184

Pengukuran Fluks Neutron Termal pada Ruangan TreatmentLINAC iX 15 MV

Risalatul Latifah1)*, Johan AE Noor1), Bunawas2)

1) Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Brawijaya, Malang2) Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi-Badan Tenaga Nuklir Nasional (PTKMR-BATAN), Jakarta

Selatan

Diterima 02 Agustus 2013, direvisi 17 Oktober 2013

ABSTRAK

Linac yang dioperasikan di atas 10 MV akan menghasilkan radiasi sekunder berupa emisi neutronyang berasal dari reaksi energi foton tinggi menumbuk material penyusun linac seperti target, kolimatordan filter. Radiasi sekunder ini akan menaikkan resiko kanker sekunder pada pasien akibatbertambahnya dosis radiasi yang diterima. Studi ini mengevaluasi fluks neutron termal spasial padaruangan Linac yang dioperasikan 15 MV menggunakan metode aktivasi foil. Sebanyak 14 foil115Inditempatkan tersebar di dalam ruangan treatment yang terpapar pesawat linac 15 MV selama 1 menit.Hasil menunjukkan fluks tertinggi terdapat di sekitar isocenter sebesar , × ∙ ∙ Dengannilai fluks tersebut dosis tambahan akibat neutron sebesar 0,04 Sv/menit.Nilai fluks menurun seiringbertambahnya jarak dari sumber berkas.Terkait dengan upaya proteksi radiasi untuk pekerja radiasi,adanya kontribusi dosis yang berasal dari neutron perlu ditindak lanjuti dengan menambah shieldingpada pintu.

Kata kunci: Fluks neutron thermal, LINAC, indium, aktivasi foil.

ABSTRACT

Linac is operated at above 10 MV will generate secondary radiation in the form of neutron emissionfrom the reaction of the high photon energy linac striking the material components of linac such ustargets, collimators and filters. Secondary radiation will increase the probability of the secondary cancerrisk in patients due to increasing the dose of radiation received. This study evaluated the thermal neutronflux at the indoor spatial operated 15 MV linac using foil activation method. A total of 14 Indium-115 foilplaced in the treatment room were exposed to 15 MV linac plane for 1 minute. Results showed the highestflux are around isocenter ( , × ∙ ∙ ). With the flux value of additional dose due to theneutron flux at , Sv/menit. FLux decreases as distance function. Related to radiation protectionefforts for radiation workers, the contribution coming from the neutron dose necessary acted upon byadding shielding on the door.

Keywords: thermal neutron flux, LINAC, foil activation.

PENDAHULUAN

Dewasa ini, penyembuhan penyakit kankermulai dialihkan dari pesawat teleterapi cobaltdan cesium pada pesawat akselerator linear(linac). Keuntungan utama linac dibandingkan

pesawat teleterapi adalah tidak lagimenggunakan sumber radioaktif sertamemeliki variasi energi sehingga bisadisesuaikan dengan kebutuhan, dan hal inidianggap jauh lebih aman jika ditinjau darisegi radiologi [1]. Sebuah pesawat linacmemiliki energi maksimum foton dari rentang4 MV hingga 25 MV. Ketika pesawat linacdioperasikan pada energi di atas 10 MV, makaakan terjadi reaksi fotoneutron ( ,n) hasil dariinteraksi sinar-X energi tinggi dengan material

---------------------*Corresponding author :E-mail: risa_latifah@yahoo.com

NATURAL B, Vol. 2, No. 2, Oktober 2013

185Risalatul Latifah, dkk : Pengukuran Fluks Neutron Termal pada Ruangan Treatment LINAC iX 15 MV

komponen linac seperti pada bagian kolimator,target, filter dan komponen lainnya [1-7].Reaksi fotoneutron ini akan menghasilkanemisi neutron [1-3, 8-10]. Chao [3]melaporkan bahwa walaupun dengan dosisyang rendah yaitu sekitar 1% di ruangantreatment, namun hasil reaksi fotoneutron iniakan berpotensi besar bereaksi dengan materiyang ada di sekitar (ruangan) dan mengaktivasimateri itu menjadi radioaktif. Perhatianmengenai kontribusi neutron ini masih minim[11]. Oleh karena itu, diperlukan perhatiankhusus mengenai evaluasi dari dosis tambahandari neutron yang diproduksi dalam ruanganterapi, tidak hanya untuk pasien, namun jugauntuk area sekitarnya [12].

