*) Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN 151 DEKONTAMINASI PERALATAN STAINLESS STEEL
TERKONTAMINASI CESIUM-137 DENGAN SILIKON ASETAT Sutoto*)
ABSTRAK
DEKONTAMINASI PERALATAN STAINLESS STEEL TERKONTAMINASI CESIUM-137 DENGAN SILIKON ASETAT. Peralatan dan instrumen nuklir banyak terbuat dari bahan baja tahan karat (stainless steel) yang tahan korosif dan berkekuatan mekanik tinggi. Maintenance peralatan adalah kegiatan yang dilakukan untuk meningkatkan keselamatan proses. Pada kegiatan tersebut dimungkinkan adanya penggantian suku cadang atau perbaikan yang langsung melibatkan pekerja, sehingga sebelumnya harus dilakukan dekontaminasi awal. Fungsi dekontaminasi untuk menurunkan tingkat radiasinya, sehingga tidak membahayakan lingkungan. Berkaitan dengan hal tersebut, maka dilakukan percobaan dekontaminasi peralatan stainless steel yang terkontaminasi Cs-137. Percobaan dilakukan dengan pembuatan sampel simulasi keping stainless steel tebal 4 mm dan berbentuk lingkaran dengan diameter 5 cm yang kemudian dikontaminasi dengan larutan Cs-137 beraktivitas 2,85 Bq/ml. Variasi pengkontaminasi sampel dibuat dengan cara meneteskan sejumlah volume tertentu larutan Cs-137 ke permukaan dan dikeringkan dibawah lampu pengering. Tingkat radioaktivitas masing-masing sampel ditentukan secara spektrometri gamma dan kemudian didekontaminasi. Dekontaminasi baja tahan karat dilakukan dengan cara mengoleskan silikon asetat ke permukaan sampel dan ditunggu selama 3 jam untuk pengeringan. Selanjutnya silicon coated yang terbentuk dikelupas dan dianalisis tingkat radioaktivitasnya. Hasil yang didapatkan adalah nilai faktor dekontaminasi untuk kontaminan Cs-137 yang menempel di stainless steel adalah relatif rendah yaitu berkisar antara 1,61 sampai 4,13. Pasta silikon asetat dapat dipakai untuk mendekontaminasi peralatan stainless steel yang terkontaminasi Cs-137.
Kata kunci : Dekontaminasi, silikon asetat, elastomer sintetik
ABSTRACT
DECONTAMINATION OF STAINLESS STEEL EQUIPMENT CONTAMINATED CESIUM 137 BY ACETATE SILICONE. A lot of nuclear equipments and instruments are made from stainless steel which is corrosive resistant and highly mechanical stressing. All equipment maintenance is a programmed activity to increase process safety. There are possible to replacing spareparts or services which included labour in maintenance activity, so early decontamination must be held before maintenance. First decontamination has aim to decrease radiation level so not dangered to the environment. According to that, an experiment to decontaminating of the stainless steel equipment, which are contaminated by Cs-137, was held. Experiment is doing by made a simulation sample, stainless steel piece with thickness 4 mm and diameter 5 cm. The sample then contaminated with Cs-137 liquid with activity 2,85 Bq/ml. Variety of sample contaminating is made by dropping a various volume of Cs-137 liquid to sample’s surface and dried under drying lamp. Radioactivity level of each sample determines by gamma spectrometry and then decontaminated. Decontaminating is done by coatting of acetate silicone to the sample’s surface along 3 hours until its dry. The result gave inform to decontamination factor for stainless steel contaminated Cs-137 still small relative, around 1,61 – 4,13. The silicone acetate can purpose used to decontamination of stainless steel equipments contaminated Cs-137.
