A. LATAR BELAKANG
Perkembangan teknologi nuklir adalah salah satu prestasi yang paling signifikan dari abad kedua puluh. Teknologi nuklir saat ini digunakan di hampir semua bidang dan aspek kehidupan kita dari obat-obatan, untuk manufaktur dan konstruksi, untuk menyalakan barang-barang rumah tangga biasa, dan untuk menghasilkan listrik untuk lebih dari 16% dari kebutuhan seluruh dunia. Karya perintis dari Marie dan Pierre Curie dalam mengungkap zat dengan sifat yang sebelumnya tidak dikenal, yang mereka menciptakan istilah radioaktif, membuka banyak kesempatan lapangan baru. Penemuan Curie adalah hasil dari keyakinan Marie Curie bahwa bijih-bijih uranium bijih yang terkandung lain, lebih aktif, substansi dari uranium. Dalam beberapa bulan mulai menganalisis bijih-bijih uranium pada tahun 1898, Marie Curie telah mengisolasi dua elemen yang sebelumnya tidak diketahui. Dia bernama polonium pertama, setelah negara asalnya Polandia; kedua ia disebut radium, dalam menanggapi radioaktivitas intens. Aplikasi praktis dalam penelitian ilmiah untuk radioisotop diikuti dari penemuan ini pada periode dari tahun 1920 sampai awal 1930-an. Namun, beberapa radioisotop alami yang tersedia sangat terbatas ruang lingkup apa yang mungkin. Potensi penuh tidak menyadari sampai radioisotop dapat diproduksi artifisial.
Transformasi satu unsur menjadi unsur lain pertama kali ditunjukkan oleh Rutherford pada tahun 1919 ketika ia mengarahkan partikel alpha yang berasal dari sampel polonium ke gas nitrogen dan mendeteksi proton yang dipancarkan. Kemajuan besar pertama terjadi pada tahun 1934 dengan penemuan siklotron oleh Ernest Lawrence di Berkeley, California. Dengan mesin ini digunakan untuk mempercepat deuteron untuk kecepatan yang sangat tinggi, menjadi mungkin untuk menciptakan ketidakstabilan nuklir yang kita ketahui sekarang adalah prasyarat untuk radioaktivitas. Dengan mengarahkan sinar deuteron bergerak cepat pada target karbon, Lawrence memicu reaksi yang mengakibatkan pembentukan radioisotop dengan waktu paruh 10 menit.
Akselerator memainkan peran yang sangat penting dalam penelitian yang diarahkan pada pengembangan dan kemajuan material untuk aplikasi energi.
Penelitian tentang bahan untuk aplikasi energi mencakup spektrum yang luas dari kimia dan fisika topik, seperti sintesis material baru, karakterisasi struktural dan mekanistik, optimasi, pemanfaatan dan penurunan kinerja. Teknik berbasis akselerator memberikan sinar X, neutron atau elektron balok untuk menginterogasi bahan dan sifat mereka dan balok ion untuk menginduksi kerusakan, yang sangat relevan dengan pengembangan baterai, sel bahan bakar, tenaga matahari dan nuklir.
Berdasarkan uraian diatas, maka untuk memperkenalkan berbagai akselerator yang pernah diciptakan oleh ilmuwan fisika untuk berbagai tujuan seperti untuk penelitian fisika maupun dalam bidng lainnya. Oleh karena itu, Penulis tertarik untuk mengangkat judul penulisan ini yakni “ Akselerator Nuklir”.
B. RUMUSAN MASALAH
Rumusan masalah pada makalah ini yaitu: 1. Apa definisi dari akselerator?
2. Apa saja jenis-jenis akselerator? 3. Apakah manfaat dari akselerator? C. TUJUAN
Tujuan dari penulisan ini yaitu sebagia berikut: 1. Mengetahui apa yang maksud dengan akselerator. 2. Mengetahui jenis-jenis dari akselerator.
3. Mengetahui manfaat dari akselerator.
D. KAJIAN PUSTAKA
1. DEFINISI AKSELERATORAkselerator partikel adalah alat utama untuk mempelajari struktur dasar materi. Dalam eksperimen fisika energi tinggi, partikel seperti proton atau elektron dipercepat hingga puluhan dan ratusan GeV dan bertabrakan satu sama lain atau ke target tetap. Partikel baru diciptakan dari tabrakan energi tinggi, dan
interaksi dan sifat mereka yang diteliti menggunakan detektor canggih. Tabel 1 berikut menyajikan karakteristik akselerator.
Fungsi utama dari akselerator partikel adalah untuk memasok energi untuk partikel bermuatan, dan energi ini disediakan dalam sebagian besar kasus, kecuali akselerator saat ini dan induksi langsung, dengan cara rongga resonan. Ini mempercepat rongga atau mempercepat struktur dasarnya terdiri dari satu atau lebih mempercepat sel di mana medan elektromagnetik dapat mengirimkan energi untuk partikel bermuatan.
