desain experiment existing parameters physics untuk mendukung ...

of 9 /9
llB ISSN 0216 - 3128 Indry See!iana, dkk. DESAIN EXPERIMENT EXISTING PARAMETERS PHYSICS UNTUK MENDUKUNG METODE BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY (BNCT) PADA BEAMPORT TEMBUS REAKTOR KARTINI lndry Septiana Novitasari"Widarto1 dan Yosaphat Sumardi1 J)Fisika FMIPA UNY 2) Pusat Sains dan Teknologi Akselerator -BA TAN ABSTRAK DESAIN EXPERIMENT EXISTING PARAMETER PHYSICS UNTUK MENDUKUNG BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY (BNCT) PADA BEAMPORT TEMBUS REAKTOR KARTINI. Telah dilakukan analisis desain existing experiment parameter fisika pada beamport tembus radial untuk mendukung kajian instalasi fasilitas uji in vitro/in vivo metode Boron Neutron Capture Therapy (BNCT). Existing experiment merupakan kajian untuk menentukan bahwa parameter fisika memenuhi persyaratan yang diperlukan untuk mendukung terselenggaranya fasilitas uji. Untuk realisasi, telah dilakukan dengan cara membuat analisis desain, metodologi, perhitungan dan prosedur dengan mengutamakan aspek keselamatan radiasi bagi pekerja dan lingkungan. Hasil yang dicapai adalah telah memiliki hasil analisis fasilitas/perangkat eksperimen existing parameter physics dengan detektor foil dari bahan emas (Au) untuk di iradiasi selama 30 menit, perangkat iradiasi serta prosedur operasional sedemikian sehingga experiment existing parameters physics dapat dilakukan dengan selamat. Kata Kunci :Foil Emas (Au),waktu iradiai,beamport tembus radial, BNCT ABSTRACT DESIGN OF EXPERIMENT EXISTING PARAMETER PHYSICS FOR SUPORTING OF BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY (BNCT) METHOD A T THE PIERCING RADIAL BEAMPORT OF KART/NI RESEARCH REACTOR. The experiment existing parameters physics for suporting of in vivo and in vitro testfacility of Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) preliminary study at the piercing radial beamport has been done. The existing experiments is needed for determining that the parameter physics is fulfill the BNCT method requirent. To realize the existing experiment have been done by design analysis, methodology, calculation method and some prosedure related with radiation safety analysis and environment. Preparation for existing experiment physics such as foil detector of Aurum (Au) should be iradiated for 30 minute, irradiation instrument and procedure related with the experiment for radiation safety· PENDAHULUAN Sebagaimana reaktor riset pada umumnya, reaktor Kartini merupakan reaktor nuklir tipe TRIGA (Training Research and lsotop Production by General Atonic) Mark II dengan daya maksimum 100 kW. Reaktor nuklir tersebut memiliki berbagai fasilitas iradiasi diantaranya Lazy Susan (LS) 40 lubang, beam port radial 2 buah, beam port tangensial I buah, beamport tern bus radial 1 buah dan kolom termal I buah, yang biasa untuk eksperimen khususnya dalam bidang teknologi nuklir. Sejak dioperasikan pertama kali pada bulan Maret 1979, reaktor tersebut telah digunakan untuk berbagai macam aktivitas antara lain Pendidikan dan Pelatihan (DIKLA T) Operator dan Supervisor Reaktor TRIGA, Praktikum dan Penelitian Tugas Akhir bagi mahasiswa dari berbagai Universitas khususnya dalam bidang pemanfaatan, penelitian dan pengembangan teknologi nuklir. Sesuai dengan potensinya, salah satu fasilitas eksperimen iradiasi yaitu beamport tern bus radial (radial pearcing beamport) yang merupakan saluran berkas neutron dengan arah radial langsung menembus hingga teras reaktor akan dimanfaatkan untuk eksperimen kajian terapi kanker dengan metode Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) khususnya untuk tahapan uji in vitro/in vivo. Dewasa ini telah dikembangkan terapi penyakit kanker dengan berbagai metode, antara lain kemoterapi, immunoterapi dan radioterapi dengan kelebihan dan kekurangan masing-masing. Khususnya untuk metode radioterapi adalah pemanfaatan radiasi energi tinggi seperti sinar-x, sinar gama atau elektron untuk terapi suatu penyakit khususnya kanker. Salah satu metode radioterapi kanker yang potensial untuk dikembangkan adalah Boron Neutron Capture Cancer Therapy (BNCT) yang memanfaatkan nuklida non-radioaktif lOB untuk menangkap neutron termal melalui reaksi inti IOB(n,a)7Li. HasH dari reaksi ini memancarkan sinar Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah - Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2014 Pusat Sains dan Teknologi Akselerator - BATAN Yogyakarta, 10-11 Juni 2014

Transcript of desain experiment existing parameters physics untuk mendukung ...

Page 1: desain experiment existing parameters physics untuk mendukung ...

llB ISSN 0216 - 3128 Indry See!iana, dkk.

