Hasi! Pene!i1ian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 /SSN 0852 - 2979

LlMBAH RADIOAKTIF PADAT YANG DITIMBULKANDARI OPERASI PUSAT LlSTRIK TENAGA NUKLIR (PLTN)

Wati

Pusat Teknologi Limbah Radioaktif, SATAN

ABSTRAKLlMBAH RADIOAKTIF PADAT YANG DITIMBULKAN DARI OPERASI PUSAT LlSTRIK

TENAGA NUKLIR (PL TN). Telah dipelajari tentang berbagai limbah radioaktif padat dari operasiPLTN. Jumlah dan karakteristik limbah yang dihasilkan pada operasi PLTN tergantung pada tipe,daya, dan kondisi operasinya. Jumlah limbah padat yang ditimbulkan dari operasi PLTN 1000Mwe dalam setahun adalah sekitar 1200 m3 atau 300 - 400 drum 200 I. Radionuklida­radionuklida penyusun limbah terse but tidak ada yang mempunyai umur paruh lebih dari 30tahun.

ABSTRACTSOLID WASTE RADIOACTIVE ARISINGS FROM NUCLEAR POWER PLANTS (NPP)

OPERATIONS. All kinds of solid waste radioactive from NPP operations have been studied. Theamounts and characteristics of wastes produced in a NPP operations depend on the type, thepower, and the operating conditions of it's. The annual produced of solid waste from operation ofNPP 1000 Mwe about 1200 m3 or 300-400 drum 200 I. The half life in it's radionuclide maximum

is 30 years.

PENDAHULUAN

Adanya rencana memasukkan energi nuklir dalam sistem pemasok energi

nasional melalui pembangunan Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PL TN) maka akan

mulailah era industri nuklir di Indonesia. Sebagaimana industri lainnya, industri nuklir

juga menimbulkan sejumlah limbah yang terkontaminasi dengan zat radioaktif dalam

batas yang dapat menimbulkan potensi dampak radiologi bagi lingkungan dan

kesehatan masyarakat. Sesuai dengan azas keselamatan yang dianut oleh teknologi

nuklir maka limbah radioaktif ini harus dikelola dengan baik untuk melindungi

lingkungan dan masyarakat dari potensi dampak radiologi yang dapat ditimbulkan.

Reaktor yang dioperasikan di dunia hingga saat ini, yang menggunakan pendingin air

digolongkan menjadi dua, yaitu Reactor air ringan (Light Water Reactor/LWR)

menggunakan pending in H20 dan reaktor air berat (Heavy Water Reactor/HWR)

menggunakan pendingin DlO. Reaktor yang menggunakan pendingin air ringan

terdapat 2 jenis reaktor daya, yaitu reaktor air tekan ( Pressure Water Reactor/PWR)

dan reaktor air mendidih (Boiling Water Reactor/BWR). Keduanya menggunakan bahan

bakar uranium yang diperkaya hingga sekitar 3% U23S.

Berbagai jenis limbah padat yang mengandung zat radioaktif secara garis besar

diklasifikasikan menjadi dua yaitu limbah basah (wet solid waste) dan kering (dry solid

waste). Klasifikasi limbah radioaktif pad at digunakan untuk memudahkan pengelolaan

lebih lanjut. Asal utama limbah radioaktif pad at dapat dikategorikan menjadi 3 yaitu :

296

Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

nuclear power plant (NPP), daur bahan bakar nuklir dan limbah radioaktif dari

laboratorium penunjang. Studi ini dititikberatkan pada limbah yang ditimbulkan dari NPP

dan daur bahan bakar nuklir yang jumlahnya cukup signifikan.

