LlMBAH RADIOAKTIF PADAT YANG DITIMBULKAN DARI OPERASI PUSAT LlSTRIK TENAGA NUKLIR (PL TN)

Transkripsi

1 Hasi! Pene!i1ian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 /SSN LlMBAH RADIOAKTIF PADAT YANG DITIMBULKAN DARI OPERASI PUSAT LlSTRIK TENAGA NUKLIR (PL TN) Wati Pusat Teknologi Limbah Radioaktif, SATAN ABSTRAK LlMBAH RADIOAKTIF PADAT YANG DITIMBULKAN DARI OPERASI PUSAT LlSTRIK TENAGA NUKLIR (PL TN). Telah dipelajari tentang berbagai limbah radioaktif padat dari operasi PLTN. Jumlah dan karakteristik limbah yang dihasilkan pada operasi PLTN tergantung pada tipe, daya, dan kondisi operasinya. Jumlah limbah padat yang ditimbulkan dari operasi PLTN 1000 Mwe dalam setahun adalah sekitar 1200 m3 atau drum 200 I. Radionuklidaradionuklida penyusun limbah terse but tidak ada yang mempunyai umur paruh lebih dari 30 tahun. ABSTRACT SOLID WASTE RADIOACTIVE ARISINGS FROM NUCLEAR POWER PLANTS (NPP) OPERATIONS. All kinds of solid waste radioactive from NPP operations have been studied. The amounts and characteristics of wastes produced in a NPP operations depend on the type, the power, and the operating conditions of it's. The annual produced of solid waste from operation of NPP 1000 Mwe about 1200 m3 or drum 200 I. The half life in it's radionuclide maximum is 30 years. PENDAHULUAN Adanya rencana memasukkan energi nuklir dalam sistem pemasok energi nasional melalui pembangunan Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PL TN) maka akan mulailah era industri nuklir di Indonesia. Sebagaimana industri lainnya, industri nuklir juga menimbulkan sejumlah limbah yang terkontaminasi dengan zat radioaktif dalam batas yang dapat menimbulkan potensi dampak radiologi bagi lingkungan dan kesehatan masyarakat. Sesuai dengan azas keselamatan yang dianut oleh teknologi nuklir maka limbah radioaktif ini harus dikelola dengan baik untuk melindungi lingkungan dan masyarakat dari potensi dampak radiologi yang dapat ditimbulkan. Reaktor yang dioperasikan di dunia hingga saat ini, yang menggunakan pendingin air digolongkan menjadi dua, yaitu Reactor air ringan (Light Water Reactor/LWR) menggunakan pending in H20 dan reaktor air berat (Heavy Water Reactor/HWR) menggunakan pendingin DlO. Reaktor yang menggunakan pendingin air ringan terdapat 2 jenis reaktor daya, yaitu reaktor air tekan ( Pressure Water Reactor/PWR) dan reaktor air mendidih (Boiling Water Reactor/BWR). Keduanya menggunakan bahan bakar uranium yang diperkaya hingga sekitar 3% U23S. Berbagai jenis limbah padat yang mengandung zat radioaktif secara garis besar diklasifikasikan menjadi dua yaitu limbah basah (wet solid waste) dan kering (dry solid waste). Klasifikasi limbah radioaktif pad at digunakan untuk memudahkan pengelolaan lebih lanjut. Asal utama limbah radioaktif pad at dapat dikategorikan menjadi 3 yaitu : 296

2 Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN dah ang h berumur pendek panjang nuclear power plant (NPP), daur bahan bakar nuklir dan limbah radioaktif dari laboratorium penunjang. Studi ini dititikberatkan pada limbah yang ditimbulkan dari NPP dan daur bahan bakar nuklir yang jumlahnya cukup signifikan. KATEGORISASI LlMBAH RADIOAKTIF PADAT Berdasarkan tingkat radiasinya, limbah radioaktif padat terbagi menjadi dua, yaitu: limbah radioaktif padat tingkat rendah-sedang dan limbah radioaktif padat tingkat tinggi. Limbah radioaktif padat tingkat rendah-sedang, yaitu limbah yang terdiri dari bahan yang terkontaminasi seperti kertas, sarung tangan, dan alat-alat laboratorium nuklir yang kontak langsung (terkontaminasi). Limbah radioaktif padat tingkat tinggi, yaitu limbah yang terdiri dari bahan-bahan sisa perlengkapan pabrik proses olah ulang, terutama bekas selongsong elemen bahan bakar nuklir yang diolah ulang dan dari laboratorium yang menggunakan radionuklida dengan aktivitas tinggi [I]. Bermacammacam sistem klasifikasi digunakan untuk mengkategorisasikan limbah radioaktif pad at tingkat rendah-sedang. Sistem klasifikasi ini biasanya didasarkan pad a aktivitas spesifik, laju dosis ataupun radioaktivitas. Sistem klasifikasi yang lain mungkin berupa asal limbah, sifat fisika kimianya, tipe radiasinya, dan waktu paroh radionuklidanya. Masingmasing sistem klasifikasi ini mempunyai keuntungan dan kerugian tergantung dari maksud dan dasar yang digunakan. Salah satu dasar untuk mengklasifikaskan limbah yang biasa dikenal dan diterima oleh umum adalah didasarkan pada cara pembuangannya atau cara pengolahannya. Untuk maksud pembuangan, limbah radioaktif padat aktivitas rendah-sedang secara umum dikategorikan seperti terlihat pada Tabel 1 sebagai berikut : Tabel 1. Kategorisasi limbah radioaktif padat aktivitas rendah-sedang[ 1 ] Karakteristik Kategori limbah - Beta gamma rendah sedang - - Tidak Radiotoksisitas Mengandung alpha sedang rendah Radiotoksisitas mengandung sedang alpha 297

