Ke Daftar Isi Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan Serta Fasilitas Nuklir .
Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG, PPTKR-BATAN
PLTN
ANALISIS MEDAN MAGNET DAN BERKAS PROTON SIKLOTRON CS-30 BATAN UNTUK PRODUKSI RADIOISOTOP Oleh: Sunarhadljoso Socnarjo, SlIakhudln, Hari Suryanto Pusat Produksi Radioisotop - Badan Tenaga Atom Nasional
ABSTRAK ANALISIS
MEDAN MAGNET
DAN BERKAS
PROTON
SIKLOTRON
CS-30 BATAN
UNTUK PRODUKSI RADIOISOTOP. Siklotron Cs-30 Batan merupakan sebuah siklotro~ multi partikel. Sejauh ini diutamakan untuk produksi radioisotop medis melalui aktivasi dengan partikel proton. Pola medan magnet yang diperlukan untuk menggerakkan berkas proton harus memenuhi tuntutan pemfokusan berkas proton dan harus pula bersesuaian dengan pola relativistik akibat kenaikan massa relatif proton tersebut. Berkaitan dengan kepentingan penggunaan siklotron Batan, kususnya untuk produksi radioisotop, analisis medan magnet dan berkas proton perlu dilakukan sebagai salah satu aspekjaminan kualitas. Dalam makalah ini dikemukakan percobaan untuk dapat mengevaluasi profil medan magnet serta profil berkas proton dalam pengoperasian siklotron Batan tersebut. Medan magnet arah radial diukur dan dibandingkan dengan perhitungan pola relativistik, sedang profil berkas proton diamati melalui pengukuran arus berkas dan autoradiografi penyangga sasaran pasca radiasi. Secara umum dapat ditunjukkan bahwa profil medan magnet radial tidak mengakibatkan efek perlambatan pada gerak proton. Karakteristika proton yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh berbagai variabel operasi. Walaupun masih diperlukan upaya untuk meningkatkan karakteristika proton yang dihasilkan, percobaan yang dilakukan telah memperbaiki kelemahan selama periode uji fungsi.
ABSTRACT ANALYSIS
OF THE MAGNETIC
FIELD AND THE PROTON BEAM OF BAT AN'S CS-
30 CYCLOTRON FOR RADIOISOTOPE PRODUCTION. Batan's Cs-30 Cyclotron is a multiparticle cyclotron. At present it is mainly used for production of medical radionuclides, especially by proton bombardment. The magnetic field required for moving the protons has to meet both proton beam focusing aspect and increasing of proton relative mass. In relation to the cyclotron application for production of radio nuclides, analysis and evaluation of magnetic field and proton beam performances are important respecting to quality assurance aspect. Based on this reason, experiment was carried out to evaluate the profile of magnetic field and that of resulting proton beam as well. The magnetic field was measured radially and compared to the value found from relativistic calculation. The proton beam profile was observed as its current performance. An autoradiographic method was also performed to see the beam profile on target surface. It can be concluded that there was no decelaration effect on the moving particles. In general, the proton beam profile in this experiment is better than the performance in the function test period. However, increasing the effective beam quantity should still be required to get a higher activation yield.
PENDAHULUAN Siklotron Cs-30 Batan yang merupakan siklotron pertama di kawasan Asia Tenggara (1) adalah siklotron multi partikel dengan energi tetap. Siklotron ini dapat menghasilkan pencepatan partikel proton, deutron, helium-3 dan helium-4 berturut-turut sampai energi 26,5 Mev, 15 mev, 38 Mev dan 30 Mev (1,2>. Pengoperasian sistem siklotron didasarkan pada kaidah pergerakan partikel bermuatan dalam medan magnet serbasama (3). Berkas partikel tersebut mengalami pencepatan energi kinetik oleh adanya tegangan tinggi dari suatu osilator rekuensi radio yang mambalik arah polaritas dua buah elektrode berongga Dee setiap kali
