Upload
hamien
View
217
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
REKAYASA PERISAI RADIASI GAMMA PADA PEMANFAATAN
ISOTOP 137Cs DAN 60CoUNTUK TERAPI KANKER
Sri Mulyono Atmojo* Irianto** Abdul Jalil*
*Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir BATAN**Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan BATAN
ABSTRAK
Telah dilakukan perekayasaan perisai radiasi gamma untuk isotop 137Csatau 60Co yang
digunakan pad a terapi kanker. Tujuan dari kegiatan ini adalah membuat perisai yang
bersifat elastis dan memenuhi standar keselamatan. Perisai ini diharapkan dapat digunakan
untuk mengurangi paparan radiasi pad a bagian tubuh diluar area yang disinari dengan
radiasi gamma isotop I37Cs atau 60Co yang digunakan untuk terapi. Perisai ini dibuat dari
komposit karet alam dan timbal oksida dengan berbagai variasi komposisi timbal oksida
mulai 100 part per one hundred rubber (pphr), sampai 700 pphr dengan selang komposisi
setiap 100 pphr, masing-masing dengan ukuran p x I x t = IS x 15 x 0,22 em. Metoda
pembuatan komposit dilakukan dengan cara konvensional, yaitu karet alam fase padat dan
timbal oksida dicampur dengan digiling, dibuat kompon, dan divulkanisasi dengan
belerang. Pengujian daya serap terhadap radiasi gamma dilakukan dengan menggunakan
isotop I37Csdan 60CO.Hasil uji daya serap menunjukkan bahwa daya serap terhadap radiasi
gamma sampel komposit dengan komposisi timbal oksida 700 pphr, ekivalen dengan daya
serap pelat timbal tebal 0,75 mm, dimana daya serap sebesar ini sesuai dengan acuan yang
digunakan.
Kata kunci : perisai, terapi kanker, isotop I37Csdan 60Co
ABSTRACT
A manufacturing of gamma radiation shields for 137Csand 60Co isotopes was carried
out. The aim of the experiment is to make gamma radiation shields in which that shields
are elastic and comply with the reference safety standard, so these shields can decrease the
exposure of gamma radiation from 137CSand 60Co where that incident radiation falls on the
skin around of the cancer therapy. Shields were made of the composite of natural rubber
lead oxide. The variation of lead oxide compositions are
130
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
formerly at 100 part per one hundred rubber (pphr) up to 700 pphr at intervals by 100 pphr.
The dimension of the samples are: length x width x thick = 15 x IS x 0,22 cm. The
manufacturing method of the composite were carried out by conventional style, where the
natural rubber solid phase and lead
oxide mix by milling, made compound, and vulcanized by sulfur. Isotope 137Cs and 60Co were used in these
test. Results of these experiments show that the absorption strength of composite 700 pphr composition is
equivalent to the absorption strength of lead foil 0,75 mm thick and that is comply with reference which is
used in this experiment.
Key words: shielding, cancer therapy, I37CS and 60Co isotopes
PENDAHULUAN
Keselamatan terhadap paparan radiasi nuklir merupakan faktor utama dalam setiap
kegiatan yang memanfaatkan radiasi tersebut sebagai sarana kerjanya. Demikian pula pad a
pemanfaatan radiasi gamma yang berasal dari isotop137Cs atau 60Co untuk keperluan terapi
kanker, diusahakan sedemikian sehingga hanya jaringan yang terkena kanker saja yang
diiradiasi, sedangkan jaringan yang sehat disekelilingnya dilindungi terhadap paparan
radiasi gamma tersebut.
Salah satu cara untuk melindungi jaringan yang sehat adalah dengan memasang perisai
(shielding) pada bagian jaringan yang sehat terse but. Bentuk perisai ini berupa lembaran
yang lebar, sehingga hampir seluruh tubuh dapat terlindungi, kecuali pada bagian kanker,
dan perisai ini diberi lubang sesuai ukuran yang akan diiradiasi. Lembaran perisai ini selain
mampu menyerap radiasi gamma, juga harus nyaman dipakai. Gambar I berikut,
merupakan lembaran perisai radiasi gamma yang digunakan dalam terapi kanker payudara.
Biasanya lembaran perisai dibuat dari pelat timbal dengan tebal mencapai I mm. Agar
nyaman dipakai, pelat timbal ini dapat dibuat dengan ketebalan sekitar 0,125 mm.