DESAIN EXPERIMENT EXISTING PARAMETERS PHYSICSUNTUK MENDUKUNG METODE BORON NEUTRONCAPTURE THERAPY (BNCT) PADA BEAMPORT TEMBUSREAKTOR KARTINIlndry Septiana Novitasari"Widarto1 dan Yosaphat Sumardi1J)Fisika FMIPA UNY

2) Pusat Sains dan Teknologi Akselerator -BATAN

ABSTRAK

DESAIN EXPERIMENT EXISTING PARAMETER PHYSICS UNTUK MENDUKUNG BORONNEUTRON CAPTURE THERAPY (BNCT) PADA BEAMPORT TEMBUS REAKTOR KARTINI. Telahdilakukan analisis desain existing experiment parameter fisika pada beamport tembus radial untukmendukung kajian instalasi fasilitas uji in vitro/in vivo metode Boron Neutron Capture Therapy (BNCT).Existing experiment merupakan kajian untuk menentukan bahwa parameter fisika memenuhi persyaratanyang diperlukan untuk mendukung terselenggaranya fasilitas uji. Untuk realisasi, telah dilakukan dengancara membuat analisis desain, metodologi, perhitungan dan prosedur dengan mengutamakan aspekkeselamatan radiasi bagi pekerja dan lingkungan. Hasil yang dicapai adalah telah memiliki hasil analisisfasilitas/perangkat eksperimen existing parameter physics dengan detektor foil dari bahan emas (Au) untuk diiradiasi selama 30 menit, perangkat iradiasi serta prosedur operasional sedemikian sehingga experimentexisting parameters physics dapat dilakukan dengan selamat.

Kata Kunci :Foil Emas (Au),waktu iradiai,beamport tembus radial, BNCT

ABSTRACT

DESIGN OF EXPERIMENT EXISTING PARAMETER PHYSICS FOR SUPORTING OF BORONNEUTRON CAPTURE THERAPY (BNCT) METHOD A T THE PIERCING RADIAL BEAMPORT OFKART/NI RESEARCH REACTOR. The experiment existing parameters physics for suporting of in vivoand in vitro testfacility of Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) preliminary study at the piercing radialbeamport has been done. The existing experiments is needed for determining that the parameter physics isfulfill the BNCT method requirent. To realize the existing experiment have been done by design analysis,methodology, calculation method and some prosedure related with radiation safety analysis andenvironment. Preparation for existing experiment physics such as foil detector of Aurum (Au) should beiradiated for 30 minute, irradiation instrument and procedure related with the experiment for radiationsafety·

PENDAHULUAN

Sebagaimana reaktor riset pada umumnya, reaktorKartini merupakan reaktor nuklir tipe TRIGA

(Training Research and lsotop Production byGeneral Atonic) Mark II dengan daya maksimum 100kW. Reaktor nuklir tersebut memiliki berbagaifasilitas iradiasi diantaranya Lazy Susan (LS) 40lubang, beam port radial 2 buah, beam port tangensialI buah, beamport tern bus radial 1 buah dan kolomtermal I buah, yang biasa untuk eksperimenkhususnya dalam bidang teknologi nuklir. Sejak

dioperasikan pertama kali pada bulan Maret 1979,reaktor tersebut telah digunakan untuk berbagaimacam aktivitas antara lain Pendidikan dan Pelatihan

(DIKLA T) Operator dan Supervisor Reaktor TRIGA,Praktikum dan Penelitian Tugas Akhir bagimahasiswa dari berbagai Universitas khususnya

dalam bidang pemanfaatan, penelitian danpengembangan teknologi nuklir. Sesuai denganpotensinya, salah satu fasilitas eksperimen iradiasi

yaitu beamport tern bus radial (radial pearcingbeamport) yang merupakan saluran berkas neutrondengan arah radial langsung menembus hingga terasreaktor akan dimanfaatkan untuk eksperimen kajianterapi kanker dengan metode Boron Neutron CaptureTherapy (BNCT) khususnya untuk tahapan uji invitro/in vivo.

Dewasa ini telah dikembangkan terapi penyakitkanker dengan berbagai metode, antara lainkemoterapi, immunoterapi dan radioterapi dengankelebihan dan kekurangan masing-masing.

Khususnya untuk metode radioterapi adalah

pemanfaatan radiasi energi tinggi seperti sinar-x,sinar gama atau elektron untuk terapi suatu penyakitkhususnya kanker. Salah satu metode radioterapikanker yang potensial untuk dikembangkan adalahBoron Neutron Capture Cancer Therapy (BNCT)yang memanfaatkan nuklida non-radioaktif lOB untukmenangkap neutron termal melalui reaksi intiIOB(n,a)7Li. HasH dari reaksi ini memancarkan sinar

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah - Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2014Pusat Sains dan Teknologi Akselerator - BATAN

Yogyakarta, 10-11 Juni 2014

Page 2: desain experiment existing parameters physics untuk mendukung ...

IndrySee.tiana,dkk. ISSN 0216 - 3128 1/9-a yang mempunyai karakteristik Linier EnergyTransfer (LET) yang tinggi, dimana LET sinar atersebut mendekati 150 keV/lm'l dan untuk 7Limendekati 175 keV/lm·l. Jangkauan partikel iniberada pada jarak 4,5 /lm - 10 /lm, sehingga energiterdeposisi terbatas dalam sel tunggal (diameter sel18±2/lm)

incident Epilhe,mal

Neutron,

/:.-",

:lIIt (~~~)\iml.:(;~\\,IIUn.\:...:-:/ "...':-.-:"! ·12

Thormal - '_.- 1-10 ."".NIIUllons

(6.1%)

Gambar 1. Prinsip Dasar Neutron CaptureTherapylJI.

[ [;He]+ [;LiJ+2.79 MeV

I~BJ+ !:nJ-+[~BI*

[;He] + [;LiJ* + 2.31 MeV (93.9%)

L [;Li]+ Y(0.48 MeV)

Air I TI•• ueE, ; 0.64 MoV

Li

Mengingat reaktor Kartini merupakan sumberneutron yang mempunyai fasilitas eksperimenberpotensi untuk digunakan sebagai kajianpengembangan fasilitas uji in vitro/in vivo met odeBoron Neutron Capture Therapy (BNCT), yaitufasilitas beamport.