berkas partikel telah melintasi rongga sebuah Dee dan masuk ke rongga Dee yang lainnya. Medan magnet yang dibutuhkan untuk menggerakkan partikel dihasilkan dengan mengoperasikan sistem magnet utama pada arus listrik pembangkit untuk pencepatan partikel yang bersangkutan. Pola medan magnet yang dihasilkan haruslah sedemikian sehingga medan magnet yang ada senantiasa bersesuaian dengan tuuntutan pemfokusan gerak partikel pada "medan plane" (bidang horizontal yang tegak lurus arah medan magnet), serta tetap mengikuti pola relativistik atas perubahan massa relatif partikel akibat pertambahan energi kinetiknya (3). Penyimpangan pola medan magnet dapat mempe-
255
Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG, PPTKR - BATAN
Prosiding Seminar Tekllologi dan Keselama/all PLTN Ser/a Fasililas Nuklir
ngaruhi stabilitas orbit partikcl. Dalam hal-hal tertcntu dapat pula minimbulkan efck perlambatan pada gerak partikel. Oleh karena itu analisis medan magnet pada daerah radius lintasan partikel menjadi sangat penting artinya bila dikaitkan dengan jaminan kualitas mesin siklotronnya. Sebagai sebuah siklotron yang diutamakan untuk produksi radioisotop (1,4), khususnya radioisotop medis, pengoperasian siklotron Cs-30 Batan diprioritaskan untuk menghasilkan dan mempercepat berkas proton. Hal ini didasarkan pada pertimbangan bahwa sebagian besar radioisotop medis dari siklotron dihasilkan melalui reaksi inti sasaran dengan protot (5). Karena itu analisis dan evalusi berkas proton pada pengoperasian siklotron Batan tersebut menjadi lebih penting dibandingkan dengan analisis dan evaluasi berkas partikellainnya. Dalam makalah ini disajikan analisis dan evaluasi medan magnet dan berkas proton pada pengoerasian siklotron Cs-30 Batan. Percobaan dan analisis yang dilakukan mempunyai tujuan ganda. Yang pertama untuk melengkapi informasi sehubungan dengan penerapan jaminan kualitas, baik dari segi mesin siklotronnya maupun dari segi pemanfaatan berkas proton untuk tujuan produksi radioisotop dengan siklotron Batan tersebut. Infomlasi dan data yang diperoleh selama periode uji fungsi belum sepenuhnya dapat memenuhi aspek jaminan kualitas yang diperlukan. Yang kedua, percobaan ini juga diharapkan dapat menghasilkan karaktersitik berkas proton yang lebih baik sehubungan dengan pendayagunaan siklotron Batan untuk produksi radioisotop. Hal ini dipandangperlu mengingat percobaan selama periode uji fungsi belum menghasilkan karakteristik berkas proton yang layak untuk tujuan produksi radioisotop (4,6). PERCOBAAN
pengukuran medan magnet di tiga ctaerah medan kuat dan di tiga daerah medan lemah tersebut. Dengan mengambil posisi pemanearan ion pada tabung sumber ion sebagai pusat lintasan gerak proton, maka pengukuran medan magnet dilakukan pada posisi radius R = 1,5 em sampai dengan R = 42,5 em dengan selang antara sebesar 1 em tiap kali pengukuran. Penentuan Beda Fase Orbit Partlkel Dan Tegangan Elektrode Beda fase sesaat pada setiap radius didefinisikan sebagai [tl ¢ ']R yang memenuhi persamaan [i] berikut: [tl ']R = 2 II {f - f'} / f [i]
¢
dengan f adalah frekuensi perubahan tegangan elektrode (sesuai dengan medan magnet terhitung berdasarkan prinsiprelativistik,sedangkan adalah frekuensi orbit proton (sesuai denga medan magnet yang terukur). Karena frekuensi sebanding dengan medan magnet, maka persamaan [i] dapat pula dinyatakan sebagai : [ii] [tl ¢']R = 2 II {BR- B'R}
f
dengan B adalah medan magnet terhitung dan B' adalah medan magnet terukur. Pada setiap selang pengukuran medan magnet, berkas proton telah mengalami sejumlah tertentu siklus putaran. Apabilajumlah siklus adalah N, maka beda fase komulatif pada setiap radius R (dinyatakan sebagai [tl ¢2]R) memenuhi persamaan berikut : [tl ¢ 2]R= N x [tl ¢ ']R Jiii] Harga N pada persaman [iii] ditentukan melalui perhitungan pertambahan energi kinetik proton pada setiap selang radius lintasan seperti diuraikan pada Apendiks 1. Beda fase efektiv atau beda fase komulatif total
Tahapan Penting Pengoperasian Siklotron Pengoperasian siklotron Cs-30 Batan dilakukan mengikuti tahap penting seperti ditunj ukkan pada Gambar 1. Semua kegiatan pengoperasian dikendalikan dari Ruang Kontrol mehilui sistem kontrol yang merupakan bagian dari keseluruhan sistem siklotron.
