Kekuatan Struktur dan Ketahanan Material Pada Bangunan Pembangkit Nuklir

Sebagai sumber energi massal yang sangat efisien, tenaga nuklir selalu menjadi perbincangan penting di seluruh negara di dunia. Semakin menipisnya cadangan sumber energi tak terbarukan menuntut para praktisi energi memikirkan kembali penggunaan nuklir sebagai penghasil energi. Memang, hampir di seluruh negara termasuk Indonesia, nuklir sebagai sumber energi banyak menuai pro dan kontra baik di kalangan akademisi maupun masyarakat secara umum. Isu utama yang selalu menjadi kendala adalah tentang keselamatan dan keamanan pembangkit nuklir tersebut. Beberapa kasus seperti Chernobil dan Fukushima dalam sejarah nuklir memang menjadi cerita yang cukup menakutkan terutama untuk masyarakat umum. Namun, perlu diketahui bahwa seiring perkembangan teknologi, kerusakan pada kasus-kasus tersebut dapat dihindari dengan baik.

Di Indonesia, pemanfaatan nuklir sebenarnya sudah berlangsung. Namun, sebagian besar baru sebatas riset oleh Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN). Begitupula pemanfaatan nuklir bidang energi dalam skala besar masih menjadi diskusi dan perdebatan di masyarakat. Untuk itu, perlu adanya upaya untuk meyakinkan masyarakat bahwa energi nuklir memang layak digunakan di negara Indonesia. Tulisan ini akan membahas penelitian-penelitian terkini tentang kekuatan struktur dan ketahanan material pada bangunan pembangkit nuklir. Tentu saja, perencanaan bangunan nuklir yang tepat akan mengurangi kemungkinan-kemungkinan kerusakan yang dapat mengakibatkan bencana.

Fasilitas Pembangkit Nuklir

Gambar 1 mengilustrasikan beberapa bangunan pada fasilitas pembangkit nuklir. Struktur utama merupakan containment building yang berfungsi untuk melindungi peralatan-peralatan penting di dalamnya dan cooling tower. Struktur tersebut pada umumnya dibangun dengat dinding beton tebal yang mampu mencegah keluarnya panas tinggi dari mesin pembangkit. Bangunan utama tersebut harus didesain dengan baik agar tahan terhadap bencana gempa, getaran, dan bahkan tumbukan benda keras. Selain bangunan utama, fasilitas penting yang lain adalah penyimpanan limbah beracun nuklir. Limbah yang mengandung material radioaktif tersebut disimpan dengan cara menyampurnya dengan beton dan menyimpannya dalam kontainer yang ditanam di tanah. Kontainer dari beton tersebut harus bebas dari retakan sehingga mempu mencegah kebocoran radiasi limbah berbahaya nuklir.

 Gambar 1. Ilustrasi fasilitas pembangkit nuklir.

Di Indonesia, penelitian mengenai perkembangan bangunan nuklir memang belum banyak dibahas. Walaupun rencana pembangunannya masih dalam tahap diskusi, para akademisi hendaknya memulai berbagai kajian tentang keamanan fasilitas nuklir supaya ke depannya kita telah mempunyai dasar-dasar ilmiah jika suatu saat dimulai pembangunan pembangkit nuklir. Secara singkat, tulisan ini menyajikan berbagai kajian terkini yang dilakukan oleh peneliti-peneliti di dunia tentang kekuatan dan keawetan struktur bangunan nuklir terhadap beberapa kemungkinan kasus.

Keamanan Terhadap Getaran dan Gempa Bumi

Pada daerah tertentu, Indonesia telah dikenal sebagai negara dengan resiko gempa yang tinggi. Pemilihan lokasi pembangunan fasilitas nuklir menjadi faktor yang penting untuk keamanan dan keselamatan. Lokasi dengan kemungkinan gempa yang kecil tentu menjadi pilihan utama. Namun demikian, bangunan nuklir harus direncanakan dengan tepat agar mempu menahan gaya gempa sesuai lokasi.

Gambar 2. Perangkat peredam getaran dan gempa.

Salah satu perangkat anti gempa yang populer adalah peredam dasar berbahan karet [1], gambar 2. Perangkat tersebut terpasang antara struktur pondasi dan bangunan atas sehingga dapat mengurangi perambatan getaran dari tanah saat terjadi gempa. Negara yang pertama kali memasang perangkat tersebut pada bangunan nuklir adalah Prancis [2] dan kemudian berkembang pesat di Jepang . Pada umumnya perangkat tersebut menggunakan karet dan baja yang harganya cukup mahal. Namun akhir-akhir ini telah banyak peneliti yang mengembangkan perangkat peredam gempa tersebut dengan material yang murah, berbahan dasar karet daur ulang dan lembaran fiber untuk menggantikan fungsi baja [3]. Dalam hal ini, penulis juga sedang melakukan kajian doktoral pada pernagkan anti-gempa rendah biaya di Politecnico di Milano, Italy.

