Kebakaran Pada Kolam Penyimpanan Bahan Bakar Bekas PLTN Fukushima Daiichi Unit 4
Riwayat Kejadian (file excel)
Manfaat dan Fungsi Kolam Penyimpan Bahan Bakar Bekas
Kolam penyimpan bahan bakar bekas (spent fuel Pools) berfungsi untuk menyimpan bahan bakar bekas (spent/discharged fuel), yaitu bahan bakar bekas yang telah dipakai dalam kurun waktu tertentu. Di samping itu rak penyimpan juga dipakai untuk penyimpanan sementara bahan bakar baru hanya pada saat dilakukan pertukaran dan pemuatan kembali bahan bakar yang akan dimasukkan ke teras reaktor.
Karena bahan bakar bekas mengandung produk hasil belah fisi, maka bahan bakar bekas memancarkan berbagai jenis partikel atau sinar seperti α, β dan γ. Dengan demikian, penyimpan bahan bakar bekas harus mampu menyediakan sirkulasi pendingin untuk mendinginkan panas γ yang dipancarkan oleh bahan bakar bekas. Kecukupan pendingin diperlukan tidak saja dari aspek ketinggian permukaan air tetapi juga kemampuan terjadinya sirkulasi yang kontinyu. Disamping itu, pendingin berfungsi sebagai perisai agar paparan radiasi di permukaan kolam penyimpan memenuhi batas yang ditetapkan. Pada kondisi pendinginan normal, temperatur kolam penyimpan bahan bakar dipertahankan sebesar 25oC, dengan sirkulasi pendingin paksa yang memerlukan catu daya listrik, tinggi level air kolam dan temperatur pendingin harus selalu dipantau.
Bahan bakar bekas disimpan di dalam rak dimana rak tersebut berada di dalam kolam pendingin berisi air. Konfigurasi rak harus didesain sedemikian rupa, salah satu cara adalah dengan mengatur jarak antar bahan bakar agar tidak terjadi kekritisan. Subkritikalitas harus dijamin kurang dari 0,95 dengan ketidak pastian kritikalitas sebasar 3σ. Subkritikalitas dijaga dengan memberi beberapa penyerap seperti Cd di rak tersebut. Jaminan subkritikalitas desain rak dilakukan dengan asumsi semua bahan bakar dalam keadaan segar (kondisi uranium tertinggi), terjadi kecelakaan terparah yaitu rak runtuh sehingga bahan bakar saling bersentuhan. Dalam kondisi ini, nilai subkritikalitas tetap harus dibawah 0,95 dengan kepercayaan 68 % (3σ atau 3x eta).
Gambar Spent fuel pool rack
Analisis Kebakaran Rak Penyimpan Bahan Bakar Bekas Fukushima Unit 4
Rak penyimpan bahan bakar bekas pada reaktor Fukushima Daiichi unit 4 berisi 783 perangkat bahan bakar (sumber: posko penanggulangan kecelakaan nuklir Jepang tgl 14 Maret 2011). Panas yang terus meningkat menyebabkan permukaan air berkurang Jika bahan bakar tidak lagi ditutupi oleh air atau suhu mencapai titik didih, bahan bakar dapat menjadi terbuka dan membuat risiko pelepasan radioaktif.
Kondisi temperatur spent fuel pools pada plant Fukushima Daiichi Unit 4, 5, dan 6 adalah sebagai berikut (sumber: press release IAEA)
Unit 4 | |
14 March, 10:08 UTC: | 84 ˚C |
15 March, 10:00 UTC: | 84 ˚C |
16 March, 05:00 UTC: | no data |
Unit 5 | |
14 March, 10:08 UTC: | 59.7 ˚C |
15 March, 10:00 UTC: | 60.4 ˚C |
16 March, 05:00 UTC: | 62.7 ˚C |
Unit 6 | |
14 March, 10:08 UTC: | 58.0 ˚C |
15 March, 10:00 UTC: | 58.5 ˚C |
16 March, 05:00 UTC: | 60.0 ˚C |
Kemungkinan-kemungkinan terjadinya kebakaran di kolam penyimpan bahan bakar bekas diungkapkan oleh Institute for Energy and Enviromental Research’s Arjun Makhijani adalah sebagai berikut:
Kemampuan untuk menghilangkan panas peluruhan dari bahan bakar akan berkurang jika permukaan air berkurang (perlahan), terutama ketika turun di bawah bagian atas perangkat bahan bakar. Hal ini akan menyebabkan suhu dalam perangkat bahan bakar naik, mempercepat oksidasi paduan zirkonium (zircaloy) kelongsong dan melukai pelet uranium oksida. Reaksi oksidasi dapat terjadi di udara dan uap, yang bersifat sangat eksotermis yaitu pelepasan panas dalam jumlah besar yang selanjutnya dapat meningkatkan suhu kelongsong. Reaksi Zirkaloy dengan uap dapat menghasilkan gas hydrogen dalam jumlah besar. Reaksi oksidasi ini (dengan kehilangan pendingin) akan terjadi terus secara lokal dan tetap sekitar 10 kali lebih tinggi dari titik didih air, jika pasokan oksigen dan / atau uap tersedia untuk reaksi tersebut. Kondisi ini menghasilkan apa yang disebut zirconium cladding fire.
Kenaikan temperatur bahan bakar, tekanan gas di dalam batang bahan bakar meningkat dan akhirnya dapat menyebabkan kelongsong membengkak atau pecah. Pada suhu tinggi (sekitar 1800C atau sekitar 3300F), kelongsong zircaloy bereaksi dengan bahan bakar uranium oksida untuk membentuk fase cair kompleks yang mengandung oksida zirkonium-uranium. Dimulai dengan pecahnya kelongsong, peristiwa ini akan mengakibatkan pelepasan gas fisi radioaktif dan beberapa bahan radioaktif yang berasal dari bahan bakar dalam bentuk aerosol ke dalam gedung tempat kolam penyimpan bahan bakar bekas dan mungkin ke lingkungan. Jika panas dari satu perangkat bahan bakar yang terbakar tidak hilang, api bisa menyebar ke lain pasangan bahan bakar yang akan terbakar di kolam tersebut.
Sementara itu analisis dari aspek termohidrolika yang dirilis NRC adalah sebagai berikut:
Pada saat terjadi kecelakaan kehilangan pendingin pada kolam penyimpan bahan bakar bekas, operator memiliki waktu 100 jam (sekitar 4 hari) hingga terjadi pendidihan, tanpa memperhitungkan berapa lama bahan bakar bekas berada di kolam penyimpan, dan tanpa adanya sirkulasi pendingin. Lebih dari waktu tersebut apabila sirkulasi air pendingin belum berfungsi maka secara keseluruhan resiko kecelakaan bahan bakar bekas akan mengarah pada terjadinya kebakaran kelongsong Zr (zirconium cladding fire).
Dari dua analisis di atas dapat dipahami penyebab terjadinya kebakaran di kolam penyimpan bahan bakar bekas Fukushima Daiichi unit 4.
Sumber : Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir, Gd. 80 Kawasan Puspiptek Serpong Tangerang
Tidak ada komentar:
Posting Komentar