Tabel 1. Karakteristik Akselerator
2. JENIS-JENIS AKSELERATOR a) Siklotron (Cycloytron)
Siklotron merupakan perangkat yang dugunakan untuk percepatan partikel energi reaksi nuklir. Siloktron pertama kali digunakan untuk keperluan medis yang digunakan di Washington University pada tahun 1941 untuk memproduksi isotope fosfor, zat besi, arsen dan belerang. Pada pertengahan tahun 1950-an di rumah sakit Hammersmith, London mengoperasikan Siklotron untuk produksi radionuklida. Pada bidang kedokteran telah berkembang akselerator siklotron ion positif dan negatif untuk keperluan produksi radionuklida juga. Inovasi dari Siklotron sendiri terdiri beberapa jenis yaitu siklrotron superkonduktor, tandem akselerator kaskade dan linacs energi rendah.
Siklotron ditemukan oleh Ernest O. Lawrence pada tahun 1929 yang dikembangkan oleh mahasiswa di University of California pada tahun 1930 dan mulai beroperasi pada tahun 1932. Siklotron terbesar di dunia berada di University of British Columbia, Vancouver, Kanada. Siklotron terbesar itu berdiameter 18 m yang terdiri dari 4000 ton magnet. Siklotron ini menghasilkan bidang 0,46 T, 23 MHz medan listrik, 94 kV tegangan yang digunakan untuk mempercepat arus 200 μA.
(a) (b)
(Sumber: IAEA, 2009)
Gambar 1. Siklotron (a) mesin isotop kecil tunggal (mesin deuteron dirancang untuk menghasilkan hanya 15O untuk studi PET) (b) siklotron 500 MeV di
(Sumber: IAEA, 2009)
Gambar 2. Bagian kerja internal siklotron modern. Prinsip Operasi Siklotron
siklotron terdiri dari empat sistem:
o Magnet resistif yang dapat menciptakan medan magnet dari 1-2T;
o Sistem vakum ke 10-5 Pa;
o Sistem frekuensi tinggi (sekitar 40 Mhz) menyediakan tegangan dengan nilai puncak sekitar 40 kV, meskipun angka-angka ini dapat bervariasi untuk sistem yang berbeda;
o Sumber ion yang dapat mengionisasi hidrogen untuk membuat proton gratis serta deuterium dan α partikel.
Siklotron menggunakan teori termodinamika untuk menghasilkan partikel berenergi yang cukup tinggi dalam ruang yang relatif terbatas. Teori termodinamika menyatakan bahwa frekuensi rotasi suatu partikel bermuatan bergerak dalam medan magnet dari radius orbitnya. Energi partikel meningkat sebagai akibat dari meningkatnya kecepatan partikel. Percepatan ruang siklotron
ditempatkan di antara kutub medan magnet homogen, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
(Sumber: IAEA, 2008)
Gambar 3. Struktur dari siklotron menunjukkan magnet, struktur 'dee' dan sumber ion.
Medan magnet siklotron menyebabkan partikel bergerak pada orbit lingkaran. Ion diproduksi dalam sumber ion di tengah mesin dan dipercepat keluar dari pusat. Ion-ion yang dipercepat oleh frekuensi tinggi medan listrik melalui dua atau lebih elektroda berongga disebut 'dees'. Ion-ion dipercepat ketika mereka lolos dari satu dee menuju arah selanjutnya (depan) melalui celah antara dees. Karena frekuensi rotasi partikel tetap konstan sebagai akibat dari energi partikel meningkat, diameter orbit meningkat sampai partikel dapat diekstraksi dari tepi luar mesin. Batas pada energi partikel ditentukan secara langsung dengan diameter pada muka kutub magnet. Siklotron energi tinggi telah dibangun, namun, untuk sebagian besar energi proton kurang dari sekitar 70 MeV.
Alur Kerja Siklotron
Banyak hal yang harus dipertimbangkan dalam alur kerja dari sebuah aklselerator. Hal ini sangat penting untuk meminimalkan paparan radiasi dan peningkatan efisiensi kerja dari sebuah akselerator dengan memberikan kelancaran arus ke unit pengolahan. Prosesnya dilakukan dengan langkah memberikan jarak yang cukup dekat antara langkah sebelum dan sesudahnya.
Pendekatan lain yaitu dengan menggunakan transportasi terlindung untuk pemindahan dosis tanpa kontak langsung dengan manusia.
