Hasi/ Fane/itian P2PLR Tahun 2002

EVALUASI DIFUSIVITAS RADIONUKLIDA 133CS YANG MElEWATIPENGHALANG BUATAN KOr-JKRET BETON

Bahdir Johan, Sugeng Purnomo, Suparno, Kuat Heriyanto, Tri SalyoPusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif

ABSTRAKEVALUASI DIFUSIVITAS RADIONUKLIDA 133CS YANG MELEWATI PENGHALANG

BUATAN KONKRET BETON. Telahdilakukan penelitiandifusivitas radionuklida 133CS melewatikonkret beton-pasir biasa serta konkret beton-pasir besi pasir silika dari Bangka. Konkret betonsebagai penghalang buatan, ditempatkan diantara dua bagian ruangan pada gel difusi. Contohdifusan sebelum dart setelah terdifus: Jianalisis menggunakan Spektrometr: Serapan Atomdan difusivitas dihitung menggunakan kemiringan grafik antara konsentrasi fungsi waktu. Hasilyang diperoleh adalah difusivitas radionuklida melewati konkret-pasir biasa 1, 06x1 0-10 Gm2.dt-1 >9,10x10-13 > 1,2X10-15 cm2.dt-1 difusifitas radionuklida melewati konkret-pasir kuarsa. Dapatdisimpulkan bahwa pasir kuarsa lebih prosfektif dibanding pasir besi atau pasir biasa.

ABSTRACTTHE DIFFUSIVITY EVALUA TION OF RADIONUCLIDE 137 Cs THROUGH CONCRETE

ENGINEERED BARRIER. The diffusivity research of radionuclide thoruogh concreteengineered ba"ier made by iron sand, normal sand and Si sand as raw matrial has beendone, The diffusant fillea' iff to diffusant cell and the cemeni'itious engineered barretas partitionbetween two side of a diffusant cell, The concentration of radionuclide 133CS before and afterdiffused throught concrete engineered barrier was measured using AAS and the diffusivity ofradionuclide solution can be calculated by the slope of the variatie of concentration function oftime, The result of the reserch are the diffusivity of rodionuclide throught a concrete-normalsand 1,O6x10-1O cm2dt >9,10x10-14> 1,20x10-15 cm2,dt-1 than throught the concrete Bangkasand. Accourding to this research are the Bangka sand more prosfected than the normal sandor iron sand for the raw material of engineered barrier.

PENDAHULUAN

HipotesisOari data penelitian awal di Lab.LFT -LIPI dperoleh:* Porositas Pasir Kuarsa 19,99* %Fe Pasir Kuarsa 0,013* Kadar Si Pasir Kuarsa 99,08

Oari data diatas menunjukkan konkret pasir Si mempunyai orde difu3itasterendah jika dibandingkan dengan pasir Cilacap dan Cisadane.

TujuanTujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan gambaran kuantitatif

difusivitas radionuklida pada blok beton, serta mengamati kemampuannyamenahan difusi radionuklida yang akan dilewatinya.

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

TeoriBlok beton hasil olahan limbah radioaktif yang beraktivitas rendah akan

disimpan pada tempat penyimpanan limbah radioaktif teknik tanah dangkal(PL TD)[1]. Sistem PL TO rTlenganut konsep penghalang ganda, yaitu perlghalangalami dan buatan. Sebelum dilakukan operasi penyimpanan akhir, perludilakukan evaluasi kernampuan terhadap sistem-sistem penghalang (alami danbuatan) untuk menghetahui besarnya kemungkinan radionuklida lepas kelingkungan, sehingga perlu dilakukan penelitian difusivitas radionuklida padamaterial yang akan rligunakan sebagai penghalang buatan.

Blok beton hc.sil imobilisasi limbah radioaktif aktivitas rendah disimpandalam fasilitas penyimpanan tanah dangkal yang diberi penghalang buatan.Oifusivitas radionukiida melalui bahan yang digunakan sebagai penghalanglepasnya rddionuklida ke lingkungan perlu dipelajari guna meminim~!~a:1dampak negatif disekiiar kawasan fasilitas penyimpanan limbah tersebut[2].

Pada penelitian ini diamati kemampuan blok beton sebagai penghalangbuatan untuk menghambat difusi radionuklida iklJt dalC!m aliran air. Makalah inimenyajikan difusifitas 133CS melalui penghalang konkret beton. Pada penelitianini dilakukan perbandingan antara difusiitas 133CS melalui blok beton yangdibuat dengan pasir Cisadane dengan blok beton yang dibuat dari pasir Cilacapdan blok beton dari pasir kuarsa dari pulau Bangka..Tujua~ umum penyimpanan limbah adala~ .untuk men~isolasi limbah dariIlngkungarl hldup dalam waktu lama dalam kondlsl terkontrol[ ,5].

Larutan radioaktif yang mengandung 137CS digunakan sebagai simulasilimbah, karena137Cs mempunyai waktu para yang panjang.

