PERTIMBANGAN DALAM PERANCANGAN PENYIMPANAN BAHAN BAKAR BEKAS SECARA KERING Dewi Susilowati Pusat Teknologi Limbah Radioaktif ABSTRAK PERTIMBANGAN DALAM PERANCANGAN PENYIMPANAN BAHAN BAKAR BEKAS SECARA KERING. Penyimpanan bahan bakar bekas secara kering disiapkan untuk tempat mengamankan bahan bakar bekas setelah disimpan didalam fasilitas penyimpanan sementara bahan bakar bekas selama 5 tahun atau lebih. Pertimbangan dalam perancangan sebuah fasilitas penyimpanan bahan bakar bekas secara kering harus menganut prinsipprinsip, spesifikasi obyektif yang telah dibuat sebagai standar baku oleh IAEA pada keselamatan instalasi tenaga nuklir. Tahap perancangan penyimpanan bahan bakar bekas harus memperhatikan secara teliti hal-hal yang berhubungan dengan analisis subkritikalitas, penggunaan material dan metode konstruksi yang tepat, tata letak, perpindahan panas dari bahan bakar bekas, proteksi radiasi, adanya kebocoran bahan bakar, sirkulasi udara atau gas inert di lingkungan sekitar dan adanya konveksi alami maupun paksa. Diharapkan dengan memenuhi semua ketentuan akan terwujud sebuah fasilitas penyimpanan bahan bakar bekas secara kering yang dapat meniadakan atau memperkecil kemungkinan terjadinya kecelakaan. ABSTRACT CONSIDERATION DESIGN OF SPENT FUEL DRY STORAGE. Spent fuel dry storage provide for the safe storage after it has been storage in the imterim spent fuel storage facilities during five years or more. In the consideration design of spent fuel dry storage have to accorrdance with the principles, obyectives specified in the IAEA code on the safety of nuclear power plant. Phase of design spent fuel dry storage have to attentions and accurately to connected with subcriticality analysis, using materials, accurate constructions method, lay out, heat removal from spent fuel, radiation protection, spent fuel leakage, air or inert gas circulations in surrounding environment and natural or forced convections. The hope with considerations of regulations should be such as spent fuel dry storage could be zero or minimize accident. PENDAHULUAN Setiap kegiatan industri yang menghasilkan suatu produk jadi akan selalu ada efek samping dari kegiatan tersebut yang berupa limbah, seperti dalam pengoperasian sebuah PLTN selain menghasilkan tenaga listrik yang besar dan bermanfaat bagi manusia juga akan menimbulkan limbah radioaktif. Limbah radioaktif ini ada yang beraktivitas rendah dan sedang biasanya berasal dari air pendingin reaktor nuklir dan limbah radioaktif dengan aktivitas tinggi yang berupa bahan bakar bekas. Bahan bakar bekas yang dikeluarkan dari teras reaktor masih mengeluarkan panas dan radiasi tinggi sehingga harus disimpan dahulu di dalam kolam reaktor sedikitnya selama satu tahun [1]. Periode awal penyimpanan pada kolam reaktor ini dimaksudkan untuk mengurangi sejumlah radionuklida yang volatil, medan radiasi dan panas peluruhan.
