THE MIGRATION BEHA VIOUR OF CAESIUM-I37 ON THE SOILS OF MURIA PENINSULA AS

ISSN 0216 -3128

Ngasifudin, dkk 99

Ngasifudin, Herry Purnomo daD Endro Kismolo Puslitbang Teknologi Maju BATAN, Yogyakarta

ABSTRAK

SIFAT MIGRASI CESIUM-137 PADA TANAH DI DAERAH MURIA SEBAGAI KA WASAN CALON TAPAK PLTN. Telah dilakukan peltelitian tentang kinetika don migrasi Cesium-137 pada tanah di daerah Muria sebagai kawasan colon tapak PLTN. Proses migrasi Cesium di tanah sangat dipengaruhi oleh sifatfisik dan kimia tanah, dan lingkungan dimana terjadi proses solpsi. Data-data mengenai sifat fisik dan kimia suatu daerah serlo faktor retardasi radioltuklida pada daerah tersebut sangat diperlukan untuk dapat mempelajari ntigrasi radionuklida dalant belttuk ntodel,natematis. Hasil penelitian yang diperoleh yaitu porositas : 0,479 -0.566; kecepatalt aliran Terata air: 5,91 x 104 -4,48 X 10-2 cm/detik; dispersivitas longitudinal: 0,030 -0,241 cm; koefisien dispersi longitudinal: 4,96 x 105 7.69 X 103 cm2!detik danfaktor retardasi : 2,30 -3.39.Hasil analisis Susunan tanah mineral yang berupa persentase POSiT, lempung, debu don kadar lengas pada kedalamalt 0-30 cm rata-rata berkisar : POSiT 53,17%. lempung 10,48%, debu 36,37% don kadar lengas 2,58%.

ABSTRACT

THE MIGRATION BEHA VIOUR OF CAESIUM-I37 ON THE SOILS OF MURIA PENINSULA AS

THE AREA OF NUCLEAR POWER PLANT SITE'S CANDIDATE. The research on kinetic and

migration of Caesium-137 on the soils of Muria Peninsula as the area of Nuclear Power Plant site's

candidate have been done. The migration process of cesium in soil is influenced by physical and chemical

properties of soil and environment in which the sorption process is occured. These physics and chemical properties data and radionuclide retardation factor in such area are needed on the study of mathematic models of radionuclide migration. The experiment results are, porosity.. 0.479 -0.566; the water flowrate average.. 5.91 x 10.4 -4.48 X 10-2 cmlsecond; the longitudinal dispersivity ..0.030 -0.241 cm; the coefficient of longitudinal dispersivity ..4.96 x 10-5 -7.69 X 10-3 cm2/second and retardation factor.. 2.30

-3.39. The result of minerals content of soils for the depth 0-30 cm in average is in the range of.. for sand

53.17%. for clay 10.48%. for dust 36.37% and moisture 2.58%.

Kata kunci: Ungkungan. Migrasi Cs-137

dengan padatan suatu radionuklida berhubungan dengan prinsip serapan atau sorpsi( 1,2). Sedangkan kecepatan dan mekanisme sorpsi sangat dipengaruhi oleh media adsorben dan adsorbatnya. Diselidiki pula pengaruh dari vegetasinya di lingkungan. Bila pencemaran terjadi disekitar instalasi, bukan tidak mungkin pencemaran tersebut disebabkan oleh zat radioaktif. Untuk menanggulangi pencemaran air tanah maka perlu dipelajari terlebih dahulu luas penyebaran zat pencemar pada daerah tersebut, setelah itu baru ditentukan langkah penanggulangannya. Kemungkinan yang paling besar untuk zat radioaktif dari siklus bahan bakar tertutup masuk ke dalam biosfer adalah berbentuk gas dan limbah radioaktif cair (3,4). Selama beroperasinya reaktor nuklir atau pabrik olah ulang bahan bakar bekas, wadah penyimpanan limbah radioaktif mungkin mengalami kerusakan, begitu pula pipa-pipa untuk transport limbah radiaktif dapat mengalami kebocoran. Dalam waktu yang lama zat

PENDAHULUAN

P enyebaran dan akumulasi radionuklida ke lingkungan harus selalu dipantau agar

pencemaran lingkungan menjadi sekecil mungkin. Pemantauan dan pengelolaan limbah radioaktif latar rendah biasanya dilakukan dengan jalan memantau air laut dan tanah serta permukaannya. Pada proses pengelolaan limbah radioaktif latar rendah, sifat-sifat migrasi atau perpindahan radionuklida pada lapisan tanah sangat renting diketahui untuk menentukan tingkat keselamatannya.

