AKSELERATOR LINEAR (LINAC)

a.) Defenisi Akselerator

Pesawat sinar-X pada umumnya memproduksi sinar-X energi berorde kilo elektron Volt (keV). Untuk mendapatkan sinar-X dengan energi yang sangat tinggi, biasanya digunakan alat pemercepat partikel atau akselerator. Akselerator adalah alat yang dipakai untuk mempercepat gerak partikel bermuatan seperti elektron, proton, inti-inti ringan, dan inti atom lainnya. Mempercepat gerak pertikel bertujuan agar pertikel tersebut bergerak dengan cepat sehingga memiliki energi kinetik yang sangat tinggi. Untuk mempercepat gerak partikel ini diperlukan medan listrik ataupun medan magnet. Akselerator partikel biasanya dipakai untuk penelitian fisika energi tinggi dengan cara menabrakkan partikel berkecepatan sangat tinggi ke target tertentu. Namun, ada beberapa jenis akselerator partikel yang dirancang untuk memproduksi radiasi berenergi tinggi untuk keperluan radioterapi. Akselerator digunakan untuik menghasilkan sinar X dengan energi yang tinggi dengan menggunakan tabung Betatron dan Sinkrotron.

b.) Tabung Betatron Betatron pertama kali diperkenalkan pada 1941 oleh Donald William Kerts dari Universitas Illinois, Amerika Serikat. Penamaan Betatron mengacu pada jenis sinar radioaktif yaitu sinar-ß, yang merupakan aliran elektron yang berkecepatan tinggi. Betatron terdiri atas tabung kaca hampa udara berbentuk cincin raksasa yang diletakan diantara dua kutub magnet yang sangat kuat. Elektron akselerator pada prinsipnya adalah suatu tabung sinar-X berukuran sangat besar. Penyuntik berupa filamen panas yang berperan sebagai pemancar elektron dipasang untuk menginjeksi aliran elektron ke dalam tabung pada sudut tertentu. Setelah elektron disuntikan ke dalam tabung, ada dua gaya yang akan bekerja pada elektron tersebut. Gaya yang pertama membuat elektron bergerak mengikuti lengkungan tabung. Di dalam medan magnet, partikel akan bergerak 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.

c.) Sinkrotron ElektronUntuk 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.

d.) Defenisi Linear acceleration (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.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.

e.) 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 kemudian mengizinkan elektron bertumbukan dengan heavy metal target. 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.

Pasien ditempatkan pada kursi pengobatan yang dapat bergerak kesegala arah, agar dapat dipastikan pemberian radiasi dalam posisi yang tepat. Radiasi dikirim melalui kursi pengobatan. Akselerator Linear yang merupakan akselerator dengan partikel lurus mangandung unsure-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 daya 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 nya.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).

Akselerator partikel terbagi menjadi dua buah tipe dasar:1. Linier (Linacs)- partikel melaju dalam track yang panjang dan lurus kemudian bertumbukan dengan target.2. Melingkar (Cyclotron) - partikel melaju sepanjang jalur melingkar sampai mereka bertumbukan dengan target.

Linear accelerator (linac)

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).

Stanford Linear Accelerator Laboratory (SLAC) tampak dari udara, laboratorium ini terletak di bawah tanah dalam gambar ditandai dengan garis putih

3.2. Pesawat Teleterapi Linac Linac merupakan pesawat radioterapi tercanggih di Indonesia, yang menghasilkan dua macam radiasi berenergi tinggi secara bergantian, yaitu elektron dan sinar x (Gambar 5). Radioterapi merupakan suatu bentuk pengobatan lokal pada kanker dan beberapa penyakit bukan kanker yang menggunakan sinar pengion. Radioterapi bertujuan untuk membunuh sel-sel kanker sebanyakbanyaknya melalui pemberian dosis radiasi terukur pada volume tumor/target yang dituju dan meminimalkan efek radiasi pada jaringan sehat disekitar tumor. Tujuan terakhir adalah menghilangkan tumor atau paling tidak mengurangi rasa sakit yang lain, sehingga akan meningkatkan kualitas hidup. Pada L iputan 6. com Jakarta, tanggal 05/02/2009 13:52: Kanker adalah salah satu penyakit yang merenggut banyak nyawa masyarakat Indonesia. Per tahunnya pertambahan jumlah penderita kanker

mencapai 200 ribu orang dan diperkirakan pada tahun 2030 jumlahnya akan meningkat lima kali lipat. Namun seiring berkembangnya teknologi kedokteran, saat ini telah ditemukan alat untuk mengatasi penyakit tersebut, yaitu linier akselator (Linac). Linier akselator mampu memberikan efek terapi radiasi maksimal pada sel kanker tanpa merusak jaringan normal di sekitarnya. Gambar 5. menunjukkan pesawat radioterapi Linac di RS Sarjito Y ogyakarta.

