TUGAS
RADIOKIMIA
REAKTOR
NUKLIR FUKUSHIMA (JEPANG)
DISUSUN
OLEH:
I DEWA M.
KRESNA
09 313 161
PENDIDIKAN
KIMIA
SEMESTER VI
KELAS B
JURUSAN
KIMIA
FAKULTAS
MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS
NEGERI MANADO
2012
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Sekilas tentang sejarah Jepang
Dalam catatan sejarah telah
tertulis bahwa dulu pada jaman perang dunia, dua kota di jepang yaitu hiroshima
dan nagasaki pernah di bom oleh tentara sekutu. Berkat pemboman itu pula
indonesia mendapat peluang yang besar untuk memerdekakan diri dari penjajahan
Jepang.
Jepang dihancurkan Tentara
sekutu dengan bom atom di Hirosima (6 Agustus 1945) dan Nagasaki (9 Agustus
1945). Namun kemudian, dengan energi nuklir pula (menyumbang 30% kebutuhan
listriknya), Jepang membangun ekomoninya. Selama berpuluh tahun Jepang menjadi
Negara dengan kekuatan terbesar kedua di dunia (sekarang Cina)
Replika bom atom Hiroshima
1.2.
Jenis Reaktor Fukushima
Reaktor
nuklir fukushima ini berjenis BWR (Boiling Water Reactor) yang merupakan
rancangan reaktor jenis air ringan sebagai pendingin dan moderator, yang juga
digunakan di beberapa Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir. Reaktor BWR pertama
sekali dirancang oleh Allis-Chambers dan General Electric (GE). Sampai saat
ini, hanya rancangan General Electric yang masih bertahan. Reaktor BWR
rancangan General Electric dibangun di Humboldt Bay di California. Perusahaan
lain yang mengembangkan dan membangun reaktor BWR ini adalah ASEA-Atom,
Kraftwerk Union, Hitachi. Reaktor ini mempunyai banyak persamaan dengan reaktor
PWR; perbedaan yang paling kentara ialah pada reaktor BWR, uap yang digunakan
untuk memutar turbin dihasilkan langsung oleh teras reaktor. Pada reaktor BWR
hanya terdapat satu sirkuit aliran pendingin yang bertekanan rendah (sekitar 75
atm) sehingga aliran pendingin tersebut dapat mendidih di dalam teras mencapai
suhu 285°C. Uap yang dihasilkan tersebut mengalir menuju perangkat pemisah dan
pengering uap yang terletak di atas teras kemudian menuju turbin. Karena air
yang berada di sekitar teras selalu mengalami kontaminasi oleh peluruhan
radionuklida, maka turbin harus diberi perisai dan perlindungan radiasi sewaktu
masa pemeliharaan. Kebanyakan zat radioaktif yang terdapat pada air tersebut
beumur paro sangat singkat, misalnya N-16 dengan umur paro 7 detik sehingga
ruang turbin dapat dimasuki sesaat setelah reaktor dipadamkan. Uap tersebut
kemudian memasuki turbin-generator. Setelah turbin digerakkan, uap diembunkan
di kondenser menjadi aliran pendingin, kemudian dipompa ke reaktor dan memulai
siklus kembali seperti di atas.
BAB II
2.1.
Penyebab meladaknya reactor nuklir fukushima
Ledakan
pada reaktor nuklir di Fukushima telah terjadi tiga kali sejak gempa dengan
kekuatan 9 mengguncang Jepang, Jumat (11/3/2011) lalu. Ledakan pertama terjadi
di reaktor nomor 1 hari Sabtu lalu, disusul ledakan di reaktor nomor tiga
Senin, dan ledakan terakhir terjadi di reaktor nomor 2, Selasa. Banyak
pihak mengkhawatirkan terjadinya radiasi nuklir yang besar sebagai konsekuensi
dari ledakan itu.