(Sumber: IAEA, 2009)
Gambar 4. Tekanan dan radiasi yang ideal di fasilitas siklotron. Siklotron saat ini
Teknologi siklotron meningkat secara signifikan selama beberapa waktu terakhir. Siklotron sekarang dikendalikan oleh komputer yang menghasilkan berbagai macam isotope.
b) Siklotron superkonduktor
Prinsip-prinsip dasar pengoperasian mesin ini adalah sama dengan siklotron konvensional. Menggunakan magnet superkonduktor, siklotron ini dapat dibuat sangat kompak tetapi mereka harus dipertahankan pada suhu helium cair. Berat magnet adalah sekitar 1/5 dari berat magnet untuk siklotron konvensional. Karena magnet superkonduktor kebutuhan daya yang lebih sedikit. Medan magnet yang lebih tinggi menyebabkan orbit untuk jarak dekat bersama-sama. Partikel yang dipercepat adalah H-, sehingga sistem ekstraksi menggunakan foil stripper.
c) Sinkrotron
Sinklotron electron pertama kali dibangun oleh Edwin McMillan pada tahun 1945, meskipun Vladimir Veksler (tidak diketahui McMillan) sudah menerbitkannya pada jurnal Soviet tahun 1944. Proton sinklotron dirancang pertama kali oleh Sir Marcus Oliphant dan dibangun tahun 1952. Sinklotron merupakan turunan dari siklotron yaitu jenis akselerator siklik dimana medan magnet membentuk partikael dengan lintasan tertutup bergantung waktu yang diintegrasikan dengan energi kinetik partikel. Sinklotron merupakan akselerator partikel versi modern yang paling kuat. Jenis sinklotron terbesar adalah dengan panjang lingkar 27 kilometer atau 17 mil Large Hdron Collider di Jenewa, Swiss, dibangun pada tahun 2008 oleh Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir (CERN). Ditunjukkan pada gambar 5.
Energi tertinggi sejauh ini telah dicapai baru-baru ini di LHC (CERN Large Hadron Collider yang merupakan collider proton-proton dengan 14 TeV pusat energi massa)
Sumber: https://iononfaccioniente.files.wordpress.com/2014/06/cern-lhc-new.jpg Gambar 5. Area Akselerator Sinklotron CERN di Jenewa, Swiss
Prinsip Sinklotron
Sebuah cincin penyimpanan adalah tipe khusus dari sinkrotron di mana energi kinetik dari partikel dipertahankan konstan. Sebuah sumber cahaya sinkrotron adalah kombinasi dari jenis akselerator elektron yang berbeda, termasuk cincin penyimpanan di mana radiasi elektromagnetik yang diinginkan dihasilkan. Radiasi ini kemudian digunakan dalam percobaan stasiun yang terletak di beamlines yang berbeda.
(Sumber:
https://teachers.web.cern.ch/teachers/archiv/HST2002/brochures/bitu/accelerator s.htm)
Gambar 6. Posisi komponen-komponen akselerator dari sinklotron
Selain cincin penyimpanan, sumber cahaya sinkrotron biasanya berisi akselerator linear (LINAC) dan sinkrotron lain yang kadang-kadang disebut penguat dalam konteks ini. LINAC dan booster digunakan untuk berturut-turut mempercepat elektron energi terakhir mereka sebelum mereka magnetis "ditendang" ke dalam cincin penyimpanan. Sumber cahaya sinkrotron secara keseluruhan kadang-kadang disebut "synchrotrons", meskipun hal ini secara teknis tidak benar.
(Sumber: www.accelerators-for-society.org/about-accelerators/index.php?id=21)
Gambar 7. Kompleks Akselerator CERN
Collider siklik juga dikombinasikan dengan jenis akselerator yang berbeda, termasuk dua di antaranya berpotongan dengan cincin penyimpanan dan masing-masing di area sebelum akselerator. Sementara siklotron klasik menggunakan kedua medan magnet konstan dan frekuensi medan elektromagnetik konstan (bekerja dengan pendekatan klasik), penggantinya siklotron isochronous, bekerja dengan variasi lokal dari medan magnet, mengadaptasi massa relativistik meningkatnya partikel saat akselerasi.
Dalam sebuah sinkrotron, adaptasi ini dilakukan dengan memvariasikan kuat medan magnet yang bergantung waktu, bukan dalam ruang. Untuk partikel tak berkecepatan cahaya, frekuensi medan elektromagnetik dapat berubah mengikuti waktu sirkulasi non-konstan mereka. Dengan meningkatkan parameter
ini sesuai sebagai partikel memperoleh energi, jalur sirkulasi mereka dapat tetap konstan seperti yang dipercepat.
Sementara synchrotrons pertama dan cincin penyimpanan seperti Cosmotron bentuk toroida, dengan prinsip fokus yang kuat secara independen ditemukan oleh Ernest Courant dan Nicholas Christofilos memungkinkan pemisahan lengkap pedal gas ke komponen dengan fungsi khusus di sepanjang jalur partikel, membentuk jalur ke poligon melingkar. Beberapa komponen penting diberikan oleh rongga RF untuk percepatan langsung, magnet dipol (bending magnet) untuk defleksi partikel (untuk menutup jalan), dan quadrupole / sextupole magnet untuk balok fokus.
