PERHITUNGAN NILAI SETTING ALARM ALPHA BETA AEROSOL MONITOR DI INSTALASI ELEMEN BAKAR EKSPERIMENTAL

PERHITUNGAN NILAI SETTING ALARM ALPHA BETA

AEROSOL MONITOR DI INSTALASI ELEMEN BAKAR

EKSPERIMENTAL

Budi Prayitno, Muradi, Endang Sukesi

Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN, email : ptbbn@batan.go.id ABSTRAK

PERHITUNGAN NILAI SETTING ALARM ALPHA BETA AEROSOL MONITOR DI INSTALASI ELEMEN BAKAR EKSPERIMENTAL. Perhitungan nilai setting alarm

alpha beta aerosol monitor di Instalasi Elemen Bakar Eksperimental (IEBE), telah dilakukan. Udara buang yang berasal dari kegiatan laboratorium IEBE, radioaktivitasnya selalu dimonitor sebelum dilepas ke lingkungan. Tujuan dari menghitung nilai setting alarm ini, agar udara buang yang dilepas tidak melebihi batasan baku mutu pelepasan radioaktivitas ke lingkungan. Peralatan monitor udara buang IEBE masih baru dan dipasang sejak pertengahan tahun 2011. Penggunaan alat ini untuk memonitor radioaktivitas udara buang, oleh karena itu batasan untuk alarmnya harus di setting. Untuk melakukan setting alarm, terlebih dahulu harus dihitung nilai Batasan Pelepasan Maksimum (BPM). Perhitungan nilai BPM ini, dilakukan dengan menggunakan persamaan plume Gauss dan kurva Pasquill. Dari perhitungan didapat nilai setting BPM untuk radioaktivitas alpha adalah 75 Bq/m3. Selanjutnya dari nilai BPM ini ditentukan besarnya nilai setting Batas Peringatan Dini (BPD), Batas Administrasi (BA) dan Batas Normal Operasi (BNO). Nilai setting BPD, BA dan BNO tersebut masing-masing adalah 60 Bq/m3; 45 Bq/m3 dan 22,5 Bq/m3. Untuk radioaktivitas beta, nilai settingnya 10 kali dari nilai setting radioaktivitas alpha.

Kata kunci : Batas pelepasan maksimum, kurva pasquil, persamaan plume gauss,

setting alarm, stack monitor

ABSTRACT

CALCULATION OF THE VALUE OF ALARM SETTING ALPHA BETA AEROSOL MONITOR IN EXPERIMENTAL FUEL ELEMENT INSTALLATION. The calculation of

the value of alarm setting alpha beta aerosol monitor in Experimental Fuel Element Installation (IEBE), has been done. Exhaust air from IEBE laboratory activity, radioactivity is monitored before being released into the environment. The purpose of calculating the value of setting this alarm, so that exhaust air is released does not exceed the quality standards limit the release of radioactivity into the environment. IEBE exhaust air monitor equipment was new and installed since mid-2011. The use of this equipment to monitor the exhaust air radioactivity, therefore the alarm limit to be set up. To set the alarm, it must first be calculated the value of Maximum Discharge Limits (BPM). BPM value is calculated, using the Gaussian plume equation and Pasquill curves. From the calculation, the value of BPM setting for alpha radioactivity is 75 Bq/m3. Setting the value of BPD, BA and BNO respectively is 60 Bq/m3; 45 Bq/m3 and 22.5 Bq/m3. For beta radioactivity, the value of the setting as much as 10 times the setting value of alpha radioactivity.