pada radius R, dinyatakan sebagai [tl ¢3]R' merupakan akumulasi dari [tl ¢2]R pacta semua radius lintasan sampai denagn radius R : R
Pengukuran Mcdan Magnet Untuk mengukur medan magnet, pada tahapan Operasi Magnet Utama, digunakan alat ukur gaussmeter yang terdiri dari probe dan monitor. Probe gaussmeter dimasukkan ke dalam sebuah kutub magnet pada posisi radius yang dikehendaki, sedangkan monitomya ditempatkan pada posisi yang bebas dari pengaruh sekunder pengoperasian sistem siklotron. Sesuai dengan hasil percobaan pendahuluan sebelumnya, pengoperasian magnet utama untuk pencepatan proton dilakukan pada arus listrik pembangkit sebesar 343,5 A. Karena pada pen am pang lingkar kutub magnaet terdapat 3 daerah medan kuat ("hill region") dan 3 daerah medan lemah ("valley region") secara berselang-seling, maka besamya medan magnet pada radius (R) adalah harga rata-rata
Identifikasl Berkas proton Internal Berkas proton yang dibangkitkan dan dipereepat sebagai berkas internal (di dalam rongga elektrode Dee) diamati dengan mengaturposisi pengukur berkas ("beam probe") yang ada di dalam ruang vakum siklotron. Pengamatantersebut dapat memberikan informasi mengenai profil berkas proton, dinyatakan sebagai arus . listrik, sepanjang radius lintasan. Posisi radius ekstraksi berkas diasumsikan sama dengan posisi terluarpengukur berkas yang masih menunjukkan kuantitas berkas internal.
[tl ¢3]R
= L f [tl ¢2]R[ iv] i=O
Ketetapan arah berkas pacta sistem ekstraktordiamati melalui monitor di Ruang Kontrol. Adanya visualisasi noktah eahaya pada posisi septum ekstraktor merupakan indikasi terjadi penyimpangan arah berkas.
256
Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan Serta Fasililas Nuklir
Idcntifikasl Bcrkas Proton Ekstcrnal Berkas proton setelah ekstraksi, sebagai berkas eksternal, diamati dengan menggunakan penyidik berkas ("beam shutter") yang dipasang di saluran utama maupun saluran eabang pada sistem transportasi berkas (lihat Gambar 2). Pengamatan terse but memberikan informasi mengenai besamya arus berkas eksternal untuk dapat menentukan besarnya efisiensi ekstraksi.
Idcntifikasl Prom Bcrkas Proton Pada Pcrmukaan Sasaran Profi Iberkas proton pada permukaan bahan sasaran diamati seeara tidak langsung dengan proses autoradiografi. Bahan sasaran pasea iradiasi dilarutkan dengan pelarut yang sesuai untukproses radiokimia lebih Ianjut (7). Setelah proses radiokim ia selesai dan penyangga sa saran dapat dilepaskan kembali dari rangkaian proses radiokimia (7), dilakukan autoradiografi menggunakan film dari jenis Polaroid Type 52 Polapan, 400 ASA. W aktu kontakfi 1mdengan pernmkaan penyangga sasaran antara 0,5 - 2,0 menit, dengan mempertimbangkan besar keeilnya paparan radiasi permukaan penyangga sasaran. Autoradiografi ini memberikan visualisasi homogenitas dan penampang berkas proton yang sampai pada permukaaan sasaran selama proses iradiasi.
BASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN Pol a radial medan magnet yang memenuhi pola kenaikan massa relatifpartikel proton (akibat kenaikan energi kinetik) dapat diturunkan melalui persamaan berikut\8) : BR
= Bo {I - 4f12.£"2
.R2/
C2}.1I2
Serpong. 9-10 Februari 1993 PRSG, PPTKR - SATAN
PLTN
(v)