152
PENDAHULUAN
Peralatan yang telah bersinggungan langsung dengan zat atau sumber radioaktif akan bersifat aktif karena terkontaminasi. Pengelolaan peralatan tersebut harus mengikuti prosedur keselamatan radiasi, sehingga tidak membahayakan pekerja dan lingkungan sekitarnya[1]. Untuk mengoptimalkan faktor keselamatan radiasi dan jalannya proses, maka peralatan dan instrumen prosesnya dibuat dari bahan baja tahan karat (stainless steel). Disamping tahan korosif bahan tersebut juga mempunyai kekuatan mekanik yang tinggi, sehingga mengurangi potensi kegagalan proses. Umur pemakaian dan periodik waktu maintenancenya panjang. Sebagai contoh adalah tangki-tangki penampung limbah cair, tangki resin bekas dan sistem pemipaan instalasi pengolahan limbah cair PTLR terbuat dari bahan stainless steel 304. Disamping berkontruksi dengan tingkat keselamatan tinggi, operasional sistem dan peralatan instalasi pengolahan limbah didukung dengan program maintenance, yaitu program pemeliharaan sistem dan peralatan secara rutin dan berkala sehingga faktor keselamatan prosesnya optimal. Penggantian suku cadang (spare part) dilakukan sesuai jadual dan sering melibatkan pekerja untuk langsung berhubungan dengan peralatan yang telah terkontaminasi. Prinsip ALARA (as low as radiation acheavable) diterapkan semaksimal mungkin, salah satunya dengan cara mendekontaminasi awal kontaminan, sehingga paparan radiasi dan potensi terjadinya kontaminasi internal adalah kecil sesuai dengan ketentuan yang dijinkan. Pada keadaan tersebut pekerja dapat leluasa bekerja dengan waktu relatif panjang.
Untuk mengoptimalkan proses dekontaminasi yang akan dilakukan, maka terlebih dahulu harus diketahui jenis dan besarnya kandungan kontaminan yang ada di permukaan. Selanjutnya dipilih metode yang akan dipakai dengan mempertimbangkan penggunaan paska dekontaminasinya. Untuk tujuan pemakaian ulang, maka diusahakan menggunakan metode yang tidak merusak permukaan bahan. Metode kimia menggunakan asam lemah, basa lemah dan
kombinasi keduanya dapat dipakai untuk tujuan diatas namun waktu prosesnya berjalan relatif panjang. Sebagai contoh adalah penggunaan asam oksalat dengan penopang gel dapat dipakai baik untuk mendekontaminasi flexyglass glove box.[2] Metode lain yang sering dipakai adalah metode mekanik dan gabungan kedua metode tersebut seperti pasta silikon asetat.
Silikon asetat adalah jenis karet sintesis (sintetic rubber) yang bersifat elastis, dapat menempel di permukaan bahan dengan struktur molekulnya terlihat pada persamaan 1. Densitasnya berkisar antara 1,1 - 1,6 g/cm3 dengan kuat tarik antara 0,6 - 1,3 ksi (1000 psi= 6,89MPa) dan berfungsi pada temperatur antara -115 - 315 0C[3]. Cara penggunaannya dengan dioleskan ke permukaan bahan kemudian ditunggu sampai mengering. dan berfungsi setelah mengering. Berkaitan dengan karakteristik produk tersebut dimana mudah dipakai dan dapat menempel hampir di semua permukaan bahan, maka dicoba penerapan penggunaannya untuk mendekontaminasi peralatan stainless steel. Mekanisme pengambilan kontaminan yang diharapkan adalah adanya transfer massa (kontaminan) dari permukaan sampel ke silikon asetat yang telah dilapiskan ke permukaan sampel. Setelah silikon asetat mengering, proses dekontaminasi dapat dilakukan dengan cara mengelupas lapisan silikon kering dari permukaan sampel. Oleh karena silikon asetat bersifat perekat dan elastis, maka dimungkinkan adanya sebagian kontaminan yang terikut menempel di hasil kelupasannya. Akibatnya, terjadi pengurangan kandungan kontaminan di permukaan sampel. Untuk mengetahui kapabilitas silikon asetat sebagai bahan pendekontaminasi, maka dipakai kontaminan Cs-137 yang merupakan senyawa hasil belah dengan umur paruh 30 tahun. [4,5] Untuk mengetahui kapasitas dekontaminasinya, maka percobaan dilakukan menggunakan 5 buah sampel terkontaminasi Cs-137 yang berbeda aktivitasnya. Dekontaminasi dilakukan dalam 3 tahap secara kontinyu dan di setiap tahapan hasil pengurangan aktivitas kontaminannya dianalisis dengan spektrometer gamma.
