View
231
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
*) Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir – BATAN 181
PERANCANGAN KONTAINER LIMBAH REFLEKTOR PADA
PROGRAM DEKOMISIONING REAKTOR RISET TRIGA MARK II
BANDUNG
Suwardiyono*)
ABSTRAK
PERANCANGAN KONTAINER LIMBAH REFLEKTOR PADA PROGRAM
DEKOMISIONING REAKTOR RISET TRIGA MARK II BANDUNG. Telah dilakukan
perancangan kontainer limbah reflektor pada program dekomisioning reaktor riset Triga Mark II
Bandung. Kontainer ini dirancang untuk mengatasi pengelolaan limbah reflektor dengan cepat,
aman dan lebih murah untuk spesifikasi limbah reflektor berat 1000 kg, paparan radiasi 37
Rem/jam. Hasil rancangan kontainer terdiri dari beton bertulang/concrete K-350 dengan tebal 180
mm dibungkus/dijaketi plat baja karbon tebal 12 mm dan plat baja karbon tebal 8 mm. Lapisan
kedua adalah timah hitam tebal 42 mm dibungkus/dijaketi plat baja karbon tebal 8 mm. Ukuran
kontainer diameter luar (OD) 1.750 mm diameter dalam (ID) 1.250 mm, tinggi (H) 1.906 mm dan
volume isi kontainer 1,73 m3. Kontainer kosong beratnya sekitar 12.520 kg dan ditambah dengan
limbah reflektor dengan berat sekitar 1.000 kg, sehingga berat total adalah 13.520 kg .
Kata kunci: limbah reflektor, triga mark II, dekomisioning
ABSTRACT
DESIGN OF CONTAINER FOR REFLECTOR WASTE TO DECOMMISSIONING
PROGRAM OF TRIGA MARK II RESEARCH REACTOR BANDUNG. The container for
reflector waste to decommissioning program of Bandung Triga Mark II research reactor was
designed. This design of container for handling of reflector waste management with rapidly,
safely and cheaper for specification of 1000 kg reflector weight, 37Rem/hr of radiation exposure.
The result of this design is consist of K-350 concrete with 180 mm of thickness and
covered/jacketed by carbon steel plate of 12 mm thickness and carbon steel plate of 8 mm
thickness. The second layer is lead of 42 mm thickness and covered/jacketed of carbon steel plate
8 mm thickness. The container dimension are outside diameter (OD) of 1,750 mm, inside diameter
(ID) of 1,250 mm, height (H) of 1,906 mm and container volume content is 1.73 m3 . The weight
of empty container is about 12,520 kg and with addition of weight of reflector waste weight about
1,000 kg, and the total of weight about 13,520 kg.
Key words: reflector waste, triga mark II, decommissioning
PENDAHULUAN
Salah satu reaktor riset yang
dimiliki oleh Badan Tenaga Nuklir Nasional
(BATAN) terletak di Kota Bandung,
propinsi Jawa Barat. Reaktor riset Bandung
ini adalah tipe TRIGA MARK II, dimana
pada tahun 1965 -1971 beroperasi pada daya
250 kW, tahun 1971 – 1990 up-grading
pada daya 1 MW dan pada tahun 2000 di up-
grade kembali pada daya 2 MW sampai
dengan sekarang. Umur reaktor ini sudah
44 tahun lebih, cukup tua untuk ukuran
reaktor riset, maka sudah selayaknya jika
dilakukan dekomisioning.
Jika BATAN memutuskan untuk
mendekomisioning reaktor riset tersebut,
maka dari hasil pekerjaan dismantling
komponen internal reaktor akan timbul
limbah radioaktif yang perlu dikelola dengan
baik. Para pekerja dan lingkungan harus
tetap aman atau tidak menerima paparan
radiasi yang berlebihan. Reflektor
merupakan salah satu komponen yang
memerlukan penanganan secara khusus
karena disamping ukurannya cukup besar,
paparan radiasinya cukup tinggi dan
bentuknya sangat spesial, dimana di dalam
reflektor tersebut terdapat grafit yang di
bungkus dengan alumunium, seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 1. Pengalaman
pada up-grading reaktor riset Triga Mark II
Bandung pada tahun 1996 - 2000 dari 1MW
menjadi 2 MW, ditemukan bahwa setelah
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
182
bahan bakar di keluarkan dari dalam teras
reaktor, paparan radiasi permukaan reflektor
terukur 66 Rem/jam, tetapi setelah
dikeluarkan dari dalam tangki reaktor
paparan radiasi permukaan reflektor terukur
37 Rem/jam[1]. Dalam pekerjaan handling,
pekerja tidak boleh terlalu lama, maka
diperlukan kontainer yang dapat
menampung limbah reflektor secara utuh,
dapat masuk dengan cepat dan dapat
menahan paparan radiasi secara aman. Jika
limbah reflektor akan dipotong-potong,
maka memerlukan peralatan yang khusus
dan akan menimbulkan berbagai limbah
sekunder, sehingga biaya akan lebih mahal.