Pada umumnya proses sementasi telah ban yak digunakan untuk pengolahan dan pemadatan limbah radioaktif latar rendah. Kemungkinan yang terjadi pada penyimpanan limbah dibawah tanah adalah perpindahan zat cair ke lapisan tanah sekitar, dan diperkirakan pH rase caimya menjadi alkalis. Kondisi pH akan mempengaruhi proses perpindahan radionuklida pada lapisan tanah. Proses interaksi antara larutan

Prosldlng Pertemuan den Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan den Teknologl NUKllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

ISSN 0216. 3128

100

Ngasifudin, dkk.

BAHAN DAN METODA

radioaktif tersebut akan terserap akar-akar tanaman atau masuk ke dalam air permukaan atau air tanah.

Menurut DLOUHY (5), tanah mempunyai pengaruh yang sangat penting dalam perpindahan zat radioaktif ke biosfer. Zat radioaktif dapat terserap tanah. Mekanisme reaksi antara radionuklida dan tanah sangat bervariasi dan dipengaruhi sejurnlah faktor yang tergantung pacta sifat-sifat tanah, radionuklida dan lingkungan dimana terjadi proses sorpsi. Radionuklida Cs-137 merupakan hasil fisi bahan bakar nuklir, dengan waktu para 30,0 tahun dan mempunyai radio-toksisitas yang tinggi. Penyimpanan limbah yang mengandung radionuklida ini pacta aktivitas yang rendah dapat dilakukan dengan sistem tanah dangkal. Dalam susunan penyimpanan limbah tersebut resiko potensial yang dapat terjadi ialah penyebaran radionuklida ke biosfir akibat kerusakan barier buatan oleh pecan air tanah setelah peri ode pengungkungan. Barier buatan tersebut berupa imobilisasi limbah, wadah tahan korosi serta bahan urug. Formasi tanah sekitar tapak penyimpanan limbah tersebut selanjutnya merupakan barier fundamental bagi penyebaran radionuklida. Beberapa tahun terakhir ini dari literatur-literatur (5-14) terlihat bahwa para peneliti semakin banyak menggunakan model matematis dalam mempelajari migrasi radionuklida. Mereka mendasarkan pacta persamaan model rnigrasi (15) radionuklida dalam sistem air yang melewati media porous, yang secara matematis dalam bentuk dua dimensi dapat ditulis sebagai berikut :

A. Bahan dan alat

1. Peralatan yang dipergunakan

Pemanas

(oven), peralatan

penggerus, peralatan

pengayak,

neraca analitis, peralatan gelas, pipet

tetes, penggaris,

buret, statip, "Stop watch", alat

cacah LBC dan "ORTEC", tabung kolom gelas,

pengaduk

listrik dan lampu pengering.

2. Bahan yang dipergunakan

Sampel tanah, larutan Cs-137, larutan CsCI, akuades, glass wool dan pecahan kaca.

B. Metoda

Pengambilan sampel tanah

Dipersiapkan tempat sampel tanah dan diberi tanda asal lokasi pengambilannya. Permukaan

lokasi yang akan diambil sampel tanahnya terlebih dahulu dibersihkan dari rerumputan dan kerikil yang ada. Sampel tanah diambil dari kedalaman 0-30 cm.

2. Pengeringan sampel tanah

Masing-masing sampel tanah dimasukkan ke dalam mangkok yang telah diberi tanda tempat pengambilan tanah dan ditimbang. Sampel tanah dimasukkan ke dalam oven selama 7 jam pacta suhu 105°C. Setelah dioven sampel tanah ditimbang dan kemudian sampel tanah dalam mangkok dipanasi lagi. Proses di alas diulangi lagi sampai diperoleh berat sampel yang tanah konstan.

