ANALISIS TINGKAT BAHAYA PADA PASKA PERLAKUAN DAUR ULANG PEMBAKARAN/TRANSMUTASI AKTINIDA Marsodi, dan Mulyanto ABSTRAK Analisis Tingkat Bahaya pada Paska Perlakuan Daur Ulang Pembakaran/Transmutasi Aktinida. Perlakuan daur ulang pembakaran/transmutasi aktinida telah dilakukan berdasarkan parameter ALI ingestion hazard index, dimana hasil perhitungan reaktornya diperoleh dengan metode perhitungan difusi multi grup 1-D dan hasil perhitungan laju pembakaran/transmutasi aktinida diperoleh dengan metode perhitungan deplesi untuk reaksi berantai yang dimulai dari Uranium. Perhitungan pada perlakuan ini telah dianalisis dengan melakukan perubahan pada komposisi material terkait sesuai dengan kondisi teras reaktor. Survey parameter yang digunakan untuk menentukan tingkat bahaya pada paska perlakuan tersebut dilakukan berdasarkan perubahan terhadap komposisi material bahan bakarnya dan beberapa parameter mendasar lainnya seperti halnya laju pembakaran/transmutasi, fraksi pembakaran/transmutasi, produksi MA, ALI ingestion hazard index, lamanya periode daur ulang, hazard index pada 10 3 tahun. Potential hazard index setelah proses daur ulang juga telah dievaluasi berdasarkan ALI ingestion hazard index. ABSTRACT Hazard Index Analyses on the After Recycle Burning/Transmutation Treatment of Actinides. Burning/ transmutation treatment of actinides over the recycle process have been done parametrically based on the ALI ingestion hazard index, in which the result of reactor calculation use the calculation method of diffusion of multi-group 1-D and the calculation results of burning/ transmutation of actinides was from depletion calculation method for chain reaction from Uranium. The calculation of the treatment have been analyzed by appropriately changing the related materials composition according to the prescribed condition of the reactor core. The parametrical survey used for determining of the hazard index after treatment on this work was based on the changes of fuel material composition and other several basic parameters, such as burning/transmutation rate, burning/transmutation fraction, MA production, ALI ingestion hazard index, the length of cycle period, hazard index at 10 3 years. Potential hazard index after the recycle process was also evaluated by ALI ingestion hazard index. PENDAHULUAN Tingkat bahaya pada disposal limbah radioaktif dengan waktu paruh yang sangat panjang, khususnya dari jenis isotop-isotop (hasil belah) seperti aktinida ke dalam lapisan geologi tertentu mengandung resiko yang besar bagi kelangsungan
hidup manusia. Dalam upayanya untuk mengurangi resiko tersebut, perlu kiranya dilakukan evaluasi terhadap cara lain dalam penanganan terhadap limbah berbahaya yang ada yaitu dengan cara melakukan daur ulang pembakaran/ transmutasi. Upaya untuk melakukan evaluasi ini dimaksudkan untuk dapat melihat seberapa jauh tingkat bahaya yang ada pada paska perlakuan daur ulang, sehingga dapat dilihat seberapa jauh keuntungan dalam penggunaan proses daur ulang ini dengan efek tingkat bahaya yang dihasilkan paska proses. Dalam analisis ini digunakan reaktor cepat untuk menangani aktinida, karena reaktor ini mempunyai karakteristik yang cocok untuk dapat melakukan pembakaran/transmutasi terhadap isotop-isotop aktinida, dimana isotop-isotop tersebut pada umumnya mempunyai penampang lintang yang cukup besar pada daerah energi tinggi. Kemudian dilakukan proses daur ulang sampai dengan waktu hidup reaktor berahir dan dalam analisis ini diasumsikan bahwa reaktor mampu untuk melakukan proses daur ulang sampai dengan kurang lebih 40 tahun. Proses daur ulang ini juga dilakukan untuk setiap tahun, dimana dalam tiap proses dilakukan refueling dengan bahan bakar yang baru dan bahan bakar yang tersisa. Cara