BAB I BAB I PEMBAHASAN PEMBAHASAN
A.
A. AkAkseseleleraratotor r LiLinenearar 1.
1. DeDefifininisi Aksi Akseseleleraratotorr
Akselerator adalah alat yang dipakai untuk mempercepat gerak Akselerator adalah alat yang dipakai untuk mempercepat gerak partikel bermuatan seperti elektron, proton, inti-inti ringan, dan inti atom partikel bermuatan seperti elektron, proton, inti-inti ringan, dan inti atom lainnya. Mempercepat gerak pertikel bertujuan agar
lainnya. Mempercepat gerak pertikel bertujuan agar pertikel tersebutpertikel tersebut
bergerak dengan cepat sehingga memiliki energi kinetik yang sangat tinggi. bergerak dengan cepat sehingga memiliki energi kinetik yang sangat tinggi. Untuk mempercepat gerak partikel ini diperlukan medan listrik ataupun Untuk mempercepat gerak partikel ini diperlukan medan listrik ataupun medan magnet. Akselerator partikel biasanya dipakai untuk
medan magnet. Akselerator partikel biasanya dipakai untuk penelitian fisikapenelitian fisika energi tinggi dengan cara
energi tinggi dengan cara menabrakkamenabrakkan partikel berkecepatan sangat tin partikel berkecepatan sangat tingginggi ke target
ke target tertentu. Namun, ada bebetertentu. Namun, ada beberapa jenis akselerarapa jenis akselerator partikel yangtor partikel yang dirancang untuk memproduksi radiasi berenergi tinggi untuk
dirancang untuk memproduksi radiasi berenergi tinggi untuk keperluankeperluan radioterapi.
radioterapi.
Akselerator digunakan untuk menghasilkan sinar X dengan energi Akselerator digunakan untuk menghasilkan sinar X dengan energi yangyang tinggi dengan menggunakan tabung Betatron dan
tinggi dengan menggunakan tabung Betatron dan Sinkrotron.Sinkrotron. a.
a. TaTabubung ng BeBetatatrtronon
Betatron pertama kali diperkenalkan pada 1941
Betatron pertama kali diperkenalkan pada 1941 oleh Donaldoleh Donald William Kerts dari
William Kerts dari Universitas Illinois, Amerika Serikat. PenamaanUniversitas Illinois, Amerika Serikat. Penamaan Betatron mengacu pada jenis sinar radioaktif yaitu sinar-ß,
Betatron mengacu pada jenis sinar radioaktif yaitu sinar-ß, yangyang merupakan alira
merupakan aliran elektron yangn elektron yang berkecepatan berkecepatan tinggi. Betatron terdiri atinggi. Betatron terdiri atastas tabung kaca hampa udara berbentuk cincin
tabung kaca hampa udara berbentuk cincin raksasa yang diletakanraksasa yang diletakan diantara dua kutub magnet yang sangat kuat. Elektron akselerator pada diantara dua kutub magnet yang sangat kuat. Elektron akselerator pada prinsipnya adalah suatu tabung sinar-X
prinsipnya adalah suatu tabung sinar-X berukuran sangat besar.berukuran sangat besar. Penyuntik berupa
Penyuntik berupa filamen panas yang befilamen panas yang berperan sebagai perperan sebagai pemancarmancar elektron dipasang untuk menginjeksi aliran elektron ke dalam tabung elektron dipasang untuk menginjeksi aliran elektron ke dalam tabung pada sudut tertentu. Setelah elektron disuntikan ke dalam tabung, ada dua pada sudut tertentu. Setelah elektron disuntikan ke dalam tabung, ada dua gaya yang akan bekerja pada elektron tersebut.
