Bahdir Johan, Sugeng Purnomo, Suparno, Kuat Heriyanto, Tri Salyo Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif

Transkripsi

1 Hasi/ Fane/itian P2PLR Tahun 2002 EVALUASI DIFUSIVITAS RADIONUKLIDA 133CS YANG MElEWATI PENGHALANG BUATAN KOr-JKRET BETON Bahdir Johan, Sugeng Purnomo, Suparno, Kuat Heriyanto, Tri Salyo Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif ABSTRAK EVALUASI DIFUSIVITAS RADIONUKLIDA 133CS YANG MELEWATI PENGHALANG BUATAN KONKRET BETON. Telahdilakukan penelitiandifusivitas radionuklida 133CS melewati konkret beton-pasir biasa serta konkret beton-pasir besi pasir silika dari Bangka. Konkret beton sebagai penghalang buatan, ditempatkan diantara dua bagian ruangan pada gel difusi. Contoh difusan sebelum dart setelah terdifus: Jianalisis menggunakan Spektrometr: Serapan Atom dan difusivitas dihitung menggunakan kemiringan grafik antara konsentrasi fungsi waktu. Hasil yang diperoleh adalah difusivitas radionuklida melewati konkret-pasir biasa 1, 06x Gm2.dt-1 > 9,10x10-13 > 1,2X10-15 cm2.dt-1 difusifitas radionuklida melewati konkret-pasir kuarsa. Dapat disimpulkan bahwa pasir kuarsa lebih prosfektif dibanding pasir besi atau pasir biasa. ABSTRACT THE DIFFUSIVITY EVALUA TION OF RADIONUCLIDE 137 Cs THROUGH CONCRETE ENGINEERED BARRIER. The diffusivity research of radionuclide thoruogh concrete engineered ba"ier made by iron sand, normal sand and Si sand as raw matrial has been done, The diffusant fillea' iff to diffusant cell and the cemeni'itious engineered barretas partition between two side of a diffusant cell, The concentration of radionuclide 133CS before and after diffused throught concrete engineered barrier was measured using AAS and the diffusivity of radionuclide solution can be calculated by the slope of the variatie of concentration function of time, The result of the reserch are the diffusivity of rodionuclide throught a concrete-normal sand 1,O6x10-1O cm2dt >9,10x10-14> 1,20x10-15 cm2,dt-1 than throught the concrete Bangka sand. Accourding to this research are the Bangka sand more prosfected than the normal sand or iron sand for the raw material of engineered barrier. PENDAHULUAN Hipotesis Oari data penelitian awal di Lab.LFT -LIPI dperoleh: * Porositas Pasir Kuarsa 19,99 * %Fe Pasir Kuarsa 0,013 * Kadar Si Pasir Kuarsa 99,08 Oari data diatas menunjukkan konkret pasir Si mempunyai orde difu3itas terendah jika dibandingkan dengan pasir Cilacap dan Cisadane. Tujuan Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan gambaran kuantitatif difusivitas radionuklida pada blok beton, serta mengamati kemampuannya menahan difusi radionuklida yang akan dilewatinya.

2 Teori Blok beton hasil olahan limbah radioaktif yang beraktivitas rendah akan disimpan pada tempat penyimpanan limbah radioaktif teknik tanah dangkal (PL TD)[1]. Sistem PL TO rtlenganut konsep penghalang ganda, yaitu perlghalang alami dan buatan. Sebelum dilakukan operasi penyimpanan akhir, perlu dilakukan evaluasi kernampuan terhadap sistem-sistem penghalang (alami dan buatan) untuk menghetahui besarnya kemungkinan radionuklida lepas ke lingkungan, sehingga perlu dilakukan penelitian difusivitas radionuklida pada material yang akan rligunakan sebagai penghalang buatan. Blok beton hc.sil imobilisasi limbah radioaktif aktivitas rendah disimpan dalam fasilitas penyimpanan tanah dangkal yang diberi penghalang buatan. Oifusivitas radionukiida melalui bahan yang digunakan sebagai penghalang lepasnya rddionuklida ke lingkungan perlu dipelajari guna meminim!a:1 dampak negatif disekiiar kawasan fasilitas penyimpanan limbah tersebut[2]. Pada penelitian ini diamati kemampuan blok beton sebagai penghalang buatan untuk menghambat difusi radionuklida ikljt dalc!m aliran air. Makalah ini menyajikan difusifitas 133CS melalui penghalang konkret beton. Pada penelitian ini dilakukan perbandingan antara difusiitas 133CS melalui blok beton yang dibuat dengan pasir Cisadane dengan blok beton yang dibuat dari pasir Cilacap dan blok beton dari pasir kuarsa dari pulau Bangka..Tujua umum penyimpanan limbah adala.untuk menisolasi limbah dari Ilngkungarl hldup dalam waktu lama dalam kondlsl terkontrol[,5]. Larutan radioaktif yang mengandung 137CS digunakan sebagai simulasi limbah, karena137cs mempunyai waktu para yang panjang. Data hasil penelitian ini akan digunakan sebagai bahan pertimbangan untuk pemilihan jenis beton penghalang buatan yang paling aman untuk penyimpanan limbah radioaktif. Oifusivitas nuklida melalui penghalang buatan dapat ditentukan menggunakan sel difusi yang diberi penyekat konkret beton. Pengamatan difusan dilakukan pada bagian sel yang berkonsentrasi rendah[3]. Diagram sel difusi adalah seperti pada Gambar 1 hasilfungsi percobaan yang digambarkan sebagai grafik konsentrasi waktu ditunjukkan pada Gambar 2 Gambar 1. Diagram sel difusi dengan 93

