Seminar Nasional XIII Kimia Dalam Pembangunan JASAKIAI, Hotel Mercure Yogyakarta, 15 Juli 2010

SOSIALISASI PROGRAM LITBANG PTLR BATAN DI STTN BATANYOGYAKARTA 3 MEI 2013 IMOBILISASI LIMBAH RADIOAKTIF MENGGUNAKAN BAHAN MATRIKS SYNROC GunandjarPusat Teknologi Limbah Radioaktif - BATANKawasan Puspiptek Serpong Tangerang Banten 15310

[File : PRESENTASI STTN-2013] 31 slide (dari 62 slide), 30 April 2013

Di Indonesia, PTLR BATAN telah menerapkan dengan mantap teknologi sementasi untuk imobilasasi LAR dan LAS umur pendek ( T1/2 30 tahun).

Perlu dikembangkan imobilisasi LCAT, LCAR dan LCAS pemancar alfa umur panjang menjadi kemasan limbah yg mampu bertahan dlm penyimpanan jangka panjang di Fas. penyimpanan lestari tanah dalam (Deep Geological Disposal Facility).

Di negara yang menerapkan strategi daur BBN tertutup, LCAT ditimbulkan dari proses olah ulang (reprocessing) BBNB, yg menimbulkan LCAT yg mengandung radionuklida hasil fisi dan sejumlah kecil TRU (aktinida umur panjang).

PENDAHULUANStatus Strategi pengelolaan LCAT dewasa ini adalah imobilisasi dalam gelas borosilikat (proses vitrifikasi), diikuti dengan penyimpanan lestari tanah dalam : ternyata limbah gelas borosilikat kurang stabil, akibat adanya pemanasan gamma ( gamma heating) dari limbah yg masih dapat menimbulkan suhu > 100 0C. Selain itu tidak dapat dijamin untuk menghindari kontak air tanah dengan gelas, walaupun serangkaian lapisan tambahan seperti wadah limbah dari logam dan pembungkus luar (overparck) dari tanah liat telah digunakan di dalam fasilitas penyimpanan lestari tanah dalam [1].

Kerjasama Australia, Inggris, dan jepang telah mengembangkan synroc sebagai alternatif imobilisasi LCAT [2].

PENDAHULUAN (lanjutan) Synroc adalah suatu bahan imobilisasi limbah bentuk kristalin yg terdiri dari gabungan fase-fase kristal titanat yang stabil, dipilih karena kestabilan geokimia dan kemampuan kolektif untuk mengungkung semua unsur-unsur radioaktif dalam LCAT [3].

Selanjutnya imobilisasi dengan matriks synroc dikembangkan untuk LCAS pemancar alfa umur panjang yang mengandung U, Th dan TRU, limbah cair transuranium (LCTRU).

Berdasar pertimbangan keselamatan, kemasan blok limbah hasil imobilisasi dari limbah-limbah alfa umur panjang dimasukkan dalam kelompok yang penyimpanan akhirnya dilakukan di fasilitas penyimpanan lestari tanah dalam [2,4].

PENDAHULUAN (Lanjutan)

Negara-negara yang mempunyai strategi daur BBN terbuka seperti Indonesia tidak ada kegiatan proses olah-ulang BBNB.

Di Indonesia, LCAT ditimbulkan dari pengujian BBN pasca iradiasi di IRM, dan LCAS pemancar alfa umur panjang dari produksi radioisotop 99Mo yang dibuat dari iradiasi uranium diperkaya 235U di IPR

Program litbang imobilisasi limbah radioaktif dengan bahan matriks synroc dan adaptasi teknologinya dipersiapkan untuk LCAT dan LCAR/LCAS alfa umur panjang.

PENDAHULUAN (LANJUTAN)

Dipersiapkan untuk pengolahan :

LCAT dari IRM dan LCAS IPR ,

Limbah mengandung U yang ditimbulkan dari dekomisioning Fasilitas Pemurnian Asam Fosfat - PT.Petrokimia Gresik.

Limbah Thorium dari Pabrik kaos lampu

Limbah yang ditimbulkan dari proses penyiapan bahan bakar nuklir di Indonesia untuk PLTN yang akan datang : - Limbah dari DBBN Uranium - Limbah dari DBBN Thorium

PROGRAM LITBANG IMOBILISASI DG SYNROC

PLTN DAN KEBUTUHAN BAHAN BAKAR NUKLIR Data IAEA 2007, Jumlah PLTN dari 31 negara :

1997 (431 PLTN), 2005 (440 PLTN), 2007 (442 PLTN = 16% Listrik). Data IAEA 2007, Perencanaan PLTN baru sampai 2030 ada 124 PLTN (India, Argentina, China, Iran, Brazil, Ukraena, Afrika, Rusia, Jepang) Sehingga 2030 ada > 566 PLTN.

Ada 3 jenis BBN : 235U, 233U, 239Pu.

Uranium adalah BBN konvensional

hanya 235U yang ada di alam. U-alam : 235U = 0,720%, 238U = 99,275% dan 234U = 0,005%.

Sedang 239Pu dan 233U dapat dihasilkan (dibuat) dari :

238U + on1 ----> 239U --- ----> 239Np --- ------> 239Pu (1)

232Th + on1 ----> 233Th -------> 233Pa -- ------> 233U (2) THORIUM BAHAN BAKAR NUKLIR MASA DEPANBila U-alam dapat dikonversikan menjadi bhn fisil , kesediaan BBN jadi 100 kali.

Kelimpahan Th dalam kerak bumi 3 X kelimpahan U, shg bila Th-alam bisa dikonversikan menjadi bhn fisil maka persediaan BBN akan tambah 300 X.

