8
Hasil Penelilian dan Kegialan PTLR Tahun 2006 fSSN 0852 - 2979 RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION PENGOLAH LlMBAH RADIOAKTIF Subiarto, Wasito Pusat Teknologi Limbah radioaktif, SATAN ABSTRAK RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION PENGOLAH LlMBAH RADIOAKTIF. Telah dilakukan rancangan pengungkung pad a kolom penukar ion pengolah limbah radioaktif menggunakan baja timbal (Pb). Rancangan meliputi asumsi dan pendekatan dari rumus-rumus yang digunakan dalam penghitungan tebal bahan pengungkung. Hasil penghitungan menunjukkan tebal bahan Pb yang diperlukan adalah 1,5 em. ABSTRACT DESIGN OF SHIELD SYSTEM ON ION EXCHANGE COLUMN FOR RADIOACTIVE WASTE TREATMENT. The shielding design on ion exchange column for radioactive waste treatment using lead (Pb) has been done. The design covered assumptions and approximations of the formulas used in calculating shielding material thickness. The calculation yielded the thickness of lead was 1.5 cm. PENDAHULUAN Ada 3 hal penting yang dapat diusahakan untuk mengurangi dosis paparan yang diterima pekerja radiasi : 1. Jarak (Pengurangan kuadrat terbalik). Dengan semakin jauhnya jarak pekerja dari sumber, maka dosis radiasi yang diterima pekerja tersebut berkurang secara kuadrat terbalik. Memperbesar jarak sejauh dua kali akan mengurangi dosis menjadi sebesar seperempat kalinya, menambah jarak sejauh tiga kali akan mengurangi dosis yang diterima menjadi sepersembilan kalinya. Sebagai contoh, sebuah sumber dengan laju paparan 100 mR/jam pada jarak 10 cm dari permukaan akan memiliki laju paparan sebesar 1 mR/jam pada jarak 100 cm dari permukaan. 2. Waktu (Pengurangan linear). Mengurangi jumlah waktu kontak dengan sumber akan mengakibatkan pengurangan dosis secara proporsional. Sieverts/jam x jam = sieverts 3. Pengungkung (Pengurangan eksponensial). Perisai yang sesuai dapat menghasilkan pengurangan eksponensial untuk pemancar gamma dan pengurangan hampir total untuk pemancar beta. 260

RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Lingkungan/Penelit... · The shielding design on ion exchange column for radioactive

  • Upload
    haanh

  • View
    221

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Lingkungan/Penelit... · The shielding design on ion exchange column for radioactive

Hasil Penelilian dan Kegialan PTLR Tahun 2006 fSSN 0852 - 2979

RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR IONPENGOLAH LlMBAH RADIOAKTIF

Subiarto, WasitoPusat Teknologi Limbah radioaktif, SATAN

ABSTRAKRANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION

PENGOLAH LlMBAH RADIOAKTIF. Telah dilakukan rancangan pengungkungpad a kolom penukar ion pengolah limbah radioaktif menggunakan baja timbal (Pb).Rancangan meliputi asumsi dan pendekatan dari rumus-rumus yang digunakandalam penghitungan tebal bahan pengungkung. Hasil penghitungan menunjukkantebal bahan Pb yang diperlukan adalah 1,5 em.

ABSTRACTDESIGN OF SHIELD SYSTEM ON ION EXCHANGE COLUMN FOR

RADIOACTIVE WASTE TREATMENT. The shielding design on ion exchangecolumn for radioactive waste treatment using lead (Pb) has been done. The designcovered assumptions and approximations of the formulas used in calculatingshielding material thickness. The calculation yielded the thickness of lead was 1.5cm.

PENDAHULUAN

Ada 3 hal penting yang dapat diusahakan untuk mengurangi dosis paparan

yang diterima pekerja radiasi :

1. Jarak (Pengurangan kuadrat terbalik). Dengan semakin jauhnya jarak

pekerja dari sumber, maka dosis radiasi yang diterima pekerja tersebut

berkurang secara kuadrat terbalik. Memperbesar jarak sejauh dua kali akan

mengurangi dosis menjadi sebesar seperempat kalinya, menambah jarak

sejauh tiga kali akan mengurangi dosis yang diterima menjadi sepersembilan

kalinya. Sebagai contoh, sebuah sumber dengan laju paparan 100 mR/jam

pada jarak 10 cm dari permukaan akan memiliki laju paparan sebesar 1

mR/jam pada jarak 100 cm dari permukaan.

2. Waktu (Pengurangan linear). Mengurangi jumlah waktu kontak dengan

sumber akan mengakibatkan pengurangan dosis secara proporsional.

Sieverts/jam x jam = sieverts

3. Pengungkung (Pengurangan eksponensial). Perisai yang sesuai dapat

menghasilkan pengurangan eksponensial untuk pemancar gamma dan

pengurangan hampir total untuk pemancar beta.