dengan BR adalah medan magnet pada radius R, fadalah frekuensi operasi tegangan elektrode untuk peneepatan proton dan C adalah keeepatan eahaya. harga f yang diperoleh pada pengoperasian siklotron dalain pereobaan ini adalah 26,83 MHz. Harga ini tidak berbeda jauh dengan spesifikasi yang dinyatakan dalain aeuan (2) yaitu sekitar 26,5 MHZ. Dengan menggunakan harga f sebesar26,83 x 106 Hz dan massa awal proton (M., energi kinetik = 0) sebesar 1,67 x 10.27 kg (8), harga B. dalam tesla (1 Tesla = 104 Gauss) dapat ditentukan melalui persamaan (ii) berikut<8): f = Q .B. / 2 IT M•................ (vi) dengan Q adalah muatan proton dalam Coulomb. Pada gambar 3 dapat dilihat pola medan magnet terhitung sepanjang radius lintasan proton (Kurva B'), sementara hasil pengukuran medan magnet menghasilkan pola medan magnet terukur seperti ditunjukkan dengan Kurva B. Pada radius awal terlihat penyimpangan pola Kurva B dari pola Kurva B' akibat terjadinya penyebaran proton pada saat dipanearkan dari tabung sumber ion pada tahapan Operasi Sumber Ion (lihat Gambar 1). Penyimpangan ini serna kin mengeeil seiring dengan upaya pemfokusan berkas proton pada tahap Tuning
Berkas Internal (Iihat Gambar 1). Upaya pemfokusan ini hams segera dilakukan sedini mungkin karena pemfokusan partikel pada radius yang Iebih besar akan lebih sulit dilakukan mengingat energi kinetiknya telah semakin tinggi (9). Di samping itu pemfokusan partikel pada radius lintasan yang lebih besar memungkinkan semakin besarnya perbedaan komulatifantara fase orbit partikel dengan fase tegangan elektrode. Apabila perbedaan fase terse but sampai lebih besar dar 90· akan terjadi perlambatan gerak partikel. Selanjutnya profil Kurva B sesuai dengan profil Kurva B'. Namun tetap ada perbedaan harga yang mengindikasikan terj adin ya beda fase antara orbit proton dengan tegangan elektrode seperti disebutkan di atas. Setelah meneapai radius lintasan sekitar 34,S em terlihat kenaikan yang tajam dari medan magnet terukur (Kurva B) sehingga melampaui medan magnetterhitung (Kurva B), namun kemudian turun lagi dengan tajam pada radius lintasan sekitar 40 - 41 em. Fenomena ini dapat dihubungkan dengan pola kurva C pada Gambar 3 dan Kurva A serta Kurva B pada Gambar 4. Kurva C pada Gambar 3 menunjukkan besamya· beda komulatiftotal antara fase orbit proton dengan fase tegangan elektrode (beda fase efektiv). Beda fase efektiv tersebut bersumber pada adanya beda fase sesaat pada setiap titik radius lintasan proton yang diakibatkan oleh perbedaan frekuensi orbit proton dan frekuensi tegangan elektrode (lihat opersamaan [i]). Terlihat bahwa pada rentang radius pengukuran tidak pernah terjadi beda fase efektiv yang meneapai - 90· maupun + 90·. Hal ini memberikan suatu jaminan bahwa selama menempuh orbitnya, berkas proton tidak mengalami efek perlambatan. Pada radius lintasan sebesar 33,S em terjadi beda fase efektiv yang maksimum untuk selanjutnya beda fase menuju 0 sampaimenjelang radius sekitar 40 em. Ini bersesuaian dengan Kurva B' yang menun jukkan kenaikan medan magnet terukur (B') seeara tajam pada radius sekitar 33,S em sampai 40 em. Kenaikan B' yang melampaui B (medan magnet terhitung) ini merupakan indikasi diperlukannya pendorongan beda fase efektiv menuju 0 menjelang berlangsungnya ekstraksi berkas proton. Beda fase efektiv sebesar 0 merupakan kondisi optimum bagi berlangsungnya ekstraksi berkas keluar dari alur orbit (8). Dengan ekstraksi berkas tersebut, berkas proton dibelokkan arahnya oleh suatu sistem deflektor, menuju sa luran transportasi berkas (Iihat Gambar 2). Pada sistem deflektorterdapat komponen preseptum yang berfungsi melindungi septum deflektor dari tumbukan berkas partikel yang diekstraksi. Ketidak tepatan posisi preseptum akan menyebabkan tidak terpenuhinya kualitas berkas partikel yang dibutuhkan, dan bahkan dapat merusakkan komponen septum dengan akibat sekunder paparan radiasi yang sangat tinggi (4). Di sisi lain, profil arus berkas internal sepanjang radius lintasan dapat memberikan indikasi ketidaktepatan posisi preseptum tersebut.