KATEGORISASI LlMBAH RADIOAKTIF PADAT

Berdasarkan tingkat radiasinya, limbah radioaktif padat terbagi menjadi dua,

yaitu: limbah radioaktif padat tingkat rendah-sedang dan limbah radioaktif padat tingkat

tinggi. Limbah radioaktif padat tingkat rendah-sedang, yaitu limbah yang terdiri dari

bahan yang terkontaminasi seperti kertas, sarung tangan, dan alat-alat laboratorium

nuklir yang kontak langsung (terkontaminasi). Limbah radioaktif padat tingkat tinggi,

yaitu limbah yang terdiri dari bahan-bahan sisa perlengkapan pabrik proses olah ulang,

terutama bekas selongsong elemen bahan bakar nuklir yang diolah ulang dan dari

laboratorium yang menggunakan radionuklida dengan aktivitas tinggi [I]. Bermacam­

macam sistem klasifikasi digunakan untuk mengkategorisasikan limbah radioaktif pad at

tingkat rendah-sedang. Sistem klasifikasi ini biasanya didasarkan pad a aktivitas spesifik,

laju dosis ataupun radioaktivitas. Sistem klasifikasi yang lain mungkin berupa asal

limbah, sifat fisika kimianya, tipe radiasinya, dan waktu paroh radionuklidanya. Masing­

masing sistem klasifikasi ini mempunyai keuntungan dan kerugian tergantung dari

maksud dan dasar yang digunakan. Salah satu dasar untuk mengklasifikaskan limbah

yang biasa dikenal dan diterima oleh umum adalah didasarkan pada cara

pembuangannya atau cara pengolahannya. Untuk maksud pembuangan, limbah

radioaktif padat aktivitas rendah-sedang secara umum dikategorikan seperti terlihat

pada Tabel 1 sebagai berikut :

Tabel 1. Kategorisasi limbah radioaktif padat aktivitas rendah-sedang[ 1 ]

Kategori limbahKarakteristik

- Tingkat rendah berumur panjang

- Beta gamma rendah- Mengandung alpha- Radiotoksisitas rendah- Tingkat sedang berumur panjang

- Bet gamma sedangMengandung alphaRadiotoksisitas sedangTingkat rendah berumur pendek

Beta gamma rendah- Tidak mengandung alpha- Radiotoksisitas rendah- Tingkat sedang berumur pendek

- Beta gamma sedang- Tidak mengandung alphaRadiotoksisitas sedang

297

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

Sedangkan untuk maksud pengolahannya limbah radioaktif padat dapat dikategorikan

menjadi :

a. Limbah radioaktif padat terbakar/terkompaksi.

- Tidak mengandung alpha

- Mengandung alpha

b. Limbah radioaktif padat tak terbakar, terkompaksi

- Tidak mengandung alpha

- Mengandung alpha

c. Limbah radioaktif padat tak terbakar dan tak terkompaksi

- Tidak mengandung alpha

- Mengandung alpha

d. Limbah padat khusus Material terirradiasi yang mempunyai ukuran besar. Macam­

macam material yang diiradiasi dalam teras reaktor akan selalu berganti-ganti dan

akhirnya akan menjadi limbah, sebagai contoh : bahan bakar bekas, batang kendali,

in-core detector dan grafit slurry , tetapi kebanyakan dari limbah ini tergolong

aktivitas tingkat tinggi.

Berdasarkan Eurochemic Decomisioning batasan secara kuantitatif untuk limbah

radioaktif padat aktivitas rendah-sedang adalah :

Tabel 2. Batasan secara kuantitatif untuk limbah aktivitas rendah-sedang [2]

Waste level SpeciesQuantitatif Limits

Aktivitas rendah (LLW)

Beta/Gamma140GBq/m

Alpha140MBq/m

Laju dosis permukaan

2 mSv/jamAktivitas sedang (ILW)

Beta/Gamma20.000 GBq/m~Ipha

8.000 Gbq/mLaju dosis permukaan

2,5 Sv/jam

Limbah yang mempunyai aktivitas di atas ambang batas aktivitas ILW sudah

tentu termasuk kategori limbah aktivitas tinggi (HLW). Limbah radioaktif pad at terbakar

tetapi tidak mengandung alpha yang ditimbulkan dari instalasi nuklir jumlahnya cukup

besar, biasanya berupa : PVC dan kantongkantong polyethylene, protective clothing

(macam-macam plastik, tekstil, barang dari kulit, celulose, karet, neoprene, dsb), bahan

pembungkus (kardus, kertas, plastik, kayu) bahan pembersih (kain bekas, tisue) dan

filter (celulose tekstil dengan fiber glass atau filter mineral dengan kerangka kayu, dsb).