260

Page 2: RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Lingkungan/Penelit... · The shielding design on ion exchange column for radioactive

Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahl/n 2006 ISSN 0852 - 2979

Karena jarak dan waktu sudah tertentu, maka agar karyawan dapat bekerja

optimum dengan jarak dan waktu yang leluasa diusahakan pengungkung (shielding)

sebagai upaya untuk mengurangi dosis paparan.

RANCANGANPENGUNGKUNG

Oalam laporan ini, kita memfokuskan pembahasan ke sinar gamma, karena

alpha dan beta relatif tidak akan mencapai keluar dlari dinding kolom yang terbuat

dari flexi glass, seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut.

•••••••••••• Alpha

••••••••• H":1a

....~(;altlliia

Papt.;'r

Ct)II;:r~tc

Gambar 1. Shielding untuk Alpha, Beta dan Gamma

Perisai akan mengurangi dosis radiasi yang diterima pekerja menurut

hubungan :

I = 10 e -IJX

Oimana I = Intensitas sinar setelah melalui pengungkung

10 = Intensitas sinar pada sumber

a:; = koefisien atenuasi

x = tebal shielding

Rumus diatas digunakan bila sumber radiasi berbentuk titik. Oalam hal

kolom, maka sumber radiasi berbentuk silinder, sehingga rumus yang digunakan

dalam perhitungan adalah sebagai berikut :

Oosis paparan searah dengan sumbu :

261

Page 3: RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Lingkungan/Penelit... · The shielding design on ion exchange column for radioactive

Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlm 2006

o

Gambar 2. Sumber berbentuk sHinder

Pengukuran sejajar sumbu tanpa attenuasi

11,

-r, =--sin8

- rz = I-Z_I-ISi81 = Arctg(~~ ) < 8 < 8z = Arctg( ~ )cos8 ." z,

Uz (U7)

- rz = -.-si8z < 8 < 83 = 11- Arctg --Sill 8 Zz

Izz\. (UI)

-rz = --,<;/83 < 8 < 84 =: 11- Arctg -cos 8 z z

u, =dcosw-~Rz -(dsinmr

1/z =dcosw+~Rz -(dsinwr

- Oosis paparan tegak lurLis sumbu dengan atenuasi setebal x :

262

ISSN 0852 - 2979

Page 4: RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Lingkungan/Penelit... · The shielding design on ion exchange column for radioactive

Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006

Gambar 3. Sumber berbentuk silinder

Pengukuran tegak lurus sumbu dengan attenuasi.• Ak . ~

dd..= v.' [1_e-8/,,(r,-r,)tsmocosmsinBdBdOJ'f/, 4nsf.1i r

Apabila R < H <!2..10

ISSN 0852 - 2979

dimana :

Pi = koefisien attenuasi untuk photon dengan energi Ei

Bila ada attenuasi setebal x, maka dosis paparan radiasi sejajar sumbu

(Q) ditunjukkan melalui persamaan (P. Laurent).• Ak . ~

d¢ = 1'/ [1_e-8/1,h-r,)tsinBcosm sin BdBdOJ, 4nsf.1, r

Dosis paparan

Oosis paparan tanpa dinding

mrd/h

If/i

x (em)

Gambar 4. Sumber berbentuk silinder

Pengukuran sejajar sumbu dengan attenuasi

Oosis paparan setelah melalui dinding

263

Page 5: RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Lingkungan/Penelit... · The shielding design on ion exchange column for radioactive

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Ta/1I11l2006

( .)¢ Edi = I. () I B(,uiX) mrd/h

If/i

Besaran Ei. f./Ji dan B (l1iX) dapat dilihat dari tabel

CONTOH PERHITUNGAN

ISSN 0852 - 2979

Bahan pengungkung yang digunakan adalah baja timbal (Pb). Berat

atomnya adalah 207,2 dan mempunyai valensi 2 dan 4 dalam bentuk isotop yang

stabil sebagai hasil radiasi dari unsur uranium (206), thorium (208) dan aktinium

(207). Berat jenis baja timbal ini '11,35; dengan asam klorida larut seeara pelan dan

mengeluarkan gas hidrogen, akan tetapi dengan asam nitrat eneer larut dengan

eepat dan mengeluarkan gas hidrogen. Dengan asam nitrat pekat larut seeara pelan

dan mengelusikan gas nitrogen oksida. Dengan asam sulfat pekat hampir tidak larut,

tapi pad a kondisi panas akan larut seeara pelan dan terjadi garam Pb, dihidrogen

sulfat dan mengeluarkan gas sulfur dioksida. Lapisan pengungkung yang digunakan

adalah baja stainless steel (S~; 304). Baja ini tahan karat dan apabila terjadi

kontaminasi dapat dibersihkan atau didekontaminasi dengan mudah. Kelebihan

lainnya adalah tidak mudah larut apabila kena larutan as am dan bas a keras. Untuk

memudahkan penggunaannya, shielding diberi rod a yang terbuat dari baja karbon

seperti tampak pad a gambar berikut :

Gambar 5. Shielding timbal dengan roda

Berdasarkan peraturan keselamatan kerja dosis paparan maksimum

pad a jarak 100 em < 10 mrad/jam. Dengan memperhatikan faktor

keselamatan maka pada perhitungan dipakai harga ds = 5 mrad/jam.

