f
\
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah P3TM-BATAN, Yogyakarta 14-15Juli 1999
16 Buku II
ANALISIS SEBARAN GAS RA:DIOAKTIF UNTUK PERKIRAAN WILAYAH PEMANTAUAN DI ~)EKITAR CALON TAPAK
F ASILIT AS NUKLIR
Suparman MT, Yarianto Budi Susilo
P2EN-Batan, Kawasan Puspiptek, Serpong. Tangerang
ABSTRAK
ANAL/SIS SEBARAN GAS RADIOAKTIF UNTUK PERKIRAAN WILA YAH PEMANTAUAN DI
SEKITAR CALON TAPAK FASIL/TAS NUKL/R. Fasi/itas nuklir mempunyai potensi
menimbulkan dampak lingkungan temtama efek radiasi, baik pada ekosistem maupun manusia. Kondisi atmosfir mempengamhi pola dispersi atmosfetik dati radionuklida yang dilepaskan oleh fasilitas nuklir. Analisis sebaran radionuklida, temtama dalam bentuk gas dati radionuk/ida 1-131 te/ah dilakukan dengan menggunakan metode konsentrasi tetintegrasi waktu (time integrated
concentration, TIC). Hasil penelitian menunjukkan bahwa sebaran radionuk/ida lebih banyak
mengarah ke arah utara (arah laut). Titik maksimum tetjadi pada jarak 200 m dati titik lepasan untuk semua Blah. Wi/ayah pantauan efektif ada/ah arah Utara 8arat Laut (NNW) pada radius 200 meter dan arah Selatan dB/am radius 1-2 km.
ABSTRACT
DISPERSION ANALYSIS OF RADIACTIVE GAS FOR ESTIMATION OF EFFECTIVE
MONITORING AREA IN THE VICINITY OF A NUCLEAR FACILITY SITE. Nuclear facility has
the potential to have enviromental impacts especially radiaton effects both to the ecosystem and thereby to human. The atmospher condition influences the atmospheric dispersion pattem of radionuclides released by nuclear facility. Analysis of radionuclide dispersion mainly gaseous
radionuclides 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 north direction (sea direction). The maximum point happens at 200 m away from the release point toward all directions. The effective monitoring areas were North North West sector in the radius of 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, tahap lepasan, tahap penyebaran, tahap paparan, dan tahap akibat (konsekuensi).
Dalam reaktor nuklir, radionuklida
dihasilkan dalam bentuk fragmen fisi dan basil aktivasi. Bahan bakar mengalami pembelahan yang menghasilkan sejumlah besar fragmen fisi yang tetap berada dalam kelongsong bahan bakar. Jumlah basil fisi dalam bahan bakar sangat besar. Selain itu radionuklida juga dihasilkan oleh aktivasi material
struktur, aktivasi kotoran (impuritas) yang dibawa pen~ingin dan aktivasi basil korosi. Hampir seluruh radionuklida yang t.:rbentuk akan tetap tinggal dalam matriks bahan bakar. Radionuklida dalam bentuk gas dapat terlepas ke lingkungan akibat kerusakan pada kelongsong bahan bakar sehingga beberapa basil fisi seperti xenon, krypton dan iodine
dapat menerobos ke luar. Radionuklida yang terlepas ke lingkungan mencakup gas mulia, gas-gas
D alam Undang-undang Republik Indonesia No
23 Tahun 1997 tentang Pengelolaan
Lingkungan Hidup Pasal I butir 12 disebutkan bahwa yang dimaksud pencemaran lingkungan hidup adalah masulalya atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi, dan/atau komponen lain ke dalam lingkungan hidup oleh kegiatan manusia sehingga kualitasnya turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan lingkungan hidup tidak dapat berfungsi sesuai dengan peruntukannya. Radionuklida terma5uk zat daD energi, hila terlepas ke lingkungan dapat menyebabkan pencemaran lingkungan. Pengoperasian fasilitas nuklir baik secara rutin maupun pada saat terjadi kecelakaan mempunyai potensi melepaskan radionuklida ke lingkungan.
Salah satu penyebab adanya dampak radiologik dari fasilitas nuklir adalah terlepasnya gas atau partikulat radioaktif ke lingkungan. Ada 5
Suparman. dkk Kimia Nuklir
Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiah
P3TM-BATAN, Yogyakarta 14-15Juli 1999 Buku II 17
aktivasi, tritium, iodin clan basil fisi yang diemisikan sebagai partikulat [I] .