153 X | [─ O ─Si ─ O ─]n (1) | X
X adalah gugus asetat (CH3-COO-)
TATA KERJA Bahan
Sampel bahan dekontaminasi dibuat dari keping stainless steel 304 berdiameter 5 cm dengan ketebalan 4 mm. Kertas amplas waterprof No. 100 dipakai untuk mengasarkan permukaan sampel sebelum diaktifkan dengan pengkontaminasian menggunakan larutan Cs standar beraktivitas 2,85 Bq/ml. Larutan kolodion dipakai untuk mendispersikan kontaminan sehingga merata di permukaan sampel. Alkohol teknis dan akuades dipakai sebagai bahan pencuci sampel.
Metode
Percobaan dekontaminasi dengan silikon asetat dilakukan memakai 5 buah sampel keping stainless steel 304 berdiameter 5 cm. Sebagai bahan analisis dan evaluasi, sampel dibuat aktif dengan pengkontaminasian menggunakan larutan Cs-137. Untuk memperoleh hasil yang optimal maka dilakukan tahapan percobaan sebagai berikut:
1. Preparasi sampel simulasi terkontaminasi Cs-137
Untuk kesesuaian bahan dengan peralatan sungguhan maka sampel simulasi
dibuat dari bahan stainless steel 304. Bahan tersebut merupakan bahan yang banyak dipakai sebagai bahan struktur peralatan nuklir dan instrumennya. Kemudian untuk mendapatkan kemiripan keausan bahan oleh proses korosi yang terjadi selama pemakaianya, maka permukaan sampel dikasarkan dengan pengamplasan. Pada keadaan tersebut bidang permukaan sampel tidak halus tetapi bergelombang dan luas permukaannya relatif bertambah besar. Keadaan tersebut dianggap dapat mewakili permukaan peralatan sungguhan yang telah terkorosi. Pengkontaminasian sampel dilakukan dengan cara meneteskan larutan Cs-137 beraktivitas 2,85 Bq/ml ke permukaan sampel dengan volume bervariasi yaitu : 0,5 ; 1.0 ; 1,5 ; 2.0 dan 2,5 ml. Selanjutnya kontaminan diratakan distribusinya menggunakan larutan kolodion dan dikeringkan di bawah lampu pengering dalam fumehood. Sebelum didekontaminasi menggunakan pasta silikon asetat, radioaktivitas masing-masing sampel diukur aktivitasnya menggunakan spektrometer gamma.
2. Dekontaminasi dengan pasta silikon asetat
Silikon asetat adalah polimer yang bersifat elastis (elastomer) dan dapat melekat (adesive) di permukaan bahan. Oleh karena sifat tersebut maka dicoba pemakaiannya untuk mendekontaminasi peralatan stainless steel. Cara dekontaminasi dilakukan dengan mengoleskan pasta silikon asetat sampai rata ke permukaan sampel dan dibiarkan selama 3 jam untuk mengering, seperti Gambar 1.
154
Gambar 2. Hasil pengelupasan dekontaminasi
Selanjutnya dilakukan pengelupasan hasil polimerisasinya (coated silicon acetate) dengan menggunakan pinset dan cutter, hasil dekontaminasi terlihat pada Gambar. 2 Hasil kupasan yang mengandung Cs-137 dikumpulkan dan dianalisis aktivitasnya dengan spektrometer gamma. Dilakukan juga analisis kandungan Cs-137 yang tersisa di permukaan sampel dengan metode sama. Untuk mengetahui kapasitas dekontaminasi, maka tahapan dekontaminasi dilakukan sampai tiga tahap dengan urutan langkah yang sama. Besarnya faktor dekontaminasi (DF) yang dihasilkan ditetapkan menggunakan persamaan. 2.