Kombinasi medan magnet yang bergantung waktu dan prinsip fokus yang kuat memungkinkan desain dan pengoperasian fasilitas akselerator modern skala besar seperti colliders dan sumber cahaya sinkrotron. Bagian lurus sepanjang lintasan tertutup difasilitas tersebut tidak hanya diperlukan untuk ruang frekuensi radio, tetapi juga untuk detektor partikel (dalam colliders). Energi maksimum akselerator siklik yang dibenamkan biasanya dibatasi oleh kekuatan maksimum medan magnet dan jari-jari minimum (kelengkungan maksimum) dari jalur partikel. Jadi salah satu metode untuk meningkatkan batas energi adalah dengan menggunakan magnet superkonduktor, ini tidak dibatasi oleh kejenuhan magnetik. akselerator elektron/positron juga dapat dibatasi oleh emisi radiasi sinkrotron, akibatnya dapat menghilangkan sebagian energi kinetik balok partikel.
Akselerator lebih kuat ketika dibangun dengan jalur radius lebih besar dan menggunakan banyak rongga microwave. Partikel yang lebih ringan (seperti elektron) akan kehilangan sebagian besar energinya ketika dibelokkan. Jadi, energi elektron akselerator/positron dibatasi oleh hilangnya radiasi ini. Energi akselerator juga dibatasi oleh kekuatan magnet dan biaya pembuatannya.
d) SLAC (Stanford Linear Accelerator Centre)
Stanford Linear Accelerator Centre (SLAC) adalah akselerator linear dengan sistem RF (radio frekuensi). SLAC didirikan pada tahun 1962 dan berada di atas tanah seluas 426 hektar (1,72 km2) yang merupakan milik Stanford
utama Universitas. Akselerator utama adalah akselerator linear RF yang dapat mempercepat elektron dan positron hingga 50 GeV dengan panjang 2,0 mil (± 3,2 km seperti yang ditunjukkan pada gambar 5), dan diklaim menjadi akselartor terpanjang di dunia. Akselerator utama dibenamkan 30 kaki (sekitar 10 meter) di bawah tanah dan telah beroperasi sejak tahun 1966. Ditunjukkan pada gambar 8.
Satu dekade setelah SLAC didirikan, Stanford Synchrotron Radiation Laboratory (SSRL) didirikan sebagai Pengguna Fasilitas Nasional. SSRL menjadi bagian dari SLAC pada tahun 1992. Tahun 1994, proyek Positron-Electron II dimulai, untuk membangun Asymmetric B Factory. Fasilitas SLAC berganti nama menjadi SLAC National Accelerator Laboratory pada tahun 2009. Namun, akronim asli SLAC dipertahankan. Untuk parameter akslerator SLAC ditunjukkan pada tabel 1.
(b)
(Sumber: https://iononfaccioniente.wordpress.com/2014/06/24/from-cern-cern-announces-lhc-restart-schedule/)
Gambar 8: Akselerator SLAC (a) tampak bagian dalam ruangan (b) tampak dari atas udara
e) Linear Accelerator (LINAC)
Akselerator linear Modern (LINAC) adalah perangkat yang menghasilkan sinar X berenergi tinggi (MV) dan berkas elektron (MeV) yang dilengkapi dengan multi kolimator (MC) yang digunakan untuk memblokir perangkat. Linac ini digunakan untuk pengobatan kanker dengan sistem dosis radiasi tertentu. Dasar dari terapi radiasi didasarkan pada interaksi antara materi dan radiasi (energi). Selama interaksi antara materi dengan radiasi terjadi proses ionisasi. Ketika sel-sel mendapatkan paparan yang cukup (terionisasi), maka terjadi pemecahan DNA, dan kemudian sel-sel tersebut mati. Dengan demikian interaksi antara radiasi dan materi menunjukkan ilmu fisika radiasi dapat diaplikasikan pada pengobatan kanker. Radiasi yang dihasilkan oleh LINAC memiliki banyak keunggulan dibandingkan mesin X-ray tradisional atau unit Cobalt-60 lainnya (
(Sumber: IAEA, 2008)
Gambar 9: Partikel bermuatan positif ditarik ke ruang elektroda a dan kemudian didorong keluar sebagai fase bidang percepatan berubah.
