Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7 Surabaya, 25 Pebruari 2012 PRAKIRAAN LIMBAH RADIOAKTIF GRAPHITE THERMAL COLUMN PADA PERENCANAAN DEKOMISIONING REAKTOR KARTINI, YOGYAKARTA PRE ESTIMATE OF GRAPHITE THERMAL COLUMN RADIOAKTIVE WASTE FOR KARTINI REACTOR YOGYAKARTA DECOMMISSIONING PLAN Mulyono Daryoko Pusat Teknologi Limbah Radioaktif, BATAN Kawasan Puspiptek, Gedung 50, Serpong, 15310, Tangsel Email:
[email protected] Abstrak-Telah dilakukan prakiraan limbah radioaktif graphite thermal column pada perencanaan dekomisioning reaktor Kartini, Yogyakarta. Reaktor Kartini, Yogyakarta sudah berumur lebih dari 40 tahun. Cepat atau lambat reaktor tersebut pasti akan didekomisioning. Sebelum dilakukan dekomisioning, salah satu hal yang krusial yang harus dilakukan adalah memprakirakan limbah radioaktif pada saat dilaksanakan dekomisioning nanti. Data ini diperlukan untuk prakiraan perhitungan dana yang harus disiapkan. Graphite thermal column .adalah salah satu bagian limbah radioaktif padat reaktor yang signifikan. Limbah radioaktif graphite thermal column terjadi karena reaksi aktivasi selama pengoperasian reaktor. Analisis inventarisasi limbah tersebut dilakukan melalui data inventarisasi radionuklida yang terkandung di dalamnya, yang kemudian bisa dipetakan kandungan limbah radioaktifnya. Inventarisasi radionuklida diperkirakan dari data-data primer reaktor Kartini, dan didukung dengan data-data sekunder dari berbagai pustaka. Dari studi ini disimpulkan bahwa kandungan radionuklida yang terkandung di dalam graphite thermal column reaktor Kartini, Yogyakarta, setelah 5 tahun shut down adalah H-3, C-14, Fe-55, Co-60, Ni-59 dan Ni-63, dengan aktivitas masing-masing 6,35x106 Bq; 1,59x107 Bq; 4,33x105 Bq; 9,31x104 Bq; 1,07x107 Bq; dan 1,73x106 Bq. Pada penyimpanan sampai 30 tahun, radionuklida yang dominan adalah H-3, Fe-55 dan Co-60, sedangkan hanya H-3 saja yang masih dominan sampai penyimpanan 50 tahun. Limbah radioaktif graphite thermal column tersebut termasuk limbah aktivitas rendah yang aktivitasnya kurang lebih 7,32 Bq/g dan jumlahnya 4,8 ton. Kata kunci: graphite thermal column, reaktor Kartini, limbah radioaktif Abstract.The pre estimate of graphite thermal column radioactive waste for Kartini reactor Yogyakarta decommissioning plan, has been conducted. The age of Kartini reactor is more than 40 years, therefore the reactor certainly will be decommissioned sooner or later. Before being decommissioned, one important thing that should be done is the inventory analysis of its radioactive waste. The data of the inventory analysis is needed to calculate the needed budget. The most significant solid radioactive waste is the graphite thermal column. This radioactive waste emerged because of the activation reaction when the reactor was being operated. The inventory analysis of the radioactive waste can be done through the inventory of radionuclide contained in the radioactive waste, thus the radioactive waste composition could be known. The inventory of the radionuclide could be predicted from the primary data of Kartini reactor, and also from the secondary data from the literature. This study concluded that the radionuclide contained in the graphite thermal column of Kartini reactor, Yogyakarta, after being shut down for 5 years is H-3, C-14, Fe-55, Co-60, Ni-59 and Ni-63, with each activity is 6,35x106 Bq; 1,59x107 Bq; 4,33x105 Bq; 9,31x104 Bq; 1,07x107 Bq; and 1,73x106 Bq. If it is being stored for 30 years, the dominant radionuclide is H-3, Fe-55 dan Co-60 and only H-3 is still dominant until it is being stored for 50 years. The graphite thermal column radioactive waste is the low activity waste with less than 7,32 Bq/g in activity and 4,8 ton in amount. Keywords: graphite thermal column, Kartini reactor, radioactive waste
C - 62
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7 Surabaya, 25 Pebruari 2012 kontaminasi yang hanya terjadi pada permukaan luar dan mudah didekontaminasi, dan fixed contamination yang lebih sulit untuk dilakukan dekontaminmasi. Yang terjadi pada graphite thermal column biasanya hanya loose contamination, sehingga pengaruhnya tidak signifikan [Daryoko, M., and Saryati, 2007]. Bilamana inventarisasi radionuklida pada graphite thermal column tersebut telah diketahui, dan masing-masing diketahui aktivitasnya maka kemudian limbah radioaktif pada komponen tersebut bisa dipetakan, termasuk akan diketahui juga apakah limbah tersebut limbah radioaktif tingkat sangat rendah, tingkat rendah, sedang atau tinggi atau termasuk dalam batasan di bawah clearance level (bukan limbah radioaktif). Penelitian ini mencoba menganalisis kandungan radionuklida pada bahan graphite thermal column bekas, dan kemudian menganalisis limbah radioaktifnya.