Daya
listrik yang mampu dihasilkan adalah 460 MW, dengan daya termal 1553 MW dan
asumsi efisiensi termal 30 persen. Reaktor tersebut dibangun akhir tahun
1960-an dan beroperasi awal 1970-an. "Pada reaktor nuklir, energi
dihasilkan dari reaksi fisi atau pembelahan inti atom. "Reaksi fisi juga
menghasilkan energi radioaktif yang akan meluruh. Jumlah energi yang dihasilkan
dari suatu reaksi fisi adalah total dari energi fisi dan energi peluruhan
radioaktif. Besar kecilnya energi yang dihasilkan dalam reaksi fisi tergantung
dari banyak sedikitnya proses fisi. Reaksi fisi bisa dikendalikan dengan batang
kendali atau control rods. Jika seluruh batang kendali
dimasukkan, maka reaktor akan padam, dikenal dengan istilah shut down.
Pengamanan
reaktor nuklir mengenal jargon 3C, yakni Control,
Cool dan Contain. Control terkait upaya mencegah peningkatan
tajam energi, Cool terkait dengan upaya
mendinginkan bahan bakar, dan Contain berkaitan dengan upaya menjaga
bahan radioaktif agar tetap dalam reaktor. "Perlu diingat bahwa ketiganya
bisa berfungsi sebagai aspek pertahanan," katanya. Kalau kontrol tak
berfungsi, maka masih ada sistem pendingin. Kemudian, jika sistem pendingin tak
juga berfungsi, maka masih terdapat pengungkung reaktor yang akan mencegah
lepasnya materail radioaktif.
Ledakan
di reaktor Fukushima 1 berhubungan dengan kegagalan pada sistem proteksi dan
faktor yang berkaitan dengannya. Ketika gempa terjadi, sistem kontrol
sebenarnya berhasil berfungsi dengan memadamkan reaktor sehingga reaksi fisi di
dalam reaktor tak terjadi lagi. "Akan tetapi, masih ada energi dari
peluruhan radioaktif. Pada saat reaktor padam, masih ada 7 persen dari 1.553
MW, atau sebesar 107 MW," ungkapnya. Dalam kondisi tersebut, sistem
pendingin seharusnya bekerja untuk mengalirkan air saat awal sistem tersebut
berfungsi. Sayangnya, sistem pendingin akhirnya ngadat setelah satu jam sebab
generator listrik mati akibat tsunami. "Situasi tersebut dikenal dengan
istilah LOFA (loss of flow accident), yakni pendingin tetap ada, namun
tidak mengalir," papar Alex. Akibatnya panas tak bisa ditransfer.
Ada dua
fenomena yang bisa terjadi. Pertama, naiknya suhu pendingin memicu pendidihan
sehingga bagian atas reaktor tertutup uap air. "Jika ini terjadi,
kemungkinan pelelehan bahan bakar besar. Jika bahan bakar meleleh, bahan
radioaktif akan terlepas ke sistem pendingin," jelas Alex. Kemungkinan
kedua adalah kenaikan suhu selongsong bahan bakar. Selongsong merupakan
pembungkus bahan bakar yang terbuat dari logam campuran Zirkonium. Jika suhu
meningkat hingga 900 derajat celsius, maka zirkonium akan teroksidasi oleh air
sehingga menghasilkan hidrogen.
Hidrogen
yang terakumulasi bereaksi dengan oksigen sehingga terjadi ledakan hidrogen.
Hal tersebut menyebabkan ledakan di Fukushima 1 Unit 1. Kekuatan ledakan cukup
kuat untuk meruntuhkan bangunan di sekitarnya, namun tidak sampai merusak
selongsong pelindung reaktor. Faktanya, ledakan terjadi di reaktor-reaktor
tersebut setelah TEPCO (Tokyo Power Electric Company) mengalirkan air laut
untuk mendinginkan reaktor secara langsung. Terjadinya ledakan juga disebut
bagian dari proses pendinginan reaktor yang tidak membahayakan reaktor
tersebut. Permbangkit listrik tenaga nuklir itu berada 250 kilometer timur
laut Tokyo. Kantor Berita Kyodo juga melaporkan bahwa tingkat radiasi di kota
Maebashi, 100 kilometer utara Tokyo, naik 10 kali lipat di atas batas normal.