3. Penggerusan

daD pengayakan sampel tanah

Sampel tanah yang sudah kering digerus sampai diperoleh ukuran kerikil kasar. Sampel tanah digerus lagi setelah kerikil kasarnya dipisahkan memakai ayakan kasar. Saringan yang akan dipakai dibersihkan terlebih dahulu. Saringan yang sudah bersih disusun dengan urulan susunan sebagai berikut : paling bawah ayakan dengan diameter 75 11m, kemudian di atasnya dengan diameter ISO 11m, 180 11m, dan 250 11m. Sampel tanah yang sudah digerus dimasukkan ke dalam mesin pengayak yang lelah lersusun seperti di alas. Mesin pengayak dihidupkan selama 30 menit. Hasil pengayakan diambil dari masing-masing bagian pengayak sehingga diperoleh ukuran butiran < 75 11m, 75 -ISO 11m.

ISO -180 11m clan > 180 11m. Dalam hal ini untuk mendapatkan nilai

parameter-parameter di alas dalam suatu daerah tertentu perlu dilakukan suatu eksperimen. Sehingga nantinya berdasar parameter-parameter yang diperoleh bisa diaplikasikan dalam suatu

bentuk model migrasi radionuklida.

Untuk mempelajari masalah tersebut secara langsung dilapangan, diperlukan penelitian lanjut tentang kinctika migrasi radionuklida dan pada penelitian ini akan diperlakukan terhadap radionuklida Cesium-l 37 .

-~

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknoiogl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

Ngasifudin, dkk. _{ISSN 0216 -3128}

101

4. Pembuatan larutan Cesium bertanda

_{Cesium mengalir ke dalam kolom tanah. Debit}

aliran larutan Cesium diatur dengan mengatur kran buret sehingga ketinggian larutan Cesium senantiasa konstan. Larutan yang keluar dari kolom di tampung dengan vial yang telah diberi nomor urut dan diambil tiap 2,5 mi.

Ditimbang CsCl sebanyak 16,84 g kemudian dimasukkan dalam beker gelas 1000 ml dan ditambah akuades sampai volumenya mencapai 1000 mI, sehingga diperoleh larutan Cesium dengan konsentrasi 0,1 M. Larutan CsCI stabil tersebut ditambah beberapa 1.11 larutan Cs-137 dan diaduk memakai magnetik stirer. Setelah diperoleh larutan Cesium bertanda diambil 100 1.11 dimasukkan ke dalam planset, dikeringkan dan dicacah memakai detektor GM. Selanjutnya langkah tersebut diulangi sampai diperoleh aktivitas jenis larutan Cesium bertanda sebesar :t 150 cpm/ 1001.11.

9. Pencacahan larutan keluran dari kolom

tanah

Dipersiapkan planset clan diberi nomor sesuai dengan nomor urut keluaran larutan daTi kolom tanah. Dari masing-masing sampel larutan keluaran kolom tanah diambil sebanyak 100 III clan dimasukkan ke dalam planset, kemudian dikeringkan memakai lampu pengering. Setelah kering masing-masing planset di cacah memakai detektor OM selama 5 menit.

5. Penyiapan kolom tanah

Kolom gel as diisi pecahan kaca dan glass wool secukupnya. Masukkan sampel tanah yang telah diayak seberat 25 gr ke dalam kolom gel as. Tanah yang masuk kolom gelas dipadatkan dengan cara mengetok-ngetok pelan-pelan bagian luar dinding kolom gelas. Kolom gelas dipasang pada statip dan di atasnya dipasang buret.

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Analisis Susunan mineral tanah

Hasil analisis susunan tanah mineral berupa persentaSe pasir, lempung, debu dan Kadar lengas (KL) untuk kedalaman 0-5 cm adalah seperti tersaji pada label dibawah ini.

