas dsb. .Cara mendapatkan hasil penelitian dari parameter-parameter tersebut ada pada tala kerja dan hasil.
M. V Purwani ..Apa yang menyebabkan perbedaan migrasi Cs-137 dalam bermacam-macam tanah (pada tanah itu mengandung apa ! ). ..Model matematis akan berbeda sampai tahap tertentu dan keadaan tanah tertentu pula.
Ngasifudin .Adanya perbedaan migrasi Cs-/37 dalam bermacam-macam tanah karena disebabkan adanya kandungan logamlogam lain dalam tanah dan juga adanya mikroba yang ada dalam tanah .Model mematika akan berbeda sampai tahap tertentu dan keadaan tanah tertentu pula
Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002