Radioaktivitas tidak dapat dimusnahkan, tetapi akan meluruh secara spontan. Radionuklida yang mempunyai waktu para sangat panjang tentu tidak mungkin menunggu sampai "habis" meluruh bam di huang ke lingkungan. Pendekatan yang dilakukan dalam pengelolaan limbah radioaktif cair atau gas adalah dengan pembuangan clan pengenceran ke lingkungan atau penyimpanan clan pembuangan [2]. Lepasan radioaktif ke atmosfir merupakan potensi paling besar dalam memberikan
paparan dibandingkan bentuk lain lepasan
radioaktif.
Berbagai model untuk mengkaji dispersi atmosferik telah dikembangkan, termasuk sistem komputasinya. Konsentrasi terintegrasi waktu (time integrated concentration, TIC) adalah salah satu metode untuk menghitung konsentrasi polutan (zat radioaktif) pada berbagai titik koordinat berdasarkan data statistik meteorologi dalam jangka waktu lama (long term).
Pada penelitian dihitung sebaran gas radioaktif untuk kondisi operasi normal sampai 10 km daTi calon lokasi. Hal ini dilakukan karena beberapa keterbatasan yang ada. Pen'elitian ini dilakukan sebagai salah satu usaha untuk menentukan wilayah pantuan sebaran radioaktif efektif pada calon tapak fasilitas nuklir. Diharapkan penelitian ini dapat bemanfaat clan dapat dikembangkan sampai pada tahap perhitungan dosis ekuivalen efektif yang diterima masyarakat nantinya.
Berbagai kondisi meteorologi yang mempengaruhi penyebaran polutan di udara adalah solar radiasi, angin (kecepatan clan arab), turbulensi, stabilitas atmosfIr, lapse rate suhu, inversi, clan curah hujan.
Polutan yang diemisikan (termasuk zat radioaktit) ke atmosfir akan mengalami transport, dispersi, transformasi clan keluar daTi (meninggalkan) atmosfir [3 ]. Sebagian besar polutan industri termasuk fasilitas nuklir diemisikan ke atmosfir di dekat permukaan bumi, maka lapisan batas atmosfIr (atmospheric boundary layer) yang mengendalikan transport clan dispersi polutan. Transformasi mengubah sifat polutan. Proses transformasi dapat terjadi karena reaksi kimia, reaksi polutan dengan konstituen atmosfir atau reaksi karena faktor lain seperti sinar matahari. Polutan meninggalkan atmosfir melalui proses settling gravitasi, interaksi dengan rona permukaan seperti gedung, topografi atau terjadi pencucian (washout) karena presipitasi.
Beberapa model dispersi secara empiris telah dikembangkan. Model Pasquill-Gifford menjelaskan transport clan difusi partikel di udara secara matematis dalam suatu wilayah dalam arab tiga dimensi. Proses difusi dalam atmosfIr dapat diterangkan dengan persamaan difusi model plume gaussian. Dalam model ini terdapat dua koefisien dispersi, yang menggambarkan lebar sebaran konsentrasi dalam arab horisontal (cry) clan arab vertikal (crz).
Melalui berbagai penyederhanaan, dapat dituliskan Gaussian Plume Model sebagai: [4]
~
_Z-H+e~
_y2_
2 2 -2 a Y[e 2a. (1) TINJAUAN PUSTAKA Q e c= 21tUO"yO"zAdanya keterkaitan yang erat antara perilaku polutan di udara dengan kondisi a1mosfIr, maka diperlukan pemahaman terhadap fenomena meteorologi seperti bahang (heat), tekanan, angin dan moisture (kandungan uap air). Semua parameter cuaca seperti suhu, kecepatan dan arab angin, kelembaban nishi, tekanan, dan presipitasi merupakan basil (resultan) daTi saling keterkaitan variabel-variabel bahang, tekanan, angin dan moisture. Interaksi antara variabel-variabel ini menghasilkan beberapa tingkat skala yang berbeda dalam pergerakan massa udara, seperti skala global, kontinental, regional atau lokal.