6. Penjenuhan kolom tanah

Buret diisi akuades sarnpai penuh. Kran buret dibuka clan setelah akuades rnengalir kedalarn kolorn tanah sebanyak 25 rnl kran buret ditutup. Langkah-langkah di atas diulangi sarnpai kolorn tanah jenuh. artinya tercapai suatu kondisi dirnana jurnlah 'akuades yang rnasuk ke dalarn kolorn tanah sarna dengan jurnlah akuades yang keluar.

Tabell. Komposisi

mineral tanah

Kode

% Pasir %

~empung

%

Debu

50,22

33,99

31,68

29,60

%KL

TJ

GG

BY

LA

37,01 55,18

59,60

60,79

12,77

10,83

8,72

9,61

2,30

2,58

2,50

2,92

7. Penentuan permeabilitas tanah

Kran kolom tanah ditutup dan diisi akuades sampai ketinggian 20 cm daTi dasar kolom tanah (H). Kran kolom tanah dibuka, sehingga akuades mengalir pada kolom tanah dan ditampung dengan erlenmeyer 25 mI. Pada saat membuka kran "stop watch" dihidupkan. Kran buret di alas kolom tanah yang berisi akuades dibuka untuk menjaga agar ketinggian permukaan akuades pada kolom tanah senantiasa konstan. Pada saat akuades yang tertampung pad a erlenmeyer tepat 25 ml, stop watch dimatikan dan dicatat waktunya. Langkah-langkah di alas diulangi tiga kali.

Keterangan : TJ = Tanjung Jati BY = Bayuran

GG = Grenggengan

LA = Lemah Abang

Dari tabel I terlihat bahwa komposisi mineral tanah di daerah Muria mengandung ban yak pasir dan debu dengan kadar lengas yang relatif kecil. Hal ini disebabkan lokasi daerah tersebut berada di kawasan pantai.

2. Koefisien Distribusi pada berbagai nilai

pH

Hasil perhitungan koefisien distribusi pada beberapa nilai pH untuk tanah dengan ukuran butiran 75-150 IJm untuk kedalaman 0-5 cm; 5-10 cm dan 15-20 cm disajikan dalam label 2,3 dan 4.

8. Penentuan koefisien distribusi daD faktor

retardasi Cesium pada kolom tanah.

Burel yang berisi akuades diambil dan diganti dengan buret lain yang diisi larutan Cesium berlanda. Kran buret dibuka sehingga larutan

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

102

_{ISSN 0216-3128}

Ngasifudin, dkk.

Tabel 2. Harga Kd pada kedalaman 0-5 cm,

ukuran butir 75-150 /-lIn

Tabel 7. Harga Kd pada kedalaman 15-20 cm,

_{ukuran butir 150-180,um}

busi,

pH ~ __K~fisien

D~buSi, Kd~g:}

Koefisien

Dis~busi, K~rnl/g)

pH

TJ

_~~~

~

1,89

BY

~

~~

~

LA

~~

~

3.43

W

TJ

7,9

7,2

6,7

~

GG~

~~

1,82

BY

b1.:::!

~

~

1,5

LA

~

12i-

~

~36

Q

Zd

~

~

~

~~

4,25

3.2~2.81

2,6~

2,31

Secara gratis harga koetisien distribusi disajikan dalarn garnbar I dan 2.

Kd

Tabel 3. Harga Kd pada kedalaman 5-10 cm,

ukuran butir 75-150 pm

Kedalaman tanah 15-2OCm Ukuran butir 1SD-180um

l~~

(mY,l!)

pH I KoeI:SI~QiS!!:~ TJ

~

~

~

3,78

GG

~~

~

~7

BY

~

}.;!!:!.

~

3,43

LA

~

~

~

1,37

i

"C ~ '~ .0 '0

~

7.9-2d

~

~5

~ c .~

~

0 7.9 Tabel 4. Harga Kd pada kedalaman J 5-20 cm,

ukuran butir 75-J50.um

pH

Gambar 1. Koefesien distribusi pada berbagai pH :busi, Kd (m]/gl

pH I~oe~sien

_TJ

_~

~

~

1J..f:!

