√ 18 Model Distribusi Spasial Radionuklida pada Kecelakaan
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Studi Kecelakaan PLTN
4.1.2 Kerusakan Reaktor Penyebab Kecelakaan Parah
Reaktor nuklir Chernobyl memiliki pengungkung yang lemah. Beberapa saat setelah bahan bakar meleleh, terjadi ledakan uap karena tekanan yang berlebihan dan kapasitas pendingin yang kurang mencukupi. Pada kondisi yang sangat panas, zirkalloy material pelindung pada temperatur tinggi menghasilkan
hidrogen (H2) dan graphite melepaskan CO dalam bentuk gas, akibatnya terjadi reaksi H2 dan CO dalam kondisi yang sangat panas, tekanan uap yang berlebihan akhirnya meledakkan tabung pengungkung. Kesalahan pertama terjadinya kecelakaan parah adalah reaktor yang tidak menggunakan containment standar. Kesalahan kedua, pada perhitungan neutron dimana oprator mengambil langkah shutdown setelah daya dinaikkan dari 30 MW ke 200 MW, dengan menaikkan jumlah neutron secara drastis dalam orde 1-2 detik kemudian menurunkan secara mendadak, sehingga terjadi peningkatan jumlah neutron yang sangat tinggi dan temperatur menjadi naik selanjutnya melelehkan bahan bakar dan kelongsongnya.
Reaktor PWR memiliki kemungkinan kecelakaan akibat shutdown pada kondisi tidak stabil relatif sangat kecil karena dilengkapi sistem otomatis untuk memasukkan penyerap neutron ketika daya naik. Di samping itu, disain PWR memiliki kapasitas pendingin yang banyak terdiri dari system pendingin primer, sekunder dan system pendingin darurat.
Reaktor yang akan dibangun di Indonesia direncanakan menggunakan reaktor Pressurised Water Reaktor (PWR) yang merupakan jenis reaktor paling banyak di dunia dan telah teruji handal di negara-negara pengguna PLTN. Reaktor jenis PWR di dalamnya memiliki komponen utama yaitu teras reaktor yang merupakan sususan bahan bakar uranium yang merupakan tempat reaksi fisi terjadi. Teras reaktor menghasilkan panas serta bahan-bahan radioaktif penghasil radiasi. Bejana tekan (pressure vessel) merupakan tempat teras reaktor berada dan tempat air dingin mengalir. Bejana ini diberi tekanan sedemikian rupa sehingga pada ruang ini tidak mengalami pendidihan sebelum sampai pada pembangkit uap (steam generator).
Pendinginan dilakukan pada tekanan tinggi di tempat pembangkit uap, sehingga air berada pada suhu tinggi dan membentuk uap yang disalurkan ke turbin selanjutnya menjadi motor penggerak generator. Batang kendali berfungsi sebagai pengontrol reaksi berantai yang berfungsi sebagai penyerap neutron lambat dan dapat mengendalikan daya reaktor. Batang kendali yang terbuat dari kadmium dan boron yang mudah menyerap neutron lambat dan ketika batang kendali dimasukkan lebih dalam, maka reaksi berantai yang terjadi dapat diredam. Komponen lain pressurizer yang merupakan pengendali tekanan melalui dinamika
fluktuasi pendinginan. Komponen-komponen tersebut berada dalam dalam bejana pengungkung (containment) sebagai pengaman lepasnya radionuklida kelingkungan apabila terjadi kejadian kecelakaan kerusakan pada teras reaktor atau bejana tekan. Komponen lain di luar reaktor berupa kondensor yang berfungsi mendinginkan air dalam turbin yang dilengkapi kanal buang pendingin serta pompa sekunder yang bekerja memasukkan air pendingin ke kondensor.
Reaktor jenis PWR dirancang memiliki ketahanan terhadap kenaikan temperatur pada kelongsong logam campuran zirkonium melebihi 1000oC. Dan jika terjadi pelelehan logam campuran pada kelongsong, diperlukan perlindungan kedua yaitu ketahanan bejana tekan dan diperlukan ketahanan pada containment agar cemaran tidak ke luar lingkungan.
Kecelakan parah reaktor PWR pernah terjadi di Three-Mile Island-2, USA Tahun 1979 yang dapat dijadikan referensi dalam kajian-kajian reaktor serupa termasuk reaktor yang akan dibangun di Indonesia. Kecelakaan ini telah memberi informasi teknis dalam memperkirakan pelepasan bahan radioaktif ke lingkungan apabila terjadinya kecelakaan pada reaktor komersial PWR.
Analisis pasca-kecelakaan PLTN yang pernah terjadi diketahui bahwa paparan bahan radioaktif yang ke luar lingkungan paling utama adalah Iodium. Sehingga prosedur-prosedur analisa pengamanan lingkungan pada kecelakaan reaktor ini adalah mengarah pada analisa karekteristik Iodium. Dan dari analisa- analisa pasca-kejadian dan dari hasil-hasil riset yang telah dilakukan bahwa secara umum, jumlah radiasi yang dilepaskan selama kecelakaan parah tersebut lebih rendah dari perkiraan awal yang menggunakan asumsi-asumsi dasar. Studi pasca kejadian bahwa separuh bahan bakar inti mencapai titik-lebur nya sampai 2800°C, sehingga 50% material pelindung mencair, bahan pelindung inti zirkaloy melepaskan sekitar 460 kg hydrogen. Hasil belahan inti yang keluar pengungkung dan mencemari lingkungan atmosfir adalah iodium mencapai 20% dan Sesium mencapai 50%, radionuklida lainnya umumnya ditemukan di bagian bawah reaktor.