(Aktivitas Cs-137 awal)
DF = (2) (Aktivitas Cs-137 akhir)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi sampel simulasi terkontaminasi Cs-137
Batasan clearence level untuk limbah padat terkontaminasi menurut
BAPETEN adalah 1 Bq/cm2. Pada percobaan ini sampel stainless steel terkontaminasi Cs-137 yang dipakai aktivitasnya masih di bawah nilai clearence level tersebut dengan mempertimbangkan : 1. Peralatan yang terkontaminasi untuk
diservis (repair) bukan untuk dibuang 2. Memudahkan penanganan dalam
percobaan sesuai dengan golongan laboratorium aktivitas rendah dimana percobaan ini dilakukan
Hasil percobaan dekontaminasi stainless steel terkontaminasi Cs-137 dengan silikon asetat dapat diketahui dari adanya penurunan aktivitas kontaminan sebelum dan sesudah dekontaminasi dilakukan. Aktivitas awal dan hasil perubahannya diketahui dari analisis menggunakan spektrometri gamma, yaitu dengan mengamati puncak spektrum tingkat energi E = 0,662 MeV yang merupakan peluruhan Cs-137 menjadi Ba-137 dengan memancarkan energi ∂ dengan n=0,89. Hasil
pengukuran sampel preparasi terlihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil preparasi sampel dan tingkat radioaktivitasnya No Sampel Radioaktivitas (Bq) 1 0,310 2 0,645 3 0,688 4 1,056 5 1,339
155 Percobaan dekontaminasi menggunakan
silikon asetat
Percobaan dekontaminasi dilakukan dalam 3 tahap berkelanjutan dengan tujuan untuk mengetahui kapabilitas metode dan besaran faktor dekontaminasinya. Hasil percobaan masing-masing tahapan terlihat pada Tabel.2, Tabel.3 dan Tabel.4 serta Gambar.3, Gambar.4 dan Gambar.5 Dari percobaan tahap 1 dapat diketahui bahwa semakin besar aktivitas Cs menempel dalam sampel, hasil faktor dekontaminasinya semakin kecil yaitu 1,61. Proses tersebut dimungkinkan terjadi karena penetrasi Cs ke pori-pori lebih dalam sehingga Cs yang terambil relatif kecil. Argumentasi lainnya adalah tidak terjangkaunya pasta silikon asetat masuk ke pori-pori sehingga kontak antara fasa kontaminan dan pasta tidak maksimum. Argumentasi tersebut beralasan karena viskositas pasta silikon asetat cukup besar sehingga tidak mudah terdispersi masuk ke lobang pori-pori.