Keywords : Maximum discharge limit, the equation pasquill, Gaussian plume equation

alarm setting, stack monitor

PENDAHULUAN

nstalasi Elemen Bakar Eksperimental (IEBE) merupakan salah satu fasilitas laboratorium yang

dibangun di Kawasan PUSPIPTEK Serpong dan mempunyai dua fungsi pokok yaitu : memproses yellow cake menjadi serbuk UO2 nuclear grade, dan

memproduksi elemen bakar reaktor air berat (Heavy Water Reactor) jenis CIRENE dengan menggunakan bahan baku utama uranium pengkayaan rendah. Untuk mendukung Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) IEBE akan dikembangkan untuk memproduksi elemen bakar reaktor daya. Disain IEBE mampu menggunakan uranium diperkaya hingga 5% [1]. Di dalam kegiatan penanganan uranium baik dalam keadaan penanganan terbuka maupun tertutup dimungkinkan terjadinya kontaminasi zat radioaktif ke udara. Fungsi sistem ventilasi dan pengkondisian udara (VAC) di IEBE untuk menyelenggarakan pergerakan udara dari daerah berpotensi kontaminasi rendah ke daerah berpotensi kontaminasi yang lebih tinggi. Fungsi lain dari sistem ventilasi adalah untuk kenyamanan pekerja. Melalui cara pengaturan aliran udara yang benar, bahaya kontaminasi dapat dikurangi atau ditiadakan. Sistem aliran udara yang dipakai adalah sistem once through yakni mengatur udara dengan hanya satu kali lewat. Pada sistem ini dimasukkan udara luar dengan supply fan pada debit sebesar 100%. Tanpa sirkulasi ulang, udara masuk kemudian dibuang seluruhnya melalui sistem pembuangan udara (exhaust air system). Untuk mempertahankan tingkat kebersihan ruangan, udara masuk difiltrasi terlebih dahulu dengan cara melewatkannya pada suatu deretan filter (Supply filter bank) [1]. Filter ini juga berfungsi memperpanjang usia pemakaian filter udara buang.

Udara buang di IEBE dibuang melalui cerobong yang berdiameter 3,5 meter dengan tinggi cerobong 30 meter dari permukaan tanah. Dari disain kapasitas alir udara (debit) yang melalui cerobong buang sebesar 244.850 m3/jam. Buangan udara yang melalui cerobong (Stack monitor) ke lingkungan ini harus selalu dimonitor radioaktivitasnya. Sebelum dibuang melalui cerobong tersebut difilter menggunakan filter HEPA (High Efficiency Particulate Air) yang mempunyai efisiensi penyaringan minimal sebesar 99, 97% untuk partikulat berdiameter 0,3 m.

Pengambilan cuplikan udara buang sebelum dipasang alat Smart Cam seri : MAN 0070, hanya menggunakan air sampler. Kertas filter yang digunakan di air sampler kemudian dicacah dengan detektor alpha. Pada waktu pengambilan cuplikan udara menggunakan air sampler ini pernah dihitung nilai Batas Pelepasan Maksimum (BPM) untuk diameter cerobong 2 meter dan tinggi cerobong 25 meter dari permukaan tanah. Ternyata kenyataannya cerobong IEBE berdiameter 3,5 meter dan tinggi cerobong 30 meter dari permukaan tanah [1].

Sejak pertengahan tahun 2011 dipasang alat baru yaitu : Smart Cam seri : MAN 0070. Alat

Smart Cam ini mempunyai 2 (dua) channel setting untuk radiasi alpha dan beta. Masing-masing channel mempunyai 4 (empat) konfigurasi untuk pengaturan batasan setting radioaktivitas [2]. Guna mengoptimalkan operasi dari alat monitor udara buang Smart Cam ini perlu dilakukan perhitungan nilai setting batasan yang diizinkan untuk pelepasan udara yang melalui cerobong IEBE.

Gambar 1. Alat monitor udara buang Smart Cam seri : MAN 0070 di IEBE.

Setting tersebut dapat dimulai dari Batas Normal Operasi (BNO), Administrasi (BA), Batas Peringatan Dini (BPD) dan Batas Pelepasan Maksimum (BPM). Untuk mendapatkan nilai BNO, BA dan BPD tersebut harus dihitung terlebih dahulu nilai BPM. Masing masing nilai tersebut adalah untuk BNO sebesar 30 % dari BPM dan untuk BA sebesar 60 % dari BPM serta untuk BPD sebesar 80 % dari BPM. BNO adalah suatu batasan aktivitas untuk suatu radionuklida, bila hasil pantauan berada dalam batasan ini berarti instalasi beroperasi normal. BA adalah suatu batasan radionuklida, dimana apabila pemantauan berada dalam batasan ini berarti memberikan informasi telah terjadi peningkatan pelepasan radionuklida. Berdasarkan informasi BA ini Pemegang Izin (PI) dapat mengajukan pertanyaan kepada Bidang Keselamatan dan selanjutnya memberikan informasi kepada pekerja radiasi penyebab terjadinya peningkatan radionuklida tersebut. BPD adalah batasan aktivitas suatu radionuklida, bila batasan ini dilampaui PI dapat melakukan tindakan menghentikan sementara operasi dan dilakukan analisis apa penyebabnya. Hal ini dilakukan untuk pencegahan terjadinya pelepasan abnormal, sehingga dampak radiologi yang akan melampaui batasan terhadap anggota masyarakat dan

lingkungan dapat dihindari. Jika nilai BPM dilampaui PI harus menghentikan total operasi dan Instalasi dinyatakan dalam keadaan Kedaruratan Nuklir [3].

Metoda untuk menghitung nilai setting alarm alat alpha beta aerosol Smart Cam seri : MAN 0070 ini dilakukan terlebih dahulu dengan menghitung nilai BPM. Perhitungan nilai BPM tersebut dilakukan dengan mempergunakan persamaan matematik plume Gauss dan bantuan kurva Pasquill serta didukung data katagori udara di wilayah kawasan Serpong, ketentuan keselamatan kerja terhadap radiasi tentang batas pelepasan di udara serta nilai batas baku mutu zat radioaktif dilingkungan [4,5,6] . Hasil yang diharapkan dari perhitungan nilai setting alarm alpha beta ini agar udara yang dilepas melalui cerobong IEBE tidak memberikan dampak radiologi ke masyarakat dan lingkungan.

TEORI

Untuk memperkirakan besarnya penyebaran radioaktif ke lingkungan digunakan model distribusi pencemaran udara dengan persamaan plume Gauss. Metoda difusi Gauss merupakan metoda semi-empiris, artinya model dibangun berdasarkan pendekatan analitik tetapi memasukkan komponen-komponen empiris. Asumsi-asumsi penyelesaian persamaan plume Gauss ini adalah [5,6] :

▪ Distribusi penyebaran dianggap normal. ▪ Berlaku untuk sumber kontinyu bukan sesaat. ▪ Arah dan kecepatan angin di sekitar sumber

dianggap konstan.

▪ Konsentrasi maksimum di sepanjang garis pusat beluk/kepulan.

▪ Tidak ada aliran hilang dalam beluk/kepulan. ▪ Aliran dalam persamaan plume Gauss adalah

Steady state.

▪ Permukaan tanah bertindak sebagai reflektor sempurna.

Adanya asumsi asumsi tersebut, dengan demikian persamaan plume Gauss untuk konsentrasi radioaktivitas di udara pada jarak x dari titik lepas dan pada jarak y dari pusat beluk serta ketinggian z dari permukaan tanah ialah [4,5,6] : X(x,y,z)= z yσ σ u 2π Q          2 y 2 σ 2 y exp









                _           _  2 z 2 2 z 2 σ 2 H z exp σ 2 H z exp (1) dengan :

Q = laju radioaktivitas yang terlepas di udara, Bq/dt μ = kecepatan angin, m/dt.

H = tinggi cerobong, m.

y, z = parameter penyebaran horizontal dan vertikal dari kurva Pasquill, m.

X(x,y,z) = konsentrasi radioaktivitas di udara pada titik (x,y,z) dari titik lepas, Bq/m3.