gaya yang akan bekerja pada elektron tersebut. Gaya yang pertama membuat elektron
Gaya yang pertama membuat elektron bergerak mengikutibergerak mengikuti lengkungan tabung. Di dalam medan magnet,
lengkungan tabung. Di dalam medan magnet, partikel akan bergerak partikel akan bergerak melingkar. Gaya yang kedua berperan mempercepat gerak elektron melingkar. Gaya yang kedua berperan mempercepat gerak elektron
hingga kecepatannya semakin tinggi. Melalui gaya ke dua ini, elektron memperoleh energi kinetik yang sangat besar. Dalam waktu sangat
singkat, elektron akan bergerak melingkar di dalam tabung beberapa ribu kali. Apabila energi kinetik elektron telah mencapai nilai tertentu,
elektron dibelokan dari jalur lengkungannya sehingga dapat menabrak target secara langsung yang berada di tepi ruangan. Dari proses tabrakan ini pancaran sinar X berenergi sangat tinggi karena sebagian besar
akselerator dapat mempercepat elektron hingga energinya mencapai 20 Mega elektron Volt (MeV). Betatron memiliki kelemahan karena mesin itu memerlukan magnet berukuran sangat besar guna mendapatkan perubahan fluks yang diperlukan untuk mempercepat elektron. b. Sinkrotron Elektron
Untuk mengatasi kelemahan ini, diperkenalkan jenis akselerator elektron lainnya yang menggunakan magnet yang berbentuk cincin yang diberi nama sinkrontron elektron. Alat ini berfungsi sebagai pemercepat elektron yang mampu menghasilkan elektron dengan energi kinetik lebih besar di bandingkan Betatron. Elektron dengan energi anatara 50-100 kV dipancarkan dari filamen untuk selanjutnya dipercepat di dalam alat. Pada saat akhir proses percepatan, elektron ditabrakan menuju sasaran sehingga dihasilkan sinar-X dengan energi dan intensitas tinggi.
2. Definisi Akselerator Linear (LINAC)
Akselerator linear (linear accelerator, LINAC) adalah alat terapi radiasi yang eksternal yang paling umum digunakan untuk pasien yang terkena kanker. Linear accelerator digunakan untuk mengobati semua lokasi badan yang terkena kanker, menyampaikan high-energy sinar-x yang sama dosisnya kepada daerah tumor pasien. Alat ini digunakan tidak hanya dalam terapi radiasi eksternal, tetapi juga untuk Radiosurgery Stereotactic dan Badan Stereotactic Radioterapi yang serupa menggunakan gamma. Sinar-Rontgen ini dapat menghancurkan sel kanker selagi melingkupi jaringan normal.
Gambar 1.1 Akselerator Linear
Aplikasi LINAC Akselerator linier (Linear Accelerator, LINAC) pertama kali diperkenalkan oleh R. Wideroe di Swiss pada 1929, namun unjuk kerjanya saat itu kurang memuaskan. LINAC mempunyai kelebihan dan kekurangan dibandingkan dengan akselerator magnetik. Ukuran alat dan biaya yang diperlukan untuk mengoperasikan LINAC kira-kira proporsional dengan energi akhir partikel yang dipercepat. Sedang pada akselerator
magnetik, tenaga yang diperlukan akan lebih tinggi untuk menghasilkan energi akhir partikel yang sama besarnya. Oleh sebab itu, untuk
mendapatkan partikel berenergi sangat tinggi, LINAC akan lebih ekonomis dibandingkan akselerator magnetik. Di samping itu, penyuntikan partikel yang akan dipercepat dalam akseleratormagnetik sangat sulit dilakukan, sedang pada LINAC partikel dalam bentuk berkas terkolimasi secara
otomatis terpencar kedalam tabung akselerator. LINAC dapat dipakai untuk mempercepat partikel hingga berenergi di atas 1 BeV. Betatron praktis tidak mungkin mencapai energi setinggi ini karena memerlukan magnet
berukuran sangat besar.
LINAC semula dipakai untuk mempercepat partikel bermuatan positif seperti proton. Namun, setelah melalui berbagai modifikasi, mesin ini dapat pula dipakai untuk mempercepat partikel bermuatan negatif seperti elektron. Dalam hal ini, elektron yang dipercepat mampu bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya (elektron dengan energi 2 MeV bergerak
dengan kecepatan 0,98 c, dengan c adalah kecepatan cahaya). Jika elektron berenegi tinggi itu ditabrakkan pada target dari logam berat maka dari pesawat LINAC ini akan dipancarkan sinar-X berenergi tinggi.