Pabrikasi BBN JENIS MOX, campuranThO2 dan UO2 atau , campuranThO2 dan PuO2 atau ThO2 sbg selimut BBN. LIMBAH RADIOAKTIF (LR)DAUR BBN URANIUM & THORIUMLR dari Ujung Depan DBBN mengandung : U-alam, dan Th-alam, sebagai LR alfa umur panjang, Umur-paro (T1/2) :238U = 4,5.109 th, 232Th = 1,4.1010 th. LR dari Ujung Belakang DBBN mengandung : radioisotop U, Th, Pu dan hasil fisi. sebagai LCAT mengandung radionuklida pemancar alfa umur panjang, Umur-paro (T1/2) :

238U = 4,5.109 th, 235U = 7,0.108 th, 233U = 1,6.105 th, 232U = 69 th, 234U = 2,5.105 th, 236U = 2,3.107 th. 232Th = 1,4.1010 th, 229Th = 7340 th, 233Th = 22,2 menit (jadi U-233). 239Pu = 2,4.104 th, 238Pu = 87,7 th, 240Pu = 6,56.103 th, 241Pu = 14,4 th, 240Pu = 3,75.105 th. REAKTORFABRIKASI BBNPENYIMPANAN BB BEKASPENGKAYAAN U-235PEMURNIAN DAN KONVERSIPROSES OLAH-ULANG

PENGOLAHAN BIJ I HPENAMBANGAN BIJIH URANIUMEKSPLORASI BHN GALIAN NUKLIRPENGOLAHAN LATPENYIMPANAN LESTARIUJUNG DEPAN DBBNUJUNG BELAKANG DBBNPuUDAUR TERBUKADAUR TERTUTUPU-ALAMUF6PROSES DAUR BBN URANIUMREAKTORFABRIKASI BBN MOXPENYIMPANAN BB BEKASPEMURNIAN THORIUM PROSES OLAH-ULANG

PENGOLAHAN BIJ I HPENAMBANGAN BIJIH THORIUMEKSPLORASI BHN GALIAN NUKLIRPENGOLAHAN LATPENYIMPANAN LESTARIUJUNG DEPAN DBBNUJUNG BELAKANG DBBNU-233Pu-239DAUR TERBUKADAUR TERTUTUPU-diperkaya PROSES DAUR BBN THORIUMNoKarakteristik yang ditinjauKlasifikasiLimbah berumur pendekLimbah Berumur PanjangLimbah alfaLimbah akyivitas Tinggi1Aktivitas awal radio- nuklida yang berumur paro 30 tahunRendah atau sedang, aktivitas-nya dpt di-abaikan setelah 300 thn.Rendah atau sedang, aktivitasnya dpt diabai-kan setelah 300 thn.Sangat tinggi, aktivitas dapat diabaikan setelah beberapa ratus thn.Aktivitas awal radio- nuklida yg berwaktu paro ratusan atau ribuan thn.Nol atau sangat rendah, < dari batas ambang yg ditetapkan.Rendah atau sedang, Rendah atau sedang.Radiasi utama yang dipancarkanBeta-gamma(-) Alfa () (-) selama bbrp ratus thn, kemudian setelah itu yg utama ().2Radionuklida yang utama.Sr-90(28,8 tahun), Cs-137(33 th), Co-60 (5 th), Fe-55(2,5 th).Np-237 (2x106th), Pu-239 ( 2,4x104th), Am-241(4x102th), Am-243 (8x103th), U-238.Co-60, Sr,90, Np-137, Pu-239, Am-241, dan Am-243.3Bahan matriks untuk solidifikasi.Semen , plastik (polimer)Plastik (polimer), aspal (bitumen)Gelas (vitrifikasi).4Sistem penyimpanan akhir.Penyimpanan tanah dangkal selama 300 thnPenyimpanan tanah dlm selama jutaan thnPenyimpanan tanah dlm selama jutaan thnTabel 1. Klasifikasi limbah berdasar umur paroh radionuklidanya dan solidifikasi (bahan matriks) serta tipe penyimpanan akhirnya [7].

Tabel 2 : IMOBILISASI LIMBAH RADIOKATIFNoMATRIKSJENIS LIMBAHUMUR PARO1SemenLAR & LASUmur pendek2Plastik PolimerLAR & LAS Umur Pendek Alfa Umur Panjang3Bitumen (Aspal)LAR & LASAlfa Umur Panjang4Gelas BorosilikatLCATUmur panjang5Gelas KeramikLCATUmur panjang6Gelas FosfatLCATUmur panjang7Gelas AluminosilikatLCATUmur panjang8Vitromet (Gelas dalam matrik Pb)LCATUmur panjang9SHTM (Peleburan Pada Suhu Super Tinggi)LATUmur panjang10SynrocLCATLCAR & LCAS Umur panjang Alfa Umur Panjang Synroc pertama kali dikemukakan sebagai alternatif pengganti gelas borosilikat untuk imobilisasi LCAT, dengan ide dasar memasukkan unsur-unsur limbah ke dalam kisi-kisi kristal mineral sintetis.

Ditemukan chemical zoning mineral zirconite alam umur 40 juta th di ADAMELLO Itali Utara, mengandung : 2,7 - 17,1% ThO2 dan 0,7- 6,0 % UO2 dgn dosis 0,2 1,0 x 1016 a /mg equivalen dgn umur synroc selama 105 sampai 106 tahun [8]. RINGWOOD (1978) [9] menemukan synroc (gabungan mineral titanat) yg jauh lebih tahan terhadap air daripada gelas borosilikat.

Imobilisasi dilakukan dgn mencampur limbah dlm asam nitrat dgn prekursor oksida, dikeringkan, dikalsinasi dan dipres-panas ~ 1200 0C untuk membentuk suatu keramik multi-fase yang padat [10]. PENGEMBANGAN SYNROC TITANAT Fase mineral% beratRadionuklida dalam kisi fase minerala. Fase Utama -Hollandite, Ba(Al,Ti)2Ti6O16 -Zirconolite, CaZrTi2O7 -Perovskite, CaTiO3b.Fase Minor -Titan Oksida, Ti O2 - Fase paduan - Fase Lain30

30

20

1055

- Cs dan Rb.