Untuk keperluan tersebut perlu dilakukanexisting parameters fisika pada beam port tembusradial reaktor Kartini untuk menentukan bahwa

fasilitas sumber neutron tersebut dapat dimanfaatkanuntuk fasilitas uji in vitro/in vivo metode BNCT.

TEORI

Boron Neutron Capture Therapy (BNCT)adalah metode terapi kanker dengan cara meradiasisel kanker yang telah diinjeksi senyawa boron lOBdengan partikel bermuatan yang memiliki LinearEnergy Transfer (LET) tinggi. Teknik inimemanfaatkan nuklida non-radioaktif lOB untuk

menangkap neutron melalui reaksi ini IOB(n,afLi.Hasil dari reaksi ini mempunyai karakteristik LinierEnergy Transfer (LET) yang tinggi (untuk partikela mendekati 150 keV/lm" dan untuk 7Li mendekati175keV/lm·I). Jangkauan dari partikel ini beradapada jarak 4,5 /lm hingga ] 0 /lm, sehingga energiterdeposisi terbatas dalam sel tunggal (diameter sel18 ± 2 /lm )[1].

Chadwick (1932) menemukan bahwa lOBmempunyai kecenderungan yang tinggi untukmenangkap neutron pada energi termal « 0,1 Ev)dan berubah menjadi lIB. Karena liB tidak stabil,maka segera sete1ah itu terjadi disintegrasimemancarkan alpha (1,47 MeV) menjadi7Li (0,84MeV) serta sinar gamma (478 keV) dalam waktu 10­12s[1]. Tampang lintang lOB jauh lebih tinggidibandingkan dengan tampang lintang unsurpenyusun tubuh manusia, sehingga besar probabilitasuntuk terjadinya reaksi inti dengan unsur penyusuntubuh manusia jauh lebih kecil dibandingkan dengan10g[2J.

Metode terapi BNCT memerlukan berkas neutrontermal untuk reaksi dengan senyawa boron dalamvolume target sel tumor. Sedangkan neutronepitermal diperlukan untuk menembak jaringan selyang letaknya lebih dalam, karena saat menembusjaringan (sehat) akan menjadi termal secara optimumpada kedalaman 2-3 cm di bawah permukaan kulit,maka neutron termal lebih cocok untuk target selkanker dipermukaan kulit, sedangkan neutronepitermal untuk target sel kanker yang terletak padaposisi lebih dalam[2J.

Berkas fluks neutron epitermal yang diperlukanuntuk BNCT berkisar '" 109n cm'2s'l dengan kualitasberkas sinar (radiasi) ditentukan oleh empatparameter yaitu neutron cepat, sinar gamma, rasioneutron termal dan epitermal, serta rasio antara arusneutron total dan flux neutron total, yang dapatditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Parameter berkas neutron yangdisarankan IAEA(IJ.

ParameterNotasi (satuan)Rekomendasi

IAEAFluk neutron

~:,:-:.(y..,".c-.,.,:-:';;):~1.'<>:~lG"

epitermalLaju dosis neutron

cepat/fluks neutron4·/~,:::,,·.(GT'~n<-:i~-< 2.a:~ la-"

epitermal Laju dosis gamma!fluks neutron

'j~./,,,,.,~:I)ir - (,'n'/:-< 2.\!:~l(!-~:epitermal Rasio antara fluks

l:,.../¢,=~:.::a.as-termal dan epitermalRasio antara arusneutron dan fluks

f/'9=::> <!.7neutron

Untuk menunjang fasilitas BNCT, diperlukansumber neutron dengan kriteria tertentu. Sumberneutron pada fasilitas BNCT bisa diperoleh dariReaktor Nuklir atau Compact neutron Generator. DiIndonesia sendiri telah tersedia tiga Reaktor Nuklir

Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2014Pusat Sains dan Teknologi Akselerator . BATAN

Yogyakarta, 10·11 Juni 2014

Page 3: desain experiment existing parameters physics untuk mendukung ...

120 ISSN 0216 - 3128 /ndry Sepliana.dkk.

untuk keperluan riset yang dioperasikan oleh SadanTenaga Nuklir Nasional (SATAN), yaitu ReaktorTRIGA 2000 di Bandung, TRIGA MARK-II(Reaktor Kartini) di Yogyakarta dan Reaktor SerbaGuna - G.A. Siwabessy di Serpong. Dari ketigareaktor tersebut, altematif yang dapat dimanfaatkanuntuk kajian fasilitas uji in vitro/in vivo metodeBNCT adalah Reaktor Kartini[4].

Pancaran radiasi neutron, alfa, beta maupungamma terjadi di dalam teras reaktor dan padafasilitas iradiasi seperti Lazy Susan (LS), pneumatikdan beamport. Fenomena fisika ini yangdimanfaatkan untuk berbagai penelitian dalam upayapengembangan iptek nuklir. Untuk penelitian tahapawal, Beam Port Tembus Radial (Radial PiercingBeam Port) Reaktor Kartini merupakan alternatif

fasilitas yang dapat dimanfaatkan untuk eksperimen(uji) in vivo/in vitro yaitu pengujian biologis yangmenggunakan organisme hewan uji, dan uji efekinteraksi neutron dengan pembiakan kanker padasuatu medium. Saluran ini langsung men em busreflektor grafit dan mempunyai pangkal paling dekatdengan inti reaktor, sehingga dilewati oleh neutrondengan nilai fluks yang paling tinggi dibandingkandengan saluran yang lainya[5J•