Linacs medis akselerator siklik yang mempercepat elektron untuk energi kinetik 4-25 MeV menggunakan microwave RF non-konservatif dalam rentang frekuensi dari 103 MHz (pita L) sampai 104 MHz (pita X), dengan sebagian besar
berjalan pada 2856 MHz (pita S). Dalam LINAC, elektron dipercepat pada lintasan lurus dalam struktur khusus yang disebut accelerating waveguides. jalur linier elektron sama, relatif rendah, perbedaan potensial beberapa kali; maka linacs juga jatuh ke kelas akselerator siklik, seperti mesin siklik lain yang
menyediakan jalur melengkung untuk partikel dipercepat (misalnya betatrons). Daya tinggi bidang RF yang digunakan untuk percepatan elektron di pandu mempercepat diproduksi melalui proses perlambatan elektron dalam memperlambat potensi dalam perangkat dievakuasi khusus yang disebut magnetron dan klystrons. Berbagai jenis LINAC yang tersedia untuk penggunaan klinis. Beberapa memberikan sinar X hanya di kisaran megavoltage rendah (4 atau 6 MV), sementara yang lain menyediakan baik sinar X dan elektron di berbagai energi megavoltage. Sebuah khas modern yang LINAC energi tinggi akan memberikan dua energi foton (6 dan 18 MV) dan beberapa energi elektron (misalnya 6, 9, 12, 16 dan 22 MeV).
Prinsip operasi
Prinsip percepatan yang digunakan dalam semua akselerator adalah bahwa partikel bermuatan energinya selalu berubah ketika didekatkan dengan medan listrik. Pada LINAC, perubahan energi dipengaruhi oleh tegangan bolak-balik yang diberikan pada posisi yang tepat untuk mempercepat partikel. Dalam prakteknya, ini dicapai dengan penggunaan ruang elektroda disebut drift tubes (tabung aliran), yang memungkinkan partikel mengalir pada kecepatan konstan dalam tabung dan kemudian dipercepat diantara tabung. Partikel dipercepat oleh medan listrik yang berlawanan dengan muatan partikel. Partikel melewati tabung hampa, fase medan listrik berubah di ujung tabung, partikel dipercepat dengan dorongan dari bidang yang kini memiliki tanda yang sama dengan partikel. Hal ini ditunjukkan pada Gambar. 3.1.
Hal yang membantu untuk menjaga waktu percepatan adalah apa yang disebut sebagai fase stabilitas. Tegangan pada setiap tahap akselerator dapat diatur sehingga tegangan maksimum hanya diberi setelah partikel telah melewati titik tertentu.
f) Generasi LINAC
Selama 40 tahun terakhir, linacs medis setidaknya sudah ada lima generasi yang berbeda. Lima generasi tersebut memperkenalkan fitur baru berikut:
foton energi rendah (4-8 MV
foton energi tinggi (18-25 MV) dan elektron
foton energi tinggi dan elektron: dioperasikan dengan komputer.
(Sumber: E.B. Podgorsak (IAEA), 2005) Gambar 10. Linac Medis
Komponen linacs yang modern
Sistem operasional Linac mempunyai lima bagian utama yang diluar dari mesin, yakni:
Gantry;
Gantry stand or support; Modulator cabinet;
Patient support assembly (i.e. treatment table); Control console.
Diagram skematik modern LINAC medis S ditunjukkan pada gambar 10. Diagram menujukan letak dari komponen sebuah LINAC. Namun, ada perbedaan yang signifikan dari satu mesin komersial dengan ynag lain, bergantung pada output berkas elektron energi kinetik serta pada desain tertentu yang digunakan oleh produsen.
Panjang accelerating waveguide tergantung pada elektron energi kinetik akhir, dan berkisar dari ~ 30 cm di 4 MeV untuk ~ 150 cm pada 25 MeV. Balok
utama membentuk komponen dari LINAC medis modern biasanya dikelompokkan menjadi enam kelas:
o Sistem injeksi;
o Sistem pembangkit listrik RF;
o Accelerating waveguide;
o Sistem Auxiliary;
o Sistem Beam transportasi;
o Beam collimation dan sistem pemantauan balok (Podgorsak E.B. - IAEA, 2005)
LINAC menggunakan teknologi microwave (seperti yang digunakan untuk radar) untuk mempercepat elektron pada bagian pedal gas yang disebut panduan gelombang (WG). WG Struktur adalah energi pada frekuensi gelombang mikro yang paling umum pada 3000 MHz (100 mm gelombang-panjang di ruang bebas), kemudian memungkinkan elektron dipercepat berbenturan dengan target logam berat sebagai akibat dari transmisi sinar-X berenergi tinggi yang dihasilkan dari target. Sinar-X tersebut diarahkan pada tubuh pasien dan mengambil bentuk seperti ukuran tumor dengan kolimator. Balok keluar dari pedal gas melalui gantry, yang dapat diputar disekitar pasien. Pasien diletakkan pada sofa pengobatan yang dapat bergerak kesegala arah. Radiasi dapat diarahkan pada area tumor dari sudut manapun dengan memutar gantry dan memindahkan sofa pengobatan. Saat ini dalam manajemen perawatan kanker, radioterapi merupakan modal penting untuk pengobatan. Dengan demikian, pengobatan tumor dapat dilakukan dengan sangat mudah, bahkan dengan bentuk tumor yang tak beraturan dengan organ penting sekitarnya dapat dilakukan dengan menggunakan teknik radioterapi modern seperti radioterapi konformal tiga dimensi (CRT 3D), modulasi intensitas radioterapi (IMRT) dan lain-lain.