Logam tanah jarang, Aktinida (An).

Sr, Logam tanah jarang, Aktinida (An) - Tc, Pd, Rh, Ru, dll. Komposisi prekursor oksida untuk Synroc Standar (%berat): Al2O3 (5,4); BaO (5,6); CaO (11,0); TiO2 (71,4) dan ZrO2 (6,6).

Tabel 3. Komposisi dalam mineral synroc-C (standar) yang mengandung 20 % berat dan radionuklida yang masuk dalam kisi-kisi fase mineral [8,9].PEMBENTUKAN FASE-FASE SYNROC TERJADI PADA SUHU SEKITAR 1100-1200 oC PEMBENTUKAN FASE UTAMA : BaO +Al2O3 + 8 TiO2 ------>Ba(Al,Ti)2Ti6O16 (Hollandite) +2O2 (1) CaO + ZrO2 + 2TiO2 -------> CaZrTi2O7 (Zirconolite) (2) CaO + TiO2 --------> CaTiO3 (Perovskite) (3)

PEMBENTUKAN FASE TURUNAN :

CaZrTi2O7(Zirconolite) -------> CaATi2O7 (Phyroclore) (4)

2CaTiO3 (Perovskite) -------> AnTi2O6 (Brannerite) (5)

Ba(AlTi)2Ti6O2(Hollandite) ------>Na2Fe2Ti6O16 (Freudenbergite) (6)

Penggantian unsur : A = Gd, Hf, Pu, U. An = Aktinida.

Gambar 1 : Diagram alir proses pengolahan limbah cair radioaktif dengan synroc titanat dengan Pres Panas Suhu Tinggi[11].

Gambar 2 : Perbandingan perilaku pelindihan synroc + 9% LAT pada 95 oC dan Gelas Borosilikat pada 75 oC dalam air murni [11,12].Gambar 3 : Laju pelindihan Ba, Ca, Sr, Cs , U, Ti, Zr, dan Nd pada suhu 200 oC untuk synroc dengan tingkat muat LAT 9 dan 20 %berat [11,12].

Daya tahan synroc titanat limbah terhadap airDaya tahan synroc titanat limbah terhadap air

Laju pelindihan 17 unsur dlm gelasborosilikat pada dasarnya konstan, pada75 oC harganya berkisar 0,2 1,0 g.m-2.hari-1. Sedang laju pelindihan unsurunsur dlm synroc menunjukkan rentang harga yg lebar. Laju pelindihancepat turun dlm 10-30 hari pertama, kmd turun secara asymptotic menujusuatu harga minimum yang hampir mendatar.

Daya tahan synroc limbah thd air jauh >> dp gelas borosilikat limbah. Setelah10-30 hari, pelindihan unsur valensi 1 dan 2 (Cs, Ca, Sr, dan Ba) dlm synroc500 s/d 2000 kali 2,5 g/cm3PenangananPemanasan aspal, timbul uap. Perlu perlindungan thd kebakaranPeralatan konvensional Press panas pada suhu tinggi1100-1200 oCPemasukan limbahProses panasProses dinginProses dinginBerat limbah yang dimasukanMaks50 % tergantung kandungan bahan dalam limbahMaksimum 70 %Maksimum 70 % Ketahanan terhadap mikroorganismeTidak terpengaruhTidak terpengaruhTidak terpengaruh(tahan jutaan tahun)Ketahanan terhadap radiasi108 109 rad5 x 109 rad5 x 109 radKetahanan terhadap api (dalam 30 menit pada 700 C 900 C) TerbakarRusak sebagianSangat tahan (Tahan sampai suhu tinggi >1100 oC).Tabel 5. Perbandingan bahan matriks aspal, plastik polimer, dan synroc untuk solidifikasi limbah ditinjau dari kebaikan dan kerugiannya [11,22] PENGEMBANGAN SYNROCTIPE SYNROC SYNROC TITANAT SYNROC SUPERCALCINESFOSFAT (alternatif)

PROSES PEMBENTUKAN SYNROC PRES PANAS SUHU TINGGI SINTERING SUHU TINGGI (alternatif) ADAPTASI LITBANG SYNROC DENGAN TEKNIK SINTERING SUHU TINGGISYNROC TITANAT & SYNROC SC FOSFAT UNTUK IMOBILISASI LCAT & LCAR/LAS ALFA UMUR PANJANG :

LCAS dari produksi Radioisotop Mo-99. LCAT dari Uji Pasca iradiasi BBN. Limbah Alfa Umur Panjang dari Proses Ujung-Depan DBBN mengandung : U-alam, dan Th-alam. 4.Limbah dari Pabrik Kaos Lampu (Limbah Alfa Umur- Panjang Mengandung Th-alam). 5.LCAT dari Ujung-Belakang DBBN mengandung : Uranium, Hasil Fisi, dan Aktinida (TRU). Thorium, Hasil Fisi, dan Aktinida (TRU). PENGEMBANGAN SYNROC MELALUI PROSES SINTERING SUHU TINGGI Untuk LCAT & LCAR/LCAS alfa umur panjangSYNROC TITANAT Prekursor : Al2O3, BaO, CaO, ZrO2, TiO2 1.Synroc Standar 2.Synroc Turunan dengan Pengkayaan : Hollandite (untuk limbah hasil belah), Zirconolite (untuk limbah Aktinida) Perovskite, (untuk limbah hasil belah) Pyrochlore (untuk limbah U, Pu, An)

SYNROC SUPERCALCINES FOSFAT Prekursor : Al2O3, BaO, CaO, ZrO2/SiO2, CePO4./Ca3(PO4)2. 1.Synroc Supercalcines Silikofosfat 2.Synroc Supercalcines Zirkoniafosfat Gambar 2 : Diagram alir adaptasi pengembangan proses imobilisasi limbah radioaktif (cair/sludge) melalui proses sintering suhu tinggi. Prekursor synroc titanat : Al2O3, BaO, CaO, ZrO2, TiO2 atauSynroc SC fosfat :Al2O3, BaO, CaO, ZrO2/SiO2, CePO4 / Ca3(PO4)2.