Kontainer tersebut akan memudahkan
pekerjaan dismantling, karena ketika limbah
reflektor dikeluarkan dari dalam reaktor
dapat langsung dimasukkan ke dalam
kontainer, selanjutnya kontainer ditutup
rapat, sehingga akan aman bagi para pekerja
saat operasi dan pengangkutan, sekaligus
sebagai wadah di dalam penyimpanan
sementara, karena paparan radiasi di
permukaan kontainer sudah dirancang aman
pada kondisi yang terkontrol [2].
DASAR PERANCANGAN
Bahan:
1. Reflektor bekas reaktor riset Triga Mark
II Bandung adalah terbuat dari bahan
garfit dan aluminium sebagai
pembungkus/jaket pada bagian luar,
seperti yang diperlihatkan pada Gambar
1. Ukuran reflektor secara umum,
berdiameter luar (ID) adalah 1.162,05
mm dan tinggi (H) adalah 1.352,25 mm,
dimana ukuran reflektor ini harus
diperhitungkan agar bisa masuk ke dalam
kontainer. Berdasarkan data yang
diperoleh pada waktu up-grading daya 1
MW menjadi 2 MW setelah bahan bakar
dikeluarkan paparan radiasi permukaan
reflektor terukur 66 Rem/jam, kemudian
setelah dikeluarkan dari dalam tangki
reaktor paparan radiasi permukaan
reflektor terukur menjadi 37 Rem/jam.
Oleh karena itu paparan radiasi akhir
saat reflektor dikeluarkan dari tangki
reaktor yang digunakan sebagai acuan
di dalam perancangan kontainer ini.
2. Plat baja karbon, tebal 12mm dan 8 mm
3. Besi beton eizer ø 12 mm
4. Baja karbon pejal ø 80 mm
5. Timah hitam (Pb)
METODE PERANCANGAN
Limbah reflektor yang sudah
dikeluarkan dari tangki reaktor harus sudah
dalam keadaan bersih dari rak bahan bakar,
lasysuzan, grid, tabung pengarah dan lain-
lain. Hal ini secara otomatis akan dilakukan
sesuai dengan konstruksinya, yaitu dari
bagian-bagian tersebut di atas akan
dikeluarkan terlebih dahulu, selanjutnya
reflektor dapat dikeluarkan dari tangki
reaktor. Ukuran reflektor tersebut di atas
akan digunakan sebagai dasar perancangan
ruangan bagian dalam kontainer agar
reflektor bisa masuk, maka dari itu diameter
dan kedalaman kontainer harus dibuat lebih
besar dari ukuran volume reflektor dengan
perhitungan sebagai berikut :
Perhitungan tebal dinding kontainer
dapat dihitung menggunakan rumus perisai
radiasi sebagai berikut[3] :
I = Io Exp. –µX. (1)
Keterangan:
I = intensitas radiasi pada kondisi setelah
ada perisai
Io = intensitas radiasi pada kondisi
sebelum ada perisai
µ = koefisien serap linier radiasi bahan
perisai ( lihat Tabel 1)
X = tebal perisai radiasi (cm)
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
183
Gambar 1. Reflektor tamapak atas dan samping
Tabel 1. Koefisien serap linier radiasi bahan perisai.