3 Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN Sedangkan untuk maksud pengolahannya limbah radioaktif padat dapat dikategorikan menjadi : a. Limbah radioaktif padat terbakar/terkompaksi. - Tidak mengandung alpha - Mengandung alpha b. Limbah radioaktif padat tak terbakar, terkompaksi - Tidak mengandung alpha - Mengandung alpha c. Limbah radioaktif padat tak terbakar dan tak terkompaksi - Tidak mengandung alpha - Mengandung alpha d. Limbah padat khusus Material terirradiasi yang mempunyai ukuran besar. Macammacam material yang diiradiasi dalam teras reaktor akan selalu berganti-ganti dan akhirnya akan menjadi limbah, sebagai contoh : bahan bakar bekas, batang kendali, in-core detector dan grafit slurry, tetapi kebanyakan dari limbah ini tergolong aktivitas tingkat tinggi. Berdasarkan Eurochemic Decomisioning batasan secara kuantitatif untuk limbah radioaktif padat aktivitas rendah-sedang adalah : Tabel 2. Batasan secara kuantitatif untuk limbah aktivitas rendah-sedang [2] Waste level 140GBq/m 140MBq/m Quantitatif 2, msv/jam Species Beta/Gamma Gbq/m GBq/m Limits ~Ipha Alpha Laju dosis permukaan Limbah yang mempunyai aktivitas di atas ambang batas aktivitas ILW sudah tentu termasuk kategori limbah aktivitas tinggi (HLW). Limbah radioaktif pad at terbakar tetapi tidak mengandung alpha yang ditimbulkan dari instalasi nuklir jumlahnya cukup besar, biasanya berupa : PVC dan kantongkantong polyethylene, protective clothing (macam-macam plastik, tekstil, barang dari kulit, celulose, karet, neoprene, dsb), bahan pembungkus (kardus, kertas, plastik, kayu) bahan pembersih (kain bekas, tisue) dan filter (celulose tekstil dengan fiber glass atau filter mineral dengan kerangka kayu, dsb). 298

4 Hasi/ Peneli/iall dan Kegia/all PTLR Tahun 2006 ISSN Limbah radioaktif padat terbakar yang mengandung alpha pada umumnya ditimbulkan dari proses olah ulang (pelepasan U/Pu, penyulingan Pu), pencampuran oksida (UOZ Pu02) dalam instalasi fabrikasi bahan bakar dan dari pusat-pusat penelitian yang bekerja dengan elemen transuranium. Jenis limbah ini sebenarnya sam a dengan limbah radioaktif yang tidak mengandung alpha, tetapi limbah ini banyak mengandung bahan yang korosif serta memerlukan fasilitas penahan alpha sehingga memerlukan teknik pengelolaan yang khusus. Limbah radioaktif padat tak terbakar dan tidak mengandung alpha umumnya berupa logam, barang pecah belah, konstruksi material penyekat/insulasi, filter metalik, frame HEPA filter, beton, batu-batuan dan alat-alat perlengkapan mekanik lainnya yang terkontaminasi. Jenis limbah ini biasanya dianggap sebagai limbah radioaktif alpha, apabila limbah-limbah terse but terkontaminasi alpha dan berasal dari daerah aktif tempat ekstraksi uranium, plutonium dan dari bagian konversi instalasi proses olah ulang atau dari deretan glove box pada instalasi fabrikasi bahan bakar. Limbah serupa timbul di tempat penelitian dan pengembangan yang bekerja dengan material fissile (pembelahan). Tritium sebagai kontaminan juga terdapat pada kebanyakan limbah padat yang ditimbulkan dari industri nuklir. Kondisioning dari limbah-limbah ini biasanya memerlukan teknik khusus karena tritium dalam bentuk oksida dapat bergerak dan bertukar dengan air. LlMBAH PADAT DARI NPP Bahan bakar bekas tidak termasuk dalam bahasan ini, limbah ini tergolong aktivitas tingkat tinggi (HLW). Dalam makalah ini pembahasan difokuskan pada limbah aktivitas rendah-sedang (LLW/ILW). LLW/ILW dihasilkan selama reaktor beroperasi rutin. Meskipun LLW/ILW biasanya mengandung radioaktivitas/m3 relatif kecil, tetapi dalam jumlah volume keseluruhan relatif besar sehingga menyulitkan pembuangan. A. Alur Timbulnya Limbah Alur timbulnya limbah radioaktif pad at dari NPP seperti terlihat pad a Gambar 1 a dan Ib [3]. Ada 5 sistem yang potensial menimbulkan limbah yaitu primary coolant clean up system, liquid waste processing system, off-gas and ventilation system dan general power plant operation system. Karakteristik limbah untuk masing-masing sistem ditampilkan pad a Tabel 3 dan 4. Tabel 3 untuk reaktor PWR 1300 MW(e) memperlihatkan bahwa karakteristik limbah yang ditimbulkan dari masing-masing sistem berbeda. Aktivitas spesifik tertinggi adalah limbah dari general power plant operation 299