2.2.
Kronologi Kecelakaan Nuklir Fukushima
Dari
14 unit PLTN tersebut, 11 unit PLTN yang sedang beroperasi,
berhasil menghentikan operasinya secara otomatis, sedangkan 3 unit PLTN
lainnya (Unit 4, 5 dan 6 Fukushima Dai-Ichi) sedang tidak beroperasi
karena perawatan rutin.
Namun, bagi
3 PLTN di Fukushima Dai-ichi, Unit 1, 2 dan 3, gempa bumi dan Tsunami
tersebut mengawali bencana nuklir. Ketiga PLTN yang baru saja berhasil secara otomatis
menghentikan operasinya, mengalami kendala ketika harus mendinginkan batang
bahan bakarnya. Batang-batang bahan bakar PLTN jenis Boiling Water
Reactor (BWR) masih menyimpan panas sisa sekitar 10% dari daya ketika
beroperasi. Oleh karena itu masih diperlukan sirkulasi air pendingin oleh
pompa. Tetapi gempa dan tsunami telah memutus catu daya listrik eksternal ke
PLTN Fukushima Dai-ichi. Genset yang seharusnya berfungsi sebagai pemasok
listrik cadangan untuk pompa sistem pendingin PLTN, tidak berfungsi
karena terbanjiri tsunami.
BWR
adalah jenis PLTN yang langsung mendidihkan air yang merendam batang bahan
bakar. Uap dari air yang mendidih tersebut digunakan untuk menggerakkan turbin
dan turbin menggerakkan generator listrik. Dengan demikian jika terjadi kerusakan
kelongsong batang bahan bakar, produk fisi akan terbawa oleh uap air yang
menuju ke turbin. Oleh karena itu turbin pun harus kedap, tidak boleh bocor.
Pada tanggal 12
Maret 2011, permukaan air di bejana PLTN Unit 1 turun dan sebagian batang
bahan bakar tidak terendam air. Reaksi antara kelongsong bahan bakar (paduan
logam Zirconium) dengan uap air menghasilkan hidrogen. Tekanan dalam
bejana reaktor semakin tinggi sehingga operator memutuskan untuk mengeluarkan
uap air bercampur hidrogen tersebut melalui katup penurun tekanan. Logikanya
uap tersebut kemudian mengembun dan airnya masuk ke bejana penurun tekanan (pressure
suppression chamber) dan tidak ada uap yang menembus bejana pengungkung (containment
vessel) bahkan beton yang disebut concrete shell “drywell”.
Kenyataannya terjadi ledakan pada 12 maret 2011 Pk. 14.36 waktu
setempat akibat berpadunya hidrogen dengan oksigen di luar concrete
shell “drywell” sehingga bagian atas bangunan reaktor rusak.
Pada saat
itu dilakukan pula upaya untuk mendinginkan batang bahan bakar yang dilakukan
dengan injeksi air tawar maupun air laut ke teras reaktor yang berisi
400 bundel batang bahan bakar dan ke kolam penyimpan batang bahan bakar (spent
fuel pool) yang berisi 292 bundel bahan bakar bekas dan 100 bundel bahan
bakar baru. Upaya tersebut masih dilanjutkan padatanggal 25 Maret
2011 dengan injeksi air tawar ke teras reaktor. Pada tanggal 24
maret 2011 catu daya listrik dari luar sudah dapat dihubungkan ke ruang kendali
utama.
Demikian
juga genset darurat untuk pompa sistem pendingin teras PLTN Unit 2 rusak
akibat tsunami, bahkan bejana penurun tekanan juga rusak. Pada tanggal 13 Maret
2011 dilakukan pula pembukaan katup untuk menurunkan tekanan bejana reaktor.
Injeksi air laut ke teras dilakukan keesokan harinya. Tetapi ledakan
masih juga terjadi pada tanggal 15 Maret 2011.