Asumsi kajian kecelakaan reaktor jenis PWR dipusatkan pada pelepasan radionuklida I-131 yang merupakan unsur penting yang memiliki efek biologi menyebabkan kanker gondok. Pengamatan pada sumber iodium digunakan untuk
menentukan ambang batas keselamatan. Laporan Industry Degraded Core Rule-
making Programme ( IDCOR), dan laporan dari Physical Society Amerika (APS),
dan NRC AS memberi informasi bahwa kajian-kajian yang berkaitan dengan kecelakaan parah reaktor jenis PWR pada TMI2 yang memiliki risiko luas untuk masyarakat terutama pada risiko akibat dari cemaran radionuklida iodium. Kesimpulan ini didukung oleh berbagi analisis dari berbagi urutan kejadian kecelakaan, dan hasil belah-inti sebagai cemaran ke lingkungan memiliki fakta kandungan lebih rendah dari kajian teori studi awalnya (IAEA 1985).
. Pengujian yang telah dilakukan baik secara menyeluruh maupun terpisah terhadap karakteristik produk fisi yang dapat menyebar pada kejadian kecelakaan diketahui bahwa derajat emisi produk fisi yang bersifat volatil (Kr, Xe, I, Cs) dari bahan bakar, sangat bergantung pada suhu bahan bakar, sementara pengaruh lingkungan hampir tidak ada. Selain itu, diantaranya radionuklida iodium yang teremisi dari bahan bakar, sedikitnya 95% akan bergabung dengan Cesium (Cs) dan berubah sebagai CsI yang mudah menjadi aerosol
Produk fisi yang bersifat volatil rendah (Sr, Mo, Ru, Te, Sb, Ba, Eu) diketahui bahwa: selama kelongsong Zircalloy tidak teroksidasi, Te dan Sb akan terserap oleh kelongsong, tetapi jika kelongsong teroksidasi, maka produk fisi tersebut akan teremisi; Mo dan Ru dalam kondisi/lingkungan uap air (kondisi oksidasi), akan berubah ke bentuk kimia yang lebih tinggi volatilitasnya; Sr, Ba dan Eu dalam lingkungan hidrogen derajat volatilitasnya meningkat; dan Emisi Ce dan Zr sangat minim.
Analisis pada kecelakaan TMI-2 dengan jenis reaktor PWR dan kecelakaan Chernobyl jenis reaktor RBMK untuk melihat karakteristik produk belah inti. Gambar 27 menunjukan hasil analisis emisi ke lingkungan pada TMI-2 sangat kecil. Hal ini disebabkan karena pengungkungnya utuh dan kuat dan di sepanjang jalur emisi terdapat air.
Cara menghidandari terjadinya kecelakaan dimulai dari pengendalian pembuatan disain dan bangunan yang sesuai dengan standar. Kerusakan inti reaktor dalam kecelakaan parah TMI-2 dapat diminimalisasi dengan kekuatan materi bejana tekan dan kekuatan serta ketebalan pengungkung serta ketersediaan sistem pengamanan dengan penyemprotan air. Selain itu perlu penyempurnaan
dari materi bahan bakar inti dan kondisi-kondisi tekanan dan temperatur agar tidak terjadi pemanasan melebihi kapasitas yang menyebabkan melelehnya kelongsong. Menyempurnakan komposisi bahan bakar untuk pengendalian produk fisi. Penggunaan logam campuran zirconium sangat baik untuk menjaga keseimbangan netron di dalam inti, dan tahan pada temperatur yang tinggi. Semua jenis reaktor menggunakan campuran logam zirconium (PWR, BWR, CANDU, RBMK) atau baja ( BN-600, PHENIX, AGR) sebagai material pelindung bahan bakar yang dirancang untuk menahan secara efektif hasil belah-inti agar tidak terjadi kecelakaan yang merusak lingkungan.
Jumlah hasil belah inti teremisi ke lingkungan pada kecelakaan Chernobyl dan kecekaan TMI-2
0 20 40 60 80 100 120 Ga s M ul ia I Cs Ru Ce Radionuklida Jum la h ( % ) pa da C he rnobyl 0 10 20 30 40 50 60 70 Jum lah (% ) pa da T MI -2 Chernobyl keluar lingkungan
TMI-2 Dalam bejana tekan
TMI-2 Dalam pengungkung TMI-2 Ke luar lingkungan
Gambar 1 Jumlah hasil belah inti teremisi pada kecelakaan Chernobyl dan kecelakaan TMI-2 (Olahan data Annex J, IAEA 2006)
Kerusakan reaktor yang terjadi pada kecelakaan reaktor Chernobyl (reaktor RMBK) dan kecelakaan reaktor TMI-2 (reaktor PWR) yang menyebabkan radionuklida ke luar dari inti reaktor jumlah cemaran yang ke luar lingkungan terdapat perbedaan. Pada kecelakaan reaktor Chernobyl banyak gas yang mengandung radionuklida menuju lingkungan mencapai 100%, sedangkan pada kecelakaan TMI-2 gas yang mengandung radionuklida pencemar tertahan dalam pengungkung cukup besar sedangkan yang ke luar lingkungan relatif kecil seperti di gambarkan dalam Gambar 27.