Konsentrasi radioaktivitas maksimum diperoleh jika y = 0 dan z = 0, sehingga persamaan (1) menjadi : X(xmax,0,0)= z y max σ σ u π Q















₂ z 2

σ

2

H

exp

(2)

Untuk besarnya radioaktivitas yang terdeposit adalah :

W(x,0,0)=X(x,0,0)Vd (3) dengan :

Vd = kecepatan deposit dalam m/dt, nilainya bervariasi antara 0,001 m/dt sampai dengan 0,01 m/dt, untuk partikulat bernilai 0,002 m/dt [3]

Jatuhan maksimum yang terjadi dari cerobong buang dapat ditentukan dari persamaan (2) diturunkan terhadap x sehingga :

0 dx dX  didapat : c ln 2 H -ln 2 -X Ln ₂ z 2 2 z     (4)

dengan c konstanta maka :

0 dx d H 2 dx dX X 1 z 3 z 2 z                (5)

Penyelesaian dan penyederhanaan persamaan (5) didapat :

2 H z

 (6)

y, z = parameter penyebaran horizontal dan vertikal dari kurva Pasquill, dalam satuan m.

Dengan diketahui tinggi cerobong dari permukaan tanah dapat ditentukan harga z dari dari persamaan (6). Nilai y dan z dicari dari kurva Pasquill pada Gambar 2 tentang hubungan antara jarak dari sumber dengan koeffisien dispersi vertikal (z) dan horizontal (y). Pemakaian persamaan (2) perlu memperhatikan katagori stabilitas atmosfer (A s.d. F) [3,4,5]. Untuk daerah Serpong dipakai kategori D dengan kecepatan angin berkisar 4 m/dt [3,7]. Selanjutnya nilai BPM dapat dihitung setelah didapat nilai laju radioaktivitas yang terlepas di udara Qmax dalam satuan Bq/jam dan diketahui kapasitas alir udara (D) yang melalui cerobong IEBE (sebesar 244.850 m3/jam). BPM dihitung dengan menggunakan persamaan :

D Q

dengan :

BPM = Batas Pelepasan Maksimum dalam satuan Bq/m3

Qmax = Laju radioaktivitas maksimum yang terlepas di udara dalam satuan Bq/jam

D = Kapasitas alir udara yang melalui cerobong IEBE dalam satuan m3/jam).

Tabel 1. Kategori kelas kestabilan atmosfer berdasarkan Pasquill [3,,5,7]

Kec. angin permukaan , (m/dt)

Siang hari Malam hari Kua t Sedan g Lema h Berawa n Cera h < 2 A A-B B G G 2 A-B B C E F 4 B B-C C D E 6 C C-D D D D > 6 C D D D D TATA KERJA

Untuk menentukan nilai BPM radiasi alpha dan radiasi beta udara buang IEBE dilakukan langkah-langkah sebagai berikut : Gunakan persamaan (6) dengan memasukkan tinggi cerobong IEBE setinggi 30 meter, didapat nilai z = 21,213 m. Selanjutnya setelah nilai z didapat, gunakan kurva Pasquill pada Gambar 2 untuk kategori D, didapat jarak maksimum penyebaran radioaktif terjadi pada jarak 420 m ( xmax = 420 m ) dari cerobong IEBE. Dari sebesar xmax = 420 m ini ditentukan nilai y dengan menggunakan kurva Pasquill pada Gambar 2 hubungan antara sumber dengan koefisiensi dispersi, didapat nilai y = 35 m. Langkah berikutnya masukkan nilai X(xmax,0,0) = 0,2 Bq/m3 (Nilai 0,2 Bq/m3 diambil dari baku tingkat radioaktif di lingkungan ; Surat Keputusan Kepala BAPETEN nomor : 02/Ka-BAPETEN/V-1999, untuk U235 dan U238 bersifat tak larut). Selanjutnya ditentukan nilai Qmax dengan menggunakan persamaan (2), masukkan nilai X(xmax,0,0) dalam satuan Bq/m3, H dalam satuan m dan harga y z dalam satuan m serta kecepatan rata-rata angin (u) di Serpong sebesar 4 m/detik didapat nilai Qmax = laju radioaktivitas yang terlepas di udara dalam satuan Bq/dt sebesar 5069,697 Bq/dt. Langkah terakhir gunakan persamaan (7) dan ambil debit udara yang melalui cerobong IEBE sebesar 244.850 m3/jam didapat nilai BPM radiasi alpha dan untuk nilai BPM radiasi beta harganya 10 x nilai BPM radiasi alpha.