Lembaran ini dapat disusun sesuai dengan rekomendasi atau katalog, yaitu setebal 0,25
mm, 0,5 mm atau 0,75 mm. [1] Namun untuk pelat timbal tebal 0,125 mm, bila jatuh
sulit dikembalikan ke bentuk semula, sehingga untuk mengantisipasi hal ini pelat
timbal sering dilapisi kertas. Dampaknya adalah pelat timbal menjadi kaku, sehingga
tidak nyaman jika dipakai dan tidak dapat mengikuti bentuk tubuh. Bahan lain yang
lebih tleksibel jika digunakan, yaitu bahan vinil timbal [2]. Tetapi bahan ini merupakan
131
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
bahan yang tidak terbarukan sehingga dapat merusak lingkungan. Oleh karena itu, dicoba
bahan lain yang dapat mengatasi kekurangan ini. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan
lembaran karet timbal yang berbasis komposit karet alam timbal oksida, yang akan
digunakan sebagai perisai radiasi gamma.
Bahan ini harus mampu menyerap radiasi gamma yang berasal dari isotop I37CSatau 60Co
yang digunakan sebagai iradiator dalam proses terapi kanker payudara dan sebagainya.
Karet alam dipilih
u---cu.....
G)~4f:...... . - ...
// ~\
Keterangan :1. Sumber Radiasi
3. Pancaran radiasi yg diberi perLmi2. Pancaran radiasi yang digunakan4. Daerah Penyinaran
Gambar 1. Perisai radiasi gamma pada terapi kanker payudara.
karena merupakan bahan yang selalu terbarukan, sehingga penggunaannya tidak akan
merusak lingkungan. Sedangkan pemilihan timbal oksida, karena bahan ini sangat
kompatibel jika dicampur dengan karet alam [3].
Berikut ini disampaikan proses pembuatan lembaran komposit karet alam timbal oksida
untuk perisai radiasi gam-ma yang berasal dari I37CSatau 60CO.
132
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
DASAR TEORI
ISSN 1693-3346
Sebagai bahan perisai radiasi nuklir, maka lembaran komposit ini hams mampu
menyerap radiasi gamma. Mekanisme penyerapan tidak lain adalah berpindahnya energi
radiasi gamma kepada bahan tersebut, akibat adanya interaksi radiasi gamma dengan
elektron orbital atom-atom bahan perisai [4]. Oleh karena itu, unsur yang memiliki elektron
banyak akan sangat baik digunakan untuk bahan perisai radiasi gamma. Dengan kata lain,
unsur dengan massa jenis besar, akan sangat cocok digunakan sebagai bahan perisai[5J•
Contoh unsur yang baik sebagai bahan perisai antara lain: timbal, uranium, wolfram, dan
sebagainya. Dari ketiga bahan itu, timbal merupakan bahan pilihan karena murah harganya
dan mudah didapat dipasaran di dalam negeri. Pembuatan komposit dilakukan dengan cara
konvensional, dengan harapan bila dibuat secara massal, pabrikan karet telah familier
dengan teknologi ini, sehingga keberhasilan pembuatan dapat dipastikan.
TATAKERJA
Bahan
Bahan utama yang digunakan dalam pembuatan komposit ini adalah karet alam dan
timbal oksida, serta beberapa bahan pengolah karet. Senyawa timbal oksida yang dipilih
adalah Pb304, karena koefisien serapannya relatif lebih besar j ika dibandingkan dengan
senyawa timbal oksida yang lain, serta mudah didapat di pasaran[6]. Karet alam berfungsi
sebagai matrik komposit sedangkan timbal oksida sebagai bahan pengisi (filler) dan
utamanya berfungsi sebagai penyerap radiasi gamma. Selain itu diperlukan pula pelat
timbal dengan berbagai ketebalan yang akan digunakan dalam uji ekivalensi daya serap
terhadap radiasi gamma.
Peralatan
Peralatan yang digunakan antara lain alat pencampur yang digunakan untuk
mencampur bahan komposit, alat vulkanisasi, alat uji mekanik yang digunakan untuk uji
kuat tarik, kekerasan, perpanjangan tetap dan perpanjangan putus, sumber radiasi gamma
137Cs dan 60CO, dan unit pencacah radiasi gamma untuk uji daya serap serta cetakan
yang digunakan untuk membuat sampel komposit.