PENDAHULUAN Reaksi netron dengan bahan bakar nuklir akan menghasilkan tiga kelompok radionuklida, yaitu produk aktivasi, aktinida, dan produk fisi yang terdiri dari nuklida hasil pembelahan bahan fisil (U-235 dan Pu239) termasuk nuklida hasil peluruhannya [Daryoko, M., and Gunandjar, 2003; IAEA, 2002]. Unsur-unsur kimia yang terdapat pada komponen-komponen di sekitar reaktor, seperti beton, reflektor, graphite thermal column, biological shielding, lazy susan, bellow, beam port, fuel rack, grid, sistem pendingin primer, juga mengalami reaksi aktivasi, sehingga komponen-komponen tersebut menjadi radioaktif. Pada Tabel 1 [IAEA, 2002] disajikan nuklida awal yang teraktivasi dan hasil aktivasinya. Disamping terjadinya reaksi aktivasi, komponenkomponen tersebut juga bisa terkontaminasi radionuklida-radionuklida yang berasal dari reaksi aktivasi, hasil fisi maupun aktinida bahan bakar uranium [Daryoko, M., and Saryati, 2007; IAEA, 2002]. Di bawah ini dijelaskan kemungkinan terjadinya radionuklida pada komponen graphite thermal column Kartini, Yogyakarta. Gambaran graphite thermal column ini seperti terlihat pada Gambar 1. Radionuklida pada graphite thermal column bekas terjadi dari 2 sumber sebagai berikut: 1. Aktivasi graphite thermal column. Hasil aktivasi graphite thermal column dan pengotor-pengotornya adalah: H-3, C-14, Cl-35, Ca-40, Fe-55, Co-60, Ni-59 dan Ni-63 [IAEA, 2002]. 2. Kontaminasi dari produk fisi. Kontaminasi hasil fisi secara umum ada 2 macam: loose contamination, yaitu
METODOLOGI Inventarisasi radionuklida pada komponen graphite thermal column dianalisis berdasarkan data-data sekunder dari pustaka yang dikombinasikan dengan data-data primer dari graphite thermal column pada reaktor Kartini. Data-data tersebut meliputi data- data nuklida awal yang teraktivasi dan hasil aktivasinya (Tabel 1), data umur paroh dan prosentase dari nuklida yang teraktivasi dari nuklida induknya (Tabel 1), data komposisi elemen graphite thermal column (Tabel 2), data cross-section, data berat graphite thermal column pada suatu reaktor (Tabel 3), dan data aktivitas komponen
C - 63
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7 Surabaya, 25 Pebruari 2012
graphite thermal column dari reaktor yang diperbandingkan dengan daya, EFPY (effective full power years), dan lama (tahun) setelah shut down yang tertentu (Tabel 4). Setelah inventarisasi radionuklida pada graphite thermal column tersebut telah diketahui, dan masing-masing diketahui aktivitasnya maka kemudian limbah radioaktif pada komponen tersebut bisa dipetakan. Disamping itu dari umur paroh masing-masing nuklida penyusun graphite thermal column tersebut akan bisa diperkirakan berapa waktu limbah tersebut masih didominasi oleh radionuklidaradionuklida penyusunnya.
HASIL DAN PEMBAHASAN Data yang digunakan untuk perhitungan analisis radionuklida dari graphite thermal column dapat dilihat pada Tabel 1, Tabel 2, Tabel 3, dan Tabel 4. Dari Tabel 1 dan Tabel 2, maka reaksi-reaksi aktivasinya adalah Li-6(n,α)H-3, C-13(n,γ)C-14,N14(n,p)C-14, Ca-40(n,γ)Ca-41, Fe54(n,γ)Fe-55, Co-59(n,γ)Co-60, Ni58(n,γ)Ni-59 dan. Ni-62(n,γ)Ni-63. Aktivitas radionuklida dari komponenkomponen di sekitar reaktor adalah: 1. Berbanding langsung dengan berat komponen 2. Berbanding langsung dengan daya reaktor
C - 64
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7 Surabaya, 25 Pebruari 2012 3. Berbanding langsung dengan effective full power years (EFPY) 4. Berbanding terbalik (tahun) dengan waktu setelah shut down.
