skripsi analisis distribusi dosis neutron di ruangan

SKRIPSI

ANALISIS DISTRIBUSI DOSIS NEUTRON DI

RUANGAN RADIOTERAPI PADA PESAWAT LINEAR ACCELERATOR

(LINAC) MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP6

Disusun oleh :

AYU EKA SARI

M0216011

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

SEPTEMBER 2020

commit to user

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

ii

SKRIPSI

ANALISIS DISTRIBUSI DOSIS NEUTRON DI RUANGAN

RADIOTERAPI PADA PESAWAT LINEAR ACCELERATOR (LINAC)

MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP6

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana

Disusun oleh :

AYU EKA SARI

M0216011

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

SEPTEMBER 2020

HALAMAN PERSETUJUAN

commit to user


iii

commit to user


iv

commit to user


v

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang

berjudul “ANALISIS DISTRIBUSI DOSIS NEUTRON DI RUANGAN

RADIOTERAPI PESAWAT LINEAR ACCELERATOR (LINAC)

MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP6” 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 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.

Surakarta, September 2020

Ayu Eka Sari

commit to user


vi

MOTTO

“Maka sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan”.

QS. Al Insyirah :5

“Janganlah kamu berduka cita, sesungguhnya Allah selalu bersama kita’.

QS. At Taubah :40

“Berdoalah kepada ku, pastilah aku kabulkan untukmu”.

QS. Al Mukmin :60

“Allah tidak akan membebani seseorang melainan sesuai dengan kadar

kesanggupannya’.

QS. Al Baqarah :286

“Boleh jadi kamu membenci sesuatu padahal ia amat baik bagimu, dan boleh jadi

pula kamu menyukai sesuatu padahal ia amat buruk bagimu, Allah mengetahui

sedang kamu tidak mengetahui’

QS. Al Baqarah :216

“Cukuplah Allah bagiku, tidak ada Tuhan selain Dia, Hanya kepada Nya aku

bertawakal”.

QS. At Taubah :129

commit to user


vii

PERSEMBAHAN

Sujud syukurku kusembahkan kepadaMu ya Allah SWT, Tuhan Yang

Agung dan Maha Tinggi. Atas takdir-Mu saya bisa menjadi pribadi yang berpikir,

berilmu, beriman dan dan bersabar. Semoga keberhasilan ini menjadi satu langkah

awal untuk masa depan dalam meraih cita-cita saya.

Saya persembahkan karya ini untuk Bapak Sutiyoko. Terima kasih atas

kasih sayang yang berlimpah dari mulai saya lahir, hingga saya sudah sebesar ini.

Kepada Ibu Parsini, terima kasih juga atas limpahan doa yang tak berkesudahan.

Serta segala hal yang Ibu lakukan, semua terbaik untuk saya.

Terima kasih selanjutnya untuk Kakek Parman, Nenek Sumarni (Almh), dan

keluarga besar yang luar biasa dalam memberi dukungan dan doa yang tanpa henti.

Kalian adalah tempat saya berlari ketika ada masalah, sehingga saya tidak pernah

merasa sendiri.

Saya persembahkan pula karya ini untuk teman-teman seperjuangan fisika

UNS 2016 Philar Adhitakarya. Terima kasih atas dorongan, dukungan, dan inspirasi

yang telah kalian berikan kepada saya. Terima kasih telah menyediakan pundak

untuk menangis dan memberikan bantuan saat aku membutukkannya. Saya bahkan

tidak bisa menjelaskan betapa bersyukurnya saya memiliki kalian.

Semoga Allah SWT senantiasa membalas setiap kebaikan kalian, serta

kehidupan kalian selalu dimudahkan dan diberkahi-Nya. Saya menyadari bahwa

hasil karya skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, tetapi saya harap isinya tetap

memberi manfaat sebagai ilmu dan pengetahuan bagi pembacanya.

commit to user


viii

Analisis Distribusi Dosis Neutron Di Ruangan Radioterapi pada Pesawat

Linear Accelerator (LINAC) Menggunakan Software MCNP6

Ayu Eka Sari

Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret, Surakarta

ABSTRAK

Distribusi laju dosis neutron di ruangan radioterapi pada pesawat LINAC

telah diperoleh dari simulasi menggunakan software MCNP6. Energi berkas

elektron divariasi yaitu sebesar 8-15 MeV. Berkas elektron berasal dari katoda yang

merupakan filamen. Berkas elektron dipercepat dengan tegangan tinggi hingga

menumbuk logam target dan menghasilkan sinar-X. Sinar-X tersebut diarahkan

menuju phantom yang berjarak 100 cm dari sumber. Simulasi ini dilakukan untuk

mengetahui distribusi laju dosis neutron di ruang radioterapi dan juga mengetahui