No. Bahan Energi
(MeV)
µ
cm-1
)
Bahan Energi
(MeV)
µ
(cm-1
)
1
Timbal (Pb)
ρ = 11,34
(g/cm3)
0,102 60,20
Beton
(concrete)
ρ = 2,40
(g/cm3)
0,15 0,36
2 0,128 33,60 0,20 0,33
3 0,170 16,50 0,30 0,286
4 0,255 6,32 0,40 0,254
5 0,340 3,40 0,50 0,234
6 0,409 2,43 0,60 0,214
7 0,511 1,65 0,80 0,189
8 1,681 1,16 1,00 0,170
9 1,022 0,772 1,50 0,138
10 1,362 0,624 2,00 0,138
11 1,533 0,58
12 2,043 0,500
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
184
Diketahui :
Kontainer ini dirancang untuk
bungkusan kategori III-kuning , tingkat
paparan radiasi permukaan bungkusan lebih
dari 0,5 mSv/jam (50 mrem/jam) tetapi tidak
lebih dari 2 mSv/jam (200 mrem/jam) [1].
Oleh karena itu dapat ditentukan beberapa
parameter sebagai berikut:
Io = 37 rem/jam = 37.000 mrem/jam
(paparan radiasi reflektor bekas setelah
dikeluarkan dari tangki reaktor )
I = 200 mrem/jam (regulasi)
µ = 0,138 cm-1
(dari Tabel 1, pada Energi 1,50 MeV untuk
perisai dari bahan beton/concrete)
I = Io Exp - µ X.
200 = 37.000 Exp. – 0,138 X →ln
37000/200 = 0,138 X → X = ln
185/0,138
X = 37,828654 cm ~ X = 38 cm = 380
mm (concrete).
Untuk mengurangi agar ukuran
kontainer tidak terlalu besar, maka kontainer
dibuat dari bahan beton dan Pb. Tebal
beton/concrete dibuat 18 cm , sehingga
diperlukan ketebalan Pb.= [(X – 18) x (ρ
beton / ρ Pb.)] = [( 38 cm – 18 cm) x (2,4 :
11,34)] = 4,225 cm
Kontruksi kontainer adalah
beton/concrete dibungkus/jaket plat baja
karbon tebal 12 mm sekaligus sebagai
begesting untuk pengecoran dan pada bagian
dalam kontainer dilapisi dengan coran timah
hitam(Pb), tebal 42 mm dibungkus/jaket
plat baja tebal 8 mm. Jadi total tebal
dinding kontainer dari bahan beton dan
timah hitam adalah: [( 18 cm + 4.2 cm) +
0,8 cm + 0,8 cm + 1,2 cm)] = 25 cm = 250
mm.
Perhitungan besi tempat dudukan kait
crane atau kawat baja untuk mengangkat
kontainer dapat dilihat dari besarnya
defleksi/pelenturannya dengan rumus
sebagai berikut[4] :
Defleksi/pelenturan : f = p l3 / 3 E I .
(2)
Keterangan:
f = defleksi/pelenturan ( mm)
p = beban yang diangkat (kg) (kontainer
ini dipasang tempat kait sebanyak 4
buah)
l = panjang dudukan kait pengangkat
(mm)
E = modulus kekenyalan, baja st-52,
maka
E = 21.000 kg/mm2
I = momem inersia
I = D4/20 (mm
4)
(3)
D = diameter baja pejal dudukan pengait
pengangkat (mm)
Defleksi dapat dihitung dengan melihat
spesifikasi dan ukuran-ukuran kontainer
yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Diketahui:
Diameter poros untuk dudukan kait
pengangkat (D) = 80 mm
Beban yang harus diangkat oleh 4 buah
dudukan kait pengangkat adalah berat
kontainer ditambah isi limbah reflektor yaitu
13.520 kg, maka beban (p) = 23.520 kg /4 =
3.380 kg
(perhitungan berat kontainer kosong secara
garis besar dapat dijelaskan dengan
perhitungan dibawah, sedangkan berat
limbah reflektor berdasarkan keterangan dari
pengguna PTNBR-Bandung adalah 1.000
kg).
Panjang dudukan kait pengangkat (l) = 120
mm, terlihat pada Gambar 2.
I = D4/20 = (80)
4 / 20 = 2.048.000 mm
4
f = p l3 / 3 E I = [(13.520 kg : 4) x
(120)3 / (3 x 21.000 x 2.048.000)]
= [3.380 x 1.728.000 / 129.024.000.000]
= 5.840.640.000 /129.024.000.000
= 0,045 mm
Defleksi yang terjadi adalah sebesar
0,045 mm ini sangat kecil sekali, berarti baja
karbon pejal st-52, ø 80 mm, panjang 120
mm yang dipasang pada kontainer pada 4
posisi sangat aman.
