perancangan kontainer limbah reflektor ...batan.go.id/ptlr/08id/files/u1/sntpl8/proceeding/19...saat...

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




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)




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




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)




185

Perhitungan berat untuk bagian

kontainer yang berbentuk bulat dihitung

dengan menggunakan rumus sebagai

berikut:

m = Π/4 D2 t ρ (ton) (5)


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)


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




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




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.




188

perancangan kontainer limbah reflektor ...batan.go.id/ptlr/08id/files/u1/sntpl8/proceeding/19...saat...

Documents