Radioterapi dapat juga dilakukan menggunakan elektron berenergi tinggi. Elektron yang dipercepat dalam LINAC dapat langsung
dimanfaatkan untuk radioterapi tanpa harus ditabrakkan terlebih dahulu dengan target logam berat. Jadi, LINAC dapat juga berperan sebagai sumber radiasi partikel berupa elektron cepat yang dapat dimanfaatkan untuk
radioterapi tumor.
3. Prinsip kerja dari linear accelerator (LINAC)
LINAC semula dipakai untuk mempercepat partikel bermuatan positif seperti proton. Namun, setelah berbagai modifikasi, mesin dapat pula
dipakai untuk mempercepat partikel bermuatan negatif seperti elektron. Dalam hal ini, elektron yang dipercepat mampu bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya (elektron dengan energi 2 MeV bergerak dengan kecepatan 0,98 c, dengan c adalah kecepatan cahaya). Jika elektron berenergi tinggi itu ditabrakan pada target dari logam berat maka dari pesawat LINAC akan dipancarkan sinar-X berenergi tinggi.
Radioterapi dapat juga dilakukan dengan menggunakan elektron berenergi tinggi. Elektron yang dipercepat dalam LINAC dapat langsung di
manfaatkan untuk radioterapi tanpa harus ditabrakan terlebih dahulu dengan logam berat. Jadi, LINAC dapat juga berperan sebagai sumber radiasi
partikel berupa elektron cepat yang dapat dimanfaatkan untuk radioterapi tumor. Akselerator Linear dalam aplikasinya menggunakan teknologi gelombang mikro yang juga digunakan untuk radar. Gelombang mikro ini dimanfaatkan untuk mempercepat elektron dalam akselerator yang disebut "wave guide".
LINAC menggunakan teknologi microwave (teknologi yang sama seperti yang digunakan dalam radar) untuk mempercepat electron digunakan suatu alat yang disebut sebagai "wave guide", hal tersebutlah yang
Hasil dari tumbukan antara elektron dan metal adalah high-energy x-rays yang dihasilkan oleh metal target. High energy x-rays tersebut kemudian akan diatur untuk kemudian diberikan pada pasien tumor dan diatur
keluarannya dari mesin yang disesuaikan dengan keadaan dari pasien. Sinar yang keluar dari bagian accelerator disebut sebagai gantry yang berotasi di sekeliling pasien.
Pesawat Linac menghasilkan berkas radiasi elektron yang dipercepat atau foton sinar¬X bertenaga tinggi. Sebelum melakukan pengukuran output perlu diketahui berkas mana akan diukur, karena cara pengukuran kedua berkas tersebut tidak sama, dalam metode maupun peralatan yang digunakan untuk pengukuran. Sebelum dilakukan pengukuran, perlu dilakukan
pengecekan energi berkas, apakah sama dengan energi berkas pada panel kontrol. Jika terdapat perbedaan maka perlu dilakukan penyesuaian energi dengan memutar tombol pengatur.
Pengecekan energi foton yang dihasilkan pesawat Linac, perlu dilakukan pengukuran dosis pada kedalaman 10 dan 20 cm dalam fantom air. Dari hasil pengukuran ini ditetapkan nilai perbandingan D10/D20 -nya, lalu dicari energi fotonnya melalu kurva D10/D20 vs energi foton.
4. Unsur-unsur Akselerator Linear
Akselerator Linear yang merupakan akselerator dengan partikel lurus mangandung unsur-unsur :
1) Sumber partikel.Tergantung pada partikel yang sedang bergerak. Proton yang dihasilkan dalam sumber ion memiliki desain yang berbeda. Jika partikel lebih berat harus dipercepat, misalnya ion uranium.
2) Sebuah sumber tegangan tinggi untuk injeksi awal partikel.
3) Sebuah ruang hampa pipa vakum. Jika perangkat digunakan untuk produksi sinar-X untuk pemeriksaan atau terapi pipa mungkin hanya 0,5 sampai 1,5 meter, sedangkan perangkat yang akan diinjeksi bagi sebuah sinkrotron mungkin sekitar sepuluh meter panjangnya, serta jika
perangkat digunakan sebagai akselerator utama untuk investigasi partikel nuklir, mungkin beberapa ribu meter.
4) Dalam ruang, elektrik elektroda silinder terisolasi ditempatkan, yang panjangnya bervariasi dengan jarak sepanjang pipa.