Secara umum rentang energi yang perludiperhatikan dalam mempelajari neutron di reaktornuklir adalah pada rentang 0,001 eV < E < 10 MeV,

sehingga dapat disimpulkan bahwa rentang energidalam reactor nuklir adalah sangat besar hinggamencapai 10 orde. Untuk mempermudah dalam

penjelasan rentang energi, maka selanjutnya dapatmembagi rentang tersebut dalam tiga daerah.Neutron dinyatakan sebagai neutron cepat (fastneutron) jika eneginya terdapat pad a daerah dimanabanyak neutron fisi dipancarkan yaitu 0, I MeV < E <10 MeV, sedangkan neutron termal (thermal neutron)adalah neutron dengan energi yang cukup kecilsehingga gerakan termal dari atom sekitar dapatberpengaruh secara signifikan terhadap keadaanhamburan neutron tersebut, yakni pada rentang 0,001eV < E < leV, sedangkan yang berada diantaranyadisebut neutron epitermal pada rentang 1 eV < E < 1MeV[6]. Energi yang berada diatas rentang yangdisebutkan diatas biasanya disebut neutronrelativistik, sementara yang berada dibawah batasrentang disebut neutron dingin.

Sebagai langkah awal, telah dilakukan kajianuntuk menentukan desain experiment existingparameter physics, diantaranya adalah menentukandimensi dan ukuran fasilitas beamport sebagai salahsatu sumber neutron baik neutron termal maupunneutron epitermal, membuat perangkat eksperimenanalisis fluks neutron dalam bentuk kerangka daribahan aluminium. Salah satu metode penentuan tluksneutron adalah metode analisis pengaktifan neutrondidasarkan atas reaksi (n.y) dimana inti atom setiapun sur cuplikan akan menyerap neutron clan berubah

menjadi radioisotop yang dapat memancarkan radiasisinar alfa (a), beta (P) atau gamma (y), atau dapatjuga terjadi secara serentak. Analisis spektrum energisinar gamma bertujuan untuk menentukan jenisradioisotop dalam cuplikan. Energi sinar gammayang dipancarkan bersifat spesifik yaitu besarenerginya tertentu[7].

Secara umum reaksi (n,y) yang terjadi antaraneutron dengan inti atom cuplikan ditunjukkan olehpersamaan (1):

~n+;X -+ A~IX -+ A~IX+r (1)

Energi sinar gamma spesifik ini dapatdiidentifikasi dengan spektrometer gamma. Sedanghasil pencacahan (counting) untuk perhitungan fluksneutron dapat diselesaikan dengan persamaan (2):

dengan:

¢ : fluks neutron (n.cm-2s·I)

~a : luas penampang serapan makroskopis inti (cmI)K : efisiensi detektor

A waktu paruh isotop radioaktif(s-I)ti selang waktu iradiasi (s)

td : selang waktu tunda (s)

te : selang waktu pencacahan (s)

m massa isotop sebelum diiradiasi (cm3)

serta analisis pencocokan kurva (curve fitting) untukmenentukan fungsi distribusi fluks neutron padasaluran tembus radial tersebut.

Oesain existing experiment parameter physicsini akan menggunakan keping emas dan keping emasberlapis kadmium untuk menentukan fluks neutronpada saluran tembus radial di Reaktor Kartini.Keping emas digunakan untuk menentukan fluksneutron total yang terdiri dari fluks neutron termaldan neutron epitermal. Keping emas dipilih karenaunsur emas memiliki luas penampang melintangserapan inti yang cukup besar untuk energi termalsampai dengan energi epitermal dan reaksi antaraneutron dengan emas adalah reaksi (n,y) yangmemiliki kelimpahan (Yield) sinar gamma 100 %.Keping emas berlaku sebagai cuplikan yang di­iradiasi di dalam medan neutron untuk menghasilkanisotop emas. Isotop emas bersifat tidak mantapsehingga akan meluruh sambi I memancarkan sinargamma. Aktivitas sinar gamma spesifik (memilikienergi tertentu) yang dipancarkan isotop emassebanding dengan aktivitas keping emas tersebut.Melalui hubungan an tara aktivitas dengan fluksneutron, maka tluks neutron yang menembus kepingemas tersebut dapat ditentukan sebagai fluks neutronpada suatu titik di dalam medan neutron (pers 1).

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2014Pusat Sains dan Teknologi Akselerator . BATAN

Yogyakarta, 10·11 Juni 2014

Page 4: desain experiment existing parameters physics untuk mendukung ...

Indry Sepliana. dkk. ISSN0216-3128 12/

METODOLOGI PENELITIAN

Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan pada saluran tembus radialreaktor Kartini

Tata Cara Penelitian

1. Prosedur Tahap Persiapan

a. Mengukur panjang dan diameter saluran tem­bus radial reaktor kartini

emas dan keping emas berlapis kadmium

misalnya ditunjukan pada Gambar 6.

Keplng emas

berfapls kadmlum

Reaktor

n15emI

(Bagianl)

.119,; em (Bagian 2)

!iI

I,_1. . _

Gambar 4. Posisi pemasangan keping padakerangka pemegang kepinglingkaran d = 14 em.

Keplng1tmasKep,oe bWrJiiipisk.admlum

275 em

Gambar 2. Beamport tembus radial.

b. Mempersiapkan 30 keping emasc. Mengukur massa 30 keping emas tersebutd. Melapisi 15 keping em as dengan kadmium

(Cd)f. Membuat kerangka pemegang keping untuk

meletakkan setiap keping em as dan kepingemas berlapis kadmium yang akan diiradiasipada saluran tembus radial ditunjukkan padaGambar 3.