(Sumber: E.B. Podgorsak (IAEA), 2005)
Gambar 11. Struktur modern (RFQ) tabung LINAC untuk produksi radionuklida. Hasil pengobatan radiasi secara langsung berkaitan dengan presesi dalam dosis disampaikan kepada pasien yang tergantung pada keakuratan data balok (beam) yang digunakan dalam proses perencanaan pengobatan (Treatment Planning System/TPS). Data ini diperoleh selama komisioning awal LINAC dan diperlakukan sebagai data standar untuk penggunaan klinis dan harus diverifikasi secara berkala seperti yang dijelaskan oleh Task Group-40 protocol oleh fisikawan medis yang memenuhi syarat untuk memastikan bahwa parameter mesin tidak berubah selama operasi normal. Pengujian penerimaan menyiratkan proses verifikasi dari mesin berdasarkan pedoman produsen untuk bagian yang sangat kecil data balok sedangkan komisioning adalah proses di mana set lengkap data diperoleh yang akan digunakan untuk perawatan pasien.
LINAC dapat digunakan untuk terapi (pengobatan) setelah selesai beberapa metode ilmiah yang memuaskan disebut sebagai pengujian pre-commissioning. Ini termasuk mesin uji mekanis tertentu, radiasi tes dosimetrik spesifik dan tes keselamatan radiasi. Proses commissioning LINAC untuk penggunaan klinis meliputi pengukuran komprehensif parameter dosimetrik yang diperlukan untuk memvalidasi sistem perencanaan pengobatan yang digunakan untuk memilih modalitas radiasi yang optimal dan teknik pengobatan untuk setiap pasien Hal ini penting untuk memiliki dataset minimal yang mencakup persentase dosis kedalaman (PDD), distribusi isodosis dan karakterisasi output untuk
serangkaian ukuran lapangan (FS). Gambar 11 menunjukkan salah satu LINAC untuk keperluan medis.
(Sumber: http://hdwallpapersfactory.com/high-definition-wallpaper/linac-20a-20picture-nice-here-one-with-starfield-desktop-hd-wallpaper-544694/)
Gambar 12: linac untuk keperluan medis Linacs saat ini
Pada akhir 1980-an, Departemen Pertahanan Amerika Serikat didukung penelitian dan pengembangan akselerator baru berdasarkan teknologi 'Star Wars'. Ada tiga proyek yang didanai, yang semuanya dari desain linier. Tujuannya adalah untuk memanfaatkan teknologi yang bisa menghasilkan partikel energi yang rendah. Akselerator baru ini adalah sebagai pengganti berenergi rendah (<10 MeV) dengan peningkatan arus berkas (100-1000 mA). Aplikasi Sains International Corporation, San Diego, California, berencana membangun 8 MeV 3He2 + RFQ akselerator. Fitur unik termasuk kesederhanaan dalam desain dan operasi dengan bidang neutron rendah dari akselerator (tanpa neutron yang melekat dari partikel mempercepat atau yang memanfaatkan reaksi nuklir - (3He, 4He) dan (3He, p)). Mesin memiliki energi partikel 10 MeV. Accsys Technology Inc, Pleasanton, California, mengusulkan LINAC juga didukung oleh RFQ, tapi mempercepat proton. Berbagai energi dapat dicapai dengan memvariasikan
panjang akselerator (menambahkan pada ruang percepatan). Science Research Laboratory Inc., Somerville, Massachusetts, mengusulkan 3-4 MeV tandem cascade akselerator (TCA), yang akan mempercepat deuteron untuk 15O dan
produksi 13N, serta proton untuk 18F produksi.
TCA adalah akselerator elektrostatik dibangkitkan dengan ion negatif yang melewati stripper biaya untuk dikonversikan ke ion positif, dan ganda energi untuk beda potensial yang sama. Pada saat yang sama, Ion Beam Aplikasi, Louvain-la-Neuve, Belgia, membangun 3 MeV D + siklotron yang didedikasikan untuk produksi 15O. Beberapa ini cyclotron kecil telah berada di Eropa. Dari
mesin Star Wars, hanya TCA dibangun, dipasang dan dioperasikan secara rutin untuk menghasilkan radioisotop untuk PET.
g) Mikrotron
Mikrotron adalah akselerator elektron yang menggabungkan fitur LINAC dengan siklotron. Konsep Microtron yang dikembangkan oleh V.I. Veksler pada tahun 1944, dan mesin yang digunakan dalam radioterapi modern, meskipun pada tingkat yang jauh lebih kecil dari linacs.
