ii
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul: PERHITUNGAN LAJU DOSIS FOTON PADA
PENGOBATAN KANKER OTAK GLIOBLASOMA
MULTIFORMIS DENGAN BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY MENGUNAKAN METODE MONTE CARLO Yang ditulis oleh :
Nama : Petrananda Dea Karunia
NIM : M0212058
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada Hari : Rabu
Tanggal : 20 April 2016 Dewan Penguji :
1. Ketua Penguji
Dr. Eng. Budi Purnama, S.Si., M.Si
NIP. 19731109 200003 1 001 ... 2. Sekertaris Penguji
Budi Legowo, S.Si., M.Si
NIP. 19730510 199903 1 002 ... 3. Anggota Penguji I
Drs. Suharyana, M.Sc.
NIP. 19611217 198903 1 001 ... 4. Anggota Penguji II
Dra. Riyatun, M.Si
NIP. 19680226 199402 2 001 ... Disahkan pada tanggal ...
Oleh
Kepala Program Studi Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta
Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si 19721013 200003 1 002
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul “PERHITUNGAN LAJU DOSIS FOTON PADA PENGOBATAN KANKER OTAK GLIOBLASTOMA MULTIFORMIS DENGAN BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY MENGGUNAKAN METODE MONTE CARLO“ adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini. 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 terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau diphotocopy secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, 30 Maret 2016
iv MOTTO
“Segala perkara dapat kutanggung di dalam Dia yang memberi kekuatan kepadaku”
– Filipi 4: 13 –
“Kita tidak akan pernah tau rasanya manis jika kita tidak pernah merasakan pahit atau asam”
“Sesakit apapun berusaha, itu lebih baik dari pada menyesal ketika kesempatan mencobapun sudah tak ada”
“Untuk segala sesuatu ada masanya, untuk apapun di bawah langit ada waktunya” – Pengkotbah 3:1–
“Karena bagiku hidup adalah Kristus dan mati adalah keuntungan” – Filipi 1: 21 –
v
PERSEMBAHAN
Dengan penuh rasa syukur dan terima kasih, saya persembahkan karya ini kepada: 1. Tuhan Yesus Kristus, yang selalu mengasihi dan tidak pernah terlambat
menolong saya
2. Mama, Ayah, dan Alm. Eyang putri saya yang selalu memberikan doa, kasih, dukungan dan nasihat hingga saya dapat menyelesaikan pendidikan hingga saat ini
3. Adik, kakak dan seluruh keluarga besar Soejamal dan Soewarno
4. Bapak Suharyana, Ibu Riyatun dan group riset nuklir dan radiasi yang telah membagikan ilmu, pengalaman, bimbingan dan juga nasihat
5. Bapak Fajar yang membagikan ilmu dan pengetahuan tentang software MCNP
6. Teman, sahabat dan kakak satu perjuangan, Umi, Asih, Novi yang selalu ada, menguatkan dan memberi semangat, berjuang dari mulai magang hingga lulus bersama
7. Mbak Octaviana Erawati yang telah memberikan pelatihan dan bimbingan 8. Keluarga CFC 2012 dan PMK FMIPA UNS yang telah menjadi keluarga
saya selama ini
9. Arifka, Yanuar, Viki yang selalu memberi semangat, dan jadi keluarga selama ini
vi
Perhitungan Laju Dosis Foton pada Pengobatan Kanker Otak Glioblastoma Multiformis dengan Boron Neutron Capture Therapy Menggunakan Metode
Monte Carlo Petrananda Dea Karunia
Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian dengan metode simulasi menggunakan software MCNPX tentang optimasi pemandu berkas neutron. Hasil berkas neutron tersebut diiradiasikan ke phantom untuk dianalisis laju dosis fotonnya. Sebelum dilakukan optimasi, hasil penelitian telah divalidasi, dengan membandingkan laju dosis neutron cepat terhadap fluks neutron epitermal. Hasil dari variasi ketebalan filter menunjukan bahwa rasio laju dosis neutron cepat terhadap fluks neutron epitermal mengalami penurunan seiring dengan pertambahan ketebalan filter. Optimasi pemandu berkas neutron dilakukan dengan penambahan filter neutron di depan apperture. Dari optimasi yang dilakukan diketahui desain pemandu berkas neutron dengan filter AlF3 menghasilkan fluks neutron epitermal sebesar 3,85
