PERANCANGAN PEMANDU BERKAS NEUTRON HASIL
REAKSI PROTON 30 MeV PADA TARGET BERILIUM
SEBAGAI SUMBER NEUTRON PADA BORON NEUTRON
CAPTURE THERAPY (BNCT) MENGGUNAKAN SOFTWARE
MCNPX
Disusun oleh :
Dian Novitasari
M0212026
SKRIPSI
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
PERANCANGAN PEMANDU BERKAS NEUTRON HASIL
REAKSI PROTON 30 MeV PADA TARGET BERILIUM
SEBAGAI SUMBER NEUTRON PADA BORON NEUTRON
CAPTURE THERAPY (BNCT) MENGGUNAKAN SOFTWARE
MCNPX
Disusun oleh :
Dian Novitasari M0212026
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang
berjudul “PERANCANGAN PEMANDU BERKAS NEUTRON HASIL REAKSI
PROTON 30 MeV PADA TARGET BERILIUM SEBAGAI SUMBER NEUTRON PADA BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY (BNCT) MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNPX” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini. Isi Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terima kasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau diphotocopy secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, 30 Maret 2016
MOTTO
“Dan segala sesuatu yang kamu lakukan dengan perkataan atau perbuatan,
lakukanlah semuanya itu dalam nama Tuhan Yesus, sambil mengucap syukur oleh
Dia kepada Allah, Bapa kita.”
~Kolose 3:17~
“Segala perkara dapat kutanggung di dalam Dia yang memberi kekuatan
kepadaku”
~Filipi 4:13~
“If it doesn’t challenge you, it doesn’t change you. Do not give up, because the beginning is always the hardest”
~NN~
“Apabila bertambah banyak pikiran dalam batinku, penghiburanMu menyenangkan jiwaku.”
~Mazmur 94:19~
“Bersukacitalah dalam pengharapan, sabarlah dalam kesesakan, dan bertekunlah
dalam doa!”
~Roma 12:12~
“Always pray to have eyes that see the best, a heart that forgives the worst, a mind that forgets the bad, and a soul that never loses faith”
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan segala ucapan syukur kepada Tuhan Yesus, karya ini saya persembahkan kepada:
1. Mami Harti dan kakak Abel yang turut mendukung dalam doa dan semangat selama perkuliahan dari awal hingga akhir pembuatan tugas akhir ini.
2. Alm.Ibu Ariati Wiretno yang merupakan bulik kesayangan, yang berjuang melawan kanker selama 1 tahun lebih. Banyak kebaikan yang beliau berikan kepada saya terutama dalam bidang pendidikan.
3. Seluruh keluarga besar Sofiati dan Sularno yang memberikan doa dan semangat.
4. Pak Suharyana selaku pembimbing I sekaligus motivator favorit saya. 5. Bu Riyatun selaku pembimbing II yang telah memberikan banyak ilmu
pengetahuan dengan sepenuh hati.
6. Pak Fajar selaku kepala Lab Komputasi Kimia yang telah memberikan akses dengan username pribadi dan memberikan keuntungan lebih fleksibel di dalam running program.
7. Oktaviana Erawati S,Si dan Dwi Wahyuningsih M,Si yang merupakan kakak pembimbing dan motivator selama pengerjaan skripsi saya.
8. Teman-teman seperjuangan saya diantaranya Dea, Umi, dan Asih yang selalu menemani baik suka maupun duka. Banyak kebaikan yang telah kalian berikan hingga saya bisa menjadi sekarang ini karena kesatuan hati, kebersamaan, dan kasih selalu ada diantara kita.
9. Yuda A.T.P
10.Olick, Buce, dan Ikhlas yang telah meluangkan waktu untuk berdiskusi bersama mengenai BNCT.