Perhitungan berat kontainer kosong sebelum
diisi limbah reflektor digunakan rumus
sebagai berikut:
Berat material yang berbentuk silider (m) :
m = Π OD h t ρ (ton) (4)
m = berat material (ton)
Π = 3,14
OD = diameter luar silinder (meter)
h = tinggi silinder (meter)
t = tebal plat ( meter)
ρ = berat jenis material (ton/m3)
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
185
Perhitungan berat untuk bagian
kontainer yang berbentuk bulat dihitung
dengan menggunakan rumus sebagai
berikut:
m = Π/4 D2 t ρ (ton) (5)
m = berat material (ton)
Π = 3,14
D = diameter lingkaran (meter)
t = tebal plat ( meter)
ρ = berat jenis material (ton/m3)
Perhitungan berat besi beton dapat
digunakan rumus sebagai berikut :
m = Π/4 D2 l ρ (ton) (6)
m = berat material (ton)
Π = 3,14
D = diameter besi beton (meter)
l = panjang besi beton ( meter)
ρ = berat jenis besi beton (ton/m3)
Perhitungan berat jaket plat baja
karbon tebal 12 mm dan tebal 8 mm dengan
ukuran-ukuran kontainer seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2., dimana ρbaja =
7,8 ton/m3
dengan kedua rumus di atas maka
dapat dihitung:
Mplat baja = 2,635 ton = 2.635 kg
mbesi beton = 0,215 ton = 215 kg (besi beton
ø 10 mm)
Perhitungan berat perisai dari bahan
conrete/beton seperti yang terlihat pada
Gambar 2., dimana ρbeton = 2,40 ton/m3
dengan menggunakan kedua rumus di atas
maka dapat dihitung:
Mconcrete = 5,920 ton = 5.920 kg
Perhitungan berat perisai dari bahan
timah hitam/lead seoerti yang terlihat pada
Gambar 2., dimana ρbeton = 11,34 ton/m3
maka dengan menggunakan kedua rumus di
atas dapat dihitung:
mlead = 3,750 ton = 3.750 kg
Berat total kontainer kosong = mplat
baja + mbesi beton + mconrete + mlead
= 2,635 ton + 0,215 ton + 5,920 ton + 3,750
= 12,520 ton = 12.520 kg
Berat limbah reflektor sekitar 1000 kg, jadi
berat kontainer dengan isi limbah reflektor =
13,520 ton = 13.520 kg.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil rancangan kontainer ini dapat
diperlihatkan pada Tabel 2 dan Gambar 2.
Kontainer dirancang untuk bungkusan
kategori III-kuning, yaitu: tingkat paparan
radiasi di permukaan bungkusan lebih dari
0.5 mSv/jam (50 mrem/jam) tetapi tidak
lebih dari 2 mSv/jam (200 mrem/jam). Maka
ditentukan paparan radiasi permukaan
kontainer harus ≤ 2 mSv/jam (200
mrem/jam). Dari beberapa perhitungan di
atas dapat ditentukan ukuran utama
kontainer sebagai berikut :
Tabel 2. Ukuran dan spesifikasi kontainer
Tipe
kontainer
Jumlah
(buah)
Ukuran kontainer
(mm)
Tebal
dinding
(mm)
Volume
kontainer
(m3)
Dudukan kait
pengangkat
A 1
OD = 1.750 ID =
1.250 H = 1.906
250
1,73
Baja karbon st-52,
ø 80 mm dan
panjang 120 mm
Regulasi :
1. Paparan radiasi permukaan kontainer pada jarak kontak 200 mrem/jam
2. Paparan radiasi kontainer pada jarak 1 meter 100 mrem/jam
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
186
Gambar 2. Hasil Rancangan Kontainer untuk Limbah Reflektor
Diameter dalam kontainer (ID) =
diametrer luar reflektor + jarak kelonggaran
kiri-kanan, maka (ID) = 1162,05 mm +
2(43,975) mm = 1.250 mm
Diameter luar kontainer adalah (OD) = ID
kontaner + tebal perisai/dinding kontainer
kiri-kanan, maka (OD) = 1.250 mm + 2(250)
mm = 1.750 mm
Tinggi kontainer (H) = tinggi refektor +
tebal perisai/dinding kontainer atas-bawah +
jarak limbah reflektor dengan tutup atas,
maka (H) = 1362,25 mm + 2(250) mm +
43,75 mm = 1.906 mm
Kontainer ini dirancang berbentuk
silindris karena bentuknya lebih kompak,
kokoh dan lebih kuat, sehingga tebal dinding
kontainer betul-betul merata jika
dibandingkan dengan bentuk kotak/kubus.
