Belajar Dari Kesalahan Chernobyl
Unit 4 Reaktor Chernobyl Pasca Kecelakaan
Berbicara tentang nuklir, khususnya Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) tidak lepas dari Chernobyl. Kecelakaan nuklir terparah yang terjadi dalam sejarah PLTN komersial 24 tahun yang lalu, tepatnya 26 April 1986 ini meninggalkan berbagai hal yang dapat dipelajari. Bagi para penentang nuklir, kejadian ini merupakan justifikasi untuk menolak PLTN atau aplikasi nuklir dalam bentuk apapun juga. Bagi para ilmuan dan praktisi nuklir, Chernobyl menjadi pelajaran bagi pengembangan generasi PLTN selanjutnya, juga sebagai pengalaman berharga dalam desain PLTN dengan tingkat keamanan dan keselamatan yang tinggi. Tidak dapat dipungkiri energi nuklir masih sangat dibutuhkan untuk menjawab kebutuhan energi di dunia, karena dayanya yang besar, efisiensi dan efektifitas, serta ramah lingkungan.
Kecelakaan Chernobyl terjadi pada PLTN Chernobyl unit 4 yang terletak di Ukraina (saat itu masih menjadi bagian dari Uni Soviet), merupakan kecelakaan nuklir terburuk dan satu-satunya yang termasuk dalam skala 7 menurut Skala Kejadian Nuklir Internasional (International Nuclear Event Scale). Chernobyl terletak sekitar 130 km utara Kiev di Ukraina dan 20 km sebelah selatan perbatasan Belarusia sekarang.
Di lokasi PLTN Chernobyl saat itu terdapat 4 reaktor daya tipe RBMK-1000 (Reaktor Bolshoy Moshchnosty Kanalny) merupakan jenis reaktor air ringan dengan moderator grafit. Pada saat kecelakaan keempat reaktor masing-masing menghasilkan daya listrik 1000 MW dan mensuplai sekitar 10% kebutuhan listrik Ukraina. Pembangunan reaktor dimulai tahun 1970, unit 1 beroperasi tahun 1977, diikuti unit 2 tahun 1978, unit 3 tahun 1981 dan unit 4 1983. Pada saat kecelakaan sedang dibangun unit 5 dan 6 di lokasi tersebut masing-masing juga dengan daya 1000 MW.
RBMK-1000 adalah reaktor dengan bahan bakar uranium dioksida dengan pengayaan rendah (U-235 sekitar 2%). Dengan dua loop yang memasok uap secara langsung ke turbin, masing-masing 500 MWe. Air pendingin yang berasal dari tabung pemisah uap dialirkan oleh pompa ke bawah kanal bahan bakar, air mengambil panas dari reaksi inti dan mengalami pendidihan saat melalui tabung tekan, dan kemudian uap menuju turbin setelah melalui tabung pemisah uap/air.
Moderator grafit diletakkan di sekeliling tabung tekan, berfungsi untuk menurunkan energi neutron, merubah dari neutron cepat menjadi neutron termal yang efektif untuk membelah inti bahan bakar, campuran gas nitrogen dan hydrogen disirkulasikan diantara blok-blok grafit untuk mencegah oksidasi. Teras reaktor berbentuk silinder dengan ukuran tinggi sekitar 7 m dan diameter sekitar 12 m. Pada masing-masing loop terdapat empat pompa sirkulasi pendingin utama, satu diantaranya selalu dalam posisi standby. Daya reaktor sendiri dikendalikan oleh 211 batang kendali.
Pada masa perang dingin antara Uni Soviet dan Amerika, selain berfungsi sebagai pembangkit listrik, RBMK-1000 yang notabene hanya dimiliki oleh Uni Soviet juga berfungsi sebagai penghasil plutonium (unsur hasil pembelahan uranium yang dapat digunakan sebagai senjata nuklir).