Metode aktivasi foil menjadi salah satupilihan yang sering digunakan untukmenentukan fluks neutron termal ( ) dalamdekade ini [2, 9, 13-16]. Neutron termal dapatdiidentifikasi menggunakan foil pilihan yangtepat meliputi emas (197Au), indium (115In),fosfor (31P) dan disporsium (164Dy) [17, 18].Studi mengenai distribusi neutron dalamruangan treatment ini berdasarkan analisa 14foil indium terinduksi neutron termal yangdidistribusikan di ruangan linac.

METODE PENELITIAN

Teknik aktivasi foil. Pengukuran fluksneutron dengan metode aktivasi foil dilakukandengan cara meletakkan materi tertentu didalam medan neutron, sehingga akan terjadireaksi antara inti atom dengan neutron. Darireaksi tersebut akan menyebabkan inti dalamkeadaan tereksitasi yang bersifat radioaktif danmemancarkan partikel , dan secaraserentak [19]. Untuk pengukuran neutrontermal, indium merupakan bahan yang cocokdikarenakan memiliki cross section yang tinggiuntuk pengukuran neutron termal (162 barn)dan waktu paruhnya yang cocok yaitu 54,1menit [2, 3, 20]. Inilah alasan penggunaanindium pada penelitian ini. Indium digunakanuntuk mengukur distribusi neutron termal disekitar ruangan linac berdasarkanradioaktivitas yang terinduksi pada indium,mekanisme reaksi 115In sebagai aktivasineutron termal ditunjukkan pada reaksi berikut.

115 1 11649 0 49ln ln (metastabil)mn

116 116 11649 50 50ln *m Sn Sn

Adanya pelepasan partikel gamma dapatdimanfaatkan untuk menentukan nilai aktivitasindium menggunakan spektromter gamma.Spektrometer yang digunakan pada penelitianini adalah spektrometer gamma dengandetektor High Purity Germanium (HPGe) tipeGEM60 buatan ORTEC. Nilai aktivitas indiumditentukan dengan memanfaatkan nilaiefisiensi dari kalibrasi sumber standar filter47 mm dengan persamaan (1) berikut :

cps

Ay E

(1)

Dengan diketahuinya nilai A, makamenurut Liu (2011) fluks neutron dapat dicarimenggunakan persamaan (2):

ln

1 1i d cth t t t

A

A

e e emaN

M

(2)

yang mana cps adalah laju cacah per detikyang di dapat dari output dari spektrometergamma setelah dikurangi cacah latar, y(E)adalah kelimpahan unsur indium pada energiyang dipilih, adalah fluks neutron termal(cm-2s-1); reaksi aktivasi cross section dariindium (162 barn); NA adalah bilanganAvogadro (6,02 × 1023 per gram atom); madalah massa foil indium (gram); a adalahisotopic abundance dari 115In (95,7%); Madalah berat atom indium (114,82); adalahkonstanta peluruhan rata indium 116mIn(2,135×10-4 s-1); ti adalah waktu lamanyairadiasi (waktu operasi linac) dan tc adalahlama counting alat dan td adalah durasi waktuantara iradiasi dan pengukuran [3, 9]. Linacakan dioperasikan dengan energi 15 MV, luaslapangan 20× 20 selama 1 menit dan lamacounting adalah 5 menit [9].

Gambar 1. Foil Indium diameter 2,3 cm.

186 Risalatul Latifah, dkk : Pengukuran Fluks Neutron Termal pada Ruangan Treatment LINAC iX 15 MV

Tabel 1. Hasil Pengukuran fluks neutron di titik pengambilan data.

