Meledaknya Reaktor Nuklir Fukushima (Jepang)

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 ?

Menurut Guru Besar Bidang Reaktor Nuklir dari Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Zaki Su’ud, salah satu zat radioaktif yang masuk ke tubuh adalah iodium-131. Zat ini menyerang kelenjar tiroid dan bisa menyebabkan kanker.

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 100^oC. 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

                                            

http://sains.kompas.com/read/2011/03/16/06422681/Kenapa.Reaktor.Nuklir.Fukushima.Meledak (diakses 14 April 2012 pukul 01.00 A.M. WITA)

http://ridwanaz.com/umum/sejarah/video-bom-atom-hiroshima-nagasaki/ (diakses 14 April 2012 pukul 01.00 A.M. WITA)

http://artprian.wordpress.com/2011/04/19/gambar-kejadian-mengerikan-bom-atom-hiroshima-dan-nagasaki/ (diakses 14 April 2012 pukul 01.00 A.M. WITA)

http://dimaneaje.blogspot.com/2011/03/reaktor-nuklir-fukushima-jenis-boiling.html (diakses 14 April 2012 pukul 01.00 A.M. WITA)

http://www.batan.go.id/korpri-yogya/index.php?option=com_content&view=article&id=46:kronologi-kecelakaan-nuklir-fukushima-dai-ichi&catid=35:masalah-kita&Itemid=53 (diakses 14 April 2012 pukul 01.00 A.M. WITA)

http://kesehatan.kompasiana.com/medis/2011/03/23/efek-radiasi-nuklir-terhadap-tubuh-manusia/ (diakses 14 April 2012 pukul 01.00 A.M. WITA)