\~Gambar 5. Posisi pemasangan keping pada

kerangka pemegang kepinglingkaran d = 18 em.

Gambar 6. Posisi pemegang keping setelahdiberi kode.

•..,---------+>llf--~--------__+

Gambar 3. Kerangka pemegang keeping.

g. Memasang keping emas dan keping emasberlapis kadmium pad a pemegang kepingmenggunakan selotip.

h. Memberi kode pada setiap keping menun­jukkan posisi keping di dalam saluran tembusradial. Kode yang diberikan kepada keping

Jl8cm 120cm

2. Prosedur Tahap Iradiasi

a. Membuka saluran tembus radial dan meng­ambil penyumbat (plug luar) pada saatReaktor Kartini tidak dioperasikan

b. Meletakkan penyumbat (plug luar) pada tem­pat yang aman dan mengcover denganshielding untuk mengoptimalisir paparanradiasinya.

c. Memasukkan keping emas dan keping emasberlapis kadmium yang telah dipasang padakerangka pemegang keping dalam salurantembus radial.

d. Menutup kembali shuttle.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan,dan Teknologi Nuklir 2014Pusat Sains dan Teknologi Akselerator - SATAN

Yogyakarta. 10-11 juni 2014

Page 5: desain experiment existing parameters physics untuk mendukung ...

/22 ISSN 0216 - 3128 lndry Septiana. dkk.

c. Menganalisis data untuk menentukandistribusi fluks neutron pada saluran

cps

k(E)= dps.Y(E)

kemudian memasukkan keping emas dalamkontainer timbal.

Membawa kontainer timbal yang berisikankeping emas ke tempat pencacahan.

s. Menentukan waktu tunda (td), yaitu waktuyang digunakan dari saat reaktor dimatikan(shut down) sampai dengan waktu dimulaipencacahan.

4. Meletakkan sumber standar I~;Eu pada

jarak 5 cm dari detector.

5. Mencacah sumber gamma standar 1~;Eu

dengan detektor HPGe.6. Mencatat energi gamma (Ey), cacah per

sekon (cps).dan Yield(Y).Menghitung efisiensi detektor HPGemenggunakan persamaan sebagai berikut:

efesiensi detektor

cacah per sekondisintegrasi per sekonYield

dengank(E)

cps

dps

Y(E)

3. Prosedur Tahap Pencacahan

a. Mengisi tabung cryostat dengan nitrogen cairsebanyak 25 L.

b. Menggunakan sumber radioaktif standar.Kalibrasi energi dan efisiensi detektor HPGe.Kalibrasi energi bertujuan untuk mendapatkanhubungan antara nomer salur dengan energidan kalibrasi efisiensi bertujuan untukmendapatkan harga perbandingan antara lajucacah yang diterima detektor dengan aktivitas.Petunjuk pelaksanaan (Juklak) yang dilakukanuntuk kalibrasi energi dan kalibrasi efisiensiadalah sebagai berikut :

I. Mencatat aktivitas awal sumber standar

19Eu yang tercantum pada wadah di­

nyatakan dalam dps.2. Menghitung selang waktu (t) antara kondisi

awal sumber standar sampai saat l~;Eudicacah.

3. Menentukan nilai aktivitas sumber standar

l~;Eu setelah selang waktu t tersebut yang

dinyatakan dalam dps dengan persamaansebagai berikut:

A = Ao e·ll

rul:tCf

113an mtm .----.. 2;r;I t 17,){tJI

\

)

g. Mengoperasikan Reaktor Kartini menuju(start up) daya 100 kW, kemudian mencatatlama waktu dari zero power sampai 100 kW.

h. Melakukan iradiasi selama 30 menit setelahreaktor kartini berada pada daya 100 kW.

i. Petugas proteksi radiasi mengamati paparanradiasi di sekitar beamport ternbus radial.

j Melakukan shut down terhadap operasi reaktorsetelah waktu iradiasi 30 menit.

k. Mencatat lama waktu dari reaktor shut down

(saat masih 100 kW) sampai zero power.I. Melakukan waktu tunda sampai dengan

paparan radiasi sinar gamma di sekitar salurantembus radial aman bagi manusia yaitu kurangatau sarna dengan 2,5 mR/jam.

m. Membuka saluran tembus radial dan

mengambil kerangka pemegang keping yangberisi keping emas dan keping emas berlapiscadmium.

n. Membawa kerangka pemegang keping yangberisi keping emas dan keping emas berlapiskadmium ke tempat penyimpanan sementaraagar seluruh keping meluruh. Terdapat duaaltematif tempat penyimpanan kepingsementara yaitu:a. Tetap diletakkan di saluran ternbus radial

dalam keadaan reaktor telah di shut down.

b. Dimasukkan dalam tangki reaktor agardapat terendam air.

o. Menutup kembali saluran ternbus radialmenggunakan penyumbat (plug luar), shutle,kemudian menutup jendela beamport.

p Melakukan pemantauan terhadap paparanradiasi setiap keping dengan menggunakansurveymeter. Apabila paparan radiasi kepingtelah mencapai 2,5 mR/jam pencacahan dapatsegera dilakukan.

q. Melepas setiap keping emas dari pemegangkeping, dan melepas lapisan kadmium

f. Menutup kembali pintu jendela beamportternbus

g. Memasang shielding blok beton dengan tebal150 cm

27S(m

Gambar 7. Posisi pemegang keping padasaluran tembus radial denganshielding beton.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi I1miah- Pene1itianDasar IImuPengetahuan dan Teknologi Nuklir 2014Pusat Sains dan Tekno1ogiAkselerator - BATAN

Yogyakarta,10-11 Juni 2014

Page 6: desain experiment existing parameters physics untuk mendukung ...