Panjang elektroda ditentukan oleh frekuensi dan kekuatan sumber d aya penggerak serta sifat partikel yang akan dipercepat, dengan segmen yang lebih pendek di dekat sumber dan segmen lagi dekat target.
5) Satu atau lebih sumber energi frekuensi radio,
Sebuah akselerator daya yang sangat tinggi akan menggunakan satu sumber untuk elektroda masing-masing. Sumber harus beroperasi pada level daya yang tepat, frekuensi dan fase yang sesuai dengan jenis partikel dipercepat untuk mendapatkan daya perangkat maksimum. 6) Sebuah sasaran yang tepat.
Pada kecepatan mendekati kecepatan cahaya, peningkatan kecepatan tambahan akan menjadi kecil, dengan energi yang muncul sebagai
peningkatan massa partikel. Dalam bagian-bagian dari akselerator hal ini terjadi, panjang elektroda tabung akan hampir berjalan konstan.
7) Tambahan elemen lensa magnetis atau elektrostatik
Untuk memastikan bahwa sinar tetap di tengah pipa dan elektroda n ya. 8) Akselerator yang sangat panjang
Akan menjaga keselarasan tepat komponen mereka melalui penggunaan sistem servo dipandu oleh sinar laser.
Dalam fisika terapi atau dalam radioterapi linear accelerator (LINAC) yang biasa digunakan antara lain adalah Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT), Image Guided Radiation Therapy (IGRT), Stereotactic Radiosurgery (SRS) and Stereotactic Body Radio Therapy (SBRT).
Pada akselerator linier, pertikel melaju dalam ruang terowongan tembaga hampa udara. elektron-elektron mengendarai gelombang yang diciptakan oleh pambangkit gelombang yang disebut klystron.
Elektromagnet menjaga agar partikel tetap berada pada sorotan yang sempit( tidak menyebar). Ketika sorotan partikel menumbuk target di akhir
terowongan, bermacam-macam detektor mencatat kejadian-kejadian yang terjadi--partikel subatomik dan radiasi yang dilepaskan. Akselerator jenis ini
ukurannya sangat besar dan diletakkan di bawah tanah. Contoh dari akselerator jenis ini adalah Linacs di Stanford Linear Accelerator Laboratory (SLAC) di california, yang panjangnya 1,8 mil (3 km).
Gambar1.2 Stanford Linear Accelerator Laboratory (SLAC)
Stanford Linear Accelerator Laboratory (SLAC) tampak dari udara, laboratorium ini terletak di bawah tanah dalam gambar ditandai dengan garis putih.
B. Kamar Kabut Wilson
1. Pengertian Detektor Kamar Kabut (Cloud Chamber) Wilson
Kamar kabut Wilson adalah alat untuk melihat dan memotret lintasan partikel alfa melalui gas. Alat itu terdiri atas silinder tertutup dengan piston, berisi udara bercampur uap. Pada dinding bagian dalam diletakkan unsur radioaktif. Partikel alfa yang dipancarkan oleh unsur itu akan mengionkan molekul-molekul gas di dalam silinder. Sementara itu, piston pada alat ditarik keluar sehingga uap di dalam silinder menjadi jenuh. Ion-ion yang terbentuk sepanjang lintasan partikel alfa, menarik
butir-butir uap jenuh yang dapat dilihat atau dipotret, bila gas di dalam silinder disorot dengan cahaya lampu.
Uap (alkohol) jenuh diembunkan pada ion-ion udara yang ditimbulkan oleh radiasi. Akibatnya, terlihat garis putih dari
tetesan-tetesan zat cair yang sangat kecil, yang merupakan jejak lintasan dalam kamar tersebut, asal diterangi dengan tepat.
Detektor kamar kabut merupakan metode alternatif untuk mendeteksi radiasi. Penemuan dari kamar kabut dikaitkan dengan ilmuwan Skotlandia Charles Thomas Rees Wilson yang mempelajari bagaimana menciptakan kabut di laboratorium awal abad ke-20. Detektor kamar kabut Wilson merupakan suatu peralatan untuk mendeteksi dan mengidentifikasi lintasan partikel atomik dan lintasan partikel ini juga dapat didokumentasikan atau dipotret. Detektor ini dapat menunjukkan jejak atau lintasan partikel dalam ruangan atau kamar kabut. Bentuk jejak- jejak kabut yang dihasilkan pada kamar kabut bergantung pada
partikel-partikel radioaktif yang digunakan. Dengan demikian, jejak-jejak ini dapat digunakan sebagai petunjuk untuk mengenali jenis partikel radioaktif itu.