3,47

GG~~

~

3.32

BY

m

~~

~7.

LA

~

-1.:?2-~

3,16

Kedalaman tanah 0-5; 5-10 don 15-2Ocm Ukuran butir 150-1801""

7,9

7,2

_';, ~ g '0 ~

_~,7

~

Tanjung Jati DGrenggengan 0 Bayuran .Lemah Aban~

Hasil penghitungan koefisien distribusi pada beberapa nilai pH untuk tanah dengan ukuran butiran 150-180 ~m untuk kedalaman 0-5 cm, 5-10 cm dan 15-20 cm disajikan dalam tabel 5, 6, dan 7.

~

1

j

~

Q = -! c c ~ :2 7.97.26.75.5 7.97.26.75.5 7.97.26.75.5 pH

Gambar 2. Koefesien

distribusi pada berbagai pH

Tabel 5. Harga Kd pada kedalaman 0-5 cm,

ukuran butir 150-180.wn

Koefisien Distr ._~_~busi. (.ml/~>.

TJ I

GG

,

,

-1d-.:?;&

M

2,1

BY

~

~

~

1.8

LA

~

~

~

~

7.9

~

_~

~

2,5

3. Kecepatan aliran

air

dan Koefisien

distribusi.

Dari Tabel 2-7 clan Gambar I clan 2 terlihat bahwa secara umum semakin kecil ukuran partikel tanahnya akan mempunyai koefisien distribusi yang semakin besar, dan harga koefisien distribusinya semakin kecil dengan menurunnnya harga pH.

7,2

~

5,5

Tabel 6. Harga Kd pada kedalaman 5-10 cm,

ukuran butir 150-180}in!

~

~

H Koefisien Distribusi, Kd (mUg)

P TJ GG BY LA

7,9 3,35 3,05 2,82 2,51 7,2 2,99 2,72 2,47 1,92 6,7 2,73 2,49 2,29 1,79 5,5 2,44 1,98 1,68 1,48

Darcian dengan tinggi larutan Cesium 5 CI partikel ukuran <75 mm dan setinggi 4 CI partikel tanah ukuran > 75 mm. Koefisien pada kolom tanah dihitung berdasarkar perubahan konsentrasi relatif antara etluen

Kd

Ngasifudin, dkk. ISSN 0216 -3128 103

KESIMPULAN

---influen-nya versus waktu seperti disajikan pada Garnbar 3 clan 4.

Dari Garnbar 3 clan 4, maka untuk masing-masing kolom tanah akan dapat ditentukan nilai to.o,

to,5 clan tl.O' Dengan data-data itu dapat dihitung nilai dispersivitas clan koefisien dispersinya.

+-+-I-':::

~

c

..

~

c ; ~ (oj

I.l~

3 5 7 9 11131517192123252729 Sumpel ke-n

-Gambar 3. Perubahan Konsentrasi Migrasi 137 pada kolom 1 12 1 08 O. O. o.

I~;

L1

~~

.-.

_{I 3 5 7 9 ..13 I~ 17 .9 11 13 15 17 19} Sampel k.-n

UCAPAN TERIMAKASIH

Gambar 4. Perubahan Konsentrasi Migrasi Cs-J37 pada k%m J

Penulis mengucapkan terimakasih kepada star PLKL daD Proteksi Radiasi BK3 yang telah ban yak membantu dalam menyelesaikan penelitian ini.

5. Aktivitas pada tumbuhan

Aktivitas radionuklida Cesium pada tumbuhan disajikan pada Tabel 8. Terlihat bahwa daTi jenis tumbuhan yang berhasil di sampling terlihat bahwa algae mempunyai aktivitas ynag relatif lebih tinggi dibanding yang lain. Hal ini disebabkan tumbuhan algae mempunyai kapasitas serap lebih besar dibanding rumput laut. Sedangkan ketela pohon yang berada di daratan mempunyai aktivitas lebih kecil, karena untuk wilayah Indonesia akumulasi radionuklida di laut lebih besar dibanding di daratan.