IndzJ!E.liana. dkk. ISSN 0216 - 3128 123-

(6)

Teknik Analisis Data

Pembuatan desain eksperimen existingparameter fisika untuk menentukan fluks neutron

tembus radial dengan menggunakanpersaman (I).

f. Membandingkan dengan hasil penelitianyang relevan.

termal dan epitermal pada fasilitas iradiasi beamporttembus radial telah dilakukan.

Langkah-langkah untuk existing experimentparameters physics adalah melakukan penentuandimensi dan ukuran beamport tembus radial reaktorKartini, desain dan pembuatan kerangka dari bahanaluminium untuk menempelkan aktivasi foil emasdan cuplikan foil emas tidak dibungkus dandibungkus cadmium (Cd). lsotop emas teriradiasibersifat tidak mantap sehingga akan meluruhmemancarkan sinar gamma.Aktivitas pancaran sinargamma dari keping emas teriradiasi sebandingdengan fluks neutron di lokasi medan neutron.

Untuk menentukan fluks neutron epitermaldigunakan keping emas yang terbungkus dengankadmium (Cd). Keping emas dipilih karena unsuremas memiliki luas tampang lintang serapan intiyang cukup besar untuk rentang energi termal sampaidengan energi epitermal.

Unsur emas memiliki waktu paro 2,7 hari (64,8jam) dan luas penampang serapan inti 98 barn.Sedangkan cadmium digunakan sebagai bahanabsorber yaitu bahan yang menyerap ataumengurangi intensitas radiasi pengion. Cadmiummemiliki tampang lintang yang luas,sehinggawalaupun dengan bahan yang tipis, neutron berenergirendah dapat ditahan. Keping emas dibungkusdengan kadmium agar aktivitas yang ditimbulkankeping tersebut hanya disebabkan oleh neutron yangmemiliki energy lebih dari 0,5 eV. Pada waktuiradiasi cuplikan foil emas yang dibungkus denganCadmium hanya bereaksi dengan neutron epitermalkarena neuton termal (E <0,5 eV) tidak dapatmenembus Cadmium, atau foil emas hanya bereaksidengan neutron dengan energi E> 0,5 eV.

Berdasarkan teori, lama waktu iradisi (I) akanmencapai jenuh setelah I > 5T, karena foil emasmemiliki waktu paro yang relatif cukup lama makadapat diiradiasi dengan waktu 30 menit, hal inidimaksudkan agar aktivitas (paparan) radiasi gammatidak terlalu besar, masih dalam batas aman, sertatidak perlu menunggu untuk waktu tunda yang terlalulama. Semakin lama umur paro suatu unsur makawaktu iradiasi juga semakin lama, sedangkansemakin pendek umur paro suatu unsur maka waktuiradiasinya juga semakin pendek.

Dapat dimisalkan jika ada dua unsur memilikiwaktu paro 2 menit, dan 5 menit, maka unsur yangmemiliki waktu paro yang lama akan mengalamilama waktu iradiasi yang lebih lama juga. Secaragrafik, aktivitas iradiasi dapat dilihat pada grafikhubungan aktivitas dan waktu iradiasi pada Gambar8. Dengan nilai fluks neutron yang konstan, waktuparo 2 menit (garis biru) akan mempunyai waktuiradiasi yang lebih cepat daripada waktu paro 5 menit(garis merah). Hal itu dapat dilihat pada besaraktivitas per seconnya (dps).

(7)

(5)

(4)

(3)

¢toral

Red = ",_u_o/CCpal

¢termal = <Ptotal- (P,mal

4>/ermal = 4>eepal (Red" 1)

HASIL DAN PEMBAHASAN

(6)

dan

sehingga

dengan¢ : fluks neutron (n.cm-2s-l)

La : luas penampang serapan makroskopis inti (cml)K : efisiensi detektor

A. : waktu paruh isotop radioaktif(s-')Ii : selang waktu iradiasi (s)Id : selang waktu tunda (s)Ie : selang waktu pencacahan (s)m : massa isotop sebelum diiradiasi (cm3)

p : massajenis isotop sebelum diiradiasi (g.cm-3)Red : nilai banding Cadmium

Penentuan fluks neutron dilakukan secara tidaklangsung dengan menggunakan metode analisispengaktifan neutron. Cuplikan yang digunakanadalah foil emas terbungkus cadmium untukmenentukan fluks neutron epitermal (En> 0,5 eV)dan foil emas yang tidak terbungkus untukmenentukan fluks neutron total.

Fluks neutron termal (En < 0,5 eV) ditentukandari selisih antara fluks neutron total dan fluks

neutron cepat. Untuk menentukan fluks neutronditunjukkan oleh persamaan (2), dan persamaan (3)untuk menentukan fluks neutron termal.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah- Penelitian Dasar Ilmu pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2014Pusat Sains dan TeknologiAkselerator - BATAN

yogyakarta.10-11juni2014

Page 7: desain experiment existing parameters physics untuk mendukung ...

/24 ISSN 0216 - 3128 /ndry Septiana. dkk.

2.00E+09

~! 1,50E,09~LOOE +09~

.:;'Z 5,00E+08""<J:

O,OOE+OO

O,OOE+OO 1.00E+03 2,OOE+03 3.00E+03 4,OOE+03 5,OOE+03

waktu iradiasi (secon)

Gambar 8. Aktivitas versun waktu iradiasi.