Setelah periode awal penyimpanan di dalam kolam, bahan bakar bekas dikeluarkan dan disimpan di tempat penyimpanan sementara bahan bakar bekas, yang disebut Interim Storage Spent Fuel (ISSF). Letak ISSF dapat berada di dekat reaktor atau jauh dari reaktor. Keselamatan operasi pada fasilitas penyimpanan sementara bahan bakar bekas tergantung dari disain, konstruksi dan perawatan dari tempat tersebut. Untuk mencapai tujuan tersebut, pada disain fasilitas penyimpanan bahan bakar bekas harus mempertimbangkan karakteristik bahan bakar ( jumlah dan lama penyimpanan yang diharapkan), keadaan subkritis bahan bakar, proteksi radiasi dan mempertahankan keutuhan wadah melebihi umur fasilitas itu sendiri [2]. PENYIMPANAN SEMENTARA BAHAN BAKAR BEKAS Setelah bahan bakar dipergunakan di dalam reaktor dan telah mencapai fraksi bakar tertentu sehingga menjadi bahan bakar bekas, maka penyimpanan bahan bakar bekas selanjutnya disimpan di dalam ISSF. Perlu dilakukan pemilihan tipe dan tempat penyimpanan. Ada dua metode dasar dalam penyimpanan bahan bakar bekas, yaitu metode penyimpanan secara basah dan secara kering. Penyimpanan sementara cara basah menggunakan air sebagai media pendingin maupun perisai radiasi sedangkan metode kering menggunakan sirkulasi udara sebagai media pendingin [2]. 1. Penyimpanan bahan bakar bekas secara basah(wet storage) Pada penyimpanan bahan bakar bekas secara basah umumnya dilakukan dalam kolam dekat reaktor. Bahan struktur fasilitas penyimpanan terdiri dari beton dan pelapis stainless steel atau Al+B. Bangunan penyimpan seluruhnya terdiri dari beton. Sebagai perisai radiasi dan pendingin pada kolam penyimpanan adalah air, karena air mempunyai sifat; pendingin yang baik, perisai yang baik, transparan, terdapat dimana-mana dan murah. 2. Penyimpanan bahan bakar bekas secara kering Pada penyimpanan bahan bakar bekas secara kering kapasitas pengambilan panasnya lebih rendah dibandingkan secara basah, oleh karena itu penyimpanan secara kering tidak dilakukan pada tahap awal penyimpanan. Dibandingkan penyimpanan tipe basah, penyimpanan tipe kering mempunyai beberapa keuntungan, yaitu [2 ] : - Biaya awal rendah - Mudah perawatannya - Volume limbah yang dihasilkan sedikit 286
- Tidak terjadi radiolisis Perpindahan panas yang terjadi pada sistem penyimpanan tipe kering meliputi panas konveksi yang terakumulasi pada dinding. Panas pada tempat penyimpanan bahan bakar bekas diambil secara konveksi oleh pendingin melalui pengaliran udara kedalam tempat penyimpanan. Ada 4 jenis sistem penyimpanan sementara bahan bakar bekas tipe kering, yaitu : 1. Cask storage Struktur fasilitas penyimpanan ini meliputi wadah (cask storage) dan bangunan penyimpan dengan struktur reinforce cement. Amerika telah membuat cask storage untuk penyimpanan bahan bakar bekas dari LWR berukuran luar 2,0 2,5 m, tinggi 6,4 7,0 m dan berat 90 120 ton dengan fraksi bakar rata-rata 27.500 33. 000 MWd/tU. Bahan perisai terbuat dari Pb, beton, besi tuang modular dan perisai netron. Laju dosis yang diperkenankan adalah 200 mrem pada permukaan cask dan 10 mrem pada jarak 1 m dari permukaan cask. Bahan bakar yang disimpan secara cask storage adalah bahan bakar yang telah mengalami pedinginan selama 5 tahun atau lebih. Pemantauan dan pengontrolan kebocoran pada cask selalu dilakukan untuk menjamin keutuhan bahan bakar bekas selama dalam penyimpanan. 