×107 cm-2.s-1. Berkas tersebut diiradiasikan ke phantom ORNL- MIRD dengan kanker otak glioblastoma multiformis (GBM) dan diperoleh laju dosis foton terbesar diterima oleh sel kanker sebesar 1,19 × 10-5 Gy/s. Selanjutnya, dosis
foton terdistribusi secara berturut- turut pada otak sehat, tengkorak, kulit kepala, tulang belakang bagian atas dan tulang wajah sebesar (8,52, 7,31, 4,24, 2,56 dan 2,42) × 10-6 Gy/s. Pada organ bagian dada, laju dosis foton yang diterima berorde
10-7 Gy/s. Dan terus mengalami penurunan untuk organ di daerah perut dan kaki yaitu berorde 10-8 dan 10-10 Gy/s. Dengan waktu iradiasi 60 menit, dosis serap
yang diterima organ sehat masih jauh lebih kecil dari nilai ambang dosis (NBD). Kata kunci: Laju dosis foton, pemandu berkas neutron, BNCT, GBM, MCNPX
vii
Photon Dose Rate Calculation on the Treatment of Brain Cancer Glioblastoma Multiforme with Boron Neutron Capture Therapy Using
Monte Carlo Method Petrananda Dea Karunia
Physics Department, Mathematics and Natural Science Faculty Sebelas Maret University
ABSTRACT
Optimation of neutron beam guide with simulation using MCNPX have been done. The results of the neutron beam was irradiated to the phantom, and the photon dose rate have been analyzed. Before the optimization, the results of the research have been validated and known that ratio of the fast neutron dose rate and epihermal neutron flux was decrease with increasing of the fast neutron filter thickness. Optimation of neutron beam guide have been done by adding a neutron filter in front of the aperture. Desaign of neutron beam guide that performed the optimum result have been shown by the neutron beam guide with AlF3 filter and
the epithermal neutron flux is 3.85 × 107 cm-2.s-1. The beam have been irradiated to the ORNL-MIRD phantom with glioblastoma multiforme brain cancer (GBM) and the largest photon dose rate received by the cancer cells, 1.19 × 10-5 Gy / s. Furthermore, the dose of photons distributed consecutively in the healthy brain, skull, scalp, upper spine and facial bones, (8.52, 7.31, 4.24, 2.56 and 2.42) × 10- 6 Gy / s. In the internal organs of the chest, the dose rate of photons received about 10-7 Gy / s. And continued to decline for the organs in the abdomen and legs are
about 10-8 and 10-10 Gy / s. For exposure time 60 minute, the healty cell received
dose that lower than permission.
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala kasih dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian yang berjudul Perhitungan Laju Dosis Foton pada Pengobatan Kanker Otak Glioblastoma Multiformis dengan Boron Neutron Capture Therapy Menggunakan Metode Monte Carlo. Penelitian ini dilakukan selama kurang lebih 8 bulan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains. Banyak pihak yang telah membantu dan mendukung penulis dalam menyelesaikan penelitian ini. Untuk itu, untuk segala bantuan yang sangat berarti, penulis mengucapkan terima kasih. Secara khusus penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Drs. Suharyana, M.Sc. selaku pembimbing I 2. Dra. Riyatun, M.Si. selaku pembimbing II 3. Mbak Octaviana Erawati
4. Teman- teman New & Clear and Radiation Riset Group
Semoga Tuhan memberikan balasan atas segala kebaikan dan bantuan yang telah diberikan. Dalam penulisan penelitian ini mungkin terdapat banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun perbaikan di masa datang. Penulis berharap, kiranya penelitian ini dapat bermanfaat.
Surakarta, 30 Maret 2016
ix PUBLIKASI
Sebagian skripsi saya yang berjudul “Perhitungan Laju Dosis Foton pada Pengobatan Kanker Otak Glioblastoma Multiformis dengan Boron Neutron Capture Therapy Menggunakan Metode Monte Carlo” sudah dipublikasikan pada repositori Perpustakaan FMIPA UNS.
x DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN ... iii
HALAMAN MOTTO ... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ... v
HALAMAN ABSTRAK ... vi
HALAMAN ABSTRACT ... vii
KATA PENGANTAR ... iii
HALAMAN PUBLIKASI ... ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR SIMBOL ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvi
BAB I PENDAHULUAN 1 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Batasan Masalah ... 6 1.3. Perumusan Masalah ... 6 1.4. Tujuan ... 6 1.5. Manfaat ... 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 8
2.1. Boron Neutron Capture Therapy ... 8
2.2. Sumber Neutron untuk BNCT ... 9
2.3. Interaksi Partikel Radiasi pada BNCT ... 12
2.3.1. Interaksi Neutron pada BNCT ... 12
2.3.2. Interaksi Foton dan Elektron padaBNCT ... 13
2.3.3. Interaksi Partikel Bermuatan pada BNCT ... 14
2.3.4. Interaksi Partikel Bermuatan pada BNCT ... 15
2.4. Glioblatoma Multiformis (GBM) ... 15
2.5. MCNP ... 17
BAB III TINJAUAN PUSTAKA ... 19
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ... 19
3.2. Alat dan Bahan ... 19
3.2.1. Piranti Keras ... 19
3.2.2. Piranti Lunak ... 19
3.2.3. Data ... 20
3.3. Metode Penelitian ... 20
3.3.1. Studi Pustaka dan Pengumpulan Data ... 21
3.3.2. Validasi Pemandu Berkas Neutron ... 22
3.3.3. Modifikasi Pemandu Berkas Neutron ... 23
xi
3.3.5. Analisa Data ... 26
3.3.6. Kesimpulan ... 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 28
4.1. Validasi Hasil Simulasi ... 28
4.2. Modifikasi Pemandu Berkas Neutron ... 29
4.2.1. Energi Proton 30 MeV ... 29
4.2.2. Penambahan Filter Neutron ... 31
4.3. Perhitungan Laju Dosis ... 34
4.3.1. Interaksi Neutron dengan 10B ... 34
4.3.2. Interaksi Neutron dengan Jaringan Tubuh ... 35
4.3.3. Laju Dosis Foton ... 38
4.3.4. Perkiraan Dosis ... 40
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 42
5.1. Kesimpulan ... 42
5.2. Saran ... 42
DAFTAR PUSTAKA ... 44
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Reaksi nuklir dalam BNCT ... 8
Gambar 2.2. Akumulasi fluks neutron termal dan neutron epitermal pada kedalaman panthom ... 11
Gambar 2.3. (a) Hasil foto MRI otak normal, (b) Hasil foto MRI otak penderita glioblastoma ... 16
Gambar 2.4. Perjalanan neutron berinteraksi dengan suatu materi ... 18
Gambar 3.1. Diagram Alir Tahap Pelaksanaan Penelitian ... 21
Gambar 3.2. Geometri penyedia berkas neuton yang dibuat Sato ... 22
Gambar 3.3. Grafik hubungan dosis neutron cepat per neutron epitermal terhadap ketebalan filter (Sato et al., 2014) ... 23
Gambar 3.4. Grafik hubungan fluks neutron epitermal terhadap ketebalan filter (Sato et al., 2014) ... 23
Gambar 3.5. Tahapan modifikasi penyedia berkas neutron ... 24
Gambar 3.6. Tahapan perhitungan dosis ... 27
Gambar 4.1. Hubungan fluks neutron dengan ketebalan Fe ... 30
Gambar 4.2. Tampang- lintang serapan neutron pada Fe ... 30
Gambar 4.3. Fluks neutron termal, epitermal dan cepat hasil modifikasi pemandu berkas ... 31
Gambar 4.4. Desain pemandu berkas neutron dengan moderator neutron AlF3... 33
Gambar 4.5. Desain pemandu berkas neutron dan phantom ONRL-MIRD... 34
Gambar 4.6. Fluks neutron pada organ* tubuh ... 35
Gambar 4.7. Laju Dosis yang diterima organ (a) kepala (cephalic), (b) dada (thoracic) dan anggota gerak atas (upper limbs), (c) perut (abdominal), (d) kaki (lower limbs) ... 38
Gambar L.3.1. Kontaminasi dosis neutron cepat dengan ketebalan filter Fe... 51
xiii
Gambar L.4.1. Tampang- lintang serapan neutron oleh materi penyusun tubuh (a) O-16, (b) C-14 ... 52 Gambar L.4.2. Tampang- lintang serapan neutron oleh materi penyusun tubuh
(a) H-1, (b) N-14 ... 53
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Parameter Berkas Netron untuk BNCT dari kriteria IAEA 2001.. 11
Tabel 2.2. Tipe tally yang digunakan pada MCNP... 17
Tabel 4.1. Perbandingan hasil penelitian dengan data Sato... 29
Tabel 4.2. Perbandingan parameter hasil pemandu berkas neutron... 32
Tabel 4.3. Keterangan Sel Gambar 4.4... 33
Tabel 4.4. Keterangan nama organ ... 36
Tabel 4.5. Dosis Foton pada masing- masing organ... 41
Tabel L.1.1. Koefisien Kerma untuk Neutron Cepat... 49
Tabel L.1.2. Koefisien Kerma untuk Foton ... 50
xv DAFTAR SIMBOL
∅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 : Fluks neutron total
∅𝑒𝑝𝑖𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎𝑙 : Fluks neutron epitermal
∅𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎𝑙 : Fluks neutron termal
𝐷̇𝑓 : Laju dosis neutron cepat
𝐷̇𝛾 : Laju dosis gamma
𝐽𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 : Arus neutron total
𝐼𝑝 : Arus proton 𝑄𝑝 : Muatan proton
𝑝𝑛 : Populasi neutron
𝑝𝑝 : Populasi proton
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Nilai Koefisien Kerma ... 42 Lampiran 2. Spesifikasi Material Penyusun Phantom ... 44 Lampiran 3. Hasil validasi hasil penelitian dengan Sato (2014)... 45 Lampiran 4. Tampang-lintang serapan neutron pada unsur penyususn
tubuh... 46 Lampiran 5. Listing program... 48