TOPIK PENELITIAN- IIMOBILISASI DG SYNROC ZIRKONIATITANATDENGAN TEKNIK SINTERINGImobilisasi Limbah Mengandung U Dengan Matriks Synroc Titanat .*Penambahan Gadolinium pada Imobilisasi Limbah Mengandung Uranium dengan Matrik Synroc Titanat.Imobilisasi Limbah Aktivitas Tinggi dengan matriks Synroc Titanat.*Imobilisasi Limbah Alfa Umur Panjang Mengandung Aktinida Dengan Matriks Synroc Titanat.Imobilisasi Limbah Thorium dengan Synroc Titanat.*Imobilisasi LCAS dari Produksi Mo-99.TOPIK PENELITIAN-II(SYNROC SUPERCALCINES ZIRKONIAFOSFAT)DENGAN TEKNIK SINTERING Imobilisasi Limbah Mengandung U dengan matriks synroc supercalcines zirkoniafosfat .*Penambahan Gadolinium pada Imobilisasi Limbah Mengandung Uranium dengan synroc zirkoniafosfat.Imobilisasi Limbah Aktivitas Tinggi dengan matriks synroc zirkoniafosfatImobilisasi Limbah Alfa umur panjang mengandung Aktinida dengan matriks synroc zirkoniafosfat.Imobilisasi Limbah Thorium dgn Synroc ZirkoniafosfatImobilisasi LCAS dari Produksi Mo-99TOPIK PENELITIAN-III(SYNROC SUPERCALCINES SILIKOFOSFAT)DENGAN TEKNIK SINTERINGImobilisasi Limbah Mengandung U dengan matriks synroc supercalcines Silikofosfat .Penambahan Gadolinium pada Imobilisasi Limbah Mengandung Uranium dengan synroc Silikofosfat.Imobilisasi Limbah Aktivitas Tinggi dengan matriks synroc SilikofosfatImobilisasi Limbah Alfa umur panjang mengandung Aktinida dengan matriks synroc Silikofosfat.Imobilisasi Limbah Thorium dgn Synroc Silikofosfat.Imobilisasi LCAS dari rodusi Mo-99 dg synroc Slikofosfat.

TERIMA KASIH

GunandjarPTLR-BATAN

(31 slide)LIMBAH THORIUMNoLimbah ThoriumKandungan LimbahKeterangan1Limbah Sludge Thorium dari Pabrik Kaos LampuTh, Mg, KNO3, dalam HNO3.Dari proses pembuatan kaos lampu.2Limbah cair Thorium dari Proses pemurnian bijih Thorium (Monasit, Xenotim, dll)Th, LTJ (Ce, La, Nd, Sm, Pr, Dy) dalam HNO3Dari proses pemurnian dengan ekstraksi menggunakan TOPO atau D2EHPA3Limbah cair Thorium dari Fabrikasi Bahan Bakar nuklirTh, U (dalam HNO3)Dari proses gagalan fabrikasi.4Limbah Cair Aktivitas TinggiTh, U, Hasil Belah, TRU (dalam HNO3 )Dari proses olah ulang bahan bakar bekas tipe MOX ThO2-UO2.5Limbah Cair Aktivitas TinggiTh, U, Pu, Hasil Belah, TRU (dalam HNO3)Dari proses olah ulang bahan bakar bekas tipe MOX ThO2-PuO2.PENDAHULUAN PERKEMBANGAN PLTN DI DUNIA

Negara-negara di dunia melihat nuklir sbg satu-satunya solusi utk memenuhi kebutuhan listrik dgn pertimbangan : PLTN-ramah lingkungan, dan terbatasnya energi fosil -akan habis..

Data IAEA : Jumlah PLTN dari 31 negara : Th. 1997 : ada 431 PLTN Th. 2005 : ada 440 PLTN Th. 2007 : ada 442 PLTN : Total 366.821 Gwe (16% listrik dunia)

Data Juni 2005) : akan dibangun 25 PLTN (19,9 Gwe) : India 9 PLTN Rusia 4 PLTN Jepang 3 PLTN China 2 PLTN Taiwan 2 PLTN Ukraina 2 PLTN Argentina 1 PLTN Iran 1 PLTN Romania 1 PLTNPERENCANAAN PLTN (DATA 2006)Sampai 2030 akan dibangun 124 PLTN : -India 9 PLTN -Rusia 42 PLTN -Jepang 3 PLTN -Cina 63 PLTN -Ukraina 2 PLTN -Argentina 1 PLTN -Iran 1 PLTN -Romania 1 PLTN -Brazil 2 PLTN Belum termasuk Perancis, Australia, dan Negara di Afrika.

