PENENTUAN WAKTU TUNDA PADA KONDISIONING LIMBAH HASIL PENGUJIAN BAHAN BAKAR PASCA IRADIASI DARI INSTALASI RADIOMETALURGI Herlan Martono, Wati, Nurokhim Pusat Teknologi Limbah Radioaktif ABSTRAK PENENTUAN WAKTU TUNDA PADA KONDISIONING LIMBAH HASIL PENGUJIAN BAHAN BAKAR PASCA IRADIASI DARI INSTALASI RADIOMETALURGI. Telah dilakukan percobaan pengukuran radioaktivitas untuk menentukan hubungan radioaktivitas limbah radioaktif cair dari Instalasi Radiometalurgi (IRM) sebagai fungsi waktu. Adanya hubungan radioaktivitas limbah cair dari IRM sebagai fungsi waktu adalah untuk penentuan waktu tunda sebelum kondisioning limbah cair tersebut. Limbah cair dari IRM ditentukan aktivitasnya sebagai fungsi waktu dibandingkan dengan aktivitas 137 Cs sebagai standar. Hasil menunjukkan bahwa limbah cair dari IRM mengandung aktinida yang berumur panjang. Setelah didinginkan 4 tahun, limbah cair ini mempunyai aktivitas jenis 3,170 x 10-3 µci/ml sama dengan aktivitas limbah cair aktivitas rendah. Selanjutnya limbah cair ini diimobilisasi dengan polimer. ABSTRACT DETERMINATION OF DELAY TIME FOR CONDITIONING WASTE ARISING FROM TESTING OF IRRADIATED FUEL AT RADIOMETALLURGY INSTALLATION. The experiment of radioactivities measurement has been conducted to determine correlation of liquid radioactive waste activities from Radiometallurgy Installation as the time function. The correlation of liquid radioactive waste activities from Radiometallurgy Installation as the time function are proposed for determination delay time before conditioning these liquid waste. The activities liquid radioactive waste from Radiometallurgy Installation were determined as the time function and than compared activities of 137 Cs as standard. The yield show that liquid radioactive waste from Radiometallurgy Installation is contain long live of actinide elements. After cooling for 4 years, these liquid radioactive waste has specific activity 3,170 x 10-3 µci/ml same with low level liquid radioactive waste activity. The liquid radioactive waste then immobilized with polymer. PENDAHULUAN Limbah radioaktif hasil pengujian bahan bakar pasca iradiasi dari Instalasi Radiometalurgi (IRM) berupa limbah cair aktivitas tinggi, mengandung unsur hasil belah dan aktinida. Besarnya radioaktivitas (aktivitas), kandungan unsur hasil belah dan aktinida dipengaruhi oleh pengkayaan uranium ( 235 U) dalam bahan bakar, burn- up (fraksi bakar), dan daya spesifik reaktor yang digunakan. Pengkayaan bahan bakar yang digunakan adalah 20% 235 U. Walaupun aktivitasnya tinggi, limbah cair ini belum tentu termasuk klasifikasi limbah cair aktivitas tinggi karena masih ditentukan ada tidaknya kandungan aktinida dalam limbah. Percobaan penentuan waktu tunda ini juga untuk menentukan apakah limbah cair ini termasuk klasifikasi limbah radioaktif cair aktivitas rendah, limbah radioaktif cair aktivitas tinggi, atau limbah cair transuranium.