Nasib polutan di udara dipengaruhi oleh aliran a1mosfIr dan kondisi meteorologi. Aliran a1mosfIr menimbulkan pergerakan energi melalui a1mosfIr dan terjadi interaksi antara a1mosfIr dengan permukaan. Lapisan batas a1mosfIr adalah lapisan atmosfIr yang menyebabkan pengaruh langsung terhadap permukaar. bumi. Lapisan batas a1mosfIr adalah lapisan a1mosfIr di mana kita hidup [3]
C : Konsentrasi efluen pacta koordinat (x,y,z), dalam Ci/ m3
Q : laju emisi pacta sumber dalam Ci/detik H : tinggi efektif cerobong dalam meter U : kecepatan angin dalam meter!detik cry , crz : KQefi-sien dispersi dalam meter
Kuantitas yang sering digunakan untuk perhitungan dosis radiasi adalab konsentrasi terintegrasi waktu (TIC) yang disimbolkan dengan hurufYunani 'II. Sawall untuk 'II adalab Ci detik mo3. Kuantitas yang sering digunakan untuk mendapatkan parameter desain cerobong dan pembatasan operasi fasilitas nuklir serta lepasan gas adalab TIC selama satu tahun kalender dengan asumsi besar emisi sumber (Q) konstan [4].
Jika Nijk adalab jumlabjam selama setahun untuk kejadian arab angin pacta sektor i, kelas stabilitas j, dan kecepatan angin kelas k, maka nc C'I'jjk(X,Z» pacta jarak x ketinggian z dapat ditentukan dengan cara berikut:
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiah P3TM-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) = +edi mana e adalah sudut angular sektor (=7t/8 fad atau 22.5~ clan (X. e) adalah lebar busur dari sektor. Untuk keseluruhan kelas kecepatan angin, maka persamaan (2) di atas dijumlahkan un1!Jk seluruh nilai k.
~
(Z-Hjk)2 N.. -2 --2 L ~e 2a.j + e 2a.j ] (3)~
k crzjUk
Jika persamaan hanya diperhitungkan untuk tingkat permukaan (ground level) maka persamaan (3) dapat disederhanakan menjadi:
Q"
\lJjj(X. z) = ~,
masukan-masukan yang diberikan. Secara garis besar urutan kerja dapat dilihat pada Gambar 1.
Input data meteorologi berupa suhu pada ketinggian 10 meter dan 50 meter, kecepatan angin dan arab angin pada ketinggian 40 meter serta curab hujan pada ketinggian 2 meter. Data ini diolab untuk mendapatkan triple joint frequency, yaitu jumlab kejadian arab angin bertiup ke arab i, kelas stabilitas udara ke-j dan kelas kecepatan ke k.
Faktor koreksi curab hujan dihitung berdasarkan intensitas dan jumlab kejadiannya pada saat angin bertiup ke arab i untuk mendapatkan faktor penipisan akibat pengendapan basah.
Tinggi efektif cerobong dihitung berdasarkan masukan tinggi fisik dan diameter fisik cerobong serta kecepatan efluen dalam cerobong. Laju emisi (Bq/tahun) berdasarkan acuan fasilitas nuklir yang dikaji. Dalam perjalanannya radionuklida akan meluruh, sehingga perlu dikoreksi dengan mamasukkan waktu paronya. Perhitungan TIC 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 untuk tingkat permukaan dengan tinggi cerobong efektif Hjk dalam sektor i clan kelas stabilitas j.
TATA PELAKSANAAN
Urutan KerjaInstrumen penelitian berupa program komputer dengan mengacu pacta IAEA Safety Series 50-SG-S3 dan program Xoqdoq yang dikeluarkan oleh United States Nuclear Regulatory Commission (US NRC). Program komputer dibuat dengan bahasa pascal. [sf
(
l1'iD").r.Io..,~ I
Gambar 1. Diagram kerangka kajian dispersi atmosferik untuk lepasan rutin
Persamaan-persamaan matematika
dijabarkan dalam bagan alir (flowchart) dan selanjutnya dibuat program komputer, sehingga memudahkan dan mempercepat perhitungan-perhitungan dispersi atmosferik berdasarkan
Asumsi dan Data Masukan Asumsi
a. Beberapa asumsi dan penyederhanaan diambil dalam penelitian ini karena keterbatasan waktu, data dan biaya. Baberapa asumsi tersebut antara lain:
b. Simulasi penyebaran zat radioaktif hanya dilakukan untuk kondisi lepasan zat radioaktif secara rutin, dengan konsentrasi emisi dianggap seragam sepanjang waktu. Kejadian kecelakaan atau darurat tidak diperhitungkan dalam kajian
ini.