( TAHUN 2030 DIPERKIRAKAN ADA > 566 PLTN )

PERKEMBANGAN TERAKHIR DATA IAEA 2007PERENCANAAN PLTN DUNIA9 PLTN42 PLTN (2030), 2 PLTN / th. 3 PLTN63 PLTN (telah dimulai 8 PLTN ) 2 PLTN 1 PLTN 1 PLTN 1 PLTN2 PLTN (untuk kontribusi listrik 6,2 %)PLTN untuk kebutuhan listrik 2X (2050)PLTN baru (untuk kontribusi listrik 78,5%)Mesir, Aljazair, Maroko, Saudi Arabia, dan Uni Emirat Arab untuk desalinasi (Mesir 10 PLTN dalam 10 th). 14 PLTN (3,3%)31 PLTN (16%)54 PLTN (25%)16 PLTN (3,9%)15 PLTN (46%) 2 PLTN (8,6%) - 1 PLTN (9,3%) 2 PLTN (3,7%)Belum punya59 PLTN (78,2%) 2 PLTN (Af.Sel)IndiaRusiaJepangChinaUkrainaArgentinaIranRomaniaBrazilAustraliaPerancisAfrika Perencanaan PLTN Status PLTN NegaraDIFINISI LIMBAH RADIOAKTIF[UU No. 10/1997 ps.1 ayat 8] :LIMBAH RADIOAKTIF (LR) adalah zat rad. dan bhn bekas serta peralatan yg telah terkena zat rad atau menjadi aktif karena operasi nuklir dan tak dpt digunakan lagi.

ZAT RADIOAKTIFadalah setiap zat yg memancarkan radiasi pengion dengan aktivitas jenis > 70 kBq / kg ( = 2 nCi / g). [UU No.10/1997 Ps.1 ayat 9]

RADIASI PENGIONadalah gelomnbang elektromagnit dan partikel bermuatan dg energi yg dimilikinya mampu mengionisasi media yang dilaluinya. [UU No. 10/1997 ps. 1 ayat 3].

Pada umumnya LR memancarkan alfa, beta, dan gamma. SUMBER UTAMA LIMBAH RADIOAKTIFDARI PEMANFATAN ENERGI NUKLIR TUJUAN DAMAI (NUCLEAR FOR PEACE) : Bidang EnergiBidang Non Energi DARI PEMANFATAN ENERGI NUKLIR TUJUAN MILITER (NUCLEAR FOR DEFEND/MILITARY) : Senjata Nuklir DARI BIDANG NON-NUKLIR : LR dari industri non-nuklir, dikenal sbg limbah : - NORM (Naturally Occuring Radioactive Material). - TENORM (Technically Enhanced Naturally Occuring Radioactive Material).PEMANFAATAN TENAGA NUKLIRTUJUAN DAMAITUJUAN MILITER(SENJATA NUKLIR ) ENERGINON ENERGIPLTN PEMANFAATAN RADIASI & RADIOISOTOPPENYEDIAAN LISTRIK & PANASNEUTRONREAKTOR, GENERATOR/AKSELERATOR NEUTRON,PERANGKAT KRITIKNON NEUTRONAkselarator, Cyclotron, Van De Graff (alfa, beta, gama, proton, elektron,Ion dll, , sumber radioisotop.

Produksi isotop, kedokteran, farmasi, industri, hidrologi, pertanian,lingkungan, eksplorasi,, litbang fisika, kimia, biologi,dll.KEGIATAN PEMANFAATAN TENAGA NUKLIRPEMANFAATAN TENAGA NUKLIRDI INDONESIAKEBIJAKAN INDONESIA

PEMANFAATAN TENAGA NUKLIR TUJUAN DAMAI : Undang-Undang RI No. 10 Tahun 1997 : a. Menimbang butir c, b. Bab I pasal 1 butir 4 (Pemanfaatan), c. Bab II pasal 3 (Tugas).

INDONESIA TELAH MENANDATANGANI NPT (NON PROLIFERATION TREATY).

SUMBER LIMBAH RADIOAKTIFDari pemanfaatan tenaga nuklir : Bidang Energi & Bidang Non Energi.Dari Kegiatan Bidang Industri Non Nuklir.2. LIMBAH RADIOAKTIF DARI KEGIATAN NON ENERGI: CONTOH PENGGUNAAN RADIOISOTOP DALAM KEDOKTERANCairSerum Albumin-99mTc13. Penataan Jantung dan PlasentaCair dan padat198Au Kolloid, Cr -32PO4 Kolloid12. Pengobatan Efusi Peritoneal dan PleuralCair dan padatNa-32PO411. Radioterapi Leukimia Cair dan padatNa -131I 10.Penataan & Terapi Thyroid CairNatrium -51Cr2 O79. Penataan Limpa, Sel Darah MerahCairSelenometheonin-75Se 8. Penataan PankreasCairRose Bengal -131I 7.Tes Fungsi HatiCairSerum -131I 6. Penataan Hati Cair133mIn-EDTA 5.Penataan OtakCairSerum Albumin-99mTc 4. Penataan ParuCair85Sr-Sitrat 3.Mempelajari kanker tulang