133
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
Pelaksanaan
ISSN 1693-3346
Sebelum dibuat sampel, dihitung da- hulu nilai koefisien serapan massa unsur untuk
energi 0,662 MeV dan 1,33 MeV, masing-masing merupakan energi gamma dari 137CS,
dan 60CO. [6] untuk keperluan perhitungan, hanya digunakan energi gamma 6OCOyang
tinggi (energi gamma 60Co yang rendah adalah 1,17 Me V). Tabel I merupakan tabel
koefisien serapan massa unsur berdasar energi radiasi gamma kedua isotop tersebut. Nilai
koefisien serapan massa ini diperoleh dengan perhitungan menggunakan regresi linier,
dengan asumsi bahwa pada rentang dua energi diatas dan dibawah energi
Tabel 1. Koefisien serapan massa dan massa jenis unsur utama komposit
Unsur ~p, cm2/gramp,E=0,662 MeV
E=I,33 MeVgr/cm3
H
0,15400,11088,99.10-)
00,07750,05581,429.1O-~
C
0,07750,05572,25
Pb
0,10930,057011,34
isotop tersebut, energi dapat dianggap linier. Selanjutnya dapat dihitung koefisien
serapan linier unsur, senyawa, dan komposit untuk berbagai komposisi, menggunakan
persamaan 1[7].
(~P)senyawa = L Wi (~P)I (I)
dengan: Wi = fraksi berat unsur dalam senyawa
(~p)i = koefisien serapan massa unsur
Untuk komposit, Wi adalah fraksi berat senyawa dalam komposit, dan (~P)i adalah
koefisien serapan massa senyawa pembentuk komposit.
Berdasar hasil ini, daya serap komposit dapat dihitung untuk berbagai komposisi, dan
ketebalan. Perhitungan daya serap OS menggunakan persamaan 2 berikut[8].
134
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
Daya serap :
ISSN 1693-3346
DS = (1-e-~X) x 100 % (2)
dengan: J..l = koefisien serapan linier komposit, em-I
x = tebal komposit, em
Metoda pembuatan sampel dilakukan dengan eara blending, yaitu karet alam dieampur
dengan cara digiling secara bersama-sama. Pencampuran dinyatakan baik apabila
wama telah kelihatan merata dalam lembaran yang diperoleh. Lembaran komposit yang
dihasilkan ini masih berupa kompon, yaitu komposit yang belum divulkanisasi.
Kompon ini dipotong sesuai dengan eetakan, dan kemudian divulkanisasi dengan
belerang, pada suhu sekitar 1300C, dan dipres dengan tekanan 100 kg/em2, selama
sekitar 6 menit. Kemudian sampel diuji sifat fisiknya yang meliputi ke-kerasan, kuat
tarik, perpanjangan tetap dan perpanjangan putus, serta daya serapnya terhadap radiasi
gamma yang berasal dari isotop I37CS dan 60Co. Pengujian kekerasan dilakukan sesuai de
ngan SNI 06-4999-1999, Penentuan kekerasan karet vulkanisat dengan menggunakan
durometer shore[9J. Sedang-kan pengujian kuat tarik dilakukan sesuai dengan SNI 06
4966-1999, Penentuan sifat-sifat tegangan dan regangan dari karet vulkanisat dan karet
termo-plastik(lOJ. Sedangkan tataletak pengujian daya serap terhadap radiasi gamma
seperti pada Gambar 2.
Langkah pengujian daya serap adalah sebagai berikut: sampel diletakkan diantara detektor
dan sumber gamma. Kemudian detektor dioperasikan pada tegangan operasinya, yaitu
sekitar 540 volt, dan kemudian berkas radiasi gam-ma yang masuk ke detektor dicacah.
Berkas radiasi yang masuk adalah I. Selanjutnya sampel diambil dan dilakukan
peneaeahan kembali. Jumlah cacah yang terdeteksi adalah 10. Oemikian kegiatan ini
diulang untuk sam pel yang
lain, dan untuk pelat timbal dengan ketebalan yang berbeda.