c. Koefisien dispersi horisontal dan vertikal mengambil rumus empiris yang dikembangkan Vogt [4], mengingat kondisi topografi tapak Ujung Lemahabang sampai radius 10 km yang relatif landai dan didominasi perkebunan cokelat daD karet.
d. Sumber lepasan diasumsikan sebagai sumber tunggal dan sumber titik (point source). Tinggi cerobong lepasan zat radioaktif diasumsikan 50 meter karena mengacu data kecepatan dan arab angin tertinggi yang tersedia. Diameter ce~obong dianggap 2 m.
e. Zat radioaktif dalam perjalanannya dianggap tidak mengalami proses transformasi kimia. Data Masukan
Data meteorologi adalah data sekunder basil pengamatan selama satu tahun yang dilakukan antara bulan Agustus tahun 1994 sampai dengan Juli 1995 oleh konsultan Newjec Inc. dalam Studi Tapak dan Studi Kelayakan PLTN [6]. Data tersebut dipilih-sebagai masukan untuk perhitungan mengingat data tersebut adalah yang paling layak dan paling
Suparman, dkk Kimia Nuklir
lengkap secara statistik dibandingkan data pada waktu yang lain. Menurut rekomendasi World Meteorological Organization (WMO) [4] hams tersedia paling tidak data meteorologi selama satu tahun, tetapi data basil pemantauan dalani jangka waktu lama (long term) akan lebih merepresentasikan karakteristik tapak.
Sebagai contoh kasus, diambil jenis radionuklida 1-133 yang dilepaskan daTi reaktor nuklir jenis PWR 600. Besamya lepasan gas tahunannya adalah 5 x 106 Bq/tahun, dimana nilai ini telah memenui persyaratan keselamatan desain
[6]
Sebaran polutan radioaktif sebagian besar mengarah ke utara barat lalit, kemudian ke arah utara dan barat laut (ke arah laut). Hal ini ini dipengaruhi oleh frekwensi kejadian arah angin yang sebagianbesar ke arah sektor utara (N ,NNW, NW) dan stabilitasc-udara yang sebagian besar termasuk kategori netral dan labil. Keadaan ini
tentunya lebih menguntungkan dari segi
keselamatan., fisiko terbesar tidak dialami oleh masyarakat.
Berdasarkan hasil perhitungan TIC terlihat bahwa wilayah Yil11g menjadi perhatian dari segi penyebaran radioaktif adalah sampai radius 1000 m dari pusat lepasan. Dari hasil tersebut dapat disarankan bahwa wilayah ekslusif (exclusive area) adalah wilayah dalam radius 1000 m.
8 7 ..6
~
---5w .,. 4 @.. u . i=HASIL DAN PEMBAHASAN
;\
.
-
-.-
--/
A L 1 0 ~Wilayah kajian dibatasi hanya sarnpai radius 10 kIn daTi calon lokasi fasilitas nuklir. Untuk memudahkan hal tersebut, maka perhitungan konsentrasi zat radioaktif di wilayah yang akan dikaji dibagi dalam lingkaran-lingkaran (ring) dengan radius 100 m, 200, 300 m, clan seterusnya sarnpai 10000 m. Selain itu wilayah kajian juga diambil16 sektor arab angin.
Jenis radionuklida hanya dipilih jenis radionuklida yang penting daTi sudut ekologi, mempunyai aktivitas yang relatif besar, serta faktor transfer biologi yang besar. Dalani hal ini dipilih radionuklida 1-131 (TI/2=8.05 hari).
