ANALISIS KANDUNGAN RADIONUKLIDA PADA INVENTORI BAHAN BAKAR BEKAS REAKTOR PWR 1000 MWe DENGAN MENGGUNAKAN ORIGEN-ARP

Sari

ANALISIS KANDUNGAN RADIONUKLIDA PADA INVENTORI BAHAN BAKAR BEKAS REAKTOR PWR 1000 MWe DENGAN MENGGUNAKAN ORIGEN-ARP. Sejumlah nuklida hasil belah (fisi) akan terbentuk selama beroperasinya reaktor nuklir. Nuklida-nuklida tersebut akan terakumulasi pada perangkat bahan bakar nuklir yang didesain mampu mengungkung atau menampung nuklida hasil fisi tersebut. Nuklida hasil belah bersifat radioaktif sehingga memerlukan perhatian khusus untuk mewujudkan keselamatan nuklir bagi pekerja radiasi, masyarakat dan juga lingkungan sekitar. Salah satu parameter yang mempengaruhi jumlah nuklida hasil belah yang terbentuk adalah waktu operasi reaktor. Untuk itu dilakukan kegiatan pengamatan dan penentuan terhadap nuklida hasil belah sebagai fungsi waktu beroperasinya suatu reaktor daya. Penelitian ini memiliki tujuan untuk menentukan tingkat radioaktivitas nuklida yang ada pada bahan bakar bekas reaktor PWR berdaya 1000 MWe setelah beroperasi selama 3× siklus operasi dan selama pendinginan atau penyimpanan sementara hingga 100 tahun. Hasil penelitian ini juga berperan sebagai data estimasi awal yang berguna untuk penanganan atau pengelolaan limbah radioaktif. Analisis dilakukan dengan menggunakan program komputer ORIGEN-ARP yang terdapat pada paket (modul) SCALE5.1. ORIGEN-ARP memerlukan data masukan (input) seperti : komposisi massa bahan bakar, jenis perangkat bahan bakar, grup energi gamma, data siklus operasi PWR 1000 MWe dan waktu pengamatan. Hasil analisis menunjukkan bahwa nuklida hasil belah yang dihasilkan selama pendinginan hingga 100 tahun yang masih teridentifikasi memiliki aktivitas tinggi, umur paro panjang dan radiotoksisitas tinggi diantaranya adalah : Sr-90, Cs-137, Pu-238, Pu-239, Pu-240, Pu-241, Am-241, dan Am-243. Disamping itu, beberapa radioisotop hasil fisi ada yang bersifat volatile, sehingga memerlukan perhatian khusus saat penanganan limbahnya. Aktivitas jenis setiap radionuklida hasil fisi selama pendinginan bernilai tetap dengan aktivitas yang dimiliki kelompok nuklida produk fisi lebih besar dari kelompok aktinida ataupun nuklida ringan. Kata kunci: radionuklida, hasil belah, bahan bakar bekas PWR, ORIGEN-ARP ABSTRACT A number of fission fragment nuclides will be formed during the operation of nuclear reactor. Fission fragment nuclides will accumulate in the fuel assemblies which is designed able to confine it. Fission fragment nuclides are radioactive that requires special attention to achieve nuclear safety for radiation workers, the community and the surrounding environment. One of the parameters that influence the amount of fission fragments nuclides that are formed is reactor operation time. Hence, it is needed to observe and analyze against fission fragment nuclides as a function of power reactor operation time. This study has the objective to determine the existing level of radioactivity nuclides in spent fuel of pressurized water reactor (PWR) 1000 MWe power reactor after operating for 3× operating cycle and during cooling or interim storage up to 100 years. The results are also serve as initial data estimation that useful for radioactive waste treatment. The analyses were performed using ORIGEN-ARP computer programs which is avalaible in SCALE5.1 module. ORIGEN-ARP requires several input data such as: fuel mass composition, fuel assemblies type, gamma energy group, operating cycle data of PWR 1000 MWe and observation time. The analysis indicated that the fission fragment nuclides with high radioactivity, long half-life and high radiotoxicity are still identified during cooling up to 100 years, for example : Sr-90, Cs-137, Pu-238, Pu-239, Pu-240, Pu-241, Am-241, and Am-243. Furthermore, some radioisotopes are