Langkah
pendinginan terus berlanjut, air laut diinjeksikan ke kolam penyimpan bahan
bakar yangberisi 548 bundel batang bahan bakar. Ruang kendali utama
berhasil dihubungkan dengan catu daya listrik eksternal pada tanggal 26 Maret
2011. Air tawar diinjeksikan ke teras reaktor dan pada tanggal 1 April air
diinjeksikan juga ke kolam penyimpan bahan bakar yang berisi 587
batang bahan bakar bekas dan 28 bundel batang bahan bakar baru.
Genset
darurat untuk pompa sistem pendingin teras PLTN Unit 3 juga rusak akibat
tsunami. Setelah pembukaan katup penurun tekanan pada tanggal 13 Maret
2011, bahkan disertai injeksi air laut ke teras, masih juga terjadi ledakan
hidrogen pada keesokan harinya. Air laut disemprotkan ke kolam penyimpan
bahan bakar dari helikopter pada tanggal 17 Maret 2011.
Sedangkan listrik dari eksternal sudah dapat terhubung dengan ruang kendali
utama pada tanggal22 Maret 2011. Injeksi air tawar ke teras reaktor yang berisi
548 bundel batang bahan bakar dilakukan pada tanggal 25 Maret,
diikuti penyemprotan ke kolam penyimpan bahan bakar yangberisi 514 bundel
batang bahan bakar bekas dan 52 bundel batang bahan bakar baru padatanggal 29 Maret
2011.
Pada tanggal 15
dan 16 Maret 2011 terjadi kebakaran di PLTN Unit 4. Tentara Jepang
menyemprotkan air laut ke kolam penyimpan bahan bakar yang berisi
1331 bundel bahan bakar bekas dan 204 bundel baru pada tanggal 20 Maret
2011, dilanjutkan dengan injeksi air laut pada tanggal 25 Maret.
Ruang kendali utama berhasil dihubungkan dengan catu daya eksternal pada tanggal 29 Maret
2011.
Dari
peristiwa di Fukushima tersebut dapat disimpulkan bahwa sistem otomatis
untuk menghentikan operasi reaktor telah berfungsi dengan baik. Namun
pendinginan panas sisa atau panas dari peluruhan zat radioaktif hasil fisi
tidak dapat berfungsi. Upaya yang terus dilakukan hingga kini adalah upaya
pendinginan. Sebagai dampak kegagalan pendinginan adalah reaksi antara paduan
zirconium yang menjadi bahan kelongsong dengan uap air menghasilkan hidrogen.
Hidrogen bereaksi dengan oksigen menyebabkan ledakan yang dapat merusak
struktur.
PLTN
seharusnya dirancang sedemikian sehingga keselamatannya tidak tergantung pada
fungsi pendinginan. Gempa dan tsunami merupakan fenomena alam, sebesar apapun
harus dijadikandasar dalam perancangan yang mewujudkan prinsip fail-safe,
gagal tapi selamat. Sebenarnya saat ini ada PLTN yang keselamatannya tidak
tergantung pada sistem pendingin, yaitu Reaktor Suhu Tinggi Modular. Reaktor
dirancang dengan cara mencari geometri yang memungkinkan kondisi setimbang
antara panas yang dibangkitkan oleh bahan bakar dalam teras reaktor dengan panas
yang dilepaskan ke lingkungan pada suhu tertentu yang diinginkan. Suhu tersebut
dipilih 1600°C, lebih rendah dari suhu yang menyebabkan timbulnya retak dalam
kelongsong bahan bakar (Silisium Karbida – SiC), sekitar 2000°C. Reaktor suhu
tinggi menggunakan moderator grafit. Grafit sebagai moderator mempunyai tampang
lintang serapan terhadap neutron yang cenderung membesar jika suhunya naik.