Prosentase dari elemen radionuklida di dalam komponen tergantung kepada: 1. Prosentase kandungan masingmasing elemen di dalam komponen 2. A cross section
Tabel 1. Reaksi aktivasi yang penting [IAEA, 2002] Nuklida induk
Reaksi nuklir
Radionuklida turunan
Prinsip emisi
Li-6 C-13 N-14 Na-23 Na-23 Cl-35 K-39 Ca-40 Fe-54 Mn-55 Fe-54 Ni-58 Ni-62 Co-59 Zn-64 Zr-92 Mo-92 Nb-93 Nb-93 Mo-94 Mo-98 Ag-107 Ag-109 Sn-124 Ba-132 Eu-151 Eu-153 Eu-154 Ho-165
n,α n, γ n, p n,2n γ,n n, γ n, p n, γ n, p n,2n n, γ n, γ n, γ n, γ n, γ n, γ n, γ n, γ n, γ n, p n, γ n, γ n, γ n, γ n, γ n, γ n, γ n, γ n, γ
H-3 C-14 C-14 Na-22 Na-22 Cl-36 Ar-39 Ca-41 Mn-54 Mn-54 Fe-55 Ni-59 Ni-63 Co-60 Zn-65 Zr-93 Mo-93 Nb-93m Nb-94 Nb-94 Tc-99 Ag-108m Ag-110m Sb-125 Ba-133 Eu-152 Eu-154 Eu-155 Ho-166m
ββββ+, EC β+, EC β- (β+, EC) βEC EC, γ EC, γ EC, X EC, X ββ-, γ EC, β+ βEC, X IT, X β-, γ β-, γ βEC, γ β-, γ β-, γ EC, X, γ EC, X, β-, γ β-, γ, X β-, γ, X β-, γ, X
C - 65
Umur paruh radionuklida turunan(th) 12.3 5730 5730 2.6 2.6 301000 269 103000 0.86 0.86 2.7 76000 100 5.3 0.67 1500000 3500 15.8 20000 20000 213000 130 0.68 2.76 10.5 13.5 8.6 4.76 1200
Limpahan nuklida induk dalam elemen (%) 7.5 1.1 99.6 100 100 75.8 93.3 96.9 5.9 100 5.9 68.3 3.6 100 48.6 17.1 14.8 100 100 9.3 24.1 51.8 48.2 5.8 0.1 47.8 52.2 0 100
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7 Surabaya, 25 Pebruari 2012 Tabel 2. Prinsip komposisi elemen [IAEA, 2002] Bahan penyusun Graphite
Elemen Lithium Carbon Nitrogen Chlorine Calcium Iron Cobalt Nickel Niobium Silver Tin Barium Samarium Europium Mercury Uranium
Konsentrasi (ppm) 0,1 106 4 4,3 41 4,3 0,012 3,65 1 0,01 0,05 1 0,02 6 x 10-4 0,04 0,1
Tabel 3. Berat dari bahan radioaktif pada GCR (G2 or G3) [Daryoko, M., and Saryati, 2007] Zone Reactor block
Cooling circuit
Principal materials Graphite Steel Concrete steel
Weight (t) 1180 1450 1050 2000
Tabel 4. Inventarisasi radionuklida pada reactor tipe Edf GCR (St. Laurent-2) [Daryoko,M., and Saryati, 2007] Components Radioactivity (Bq) Reactor pressure vessel (steel) 8.3 E+15 Internal Structures (steel) 4.5 E+16 Moderator (graphite) 4.4 E+14 Reflector (graphite) 1.5 E+14 Biological shield 2.2 E+13 Total 4.4 E+16 Assumptions : 355 MW (th), 26 years of irradiation, 5 years after shutdown 3. Prosentase dari abundance of parent nuclides in parent element Berdasarkan asumsi-asumsi dan data-data di atas, yang pertama bisa diketahui adalah prosentase radionuklida-radionuklida pada komponen graphite thermal column, yakni H-3 18%, C-14 45,1%, Cl-35 dan Ca-40
mendekati 0%, Fe-55 1,2%, Co-60 0,5%, Ni-59 20,3% dan Ni-63 4,9%. Pada Tabel 3 menunjukkan data berat graphite thermal column pada reaktor EdF GCR (daya reaktor 355 MW, 10 EFPY) adalah 1180 ton, waktu setelah shut down adalah 5 tahun dan aktivitasnya (Tabel 4)
C - 66