Jika aktivasi netron terhadap bahan bakar lama sekali atau fraksi bakar bahan bakar tersebut cukup tinggi, maka limbah cair tersebut aktivitasnya tinggi, kandungan hasil belah tinggi, dan kandungan aktinidanya juga tinggi. Komposisi limbah cair seperti itu, tidak terdefinisi (tidak ada di negara maju yang melakukan proses olah ulang). Agar ada kesesuaian dengan definisi, maka dilakukan pengolahan awal yaitu ekstraksi pelarut untuk memisahkan aktinida dan hasil belah. Limbah cair yang banyak mengandung hasil belah dan sedikit terkontaminasi aktinida disebut limbah cair aktivitas tinggi (LCAT)[1]. Limbah cair yang banyak mengandung unsur aktinida dan sedikit terkontaminasi unsur hasil belah disebut Limbah Cair Transuranium (LCTRU)[1]. Pada umumnya LCAT diimobilisasi dengan gelas borosilikat, sedangkan LCTRU diimobilisasi dengan polimer[1,2]. Limbah radioaktif cair aktivitas tinggi dari pengujian bahan bakar pasca iradiasi (LCATPBB) volume totalnya 2 liter, aktivitasnya 6,627 x 10-6 Ci. Data komposisi LCATPBB ditunjukkan pada Tabel 1[3]. Dari data tersebut, kemungkinan aktinidanya kecil sekali dan hasil belah cukup tinggi[4]. Limbah jenis ini jika disimpan untuk beberapa lama, maka akan menjadi limbah aktivitas rendah. Limbah cair aktivitas rendah adalah limbah cair yang mengandung radionuklida pemancar gamma dan tidak mengandung atau sedikit sekali aktinidanya sehingga aktinida tidak memberikan dampak radiologis terhadap manusia dan lingkungannya. Limbah jenis ini diimobilisasi dengan semen di Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif. Disamping data analisis dari Instalasi Radiometalurgi (IRM), perlu ditentukan waktu tunda yang diperoleh dari grafik aktivitas limbah versus waktu. Sebagai pembanding grafik ini adalah grafik aktivitas 137 Cs versus waktu. Jika grafik pembanding lebih curam dibandingkan grafik aktivitas limbah cair dari IRM versus waktu, ini berarti limbah cair mengandung aktinida (radionuklida pemancar alfa yang berumur panjang). Jika hal ini terjadi maka limbah cair dari IRM akan diimobilisasi dengan polimer. Polimer yang dipilih ialah polimer yang eksotermis sehingga biaya prosesnya murah. Jika grafik aktivitas limbah cair dari IRM lebih curam daripada grafik pembanding berarti limbah cair mengandung radionuklida yang berumur paro pendek. Limbah cair dari IRM tidak mengandung unsur aktinida. Jika hal ini terjadi, maka limbah cair dari IRM akan diimobilisasi dengan semen dengan peralatan yang sudah ada di Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif (IPLR). Jadi data tersebut juga digunakan untuk menentukan jenis matriks yang digunakan untuk imobilisasi limbah radioaktif. 15
TATA KERJA Bahan - Limbah radioaktif cair dari IRM aktivitas jenis 3,314 x 10-3 µci/ml. Metode - Limbah radioaktif cair dari IRM sebanyak 2 liter dengan aktivitas jenis 122,608 Bq/ml (3,314 x 10-3 µci/ml), diambil sebanyak 7 µl dengan mikropipet kemudian dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer 500 ml. - Limbah radioaktif cair diencerkan dengan air bebas mineral dalam labu erlenmeyer 500 ml sehingga volumenya 500 ml. - Limbah radioaktif cair dalam labu erlenmeyer 500 ml dicacah dengan alat cacah radiasi gamma multi chanel analyzer (MCA) setiap bulan. - Grafik aktivitas limbah versus waktu dibuat dan dibandingkan dengan grafik aktivitas 137 Cs versus waktu secara teoritis. HASIL DAN PEMBAHASAN Data komposisi limbah radioaktif cair dari IRM ditunjukkan pada Tabel 1. Dari data tersebut unsur yang dominan adalah 137 Cs. Pengaruh unsur-unsur atau radionuklida yang lain akan dipelajari dari percobaan aktivitas limbah sebagai fungsi waktu. Kemungkinan dari data komposisi limbah terdapat aktinida atau radionuklida umur panjang yang tidak terdeteksi, sehingga perlu penentuan jenis matriks untuk imobilisasi dan waktu pendinginannya. Tabel 1. Komposisi LCATPBB [3] No. Radionuklida Aktivitas Jenis (Bq/ml) 1. 109 Cd 1,800 2. 144 Ce 1,200 3. 106 Ru 0,300 4. 134 Cs 2,600 5. 137 Cs 116,000 6. 60 Co 0,600 7. 133 Ba 0.066 8. 226 Ra 0.042 Total Aktivitas 122,608 Bq/ml 16