135
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
1
ISSN 1693-3346
Gambar 2. Tataletak pengujian daya serap komposit terhadap radiasi gammaI. kontainer 2. sumber radiasi 3. shielding 4. Detector 5. penampil
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil perhitungan P, /-l, daya serap terhadap radiasi gamma berdasar teori seperti
tercantum dalam Tabel 2. Nilai dalam Tabel 2 tersebut diperoleh dengan perhitungan
menggunakan persamaan I, sedangkan daya serap terhadap radiasi gamma menggunakan
persamaan 2. Nilai p cenderung linier sesuai dengan kenaikan komposisi timbal dalam
karet alamo Demikian juga untuk nilai /-l dan daya serap komposit cenderung linier sesuai
kenaikan komposisi. Hasil pengujian daya serap pelat timbal terhadap radiasi gamma yang
berasal dari 137Cs untuk berbagai ketebalan seperti tercantum dalam
Tabel 3. Sedangkan daya serap sampel komposit karet alam timbal oksida dengan berbagai
komposisi seperti tercantum pada Tabel 4. Dari tabel tersebut diperoleh daya serap
komposit dengan komposisi 700 pphr, ekivalen dengan daya serap pelat timbal tebal 0,75
mm. Daya serap pada ketebalan ini sekitar 9 %. Nilai ini berbeda sedikit dibandingkan
dengan nilai daya serap berdasar teori, dimana berdasar perhitungan teoritis nilai daya
serap tersebut sekitar 10%. Deviasi hasi I perhitungan daya serap berdasar teori dan
percobaan kira-kira 10%. Deviasi sebesar ini masih dalam batas toleransi. Nilai koefisien
serapan linier /-l yang diperoleh berdasar
136
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Tabel 2. Hasil pengujian daya serap sam pel tebal 0,22 em thd. sumber gamma 137Cs
berdasar
teori
Komposisi pphr p, gr/em3~p, em2/grf.!, em"'Daya serap, %100
1,750,09650,16643,27200
2,440.09970,23635,07300
3,040,10140,29496,28400
3,560,10230,34487,30500
4,020,10300,38868,15600
4,430,10350,42648,95700
4,790,10380,45989,62
Tabel 3. Hasil pengujian daya serap pelat timbal thd. sumber gamma I37CS
Tebal pelat, mm 1 netto, epsDaya serap, %TS*
9319-0,1
92530,700,25
92071,200,5
87006,640,75
84729,091
798514,311,3
745220,031,7
705924,251,95
627932,62
*tanpa pelat timbal
Tabel4. HasH pengujian daya seraf: sampel komposit karet alam timbal oksidaterhadap sumber gamma 37CS
Komposisi sampel, pphr 1netto, epsDaya serap, %TS*
9324-100
93190,0002200
93170,0007300
89963,47400
89134,36500
87346,28600
84998,80700
84719,10
*tanpa sam pel komposit
137
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
teori sebesar 0,4971 em'l, sedangkan berdasar pereobaan diperoleh nilai koefisien serapan
Iinier sebesar 0,4361 em'l. Dengan demikian perhitungan berdasar teori dapat digunakan
dalam penentuan komposisi timbal oksida dalam komposit, dengan menaikkan komposisi
timbal oksida sebesar 10%, ketika membuat komposit. Untuk memperoleh daya serap yang
lebih tinggi misalnya sampai 30%, maka berdasar hasil perhitungan /l tersebut diperoleh
ketebalan komposit dengan komposisi 700 pphr kira-kira sebesar 0,9 em atau 9 mm.
Ketebalan ini dapat diperoleh dengan menumpuk lembaran komposit tebal 2,2 mm
sebanyak lima lembar, sehingga diperoleh ketebalan sekitar 11 mm. Daya serap perisai ini
masih dapat ditingkatkan, dengan menaikkan komposisi sampai 900 pphr. Hal ini
disebabkan karena pada komposisi ini volume timbal oksida sebagai bahan pengisi masih
lebih kecil jika dibandingkan dengan volume karet alam sebagai matrik komposit. Pada
komposisi ini, daya serap komposit se-kitar 10,47 %, sehingga ketebalan kom-posit
sebagai perisai sekitar 8,8 mm.
Jika dilakukan pembandingan ekivalensi daya serap antara komposit yang dibuat
dengan referensi [1] (katalog), maka diperoleh komposit dengan komposisi sekitar 250
pphr, 500 pphr, dan 700 pphr, masing-masing akan mempu-nyai daya serap yang sarna
dengan vinil timbal, yang ekivalen dengan daya se-rap pelat timbal tebal 0,25 mm, 0,50
mm, dan 0,75 mm.
Untuk keperluan terapi menggunakan sumber radiasi gamm~ dari 60CO,maka perhitungan
komposisi komposit digunakan energi radiasi gamma dari 60Co yang tinggi, yaitu 1,33
MeV, dengan asumsi bahwa jika energi yang tinggi diproteksi, maka energi yang rendah
(1,17 MeV) akan terproteksi pula. Dari Tabel 5, diperoleh daya serap komposit terhadap
radiasi gamma 60Co berdasar teori.