 

Keamanan Terhadap Hantaman dan Ledakan

Walaupun kemungkinannya tidak dapat diperkirakan, beberapa peneliti melakukan studi kekuatan struktur dinding bangunan nuklir terhadap hantaman peluru, misil, ledakan dan bahkan pesawat terbang [4] [5], gambar 3. Kajian tersebut mungkin bedasar pada kemungkinan adanya ancaman terorisme dan kejahatan perang internasional. Pada penelitian-penelitian tersebut, didiskusikan mengenai perkuatan dinding bangunan nuklir dan pemilihan material yang dapat menekan kerusakan bila terjadi ancaman hantaman tersebut [5].

Gambar 3. Simulasi bangunan nuklir terhadap ancaman hantaman pesawat terbang.

Ketahanan Material Beton Pada Bangunan Nuklir

Bangunan utama nuklir akan menerima temperatur tinggi dari mesin pembangkit. Selain itu, radiasi kuat juga menjadi pertimbangan untuk memeriksa ketahanan bangunan nuklir. Peneliti-peniliti berikut mempelajari keawetan beton pada bangunan nuklir dari pengaruh panas dan radiasi sinar gamma [6]. Dari studi tersebut mereka menyimpulkan bahwa panas dan radiasi dapat mengurangi kekuatan beton dan memicu munculnya retakan. Interaksi antara radiasi gamma dan beton memicu pembentukan kristal calcite yang dapat menurunkan ukuran pori dan kekuatan material beton. Retakan akibat tekanan kristal perlu dihindari untuk mencegah terjadinya kebocoran radiasi terhadap lingkungan sekitar. Dari studi tersebut juga direkomendasikan beberapa kombinasi material yang dapat menambah tingkat keawetan bangunan nuklir [7].

Serangan Sulfat Pada Fasilitas Limbah Nuklir

Pada umumnya fasilitas pengolahan limbah pada pembangkit nuklir berupa kontainer beton yang ditanam di dalam tanah. Kontainer tersebut berisi limbah radioaktif yang dicampur dengan beton sehingga mengeras. Kontainer tersebut harus cukup tebal dan bebas dari retakan yang memicu kebocoran zat radioaktif. Masalah muncul karena tanah mengandung kadar sulfat yang cukup tinggi dan mengakibatkan ancaman untuk kontainer beton tersebut. Partikel sulfat dapat bereaksi dengan pasta semen pada beton, menghasilkan endapan yang dapat memicu retak pada beton. Oleh karena itu, telah banyak penelitian dilakukan untuk merekomendasikan material yang tepat untuk mengurangi kerentanan beton terhadap serangan sulfat [9][8].

Demikian tulisan ini kami buat untuk memberi gambaran umum tentang kajian-kajian terkini yang mendiskusikan kekuatan dan keawetan struktur bangunan nuklir. Tentu jika ingin menelaah lebih dalam, terutama untuk akademisi di bidang teknik struktur, referensi-referensi yang kami kutip dalam tulisan ini dapat menjadi dasar awal suatu kajian tentang bangunan nuklir.

Penulis : Ahmad Basshofi Habieb – Kandidat doktor bidang teknik struktur dan gempa, politecnico di Milano, Italy.

Diperiksa oleh : Andhika Feri Wibisono dan Dwi Rahayu (Tim Kajian Nuklir PPI Dunia)

 

References :

  • Perotti, F., Domaneschi, M., & De Grandis, S. (2013). The numerical computation of seismic fragility of base-isolated Nuclear Power Plants buildings.Nuclear Engineering and Design262, 189-200.
  • Dusi, A et al. (2012). Seismic Isolation of Nuclear Power Plants. 15th World Conference on Earthquake Engineering.
  • Toopchi-Nezhad, H., Tait, M. J., & Drysdale, R. G. (2011). Bonded versus unbonded strip fiber reinforced elastomeric isolators: finite element analysis.Composite Structures93(2), 850-859.
  • Kosteski, L. E., Riera, J. D., Iturrioz, I., Singh, R. K., & Kant, T. (2015). Assessment of empirical formulas for prediction of the effects of projectile impact on concrete structures.Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures38(8), 948-959.
  • Jeon, S. J., & Jin, B. M. (2016). Improvement of impact-resistance of a nuclear containment building using fiber reinforced concrete.Nuclear Engineering and Design304, 139-150.
  • Field, K. G., Remec, I., & Le Pape, Y. (2015). Radiation effects in concrete for nuclear power plants–Part I: Quantification of radiation exposure and radiation effects.Nuclear Engineering and Design282, 126-143.
  • Domański, S., Gryziński, M. A., Maciak, M., Murawski, Ł., Tulik, P., & Tymińska, K. (2016). Experimental investigation on radiation shielding of high performance concrete for nuclear and radiotherapy facilities.Polish Journal of Medical Physics and Engineering22(2), 41-47.
  • Cefis, N., & Comi, C. (2017). Chemo-mechanical modelling of the external sulfate attack in concrete.Cement and Concrete Research93, 57-70.
  • Soive, A., Roziere, E., & Loukili, A. (2016). Parametrical study of the cementitious materials degradation under external sulfate attack through numerical modeling.Construction and Building Materials112, 267-275.

(Ed:AASN)

Share on LinkedInShare on FacebookEmail this to someoneTweet about this on TwitterShare on Google+Pin on Pinterest

You May Also Like

Leave a Reply

%d bloggers like this: