f\Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah

P3TM-BATAN, Yogyakarta 14-15Juli 199916 Buku II

ANALISIS SEBARAN GAS RA:DIOAKTIF UNTUK PERKIRAANWILAYAH PEMANTAUAN DI ~)EKITAR CALON TAPAKF ASILIT AS NUKLIR

Suparman MT, Yarianto Budi SusiloP2EN-Batan, Kawasan Puspiptek, Serpong. Tangerang

ABSTRAK

ANAL/SIS SEBARAN GAS RADIOAKTIF UNTUK PERKIRAAN WILA YAH PEMANTAUAN DISEKITAR CALON TAPAK FASIL/TAS NUKL/R. Fasi/itas nuklir mempunyai potensimenimbulkan dampak lingkungan temtama efek radiasi, baik pada ekosistem maupun manusia.Kondisi atmosfir mempengamhi pola dispersi atmosfetik dati radionuklida yang dilepaskan olehfasilitas nuklir. Analisis sebaran radionuklida, temtama dalam bentuk gas dati radionuk/ida 1-131te/ah dilakukan dengan menggunakan metode konsentrasi tetintegrasi waktu (time integratedconcentration, TIC). Hasil penelitian menunjukkan bahwa sebaran radionuk/ida lebih banyakmengarah ke arah utara (arah laut). Titik maksimum tetjadi pada jarak 200 m dati titik lepasanuntuk semua Blah. Wi/ayah pantauan efektif ada/ah arah Utara 8arat Laut (NNW) pada radius200 meter dan arah Selatan dB/am radius 1-2 km.

ABSTRACT

DISPERSION ANALYSIS OF RADIACTIVE GAS FOR ESTIMATION OF EFFECTIVEMONITORING AREA IN THE VICINITY OF A NUCLEAR FACILITY SITE. Nuclear facility hasthe potential to have enviromental impacts especially radiaton effects both to the ecosystemand thereby to human. The atmospher condition influences the atmospheric dispersion pattemof radionuclides released by nuclear facility. Analysis of radionuclide dispersion mainly gaseousradionuclides 1-131 have been conducted by using time integrated concentration (TIC) method.The resean;h result shows that the radionuclide dispersion tends to be heading toward northdirection (sea direction). The maximum point happens at 200 m away from the release pointtoward all directions. The effective monitoring areas were North North West sector in the radiusof 200 m and South sector in the radius of 1 -2 km.

PENDAHULUAN tahap atau proses perjalanan zat radioaktif darireaktor sampai memberikan konsekuensi radiologik,yaitu tahap pembentukan radionuklida, tahaplepasan, tahap penyebaran, tahap paparan, dan tahapakibat (konsekuensi).

Dalam reaktor nuklir, radionuklidadihasilkan dalam bentuk fragmen fisi dan basilaktivasi. Bahan bakar mengalami pembelahan yangmenghasilkan sejumlah besar fragmen fisi yangtetap berada dalam kelongsong bahan bakar. Jumlahbasil fisi dalam bahan bakar sangat besar. Selain ituradionuklida juga dihasilkan oleh aktivasi materialstruktur, aktivasi kotoran (impuritas) yang dibawapen~ingin dan aktivasi basil korosi. Hampir seluruhradionuklida yang t.:rbentuk akan tetap tinggaldalam matriks bahan bakar. Radionuklida dalambentuk gas dapat terlepas ke lingkungan akibatkerusakan pada kelongsong bahan bakar sehinggabeberapa basil fisi seperti xenon, krypton dan iodinedapat menerobos ke luar. Radionuklida yangterlepas ke lingkungan mencakup gas mulia, gas-gas