Perancangan Pemandu Berkas Neutron Hasil Reaksi Proton 30 MeV Pada Target Berilium Sebagai Sumber Neutron Pada Boron Neutron Capture
Therapy (BNCT) Menggunakan Software MCNPX
Dian Novitasari
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Telah dilakukan perancangan pemandu berkas neutron sebagai sumber neutron pada BNCT melalui reaksi proton 30 MeV dengan 9Be. Perancangan dibuat dengan simulasi komputer menggunakan software MCNPX. Penggunaan sistem BSA dan CA dalam pemandu berkas neutron supaya dihasilkan berkas neutron dan foton sesuai dengan parameter yang ditetapkan oleh IAEA untuk mendukung keperluan BNCT. Hasil penelitian menyatakan bahwa setelah diberi sistem BSA dan CA fluks neutron cepat menurun signifikan, selain itu terdapat tiga parameter yang sudah memenuhi kriteria IAEA yaitu, �̇ɣ⁄� �� � � bernilai 8,82×10-14 Gy.cm2.n-1, �� � � ⁄� �� � � , bernilai 0,02 dan � �⁄ � �� bernilai 0,76. Kedua parameter yang belum sesuai dengan kriteria IAEA adalah, � �� � � hanya bernilai 3,75×107 n.cm-2.s-1, �̇ �⁄ �� � � bernilai 2,15×10-12
Gy.cm2.n-1. Penelitian ini dilanjutkan dengan uji BNCT untuk kanker glioblastoma multiforme pada phantom ORNL-MIRD. Reaksi pada BNCT yaitu
10B(n,α)7Li*, kemudian 7Li* meluruh memancarkan foton. Hasil menunjukkan
bahwa laju dosis foton yang dihasilkan sebesar 1,03×10-5 Gy.s-1.
Design of Beam Neutron Guide by Proton Reaction 30 MeV on Beryllium Target for Neutron Source in Boron Neutron Capture Therapy (BNCT)
Using MCNPX Software
Dian Novitasari
Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Science Sebelas Maret University
ABSTRACT
Design of neutron beam guide as BNCT’s neutron source has been done for proton reaction 30 MeV with 9Be. The design created by computer simulation and software named MCNPX. BSA and CA system in neutron beam guide lead to neutron beam and photon where all IAEA recommended criteria are met for BNCT treatment. The result showed that after using BSA and CA fast neutron flux decreased steadily, however three parameters are met IAEA recommended criteria �̇ɣ⁄� ��ℎ � � is 8,82×10-14 Gy.cm2.n-1, �
�ℎ � � ⁄� ��ℎ � � is 0,02
and � �⁄ � �� is 0,76. But, there are two parameters are not in accordance with IAEA recommended criteria including � ��ℎ � � amount 3,75×107n.cm-2.s-1 and �̇ �⁄ ��ℎ � � amount 2,15×10-12 Gy.cm2.n-1. Then, this study continued to
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan yang Maha Esa, yang telah melimpahkan karunia dan kebaikanNya, sehingga penulis mampu untuk menyelesaikan Skripsi ini. Penulis mampu mempersembahkan karya ini bukan karena kuat gagah sendiri, melainkan karena Tuhan yang telah membantu dan menyertai penulis dari awal hingga akhir pembuatan skripsi ini.
Penulis menyusun skripsi dengan judul “Perancangan Pemandu Berkas Neutron Hasil Reaksi Proton 30 MeV Pada Target Berilium Sebagai Sumber Neutron Pada Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) Menggunakan Software
MCNPX” dalam tujuan untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains. Penulis mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah ikut membantu sehingga skripsi ini boleh terselesaikan dengan baik dan maksimal. Dengan penuh rasa hormat, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Drs. Suharyana M.Sc. selaku pembimbing I 2. Dra. Riyatun M.Si. selaku pembimbing II
3. Rekan-rekan dalam Radiasi dan Nuklir Grup Riset 4. Dwi Wahyuningsih M.Si
Biarlah Tuhan yang selalu melimpahkan anugrahNya atas kebaikan Bapak/Ibu kepada penulis. Penulis memahami banyak kekurangan di dalam skripsi yang telah tersusun ini, alangkah baiknya jika ada yang berkenan untuk memberikan kritik maupun saran. Semoga karya ini boleh bermanfaat sebagai referensi penelitian selanjutnya.