Kronologis Kejadian
Tanggal 25 April 1986 reaktor unit 4 dijadwalkan shut down rutin untuk maintenance dan pada saat itu sudah mendekati siklus pertama penggantian bahan bakar. Namun demikian sebelum shut down dijadwalkan sebuah tes tambahan untuk mengetahui seberapa lama turbin masih berputar dan mampu menyuplai listrik bagi pompa pendingin reaktor jika suplai listrik utama mati. Hal ini dilakukan karena ada gap waktu untuk menyalakan generator cadangan sekitar 15 detik untuk proses start up dan 60-70 detik hingga kecepatan penuh untuk mensuplai listrik. Secara teori pada saat itu, turbin masih mampu berputar selama 45 detik, sehingga suplai listrik ke pompa pendingin masih terpenuhi dalam selang waktu peralihan ke generator cadangan jika suplai listrik utama mati.
Tes ini sebenarnya merupakan kelanjutan dari beberapa tes terdahulu yang gagal, pada tes pertama tahun 1982 tegangan eksitasi dari turbin tidak cukup sehingga sistem dimodifikasi. Pada tahun 1984 dan 1985 tes diulang, namun hasilnya tetap negatif. Tes ini dimulai ketika reaktor mulai shut down sehingga saat itu tidak ada antisipasi dari efek keselamatan reaktor. Karena hanya melihat suplai listrik ke pompa pendingin, tes ini tidak dikoordinasikan baik dengan kepala desainer reaktor (NIKIET) maupun manajer ilmiah. Dengan hanya persetujuan dari Direktur PLTN, tes hanya boleh dilaksanakan pada daya termal rendah namun tidak lebih rendah dari 700 MW.
Tes dilaksanakan mendekati tengah malam dengan personel yang terbatas, penundaan ini dikarenakan permintaan suplai listrik dari Kiev pada siang hari sehingga shut down reaktor tertunda. Alexander Akimov adalah kepala shift malam, sedangkan Leonid Toptunov adalah operator reaktor. Toptunov baru saja promosi tiga bulan menjadi operator senior dari operator yunior.
Reaktor shut down, operator menurunkan daya dari 3200 MW termal hingga 700-1000 MW termal untuk melakukan tes, karena produksi alami Xenon-135 pada inti penyerap neutron, daya terus turun hingga 500 MW termal meski tanpa kendali operator. Toptunov merasa ada yang salah sehingga memasukkan batang kendali terlalu dalam, daya turun drastis hingga 30 MW termal, kondisi yang hampir shut down dan tidak mungkin melaksanakan tes. Karena tes harus dilakukan personel di ruang kendali memutuskan untuk menaikkan daya dengan mengangkat batang kendali.
Saat daya mencapai 200 MW termal, tes mulai dilakukan, pompa pendingin tambahan diaktifkan, mekanisme shut down otomatis telah dimatikan sebelumnya, air pendingin yang menurunkan daya reaktor, operator terus menarik batang kendali hingga keluar seluruhnya dari teras untuk menjaga daya. Hal ini sangat berbahaya karena reaktor beroperasi pada kondisi yang sangat tidak stabil, jika ada kenaikan daya, air akan mendidih menjadi uap dan tidak ada lagi yang menyerap neutron karena batang kendali sudah hampir diangkat seluruhnya. Hal ini menyalahi prosedur keselamatan yang disyaratkan oleh desainer reaktor.
Tes dilakukan, uap menuju turbin dimatikan, turbin berputar beberapa saat untuk tetap menyuplai listrik, generator cadangan dinyalakan. Karena momentum turbin yang memutar pompa pendingin berkurang, jumlah air pendingin berkurang, uap semakin banyak dan daya reaktor meningkat dengan cepat. Batang kendali diturunkan untuk mengendalikan kenaikan daya. Namun dengan kecepatan hanya 0,4 m/s, dibutuhkan waktu 18-20 detik untuk masuk sepenuhnya pada teras reaktor dengan tinggi 7 meter. Lambatnya penurunan batang kendali ini malah menyebabkan reaksi semakin aktif pada dasar reaktor. Pada tiga detik pertama daya melonjak hingga 530 MW termal, beberapa saat selanjutnya daya sudah tidak terkendali dan mencapai sekitar 30 GW termal (sepuluh kali lipat dari operasi normal).