D alam Undang-undang Republik Indonesia No

23 Tahun 1997 tentang PengelolaanLingkungan Hidup Pasal I butir 12 disebutkanbahwa yang dimaksud pencemaran lingkunganhidup adalah masulalya atau dimasukkannyamakhluk hidup, zat, energi, dan/atau komponen lainke dalam lingkungan hidup oleh kegiatan manusiasehingga kualitasnya turun sampai ke tingkattertentu yang menyebabkan lingkungan hidup tidakdapat berfungsi sesuai dengan peruntukannya.Radionuklida terma5uk zat daD energi, hila terlepaske lingkungan dapat menyebabkan pencemaranlingkungan. Pengoperasian fasilitas nuklir baiksecara rutin maupun pada saat terjadi kecelakaanmempunyai potensi melepaskan radionuklida ke

lingkungan.Salah satu penyebab adanya dampak

radiologik dari fasilitas nuklir adalah terlepasnyagas atau partikulat radioaktif ke lingkungan. Ada 5

Suparman. dkkKimia NuklirISSN 0216-3128

Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiahP3TM-BATAN, Yogyakarta 14-15Juli 1999 Buku II 17

aktivasi, tritium, iodin clan basil fisi yang diemisikansebagai partikulat [I] .

Radioaktivitas tidak dapat dimusnahkan,tetapi akan meluruh secara spontan. Radionuklidayang mempunyai waktu para sangat panjang tentutidak mungkin menunggu sampai "habis" meluruhbam di huang ke lingkungan. Pendekatan yangdilakukan dalam pengelolaan limbah radioaktif cairatau gas adalah dengan pembuangan clanpengenceran ke lingkungan atau penyimpanan clanpembuangan [2]. Lepasan radioaktif ke atmosfirmerupakan potensi paling besar dalam memberikanpaparan dibandingkan bentuk lain lepasanradioaktif.

Berbagai model untuk mengkaji dispersiatmosferik telah dikembangkan, termasuk sistemkomputasinya. Konsentrasi terintegrasi waktu (timeintegrated concentration, TIC) adalah salah satumetode untuk menghitung konsentrasi polutan (zatradioaktif) pada berbagai titik koordinat berdasarkandata statistik meteorologi dalam jangka waktu lama(long term).

Pada penelitian dihitung sebaran gasradioaktif untuk kondisi operasi normal sampai 10km daTi calon lokasi. Hal ini dilakukan karenabeberapa keterbatasan yang ada. Pen'elitian inidilakukan sebagai salah satu usaha untukmenentukan wilayah pantuan sebaran radioaktifefektif pada calon tapak fasilitas nuklir. Diharapkanpenelitian ini dapat bemanfaat clan dapatdikembangkan sampai pada tahap perhitungan dosisekuivalen efektif yang diterima masyarakatnantinya.

Berbagai kondisi meteorologi yang mempengaruhipenyebaran polutan di udara adalah solar radiasi,angin (kecepatan clan arab), turbulensi, stabilitasatmosfIr, lapse rate suhu, inversi, clan curah hujan.

Polutan yang diemisikan (termasuk zatradioaktit) ke atmosfir akan mengalami transport,dispersi, transformasi clan keluar daTi(meninggalkan) atmosfir [3 ]. Sebagian besar polutan

industri termasuk fasilitas nuklir diemisikan keatmosfir di dekat permukaan bumi, maka lapisanbatas atmosfIr (atmospheric boundary layer) yangmengendalikan transport clan dispersi polutan.Transformasi mengubah sifat polutan. Prosestransformasi dapat terjadi karena reaksi kimia,reaksi polutan dengan konstituen atmosfir ataureaksi karena faktor lain seperti sinar matahari.Polutan meninggalkan atmosfir melalui prosessettling gravitasi, interaksi dengan rona permukaanseperti gedung, topografi atau terjadi pencucian(washout) karena presipitasi.

Beberapa model dispersi secara empiristelah dikembangkan. Model Pasquill-Giffordmenjelaskan transport clan difusi partikel di udarasecara matematis dalam suatu wilayah dalam arabtiga dimensi. Proses difusi dalam atmosfIr dapatditerangkan dengan persamaan difusi model plumegaussian. Dalam model ini terdapat dua koefisiendispersi, yang menggambarkan lebar sebarankonsentrasi dalam arab horisontal (cry) clan arabvertikal (crz).