Pesawat radioterapi Linac di RS Sarjito Yogyakarta

Bagan pesawat linac

Prinsip Kerja Pesawat Linear Accelerator (Linac)

(Gambar 6) Pesawat Linear Accelerator (Linac) dapat menghasilkan radiasi elektron dan foton dengan energi tinggi. Energi radiasi elektron antara 4 MeV, 6 Mev, 9Mev, 12 Mev, 15Mev, 20 Mev, 22 Mev dan energi radiasi foton 6 MV dan 10 MY. Dose Rate (laju dosis) nominal hingga 400 Monitor Unit! Menit atau lebih. Tingkat energi tersebut dapat dihasilkan melalui proses percepatan elektron secara linear di dalam tabung pemandu gelombang pemercepat (accelerating waveguide)

yang hampa. Tingkat kehampaannya mencapai kurang dari 1 X 10-7

torr (1 torr = 1mmHg = 11760 atm). Tabung ini merupakan tabung penghantar yang terdiri dari susunan sel-sel berupa rongga-rongga yang terbuat dari tembaga. Dalam tabung ini disalurkan gelombang mikro (Microwave) yang dibangkitkan oleh magnetron 5 KV A dengan panjang gelombang 10 mm. Pada pesawat Linac tertentu selain magnetron masih diperlukan Klystron.

Proses terselenggaranya percepatan elektron di dalam tabung dimulai dengan dibangkitkannya gelombang mikro oleh magnetron 5 KV A yang berfrekuensi sesuai dengan frekuensi resonansi tabung (3000 MHz). Gelombang mikro tersebut disalurkan melalui sirkulator dan tabung pemandu gelombang pemercepat elektron. Ada dua jenis pemandu gelombang yaitu pemandu gelombang berjalan (travelling waveguide) dan pemandu gelombang berdiri (standing waveguide). Bila daya frekuensi gelombang mikro melintasi rongga-rongga setiap sel dari pemercepat, maka akan terselenggara resonansi antara gelombang mikro dengan rongga-rongga tersebut. Akibatnya akan terjadi medan elektromagnet di dalam tabung pemercepat dan terjadi kuat medan listrik dinamis pada setiap sel yang berubah-ubah periodenya sesuai perubahan amplitudo gelombang mikro. Hal lnl akan mengakibatkan setiap sel berubah-ubah muatannya. Perubahan periode muatan listrik tersebut dimanfaatkan untuk mempercepat lintasan elektron.

Elektron dihasilkan oleh elektron gun yang berupa tabung trioda, kemudian ditembakkan dengan energi awal 15 Ke V secara sinkron dengan perubahan amplitudo gelombang mikro dan secara berkelompok memasuki selsel tabung pemercepat. Kecepatan e1ektron tersebut secara berantai dipacu lintasannya dari satu sel ke sel berikutnya sampai energi elektron tersebut sesuai dengan energi yang dikehendaki. Besar energi yang dihasilkan pesawat akan sesuai dengan banyaknya jumlah rongga resonansi lintasan elektron dan akan sesuai dengan panjang tabung pemercepat yang dipakai. Semakin besar energi yang diperlukan, akan semakin panjang tabung pemercepat tersebut. Berkas elektron yang telah dipercepat didepleksikan menuju isocenter lapangan penyinaran dengan menggunakan me dan magnet sistem pembelok berkas akromatik.

Elektron dengan energi sedikit lebih tinggi atau lebih rendah dari yang dikehendaki akan dibelokkan sedemikian rupa sehingga energi dan lintasannya dapat sesuai dengan yang dikehendaki. Sedangkan elektron dengan penyimpangan energi agak besar akan dieliminir oleh sebuah filter celah mekanis (prinsip spektograph massa). Dengan demikian dapat dicapai pemfokusan berkas elektron yang sangat baik dengan energi yang monokromatis. Setelah men gal ami pembelokkan, elektronelektron energi tinggi dapat digunakan secara langsung. Bila yang dikehendaki adalah sinar X, maka elektron-elektron berenergi tinggi tersebut ditumbukkan ke bidang target penerus (trasmission target). Sistem pendingin menggunakan air dengan sirkulasi tertutup ( close circuit water) pada alat yang disebut Chiller. Chiller diletakkan pada ruangan tersendiri diluar bunker Linac, mengatur sirkulasi air yang panas dari pesawat Linac ke chiller untuk didinginkan, dan dipompa kembali ke pesawat Linac. Air pendingin di suplai oleh vendor, yang selalu harns di cek pada chiller, bila kurang ditambah.

TUGAS

FISIKA RADIASI LANJUT

OLEH:

REGINA YUNISA (20212005)

SEKOLAH PASCASARJANA

DEPARTEMEN FISIKA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2012

TUGAS

FISIKA RADIASI LANJUT

OLEH:

YOZA FENDRIANI (20212006)

SEKOLAH PASCASARJANA

DEPARTEMEN FISIKA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2012