Tabel 5. Hasil pengujian daya serap sampel tebal 0,22 em terhadap sumber gamma 60Coberdasar teori
Komposisi pphr p, gr/em3Ilip, cm2/gr-I
Daya serap, %/l, em100
1,720,05960,10282,24200
2,370.05870,13903,01300
2,910,05820,16943,66400
3,370,05800,19534,21500
3,770,05780,21804,68600
4,120,05770,23755,09700
4,430,05760,25505,46
Tabel 6. Hasil pengujian daya serap sampel komposit karet alam timbal oksida
138
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
.-
Komposisi sam pel, pphr 1 netto, cpsDaya serap, %TS*
5125-100
49902,62200
48724,94300
48625,13400
48605,17500
48395,28600
48305,71700
48225,92had b
*tanpa sam pel komposit
Tabel 7. Hasil pengujian daya serap pelat timbal thd. sumber gamma 60CoTebal pelat, mm 1 netto, cpsDaya serap, %
TS*4421-
0,2543661,23
0,5
40877,530,75
40757,80I
390411,691,3
379514,171,7
360718,411,95
342422,55
*tanpa pelat timbale
Sedangkan Tabel 6 merupakan hasil uji daya serap perisai terhadap radiasi gamma dari
60Co. Dari kedua tabel terse but, hasil perhitungan daya serap ternyata hampir sarna. Namun
hanya komposit dengan ketebalan 2,2mm komposisi 700 pphr yang memenuhi kriteria
referensi yang digunakan, yaitu untuk komposit de-ngan komposisi 100 pphr, yang
ekivalen dengan daya serap pelat timbal tebal 0,25mm. Untuk memenuhi kriteria referensi,
maka tebal perisai yang harus diubah. Oengan suatu perhitungan berdasar hasil percobaan
diperkirakan daya serap pelat timbal tebal 0,5 mm, dan 0,75 mm, masing-masing akan
ekivalen dengan daya serap komposit komposisi 700 pphr tebal 2,7 mm, dan 3,Omm.
KESIMPULAN
Oari hasil pembahasan diatas, dapat disimpulkan bahwa komposit karet alam timbal
oksida yang dibuat berdasar perhitungan teoritis dan kemudian diverifikasi dengan sampel,
layak digunakan sebagai perisai radiasi gamma. Agar diperoleh daya serap yang memadai
139
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
untuk sumber gamma dari J37Cs ma-upun 60Co, lembaran komposit tersebut dapat disusun
sedemikian sehingga akan diperoleh ketebalan yang cukup untuk masing-masing sumber
radiasi gamma
DAFT AR PUST AKA
I. FLUKE BIOMEDICAL, Product Ca-talog, Radiation Management Ser-vices, Fluke,
Cleveland, USA, 2006
2. CONE INSTRUMENTS, Radiology Supplies and Accessories, Cone Instruments.
Inc. Ohio, 1982
3. L. FRANTA, Elastomer and Rubber Compounding Materials, Elsevier,
Amsterdam, 1989
4. R. M. SINGRU, Introduction to Nu-clear Physics, Wiley Eastern Private Limited,
New Delhi, 1972
5. GLENN MURPHY, Elements of Nuclear Engineering, John Wiley and Sons Inc.
New York, 1961
6. SRI MUL YONO ATMOJO, Vulkani-sat Karet Alam Timbal Oksida untuk Proteksi
Radiasi Sinar-X, Pusat Standardisasi dan Jaminan Mutu Nuklir, BAT AN,
Jakarta, 2000
7. R. G. JAEGER dkk. Engineering Compendium on Radiation Shiel-ding, Volume I,
Design and Engi-neering, Springer, Verlag, Berlin, Heidelberg, 1970.
8. SRI MUL YONO ATMOJO, Standar-disasi Pakaian Proteksi Radiasi Siam-X,
Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Ling-kungan IX, P3KRBIN,
Jakarta,2004.
9. STANDAR NASIONAL INDONESIA (SNI) 06-4999-1999, Penentuan Kekerasan
Karet Vulkanisat dengan Menggunakan Durometer Shore, BSN, Jakarta, 2000.
10. STANDAR NASIONAL INDONESIA (SNI) 06-4966-1999, Penentuan Sifat-sifat
Tegangan dan Regangan dari Karet Vulkanisat dan Karet Termoplastik, BSN,
jakarta, 2000
140
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangk:.t NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
LEMBAR T ANY A - JAW AB
ISSN 1693-3346
PERT ANY AAN : Dari Ngatino
JA WABAN
Bagaimana aplikasi penempatan perisai radiasi ?
Penempatannya adalah, perisai ini dilubangi sebesar
obyek yang akan diradiasi dan diletakkan dibagian
atas tubuh, sedemikian sehingga bagian yang terkena
kanker akan teriradiasi sempurna.
141