Susunan foil emas yang dibungkus dan tidakdibungkus cadmium diletakkan pada kerangka kawatalumunium sedemikian sehingga dapat dinyatakanseperti pada Gambar 6. Setelah foil emas dan foilemas yang dibungkus cadmium tersebut tersusun didalam kerangka kawat kemudian dimasukkan kedalam fasilitas iradiasi beamport tembus radialseperti pada Gambar 7. Untuk dilakukan iradiasi

pada reaktor kritis selama 30 menit (0,5 jam) dengandaya 100 kW. Penentuan lama waktu iradiasi tersebut

dilakukan eara mempertimbangkan umur paro foilemas yang relatif sedang 2,7 hari (64,8 jam) sertaberat euplikan sangat keeil ("" 0,0 I gram)

Setelah melakukan penentuan dimensi dan

ukuran pada beamport tembus radial didapatkandimensi beamport yang dapat dilihat pad a Gambar 2dan Gambar 9.

••• 1: ctKl

Wir.lk~4mp11 5h'lI

Tt.al

lhid.iag po,

II ;no

~..,;ti df~'I" r~••~lIk 17.S~",

Gambar 9. Kotak box yang berisi shutle danPb sebagai shielding beamporttembus radial.

Pada Gambar 9 sebelum beamport dibuka beall/port

tern bus dilindungi oleh kotak berisi shlltle yang dapatdigeser dan jendela Pb dengan tebal 3 em. Shlltle

mempunyai panjang 29 em, tinggi 25 em, dan lebar(tebal) 12 em.

Beamport tern bus radial memiliki 2 bagian,bagian dalam atau bagian yang dekat dengan terasreaktor yang memiliki diameter 15 em dan bagianluar yaitu bagian yangjauh dari reaktor dan memiliki

diameter 19,5 em. Setiap beamport selalu ditutupdengan sumbat dalam dan sum bat luar untuk sistemkeselamatan. Untuk mengukur besar fIuks neutronpada beall/port tern bus digunakan foil emas dan foil

emas yang dibungkus cadmium yang dipasang padakerangka alumunium seperti pada Gambar 3.

Penentuan fIuks neutron pada saluran tembusradialmeliputi neutron termal dan neutron epitermal.Hasil penentuan fIuks neutron terse but dibedakanmenurut letak keping yaitu fIuks neutron padasaluran bagian dalam (berdiameter 15 em) dan fIuksneutron pada bagian luar (berdiameter 19,5 em).Dengan kerangka pemegang keping beamport

bagian dalam berdiameter 14 em dan dipasang padatitik pusat lingkaran dengan jarak 25 em antarkerangka pemegang keping .. Dengan variasi jarak 0em, 25 em,50 em,75 em, dan 100 em. Dan pada arabradial (ujung lingkaran) dipasang foil emas padajarak 5 em dari pusat lingkaran dengan tujuan untukmengetahui homogenitas neutron pada salurantembus radial.

Pada beamport bagian luar dengan diameter19,5 em dipasang kerangka pemegang kepingalumunium dengan lingkaran berdiameter 18 em.Foil emas dan foil emas berlapis cadmium dipasangpada pusat lingkaran dengan jarak 20 em antarkerangka pemegang keping. Dengan variasi jarak 0em, 20 em, 40 em, 60 em, 80 em, 100 em, dan 120

em. Dan pada arah radial (ujung lingkaran) dipasangfoil emas pad a jarak 4 em dan 8 em dari pusatlingkaran. Dapat dilihat kerangka pemegang kepingemas di bagian luar lebih panjang dari pada bagiandalam dikarenakan agar penentuan fIuks neutronlebih valid dan memenuhi persyaratan BNCT .

Saluran tembus radial bagian dalam memilikidiameter 19,5 em. Dinding pada saluran ini dilapisioleh alumunium. Perbedaan ukuran diameter dan

bahan pelapis berpengaruh terhadap kebolehjadianinteraksi antara neutron dengan dinding saluran.Semakin kecil diameter saluran, kebolehjadianinteraksi antara meutron dengan atom-atom yangmelapisi dinding saluran semakin besar. Dalaminteraksi yang terjadi, neutron mengalami per­lambatan dan penyerapan oleh dinding saluransehingga fIuks mengalami pelemahan.

Pada eksperimendi beall/port tern bus radial inipenyumbat dalam (plug luar) dikeluarkan dengantujuan untuk memperoleh karakteristiklkontinuitasdari distribusi fIuks neutron hingga meneapai ujungbeamport tern bus sehingga dapat diketahui sumber

neutron tersebut dapat dimanfaatkan untuk uji in vivodan in vitro BNCT. Maka dari itu untuk sistem

keselamatan esperill/ent set up diperlukan shielding

yang terbuat dari beton dengan ketebalan sekitar 150em untuk menekan paparan radiasi neutron danradiasi gamma, demi keselamatan pekerja radiasi danlingkungan.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2014Pusat Sains dan Teknologi Akselerator - BATAN

Yogyakarta, 10-11juni 2014

Page 8: desain experiment existing parameters physics untuk mendukung ...