Sedangkan untuk dekontaminasi tahap 2, pergerakan hasil faktor
dekontaminasinya tidak sama dengan tahap 1. Pergerakan nilai faktor dekontaminasinya bertambah besar sejalan dengan besarnya aktivitas Cs yang ada di permukaan sampel. Fenomena tersebut sangat dimungkinkan terjadi karena paska dekontaminasi tahap 1 partikel Cs yang teringgal terdistribusi merata permukaan pori-pori sampel, sehingga besarnya faktor dedontaminasinya berhubungan langsung dengan tingkat aktivitas Cs yang ada. Atau dapat juga disebabkan karena adanya interaksi Cs dengan asam asetat yang ada di pasta silikon. Kemungkinan terjadinya reaksi kedua senyawa tersebut adalah besar, karena adanya kontak fasa waktu pengeringan dan bereaksi penggaraman. Oleh akibat terjadinya reaksi tersebut, maka dimungkinkan partikel Cs terlepas dari permukaan. Reaksi yang mungkin terjadi dan membantu proses dekontaminasi tersebut adalah :
Cs-137 + CH3 COOH → CH3COOCs +H+ (3)
Tabel 2. Hasil dekontaminasi tahap pertama
No Sampel Aktivitas Cs-137 (Bq) Faktor Dekontaminasi FD Sebelum didekontaminasi Sesudah didekontaminasi Berada di pendekontaminasi 1 0,310 0,075 0,226 4,13 2 0,645 0,269 0,366 2,40 3 0,688 0,299 0,389 2,30 4 1.056 0,580 0,421 1,82 5 1,339 0,831 0,501 1,61
156
Tabel.3 Hasil dekontaminasi tahap ke dua No Sampel Aktivitas Cs-137 (Bq) Faktor Dekontaminasi FD Sebelum didekontaminasi Sesudah didekontaminasi Berada di pendekontaminasi 1 0,075 0,055 0,022 1,40 2 0,269 0,128 0,138 2,10 3 0,299 0,153 0,139 1,95 4 0,580 0,226 0,341 2,57 5 0,831 0,332 0,488 2,50
Gambar 4. Perubahan aktivitas sampel pada dekontaminasi tahap kedua
Tabel 4. Hasil dekontaminasi tahap ke tiga
No Aktivitas Cs-137 (Bq) Faktor Dekontaminasi Sampel Sebelum didekontaminasi Sesudah didekontaminasi Berada di pendekontaminasi FD 2 0,128 0,066 0,048 1,93 3 0,153 0,071 0,063 2,15 4 0,226 0,126 0,112 1,79 5 0,332 0,148 0,198 2,24
157 Gambar 5. Perubahan aktivitas sampel pada dekontaminasi tahap ketiga
Fenomena yang sama terjadi pada dekontaminasi tahap 3, yaitu pengurangan kandungan Cs-137 dalam sampel disebabkan oleh 2 interaksi. Interaksi dominan adalah karena terambil menempel di pasta silikon asetat dan kedua karena bereaksi dengan asam asetat yang menyebabkan terlepas dari dinding permukaan. Hasil pengukuran radioaktivitas background adalah 0,022 Bq, sehingga tidak dilakukan dekontaminasi tahap 3 untuk sampel No.1
KESIMPULAN
Silikon asetat sebagai polimer elastomer dapat dipakai untuk mendekontaminasi Cs-137 yang menempel di permukaan stainless steel. Besarnya faktor dekontaminasinya berkisar antara 1,40 - 4,13 tergantung dari kedalaman penetrasi kontaminan masuk ke pori-pori bahan. Keuntungan dekontaminasi menggunakan silikon asetat adalah murah, mudah dipakai dan limbah sekunder yang ditimbulkan berupa padatan yang mudah diproses dengan sementasi atau insenerasi.
Pasca dekontaminasi dengan metode ini permukaan peralatan tidak rusak sehingga memungkinkan untuk dipakai ulang. DAFTAR PUSTAKA
1. BAPETEN, “ Ketentuan Keselamatan Untuk Pengelolaan Limbah Radioaktif” Perka No. 03/Ka. Bapeten/ V-1999. 2. ZAINUS SALIMIN, “ Decontamination
Glove Box dengan Asam Oksalat dan Bahan Penopang Gel “ Prosiding Pertemuan Ilmiah Teknologi Limbah I, Serpong, 10-11 Desember 1997
3. WILLIAM F.SMITH,” Pinciples Of Materials Science And Engineering” Mc Graw-Hill, Third Edition, New York, 1996
4. MIYAGI.S, KOMOTO. I, “ Japan s Experiences in The Fundamental Management of Radioactive Wastes “ Batan-Jepic Seminar, November 1996. 5. SUWARNO WIRYOSIMIN, “
Mengenal Asas Proteksi Radiasi “ITB, 1995