3 Hasil Penelitian P2PLR Tahun 20C2 Konsenl.r.asic Ik d\'..(00$11111 dc «.1 dx t; b trans.icij Db$ty $tal W!llcittl Gambar 2. Grafik Konsentrasi Fungsi Waktu Pada awal percobaan t=o dan C2=0, beberapa hari kemudian terjadi proses penyerapan difusan oleh penghalang buatan. Selanjutnya terjadi kesetimbangan hingga konkret penghalang menjadi jenuh. Setelah penghalang lewat jenuh, terjadi difusi nuklida ke bagin gel yang berkonsentrasi rendah. Konsentrasi difusan akan naik fungsi waktu dan difusivitas dapat dihitung menggunakan persamaan : (1) dimana : D : difusivitas (cm2dt-1) I : tebal penghalang buatan (cm) V1 : volume difusan pada sisi sel konsentrasi tingi (cm3) A : penampang lintang penghalang buatan.(cm ) C1 : konsentrasi difusan pada sel konsentrasi tinggi (mmol.cm-3) : perubahan konsentrasi pad a sel konsentrasi rendah (mmol.cm-3) dt : waktu difusi. (detik) Dengan menentukan model matematis difusifitas dapat digunakan untuk menghitung jumlah cesium yang mendifusi dari blok limbah dalam jangka panjang[s,6r Penggunaan pasir didalam matriks beton bertujuan untuk meningkatkan kekuatan tekan dan densitas beton, karena pasir mempunyai kekerasan dan densitas yang lebih besar dari komponen lain dari komposisi beton[8j. Oari penelitian sebelumnya diketahui bahwa densitas dan kuat tekan konkret-pasir besi lebih besar dibandingka densitas serta kuat tekan konkret-pasir biasa dari Cisadane. 94

4 Data dari penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan pemilihan jenis pasir untuk bahan campuran blok beton penghalang buata:l pad a PL TO. TATA KERJA Bahan Bahan yang digunakan meliputi semen Portland tipe I produksi semen Cibinong, pasir kuarsa dari Pulau Bangka larutan CsNO3 tidak aktif sebanyak 1x10-1o M. Metoda Pembuatan konkret penghalang dengan penggunaan pasir kuarsa: Semen dan pasir kuarsa masing-masing 787,142 9 dan 590, dimasukkan dalam wadah yang telah diisi 275,506 ml air bebas mineral dan diaduk dengan "mikser" hingga hamagen selama 30 menit. Adanan semen tersebut dituangkan dan dimasukkan dalam cetekan betan berupa tleksi glas ukuran panjang 19 cm, tebal 1,5 cm dan lebar 20 cm. Setelah 28 hari beton dilepas dari cetakannya, kemudian dipasang sebagai penyekat antara air dan bagian larutan 133CS pada seli difusi bervolume 4500 mi. Oari data penelitian awal di Lab.LFT -LIPI dperoleh : * Porositas Pasir Kuarsa 19,99 * %Fe Pasir Kuarsa 0,013 * Kadar Si Pasir Kuarsa 99,08 * Data diatas menunjukkan konkret pasir Si mempunyai orde difusitas * terendah jika dibandingkan dengan pasir Cilacap dan Cisadane. Rendahnya ketiga besaran mempengaruhi Difusivitas yang kesemuanya mengarah ke penunjukan pasir kuarsa adalah terbaik dari ketiga pilihan tersebut dapat diambil kesimpulan sementara bahwa pasir kuarsa adalah bahan terbaik diantara pasir besi, fasir Cisadane, maka diambil bahan baku akuades yang terendah atau 1x10-1 sebagai larutan 133CS umpan. Larutan 1 x Ci.m-3 sebanyak 4500 ml dimasukkan dalam sell difusi dan air be bas mineral dimasukkan ke dalam sisi lainnya dari sell difusi. Contoh air difusan sebelum dan setelah terdifusi melalui penghalang buatan, diambil setelah proses difusi berlangsung satu bulan kemudian tiap minggu sampai hari ke empat, tiap dua minggu hingg minggu ke 12, tiap tiga minggu hingga minggu ke 30, tiap bulan hingga bulan ke 11,. kemudian kadar cesiumnya dianalisis dengan alat SSA. Pengamatan dilakukan pad a difusan yang melalui blok beton yang terbuat dari campuran semen dengan pasir kuarsa dari Bangka. 95