Melalui berbagai penyederhanaan, dapatdituliskan Gaussian Plume Model sebagai: [4]

~

_Z-H+e~

_y2_2 2 -2a Y[e 2a.

(1)TINJAUAN PUSTAKAQ e

c=

21tUO"yO"z

Adanya keterkaitan yang erat antaraperilaku polutan di udara dengan kondisi a1mosfIr,maka diperlukan pemahaman terhadap fenomena

meteorologi seperti bahang (heat), tekanan, angindan moisture (kandungan uap air). Semua parametercuaca seperti suhu, kecepatan dan arab angin,kelembaban nishi, tekanan, dan presipitasimerupakan basil (resultan) daTi saling keterkaitanvariabel-variabel bahang, tekanan, angin danmoisture. Interaksi antara variabel-variabel inimenghasilkan beberapa tingkat skala yang berbedadalam pergerakan massa udara, seperti skala global,kontinental, regional atau lokal.

Nasib polutan di udara dipengaruhi olehaliran a1mosfIr dan kondisi meteorologi. Alirana1mosfIr menimbulkan pergerakan energi melaluia1mosfIr dan terjadi interaksi antara a1mosfIr denganpermukaan. Lapisan batas a1mosfIr adalah lapisanatmosfIr yang menyebabkan pengaruh langsungterhadap permukaar. bumi. Lapisan batas a1mosfIradalah lapisan a1mosfIr di mana kita hidup [3]

C : Konsentrasi efluen pacta koordinat (x,y,z),dalam Ci/ m3Q : laju emisi pacta sumber dalam Ci/detikH : tinggi efektif cerobong dalam meterU : kecepatan angin dalam meter!detikcry , crz : KQefi-sien dispersi dalam meter

Kuantitas yang sering digunakan untukperhitungan dosis radiasi adalab konsentrasiterintegrasi waktu (TIC) yang disimbolkan denganhurufYunani 'II. Sawall untuk 'II adalab Ci detik mo3.Kuantitas yang sering digunakan untukmendapatkan parameter desain cerobong danpembatasan operasi fasilitas nuklir serta lepasan gasadalab TIC selama satu tahun kalender denganasumsi besar emisi sumber (Q) konstan [4].

Jika Nijk adalab jumlabjam selama setahununtuk kejadian arab angin pacta sektor i, kelasstabilitas j, dan kecepatan angin kelas k, maka ncC'I'jjk(X,Z» pacta jarak x ketinggian z dapatditentukan dengan cara berikut:

ISSN 0216-3128Suparman, dkk Kimia Nuklir

Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiahP3TM-BATAN, Yogyakarta 14-15Juli 1999

18

Buku II

(Z-Hjkr~

)2(Z+Hjk

--;z;;i:;--QoNijk

~2;xe~A[e (2)\j!ijk{X, z) = +e

di mana e adalah sudut angular sektor (=7t/8 fad atau22.5~ clan (X. e) adalah lebar busur dari sektor.Untuk keseluruhan kelas kecepatan angin, makapersamaan (2) di atas dijumlahkan un1!Jk seluruhnilai k.

~(Z-Hjk)2N.. -2 --2L ~e 2a.j + e 2a.j ] (3)

~ k crzjUkJika persamaan hanya diperhitungkan untuk tingkatpermukaan (ground level) maka persamaan (3)dapat disederhanakan menjadi:

Q"\lJjj(X. z) = ~,

masukan-masukan yang diberikan. Secara garisbesar urutan kerja dapat dilihat pada Gambar 1.

Input data meteorologi berupa suhu padaketinggian 10 meter dan 50 meter, kecepatan angindan arab angin pada ketinggian 40 meter serta curabhujan pada ketinggian 2 meter. Data ini diolab untuk

mendapatkan triple joint frequency, yaitu jumlabkejadian arab angin bertiup ke arab i, kelas stabilitasudara ke-j dan kelas kecepatan ke k.

Faktor koreksi curab hujan dihitungberdasarkan intensitas dan jumlab kejadiannya padasaat angin bertiup ke arab i untuk mendapatkanfaktor penipisan akibat pengendapan basah.