Hasil perhitungan besamya sebaran gas radioaktif untuk masing-masing sektor arab angin sebagai fungsi jarak ditampilkan dalarn GrafIk 1 dan 2. Secara keseluruhan terlihat bahwa semakin jauh daTi calon tapak, semakin menurun besamya TIC. Hal ini sudah bisa diprediksikan sebelumnya. Titik kritis, yaitu dim ana konsentrasi polutan raioaktifnya terbesar adalah 200 m daTi pusat lepasan. Titik kritis
ini selain dipengaruhi oleh besaran fisik cerobong juga 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 pemantauan hanya berdasarkan pacta konsentrasi sebaran radioaktif dan distribusi penduduk. Sensor pemantau ditempatkan pacta wilayah yang relatif paling kritis penyebaran dengan asumsi wilayah tersebut akan mewakili seluruh wilayah dari aspek keselamatan. Dalam hat ini sensor radiasi (misalnya TLD) ditempatkan di titik 200 meter arah NNW. Selain itu sensor juga perlu ditempatkan di wilayah yang berpenduduk cukup padat yang relatif dekat dengan fasilitas nuklir. Berdasarkan data kependudukan dan sebaran radioaktif, maka sensor layak ditempatkan pacta posisi radius 1-2 km arah Selatan dimana jumlah penduduk pacta sektor dan radius ini adalah 231 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+O1 0. .1, ~ 3,E+O1 lj (3 () 2,E+O1 F
KESIMPULAN
1,E+O1Dari basil perbitungan dan analisis dapat diambil beberapa kesimpulan penting, antara lain: a. Akumulasi konsentrasi radionuklida terbesar
pada kepulan di tingkat permukaan terjadi pada jarak sekitar 200 m dari titik lepasan untuk
selurub 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!
Prosiding Peltemuan den Presentasi Ilmiah P3TM-BATAN, Yogyakalta 14-15Juli 1999
20 Buku II
b. Sebaran radionuklida sebagian besar mengarah ke arah utara (arah laut) sehingga daerah calon tapak menguntungkan dari aspek keselamatan. c. Daerah pantauan efektif adalah arah Utara Barat
Laut (NNW) pada radius 200 meter clan arah Selatan dalam radius 1-2 km.
DAFT AR PUST AKA
hujan. Faktor koreksi ini dimasukkan dalam persamaan (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 periode tertentu (longterm). Perhitungan TIC berdasarkan statistik data meteorologi, yaitu priple joint frequency (frekuensi kejadian arah angin bertiup ke arah sektor -L kelas stabilitas -j dan kelas kecepatan -k).
..t;.. Metode TIC merupakan metode perhitungan konsentrasi dalam jangka panjang don keadaan operasi normal. Metode ini telah direkomendasikan oleh IAEA.
..t;.. Untuk fasilitas nuklir, antara lain PLTN; Reaktor riser, laboratorium nuklir.
Damunir
~ Apakah persamaan
1. IAEA, IAEA TECDOC 450, Dose ~ssessment in Nuclear Power Plant Siting, Vienna (1988)
2. MARTIN. A. & S.A. HARBISON, An
introduction to Radiation protection, Science Paperbacks, New York (1979)
3. LYONS T. & B. SCOTT, Principles of Air Pollution Meteorology, Belhaven Press (1990)
4. IEAE, IAEA Safety Series 50-SG-S3,
"Atmospheric Dispersion in Nuclear Power Plants, Vienna (1980)
5. SAGENDAR J.F, J.T. GOLL & WF.
SANDUSKY, Xog dog Computer Program for Meteorological Evaluation of Routine Effluent Release at Nuclear Power Stations, US NRC,
Woshington DC (1988)
6. NewJec, Feasibility Study of The First Nuclear Power Plants at Muria Peninsula Region Central Java, Feasibility Study Report, NewJec Inc. Osaka Japan (1993) _y2 2;;z e 'e. Q c= digunakan 2nUO"yO"z
untuk mengetabui hubungan sebaran gas radioaktif dengan besar kemungkinan arab angin?
Suparman
-9- Persamaan tersebut diatas hanya digunakan untuk real time dan routine release. Arah
angin justru menjadi inputan untuk
mengetahui kJ arah mana sebarannya. H. Suntoko
}-- Dari hasil data meteo angin yang ada secara umum berarab T -B. Bagaimana dengan kesimpulan ke arab utara (ke taut) yang berjarak
7200 m? Suparman
-9- Berdasarkan pengolahan data arah angin untuk bulan Agustus 1994 -Juli 1995, arah angin dominan bertiup dari selatan (8) ke utara (N) sebesar 10,46% diikuti ke arah NNW 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-masukan jarak, arah angin, triple joint frequency,
tinggi stack, stabilitas udara, dll. TIC merupakan perhitungan konsentrasi yang diintegrasikan waktu dalam jangka panjang. .t;.. Koreksi hujan dihitung berdasarkan data
empiris dengan masukan jumlah curah
Suparman, dkk