Oleh karena itu jika daya reaktor dinaikkan, suhu naik, maka serapan terhadap
neutron semakin besar. Secara eksperimental telah dibuktikan, operator tidak
bertindak apapun, pendingin (Helium) dimatikan dan batang kendali maksimum
(artinya daya dinaikkan), akibatnya suhu naik namun maksimal hanya mencapai
1600°C. Karena suhu naik, serapan terhadap populasi neutron semakin besar,
sehingga daya reaktor turun dengan sendirinya. Tampaknya dengan sistem keselamatan
reaktor seperti ini akan tahan terhadap gempa dan tsunami.
2.3.
Dampak terpapar radiasi bagi manusia dan alam
Tapah-1. Ionisasi yang dihasilkan
oleh radiasi yang tergolong kuat dapat membentuk formasi radikal bebas
[atom-atom dan molekul-molekul tanpa electron] di dalam sel tubuh.
Tahap-2. Setiap radikal bebas akan
mencoba untuk mengambil electron [yang tidak ada pada dirinya] dari ikatan yang
ada di sekitarnya, sehingga menimbulkan reaksi formasi radikal bebas secara
berantai.
Tahap-3. Integritas sel-sel dan
molekul-molekul DNA mengalami penyimpangan.
Efek paparan radiasi nuklir
bervariasi sesuai dengan dosis radiasi [dalam unit terserap] yang diterima oleh
tubuh, sebagai berikut:
·
0,007 – 0.002, Dosis normal yang dapat diterima oleh tubuh
per tahun
·
0.05, Dosis maksimal yang dapat diterima oleh tubuh per
tahun.
·
0.1, Tingkatan dimana kemungkinan gen mengalami mutasi dua
kali lipat.
·
0.25, Dosis tunggal yang biasanya dijadikan sebagai penentu
risiko keadaan darurat.
·
1.0, Dosisi yang menyebabkan penderitaan akut akibat radiasi
·
3~5, Tanpa perawatan, 50% dari orang yang terpapar radiasi
dalam dosis ini akan meninggal dalam 1 hingga 2 bulan akibat kelainan sumsum
sel tulang.
·
10~50, Kematian terjadi dalam 1 hingga 2 minggu terutama
disebabkan oleh luka pada sistim ‘gastrointestinal’.
·
100, Kematian akan terjadi dalam beberapa jam hingga
beberapa hari akibat kerusakan pada pusat ‘nervous system’.
Radiasi di sekitar kita
1. Alam
: sumber radiasi bisa berasal dari
alam dan dari teknologi buatan manusia.
Yaitu sinar kosmik, sinar matahari, kulit bumi, gas radioaktif radon, makanan
dan minuman yang kita kinsumsi.
2. Tubuh
manusia mengandung zat radiokatif, yaitu C-14, potasium-40, dan polonium-40.
Total radiasi ini sebanyak 2,4 miliseverts (mSv). Radiasi paling tinggi berasal
dari radon yang berasal dari peluruhan uranium di kulit bumi sebesar 1,3
mSievert.
3. Sumber
radiasi yang berasal dari teknologi buatan manusia di antaranya berasal dari
penggunaan radiasi utuk dunia medik, sisa uji coba bom atom dan PLTN, hasil pembakaran batu bara, hingga penggunaan
produk-produk yang memancarkan radiasi.salah satu teknologi mengunakan zat
radioaktif adalah detektor logam dan mein pemindai barang di bandara. Meski
dirancang dengan radioaktif minimum, jika terpapar radiasi dari alat ini cukup
lma akan berbahaya. Jadi, ketika melintasi detektor logam, segera beranjak dari
bawahnya.
Sekitar 4000 kasus kanker tiroid. Peningkatan
jumlah kasus kanker darah (leukemia).
•
Organ yang sensitif
antara lain kelenjar tiroid, usus, ginjal, limpa, dan sumsum tulang.
•
Jika terpapar pada gonad
(buah zakar maupun indung telur), dapat terjadi kemandulan. Selain itu dapat
terjadi mutasi sel yang menyebabkan kanker pada organ tubuih maupun darah.