dosis efektif yang diterima pekerja radiasi dan masyarakat umum untuk upaya

keselamatan radiasi. Simulasi juga dilakukan untuk mengetahui energi batas

ambang (threshold) terjadinya reaksi fotonuklir dengan target tungsten yang

hasilnya yaitu 7,47 MeV. Simulasi dilanjutkan dengan perhitungan laju dosis total

di ruang operator dan ruang tunggu pasien sehingga dapat dihitung dosis efektif

total yang diterima oleh pekerja radiasi dan masyarakat umum. Dalam waktu satu

tahun seorang pekerja radiasi yang berada di ruang operator terpapar radiasi dari

LINAC selama 780 jam menerima dosis efektif total sebesar 1,704 mSv. Seorang

penunggu pasien yang berada di ruang tunggu terpapar radiasi dari LINAC selama

20 jam dalam setahun, dosis efektif total yang diterima adalah sebesar 0,146 mSv.

Hasil ini dibandingkan dengan nilai batas ambang (NBD) yang ditetapkan oleh

BAPETEN. Dosis efektif total yang diterima oleh pekerja dan masyarakat yang

menunggu pasien jumlahnya tidak melebihi nilai batas ambang yang telah

ditetapkan.

Kata kunci: LINAC, dosis sinar-X, dosis neutron, MCNP6, laju dosis, dosis

efektif.

commit to user


ix

Analysis of Neutron Dose Distribution in Radiotherapy Room on Linear

Accelerator (LINAC) Plane Using MCNP6 Software

Ayu Eka Sari

Physics Departement, Faculty of Mathematics and Natural Sciences

Sebelas Maret University, Surakarta

ABSTRACT

The distribution of the neutron dose rate in the radiotherapy room on the

LINAC aircraft has been obtained from simulations using MCNP6 software. The

electron beam energy was varied in the amount of 8-15 MeV. The electron beam

comes from the cathode which is a filament. The electron beam is accelerated with a

high voltage until it hits the target metal and produces X-rays. The X-rays are

directed towards the phantom which has a distance 100 cm from the source. This

simulation was conducted to determine the distribution of the neutron dose rate in

the radiotherapy room and also to determine the effective dose received by radiation

workers and the general public for radiation safety efforts. Simulations were also

carried out to determine the threshold energy for photonuclear reactions with a

tungsten target, which yielded 7.47 MeV. The simulation is continued with the

calculation of the total dose rate in the operator's room and the patient's waiting

room so that the total effective dose received by radiation workers and the general

public can be calculated. Within one year a radiation worker who was in the

operator's station exposed to radiation from LINAC for 780 hours received a total

effective dose of 1.704 mSv. For a patient waiting room who is exposed to radiation

from LINAC for 20 hours a year, the total effective dose received is 0.146 mSv.

These results are compared with the threshold value (NBD) set by BAPETEN. The

total effective dose received by workers and the public waiting for the patient does

not exceed the predetermined threshold value.

Key words: LINAC, photon dose, neutron dose, MCNP6, dose rate, effective dose.

commit to user


x

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur bagi Allah SWT atas ridho-Nya, penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Sholawat serta salam senantiasa penulis

haturkan kepada Rasulullah SAW sebagai pembimbing semua umat manusia.

Skripsi dengan judul “ANALISIS DISTRIBUSI DOSIS NEUTRON DI

RUANGAN RADIOTERAPI PESAWAT LINEAR ACCELERATOR (LINAC)

MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP6” ini ditujukan untuk memenuhi salah

satu syarat mendapatkan gelar Sarjana Sains.

Penulis memahami tanpa bantuan, doa, dan bimbingan dari semua orang

akan sangat sulit menyelesaikan skripsi ini. Atas bantuan yang besar selama proses

pengerjaan skrispi ini, penulis mengucapkan terima kasih secara khusus kepada:

1. Bapak Drs. Suharyana, M.Sc. selaku pembimbing I

2. Bapak Dr. Fuad Anwar, S.Si, M.Si. selaku pembimbing II

3. Ibu Dra. Riyatun, M.Si. selaku dosen yang banyak memberikan bimbingan

kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini.

4. Bapak Dr. Fahru Nurosyid, S.Si, M.Si, selaku dosen pembimbing akademik

saya yang memotivasi dan mendukung saya menempuh jenjang

perkuliahan.

5. Bapak Sutiyoko dan Ibu Parsini selaku orangtua saya yang selalu

memberikan doa, kasih saying, dukungan dan nasihat hingga saya dapat

menyelesaikan pendidikan hingga saat ini.