D Q BPM max = /dt m 3600 244.850 Bq/dt 5069,697 3 = 74,539 Bq/m3 = 75 Bq/m3

HASIL DAN PEMBAHASAN

Perhitungan Batas Pelepasan Maksimum zat radioaktif dari stack monitor IEBE menggunakan persamaan (1). Dari persamaan (1) tersebut, konsentrasi radioaktivitas akan maksimum jika nilai y = 0 dan nilai z = 0, sehingga persamaan (1) menjadi persamaan (2). Selanjutnya masukkan nilai X(xmax,0,0) dalam satuan Bq/m3, H dalam satuan m dan harga y z dalam satuan m serta kecepatan rata-rata angin (μ) di Serpong sebesar 4 m/detik , didapat nilai Qmax = laju aktivitas radioaktif yang terlepas di udara dalam satuan Bq/dt. Namun terlebih dahulu harus dicari besarnya jatuhan maksimum yang terjadi dari cerobong IEBE yang ditentukan dari persamaan (6), dengan memasukkan nilai tinggi cerobong IEBE setinggi 30 meter didapat nilai z = 21,213 m. Selanjutnya dengan menggunakan kurva Pasquill pada Gambar 2, untuk katagori D pada jarak maksimum penyebaran radioaktif terjadi pada jarak 420 m (xmax = 420 m) dari cerobong IEBE. Selanjutnya nilai xmax = 420 m ditentukan nilai y menggunakan kurva Pasquill pada Gambar 2 hubungan antara sumber dengan koeffisiensi dispersi didapat nilai y = 35 m. Nilai X(xmax,0,0) diambil dari baku tingkat radioaktif di lingkungan untuk U235 dan U238 bersifat tak larut sebesar 0,2 Bq/m3 [8] . Untuk wilayah kawasan Puspiptek dipakai katagori D dengan kecepatan angin rata-rata (μ) berkisar 4 m/dt. Langkah selanjutnya memasukkan besaran-besaran yang telah diketahui ini pada persamaan (2) dan akhirnya didapat nilai laju radioaktivitas yang terlepas di udara Qmax sebesar = 5069,697 Bq/dt. Mengingat kapasitas alir udara (debit) yang melalui cerobong buang IEBE sebesar 244.850 m3/jam. Selanjutnya Batas Pelepasan Maksimum radiasi α dari cerobong buang IEBE dihitung dengan menggunakan persamaan (7) dan hasilnya didapat sebesar 75 Bq/m3 , untuk radiasi beta sebesar 10 kali nilai BPM radiasi α yaitu sebesar 750 Bq/m3

. Selanjutnya dari BPM radiasi alpha sebesar 75 Bq/m3 ini dapat diturunkan Batas Normal Operasi radiasi alpha (BNO), Batas Administrasi radiasi alpha (BA) dan Batas Peringatan Dini radiasi alpha (BPD) yang masing masing ditetapkan sebesar 30 %, 60 %, dan 80 % dari BPM [3]. Nilai Batas Administrasi (BA) untuk radiasi alpha sebesar 45 Bq/m3 ini dapat digunakan untuk setting nilai pre alarm alat alpha beta aerosol stack monitor IEBE dan nilai Batas Peringatan Dini (BPD) radiasi alpha sebesar 60 Bq/m3 dapat digunakan untuk setting main alarm alat alpha beta aerosol stack monitor IEBE. Hasil dari perhitungan nilai setting untuk alat Smart Cam seri : MAN 0070 yang terdapat di IEBE ditabelkan pada Tabel 2.