•
Paparan pada ibu hamil
dapat mengganggu pertumbuhan janin, yaitu terjadi penyimpangan dalam proses
pertumbuhan organ. Tergantung pada saat paparan, organ tubuh apa yang sedang
berkembang pada janin dalam kandungan.
Penjelasan
proses biokimia dampak radiasi
Ada 3 tahapan :
1.
Ionisasi akibat radiasi
tergolong kuat membentuk radikal bebas dalam sel tubuh.
2. Setiap radikal bebas akan mengambil elektron
membentuk ikatan, sehingga menimbulkan pembentukan radikal bebas berantai.
3. Integritas sel-sel dan molekul-molekul DNA
mengalami penyimpangan.
Hal
terburuk akibat
1. Kematian sel tubuh secara massif
2. Pertumbuhan sel kanker
3. Terjadinya mutasi gen
Bagaimana cara menetralkan
zat radioktif yang masuk ke dalam tubuh kita ?
Cara
untuk menetralkannya adalah dengan mengonsumsi iodium dalam jumlah banyak,
seperti yang diberikan Pemerintah Jepang bagi warga di sekitar daerah radiasi.
Makin banyak iodium yang dikonsumsi, konsentrasi iodium-131 dalam kelenjar
tiroid akan berkurang sehingga kemungkinan zat ini terserap tubuh jadi lebih
kecil.
2.4.
Apakah Meladaknya Reaktor
Nuklir Fukushima Merupakan Bencana?
Meledaknya
reactor nuklir Fukushima adalah murni ledakan kimia, bukan ledakan nuklir
(seperti bom atom Hiroshima & Nagasaki). Faktanya, rendah tingkat radiasi,
dan kerangka baja gedung masih utuh. Berdasarkan fakta tersubut saya
menyimpulakan meladaknya reactor nuklir ini di akibatkan bencana alam (gempa) yang
menyebabkan sistem pengoprasian PLTN ini terganggu yang akhinya menyebabkan reaksi
nuklir dalam inti reactor yang berada di deka pantai otomatis terhenti. Namun
dengan terhentinya reaksi fisi, teras tempat berlangsungnya proses tidak
langsung mendingin. Bangunan teras yang terendam air masih bersuhu tinggi.
Karena itu dilakukan prosedur lain yaitu pendinginan harus terus dilakukan dengan
mengalirkan air ke teras. Dengan berhentinya aliran listrik, akibat gempa, maka
digunakan mesin genset. Ada 3 mesin diesel yang bekerja memompa air. Sayangnya,
3 mesin itu gagal beroprasi karena tsunami. Skenario terakhir adalah
menggunakan batere cadangan yang dapat bekerja selam 8 jam. Namun ini tidak
cukup berarti dalam diembunkan, menyebabkan tekanan bejana naik. Pelepasan uap
yang terus berlangsung akan membuat permukaan air dalam bejana semakin menurun.
Bagian atas teras reactor mulai tidak terendam air. Kondisi ini mempercepat
kenaikan suhu bahan bakar. Pendinginan dilanjutkan dengan injeksi melalui
saluran air, penyemprotan dari udara, menggunakanhelikopter, dan penembakan
dengan water canon. Namun usaha ini tidak memadai. Meski dilakukan pendinginan,
suhu di dalam reactor masih di atas 100oC. Kondisi ini menyebabkan
terjadinya reaksi antara Zirconium dan air menghasilkan gas hidrogen hingga
tekanan dalam ruang reactor naik. Hal ini mendorong dibukanya saluran ke luar.
Gas hidrogen dihasilkan dari reaksi uap yang terkena dinding. Ledakan terjadi
karena gas hidrogen dalam reactor bertemu dengan oksigen di udara.
Sekali
lagi saya katakan Meledaknya reactor nuklir Fukushima jelas karena bencana yang
menyebabkan sistim pengoprasian PLTN terganggu, sistem pengamanannya-pun gagal
akibat tsunami.
DAFTAR PUSTAKA
atau
.