IndrySeptiana,dkk. ISSN 0216 - 3128 /25

Parameter

Rekomendasi

IAEA':P,:.,,; (n)cm!:i)

::> 1.0 ;.( 10~

h rI .j;J,<.r:i. (t;J' - .,=1/ ·n)

-:: '2.,0;( 10-l1

tJ,,/':P~ri(f;~' - ail j-n.i

< 2.,0;< 10-U1 '-. ,4 -'

':PtJ<./':P-'!p:

< O)J'j

/ ) 'f,! «<c.;

::> 0.7

Penggunaan beton dengan ketebalan 150 cmdikarenakan untuk menekan dosis gamma. Padaketebalan tersebut fluks neutron epitermal masihdalam batas yang digunakan sedangkan komponenneutron cepat dan komponen gamma minimum.Fluks neutron lingkungan masih dianggap cukuptinggi, sehingga dalam penerapan nantinyadiperlukan mekanisme memproteksi radiasi bagipekerja radiasi. Penggunaan shielding hamsmemenuhi syarat-syarat sebagai berikut:

273cm

ruk'tor

+---------_-.::=---- .-t> 17,~cm~j I

DAFTAR PUSTAKA

I. WOLFGANG SAUERWEINDAN RAY MOSS,.Requirement for Boron Neutron Capture Therapy(BNCT) at a Nuclear Research Reactor, TheEuropean BNCT Project, Belanda, 2009.

2. Current Status of Neutron Capture Therapy,Dokumenteknis, International Atomic EnergyAgency, Vienna, Austria: 2001.

3. WITRIWAHYU, Terapi Kanker BNCT, Solo :UNS,20I1.

4. MUHAMMAD ILMA, Perancangan KolimatorDi Beam Port Tembus Reaktor Kartini Untuk

Boron Neutron Capture Therapy, Skripsi, JumsanTeknik Fisika, Universitas Gadjah Mada,Yogyakarta, 2013.

5. WIDARTO,. Sumber Neutron Untuk BNCT,2013.

6. Media Nuklir, Interaksi neutron, Diakses darimedia nuklir, files.wordpress.com/20 I0/08/interaksi-neutron.pdf, 10 Maret2014.

7. WIDARTO, Analisis Dan Penentuan DistribusiFluks Neutron Saluran Tembus Radial Untuk

Pendayagzmaan Reaktor Kartini, Laporan Pene­litian, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia,Jakarta, 2002.

8. International Atomic Energy Agency (IAEA),Neutron Fluence Measurements, Viena, lAEA,1970.

KESIMPULAN

Telah dilakukan analisis desain existingexperiment parameter fisika pada beamport tembusradial untuk mendukung fasilitas uji in vitro/in vivometode Boron Neutron Capture Therapy (BNCT).Desain Existing experiment dilakukan denganmembuat analisis desain, metodologi, perhitungandan prosedur dengan mengutamakan aspekkeselamatan radiasi bagi pekerja dan lingkungan.Hasil yang dicapai adalah telah dapat menentukandimensi dan ukuran fasilitas eksperimen,preparasidetektor foil dari bahan emas (Au) dan perangkatiradiasi serta prosedur operasional lainnyasedemikian sehingga experiment existing parameterphysics dapat siap dilakukan dengan selamat.

SARAN

Untuk melakukan existing eksperimentparameters physics hams diperhatikan tentangkesalamatan radiasi untuk para pekerja sepertimisalnya penambahan shielding pada depanbeamport hams memenuhi faktor keselamatanpekerja dan lingkungan.

TANYAJAWAB

Buyung Edi Prabowo

- Material apa saja yang dapat digunakan untukmengukur neutron termal dan epitermal selain Audan Cd ? Sebagai material yang lebih murah

Indry Septyana N.

- Untuk mengetahui material apa saja yang dapatdigunakan untuk mengukur fluks neutron dapatdilihat berdasarkan penampang lintang serapaninti (cross section). Penampang lintang serapaninti (cross section) merupakan ukuran keboleh­jadian terjadinya interaksi antara neutrondengan inti atom. Terdapat beberapa materialyang dapat digzmakan untuk mengzlkur fluksneutron yaitu diataranya dalam orde e V (Au danCu) , Orde Ke V pada Nikel ,yang orde Me Vterdapat Rh,ln,dan Fe. Sejauh ini material yangsering digunakan untuk menentukan fluks neutronepitermal digunakan adalah keping emas yangterbungkus dengan cadmium (Cd). Keping emasdipilih karena unsur emas memiliki luaspenampang melintang serapan inti yang cukupbesar untuk rentang energi termal sampai dengan

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah- Penelitian Dasar Ilmu pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2014Pusat Sains dan TeknologiAkselerator - BATAN

Yogyakarta,10-11 Juni 2014

Page 9: desain experiment existing parameters physics untuk mendukung ...

126 ISSN 0216 - 3128 Indry Septiana,dkk.

energi epitermal. Unsur emas memiliki waktupara 2,7 hari (64,8 jam) dan luas penampangserapan inti 98 barn. Sedangkan cadmiumdigunakan sebagai bahan absorber yaitu bahanyang menyerap atau mengurangi intensitasradiasi pengion.Cadmium memiliki iampanglintang yang luas,sehingga walaupun denganbahan yang tipis, neutron berenergi rendah dapatditahan. Keping emas dibungkus dengan

cadmium agar aktivitas yang ditimbulkan kepingtersebut hanya disebabkan oleh neutron yangmemiliki energi lebih dari 0,5 eV Pada waktuiradiasi cuplikan foil emas yang dibungkusdengan Cadmium hanya bereaksi dengan neutronepitermal karena neuton termal (£<0,5 el/) tidakdapat menembus Cadmium, atau foil emas hanyabereaksi dengan neutron yang memiliki energiE> 0,5 eV

Grafik hubungan cross section dengan Energi (Au)

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2014Pusat Sains dan Tekno1ogi Akselerator - SATAN

Yogyakarta, 10-11 Juni 2014