Konstruksi kontainer dibuat dua lapis, lapis
pertama dari bahan conrete/beton bertulang
K-350 dengan tulangan baja karbon ø 10
mm dianyam/mesh dengan jarak 100 mm
rangkap dua/double, kemudian di beri jaket
dengan plat baja tebal 12 mm untuk jaket
silindris, tutup atas- bawah bagian paling
luar, dan plat baja karbon tebal 8 mm untuk
semua bagian yang terletak pada bagian
dalam seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2. Plat baja ini sekaligus sebagai
begesting pengecoran agar dapat dilakukan
pengecoran ditempat dan juga berfungsi
sebagai penguat. Lapisan kedua bagian
dalam setelah concrete dengan bahan timah
hitam tebal 42 mm yang diberi jaket plat
baja karbon tebal 8 mm sekaligus sebagai
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
187
jaket/begesting pengecoran. Teknik
pengecoran langsung ini akan lebih murah
jika dibandingkan dengan pembuatan lead
brick yang harus dicor dan kemudian
dikerjakan dengan mesin bubut/frais yang
memerlukan waktu lama. Tujuan dibuat dua
lapisan concrete dan timah hitam ini agar
diameter kontainer tidak terlalu besar dan
juga tebal dinding kontainer dapat
diperkecil/lebih tipis. Tutup kontainer juga
dibuat dua lapis pada bagian bawah lapisan
timah hitam tebal 42 mm dan bagian atas
concrete tebal 180 mm dengan jaket plat
baja karbon tebal 12 mm. Kontainer ini
dirancang bahwa ketebalan di segala sisi
dinding harus sama agar paparan radiasi
pada permukaan kontainer dapat merata
sesuai dengan yang dirancang agar tidak
lebih dari 2 mSv/jam (200 mrem/jam).
Tempat dudukan kait pengangkat kontainer
dipasang 4 buah menggunakan baja pejal
st-52, diameter 80 mm dan panjang dari
dinding luar kontainer 120 mm. Dudukan
kait pengangkat kontainer ini dibuat 4 buah
agar pada waktu mengangkat dapat
seimbang. Berat kosong kontainer sekitar
12.520 kg ditambah berat limbah reflektor
sekitar 1.000 kg, sehingga berat kontainer isi
limbah reflektor adalah 13.520 kg. Berat ini
masih ringan untuk diangkat dengan crane
mobile dengan kapasitas angkat 25 ton dan
untuk pengangkutan menggunakan dum-
truck/trailler yang mampu mengangkut
sekitar 25 - 30 ton.
KESIMPULAN
Kontainer ini dirancang untuk
mengatasi pengelolaan limbah reflektor
dengan cepat, aman dan lebih murah. Hasil
rancangan kontainer terbuat dari bahan
beton bertulang/concrete K-350, tebal 180
mm dibungkus/jaket dengan plat baja
karbon tebal 12 mm dan plat baja karbon
tebal 8 mm. Setelah concrete lapisan kedua
bagian dalam kontainer adalah timah hitam
dengan tebal 42 mm dibungkus/jaket
dengan plat baja karbon tebal 8 mm.
Ukuran utama kontainer terdiri dari
diameter luar (OD) 1.750 mm diameter
dalam (ID) 1,250 mm, tinggi (H) 1.906 mm
dan volume dalam/isi kontainer adalah 1,73
m3. Kontainer kosong beratnya sekitar
12.520 kg dan ditambah dengan limbah
reflektor beratnya sekitar 1.000 kg,
sehingga berat total sekitar 13.520 kg .
DAFTAR PUSTAKA
1. YAZID. P. I, Pembongkaran
Teras Reaktor Triga Mark II – 1
MW. Bandung.
2. Proceedings Seminar Sains dan
Teknologi Nuklir PPTN Bandung,
1997.
3. IAEA., Decommissioning Techniques
for Research Reactors, Tehnical
Reports Series No. 373, Viena , 1994.
4. Besar Winarno, Kursus Teknik
Radiografi Tingkat II, PUSDIKLAT
– BATAN, Jakarta, Juli 1994.
5. Mohd. Taib Sutan Sati, Soetomo
Wongso Tjitro, Buku Polyteknik,
Sumur Bandung, Tahun 1982.
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
188
Recommended