PUBLIKASI
Sebagian skripsi saya yang berjudul “Perancangan Pemandu Berkas Neutron Hasil Reaksi Proton 30 MeV Pada Target Berilium Sebagai Sumber Neutron Pada Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) Menggunakan Software
2.10.Simulasi Monte Carlo ... 22 kanker Glioblastoma Multiforme ... 34
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Reaksi BNCT dalam Sel Tubuh ... 10
Gambar 2.2. Perbandingan Spektrum Neutron Epitermal antara Siklotron dengan KURR ... 12
Gambar 3.1. Diagram Alur Tahap dalam Penelitian ... 26
Gambar 3.2. Tahap Persiapan ... 27
Gambar 3.3. Hasil Simulasi Sistem BSA dan CA ... 28
Gambar 3.4. Flowchart Penelitian Tahap Simulasi Reaksi Proton dengan 9Be ... 31
Gambar 3.5. Flowchart Penelitian Tahap Validasi dengan Jurnal Acuan ... 32
Gambar 3.6. Tahap Perhitungan Laju Dosis Foton pada BNCT ... 35
Gambar 4.1. Fluks Proton yang Mengenai Target 9Be ... 38
Gambar 4.2. Fluks Neutron sebagai Fungsi Energi Neutron ... 39
Gambar 4.3.a. Desain 3 Dimensi BSA dan CA Hasil Penelitian ... 41
Gambar 4.3.b. Desain 2 Dimensi BSA dan CA Hasil Penelitian ... 42
Gambar 4.4. Rasio �̇� � �� � � dengan Filter 208Pb ... 44
Gambar 4.5. Fluks Neutron Cepat (a) dan Laju Dosis Neutron Cepat (b) sebagai Fungsi Ketebalan Filter ... 47
Gambar 4.6. Distribusi Fluks Neutron sebagai Fungsi Energi dengan Penambahan Fe sebagai Filter Neutron Cepat ... 49
Gambar 4.7. Distribusi Fluks Neutron sebagai Fungsi Energi dengan Penambahan CaF2 sebagai Moderator ... 50
Gambar 4.8. Distribusi Fluks Neutron sebagai Fungsi Energi dengan Penambahan Filter Neutron Termal ... 51
Gambar 4.9. Distribusi Fluks Neutron Setelah Melewati Sistem BSA dan CA ... 52
Gambar 4.10. Hasil Perbandingan Tanpa dan Memakai Sistem BSA & CA ... 53
Gambar 4.11. Phantom Kepala untuk Perhitungan Dosis Foton ... 56
Gambar 4.12. Hasil Simulasi Terapi BNCT pada Glioblastoma Multiforme ... 56
Gambar 4.13. Laju Dosis Foton pada Bagian Kepala ... 58
Gambar L.3.1. Grafik Tampang Lintang Reaksi 9Be(p,2n+p)7Be ... 78
Gambar L.3.5. Tampang Lintang Hamburan Non-Elastis
pada Material 56Fe ... 80 Gambar L.3.6. Tampang Lintang Hamburan Non-Elastik
pada 40Ca ... 80 Gambar L.3.7. Tampang Lintang Hamburan Non-Elastik pada 19F ... 81 Gambar L.3.8. Tampang Lintang Serapan Neutron pada 7Li, Cd
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Parameter Berkas Neutron oleh IAEA untuk BNCT ... 16
Tabel 2.2. Tampang Lintang Tangkapan Neutron ... 21
Tabel 2.3. Jenis Tally Perhitungan dalam MCNP ... 23
Tabel 3.1. Data Spesifikasi Akeselerator Siklotron ... 27
Tabel 3.2. Data Material BSA dan CA ... 28
Tabel 3.3. Ukuran Material BSA dalam Penelitian... 29
Tabel 3.4. Ukuran CA dalam Penelitian ... 29
Tabel 4.1. Hasil Fluks Neutron dari Reaksi Proton dan 9Be ... 39
Tabel 4.2. Hasil Laju Dosis dari Reaksi Proton dan 9Be ... 40
Tabel 4.3. Keterangan dari Bagian BSA dan CA... 43
Tabel 4.4. Hasil Keluaran Sistem BSA dan CA Terkait Parameter IAEA ... 54
Tabel 4.5. Fluks Neutron di Sel Kanker ... 57
Tabel 4.6. Laju Dosis Foton dan Dosis Foton ... 58
Tabel L.1.1. Data Material Sistem BSA dan CA ... 68
I Arus Ampere
Q Muatan Coulomb
fm neutron faktor pengali neutron n/s
A Luas cm2
fm foton faktor pengali foton foton/s
V volume cm3
r jari-jari cm
ρ massa jenis g/cc
BNCT Boron Neutron Capture Therapy
MCNPX Monte Carlo N-Particle X
LET Linear Energy Transfer
KURRI Kyoto University Research Reactor Institute
KURR Kyoto University Research Reactor
HM-30 Hydrogen Minus-30 BSA Beam Shaping Assembly
CA Collimator Assembly
IAEA International Atomic Energy Agency
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Data Material ... 68
Lampiran 2. Scribd Phantom ORNL-MIRD dengan 10B Dalam kanker Glioblastoma ... 69
Lampiran 3. Data Tampang Lintang ... 78
Lampiran 4. Data Validasi dengan Jurnal Acuan ... 82