Data hasil penelitian ini akan digunakan sebagai bahan pertimbanganuntuk pemilihan jenis beton penghalang buatan yang paling aman untuk

penyimpanan limbah radioaktif.Oifusivitas nuklida melalui penghalang buatan dapat ditentukan

menggunakan sel difusi yang diberi penyekat konkret beton. Pengamatandifusan dilakukan pada bagian sel yang berkonsentrasi rendah[3].

Diagram sel difusi adalah seperti pada Gambar 1percobaan yang digambarkan sebagai grafik konsentrasiditunjukkan pada Gambar 2

dengan

hasilfungsi waktu

Gambar 1. Diagram sel difusi

93

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 20C2

Konsenl.r.asic

Ik..(00$11111

d\'

dc

«.1dx

~ t;

~b trans.iCIJ D~b$t~y $tal~

W!llcittl

Gambar 2. Grafik Konsentrasi Fungsi Waktu

Pada awal percobaan t=O dan C2=0, beberapa hari kemudian terjadiproses penyerapan difusan oleh penghalang buatan. Selanjutnya terjadikesetimbangan hingga konkret penghalang menjadi jenuh. Setelah penghalanglewat jenuh, terjadi difusi nuklida ke bagi~n gel yang berkonsentrasi rendah.Konsentrasi difusan akan naik fungsi waktu dan difusivitas dapat dihitungmenggunakan persamaan :

(1)

dimana :D : difusivitas (cm2dt-1)I : tebal penghalang buatan (cm)V1 : volume difusan pada sisi sel konsentrasi tin~gi (cm3)A : penampang lintang penghalang buatan.(cm )C1 : konsentrasi difusan pada sel konsentrasi tinggi (mmol.cm-3)~ : perubahan konsentrasi pad a sel konsentrasi rendah (mmol.cm-3)dt : waktu difusi. (detik)

Dengan menentukan model matematis difusifitas dapat digunakan untukmenghitung jumlah cesium yang mendifusi dari blok limbah dalam jangka

panjang[S,6rPenggunaan pasir didalam matriks beton bertujuan untuk meningkatkan

kekuatan tekan dan densitas beton, karena pasir mempunyai kekerasan dandensitas yang lebih besar dari komponen lain dari komposisi beton[8J. Oaripenelitian sebelumnya diketahui bahwa densitas dan kuat tekan konkret-pasirbesi lebih besar dibandingka densitas serta kuat tekan konkret-pasir biasa dariCisadane.

94

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

Data dari penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai bahan

pertimbangan pemilihan jenis pasir untuk bahan campuran blok betonpenghalang buata:l pad a PL TO.

TATA KERJA

BahanBahan yang digunakan meliputi semen Portland tipe I produksi semen

Cibinong, pasir kuarsa dari Pulau Bangka larutan CsNO3 tidak aktif sebanyak1x10-1o M.

Metoda

Pembuatan konkret penghalang dengan penggunaan pasir kuarsa:Semen dan pasir kuarsa masing-masing 787,142 9 dan 590,352. 9

dimasukkan dalam wadah yang telah diisi 275,506 ml air bebas mineral dandiaduk dengan "mikser" hingga hamagen selama 30 menit. Adanan sementersebut dituangkan dan dimasukkan dalam cetekan betan berupa tleksi glasukuran panjang 19 cm, tebal 1,5 cm dan lebar 20 cm. Setelah 28 hari betondilepas dari cetakannya, kemudian dipasang sebagai penyekat antara air danbagian larutan 133CS pada seli difusi bervolume 4500 mi.

Oari data penelitian awal di Lab.LFT -LIPI dperoleh :* Porositas Pasir Kuarsa 19,99* %Fe Pasir Kuarsa 0,013* Kadar Si Pasir Kuarsa 99,08* Data diatas menunjukkan konkret pasir Si mempunyai orde difusitas* terendah jika dibandingkan dengan pasir Cilacap dan Cisadane.

Rendahnya ketiga besaran mempengaruhi Difusivitas yang kesemuanyamengarah ke penunjukan pasir kuarsa adalah terbaik dari ketiga pilihantersebut dapat diambil kesimpulan sementara bahwa pasir kuarsa adalahbahan terbaik diantara pasir besi, fasir Cisadane, maka diambil bahan bakuakuades yang terendah atau 1x10-1 sebagai larutan 133CS umpan.

Larutan 1 x1 0-10 Ci.m-3 sebanyak 4500 ml dimasukkan dalam sell difusidan air be bas mineral dimasukkan ke dalam sisi lainnya dari sell difusi. Contohair difusan sebelum dan setelah terdifusi melalui penghalang buatan, diambilsetelah proses difusi berlangsung satu bulan kemudian tiap minggu sampai harike empat, tiap dua minggu hingg~ minggu ke 12, tiap tiga minggu hinggaminggu ke 30, tiap bulan hingga bulan ke 11,. kemudian kadar cesiumnyadianalisis dengan alat SSA.

Pengamatan dilakukan pad a difusan yang melalui blok beton yangterbuat dari campuran semen dengan pasir kuarsa dari Bangka.