Tinggi efektif cerobong dihitungberdasarkan masukan tinggi fisik dan diameter fisikcerobong serta kecepatan efluen dalam cerobong.Laju emisi (Bq/tahun) berdasarkan acuan fasilitasnuklir yang dikaji. Dalam perjalanannyaradionuklida akan meluruh, sehingga perlu dikoreksidengan mamasukkan waktu paronya. PerhitunganTIC berdasarkan persamaan (4) di atas.

~2Qo-\lfij(X,O) = L ~ -2a27J (4)

~ k O"zjUk

di mana \If (X,O) adalah TIC pada jarak X untuktingkat permukaan dengan tinggi cerobong efektifHjk dalam sektor i clan kelas stabilitas j.

TATA PELAKSANAAN

Urutan Kerja

Instrumen penelitian berupa programkomputer dengan mengacu pacta IAEA Safety Series50-SG-S3 dan program Xoqdoq yang dikeluarkanoleh United States Nuclear Regulatory Commission(US NRC). Program komputer dibuat dengan bahasapascal. [sf

(

l1'iD").r.Io..,~ I

Gambar 1. Diagram kerangka kajian dispersiatmosferik untuk lepasan rutin

Persamaan-persamaan matematikadijabarkan dalam bagan alir (flowchart) danselanjutnya dibuat program komputer, sehinggamemudahkan dan mempercepat perhitungan-perhitungan dispersi atmosferik berdasarkan

Asumsi dan Data Masukan

Asumsia. Beberapa asumsi dan penyederhanaan diambil

dalam penelitian ini karena keterbatasan waktu,data dan biaya. Baberapa asumsi tersebut antaralain:

b. Simulasi penyebaran zat radioaktif hanyadilakukan untuk kondisi lepasan zat radioaktifsecara rutin, dengan konsentrasi emisi dianggapseragam sepanjang waktu. Kejadian kecelakaanatau darurat tidak diperhitungkan dalam kajianini.

c. Koefisien dispersi horisontal dan vertikalmengambil rumus empiris yang dikembangkanVogt [4], mengingat kondisi topografi tapakUjung Lemahabang sampai radius 10 km yangrelatif landai dan didominasi perkebunan cokelatdaD karet.

d. Sumber lepasan diasumsikan sebagai sumbertunggal dan sumber titik (point source). Tinggicerobong lepasan zat radioaktif diasumsikan 50meter karena mengacu data kecepatan dan arabangin tertinggi yang tersedia. Diameter ce~obongdianggap 2 m.

e. Zat radioaktif dalam perjalanannya dianggaptidak mengalami proses transformasi kimia.

Data MasukanData meteorologi adalah data sekunder

basil pengamatan selama satu tahun yang dilakukanantara bulan Agustus tahun 1994 sampai dengan Juli1995 oleh konsultan Newjec Inc. dalam Studi Tapakdan Studi Kelayakan PLTN [6]. Data tersebut dipilih-sebagai masukan untuk perhitungan mengingat datatersebut adalah yang paling layak dan paling

Suparman, dkkKimia NuklirISSN 0216-3128

lengkap secara statistik dibandingkan data padawaktu yang lain. Menurut rekomendasi WorldMeteorological Organization (WMO) [4] hamstersedia paling tidak data meteorologi selama satutahun, tetapi data basil pemantauan dalani jangkawaktu lama (long term) akan lebihmerepresentasikan karakteristik tapak.

Sebagai contoh kasus, diambil jenisradionuklida 1-133 yang dilepaskan daTi reaktornuklir jenis PWR 600. Besamya lepasan gastahunannya adalah 5 x 106 Bq/tahun, dimana nilaiini telah memenui persyaratan keselamatan desain[6]

Sebaran polutan radioaktif sebagian besarmengarah ke utara barat lalit, kemudian ke arahutara dan barat laut (ke arah laut). Hal ini inidipengaruhi oleh frekwensi kejadian arah anginyang sebagianbesar ke arah sektor utara (N ,NNW,NW) dan stabilitasc-udara yang sebagian besartermasuk kategori netral dan labil. Keadaan initentunya lebih menguntungkan dari segikeselamatan., fisiko terbesar tidak dialami olehmasyarakat.