Reaktor Chernobyl dilingkupi sarkofagus raksasa untuk mencegah material radioaktifitas yang berbahaya keluar
Elemen bakar pecah, tekanan sangat tinggi, reaktor hancur akibat ledakan uap bertekanan tinggi (ini adalah ledakan uap, bukan ledakan nuklir), bangunan reaktor yang hancur menyebabkan zat radioaktif terlepas ke udara, beberapa grafit yang membara menyebabkan terjadinya kebakaran. Diperkirakan semua gas Xenon, separuh gas Iodine dan Cesium serta setidaknya 5% dari material radioaktif lainnya terlepas ke lingkungan. Sebagian besar berupa debu dan pecahan berada di sekitar lokasi, namun material radioaktif yang lebih ringan terbawa oleh angin ke daerah Ukraina lainnya, Belarusia, Rusia, bahkan sebagian kecil sampai ke Skandinavia dan Eropa umumnya.
Menurut data resmi Forum Chernobyl yang terdiri IAEA,WHO, UNDP, FAO, World Bank, dan pemerintah Rusia, Belarusia, dan Ukraina 2 orang pekerja radiasi meninggal seketika pada saat kejadian, 28 lainnya meninggal dalam waktu tiga bulan setelah kejadian umumnya petugas pemadam kebakaran dan pekerja radiasi, disusul 19 orang lainnya meninggal kemudian dalam rentang waktu 1986-2004. Sekitar 4.000 kasus kanker tiroid dilaporkan dalam rentang waktu 1992-2002 dalam level yang bervariasi, 15 orang meninggal, diduga terkait erat dengan penyakit tersebut. Dengan perawatan intensif diperkirakan 96% korban akan sembuh. Sehingga tidaklah benar jika Chernobyl menelan korban puluhan bahkan ratusan ribu jiwa.
Secara umum dosis efektif rata-rata yang diterima populasi di Belarusia, Rusia dan Ukraina sekitar 10-30 mSv selama 20 tahun, di beberapa tempat mencapai 50 mSv lebih. Perlu diperhatikan bahwa dosis rata-rata ini masih lebih rendah dibanding dosis efektif yang diterima akibat radioaktivitas alami di beberapa tempat seperti India, China, Iran dan Brazil (100 mSv dalam 20 tahun)
Sebab-sebab Tragedi Chernobyl
Tragedi Chernobyl ditengarai akibat dua hal yaitu kelalaian SDM dan kelemahan desain RBMK-1000. Kelalaian SDM disini adalah pengabaian prinsip-prinsip dan prosedur standar keselamatan reaktor diantaranya:
- Melaksanakan tes pada saat reaktor shut down pertama kali setelah beroperasi selama dua tahun penuh
- Mematikan mekanisme shut down otomatis
- Memaksakan melaksanakan tes pada kondisi reaktor tidak stabil (daya rendah pada RBMK-1000)
- Menaikkan batang kendali seluruhnya untuk menaikkan daya dengan cepat.
- Supervisor dan operator reaktor tidak berpengalaman
- Tidak berkoordinasi dengan badan pengawas nuklir, desainer reaktor serta ilmuwan
Sedangkan kelemahan desain RBMK-1000 dibanding reaktor daya lainnya:
- Reaktifitas Uap Positif; Reaktor air didih namun moderatornya grafit sehingga koefisien reaktifitas uap (void) positif, artinya semakin banyak uap, reaktifitas reaktor akan naik karena pembelahan akan terus terjadi dengan moderator grafit. Berbeda dengan reaktor yang moderatornya air, void negatif, artinya secara alamiah jika uap bertambah maka laju reaksi akan menurun karena jumlah neutron termal berkurang. Inilah prinsip mendasar keselamatan alamiah reaktor.
- Tidak Adanya Pengungkung Beton Bertulang; untuk menghindari lepasnya zat radioaktif ke udara, reaktor menggunakan pengungkung beton bertulang dengan ketebalan 3-6 kaki, Chernobyl tidak memilikinya.
- Desain Batang Kendali dan Keselamatan; Bentu batang kendali dan masuk secara vertical menyebabkan air yang berada di dasar teras menjadi lebih reaktif
- Kecepatan Masuk Batang Kendali pada Kedaruratan;waktu yang dibutuhkan batang kendali masuk ke dalam sekitar 18 detik, terlalu lama untuk standar keselamatan reaktor.