5 Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN system (batang kendali) sebesar 3 x 103 Ci/m3 kemudian diikuti limbah dari primary coolant clean up system yaitu wet ionexchange resins sebesar x IOz Ci/m3 dan filter cartridges sebesar 5 x 10' - 5 x IOz Ci/m3. Limbah dari sistem yang lain mempunyai aktivitas spesifik antara Ci/m3. Tabel 4 untuk reaktor BWR 1300 MW(e) juga memperlihatkan bahwa karakteristik limbah yang ditimbulkan dari masing-masing sistem berbeda. Aktivitas spesifik tertinggi adalah limbah dari general power plant operation system (batang kendali) sebesar 6 x 104 Ci/m3 kemudian diikuti limbah dari off-gas and ventilation system sebesar 3-15 Cilm3. Tabel 3 dan 4 memperlihatkan bahwa tipe reactor berpengaruh terhadap karakteristik limbah yang ditimbulkan (limbah dari sistem yang sam a mempunyai aktifitas spesifik yang berbeda) Tabel 2. Batasan secara kuantitatif untuk limbah aktivitas rendah-sedang [2] Waste level Quantitatif ,5 Species Beta/Gamma Limits msv/jam GBq/mJ MBq/m3 Gbq/mJ GBq/m3 Laju tivitas Alpha rmukaan dosis sedanq (ILW) TABLE 3. KAR.A.KTERISTIK LIMBAH PWR 1300 MW(e). System Nature of waste SpeCific {Ciirrr> aclivity Pnmary cdolant dean up liquid waste processing OfT-gas ond ventilation Wet ion.cxchangc resins Filter cartridges E n!porator concentrates, sjudges, resins HEPA filters Ch:m;oaJ filters 10'-5X10< 5 X 10'_5 X 10' 10-' ' 1 10-' -I General power plant operation Poper. rags, clothing Discarded hardware components Comrol rods (onjy after one year of ope-ration): start up neutron sources; fuel dement components and spacers 2 X 10-' -2 X 10-' 10-'-10' 3 X 10' 300

6 Hasil Penelilian dan Kegialan PTLR Tahzm 2006 /SSN ~A't'OIJ' \'W"~n:s lir-x, ',i."(,-;d--, G;f..H I -_._------_.~ ~ ~ ' G"':it~ ----L-J co o" \ro,: l.lliv'o W T $ nt:uuia'nc. NQ flh\t~rc." "IIhN ae. (NT Fig. Typical flow pattern of radioactive wastes in a PWR system (reproduced from Rep. ERDA-76.43) :s,olio WASTE:>. CONIA.NING M4,,)~ Of' "'HI.i. A Af.)H..) AC'ltVI-ly ANO '''f.o'.ji,hng :'HI!"~ AND S1()"A~t' 1 w TtiH J AC"! IVA'T"O COOLANT.--- Af.)O'T.~.~~~ \.IUVIO YV STCi -';}'-' lre.atfvi NT!,;V$l"f:M LIOUID WASl'F.g Hft.:II.JlfHNG NO f-uh'ihef; MANAt;;I:;M(,..1 Fig flow pattern of radioactive wastes in a BWR system (reproduced from Rep. ERDA-76.43) Gambar 1.a. Diagram alir limbah radioaktif yang ada pada system PWR (atas) dan BWR (bawah) 301