Pengukuran aktivitas dilakukan pada bulan ke 53, dan pengenceran untuk menghindari paparan yang tinggi sehingga lebih aman bagi pekerja. Pengukuran aktivitas limbah radioaktif cair dari IRM sebagai fungsi waktu ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2. Aktivitas limbah radioaktif cair dari IRM fungsi waktu dari hasil analisis dibandingkan aktivitas 137 Cs fungsi waktu dari hasil perhitungan secara teoritis. Waktu Aktivitas limbah Aktivitas peluruhan 137 Cs (µci) cair dari IRM (µci) (bulan) hasil analisis secara teoritis 0 6,627 6,627 53 6,317 5,984 54 6,306 5,973 55 6,297 5,961 56 6,288 5,950 Persamaan matematis yang menyatakan hubungan aktivitas dan waktu tunda adalah: A = A. e 0 λt (1) dimana: A 0 : aktivitas mula-mula A : aktivitas pada waktu t λ : tetapan peluruhan t : waktu peluruhan (waktu tunda) ln A = ln A 0 λt (2) Grafik ln A versus t merupakan garis lurus dengan ln A 0 adalah intercept dan λ adalah curam (kemiringan). Tetapan peluruhan (λ) didefinisikan sebagai : λ = ln 2 t 1 2 (3) dimana t 1 2 adalah waktu paruh, yaitu waktu yang dibutuhkan radionuklida untuk meluruh sampai separuh dari aktivitas mula-mula. Hubungan aktivitas sebagai fungsi waktu peluruhan atau waktu tunda ditunjukkan pada Gambar 1. 17
1,900 1,880 ln A (uci) 1,860 1,840 1,820 1,800 1,780 0 10 20 30 40 50 60 Waktu peluruhan (bulan) Peluruhan Cs-137 secara teoritis Peluruhan limbah cair RMI secara analitis Gambar 1. Grafik logaritma aktivitas limbah cair dari IRM fungsi waktu peluruhan Gambar 1 diperoleh berdasarkan persamaan 2 dan 3 yang memperlihatkan bahwa aktivitas limbah cair dari IRM meluruh lebih lama dengan λ rerata sebesar 9,2245 x 10-4 /bulan (t 1/2 = 751 bulan = 62,58 tahun), dibandingkan dengan radioaktivitas Cs-137 secara teoritis dengan λ sebesar 1,925 x 10-3 /bulan (t 1/2 = 30 tahun)[5]. Hal ini menunjukkan bahwa limbah dari IRM, selain unsur Cs-137 juga mengandung unsurunsur lain yang tidak terdeteksi dengan umur paruh yang lebih panjang. Ini berarti pula bahwa kandungan aktinida (radionuklida berumur panjang) cukup berarti. Oleh karena kandungan aktinida cukup berarti, maka limbah cair IRM termasuk klasifikasi limbah cair TRU yang akan diimobilisasi dengan polimer. Untuk imobilisasi limbah cair dari IRM perlu waktu tunda 4 tahun dengan aktivitas jenis 3,170 x 10-3 µci/ml agar aktivitasnya sama dengan limbah cair aktivitas rendah sehingga lebih aman bagi pekerja. KESIMPULAN Limbah cair dari IRM termasuk klasifikasi limbah radioaktif cair TRU (mengandung aktinida yang berumur panjang), perlu waktu tunda 4 tahun dengan aktivitas jenis 3,170 x 10-3 µci/ml yang dapat diimobilisasi dengan polimer. DAFTAR PUSTAKA 1. IAEA, Characteristics of Solidified High Level Waste Products, Technical Report Series No. 187, IAEA, Vienna, 1979. 2. IAEA, Chemical Durability and Related Properties of Solidified High Level Waste Forms, Technical Report Series No. 257, IAEA, Vienna, 1985. 18
3. P2TBDU, Laporan Analisis Radioaktivitas Unsur dari Radiometalurgi, Bidang Teknologi Daur Ulang Dan Pasca Iradiasi, Jakarta, 2001. 4. Martono, H. dan Aisyah, Kajian Pengelolaan Limbah Aktivitas Tinggi dan Transuranium dari Iradiasi Bahan Bakar, Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir VI P2TBDU-BATAN, Jakarta, 2001. 5. Benedict M., T. Pigford, H. Levi, Nuclear Chemical Engineering, McGraw-Hill, New York, 1981 19