Tabel 8. Aktivitas Cs-J37 pada beberapa turn

buhan

DAFfARPUSTAKA

I. TAKEMOTO, H., WADACHI, Y., JAERI-M-8044, 1979.

2. OGAWA, H., Journal of Nuclear Science and Technology, 26(5), 530-535, 1989.

3. MIHOK, S., SCHWARTZ, B. and WIEWEL, A.M., Health Physics, Vol. 57, No.6, 959-966, 1989.

4. BAVER, L.D., "Soil Physics", third edition, John Wiley & Son Inc., New York, 1972. 5. DLOUHY, Z., "Disposal of Radioactive

Wastes", Elsevier Scientific Publ. Co., New York, 1982.

Prosldlng Pertemuan den Presentasillmiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002

ISSN 0216 -3128 Ngasifudin, dkk.

104

6. CONNOLLY, T.J., "Foundation of Nuclear Engineering", John Wiley & Son Inc., New York, 1978.

7. DAJAN, A., "Pengantar Metode Teknik Statistik Jilid I, LP3ES, Jakarta, 1976.

8. DARMAWIJAYA, M.I., "Klasifikasi Tanah", Balai Penelitian Teh dan Kina Gambung,

Bandung,1980.

9. BUCKMAN, H.O., "The Nature and Properties of Soil", The Macmillan Company, New York,

1969.

10.ERBANG, H., "Migration of Nuclides in the Environment", Regional Training Course for Asia and the Pasific Region on Environmental Monitoring and Assesment of Nuclear Facility, China Institute for Radiation Protection, Taiyuan, Shanxi, 1991.

11.GUVEN, R. W., "Analysis and Interpretation of Single-Well Tracer Test in Stratified Aquifer", Water Resourcer Research, Volume 21, May

1985 Number 5, American Geophysical Union,

1985.

12.HANS, B., "Nuclear Power the Environment and Man", Information Booklet Prepared Jointly by IAEA and WHO, Austria, 1982. 13.HARTMANN, R., "Methods for Soil Physical

Analysis", State University of Gent, Faculty of Agricultural Sciences Department of Soil Physics, Gent, 1980.

14.HERBERT, P.W. and MARY,P.A., "Introduction to Ground Water Modelling", W.H. Freeman and Company, San Fransisco,

1982.

Ngasifudin

.Model matematika untuk migrasi radionuklida sangat berguna untuk mendeteksi letak suatu radionuklida dalam tanah akibat adanya aliran air bawah tanah.

.Syarat-syarat khusus terhadap tanah untuk parameter kimia dan fisikanya antara lain harus mempunyai harga-harga tertentu untuk nilai ..koefisien distribusi. faktor retardasi, kecepatan alir dsb. Disamping syarat umum antara lain harus tahan gempa, jauh dari lokasi pemukiman dsb.

Moch. Setyadji

...Mohon penjelasan makna sifat migrasi dari mana dan bagaimana cara mendapatkan hasil penelitian porositas, kecepatan aliran, dispersivitas dll.

Ngasifudin

.Sifat migrasi meliputi parameter-parameter: kecepatan laju alir, faktor

retardasi, permeabilitas dsb.

.Cara mendapatkan hasil penelitian dari parameter-parameter tersebut ada pada

tala kerja dan hasil.

M. V Purwani

..Apa yang menyebabkan perbedaan migrasi Cs-137 dalam bermacam-macam tanah (pada tanah itu mengandung apa ! ).

..Model matematis akan berbeda sampai tahap tertentu dan keadaan tanah tertentu pula.

TANYAJAWAB

A.N Bintarti

..Apa kegunaan mengetahui migrasi radionuklida dalam model matematika terhadap tanah di daerah kawasan calon tapak PL TN ? Adakah syarat-syarat khusus terhadap tanah untuk pendirian PL TN ?

Ngasifudin

.Adanya perbedaan migrasi Cs-/37 dalam bermacam-macam tanah karena disebabkan adanya kandungan logam-logam lain dalam tanah dan juga adanya mikroba yang ada dalam tanah

.Model mematika akan berbeda sampai tahap tertentu dan keadaan tanah tertentu pula

-Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002