2. Bagian
–
Bagian Detektor Kamar Kabut Wilson Detektor kamar kabut Wilson terdiri atas:• Tabung berbentuk silinder yang terbuat dari kaca transparan sebagai
tempat cairan. Pada gambar di bawah ini ditunjukkan dengan silinder A yang berisi udara atau nitrogen dan uap air jenuh.
• Piston yang dapat bergerak bebas pada bagian bawah silinder, piston
dapat bergerak naik turun dan sistem ini kedap udara, piston ini digunakan untuk mengatur tekanan. Pada gambar ditunjukkan oleh piston B.
• Jendela gelas disamping silinder • Sumbe radioaktif
• Plat Kaca • Kamera
3. Cara Kerja Kamar Kabut Kabut Wilson
Alat ini terdiri atas bejana kaca yang tertutup oleh penghisap dan berisi udara super jenuh yang disinari cahaya terang. Karena kamar kabut Wilson bekerja atas dasar ionisasi yaitu sinar radioaktif mengionkan molekul-molekul gas atau udara yang jenuh uap air yang dilaluinya. Jika sejenis sinar radioaktifnya berbeda maka berbeda pula daya ionisasi dan bentuk lintasannya.
Jika ion berada dalam uap superjenuh, uap akan mengembun menjadi tetesan cairan di sekeliling ion itu. Pengamatan ini merupakan landasan kamar kabut yang dikemukakan oleh C.T.R. Wilson dalam tahun 1907.
Gambar 1.4 Cara Kerja Kamar Kabut Wilson Sumber : Arthur Beiser, 1982:463
Dalam bentuk sederhana (Gambar di atas), kamar kabut terdiri dari sebuah tabung dengan keping gelas sebagai salah satu ujungnya dan
pengisapnya diturunkan dengan cepat, uap akan mengembang dan akan mendingin menjadi keadaan superjenuh (udara yang masih dapat
didinginkan tanpa terjadi pengembunan sehingga menghasilkan kabut). Jika partikel bermuatan (zat radioaktif) melalui kamar ini tepat pada saat tersebut, ion yang terbentuk sepanjang lintasannya akan berlaku sebagai inti pengembunan sehingga terbentuk tetesan cairan dari uap itu. Bila zat
yang masuk ke dalam kamar mampu memancarkan cahaya, maka embun itu akan menghamburkan cahaya. Lintasan sinarnya tampak seperti garis kabut. Garis kabut ini dapat diamati atau dipotret.
Identitas dan energi awal partikel yang terhenti dalam kamar tersebut dapat ditentukan dari panjang jejak dan tebal jejak i tu. Karena kerapatan campuran udara dan air sangat rendah, partikel berenergi tinggi biasanya melewati kamar itu, tetapi jika kamar itu diletakkan dalam medan magnetik, lengkungan jejak itu mengungkapkan momentum partikel
seperti itu dan juga menentukan tanda muatannya. Keefektifan kamar kabut banyak diperbesar dengan memakai alat cacah Geiger eksternal untuk memicu pengembangan ketika alat itu mengindra kedatangan sebuah partikel. Pengembangan berlangsung pada waktu singkat, tetapi penggabungan kembali ion dalam kamar berlangsung lambat dan jejak ion bertahan cukup lama sehingga metoda ini bekerja baik.
4. Kelebihan dan Kekurangan detektor Kamar kabut Wilson a. Kelebihan detektor kamar kabut Wilson
Dapat mendeteksi jejak partikel dari sinar radioaktif, dan jejakya dapat dilihat dan didokumentasikan dengan potret.
Kekurangan detektor kamar kabut Wilson
b. Bertahannya jejak partikel yang lama sehingga harus dibersihkan dengan memakai medan listrik untuk menghilangkan ionnya sehingga memakan waktu yang lama.