Denah Penempatan Foil No Foil Koordinat FoilNilai Fluks Neutron

(n cm-2 s-1)1 (-3,-6,2) 02 (-3,-6) 1423 (0,-6) 3044 (3,-4) 34295 (0,-3) 68026 (-3,0) 82347 (3,0) 58048 (2,0) 67539 (-2,0) 9280

10 (0,-2) 797411 (-1,0) 961912 (1,0) 850713 (0,-1) 961914 (0,0) 9660

Faktor absorpsi diri foil Indium. Dalampenentuan fluks neutron termal menggunakanfoil indium yang cukup tebal, maka perluadanya fakttor koreksi absorpsi diri, hal inidikarenakan indium memiliki daaya serap yangkuat terhadap neutron termal. Martinho [21]telah merumusakan faktor absorpsi diri darifoil indium ( ) sebagai berikut:

0

1

1

th pG

z

z

(3)

yang mana zo dan p adalah konstanta berturut-turut 0,682 dan 0,990 (untuk bentuk foil).Sedangkan z adalah fungsi dimensi yangdinyatakan sebagai berikut,

k

t

az t

t

(4)

dengan k adalah konstanta bernilai 0,8sedangkan t, ∑ , ∑ berturut-turut ketebalanfoil (dalam cm), absorpsi dan total tampanglintang rata-rata makroskopis spektrum neutronpada suhu kamar. Foil yang digunakan padapenelitian ini berdiameter 2,3 cm denganketebalan 0,5 mm (Gambar 2), sehingga untukfaktor didapatkan 0,73. Hasil dariperhitungan fluks neutron ini nantinya akan

dikalikan dengan faktor yaitu sebesar 1,38.

Penempatan foil dalam ruangan treatmentlinac. Pengukuran fluks neutron termal padaruangan treatment linac dilakukan denganmenempatkan 14 foil dengan konfigurasiseperti diperlihatkan pada Gambar 1.Pengambilan data dilakukan dengan

mengoperasikan linac pada energi 15 MVdengan dosis 400 MU selama 1 menit.Untukmengetahui aktivitas masing-masing indium,foil indium langsung dicacah menggunakanspektrometer selama 5 menit per indium.Penempatan foil seperti tampak pada Gambar2.

Gambar 2. Denah penempatan foil indium di ruangantreatment linac.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Distribusi spasial neutron di ruanganlinac. Tabel 1 menunjukkan nilai fluks neutronyang terdapat pada titik pengambilan data (foilindium). Berdasarkan pengukuran 14 foilindium, diperoleh informasi bahwa distribusineutron termal rata-rata di ruangan treatmentlinac berkisar antara 1,4 × 102 – 0,9 × 102 ncm-2 s-1. Fluks tertinggi terdapat di daerah

187Risalatul Latifah, dkk : Pengukuran Fluks Neutron Termal pada Ruangan Treatment LINAC iX 15 MV

Tabel 2. Komparasi nilai fluks neutron.

Referensi Berkas Jenis linac Luas Lapangan(cm) (ncm-2)

Studi ini 15 MV Varian Clinac iX 20 × 20 0,9 ∙ 10Liu, 2011 [9] 15 MV Varian Clinac 21EX 20 × 20 2,0 ∙ 10

Konefal, 2005 [26] 15 MV Primus Siemens 20 × 20 2,9 ∙ 10Gur, 1978 [27] 18 MV Philips SL/75-20 10 × 10 1,4 ∙ 10Palta, 1984 [28] 18 MV Mevatron 77 15 × 15 2,3 ∙ 10Lin, 2001 [29] 20 MV Varian Clinac 2300 10 × 10 1,5 ∙ 10

Uwamino, 1985 [30] 21 MV Microtron, MM22 10 × 10 3,2 ∙ 10isocenter, dan terendah di daerah labirin(maze).

Nilai-nilai fluks ini dapat ditampilkandengan software suffer dalam bentuk grafikdua dimensi untuk mengetahui distribusineutron di ruangan linac seperti tersaji padaGambar 3.

Gambar 3. Distribusi spasial neutron di ruangan linac.