ini diharapkan dapat mengungkung khususnya aktinida sehingga tidak sampai ke luar (didisposalkan). Tujuan utama dari makalah ini adalah untuk melihat sampai sejauh mana limbah berbahaya dapat dieliminir, sehingga diharapkan dapat diperoleh penggunaan sistem energi nuklir yang aman dan akrab lingkungan. Survey yang dilakukan dalam menentukan parameter-parameter yang mendasar dari analisis ini adalah menggunakan isotop-isotop Uranium (U), Plutonium (Pu), Americium (Am) dan Curium (Cm). Disain reaktor yang digunakan adalah jenis reaktor cepat (fast reactor) dengan kapasitas daya 3000 MWt. METODE PERHITUNGAN Dalam konsep ini, metoda perhitungan reaktor dilakukan menggunakan persamaan difusi multigroup 1-Dimensi dengan arah jari-jari [Duderstadt and Hamilton 1976]. Perhitungan laju pembakaran/ transmutasi-nya adalah sebagai berikut; N i (t)/dt = η i Σ g χ g φ g σ f g N f + Σ j l ij λ j N j -Σ g φ g Σ k f ik σ k g N k (λ i + Σ g φ g σ i g N i ) (i, j, k = 1,, 3,., M) dan (g = 1,, 3,.., G)
dimana M adalah jumlah total isotop-isotop burn-up chain, dan G adalah jumlah grup energi. Kemudian kapasitas reaktor untuk dapat memuat aktinida dalam operasinya diberikan dengan persamaan sebagai berikut; Cp = (πr o h ) Σ i N i (t) (M i /N A ) (i = 1,, 3,., N) Dimana N i (t) adalah kerapatan atom isotop-isotop aktinida. Kemudian inventori total dari isotop-isotop aktinida setelah n kali daur ulang (n-cycle) adalah [INV] n N(t) yaitu; [INV] n N(t) = (πr s h ) Σ i N i (t) n (M i /N A ) (i = 1,, 3,., N) Kemudian produksi total aktinida setelah proses daur ulang pembakaran/ transmutasi adalah sebagai berikut; [P] n = (πr o h ) Σ i (M i /N A ) N i (t) n sehingga laju pembakaran/ transmutasinya dapat diberikan sebagai berikut; [P] n = (πr o h ) Σ i (M i /N A ) {N i (0) n - N i (τ) n }/τ dan fraksi pembakaran/transmutasi setelah 40 tahun daur ulang, Bfi didefinisikan dengan persamaan berikut ini; Bfi = Σ i {τa i n - R i n (τ life ) n }/ Σ i {τa i n } Dimana R adalah fraksi aktinida yang tersisa yaitu; [R] = (πr o h ) N i (t) (M i /N A ) dimana A dan P adalah annual input dan produksi aktinida. HASIL DAN PEMBAHASAN
transmutasi aktinida ini dilakukan dengan menggunakan perhitungan standard untuk isotop-isotop aktinida secara homogen. Jumlah aktinida yang terbakar/ tertransmutasi dikurangi dengan jumlah aktinida yang tersisa pada tiap periode daur ulang, dihasilkan tiap periode daur ulang dengan asumsi bahwa pada tiap awal daur ulang perlakuan daur ulang dilakukan berdasarkan jumlah aktinida yang tersisa pada tiap 3 ALI ingestion hazard index reaktor dilakukan dengan komposisi yang sama untuk tiap-tiap evaluasi yaitu rasio Hasil perhitungan laju pembakaran/ transmutasi (B/T), laju produksi, HI dan [P] ditunjukan pada gambar 1 berikut semakin besar sebanding dengan periode daur ulang sehingga sudah barang tentu yang berhubungan dengan tingkat bahaya aktinida pada paska perlakuan daur perubahan komposisi fraksi aktinida dan hasilnya terhadap tingkat bahaya yang efektif ketika reaktor dimuati dengan fraksi aktinida yang lebih besar. Dalam hal ini, reaktor itu sendiri. bahaya yaitu dalam melakukan pembakaran/ transmutasi aktinida dilakukan dengan pada jumlah aktinidanya dan tingkat bahayanya terhadap periode daur ulang bahwa proses perlakuan daur ulang pembakaran/ transmutasi aktinida mencapai titik dikatakan bahwa periode daur ulang sekitar 3 tahun, proses ini dapat mereduksi khususnya aktinida.
Gambar 1 Bentuk hubungan antara laju pembakaran/ transmutasi (B/T), laju produksi, HI ALI dan [P] HI terhadap periode daur ulang untuk berbagai fraksi pemuatan aktinida Gambar Bentuk hubungan antara [B/T rate] MA / [P rate] MA, [B/T rate] HI / [P] HI terhadap periode daur ulang untuk berbagai fraksi pemuatan aktinida.