Cair85SrCl2 2. Penataan TulangCairHipuran-131I 1.Tes GinjalBentuk LimbahSediaan RadiofarmakaPenggunaanLIMBAH RADIOAKTIF DARI KEGITAN NON ENERGI CONTOH PENGGUNAAN RADIOISOTOP DALAM INDUSTRIPadat & Cair 60Co, 137Cs, 92Ir, 170Tl, 8.Sterilisasi, InisiasiReaksi Kimia, Pengawetan, Penyamaan.Cair37Cs, 131I, 24Na 7.Kontrol Proses (pencam-puran, waktu tinggal, siklus)Padat239Pu-Be, 60Co, 137Cs,109Cd, 6.Kontrol Kualitas ( XRF, APN, NS)Padat60Co,192Ir,137Cs, 170Tl, dsb 5.Sumber RadiasiPadat235U, 238U, 233U, 232Th, 239Pu 4.Sumber energiPadat60Co , 90Sr , 137Cs 3.Gamma RadiografiPadat210Po, 226Ra, 239Pu, 241Am (Ditambah 10Be). 2.Sumber ionisasi, produk-si neutron (Neutron Radiografi)Padat14C, 60Co, 90Sr, 106Rh, 137Cs, 204Tl, 241Am 1.Mengukur ketebalan, Densitas, Humiditas, Level GaugingBentuk LimbahSediaan RadioisotopPenggunaanLIMBAH RADIOAKTIF DARI KEGIATAN NON ENERGICONTOH PENGGUNAAN RADIOISOTOP DALAM PERTANIANCair22Na ,24Na6. Penentuan volume air dalam tanahPadat210Po-10Be, 226Ra-10Be, 241Am-10Be.5. Penentuan % Kelem- baban tanah (dengan sumber neutron)Cair13C, 14C, 15N, 22Na ,24Na, 27Mg,32P, 35S, 36Cl, 42K. 4.Menentukan nutrisi tanah, tumbuhan, dan binatang ternak.Padat60Co, 137Cs, 192Ir, dsb.3. Pemuliaan Tanaman dengan iradiasiCairInsektisida Bertanda : (15NH4)2SO4, 58RbCl, 32P. 2. Pola Penyebaran HamaCairPupuk Bertanda: 35S, 32P, 15N 1. Penyerapan PupukBentuk LimbahSediaan RadioisotopPenggunaanLIMBAH RADIOAKTIF DARI NON ENERGICONTOH PENGGUNAAN RADIOISOTOP BIDANG HIDROLOGICair3H , 14C , 32Si. 6.Radioactive Dating (Penanggalan Radioaktif)Cair110Ag,131I, 210Po-10Be, 5.Pengukuran aliran dan arah air ground.Padat60Co 4.Pembersihan pipa 25 km dgn alat polipig diberi radioisotop.Padat & cair141Ce , 90Sr , 192Ir, 140Ba ,24Na 3.Perencanaan Pelabu- han (pergeseran sedimen pantai)Cair3H , 51Cr , 60Co , 82Br , 131I, dsb.2.Mengukur kedalaman, mencari sumber air.Cair60Co, 137Cs. 1.Mencari kebocoran pipa, bendungan, dsb Bentuk LimbahSediaan RadioisotopPenggunaanBEBERAPA CONTOH PENGGUNAANRADIOISOTOP DLM PENELITIAN BIOLOGI, KIMIA,FISIKA, DAN ARKEOLOGIcair3H, 14C, 32Si. ARKEOLOGICair & padat60Co, 192Ir, 24Na, dsb. FISIKACair3H, 14C,15N. 32P, 35S,36Cl ,82Br ,131I c. Kimia Organik (Sintesis, dsb)CairRadioisotop yang sesuai. b. Kimia Fisika (mekanisme reaksi, Kimia pemisahan)Cair60Co, 55Fe,109Cd, 241Am.239Pu-Be, 226Ra-10Be, 241Am-10Be. KIMIA : a. Kimia Analisis ( XRF, AAN)Cair3H, 14C. 13N, 15N. d. Pembentukan Protein, urine.Cair3H, 14C. c. Pembentukan Lemak & Asam Cair51Cr-EDTA b.Metabolisme MakananCair35S, 32PBIOLOGI a.Pengembangan MikrobaBentuk LimbahSediaan RadioisotopPenggunaan3. SUMBER ATAU ASAL LIMBAH TENORMRadionuklida alam yang terdapat dalam limbah TENORM : U-238, U-234, Th-232, Ra-228, dan Rn-220 (anak luruhnya).

K-40 dalam limbah TENORM harus dikarakterisasi.Ra-226 digunakan sbg acuan untuk mengukur aktivitas dan volume relatif di antara TENORM yang berasal dari berbagai sumber.

Industri non-nuklir yang menimbulkan limbah TENORM : 1. Industri Asam Fosfat 2. Pupuk Fosfat dan Kalium Karbonat 3. Batubara 4. Produksi Minyak dan Gas 5. Produksi Energi Geotermal 6. Industri Kertas dan Pulp 7. Scrap Metal. 8. Penambangan Timah, Emas, Tembaga, Logam Tanah Jarang, dll.

IV.1. KLASIFIKASI LIMBAH RADIOAKTIF MENURUT UU No.10 / 1997

Pasal 22 ayat 2 : Limbah radioaktif diklasifikasikan dalam jenis limbah radioaktif - tingkat rendah (LAR = Lmbah Aktivitas Rendah) - tingkat sedang (LAS = Limbah Aktivitas Sedang) - tingkat tinggi (LAT = Limbah Aktivitas Tinggi)

PP No. 27 / 2002 BAB I Ketentuan Umum Pasal 1 ayat 2-5 : LAR : aktivitas > tingkat aman (clearence Level), tapi < LAS, tidak memerlukan penahan radiasi selama penanganan dalam keadaan normal dan pengangkutan. LAS : aktivitas > LAR, tetapi < LAT, tidak memerlukan pendingin, perlu penahan radiasi LAT : aktivitas > LAS, perlu pendingin dan penahan radiasi. LTA (Limbah Radioaktif Tingkat Aman) : nilai yg ditetapkan oleh Badan Pengawas, dinyatakan aktivitas atau tingkat kontaminasi, atau aktivitas total pada/dibawah nilai tsb dibebaskan dari pengawasan. SUMBER RADIASI SUMBER RADIASI ALAMSumber radiasi ekstra terrestrial (dari luar bumi) :Sinar Kosmik atau GalaksiSinar Matahari.

2) Sumber radiasi terrestrial : dari batuan, tanah, air, sedimen dll.

SUMBER RADIASI BUATAN Hasil buatan manusia misal : Reaktor Nuklir, Radioisotop Buatan, Perangkat Sinar X, Siklotron, dll.CLEARENCE LEVEL MENURUT IAEA Dalam IAEA Safety Series No 89, clearence level pada pengelolaan limbah radioaktif : - untuk limbah cair adalah pelepasan efluen LCAR - untuk limbah gas adalah pelepasan efluen LGAR - untuk limbah padat adalah reuse, recycle, dan disposal (penyimpanan lestari).