6. Riza, Lia, Wido, Bibit, dan Annisa teman seperjuangan saya dari awal

kuliah yang selalu menemani, memberikan semangat, motivasi, dan saling

mengingatkan dalam kebaikan.

7. Santi, Fahdila, Atika, Krisno, Dwi Margi, Maim, Shofa, Milka, dan Youri

selaku teman-teman group riset nuklir dan radiasi yang telah berbagi ilmu,

membantu, dan belajar bersama.

8. Mbak Yose, Mas Rahmat, dan Mbak Anggita yang telah membantu saya

dalam penyelesaian skripsi ini.

9. Teman-teman seperjuangan Pilar Adhitakarya Fisika UNS 2016.

commit to user


xi

10. Teman-teman seperjuangan UKM Bolavoli UNS.

11. Dosen-dosen prodi Fisika yang sudah mendidik saya.

Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah

diberikan dengan balasan yang lebih baik. Penulis menyadari akan banyaknya

kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Namun demikian, penulis berharap semoga

karya kecil ini bermanfaat.

Surakarta, September 2020

Ayu Eka Sari

commit to user


xii

HALAMAN PUBLIKASI

Sebagian skripsi saya yang berjudul Analisis Distribusi Dosis Neutron Di

Ruangan Radioterapi pada Pesawat Linear Accelerator (LINAC) Menggunakan

Software MCNP6 telah dipresentasikan dalam 2020 Annual Nuclear Safety

Seminar (SKN).

commit to user


xiii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN SAMPUL……………………………………………………

HALAMAN JUDUL...................................................................................

i

ii

HALAMAN PERSETUJUAN…………………………………………... iii

HALAMAN PENGESAHAN.................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN.................................................................... v

HALAMAN MOTTO................................................................................. vi

HALAMAN PERSEMBAHAN................................................................. vii

HALAMAN ABSTRAK............................................................................. viii

HALAMAN ABSTRACT......................................................................... ix

KATA PENGANTAR................................................................................ x

HALAMAN PUBLIKASI.......................................................................... xii

DAFTAR ISI............................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL....................................................................................... xv

DAFTAR GAMBAR.................................................................................. xvi

DAFTAR LAMPIRAN............................................................................... xvii

DAFTAR SIMBOL..................................................................................... Xviii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang .............................................................................

1.2 Batasan Masalah...........................................................................

1.3 Perumusan Masalah .....................................................................

1.4 Tujuan Penelitian .........................................................................

1.5 Manfaat Penelitian .......................................................................

1

4

5

5

6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Radiasi .........................................................................................

2.1.1 Radiasi Pengion...................................................................

2.1.2 Radiasi non Pengion...........................................................

2.2 Sinar-X .........................................................................................

2.3 Radioterapi....................................................................................

2.4 Pesawat Radioterapi Linear Acceelerator (LINAC)………….....

2.5 Interaksi Sinar-X dengan Materi...................................................

2.5.1 Efek Fotolistrik......................……………………………...

2.5.2 Efek Compton…......……………………………………....

2.5.3 Produksi Pasangan………………………………………....

2.5.4 Reaksi Fotonuklir….........………………………………....

2.5.5 Hamburan Compton Formula Klein-Nishina......................

2.6 Dosimetri.......................................................................................

2.7 Interaksi Neutron dengan Materi….......………………………....

2.8 Proteksi Radiasi.............………………………………………....

2.8.1 Prinsip Proteksi Radiasi.............................…....…………...

2.8.2 Proteksi Radiasi Eksternal…...……………………….........

2.9 Perhitungan Laju dosis Radiasi………………..………………..

2.9.1 Dose Energy……………………………………………….

7

7

7

8

10

11

12

13

13

13

14

16

18

21

22

22

23

24

24

commit to user


xiv

2.9.2 Faktor Multiplikasi………………………………………...

2.10 MCNP6.............………………………………………...............

2.11 Visual Editor (VISED).......………………………………….....

2.12 Tally MCNP.............……………………………………….......

25

25

26

26

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ........................................................ 28

3.2 Alat dan Bahan ............................................................................. 28

3.2.1.Perangkat Keras................................................................... 28

3.2.2 Perangkat Lunak………………......................... ................ 28

3.3 Prosedur Penelitian....................................................................... 29

3.3.1.Tahap Pembuatan File Input................................................. 30

3.3.2 Pendefinisian Sumber………………................................... 32

3.3.3 Validasi Program Simulasi………………........................... 32

3.3.4 Penentuan Nilai Ambang Terjadinya Reaksi Fotonuklir..… 33

3.3.5 Analisis Dosis Radiasi……………….................................. 33

3.4 Teknik Analisis Data.................................................................. 34

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pemodelan Geometri Simulasi LINAC......................................