(Sumber: E.B. Podgorsak (IAEA), 2005)
Dua jenis Mikrotron telah dikembangkan yaitu:
o Mikrotron melingkar
o Mikrotron lintasan lurus.
Dalam Mikrotron melingkar kelebihannya pada energi elektron dari rongga resonan microwave dan peningkatan radius dalam medan magnet. Untuk menjaga partikel dalam fase dengan daya microwave, ruang tegangan, frekuensi dan medan magnet disesuaikan sedemikian rupa sehingga ketika electron melewati setiang bidang dari ruang potensial, elektron memperoleh kenaikan energi, sehingga peningkatan waktu melintasi di area magnetik sama dengan jumlah integral siklus microwave.
Dalam Mikrotron lintasan lurus magnet dibagi menjadi dua bagian berbentuk D yang dipisahkan untuk memberikan fleksibilitas yang lebih besar dalam mencapai injeksi elektron yang efisien dan mendapatkan energi yang lebih tinggi per orbit melalui penggunaan multi-ruang percpatan, strukturnya seperti yang digunakan dalam linacs. Orbit elektron terdiri dari dua setengah lingkaran dan dua bagian lurus.
h) Betatron
Betatron ini dikembangkan pada tahun 1940 oleh D.W. Kerst sebagai akselerator elektron siklik untuk penelitian fisika dasar. Namun, potensi untuk digunakan dalam radioterapi baru disadari setelahnya. Mesin terdiri dari magnet yang diberi tegangan oleh arus bolak-balik pada frekuensi antara 50-200 Hz. Elektron yang dihasilkan beredar di toroidal (berbentuk donat) ruang vakum yang ditempatkan pada celah di antara dua kutub magnet. Sebuah diagram skematik betatron ditunjukkan pada gambar 13 (a).
(Sumber: Stanley Humphries, Jr., 1999)
Gambar 14. Kesamaan antara betatrons dan akselerator induksi linier. (a) LINAC induksi sirkulasi dengan dua rongga percepatan. (b) induksi sirkulasi LINAC
dengan isolasi inti yang mengisi area yang tersedia di dalam balok orbit. (c) betatron dengan single core dan titik pemberian daya tunggal
Secara konseptual, betatron dapat dianggap sebagai analog dari transformator yakni arus utamanya adalah arus bolak-balik yang menarik magnet dan arus sekundernya adalah arus elektron yang beredar di ruang vakum (donat). Elektron dipercepat oleh induksi medan listrik dengan fluks magnet yang berubah dalam magnet. Elektron tetap dalam orbit lingkaran oleh medan magnet ini.
Pada tahun 1950 betatron memainkan peranan penting dalam megavoltage radioterapi. Namun, pengembangan linac mendorong betatron terlupakan karena lebih banyak kelebihan yang ditawarkan oleh linac atas betatron, seperti: Output balok jauh lebih tinggi (hingga 10 Gy/menit untuk linacs dibandingkan 1 Gy/menit untuk betatron); ukuran yang lebih besar; pemasangan isocentric penuh; desain yang lebih kompak; dan pengoperasian yang lebih tenang (tidak bising). Grafik 1: Energi akselerator dari tahun ke tahun.
i) Van de Graaff akselerator
Van de Graaff merupakan akselerator paling umum jenis self-excited. Generator self-excited mengacu pada apa yang terjadi ketika dua materi yang berbeda tergabung dan kemudian ditarik terpisah. Generator terdiri dari berpengetahuan luas terminal tegangan tinggi terisolasi dari potensi tanah pada kolom isolasi dan biaya sistem menyampaikan terdiri dari satu atau lebih sabuk tak berujung datar bahan berjalan antara terminal dan tanah isolasi. Muatan listrik diangkut oleh belt ke dalam ruang terminal, dimana ia akan dihapus. Tegangan maksimum yang dapat dipertahankan pada terminal hanya bergantung pada geometri dan dielektrik dari medium isolasi sekitarnya. Generator van de Graaff asli telah dipatenkan oleh Van de Graaff. Diagram dari generator van de Graaff ditunjukkan pada gambar 15.
Pelletron merupakan akselerator van de Graaff paling modern dikembangkan pada pertengahan 1960-an sebagai perbaikan atas sabuk pengisian tua. Sabuk ini menderita sejumlah kesulitan operasional, termasuk ketidakstabilan tegangan terminal dan kerentanan yang memicu kerusakan. Selain itu, mereka menghasilkan debu belt yang mengharuskan sering membersihkan di dalam tangki akselerator. Rantai cepat terbukti lebih tahan lama dibandingkan ikat pinggang, sambil menghasilkan stabilitas terminal lebih besar daripada yang pernah mungkin dilakukan sebelumnya. Rantai juga menghilangkan masalah debu belt.
