RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION PENGOLAH LlMBAH RADIOAKTIF. Subiarto, Wasito Pusat Teknologi Limbah radioaktif, SATAN

Transkripsi

1 Hasil Penelilian dan Kegialan PTLR Tahun 2006 fssn RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION PENGOLAH LlMBAH RADIOAKTIF Subiarto, Wasito Pusat Teknologi Limbah radioaktif, SATAN ABSTRAK RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION PENGOLAH LlMBAH RADIOAKTIF. Telah dilakukan rancangan pengungkung pad a kolom penukar ion pengolah limbah radioaktif menggunakan baja timbal (Pb). Rancangan meliputi asumsi dan pendekatan dari rumus-rumus yang digunakan dalam penghitungan tebal bahan pengungkung. Hasil penghitungan menunjukkan tebal bahan Pb yang diperlukan adalah 1,5 em. ABSTRACT DESIGN OF SHIELD SYSTEM ON ION EXCHANGE COLUMN FOR RADIOACTIVE WASTE TREATMENT. The shielding design on ion exchange column for radioactive waste treatment using lead (Pb) has been done. The design covered assumptions and approximations of the formulas used in calculating shielding material thickness. The calculation yielded the thickness of lead was 1.5 cm. PENDAHULUAN Ada 3 hal penting yang dapat diusahakan untuk mengurangi dosis paparan yang diterima pekerja radiasi : 1. Jarak (Pengurangan kuadrat terbalik). Dengan semakin jauhnya jarak pekerja dari sumber, maka dosis radiasi yang diterima pekerja tersebut berkurang secara kuadrat terbalik. Memperbesar jarak sejauh dua kali akan mengurangi dosis menjadi sebesar seperempat kalinya, menambah jarak sejauh tiga kali akan mengurangi dosis yang diterima menjadi sepersembilan kalinya. Sebagai contoh, sebuah sumber dengan laju paparan 100 mr/jam pada jarak 10 cm dari permukaan akan memiliki laju paparan sebesar 1 mr/jam pada jarak 100 cm dari permukaan. 2. Waktu (Pengurangan linear). Mengurangi jumlah waktu kontak dengan sumber akan mengakibatkan pengurangan dosis secara proporsional. Sieverts/jam x jam = sieverts 3. Pengungkung (Pengurangan eksponensial). Perisai yang sesuai dapat menghasilkan pengurangan eksponensial untuk pemancar gamma dan pengurangan hampir total untuk pemancar beta. 260

2 Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahl/n 2006 Karena jarak dan waktu sudah tertentu, maka agar karyawan dapat bekerja optimum dengan jarak dan waktu yang leluasa diusahakan pengungkung (shielding) sebagai upaya untuk mengurangi dosis paparan. RANCANGANPENGUNGKUNG Oalam laporan ini, kita memfokuskan pembahasan ke sinar gamma, karena alpha dan beta relatif tidak akan mencapai keluar dlari dinding kolom yang terbuat dari flexi glass, seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut.... ~(;altlliia Alpha H":1a Ct)II;:r~tc Papt.;'r Gambar 1. Shielding untuk Alpha, Beta dan Gamma Perisai akan mengurangi dosis radiasi yang diterima pekerja menurut hubungan : I = 10 e -IJX Oimana I = Intensitas sinar setelah melalui pengungkung 10 = Intensitas sinar pada sumber a:; = koefisien atenuasi x = tebal shielding Rumus diatas digunakan bila sumber radiasi berbentuk titik. Oalam hal kolom, maka sumber radiasi berbentuk silinder, sehingga rumus yang digunakan dalam perhitungan adalah sebagai berikut : Oosis paparan searah dengan sumbu : 261

3 Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlm 2006 o Gambar 2. Sumber berbentuk shinder Pengukuran sejajar sumbu tanpa attenuasi 11, -r, =-- sin8 - rz = I-Z_I-ISi81 cos8 = Arctg(~~." ) < 8 < 8z = Arctg( ~ z, ) - rz = -.-si8z < 8 < 83 = 11- Arctg -- Sill Uz 8 (U7) Zz -rz = --,<;/83 < 8 < 84 =: 11- Arctg - z z Izz\. cos 8 u, =dcosw-~rz -(dsinmr 1/z =dcosw+~rz -(dsinwr (UI) - Oosis paparan tegak lurlis sumbu dengan atenuasi setebal x : 262

4 Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006 Gambar 3. Sumber berbentuk silinder. Ak. ~ dd..= v.' [1_e-8/,,(r,-r,)tsmocosmsinBdBdOJ 'f/, 4nsf.1i r Apabila R < H <! Pengukuran tegak lurus sumbu dengan attenuasi dimana : Pi = koefisien attenuasi untuk photon dengan energi Ei Bila ada attenuasi setebal x, maka dosis paparan radiasi sejajar sumbu. Ak. ~ d = 1'/ [1_e-8/1,h-r,)tsinBcosm sin BdBdOJ, 4nsf.1, r (Q) ditunjukkan melalui persamaan (P. Laurent) Dosis paparan Oosis paparan tanpa dinding If/i mrd/h x (em) Gambar 4. Sumber berbentuk silinder Pengukuran sejajar sumbu dengan attenuasi Oosis paparan setelah melalui dinding 263