Clearance level sesuai kriteria pengecualian untuk sumber / kegiatan yang memenuhi kriteria : - dosis efektif yang diterima masy. dlm wktu 1 tahun 0,01 mSv, dan - setiap dosis efektif kolektif yg diterima selama 1 tahun 2 kW/m3 dan umur paro radionuklida T1/2 > 30 tahun dgn konsentrasi > dari batasan utk radionu- klida umur pendek. 3.Limbah aktivitas Tinggi (LAT) (Long lived HLW)Fasilitas penyimpanan lestari pada formasi geologi (tanah dalam) [Deep geological disposal facility]Mengandung radionuklida umur paro panjang > 30 tahun) dgn konsentrasi > batas untuk limbah umur pendek.2.2.Limbah umur panjang (Long lived LILW)Fasilitas penyimpanan les-tari dekat permukaan (tanah dangkal) [Near surface / geological disposal facility] Umur paro < 30 tahun, kandungan radio-nuklida alfa individual < 4000 Bq/g, atau untuk campuran alfa dengan yang lain < 400 Bq/g per paket limbah.2.1.LARS umur pendek (Short lived-LILW) Aktivitas diatas clearance level dan panas yang timbul < 2 kW/m3 . 2. Limbah aktivitas rendah dan sedang (LARS) Low and Interme-diate level Waste (LILW) Aman disimpan/ dibuang tanpa adanya bahaya radiasi Aktivitas clearance level (IAEA, 1996) atau dosis yg diterima masyarakat < 0,01 mSv.1. Exempt Waste (EW) atau Limbah yg dikecualikan.Opsi Penyimpanan (Disposal option) Karakteristik Limbah Klasifikasi Limbah JENIS LIMBAH LAR & LAS : menimbulkan panas < 2 kW / m3. aktivitas < 1 Ci/m3.

LAT : menimbulkan panas > 2 kW / m3. aktivitas > 1 Ci / m3.

LAR yang bisa dibuang ke lingkungan aktivitas < 10-6 Ci/m3.LIMBAH DEKOMISIONING FAS.PEMURNIAN ASAM FOSFAT

Fasilitas Pemurnian Asam Fosfat -Petrokimia Gresik (PAF-PKG) dihentikan sejak 12 Agustus 1989, izin dekomisioning dari BAPETEN No. 286/ID/DPI/ 14-X/2004 tanggal 14 Oktober 2004 berlaku 5 tahun s/d 13 Oktober 2009 [1]. Kegiatan dekomisioning fasilitas PAF-PKG menimbulkan limbah radioaktifcair organik yang mengandung uranium, campuran pelarut D2EHPA, TOPO, dan kerosen serta air, yang mempunyai volume 371 m3, pH 3,48, (COD) 31.500 ppm, (BOD) 2.200 ppm, aktivitas dan 1200 dan 2600 Bq/liter.

Limbah tersebut merupakan B3 yang radioaktif mengandung U-alam dan 14 anak luruhnya U-234, Th,234, Th-230, Pa-234, Ra-226, Rn-222, Po-218, Po-214, Po-210, Bi-214, Bi-210, Pb-214, Pb-210, dan Pb-206 [2]. U-238 dan bbrp anak luruhnya (U-234, Th-234, Th-230,Ra-226, Po-210, dan Pb-210) merupakanradionuklida pemancar alfa, mempunyai daya rusak thd jaringan biologis dan sifat radiotoksisitas sangat tinggi [2,3].

Limbah tersebut diolah dgn proses biooksidasi untuk menurunkan COD, BOD, pHdan radioaktivitasnya, shg memenuhi baku mutu limbah cair industriCOD 100 ppm, BOD 50 ppm, pH 5-9 [4], dan U dlm air < 1000 Bq/liter [5].

LIMBAH CAIR DARI DEKOMISIONING FAS.PAF-PKG

Hasil Proses biooksidasi diperoleh beningan dan sludge radioaktif . Beningan telah memenuhi baku mutu dengan COD = 51 ppm, BOD=22 ppm, aktivitas < 1000 Bq/L, pH=7,5. Sludge radioaktif dgn aktivitas =0,4-40,2Bq/liter, = 1173 - 4100 Bq/L,pH=7,5, padatan total 40-50 % berat . Limbah Sludge dari dekomisioning fasilitas PAF-PKG mengandung U-alamTermasuk kriteria limbah pemancar alfa umur panjang aktivitas rendahatau sedang, yg dapat disolidifikasi dgn matriks plastik polimer atau aspal.Pengembangan terakhir limbah jenis ini digunakan matriks synroc.

Dikembangkan penggunaan synroc titanat sbg alternatif matriks utk solidifikasilimbah sludge radioaktif dari dekomisioning fasilitas PAF-PKG.

Synroc titanat adalah bentuk kristalin padat yg tersusun dari gabungan fase-fasetitanat yg stabil dan dipilih karena kestabilan geokimia dan kemampuankolektif utk imobilisasi semua unsur radioaktif dlm limbah radioaktif..

IMOBILISASI LIMBAH RADIOAKTIF

Imobilsasi limbah radioaktif dilakukan melaui proses solidifikasi yangbertujuan agar radionuklida terfiksasi, terkungkung, dan tertahan dlmmatriks bahan pemadat shg radionuklida tsb tidak lepas ke lingkungan.

LRAR dan LRAS yg mengandung unsur radioaktif T1/2 30 thndan aktivitas maks 1 Ci/m3, biasanya diimobilisasi dgn matriks semen(campuran semen, pasir, aditif, dan air) memberikan solidifikasi berupabeton yg merupakan material komposit [6].

Kualitas beton harus memenuhi standar IAEA sbb [7]: kerapatan 1,70 2,50 g/cm3, kuat tekan beton yg telah berumur 28 hari : 20 50 N/mm2,dan laju pelindihan radionuklida :1,7x10-1 - 2,5x10-4 g/cm2.hari.