5 HASIL DAN PEMBAHASAN Volume konkret penghalang buatan adalah 541,50 cm3, dan luas penampang permukaan yang dilalui difusat 361 cm2. Skema alat penelitian difusivitas menggunakan penghalang beton-pasir kuarsa adalah seperti pada Gambar 3 dengan hasil pengamatan berupa grafik hubungan antara konsentrasi (mol/liter) fungsi waktu difusi (minggu) ditunjukkan pada Gambar 4. Dengan menggunakan persamaan (1) dapat dihitung difusivitas larutan nulida melalui penghalang buatan konkret beton. Gambar 3. gel Difusi Dengan Penghalang Buatan Beton-Pasir Silika '0 y- X Q E 86 DA Waktu difusl (minggu) Gambar 4. Grafik konsentrasi 133CS fungsi waktu melewati penghalang pasir kuarsa Idari Pulau Bangka 96

6 Oari Gambar 4, konsentrasi 133CS melewati konkret beton-pasir Bangka menghasilkan grafik dc/dt yang naik. Namun menghitung slopnya, digunakan dengan menggunakan persamaan regresi linier dapat dibuat Gambar 4 diatas, yang dapat digunakan untuk menghitung difusivitas sebagai slop sebagai divusifitas. Pad a penelitian selanjutnya akan diamati pula hubungan antara porositas Oari dengan pengamatan difusivltas hari bahan pertama penghalang beton-pasir buatan. kuarsa hingga hari ke 130 belum teramati fraksi 133CS yang terdifusi, hal in! terjadi akibat difusan masih tertahan pada porous konkret beton hingga jenuh. Setelah konkret menjadi jenuh, konsentrasi radionuklida dalam konkret dan dalam larutan menjadi setimbang, pada hari ke 131 mulai teramati 133CS terdifusi, sejalan dengan waktu makin lama makin besar fraksi 133CS yang terdifusi. Hasil perhitungan yang diperoleh dari data penelitian menunjukkan bahwa Oifusivitas konkret beton-pasir kuarsa 1,06x cm2.dt-1, yang merupakan nilai terendahbila dibandingkan antara difusivitas konkret pasir Cisadane, konkret pasir Cilacap.Semakin kecil difusivitas suatu bahan, maka berarti keselamci:tan pengelolaan limbah meningkat Semakin kecil difusivitas suatu bahan, maka berarti keselamatan pengelolaan limbah meningkat, penggunaan pasir kuarsa dapa menurunkan difusivitas 98,65% bila dibandingkan dengan pengunaan pasir besi. KESIMPULAN Oari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa: Untuk bahan baku penghalang buatan pada penyimpanan lestari limabah aktivitas rendah, penggunaan pasir besi dari daerah kuarsa dari Pulau Bangka lebih prosfektif dibandingkan pasir biasa dari Cisadane an pasir besi dasi Cilacap 1,06x cm2.dt-1 > 9,1 Ox1 0-13> 1,20x cm2.dt-1. Penggunaan pasir kuarsa dapat menurunkan dfusivitas konkret beton 98,65% bila dibandingkan dengan difusivitas konkret beton yang terbuat dari konret beton pas1r Cilacap. Mengingat penelitian ini dimaksudkall untuk pemilihan bahan baku, untuk enelitian yang lebih detail masin diperlukan penelitian yang lebih mendalam beberapa parameter spesifik: Oari data pengamatan makin kecil porositas material/bahan semakin Kecil difusifitasnya. 97

7 DAFT AR PUST AKA 1. DR. PRA TOMO, BS," Status waste Management with Emphasis on Disposal of LILW from non-power Sources in Indonesia", Country report, Taejon, Republic of Korea, November, SHIMOOKA, K, TAKEBE, S. and WADACHI, Y,"Characteristics of Cement Mortar as an EngineE:.;rE:.;d Barrier for 137Cs", Hokenn Butsuri, 23, 1988, pp IAEA,"Characterization of Radioactive Waste Form and Pachages", Technical Report Series No. 383, IAEA, Vienna' IAEA, Criteria for underground Disposal of Solid Radioactive Waste, Safety Series no. 60, IAEA, Vienna, K.SHjMOKA, 'Performance of Enginered Barriers (II)", Nuclear Technology and Education Center Japan Atomic Energy Research Institute, ROBERT E. TREYBAL, "Mass-transfer Operation", McGraw-hili, Second Edition, New York, W. HAUSER, "Packaging of Low and Medium Level Waste", IAEA, International Training, Karlsruhe, 1 8. ZAINUS SALIMIN, dkk,"pemanfaatan Pasir Besi pada Proses Pemadatan dan Immobilisasi Limbah Radioaktif dengan Matriks Semen", Prosiding Kolokium Pameran Pertambangan'99, Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral, Bandung, 3-5 Nov. 19