Selanjutnya untuk setting BA radiasi beta dan BPD radiasi beta diambil sebesar 10 kali [9] dari nilai BA radiasi alpa dan BPD radiasi alpha. Penggunaan hasil perhitungan nilai setting radioaktivitas alpha dan beta ini untuk dipakai sebagai batasan pelepasan udara buang IEBE, sehingga diharapkan tidak akan memberikan dampak radiologi ke masyarakat dan lingkungan di sekitar IEBE.

Gambar 2. Hubungan antara jarak dari sumber dengan koeffisien dispersi vertikal (z) dan horizontal (y) [4,5]

Tabel 2. Hasil perhitungan nilai setting untuk alat Smart Cam seri : MAN 0070 di IEBE Batas Operasi Nilai Setting Radioaktivitas Keterangan , (Bq/m3) , (Bq/m3) BPM 75 750 Dihitung dari pers. Plume Gauss dan kurva Pasquill BPD 60 600 80 % dari BPM BA 45 450 60 % dari BPM BNO 22,5 225 30 % dari BPM KESIMPULAN

Hasil perhitungan nilai setting alarm alpha beta monitor di stack monitor untuk pelepasan radioaktivitas alpha dan beta di IEBE yang dilepas kelingkungan adalah sebagai berikut : Nilai Batas Operasi Normal sebesar 22,5 Bq/m3, Nilai Batas Administrasi sebesar 45 Bq/ m3 untuk setting nilai pre-alarm radiasi alpha dan Nilai Batas Pelepasan Dini sebesar 60 Bq/m3 untuk setting main-alarm radiasi alpha di stack monitor IEBE. Setting untuk BNO, BA dan BPD radiasi beta sebesar 10 kali dari nilai BNO, BA dan BPD radiasi alpha. Kedaruratan Nuklir yang disebabkan oleh lepasan udara buang dari stack monitor IEBE terjadi apabila melampaui BPM untuk radiasi alpha sebesar 75 Bq/m3 dan radiasi β sebesar 750 Bq/m3

. Dengan setting pre alarm dan main alarm tersebut, diharapkan kegiatan operasi di IEBE tidak memberi dampak ke masyarakat dan lingkungan.

DAFTAR PUSTAKA

1. PUSAT ELEMEN BAKAR NUKLIR, “Laporan Analisis Keselamatan Instalasi Elemen Bakar Eksperimental”, Revisi 6, PEBN, Serpong, Tahun 2007

2. LAB. IMPEX SYSTEMS, Smart Cam man-0070 isue 1.7 Operation and maintenance manual, England

3. ERWANSYAH L., “Faktor Penyebaran Zat Radioaktif Yang Terlepas Ke Atmosfer Di Daerah Batan Serpong”, Majalah Batan Vol. 23 no : 1, Tahun 1990

4. TAKEISHI, MINORU, “Determination of Derived Emission Limits for Airborne and Liquid” , PNC,JAERI, Japan,1996.

5. JOHN R. LAMARSH, “Introduction to Nuclear Engineering”, Addison-Weley publishing company, New York, 1975.

6. BUDI PRAYITNO, ”Penentuan Nilai batas Pelepasan Maksimum (BPM) Untuk Radiasi Alpha Dan Beta Udara Buang Instalasi Elemen bakar Eksperimental”, Prosiding Seminar Nasional Penelitian Dan Pengelolaan Perangkat Nuklir ISSN : 1410-8178, Yogyakarta, Tahun 2007.

7. BADAN TENAGA ATOM NASIONAL, “Pedoman Umum Penanggulangan Kedaruratan Nuklir di Lokasi Batan di Kawasan Puspiptek Serpong”, BATAN, Serpong,1987.

8. BADAN PENGAWAS TENAGA NUKLIR, “Baku Tingkat Radioaktif di Lingkungan”, BAPETEN nomor : 02/Ka-BAPETEN/V-1999, Tahun 1999.

9. ANONIM, “Surat Keputusan Kepala Badan Pengawas Tenaga Nuklir nomor : 01 /Ka-BAPETEN /V-1999 tentang Ketentuan Keselamatan Kerja Terhadap Radiasi”, BAPETEN, Jakarta, Tahun 1999.