volatile, so it requires special attention in waste handling. The specific activity for each radionuclide during cooling periode is Anis Rohanda, dkk.: Analisis Kandungan Radionuklida pada Inventori Bahan Bakar Bekas Reaktor PWR 1000 Mwe dengan Menggunakan Origen-ARP 12 constant with the activity of fission products group is greater than the activity of actinides or lights nuclides group. Keywords: radionuclide, fission fragment, PWR spent fuel, ORIGEN-ARP PENDAHULUAN Reaksi pembelahan yang terjadi didalam reaktor nuklir menghasilkan nuklida-nuklida hasil belah (fisi) dan sejumah energi dalam bentuk radiasi. Pembentukan nuklida hasil belah akan terus berlangsung selama reaktor beroperasi dan jumlah nuklida yang dihasilkan sangat tergantung pada waktu operasi dan daya reaktor untuk jumlah uranium yang sama. Nuklida hasil belah akan mengisi rongga atau kisi-kisi pada kristal bahan bakar uranium oksida atau celah antara bahan bakar dan kelongsong (cladding). Nuklida yang terakumulasi dapat berbentuk gas atau larutan padat dan dapat berubah bentuk akibat perubahan suhu atau juga dapat mengalami perpindahan (migrasi) [1, 2] . Perangkat bahan bakar nuklir (fuel assembly) didesain untuk mampu menampung nuklida hasil belah tersebut selama terjadi reaksi pembelahan di teras reaktor. Perangkat bahan bakar nuklir tetap berada didalam teras reaktor selama reaktor menjalankan siklus operasinya. Bahan bakar nuklir yang telah digunakan (bahan bakar bekas, spent fuel) akan dipindahkan dari dalam reaktor untuk didinginkan atau disimpan sementara sebagai bahan bakar bekas. Bahan bakar bekas tersebut akan diolah atau disimpan sementara selama beberapa tahun atau di simpan lestari sebagai limbah nuklir tergantung kebijakan daur bahan bakar nuklir yang dianut. Nuklida hasil belah pada perangkat bahan bakar nuklir bersifat radioaktif sehingga memerlukan perhatian khusus untuk mewujudkan keselamatan nuklir guna melindungi tidak hanya bagi pekerja radiasi, tapi juga masyarakat dan lingkungan sekitar. Dengan demikian diperlukan suatu studi untuk menentukan kandungan nuklida hasil belah pada bahan bakar bekas suatu reaktor daya. ORIGEN-ARP adalah suatu program komputer yang dapat digunakan untuk menghitung dan menganalisis inventori (inventory), peluruhan dan deplesi bahan bakar bekas [3] . ORIGEN-ARP yang berarti ORIGEN - Automatic Rapid Processing merupakan versi terbaru dari ORIGEN2.1. ORIGEN-ARP terdapat pada paket program (modul) SCALE5.1. Penelitian ini memiliki tujuan untuk menentukan tingkat radioaktivitas nuklida yang ada pada inventori bahan bakar bekas reaktor PWR berdaya 1000 MWe selama pendinginan atau penyimpanan sementara hingga 100 tahun dengan menggunakan ORIGEN-ARP. Hasil penelitian ini juga berfungsi sebagai data estimasi awal yang berguna untuk penanganan atau pengelolaan limbah radioaktif yang dihasilkan. TATA KERJA Penelitian ini dilakukan dalam dua langkah kerja sebagai berikut: Penyiapan data masukan ORIGEN-ARP Pada penelitian ini, ORIGEN-ARP memerlukan data masukan diantaranya berupa : massa bahan bakar nuklir dalam teras, jenis perangkat bahan bakar, grup energi gamma, data siklus operasi PWR 1000 MWe generik yang berbasis pada AP1000 Westinghouse [4] , dan waktu pendinginan hingga 100 tahun. Data masukan ini ditabulasikan pada Tabel 1. Analisis dilakukan dengan asumsi 1 region bahan bakar teras yang diwakili oleh komposisi teras homogen pada Tabel 1 dan hasil perhitungan ini bersifat independen untuk perhitungan satu teras dan tidak mencerminkan akumulasi radioaktivitas total pada kolam bahan bekas selama 100 tahun. Analisis radioaktivitas dengan ORIGEN-ARP dan MS. Office Excel Perhitungan radionuklida hasil belah dilakukan dengan menjalankan aplikasi ORIGENARP. EXE (running) sesuai dengan data masukan yang telah disiapkan. Hasil perhitungan berupa file hasil