Rantai tidak membatasi tegangan pada terminal utama, dan itu digunakan di akselerator elektrostatik hingga di atas 25 MV. Saat ini akselerator van de Graaff digunakan terutama untuk penelitian fisika dan jarang digunakan untuk produksi radionuklida.
(Sumber: IAEA, 2008)
Gambar 15. Diagram Skematik dari akselerator Van De Graff
3. MANFAAT AKSELERATOR
Sekarang ini akselerator partikel mempunyai peranan yang sangat penting dalam kehidupan manusia baik dalam bidang industri, kedokteran, lingkungan, dan keamanan nasional maupun IPTEK modern. Menurut Peter Rosen, Director High Energy and Nuclear Physics, Office of Science, US Departement of Energy sampai saat ini ada sekitar 15.000 akselerator partikel telah dikonstruksi yang berada diberbagai negara digunakan untuk litbang dan aplikasi bidang industri. Sepertiga dari akselerator ini digunakan dalam bidang kedokteran, dan sisanya digunakan dalam bidang aplikasi industri. Rincian data jenis dan aplikasi akselerator tidak disebutkan namun hal ini sangat masuk akal karena pada tahun 1996 ada sekitar 10000 akselerator sedangkan sejak saat itu kebutuhan akan mesin implantor ion dan MBE (mesin berkas elektron), dan akselerator Linac untuk medis sangat meningkat.
Menurut M. Senthilkumar berdasarkan hasil survei yang dilakukan oleh Scharf dan Chomicki pada tahun 1996 terdapat 10.000 akselerator telah dibuat yang berada di berbagainegara digunakan untuk keperluan litbang dan aplikasi
industri seperti ditunjukkan pada Tabel 3. Akselerator dari energi rendah (ratusan keV) hingga sangat tinggi (> GeV) telah dibuat untukmenghasilkan berkas ion, elektron, maupun radiasi sinkrotron.
Tabel 3. Akselerator partikel di berbagai belahan dunia (sampai tahun 1996). Kategori Akselerator Jumlah yang digunakan Akselerator medik dengan
energi >1 GeV
112
Radiotherapy >4000
Litbang biomedical 800
Produksi radioisotop medik >200 Akselerator elektron di industri 1500
Impantasi ion >2000
Litbang dan aplikasi modifikasi
Permukaan >1000
Sumber radiasi sinkrotron 50
Jumlah ~10.000
Grafik 2. Aplikasi akselerator elektron
Kesimpulan dari makalah ini yaitu:
1. Akselerator partikel adalah alat utama untuk mempelajari struktur dasar materi. Dalam eksperimen fisika energi tinggi, partikel seperti proton atau elektron dipercepat hingga puluhan dan ratusan GeV dan bertabrakan satu sama lain atau ke target tetap. Partikel baru diciptakan dari tabrakan energi tinggi, dan interaksi dan sifat mereka yang diteliti menggunakan detektor canggih.
2. Jenis-jenis akselerator yaitu siklotron, siklotron superkonduktor, sinklotron, SLAC, linear akselerator, betatron, mikrotron, dan generator van de graff. 3. Manfaat dari akselerator yaitu pada berbagai bidang diantaranya pada bidang
medis (radioterapi), Produksi radioisotop medic, industri, penelitian dan pengembangan dan lain-lain.
F. SARAN
Saran yang diberikan adalah selanjutnya untuk pengembangan akselerator dapat dilakukan dan diaplikasikan di Negara Indonesia sendiri.
G. DAFTAR PUSTAKA
Bailey, D.L., Humm, J.L., Pokropek, A.T., Aswegen A.V. (2014). Nuclear Medicine Physics. Viena, Autria: IAEA.
Barrera, D. C. (2010). C-Band LINAC For a Race track Mikrotron. Universidad Complutense de Madrid, 1-41
Bryant, P.J. A. Brief History and Review of Accelerator. CERN Journal.
Darsono. (2008). Peran Teknologi Akselerator Dalam Mendukung Industri. Jurnal BATAN, 10,7-16
Humphries, S. (1999). Principle of Charged Particle Acceleration. New Mexico: John Wiley and sons.
Podgorsak, E.B. (2005). Radiation Oncology Physics: A Handbook For Teachers and Students. Viena, Austria: IAEA.
Sahoo, S.K., Rath, A.K., Mukharjee, R.N., Mallick, B. (2012). Commisioning of Modern LINAC For Clinical Tratment and Material Research. Academic Journals Online, 1(10-12-2012), 1-31.
SLAC. (2012). Statement of Work For the Science and User Support Building (SUSB) Project. California: SLAC Laboratory.
Strasse, W. (2008). Cyclotron Produced Radionuclides: Principle and Practice. Viena, Austria: IAEA.