Faktor attenuasi setelah rnelewati shielding setebal x em

264

Page 6: RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Lingkungan/Penelit... · The shielding design on ion exchange column for radioactive

Hasi/ Pene/ilian dan Kegialan PTLR Tahlln 2006

Dsmak .. (1)F = .ds

Tebal sel beton untuk memperoleh faktor attenuasi F

IJX m = In F (2)

Tebal sel beton yang diperlukan dapat dihitung dari rumus

IJX = JlXmln(dsl DM) + JlXmln(Dml ds) (3)In(Dm I DM)

dengan :

x = tebal sel sebenarnya (em)

IJ = koefisien absorpsi lilier sel (em'1)

DM = dosis paparan minimum (mrad. jam'1)

Dm = dosis paparan maksimum (mrad. jam -1)

ds = dosis paparan maksimum yang diijinkan (mrad. jam'1)

D=2R

ISSN 0852 - 2979

a

h = 24,5 em

D = 2R = 30 em

a = 100 em

h

______ w ::-UJ!:::l~~~~~~~''::':::::::::::::::::::::,..': .nn •••••••• '--::~::t S. -- - -

! . i /:::::::::~:~$.~~:~'->R .: ~ Iz j'

Sumber berbentuk Silinder

Dosis paparan pada titik S tanpa shielding

Av x R2 EDs = --- -- 2 F (8, lJez)

4(a+z) YE

Dari grafik no I

lJe ( a + R ) = 18,4

265

Page 7: RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Lingkungan/Penelit... · The shielding design on ion exchange column for radioactive

Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006

aIR = 6,6

m = 2,1

Oari grafik no II

!-Ix = °aIR = 6,6

J.1e x z = 0,8 -;. Jle x z = 0,8 mIn

= 0,8 x 2,1

= 1,68

maka diperoleh z = 1,05

tge=1I2h = 12,25 =0,12.~ e=6,80a + z 100 + 1,05

Oari grafik IV a, diperoleh :

F (e, !-Iez) = F (6,8 ; 1,68)

= 0,035

Av X R2 ~ 2 F (e lIe z)Os = --- , I"

4( a + z) YE

3,7.1050,82(0,035=15mrad/jam4(101,5) 550

Oosis paparan setelah melalui shielding setebal x cm :

!-Ix m = In F F = 15/5 = 3

!-Ix m = In 3 = 1,098

Oengan menggunakan rumus no 3,

x = 1,098(1,098 + 2,59)= 1 100!-I 3 68 ',X = 1,100/0,163 = 6,74 cm

Jadi tebal beton yang diperlukan :: 6,74 cm

Untuk tebal timbal yang diperlukan, diperoleh dari hubungan :

Xi Xbeton XPb-- = C -;. ---- = ----HVTi HVTbeton HVTPb

ISSN 0852 - 2979

X = tebal bahan yang digunakan.

HVT = Half Value Thickness = Tebal bahan yang mengakibatkan dosis paparan

berkurang

menjadi setengahnya.

266

Page 8: RANCANGAN SISTEM PENGUNGKUNG PADA KOLOM PENUKAR ION ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Lingkungan/Penelit... · The shielding design on ion exchange column for radioactive

Hasi/ Penelitian dan Kegialan PTLR Tahlln 2006 ISSN 0852 - 2979

Untuk energi yang sama, HVT beton = 2,5 em sedangkan HVT timbal = 0,52

em

6,74 _ XPb X Pb - 0,52x6,74 -1 402 ~ 1 5----- ~ ------ em~ em2,5 0,52 2,5' ,

Jadi tebal timbal yang diperlukan untuk bahan shielding adalah 1,5 em.

KESIMPULAN

Dari pembahasan seperti pad a kriteria ranean£lan, bahwa bahan pengungkung

yang digunakan untuk menahan paparan radiasi gamma adalah timbal yang dilapisi

dengan baja stainless steel (SS 304). Perhitungan tebal pengungkung dengan

menggunakan beberapa pendekatan dan asumsi menghasilkan tebal timbal yang

diperlukan adalah 1,5 em.

DAFT AR PUST AKA

1. TECHNICATOME, System Note of Liquid Waste Treatment; WSPG 220 NTA

9001.

2. Laporan Pengkajian Logam Berat Pad a Beberapa Daerah Pertambangan

Emas di Indonesia, PUSARPEDAL-BAPEDAL, 2000.

3. LE BRERE Monsieur, Le Cours De La Radioprotection, ISNTN CEA

Peraneis.

4. WASITO, Pengelolaan Limbah Radioaktif dan Industri Bahan Bakar Nuklir,

Diklat Teknologi Industri Bahan Bakar Nuklir, PEBN-PUSDIKLAT, 1995.

5. BESAR WIRANTO, Struerural Shielding Design and Evaluation for Narrow

Beam and Broad Beam, BATAN-JAERI Training Course on Radiation

Protection, Pusdiklat - BAT AN, 1998.

267