2. Silo storage Struktur fasilitas penyimpanan ini meliputi silo dan plat besi baja. Diameter dalam silo 1,2 1,6 m dan tinggi 5,5 6,6 m. Bahan perisai adalah beton dan besi baja. Laju dosis yang diperkenankan adalah lebih kecil dari 2 mrem/jam pada permukaan luar silo, sebagai pelindung pada penyimpanan adalah kanister kelongsong dan over package (dengan atau tanpa aliran udara). Bahan bakar bekas yang disimpan di dalam silo adalah bahan bakar bekas yang telah mengalami pendinginan selama 5 tahun atau lebih. Untuk menjamin keutuhan bahan bakar bekas selama dalam penyimpanan selalu dilakukan pemantauan temperatur kanister dan radioaktivitas udara dalam silo. 3. Drywell storage Struktur fasilitas penyimpanan ini meliputi pipa besi baja dan beton., dengan perisai tanah, beton dan besi baja. Fasilitas drywell dibatasi oleh pengambilan panas dan kritikalitas. Sebagai pelindung digunakan kanister, kelongsong dan drywell itu sendiri. Bahan bakar bekas yang disimpan secara drywell telah mengalami pendinginan selama 3-5 tahun atau lebih. Untuk menjamin keutuhan bahan bakar bekas yang disimpan maka dilakukan pemantauan temperatur permukaan kanister dan drywell. 4. Vault storage 287
Struktur fasilitas penyimpanan ini meliputi sel beton yang besar dengan rak penyimpanan atau lubang penyimpanan. Kanister ditumpuk 1 atau 2 tingkat. Ada 2 jenis Vault storage yaitu yang menggunakan udara pendingin secara konveksi paksa dan ada yang menggunakan udara pendingin secara konveksi alamiah. Sebagai perisai adalah beton dan wadah bahan bakar (kelongsong dan kanister). Laju dosis permukaan yang diperkenankan kurang dari 2 mrem/jam pada permukaan luar bangunan. Sebagai pelindung pada vault storage dengan konveksi paksa adalah kanister, kelongsong dan bangunan, sedangkan untuk vault storage dengan menggunakan konveksi alam adalah kanister dan kelongsong. Bahan bakar bekas yang disimpan dengan sistem vault storage adalah bahan bakar yang telah didinginkan selama 5 tahun atau lebih. Agar bahan bakar tetap utuh dalam penyimpanan maka dilakukan pemantauan temperatur dan tempetatur udara pendingin cask. PERTIMBANGAN PERANCANGAN PENYIMPANAN BAHAN BAKAR BEKAS SECARA KERING Fasilitas penyimpanan bahan bakar bekas merupakan fasilitas yang harus dibangun dan dioperasikan secara sungguh-sungguh untuk menjamin bahwa semua persyaratan keselamatan terpenuhi. Persyaratan-persyaratan tersebut ditetapkan sebagai ketentuan dalam petunjuk-petunjuk dan standar yang relevan dan terkait yang berlaku. Fasilitas penyimpanan bahan bakar bekas harus dirancang untuk meniadakan atau meminimalkan kemungkinan terjadinya kecelakaan. Hal-hal yang harus dipertimbangkan dalam perancangan tempat penyimpanan bahan bakar bekas secara kering [3] : Subkritikalitas Perancangan kanister atau wadah bahan bakar yang ditempatkan di dalam silo atau cask harus secara pasti diletakan dengan konfigurasi yang telah diperhitungkan dan dijamin keamanannya tidak akan terjadi subkritikal selama pengisian, penyimpanan, dan retrieval. Penentuan jarak antara bahan bakar didasarkan pada perhitungan kritikalitas dengan menerapkan persyaratan yang dibakukan oleh IAEA. Rancangan fasilitas penyimpanan bahan bakar bekas secara kering harus sedapat mungkin bisa dipertanggung jawabkan berkaitan dengan hasil redistribusi atau sebagai pendeteksi awal adanya kejadian di dalam maupun di luar fasilitas. Apabila subkritikalitas di bawah kondisi ini tidak dapat dipastikan, maka alasan harus dipusatkan pada mengapa fasilitas ini tidak memenuhi kondisi tersebut. Hal ini 288
membutuhkan pertimbangan subtansial kondisi medan dengan analisis pendukung dan/atau dengan pembuktian kerja bahwa bahan bakar bekas yang tersimpan secara efektif terisolasi dari lingkungan luar. Tata letak 1. Kanister atau wadah bahan bakar bekas sebaiknya dirancang dengan penutup yang dapat diletakkan secara pas pada badan cask atau silo dengan tujuan menjaga keamanan retrieval bahan bakar. Pada penyimpanan tipe vault tutup serupa sebaiknya disediakan pula untuk kanister atau tabung penyimpannya. Apabila dalam rancangan cask atau silo akan dilengkapi lining, sebaiknya rancangan dibuat agar dapat mencegah akumulasi air antara lining dan wadah atau kelongsong luar. Untuk tipe vault sebaiknya dipersiapkan menggunakan saluran pembuangan. 