Berdasarkan hasil perhitungan TIC terlihatbahwa wilayah Yil11g menjadi perhatian dari segipenyebaran radioaktif adalah sampai radius 1000 mdari pusat lepasan. Dari hasil tersebut dapatdisarankan bahwa wilayah ekslusif (exclusive area)adalah wilayah dalam radius 1000 m.

8

7

..6

~---5w.,. 4@..u .i=

HASIL DAN PEMBAHASAN

;\

-.---.---/AL

1

0~

Wilayah kajian dibatasi hanya sarnpairadius 10 kIn daTi calon lokasi fasilitas nuklir. Untukmemudahkan hal tersebut, maka perhitungankonsentrasi zat radioaktif di wilayah yang akandikaji dibagi dalam lingkaran-lingkaran (ring)dengan radius 100 m, 200, 300 m, clan seterusnyasarnpai 10000 m. Selain itu wilayah kajian jugadiambil16 sektor arab angin.

Jenis radionuklida hanya dipilih jenisradionuklida yang penting daTi sudut ekologi,mempunyai aktivitas yang relatif besar, serta faktortransfer biologi yang besar. Dalani hal ini dipilihradionuklida 1-131 (TI/2=8.05 hari).

Hasil perhitungan besamya sebaran gasradioaktif untuk masing-masing sektor arab anginsebagai fungsi jarak ditampilkan dalarn GrafIk 1 dan2. Secara keseluruhan terlihat bahwa semakin jauhdaTi calon tapak, semakin menurun besamya TIC.Hal ini sudah bisa diprediksikan sebelumnya. Titikkritis, yaitu dim ana konsentrasi polutan raioaktifnyaterbesar adalah 200 m daTi pusat lepasan. Titik kritisini selain dipengaruhi oleh besaran fisik cerobongjuga kondisi meteorologi setempat.

100 300 1000 2000 5000 10000

Jarak (~

Gambar 2. Grafik sebaran po/ulan radionuk/ida 1-l3l unluk 4 arah

Dalam penelitian ini, kriteria pemantauanhanya berdasarkan pacta konsentrasi sebaranradioaktif dan distribusi penduduk. Sensor pemantauditempatkan pacta wilayah yang relatif paling kritispenyebaran dengan asumsi wilayah tersebut akanmewakili seluruh wilayah dari aspek keselamatan.Dalam hat ini sensor radiasi (misalnya TLD)ditempatkan di titik 200 meter arah NNW. Selain itusensor juga perlu ditempatkan di wilayah yangberpenduduk cukup padat yang relatif dekat denganfasilitas nuklir. Berdasarkan data kependudukan dansebaran radioaktif, maka sensor layak ditempatkanpacta posisi radius 1-2 km arah Selatan dimanajumlah penduduk pacta sektor dan radius ini adalah231 jiwa.

6;E+1J1

5,E+O1 --s.ktaN ~SoktaNNE

--S.kta NE SoktOf ENE

~S.ktaE --SoktaESE

-S.kta S -Sokta SSE

S.ktor SE --s.kIa SSV

-S.ktaS'" --Sokta"'SV

S.kta'" Sokta "'IN

S.kta N'" Soktor NN'"

..,E 4,E+O10..1,

~ 3,E+O1 lj(3

() 2,E+O1F

KESIMPULAN1,E+O1

Dari basil perbitungan dan analisis dapatdiambil beberapa kesimpulan penting, antara lain:a. Akumulasi konsentrasi radionuklida terbesar

pada kepulan di tingkat permukaan terjadi padajarak sekitar 200 m dari titik lepasan untukselurub arab sebaran.