95

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

HASIL DAN PEMBAHASANVolume konkret penghalang buatan adalah 541,50 cm3, dan luas

penampang permukaan yang dilalui difusat 361 cm2.Skema alat penelitian difusivitas menggunakan penghalang beton-pasir

kuarsa adalah seperti pada Gambar 3 dengan hasil pengamatan berupa grafikhubungan antara konsentrasi (mol/liter) fungsi waktu difusi (minggu) ditunjukkanpada Gambar 4. Dengan menggunakan persamaan (1) dapat dihitungdifusivitas larutan nulida melalui penghalang buatan konkret beton.

Gambar 3. gel Difusi Dengan Penghalang Buatan Beton-Pasir Silika

90

88

86

DA-~2

80

78

76

~0

~~~

74

72

0 1 2 3 4 6 8 10 12 15 18

Waktu difusl (minggu)

21 24 28 32 36 40

Gambar 4. Grafik konsentrasi 133CS fungsi waktu melewatipenghalang pasir kuarsa Idari Pulau Bangka

96

~'0y-

X

QE

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

Oari Gambar 4, konsentrasi 133CS melewati konkret beton-pasir Bangka

menghasilkan grafik dc/dt yang naik. Namun menghitung slopnya, digunakan

dengan menggunakan persamaan regresi linier dapat dibuat Gambar 4 diatas,

yang dapat digunakan untuk menghitung difusivitas sebagai slop sebagai

divusifitas.

Pad a penelitian selanjutnya akan diamati pula hubungan antara

porositas dengan difusivltas bahan penghalang buatan. Oari pengamatan hari pertama beton-pasir kuarsa hingga hari ke 130

belum teramati fraksi 133CS yang terdifusi, hal in! terjadi akibat difusan masih

tertahan pada porous konkret beton hingga jenuh. Setelah konkret menjadi

jenuh, konsentrasi radionuklida dalam konkret dan dalam larutan menjadi

setimbang, pada hari ke 131 mulai teramati 133CS terdifusi, sejalan dengan

waktu makin lama makin besar fraksi 133CS yang terdifusi.

Hasil perhitungan yang diperoleh dari data penelitian menunjukkan

bahwa Oifusivitas konkret beton-pasir kuarsa 1 ,06x1 0-15 cm2.dt-1, yang

merupakan nilai terendahbila dibandingkan antara difusivitas konkret pasir

Cisadane, konkret pasir Cilacap .Semakin kecil difusivitas suatu bahan, maka

berarti keselamCi:tan pengelolaan limbah meningkat

Semakin kecil difusivitas suatu bahan, maka berarti keselamatan

pengelolaan limbah meningkat, penggunaan pasir kuarsa dapa menurunkan

difusivitas 98,65% bila dibandingkan dengan pengunaan pasir besi.

KESIMPULANOari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa: Untuk bahan baku

penghalang buatan pada penyimpanan lestari limabah aktivitas rendah,penggunaan pasir besi dari daerah kuarsa dari Pulau Bangka lebih prosfektifdibandingkan pasir biasa dari Cisadane an pasir besi dasi Cilacap1,06x1 0-10 cm2.dt-1 > 9,1 Ox1 0-13> 1 ,20x1 0-15 cm2.dt-1. Penggunaan pasir kuarsadapat menurunkan dfusivitas konkret beton 98,65% bila dibandingkan dengandifusivitas konkret beton yang terbuat dari konret beton pas1r Cilacap.Mengingat penelitian ini dimaksudkall untuk pemilihan bahan baku, untuk~enelitian yang lebih detail masin diperlukan penelitian yang lebih mendalam

beberapa parameter spesifik:Oari data pengamatan makin kecil porositas material/bahan semakin

Kecil difusifitasnya.

97

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

DAFT AR PUST AKA1. DR. PRA TOMO, BS," Status waste Management with Emphasis on

Disposal of LILW from non-power Sources in Indonesia", Country report,Taejon, Republic of Korea, November, 1998

2. SHIMOOKA, K, TAKEBE, S. and WADACHI, Y,"Characteristics of CementMortar as an EngineE:.;rE:.;d Barrier for 137Cs", Hokenn Butsuri, 23, 1988, pp.325-327

3. IAEA,"Characterization of Radioactive Waste Form and Pachages",Technical Report Series No. 383, IAEA, Vienna' 1997

4. IAEA, Criteria for underground Disposal of Solid Radioactive Waste, SafetySeries no. 60, IAEA, Vienna, 1983

5. K.SHjMOKA, 'Performance of Enginered Barriers (II)", Nuclear Technologyand Education Center Japan Atomic Energy Research Institute, 1998

6. ROBERT E. TREYBAL, "Mass-transfer Operation", McGraw-hili, SecondEdition, New York, 1968

7. W. HAUSER, "Packaging of Low and Medium Level Waste", IAEA,International Training, Karlsruhe, 1

8. ZAINUS SALIMIN, dkk,"Pemanfaatan Pasir Besi pada Proses Pemadatandan Immobilisasi Limbah Radioaktif dengan Matriks Semen", ProsidingKolokium Pameran Pertambangan'99, Pusat Penelitian dan PengembanganTeknologi Mineral, Bandung, 3-5 Nov. 19