7 Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006 ISSN PRIM;'''''' ~10\,)10 CO:::>:.h~ CL~ UP MAIN CONDENSER GASES Oi"F c O!.::r.: NS;' TE CLE.;"'1 UP RINSING AND DECONT AMINA TINe; LlOUID'S. PRIMARY COOLANT DEGASSING E::::N>M~NT LEJ.-"-"GES LABOP'.t.TO;:Y DRAINS Off GASES (TANK VEN'iS SEALS. TURBINE G:.m:::S r-t, FLO:::;?RAINS LAUNDRY AND PERSONNEL SHOwERS EVAPC><i.~7::>R CONDENSER WATER DEMINER",-,Z::;O WATER LIQUID WASTE -I PROCESSiNG OEWATERED SLUDGE EVAPORATOR CONCENTR. ION EXCHANGE RE.SINS FUEL POOL FIL TEP.S A~O OEMINERALI;:A. TION?ESINS OISCARDED HARDVJt.RE AND CO>..IPONENTS HEPA Fil T!: RES CHARCOAL AOSOR9ERS CERAMIC FILTERS WET S::J.I::J WAS-:-" LIQUIDS RFO,-/I"I>';::; NO FURTHEr<. TREATM"", COMPACTiON, NON COMBVSTIB..E SOllC WASTE t T REA TME NT "-NO COND'TIOP-lING GASE S REOUIRING NO FURTHER TREJ..TMEt,rr Gambar 1. Alur Timbulnya Limbah NPP 302

8 Hasi/ Pene/itian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN B. Jumlah dan Komposisi Limbah Akumulasi total LLW dari power plants seluruh dunia pad a tahun 1990 adalah m3. Total ILW sebanyak m3/tahun. Sampai tahun 2005 jumlah ini mengalami kenaikan kurang lebih sebanyak 50 %. Jumlah limbah radioaktif padat yang ditimbulkan tiap tahun dari operasi PLTN 1000/900 Mwe adalah sekitar 1200 m3 ahun nditioning) (Gambar 2). Jumlah limbah pad at yang ditimbulkan tergantung dari tipe reaktor dan kondisi operasi. Estimasi jumlah total dari limbah padat berkisar antara 100 drum/tahun drum/tahun dengan 10 % nya berisi ILW. Tabel 5. Limbah radioaktif padat LLW/ILW dari operasi PWR [5] Evaporasi 1nsenerasi 50 m' 'solidified drum Volume 200 liquid) tiap L rag, tahun (m3) 430m Kompaksi Sementasi m3 pc m3 3(incombustibleinsulation) (rubber, spent charcoal) liquid air filter) filter) Pada umumnya LLW/ILW terkontaminasi radionuklida seperti 1-131, Cs-137, Cs 134, Ce-144, Ru-106, Zr-Nb-95, Co-60, Co-58, Fe-59, Mn-54, Cr-51, Ni-63, dan H-3. Dalam hal ini, produk fisi yang paling menyusahkan untuk jangka pendek adalah (8 hari, gamma 0,4 Mev) dan Cs-134 (2 tahun, gamma 0,6 Mev). Untuk limbah yang berumur lebih panjang beberapa tahun prod uk fisi yang dominan adalah Cs-137 (30 tahun, gamma 0,6 Mev). Produk aktivasi yang paling menyusahkan untuk jangka pendek adalah Fe-59 (45 hari, gamma 1,1 Mev). Sesudah itu nuklida yang paling dominan adalah Co-60 (5,2 tahun, gamma 1,3 Mev). Sesudah disimpan selama 30 tahun atau lebih nuklida sisa yang dominan kemungkinan Ni-63 (92 tahun, beta, nogamma). Komposisi jenis radionuklida dalam LLW/ILW dari masing-masing tipe reaktor seperti terlihat dalam table 6: 303

9 Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN BWR PHWR Tabel 6. Komposisi jenis radionuklida dalam LLW/ILW Tipe reaktor 36% 24% 20% 17% 30% 14% %, % sedikit Co-58 Co-60 Radionuklida Na-24 dan Zn-65 PWR Cr Nb Cs-137 Zr-95 DAFTAR PUSTAKA 1. IAEA, "Treatment of Low and Intermediate Level Solid Radioactive Wastes", Technical Reports Series No. 223, IAEA, Vienna, Decommissioning of Nuclear Facilities, NEA/OECD, Paris, IAEA, "Guide to The Safe Handling of Radioactive Wastes at Nuclear Power Plants", Technical Reports Series No. 198, IAEA, Vienna, S. Ronodirjo, Concept of Ultimate Disposal for NPP Radwaste in Indonesia, NEWJEC, Feasibility Study of The First Nuclear Power Plants at Muria Peninsula Region, "Waste Management and Decomisioning", NEWJEC Inc.,