O,E+OO

..,.~ ..,.~ ..,.~ ..,.~ ~ ..,.~ "'~ ..,.~ ..,.~ ..,.~,,- ,,- 'I.- 0,- ~- ,,- ~- ..-q,- ~-

Jarak(rrt

Gambar 1. Grafik sebaran polulan radionuklida I-131

Suparman, dkk Kimia Nuklir ISSN 0216-3128

Utara

Ti rru r

Sefa!an

Sara!J\

Prosiding Peltemuan den Presentasi IlmiahP3TM-BATAN, Yogyakalta 14-15Juli 199920 Buku II

b. Sebaran radionuklida sebagian besar mengarahke arah utara (arah laut) sehingga daerah calontapak menguntungkan dari aspek keselamatan.

c. Daerah pantauan efektif adalah arah Utara BaratLaut (NNW) pada radius 200 meter clan arahSelatan dalam radius 1-2 km.

DAFT AR PUST AKA

hujan. Faktor koreksi ini dimasukkan dalampersamaan (4).

Zaenal Abidin~ Apa yang disebut metode TIC?~ Apakah metode TIC merupakan metode yang

terbaik?~ Analisis ini digunakan untuk apa (PL TN kan

tidakjadi dibuat)?

Suparman..t;.. Metode TIC menghitung konsentrasi polutan

(Zat RA) yang terakumulasi selama periodetertentu (longterm). Perhitungan TICberdasarkan statistik data meteorologi, yaitu

priple joint frequency (frekuensi kejadianarah angin bertiup ke arah sektor -L kelasstabilitas -j dan kelas kecepatan -k).

..t;.. Metode TIC merupakan metode perhitungankonsentrasi dalam jangka panjang donkeadaan operasi normal. Metode ini telahdirekomendasikan oleh IAEA.

..t;.. Untuk fasilitas nuklir, antara lain PLTN;Reaktor riser, laboratorium nuklir.

Damunir~ Apakah persamaan

1. IAEA, IAEA TECDOC 450, Dose ~ssessmentin Nuclear Power Plant Siting, Vienna (1988)

2. MARTIN. A. & S.A. HARBISON, Anintroduction to Radiation protection, SciencePaperbacks, New York (1979)

3. LYONS T. & B. SCOTT, Principles of AirPollution Meteorology, Belhaven Press (1990)

4. IEAE, IAEA Safety Series 50-SG-S3,"Atmospheric Dispersion in Nuclear PowerPlants, Vienna (1980)

5. SAGENDAR J.F, J.T. GOLL & WF.SANDUSKY, Xog dog Computer Program forMeteorological Evaluation of Routine EffluentRelease at Nuclear Power Stations, US NRC,Woshington DC (1988)

6. NewJec, Feasibility Study of The First NuclearPower Plants at Muria Peninsula Region CentralJava, Feasibility Study Report, NewJec Inc.Osaka Japan (1993)

_y2

2;;ze 'e.Qc= digunakan2nUO"yO"z

untuk mengetabui hubungan sebaran gasradioaktif dengan besar kemungkinan arab

angin?

Suparman-9- Persamaan tersebut diatas hanya digunakan

untuk real time dan routine release. Arahangin justru menjadi inputan untukmengetahui kJ arah mana sebarannya.

H. Suntoko}-- Dari hasil data meteo angin yang ada secara

umum berarab T -B. Bagaimana dengankesimpulan ke arab utara (ke taut) yang berjarak7200 m?

Suparman-9- Berdasarkan pengolahan data arah angin

untuk bulan Agustus 1994 -Juli 1995, arahangin dominan bertiup dari selatan (8) keutara (N) sebesar 10,46% diikuti ke arahNNW 10,34%.

dapat

TANYA JAWAB

Ma'sum Ischaq~ Bagaimana cara menghitung TIC?~ Bagaimana cara menghitung/mengarnbil koreksi

curah hujan?

Suparman.t;.. Cara menghitung TIC adalah dengan

persamaan (4) dengan masukan-masukanjarak, arah angin, triple joint frequency,tinggi stack, stabilitas udara, dll. TICmerupakan perhitungan konsentrasi yangdiintegrasikan waktu dalam jangka panjang.

.t;.. Koreksi hujan dihitung berdasarkan dataempiris dengan masukan jumlah curah

Suparman, dkkISSN 0216-3128 Kimia Nuklir