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7 Surabaya, 25 Pebruari 2012 adalah 4,4 x 1014 Bq. Data reaktor Kartini daya 0,25 MW, EFPY 0,28 dan berat graphite thermal columnnya 4,806 ton dan waktu setelah shut down 5 tahun, maka aktivitas radionuklida pada komponen graphite thermal column adalah: H-3 = 4,8/1180 x 18% x 0,25/355 x 0,28/10 x 5/5 x 4,4.1014 Bq = 6,35 x 106 Bq C-14 = 4,8/1180 x 26,1% x 0,25/355 x 0,28/10 x 5/5 x 4,4.1014 Bq = 9,21 x 106 Bq C-14 = 4,8/1180 x 19,0% x 0,25/355 x 0,28/10 x 5/5 x 4,4.1014 Bq = 6,70 x 106 Bq Fe-55 = 4,8/1180 x 1,2% x 0,25/355 x 0,28/10 x 5/5 x 4,4.1014 Bq = 4,23 x 105 Bq
Co-60 = 4,8/1180 x 0,5 % x 0,25/355 x 0,28/10 x 5/5 x 4,4.1014 Bq = 9,31 x 104 Bq Ni-59 = 4,8/1180 x 30,3% x 0,25/355 x 0,28/10 x 5/5 x 4,4.1014 Bq = 1,07 x 107 Bq Ni-63 = 4,8/1180 x 4,9% x 0,25/355 x 0,28/10 x 5/5 x 4,4.1014 Bq = 1,73 x 106 Bq Berikutnya pada Gambar 2 bisa dilihat aktivitas masing-masing radionuklida setelah shut down. Pada Gambar 2 bisa dilihat bahwa pada penyimpanan sampai 10 tahun, radionuklida yang dominan adalah H3, Fe-55 dan Co-60. H-3 masih dominan sampai penyimpanan 50 tahun.
1.00E+09 1.00E+08
Aktivitas, Bq
1.00E+07 1.00E+06
H-3
1.00E+05
C-14
1.00E+04
Fe-55
1.00E+03
Co-60
1.00E+02
Ni-59
1.00E+01
Ni-63
1.00E+00 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110
Tahun setelah shut down, Tahun
Gambar 2. Peluruhan radionuklida pada graphite thermal column setelah shut down Dari aktivitas-aktivitas radionuklida maka jumlah aktivitas keseluruhan adalah 3,51x107Bq atau aktivitas jenisnya adalah 7,30 Bq/g. Ini berarti bahwa limbah radioaktif graphite thermal column tersebut termasuk limbah aktivitas rendah, dan jumlahnya kurang lebih 4,8 ton.
Co-60, Ni-59 dan Ni-63, dengan aktivitas masing-masing adalah 6,35x106 Bq; 1,59x107 Bq; 4,33x105 Bq; 9,31x104 Bq; 1,07x107Bq; dan 1,73x106 Bq. Pada penyimpanan sampai 30 tahun, radionuklida yang dominan adalah Fe-55 dan Co-60 dan Ba-133. Co-60 dan Ba-133 masih dominan sampai penyimpanan 50 tahun. Limbah radioaktif graphite thermal column tersebut termasuk limbah aktivitas rendah yang aktivitasnya kurang lebih 7,32 Bq/g dan jumlahnya kurang lebih 4,8 ton.
KESIMPULAN Kandungan radionuklida yang terkandung di dalam graphite thermal column reaktor Kartini, Yogyakarta, setelah 5 tahun shut down adalah H-3, C-14, Fe-55,
C - 67
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7 Surabaya, 25 Pebruari 2012 International Atomic Energy Agency (2002). Radiological Characterization of Shut Down Nuclear Reactor for Decommissioning Purposes, IAEATRS No. 389, Vienna. International Atomic Energy Agency (2002). Radiological Characterization of Shut Down Nuclear Reactor for Decommissioning Purposes, IAEATRS No. 389,Vienna.
DAFTAR PUSTAKA Daryoko, M., and Saryati (2007). Radiological Characterization analysis of Graphite Reflector for Waste Management Policy, IICCS, MIPA, UGM. Daryoko, M., and Gunandjar (2003). Inventarisasi Radionuklida dalam Komponen Nuklir, Jurnal Teknologi Pengolahan Limbah, ISSN 1410-9565, Volume 6 Nomor 1, Jakarta.
C - 68