2. Struktur mekanik kanister atau wadah bahan bakar sebaiknya dirancang untuk mendukung tanpa adanya kelemahan struktur yang mengarah pada penanganan masalah. kanister atau wadah yang telah terisi penuh dengan bahan bakar akan ditumpuk apabila sudah ada direncanakan adanya penyangga. Adanya beban statik, benturan dan gempa harus diperhitungkan 3. Kemudahan akses diperlukan untuk memindahkan bahan bakar bekas ke atau dari cask/silo/vault dalam keadaan operasi normal atau pasca kondisi tak terduga atau kondisi antisipasi operasional. Rancangan cask atau silo harus dibuat mampu menunjang stabilitas bila terjadi kecelakaan. 4. Dalam perancangan cask atau silo sambungan sebaiknya dipaskan atau disesuaikan dengan tempat dimana air berhenti dan disegel secara efektif dengan bantuan alat lain, dan dipastikan tidak ada kebocoran. 5. Fondasi tempat penyimpanan cask/silo sebaiknya dirancang tahan terhadap beban dari kontainer-kontainer yang terisi penuh dan alat bantu tanpa khawatir memicu instabilitas kanister. 6. Rancangan fasilitas penyimpanan bahan bakar secara kering harus bisa menunjang untuk penampungan air, pengontrolan dan treatment aliran air permukaan dengan tepat. 7. Apabila instalasi penyimpanan tidak memiliki hot cell atau berkemampuan untuk tidak dapat diisi cask atau silo, maka sebaiknya cask atau silo dirancang untuk sekaligus dapat dirawat atau diperbaiki sehingga secara undang-undang masih dapat diterima. 289
Proteksi radiasi 1. Perancangan silo, cask maupun vault harus sedemikian rupa agar ketika diisi bahan bakar bekas daerah radiasi eksternal tidak sampai melebihi kriteria atau batasan yang direkomendasikan ICRP [4 ] 2. Pengisian dan pengosongan bahan bakar ke dan dari cask, silo atau vault dengan konfigurasi yang sudah diperhitungkan harus dapat dikerjakan dengan menggunakan peralatan dan metode yang dirancang untuk suatu keadaan dimana pencahayaan dari luar dibatasi dan refleksi dari radiasi terkontrol sesuai dengan prinsip ALARA [4]. 3. Perancangan cask, silo maupun vault dari logam maupun beton sebaiknya diberi penghalang-penghalang rekayasa yang dapat diterima oleh undang-undang yang berlaku. Penghalang-penghalang rekayasa ini untuk mencegah lepasnya radionuklida di dalamnya. 4. Daerah-daerah pada vault yang secara signifikan berpotensi menimbulkan atau mengakumulasi konsentrasi radionuklida yang lepas ke udara, sebaiknya dirancang agar dapat menjaga tekanan atmosferik untuk mencegah penyebaran radionuklida ke daerah lain dari fasilitas penyimpanan. Sebagai alternatif sebaiknya daerah semacam itu dilengkapi dengan ventilasi dan servis filtrasi yang dapat mengatur konsentrasi radionuklida yang ada di udara pada level yang dapat diterima. 5. Fasilitas dirancang sedemikian rupa sehingga pengawasan terhadap masuknya bahan bakar dapat dilakukan dengan baik. Apabila rancangan fasilitas tidak dapat digunakan untuk pengawasan berkelanjutan, maka seharusnya dipersiapkan verifikasi periodik dengan cara observasi atau pengukuran, sehingga sistem pengisian fasilitas dapat terwujud dengan memuaskan. Perpindahan panas 1. Perancangan fasilitas penyimpanan harus dapat secara pasti memindahkan panas yang timbul ke lingkungan dengan maksud agar suhu pada fasilitas penyimpanan bahan bakar dapat terkontrol dan memelihara integritas struktur material. 2. Area penyimpanan silo, cask, vault sebaiknya dirancang sedemikian rupa sehingga silo, cask,vault terletak dengan baik, terkonstruksi pada tempatnya atau terawat baik dengan tujuan agar aliran panas berjalan dengan lancar. Rancangan fasilitas sebaiknya mencakup bagian untuk memelihara keefektifan mekanisme pendinginan selama kondisi cuaca kurang menguntungkan. 290
