Upload
haanh
View
221
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
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
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
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
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
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
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
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