- Pengendalian Daya; pada operasi daya rendah, operator tidak bisa mengetahui sepenuhnya daya total sehingga hanya mengandalkan intuisi saja
- Sistem Instrumentasi Untuk Margin Reaktifitas; berada pada jarak 50 m dari konsol kendali dan membutuhkan waktu 10-15 menit untuk semua pengukuran
- Ukuran Teras; dengan tinggi 7 m, dan diameter 11,8 m ukuran teras ini tergolong besar
- Sistem Keselamatan; Shut down otomatis yang dapat dimatikan secara manual
- Suhu Air Masuk; beda temperature air masuk dengan titik didihnya sangat penting bagi kestabilan reaktor, jika perbedaan mendekati nol maka air akan mendidih hamper di pintu masuk teras sehingga akan menaikkan reaktifitas
- Sistem Pendingin Primer; RBMK memiliki dua loop pendingin yang terpisah, sistem perpipaan dan koefisien uap positif menyebabkan reaktor sangat sensitive terhadap adanya gangguan.
Pelajaran Berharga dari Chernobyl
Terlepas dari korban akibat kecelakaan nuklir, banyak pelajalaran yang didapat terutama mengenai keselamatan reaktor nuklir. Reaktor tipe RBMK-1000 sudah tidak diproduksi lagi namun bagi RBMK-1000 yang masih beroperasi terutama di negara-negara bekas Uni Soviet modifikasi telah dilakukan melalui perubahan desain batang kendali, penambahan penyerap neutron, peningkatan pengayaan bahan bakar dari 1,8% menjadi 2,4% sehingga reaktor menjadi lebih stabil pada daya rendah.
Pada perkembangan PLTN generasi berikutnya seperti PWR, BWR, CANDU, AGR, ABWR, System 80+ dan FBR, prinsip keselamatan yang digunakan adalah mencegah kemungkinan terjadinya kecelakaan dan memperkecil dampak yang mungkin jika sampai terjadi kecelakaan, yang menjadi fokus adalah mengungkung material radioaktif di dalam reaktor dan mencegah tersebarnya material tersebut ke lingkungan.
Konsep keselamatan yang utama adalah defense in depth yaitu upaya untuk memiliki sistem keselamatan yang beragam, saling tidak bergantung dan berlapis jika terjadi kegagalan dalam operasi reaktor. Defense in depth ini berangkat dari asumsi bahwa manusia dapat membuat kesalahan, desain tidak sempurna dan peralatan dapat gagal beroperasi.
Agar material radioaktif tidak keluar diterapkan sistem pertahanan berlapis. Penghalang dimulai penghalang pellet, cladding, bejana reaktor, perisai biologis, beton pemisah sistem pendingin primer, bejana baja pengungkung (containment vessel) dan perisai beton paling luar.
Selain itu PLTN juga menerapkan prinsip aman secara desain (safety by design), PLTN dirancang agar mampu bertahan terhadap kombinasi kejadian ekstrim dan sangat tidak mungkin secara desain karena mengikuti hukum-hukum fisika yang terjadi di alam.
Reaktor Jenis RBMK-1000 di Ignalina, Lithuania yang masih beroperasi sampai sekarang
Sampai saat ini sebanyak 67 PLTN beroperasi di seluruh Eropa Timur termasuk 15 PLTN di Ukraina dan 31 PLTN di Rusia. Bencana Chernobyl tidak menjadikan mereka trauma dan menghentikan semua aktifitas PLTN namun justru memacu mereka untuk lebih meningkatkan budaya keselamatan dan desain reaktor yang aman dan memiliki prinsip keselamatan pasif. (eph)
Sumber:
Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir, KNRT 2008
Reaktor Chernobyl; Desain Yang Cacat, Sudi Ariyanto
Chernobyl’s Legacy, Health, Environtmental, and Socio Economic Impact, The Chernobyl Forum
http://www.world-nuclear.org/info/default.aspx?id=498&terms=chernobyl
http://en.wikipedia.org/wiki/Chernobyl_disaster
http://chernobyl.undp.org/english/docs/strategy_for_recovery.pdf
Recent Comments