Hasil perhitungan tingkat bahaya terhadap periode daur ulang untuk berbagai fraksi pemuatan aktinida diperlihatkan pada gambar 3 berikut ini. Dari hasil perhitungan dapat dilihat bahwa kemampuan proses daur ulang dalam mereduksi tingkat bahaya terlihat maksimal pada periode daur ulang sekitar 3 tahun. Hal ini menjukkan bahwa kemampuan optimal sebuah proses daur ulang untuk mereduksi tingkat bahaya aktinida akan sangat bergantung pada penggunaan periode daur ulang dan tentunya juga harus dilihat lebih jauh faktor-faktor yang terkait dengan kinerja reaktor yang digunakan. Gambar 3 Bentuk hubungan antara faktor pengurangan tingkat bahaya terhadap periode daur ulang untuk berbagai fraksi pemuatan aktinida KESIMPULAN 1. Perlakuan daur ulang pembakaran/ transmutasi aktinida dapat mereduksi tingkat bahaya pada isotop-isotop berbahaya yang dihasilkan dalam penggunaan LWRs sampai ke tingkat yang lebih aman.. Cara ini, dapat menjadi alternatif disposal limbah radioaktif tingkat tinggi khususnya aktinida dalam rangka menciptakan lingkungan yang bersih dan aman dalam penggunaan sistem tenaga nuklir.
3. Nilai optimal pada perlakuan ini dapat diperoleh dengan pemilihan komposisi bahan bakar dan atau pendingin, periode daur ulang, dan dapat juga dengan menggantikan jenis reaktornya. DAFTAR PUSTAKA 1. Waltar, A.E., Reynolds, A.B., Fast Breeder Reacto, Pergamon Press (1981). Bondarenko, I.I, Group Constants for Nuclear Reactor Calculation, Consultant Bureau, New York (1964) 3. Mc Lane, V., Dunford, C.L., Rose, P.F., "Neutron Cross Sections", Vol.. Neutron Cross Sections Curve, Academic Press (1988) 4. Bultman, J.H., and C.L. Cockey and T. Wu, Actinide Breeding and Burning in Metalic and Oxide Fuel ALMR Cores, Proc. GOBAL '93, Seattle (1993) 5. Wakabayashi, T., Ikegami, T., Characteristics of An LMFBR Core Loaded with MA and RE Containing Fuel, Proc. GLOBAL '93, Seattle (1993) 6. Marsodi, Mulyanto, Kitamoto, A., Concept & Optimization of B/T reactor in Nuclear Fuel Recycle System, Proc., ICENES '93, Tokyo-JAPAN (1993) 7. Kitamoto, A., Marsodi, Mulyanto, Special Characteristics of B/T reactor for Minimization of HLW and Hazard Index, Proc., SPECTRUM '94, USA (1994)
DAFTAR RIWAYAT HIDUP 1. Nama : MARSODI. Tempat/Tanggal Lahir : Kebumen, 3 Juli 1961 3. Instansi : PTIK - BATAN 4. Pekerjaan / Jabatan : Fungsional Peneliti 5. Riwayat Pendidikan : (setelah SMA sampai sekarang) FMIPA-UI, Jurusan Fisika (S1) Tokyo Univ. of Agr. & Tech., Elec. Information Engin. (S) Tokyo Inst. of Tech., Nuclear Engineering (S3 belum selesai) 6. Pengalaman Kerja : 1987 sekarang : Staf Peneliti PTIK - BATAN 7. Organisasi Professional : Himpunan Fisika Indonesia (anggota) Himpunan Masyarakat Nuklir Indonesia ( Sek. Wilayah Jabotabek)
DAFTAR RIWAYAT HIDUP. Nama : MARSODI. Tempat/Tanggal Lahir : Kebumen, 3 Juli 1961 3. Instansi : PTIK - BATAN 4. Pekerjaan / Jabatan : Fungsional Peneliti 5. Riwayat Pendidikan : (setelah SMA sampai sekarang) FMIPA-UI, Jurusan Fisika (S1) Tokyo Univ. of Agr. & Tech., Elec. Information Engin. (S) Tokyo Inst. of Tech., Nuclear Engineering (S3 belum selesai) 8. Pengalaman Kerja : 1987 sekarang : Staf Peneliti PTIK - BATAN 9. Organisasi Professional : Himpunan Fisika Indonesia (anggota) Himpunan Masyarakat Nuklir Indonesia ( Sek. Wilayah Jabotabek)