298

Hasi/ Peneli/iall dan Kegia/all PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

Limbah radioaktif padat terbakar yang mengandung alpha pada umumnya ditimbulkan

dari proses olah ulang (pelepasan U/Pu, penyulingan Pu), pencampuran oksida (UOZ ­

Pu02) dalam instalasi fabrikasi bahan bakar dan dari pusat-pusat penelitian yang

bekerja dengan elemen transuranium. Jenis limbah ini sebenarnya sam a dengan limbah

radioaktif yang tidak mengandung alpha, tetapi limbah ini banyak mengandung bahan

yang korosif serta memerlukan fasilitas penahan alpha sehingga memerlukan teknik

pengelolaan yang khusus.

Limbah radioaktif padat tak terbakar dan tidak mengandung alpha umumnya

berupa logam, barang pecah belah, konstruksi material penyekat/insulasi, filter metalik,

frame HEPA filter, beton, batu-batuan dan alat-alat perlengkapan mekanik lainnya yang

terkontaminasi. Jenis limbah ini biasanya dianggap sebagai limbah radioaktif alpha,

apabila limbah-limbah terse but terkontaminasi alpha dan berasal dari daerah aktif

tempat ekstraksi uranium, plutonium dan dari bagian konversi instalasi proses olah

ulang atau dari deretan glove box pada instalasi fabrikasi bahan bakar. Limbah serupa

timbul di tempat penelitian dan pengembangan yang bekerja dengan material fissile

(pembelahan). Tritium sebagai kontaminan juga terdapat pada kebanyakan limbah

padat yang ditimbulkan dari industri nuklir. Kondisioning dari limbah-limbah ini biasanya

memerlukan teknik khusus karena tritium dalam bentuk oksida dapat bergerak dan

bertukar dengan air.

LlMBAH PADAT DARI NPP

Bahan bakar bekas tidak termasuk dalam bahasan ini, limbah ini tergolong

aktivitas tingkat tinggi (HLW). Dalam makalah ini pembahasan difokuskan pada limbah

aktivitas rendah-sedang (LLW/ILW). LLW/ILW dihasilkan selama reaktor beroperasi

rutin. Meskipun LLW/ILW biasanya mengandung radioaktivitas/m3 relatif kecil, tetapi

dalam jumlah volume keseluruhan relatif besar sehingga menyulitkan pembuangan.

A. Alur Timbulnya Limbah

Alur timbulnya limbah radioaktif pad at dari NPP seperti terlihat pad a Gambar 1 a

dan Ib [3]. Ada 5 sistem yang potensial menimbulkan limbah yaitu primary coolant clean

up system, liquid waste processing system, off-gas and ventilation system dan general

power plant operation system. Karakteristik limbah untuk masing-masing sistem

ditampilkan pad a Tabel 3 dan 4. Tabel 3 untuk reaktor PWR 1300 MW(e)

memperlihatkan bahwa karakteristik limbah yang ditimbulkan dari masing-masing sistem

berbeda. Aktivitas spesifik tertinggi adalah limbah dari general power plant operation

299

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

system (batang kendali) sebesar 3 x 103 Ci/m3 kemudian diikuti limbah dari primary

coolant clean up system yaitu wet ionexchange resins sebesar 102 - 5 x IOz Ci/m3 dan

filter cartridges sebesar 5 x 10' - 5 x IOz Ci/m3. Limbah dari sistem yang lain mempunyai

aktivitas spesifik antara 10-2 - 1 Ci/m3. Tabel 4 untuk reaktor BWR 1300 MW(e) juga

memperlihatkan bahwa karakteristik limbah yang ditimbulkan dari masing-masing sistem

berbeda. Aktivitas spesifik tertinggi adalah limbah dari general power plant operation

system (batang kendali) sebesar 6 x 104 Ci/m3 kemudian diikuti limbah dari off-gas and

ventilation system sebesar 3 - 15 Cilm3. Tabel 3 dan 4 memperlihatkan bahwa tipe

reactor berpengaruh terhadap karakteristik limbah yang ditimbulkan (limbah dari sistem

yang sam a mempunyai aktifitas spesifik yang berbeda)