Nampak dari Gambar 2 di atas, nilai fluksneutron menurun seiring dengan bertambahnyajarak dari sumber berkas (head). Jika dilihatlebih seksama, nilai fluks daerah sumbu-xnegatif memiliki nilai lebih besar dibandingkanarea sumbu-x positif, ini diduga karena padadaerah sumbu-x negatif menerima neutronhamburan yang berasal dari bagian concretedan atap. Mengingat daerah sumbu-x negatifini lebih dekat dengan beberapa concrete jikadibandingkan dengan sumbu-x positif,sehingga peluang adanya hamburan di daerahsumbu-x negatif lebih besar [22-24].

Pengukuran fluks neutron termal padaruangan treatment linac juga telah dilakukanbeberapa peneliti sebelumnya dengan berbagaijenis tipe linac dan energi operasinya. Sebagai

komparasi, Tabel 1 menyajikan nilai fluksneutron yang berada di titik yang sama, yaituisocenter. Adanya perbedaan dari nilai fluksneutron yang dihasilkan walaupun dengan nilaivoltase dan luas lapangan yang berbedadisebabkan karena jenis dari linac ini berbeda.Setiap jenis linac memiliki bahan penyusunyang berbeda untuk komponennya, sedangkansalah satu yang mempengaruhi reaksiforoneutron dalam linac adalah materialkomponen linac itu sendiri [25].

Fluks neutron di daerah labirin (maze).Distribusi fluks neutron termal di daerah mazeterlihat pada area warna biru tua Gambar 2,nilai fluks neutron di bawah 0,3× 10 ∙

, hampir 32 kali lebih rendahdibandingkan dengan nilai fluks neutron termaldi daerah isocenter. Nilai fluks neutron termalbertambah kecil di daerah pintu sisi dalam(berkisar 0,9 × 10 ∙ ). Nilai fluksneutron yang rendah ini disebabkan neutrontermal telah habis terserap oleh concrete sisidalam. Nilai fluks neutron di daerah maze inidiestimasikan terkontribusi oleh neutronhamburan dari concrete serta berasal darineutron cepat yang mengalami termalisasiketika menembus dinding [22-24]. Fluksneutron yang berasal dari termalisasi darineutron yang memiliki energi lebih darineutron termal (lebih dari 0,025 keV) jugadapat dilihat dari nilai fluks neutron termalyang ditangkap oleh foil indium yangditempatkan pada pintu sisi luar dengan fluksneutron termalnya bernilai 0. Nilai ini tidaksepenuhnya benar, karena dimungkinkan nilaifluks neutron termal pada titik ini di bawahlimit deteksi, sehingga spektrometer gammatidak mampu mencacah indium yang telahteraktivasi. Di lain itu, data antara fluks

188 Risalatul Latifah, dkk : Pengukuran Fluks Neutron Termal pada Ruangan Treatment LINAC iX 15 MV

neutron termal yang berada pada sisi pintubagian dalam dan luar memberi informasibahwa faktor shielding dari pintu telah mampumenahan hampir 100% fluks neutron yangberasal dari dalam ruangan linac. Karenadimungkinkan masih adanya kontribusineutron yang masih ada pada aerah console,maka untuk kaitan proteksi, pekerja radiasiataupun pihak yang berkaitan dalamtreatmentlinac dianjurkan untuk tidak berdiritepat di depan pintu. Untuk tindakan proteksiradiasi yang lebih, maka diperlukan tambahanshielding pada pintu [12] agar benar-benartidak ada kebocoran neutron di luar ruangantreatment. Sebagai acuan, Liu [9]menyarankan sebuah ruangan treatmentpenambahan 10 cm polyethyene pada pintuyang menghasilkan fluks neutron dengan orde103 di daerah maze nya.

Estimasi dosis kontribusi dari neutron.Liu [9 menyatakan bahwa paparan dari neutrontermal tidak dipertimbangkan dalam treatmentplaning pada pasien.Akan tetapi, jika dilihatdari faktor bobot radiasi dari neutron, makaradiasi ini tidak bisa diabaikan. Kry [31]memberikan faktor konversi dosis dari neutrontermal yaitu 3,7 × 10 . Dengan

demikian dapat diperkirakan bahwa dosisekuivalen pada daerah isocenter yaitu berkisar0,04 Sv per treatment. Kontribusi dosisneutron ini memberikan dosis tambahan 0,01%dari dosis treatment linac (2000 mSv).