3. Hal yang harus diperhatikan adalah secara maksimum sistem kerja pendingin untuk bahan bakar yang tersimpan di dalam silo, cask dan vault harus pasif artinya hanya membutuhkan penanganan sangat minimal, contoh dari sistem ini adalah seperti : adanya perpindahan panas secara konveksi, konduksi dan radiasi jadi secara alami bila sistem pendingin digunakan akan terjadi tranfer panas seperti tersebut di atas. Material dan konstruksi 1. Cask, silo, maupun vault harus secara pasti dikonstruksi menggunakan material yang sesuai, menggunakan rancangan dan metode konstruksi yang tepat, dapat digunakan sebagai penghalang saat pengisian fasilitas berlangsung di bawah kondisi lingkungan atau pada kondisi fasilitas terisi. Hal itu telah diperkirakan selama masa pakai rancangan fasilitas tersebut, kecuali pemeliharaan dan/atau penggantian selama operasi sedang berlangsung. Kondisi ini harus mencakup adanya korosi yang disebabkan oleh keadaan atmosfir, kelembaban di dalam fasilitas maupun di luar fasilitas, adanya produk fisi, perubahan temperatur, terbentuknya gas dan medan radiasi tinggi. 2. Cask, silo, vault maupun penutup sebaiknya dibuat dari bahan yang dapat mendukung stabilitas kimiawi dan radiologis, juga memiliki ketahanan yang baik jika terjadi benturan mekanik maupun adanya efek panas. 3. Pemilihan material dan atmosfer penyimpanan harus didasarkan atas kode dan standar yang dapat diterima sesuai perundang-undangan yang berlaku. 4. Bahan bakar harus benar-benar kering dengan tujuan untuk menjaga dan memeliharaan lingkungan gas dengan maksud melindungi keberadaan bahan bakar dan juga isinya. Penanganan 1. Rancangan cask diharapkan dalam bentuk mudah dibawa, harus termasuk bagian yang untuk pemindahan dan penanganan bila harus menggunakan tangan sebagai antisipasi saat pengisian dan selama masa pakai cask-cask tersebut. 2. Untuk perancangan fasilitas penyimpanan bahan bakar bekas yang casknya menggunakan pelindung beton sebaiknya dilengkapi kanister metalik, dengan maksud untuk kebutuhan transportasi setelah pengisian bundel bahan bakar bekas kedalam kanister, menyegel kanister dan menempatkan kanister kedalam pelindung beton berpenutup. Kebutuhan transportasi semacam ini dimungkinkan 291
sebagai mantel pelindung radiasi untuk aktivitas di dalam lapangan, sebagai pelindung radiasi dan mengurangi benturan pada saat transportasi. KESIMPULAN Fasilitas penyimpanan bahan bakar bekas diasumsikan sebagai tempat isolasi paling aman untuk material radioaktif. Dalam perancangan fasilitas penyimpanan bahan bakar bekas harus dapat dipertanggung jawabkan secara pasti untuk meniadakan atau memperkecil kemungkinan terjadinya kecelakaan yang disebabkan terjadinya kritikalitas, kebocoran pada fasilitas penyimpanan bahan bakar bekas, hilangnya fungsi penahan radiasi, sirkulasi udara yang dihembuskan kurang optimal sehingga menghilangkan kemampuan mendinginkan tempat penyimpanan bahan bakar bekas akibat adanya panas yang ditimbulkan bahan bakar yang tersimpan dan rusaknya kelongsong bahan bakar bekas ditempat penyimpanan. DAFTAR PUSTAKA 1. SALIMIN Z., Penyimpanan Bahan Bakar Bekas Pada Pengelolaan Limbah Radioaktif, PTPLR-BATAN, 1992 2. HERLAN M., NUROKHIM, Aspek Keselamatan Penyimpanan Bahan Bakar Bekas Sistem Basah dan Kering, PTPLR-BATAN, 1996 3. IAEA, Design of Fuel Handling and Storage Systems for Nuclear Power Plants, Safety guide No. NS-G-1.4 IAEA, Vienna-Austria, 2003. 4. IAEA, Safety Assessment for Spent Fuel Storage Facilities, Safety Series No. 118 IAEA, Vienna-Austria, 1994. 5. IAEA, Operation of Spent Fuel Storage Facilities, Safety Series No. 117 IAEA, Vienna-Austria, 1994 292