5. Fungsi Detektor Kamar Kabut (Cloud Chamber) Wilson
• Untuk keperluan proteksi radiasi, yaitu memantau adanya radiasi
pengionan
Alat ukur yang digunakan dalam proteksi radiasi harus mampu memantau berbagai macam jenis radiasi dan dapat melayani berbagai macam keperluan, misalnya mengukur laju dosis radiasi dan tingkat kontaminasi, baik dari alfa, beta, gamma/sinar-X maupun neutron.
• Jejak-jejak yang dihasilkan pada cloud chamber ini dapat digunakan
sebagai petunjuk untuk mengenali jenis partikel radioaktif.
6. Aplikasi Detektor Kamar Kabut (Cloud Chamber) Dalam Kehidupan
• Mobil Polisi (Kendaraan Sport Utility) di Amerika Serikat
Bagi lembaga-lembaga penegak hukum, seperti kepolisian, dapat menggunakan detektor kamar kabut untuk mendeteksi lokasi dan
komposisi bahan nuklir yang disimpan atau diangkut seperti di Amerika Serikat. INL ( Idaho National Laboratory Amerika) telah
mengembangkan digital kamar kabut yang dirancang untuk menentukan apa sumber radiasi dan dari mana radiasi itu akan datang. INL
membantu petugas polisi dengan melengkapi petugas dengan dosimeter, dosimeter dibeli dan dipakai oleh petugas untuk mendeteksi titik panas radiasi. Selain itu, NYPD (The New York Police Department)
menggunakan Thermo-Fissure portabel Portal Monitor di pintu masuk. Monitor ini dipasang dalam kendaraan sport utility besar untuk
memantau pintu masuk ke jembatan dan terowongan utama yang khusus dipasang detektor kamar kabut untuk mengingatkan petugas adanya radiasi. Efektifitas dari penggunaan detektor ini sangat
menantang di perkotaan karena tingginya tingkat alarm palsu. Sebaliknya, kamar kabut bisa mengingatkan suatu petugas apakah
radiasi yang dipancarkan oleh plutonium dan uranium, merupakan suatu sumber yang berbahaya. Karena masih dalam tahap pengembangan, mobil (Kendaraan Sport Utility) ini masih memiliki keterbatasan mekanik: Seperti ruang
yang berkaitan dengan tekanan maksimum. Selain itu, skenario kecelakaan yang mungkin, dan efek samping bagi
penggunanya. Gambar 1.5 Mobil Polisi (Kendaraan Sport Utility) Di Amerika Serikat
BAB II PENUTUP
A. Kesimpulan
1. Akselerator adalah alat yang dipakai untuk mempercepat gerak partikel bermuatan seperti elektron, proton, inti-inti ringan, dan inti atom lainnya. 2. Akselerator linear (linear accelerator, LINAC) adalah alat terapi radiasi
yang eksternal yang paling umum digunakan untuk pasien yang terkena kanker.
3. Kamar kabut Wilson adalah alat untuk melihat dan memotret lintasan partikel alfa melalui gas.
4. Fungsi detektor kamar kabut Wilson yaitu untuk memantau adanya radiasi pengionan dan sebagai petunjuk untuk mengenali jenis partikel radioaktif
B. Saran
Dengan makalah ini, penulis berharap agar pembaca menjadikan makalah ini sebagai pemicu untuk mencari tahu lebih banyak lagi tentang perkembangan pemanfaatan akselerator linear dan kamar kabut dalam kehidupan.
DAFTAR PUSTAKA
Arya,Wisnu.2007.Teknologi Nuklir Proteksi Radiasi Dan Aplikasinya.Yogyakarta: Andi
Beiser, Arthur.1982. Konsep Fisika Modern. Bandung: Erlangga. Fendriyani, Yoza. 2012. Akselerator Linear , (Online),
(https://www.scribd.com/doc/113346980/Akselerator-Linear), diakses 11 Oktober 2014.
Gerts, David. 2010. Jurnal Nuclear Material Accountability Applications of a Continuous Energy and Direction Gamma Ray Detector . USA: Idaho National Laboratory.
Muljono.2003. Fisika Modern.Yogyakarta: Andi.
Murdeka, Bambang dkk.2010. Fisika dasar listrik-magnet-optika-fisika modern. Yogyakarta: Andi.