Tabel 2. Batasan secara kuantitatif untuk limbah aktivitas rendah-sedang [2]

Waste level SpeciesQuantitatif LimitsAktivitas rendah (LLW)

Beta/Gamma40 GBq/mJAlpha

40 MBq/m3Laju dosis

2 mSv/jampermukaanAktivitas sedanq (ILW)

Beta/Gamma20.000 GBq/m3Alpha

8.000 Gbq/mJLaju dosis

2,5 Sv/jampermukaan

TABLE 3. KAR.A.KTERISTIK LIMBAH PWR 1300 MW(e).

System

Pnmary cDolant dean up

liquid waste processing

OfT-gas ond ventilation

General power plant

operation

Nature of waste

Wet ion.cxchangc resins

Filter cartridges

E n!porator concentrates,

sJudges, resins

HEPA filters

Ch:m;oaJ filters

Poper. rags, clothing

Discarded hardware components

Comrol rods (onJy after one year of

ope-ration): start up neutron sources;

fuel dement components and spacers

300

SpeCific aClivity

{Ciirrr>

10'-5X10<

5 X 10'_5 X 10'

10-' - 1

10-' 1

10-' -I

2 X 10-' -2 X 10-'

10-'-10'

3 X 10'

Hasil Penelilian dan Kegialan PTLR Tahzm 2006/SSN 0852 - 2979

~A't'OIJ' \'W"~n:s

lIr-x, ',i ."(

,-;d--, IG;f ..H

-_._------_.~ ~-------~ 'G"':it~

----L-Jco••o"•••\ro,:

l.lliV'O W••••T£$ nt:UUIA'NC.NQ flH\T~rc." "IIhN •••••ae.••••(NT

Fig. Typical flow pattern of radioactive wastes in a PWR system (reproduced from Rep. ERDA-76.43)

:s,OLIO WASTE:>.

CONIA.NING M4,,)~Of' "'HI.i. A Af.)H ..)­AC'ltVI-ly ANO'''f.O'.JI,HNG :'HI!"~AND S1()"A~t'

1w ••••TtiH

JAC"! IVA'T"OCOOLANT .---

Af.)O'T.~.~~~

-';}'-'\.IUVIO YV ••••• STCi

lRE.ATfVI£NT !,;V$l"f:M5 -------.-.-----------

LIOUID WASl'F.g Hft.:II.JlfHNGNO f-UH'IHEf; MANAt;;I:;M(,..1

Fig flow pattern of radioactive wastes in a BWR system (reproduced from Rep. ERDA-76.43)

Gambar 1.a. Diagram alir limbah radioaktif yang ada pada system PWR (atas) dan

BWR (bawah)

301

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006

PRIM;'''''' ~10\,)10

CO:::>:.h~ CL~ UP

c O!.::r.: NS;' TE

CLE.;"'1 UP

E::::N>M~NT

LEJ.-"-"GES

FLO:::; ?RAINS

EVAPC><i.~7::>RCONDENSERWATER

DEMINER",-,Z::;O

WATER

WET S::J.I::J

WAS-:-"

LIQUIDS RFO,-/I"I>';::; NO

FURTHEr<. TREATM"",

RINSING ANDDECONT AMINA TINe;LlOUID'S .