4.2 Validasi Program Simulasi.........................................................

4.3 Penentuan Nilai Ambang Terjadinya Reaksi Fotonuklir..............

4.4 Distribusi Laju Dosis Neutron....................................................

4.5 Distribusi Laju Dosis Sinar-X.....................................................

4.6 Perhitungan Dosis Efektif untuk Proteksi Radiasi………….......

35

37

38

40

44

47

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan....................................................................................

5.2 Saran..............................................................................................

50

51

DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………. 52

LAMPIRAN……………………………………………………………………

.

56

commit to user


xv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Nilai batang ambang (threshold) terjadinya fotonuklir ………… Tabel 2.2. Faktor bobot radiasi untuk beberapa jenis dan energi radiasi.......

Tabel 2.3. Jenis tally beserta tujuan perhitungannya.....................................

Tabel 4.1. Keterangan cell dan material pada geometri.................................

Tabel 4.2. Data fluks neutron untuk tiap variasi energi................................

Tabel 4.3. Laju dosis neutron di beberapa posisi ……..................................

Tabel 4.4. Laju dosis sinar-X di beberapa posisi …………..........................

15 20

27

37

39

42

46

commit to user


xvi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Tabung penghasil sinar-X.............................................……….

Gambar 2.2. Sinar-X (a) karakteristik (b) bremsstrahlung.............................

Gambar 2.3. Spektrum sinar-X bremstrahlung...............................................

Gambar 2.4 Spektrum energi pada beberapa target logam………………….

Gambar 2.5. Hamburan Compton dengan elektron bebas saat diam..............

Gambar 2.6. Tampang lintang hamburan Compton........................................

Gambar 2.7. Tampilan dari aplikasi Vised......................................................

Gambar 3.1. Diagram alir percobaan …….....................................................

Gambar 3.2. Model geometri LINAC acuan ……….....................................

Gambar 3.3. Model geometri LINAC mode sinar-X ………........................

Gambar 4.1. Geometri kepala LINAC dan phantom......................................

Gambar 4.2. Tampilan geometri ruang terapi, ruang operator, dan ruang

tunggu (a) tampak atas (b) tampak depan....................................

Gambar 4.3. Spektrum sinar-X bremsstrahlung............................................

Gambar 4.4. Grafik hubungan fluks neutron dengan energi berkas elektron

elektron…………………………………………………………

Gambar 4.5. Distribusi laju dosis neutron di balik pintu (1), ruang operator

(2), meja pasien (3 sebagai posisi titik 0), dan ruang tunggu (4),

(a) 8 MeV (b) 9 MeV (c) 10 MeV (d) 11 MeV (e) 12 MeV (f)

13 MeV (g) 14 MeV (h) 15 MeV ………….………………….

Gambar 4.6. Grafik hubungan laju dosis neutron terhadap energi berkas

elektron (a) meja pasien (b) balik pintu (c) ruang operator (d)

ruang tunggu……………………………………………………

Gambar 4.7. Distribusi laju dosis sinar-X di balik pintu (1), ruang operator

(2), meja pasien (3 sebagai posisi titik 0), dan ruang tunggu (4),

(a) 8 MeV (b) 9 MeV (c) 10 MeV (d) 11 MeV (e) 12 MeV (f)

13 MeV (g) 14 MeV (h) 15 MeV……………………………….

Gambar 4.8. Grafik hubungan laju dosis sinar-X terhadap energi berkas

elektron di meja pasien………………..……............................

8

9

10

12

17

18

26

29

30

31

35

36

38

40

41

43

45

47

commit to user


xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Skript simulasi MCNP6..............................................………

Lampiran 2. Energi kerma..........................................................................

57

66

commit to user


xviii

DAFTAR SIMBOL

𝛾 : Sinar gamma

𝑛 : Neutron

α : Partikel alfa

e : Elektron

Eth : Energi Threshold (energi ambang)

D : Dosis Serap

dE : Energi yang diserap

dm : Massa bahan

�̇� : Laju dosis serap

H : Dosis ekivalen

WR : Faktor bobot radiasi

WT : Faktor bobot jaringan organ

Heff : Dosis Efektif

ℎ : Tetapan Planck

𝑚𝑒 : Massa elektron

𝑐 : Kecepatan cahaya.

commit to user


19

commit to user


skripsi analisis distribusi dosis neutron di ruangan

Documents