KESIMPULAN

Metode aktivasi foil merupakan metodeyang efektif untuk menentukan fluks neutrontermal yang dihasilkan oleh pesawat linacdengan energi operasi 15 MV. Nilai fluksneutron termal yang didapat menunjukkan nilaitertinggi berada di daerah isocenter0,9 ×10 ∙ ∙ dan menurun seiringbertambahnya jarak. Nilai fluks tersebut setaradengan dosis ekuivalen 0,04 mSv pertreatment.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Facure A, Falcao RC, Silva AX, CrispimVR and Vitorelli JC (2004), A Study ofNeutron Spectra from Medical LinearAccelerators, Applied Radiation andIsotopes 62: 69-72.

[2] Konefal A, Orlef A, Dybek M,Maniakowski Z, Polaczek-Grelik K, andZipper W. (2008), Correlation betweenRadioactivity Induced Inside theTreatment Room and the UndesirableThermal/Resonance neutron RadiationProduced by Linac, Physica Medica. 24:212-8.

[3] Chao JH, Liu WS and Chen CY (2007).Estimation of Argon-41 Concentrations inthe Vicinity of a High-Energy MedicalAccelerator. Radiation Measurement. 42:1538-44.

[4] Donadille L, Trompier F, Robbes I,Derreumaux S, J.Mantione, Asselineau B,et al. (2008) Radiation Protection ofWorkers Associated with SecondaryNeutrons Produced by Medical LinearAccelerators. Radiation Measurements.43: 939-43.

[5] Fujibuchi T, Obara S, Sato H, NakajimaM, Kitamura N, Sato T, et al (2011).Estimate of Photonuclear Reaction in aMedical Linear Accelerator Using aWater-Equivalent Phantom. Progress inNuclear Science and Technology. 2: 803-7.

[6] Al-Ghamdi H, Fazal-ur-Rehman, Al-jarallah MI, and Maalej N. (2008),Photoneutron intensity variation withField Size Around Radiotherapy LinearAccelerator 18-MeV X-Ray Beam,Radiation Measurement, 43: 495-9.

[7] Patil BJ, Chavan ST, Pethe SN, KrishnanR, Bhoraskar VN, and Dhole SD. (2011),Estimation of neutron production fromaccelerator head assembly of 15 MVmedical LINAC using FLUKAsimulations, Nuclear Instruments andMethods in Physics Research B. 269:3261-5.

189Risalatul Latifah, dkk : Pengukuran Fluks Neutron Termal pada Ruangan Treatment LINAC iX 15 MV

[8] Polaczek-Grelik K, Karaczyn B andKonefal A. (2012), Nuclear Relations inlinear Medical Accelerators and TheirExposure Consequences, AppliedRadiation and Isotopes, 70: 2332-9.

[9] Liu W-S, Changlai S-P, Pan L-K, TsengH-C and Chen C-Y. (2011), ThermalNeutron Fluence in a Treatment Roomwith a Varian Linear Accelerator at aMedical University Hospital, RadiationPhysics and Chemistry, 80: 917-22.

[10] Liu M-T, Huang S-S, Liu W-S, and YeaD-M. (2010), Distribution os spatialphotoneutrons inside a 70 kg waterphantom via neutron activation analysis,Applied Radiation and Isotope, 68: 1816-21.

[11] Chen CC, Sheu RJ, Yeh CY, Lin UT, andJiang SH. (2006), A detailed study on theneutron contamination for a 10 MeVmedical electron accelerator, NuclearInstruments and Methods in PhysicsResearch A, 562:1033-7.

[12] Ghassoun J and Senhou N. (2012), Theevaluation of neutron and gamma raydose equivalent distributions in patientsand the effectiveness of shield materialsfor high energy photons radiotherapyfacilities, Applied Radiation and Isotopes,70: 620-4.