5 Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Ta/1I11l2006 E (.) di = I. () I B(,uiX) mrd/h If/i Besaran Ei. f./ji dan B (l1ix) dapat dilihat dari tabel CONTOH PERHITUNGAN Bahan pengungkung yang digunakan adalah baja timbal (Pb). Berat atomnya adalah 207,2 dan mempunyai valensi 2 dan 4 dalam bentuk isotop yang stabil sebagai hasil radiasi dari unsur uranium (206), thorium (208) dan aktinium (207). Berat jenis baja timbal ini '11,35; dengan asam klorida larut seeara pelan dan mengeluarkan gas hidrogen, akan tetapi dengan asam nitrat eneer larut dengan eepat dan mengeluarkan gas hidrogen. Dengan asam nitrat pekat larut seeara pelan dan mengelusikan gas nitrogen oksida. Dengan asam sulfat pekat hampir tidak larut, tapi pad a kondisi panas akan larut seeara pelan dan terjadi garam Pb, dihidrogen sulfat dan mengeluarkan gas sulfur dioksida. Lapisan pengungkung yang digunakan adalah baja stainless steel (S~; 304). Baja ini tahan karat dan apabila terjadi kontaminasi dapat dibersihkan atau didekontaminasi dengan mudah. Kelebihan lainnya adalah tidak mudah larut apabila kena larutan as am dan bas a keras. Untuk memudahkan penggunaannya, shielding diberi rod a yang terbuat dari baja karbon seperti tampak pad a gambar berikut : Gambar 5. Shielding timbal dengan roda Berdasarkan peraturan keselamatan kerja dosis paparan maksimum pad a jarak 100 em < 10 mrad/jam. Dengan memperhatikan faktor keselamatan maka pada perhitungan dipakai harga ds = 5 mrad/jam. Faktor attenuasi setelah rnelewati shielding setebal x em 264

6 Hasi/ Pene/ilian dan Kegialan PTLR Tahlln 2006 F = Dsmak... (1) ds Tebal sel beton untuk memperoleh faktor attenuasi F IJX m = In F (2) Tebal sel beton yang diperlukan dapat dihitung dari rumus IJX = JlXmln(dsl DM) + JlXmln(Dml ds) (3) In(Dm I DM) dengan : x = tebal sel sebenarnya (em) IJ = koefisien absorpsi lilier sel (em'1) DM = dosis paparan minimum (mrad. jam'1) Dm = dosis paparan maksimum (mrad. jam -1) ds = dosis paparan maksimum yang diijinkan (mrad. jam'1) D=2R h ::-UJ!:::l~~~~~~~' '::'::::::::::::: ::::::::,. -!. i /:::::::::~:~$. w ~~:~'-> ':..nn '--::~::t S R.: ~ z j' I a Sumber berbentuk Silinder h = 24,5 em D = 2R = 30 em a = 100 em Dosis paparan pada titik S tanpa shielding Dari grafik no I Av x R2 E Ds = F (8, ljez) 4(a+z) YE lje ( a + R ) = 18,4 265

7 Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006 air = 6,6 m = 2,1 Oari grafik no II!-Ix = air = 6,6 J.1e x z = 0,8 -;. Jle x z = 0,8 m In maka diperoleh z = 1,05 = 0,8 x 2,1 = 1,68 tge=1i2h = 12,25 =0,12.~ e=6,80 a + z ,05 Oari grafik IV a, diperoleh : F (e,!-iez) = F (6,8 ; 1,68) = 0,035 Os = --- Av X R2 ~ 2 F (e, lie I" z) 4( a + z) YE 3,7.1050,82(0,035=15mrad/jam 4(101,5) 550 Oosis paparan setelah melalui shielding setebal x cm :!-Ix m = In F F = 15/5 = 3!-Ix m = In 3 = 1,098 Oengan menggunakan rumus no 3, x = 1,098(1, ,59)= 1 100!-I 3 68 ', X = 1,100/0,163 = 6,74 cm Jadi tebal beton yang diperlukan :: 6,74 cm Untuk tebal timbal yang diperlukan, diperoleh dari hubungan : Xi Xbeton XPb -- = C -; = ---- HVTi HVTbeton HVTPb X = tebal bahan yang digunakan. HVT = Half Value Thickness = Tebal bahan yang mengakibatkan dosis paparan berkurang menjadi setengahnya. 266

8 Hasi/ Penelitian dan Kegialan PTLR Tahlln 2006 Untuk energi yang sama, HVT beton = 2,5 em sedangkan HVT timbal = 0,52 em ,74 _ XPb ~ X Pb ,52x6, em~ ~ 1 5 em 2,5 0,52 2,5', Jadi tebal timbal yang diperlukan untuk bahan shielding adalah 1,5 em. KESIMPULAN Dari pembahasan seperti pad a kriteria ranean lan, bahwa bahan pengungkung yang digunakan untuk menahan paparan radiasi gamma adalah timbal yang dilapisi dengan baja stainless steel (SS 304). Perhitungan tebal pengungkung dengan menggunakan beberapa pendekatan dan asumsi menghasilkan tebal timbal yang diperlukan adalah 1,5 em. DAFT AR PUST AKA 1. TECHNICATOME, System Note of Liquid Waste Treatment; WSPG 220 NTA Laporan Pengkajian Logam Berat Pad a Beberapa Daerah Pertambangan Emas di Indonesia, PUSARPEDAL-BAPEDAL, LE BRERE Monsieur, Le Cours De La Radioprotection, ISNTN CEA Peraneis. 4. WASITO, Pengelolaan Limbah Radioaktif dan Industri Bahan Bakar Nuklir, Diklat Teknologi Industri Bahan Bakar Nuklir, PEBN-PUSDIKLAT, BESAR WIRANTO, Struerural Shielding Design and Evaluation for Narrow Beam and Broad Beam, BATAN-JAERI Training Course on Radiation Protection, Pusdiklat - BAT AN,