Penggunaan matriks semen (beton) telah mantap diterapkan BATAN utksolidifikasi LAR & LAS umur pendek.

Fase mineralRumus kimiaRadionuklida dalam kisi fase minerala.Fase Utama : -Hollandite -Zirconolite -Perovskite, Fase Turunan : -Pyrochlore a) -Brannerite b) -Freudenbergite c)Titan OksidaFase paduan Ba(Al,Ti)2Ti6O16CaZrTi2O7CaTiO3

CaATi2O7An Ti2O6Na2Fe2Ti6O16Ti O2Paduan Logam- Cs dan Rb.- Logam tanah jarang, Aktinida (An).- Sr, Logam tanah jarang, Aktinida (An)

- Ca dan A (Gd, Hf, Pu, U) - Aktinida (An)- Na, Fe

- Tc, Pd, Rh, Ru, dll.a) Turunan zirconolite dengan penggantian Zr oleh A (Gd, Hf, Pu, U). b) Turunan perovskite dengan penggantian Ca oleh An (Aktinida).c) Turunan hollandite dengan penggantian Ba, (Al,Ti) oleh Na dan Fe.Tabel 4. Fase-fase utama dan turunannya dalam mineral synroc-C (standar) dan radionuklida yang masuk dalam kisi-kisi fase mineral [8,9].IMOBILISASI LIMBAH RADIOAKTIF DG SYNROC TITANAT

DENGAN PROSES PRES PANAS SUHU TINGGI.

Prekursor non-radioaktif synroc dibuat di luar hot-cell menggunakan metodekimia yang dikembangkan Dosch [10].

Hasil slurry dikeringkan pada 130 oC dalam drum pengering berputar menjadiserbuk bebas alir, kemudian dimasukkan sebagai moving bed ke dalam vertikalkiln dimana kalsinasi dilakukan pada 750 oC dalam kontrol media reduksi dengan Ar-44 % H2.

Serbuk dituang ke dalam wadah baja tahan karat dan dimasukkan 2 % logamTi untuk mempermudah pengendalian proses redoks selama pres-panas. Wadah(container) divakumkan. Campuran synroc dari prekursor dan limbah (~ 25 % densitas teoritis) dikonversi menjadi keramik monolit yg sangat kompak dgn pres-panas pada 1150 1200 oC, tekanan 500 1000 bar (pres-panas isostatik atau hot isostatic pressing = HIP), terjadi reduksi volume limbah yang besar.

Limbah hasil pres-panas dikumpulkan dalam canister, dan disimpan di fasilitas penyimpanan lestari tanah dalam.

Fase mineralRumus kimiaRadionuklida dalam kisi fase minerala.Fase Utama : -Hollandite -Zirconolite -Perovskite, b.Fase Turunan : -Pyrochlore a) -Brannerite b) -Freudenbergite c)c.Fase MinorTitan OksidaFase paduan Ba(Al,Ti)2Ti6O16CaZrTi2O7CaTiO3

CaATi2O7An Ti2O6Na2Fe2Ti6O16

Ti O2Paduan Logam- Cs dan Rb.- Logam tanah jarang, Aktinida (An).- Sr, Logam tanah jarang, Aktinida (An)

- Ca dan A (Gd, Hf, Pu, U) - Aktinida (An)- Na, Fe

- Tc, Pd, Rh, Ru, dll.a) Turunan zirconolite dengan penggantian Zr oleh A (Gd, Hf, Pu, U). b) Turunan perovskite dengan penggantian Ca oleh An (Aktinida).c) Turunan hollandite dengan penggantian Ba, (Al,Ti) oleh Na dan Fe.Tabel 4. Fase-fase utama dan turunannya dalam mineral synroc-C (standar) dan radionuklida yang masuk dalam kisi-kisi fase mineral [8,9].Daya tahan synroc titanat limbah terhadap radiasi

Proses kerusakan signifikan dan permanen thd bentuk limbah synroc hanya terjadi karena adanya peluruhan a, dgn kerusakan utama timbuldari atom-atom yang recoil.

Adanya doping 244Cm, laju pelindihan Synroc meningkat hanya ~10 kalidp bila tidak didoping (menjadi 10-4 10-5 g.m-2.hari-1) [16].

Adanya 238Pu dan 244Cm pada fase zirconolite / pyrochlore dan synroc-Cmenyebabkan terjadinya swelling sekitar 4 - 6,9 %volume [17,18].

Walaupun dmkian swelling tak menyebabkan micro-cracking. Synroc kaya Na, fase freudenbergik (Na2Fe2Ti6O16), distabilkan oleh Na. Kerusakan akibat radiasi a dpt diminimalkan dgn annealing pada 200 oCatau adanya peluruhan gamma.

Kerusakan relatif sangat rendah dan dpt diterima. Synroc fase zirconolite dgn paparan 3x1018 a/g dpt menahanunsur-unsur aktinida sampai 2,5x109 th [21].

(a)Hp-Barium Aluminium Fosfat : [Ba.Al2]P2O9(b)Zp-Kalsium zirkonil fosfat : CaZrOP2O7(c)Pp-Kalsium fosfat : Ca4P2O9(d)Pyp-Kalsium uranil fosfat : CaUO2P2O7(turunan Zp-Kalium zirkonil fosfat)(e)Bp-Uranil fosfat : [UO2]4[P2O9](turunan Pp-Kalsium fosfat)(f)Bp-Thorionil fosfat : [ThO]4[P2O9](turunan Pp-Kalsium fosfat)

Gambar 1. Struktur kimia fase utama dan fase turunan Synroc SC-zirkoniafosfat

Gambar 1. Struktur kimia fase-fase utama dan fase turunan mineral synroc supercalsine zirkoniafosfat [6].PERKEMBANGAN TERAKHIR DATA IAEA 2007PERENCANAAN PLTN DUNIA