[13] Chao JH and Chiang AC. (2010),Activation detection using indium foilsfor simultaneous monitoring neutron andphoton intensities in a reactor core,Radiation Measurement, 45:1024-33.

[14] Chao J-H, Hsu P-C, and Liu H-M. (2001),Measurement of high dose rates byphoton activation of indium foils, AppliedRadiation and Isotopes, 55:549-56.

[15] Tuo F, Zhou F, Yi Y, Cao X, and KongX. (2006), Cross-section measurementsfor the reactions of 14 MeV neutrons onindium isotopes, Applied Radiation andIsotopes 64: 910-4.

[16] Konefal A, Orlef A, Laciak M, Ciba Aand Szewczuk M. (2012), Thermal andResonance neutrons generated by variouselectron and X-ray therapeutic beamsfrom medical linacs installed in polishoncological centers. Reports of PracticalOncology and Radiotherapy. 17: 339-46.

[17] IAEA (1974), Handbook NuclearActivation Cross Section, Vienna: IAEA.

[18] NCRP (1984), Neutron Contaminationfrom medical electron accelerator, USA:NCRP.

[19] Suparman LY, WIdarto, dan Wiyatmo Y(2011). Penentuan KarakteristikDistribusi Fluks Neutron Termal diFasilitas Irradiasi Lazy Suzan (LS) ArahHorizontal Reaktor Kartini, ProsidingSeminar Nasional ke-17 dan KeselamatanPLTN Serta Fasilitas Nuklir.

[20] Reus V and Westmeierr W (1983),Catalog of gamma Ray from radioactivedecay, At Data Nucl.

[21] Martinho E, Salgado J, and Goncalves IF(2004), Universal curve of the thermalneutron self-shielding factor in foil, wires,spheres and cylinders, Journal ofRadioanalytical and Nuclear Chemistry.261: 637-43.

[22] Vega-Carillo HR, Manzanares-Acuna E,Iniguez MP, Gallego E, and Lorente A(2007), Study room-return neutron.Radiation Measurements, 42: 413-9.

[23] McCall RC, McGinley PH, and HuffmanKE. (1999), Room Scattered neutrons.Medical Physics. 26:206-7.

[24] Eisenhauer CM, and Schwartz RB (1981),Measurement of neutrons reflected fromthe surface of a calibration room. Healthphysics. 42: 489-95.

[25] Wang YZ. (2004), Photoneutron andInduced Activity from Medical LinearAccelerators, Montreal-Canada: McGillUniversity.

[26] Konefal A, Dybek m, Zipper W,Lobodziec W, and Szczucka K. (2005),Thermal and epithermal neutrons in thevicinity of the Primus Siemensbiomedical accelerator, Nukleonika, 50:73-81.

[27] Gur D, Rosen JC, Bukovitz AG, and GillAW. (1978), Fast and slow neutrons in an18-MV photon beam from a philipsSL?75-20 linear accelerator, MedicalPhysics, 5:221-2.

[28] Palta JR, Hogstrom KR, and TannanontaC. (1984), Neutron leakage measurementsfrom a medical accelerator. RadiationMeasurement, 11: 498-501.

[29] Lin JP, Chua TC, Lin SY, and Liu MT.(2001) The Measurement ofphotoneutrons in the vicinity of aSiemens Primus Linear Accelerator,

190 Risalatul Latifah, dkk : Pengukuran Fluks Neutron Termal pada Ruangan Treatment LINAC iX 15 MV

Applied Radiation and Isotope, 55: 397-402.

[30] Uwamino Y, Nakamura T, Ohkubo T,and Hara A. (1986), Measurement andCalculation of neutron leakage from amedical electron accelerator. MedicalPhysics, 13:374-84.

[31] Kry S, Salehpour M, Followil DS, StovalM, Kuban DA, White RA, et al. (2004)Out-of-field photon and neutron doseequivalents from step-and-shoot intensity-modulated radiation therapy.International Journal of RadiationOncology Biology Physics, 62:1204-16.