LABOP'.t.TO;:Y DRAINS

LAUNDRY AND

PERSONNEL SHOwERS

LIQUID WASTE

PROCESSiNG

-IOEWATERED SLUDGEEVAPORATOR CONCENTR.ION EXCHANGE RE.SINS

FUEL POOL FIL TEP.SA~O OEMINERALI;:A.TION ?ESINS

OISCARDED HARDVJt.RE

AND CO>..IPONENTS

HEPA Fil T!: RES

CHARCOAL AOSOR9ERS

CERAMIC FILTERS

COMPACTiON

,NON·COMBVSTIB •..E

SOllC WASTE

tT REA TME NT "-NOCOND'TIOP-lING

ISSN 0852 - 2979

MAIN CONDENSER Oi"FGASES

PRIMARY COOLANTDEGASSING

Off GASES (TANK VEN'iS

SEALS. TURBINE G:.m:::Sr-T,

GASE S REOUIRING NO

FURTHER TREJ..TMEt,rr

Gambar 1. Alur Timbulnya Limbah NPP

302

Hasi/ Pene/itian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

B. Jumlah dan Komposisi Limbah

Akumulasi total LLW dari power plants seluruh dunia pad a tahun 1990 adalah

360.000 m3. Total ILW sebanyak 28.000 m3/tahun. Sampai tahun 2005 jumlah ini

mengalami kenaikan kurang lebih sebanyak 50 %. Jumlah limbah radioaktif padat yang

ditimbulkan tiap tahun dari operasi PLTN 1000/900 Mwe adalah sekitar 1200 m3

(Gambar 2).

Jumlah limbah pad at yang ditimbulkan tergantung dari tipe reaktor dan kondisi

operasi. Estimasi jumlah total dari limbah padat berkisar antara 100 drum/tahun - 400

drum/tahun dengan 10 % nya berisi ILW.

Tabel 5. Limbah radioaktif padat LLW/ILW dari operasi PWR [5]

Volume tiap tahun (m3)

Volume limbah sebelum50 m' 'solidified liquid)

diolah pertahun375 m (combustible rag, poly-sheet, wood)

12 m3 (rubber, spent charcoal)30m 335 m3 (incombustible air filter)10 pc (incombustible liquid filter)4 m3 (incombustibleinsulation)Pengolahan

Evaporasi(treatment and conditioning)

1nsenerasi

KompaksiSementasiVolume akhir pertahun300-400 drum 200 L

Pada umumnya LLW/ILW terkontaminasi radionuklida seperti 1-131, Cs-137, Cs­

134, Ce-144, Ru-106, Zr-Nb-95, Co-60, Co-58, Fe-59, Mn-54, Cr-51, Ni-63, dan H-3.

Dalam hal ini, produk fisi yang paling menyusahkan untuk jangka pendek adalah 1-131

(8 hari, gamma 0,4 Mev) dan Cs-134 (2 tahun, gamma 0,6 Mev). Untuk limbah yang

berumur lebih panjang beberapa tahun prod uk fisi yang dominan adalah Cs-137 (30

tahun, gamma 0,6 Mev). Produk aktivasi yang paling menyusahkan untuk jangka

pendek adalah Fe-59 (45 hari, gamma 1,1 Mev). Sesudah itu nuklida yang paling

dominan adalah Co-60 (5,2 tahun, gamma 1,3 Mev). Sesudah disimpan selama 30

tahun atau lebih nuklida sisa yang dominan kemungkinan Ni-63 (92 tahun, beta, no­

gamma). Komposisi jenis radionuklida dalam LLW/ILW dari masing-masing tipe reaktor

seperti terlihat dalam table 6:

303

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006

Tabel 6. Komposisi jenis radionuklida dalam LLW/ILW

ISSN 0852 - 2979

Tipe reaktor RadionuklidaPWR

Co-5820%Cs-137

11 %1-131

17%BWR

Co-6030%Cs-137

13 %1-131

3 %, sedikit Na-24 dan Zn-65PHWR

Co-606%Cs-137

13 %1-131

14%Cr-51

7%

Zr-9515 %

Nb

24%

DAFTAR PUSTAKA

1. IAEA, "Treatment of Low and Intermediate Level Solid Radioactive Wastes",

Technical Reports Series No. 223, IAEA, Vienna, 1983.

2. Decommissioning of Nuclear Facilities, NEA/OECD, Paris, 1991.

3. IAEA, "Guide to The Safe Handling of Radioactive Wastes at Nuclear Power Plants",

Technical Reports Series No. 198, IAEA, Vienna, 1983.

4. S. Ronodirjo, Concept of Ultimate Disposal for NPP Radwaste in Indonesia, 1990.

5. NEWJEC, Feasibility Study of The First Nuclear Power Plants at Muria Peninsula

Region, "Waste Management and Decomisioning", NEWJEC Inc., 1996.

304