257
Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG, PPTKR - BATAN
Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasililas Nllklir
Pada Gambar 4 ditujukkan hubungan antara profil arus proton internal dengan posisi preseptum. Profil arus proton internal yang ideal ditunjukkan sebagai Kurva A, yaitu profil arus yang dihasilkan tanpa pemasangan preseptum. Terjadinya penurunan arus internal secara tajam pada radius sekitar 40,8 cm menunjukkan bahwa berkas proton terekstraksi pada radius sekitar 40,8 cm. Terjadinya sedikit kenaikan arus menjelang radius ekstraksi yang terlihat pada Kurva A (pada radius sekitar 40 cm) menunjukkan teIjadinya pemfokusan berkas yang lebih kuat pada saat berkas mendekati sistem deflektor. Fenomena pemfokusan ini bersesuaian pula dengan Gambar 3 (Kurva B') di mana terlihat bahwa harga dB' /dR menjadi negatif pada radius sekitar 40 cm. Profil arus proton internal yang ideal seperti Kurva A pada Gambar4 dapatjuga diperoleh apabila preseptum terpasang pada posisi yang tepat., yaitu melindungi septum tanpa menutup lintasan berkas proton. Pada Gambar 4, Kurva B memberikan indikasi posisi pemasangan preseptum yang cukup tepat. Pemeriksaan dan pengujian posisi preseptum ini harus dilaksanakan setiap kali telah dilakukan pembukaan atau perubahan posisi preseptum. Kurva C pada Gambar 4 menunjukkan profil arus proton internal yang tertahan oleh preseptum yang menutup sempuma lintasan berkas. Sedang Kurva D (Gambar4) menunjukkan profil arus proton internal bila preseptum tidak secara sempurna menutup lintasan berkas. Dalam hal ini terlihat adanya daerah plato di antara dua tingkat penurunan arus. Panjang daerah plato menunjukkan besarnya penyimpangan posisi preseptum terhadap posisi ideal. Karakteristik berkas proton eksternal yang penting, sebelum mencapai sistem target, adalah efisiensi ekstraksi dan kuantitas berkas. Efisiensi ekstraksi didefinisikan sebagai perbandingan antara arus proton yang terukur pada penyidik berkas pertama (lihat Gambar 2) dengan arus proton internal pada posisi radius ekstraksi (posisi terluar pengukur arus). Pada Tabell ditunjukkan bahwa efisiensi ekstraksi yang dihasilkan pada percobaan ini lebih baik dibandingkan dengan spesifikasi dalam Dokumen "Final Acceptance Test (F AT)" (2). Pada dasarnya efisiensi ekstraksi memang merupakan besaran yang senantiasa berubah pada setiap pengulangan operasi siklotron. Berbagai parameter operasi siklotron dapat mempengaruhi kuantitasi ekstraksi, misalnya posisi dan tegangan deflektor, kombinasi tegangan keempat kumparan harmonik, dan posisi saluran magnet yang menghubungkan sistem deflektor dengan saluran utama (4). Disamping belum diketahuinya secara pasti hubungan ketergantungan masing-masing parameter operasi tersebut, fluktuasi efisiensi ekstraksijuga sulit dihindari karena perubahan kuantitas berkas dapat mempengaruhi pula daya defleksi dari deflektor. Kuantitas berkas eksternal dinyatakan sebagai arus berkas proton setelah terekstraksi, dan dapat diukurpada tiga posisi berturut-turut pada penyidik berkas pertama,
penyidik berkas kedua (pengukuran pada posisi ini tidak merupakan hal penting) dan pada sistem target. Pada Tabell juga ditunjukkan hasil percobaan ini dibandingkan dengan spesifikasi dalam Dokumen (F AT) (2,4) dan dengan hasil selama periode uji fungsi (komisioning). Lebih rendahnya kuantitas berkas yang dapat dihasilkan pada percobaan ini, tidaklah berarti kegagalan fungsi operasi siklotron selama pelaksanaan percobaan, walaupun memang tetap perlu diupayakan pencapaian kuantiyas berkas yang lebih tinggi lagi. Secara kualitatif, percobaan ini bahkan menghasilkan berkas proton dengan spesifikasi yang lebih baik dibandingkan dengan spesifikasi dalam dokumen FAT ataupun spesifikasi selama periode uji fungsi. Pernyataan terse but di atas dikuatkan dengan halhal berikut : I.Tidakadajaminan keandalan sistem untukpengoperasian dalam jangka waktu panjang. Spesifikasi dalam Dokumen FAt berlaku untukpengoperasian siklotron selama 1jam, sedangkan dalam percobaan ini siklotron dioperasikan dalam waktu sekitar 6 jam. 2. Spesifikasi dalam Dokumen FA Ttidak memberikan persyaratan profil berkas pada permukaan sa saran (2,4), sedangkan hal tersebut merupakan faktorpenting untuk tujuan produksi radioisotop (4,10). Di sisi lain pelaksanaan uj i fungsi hanya didasarkan pada spesifikasi dalam Dokumen FAT. Hal yang pertama berkaitan erat dengan jaminan kualitas, baik yang berhubungan dengan komponen siklotron maupun dengan arus berkas. Berkaitan dengan hal yang kedua, pada Gambar 5 ditunjukkan 3 contoh hasil autoradiografi yang menggambarkan profil berkas proton yang sampai pada permukaan sasaran. Gambar 5(A) adalah profil proton yang dihasilkan pada periode uji fungsi siklotron untuk memenuhi spesifikasi dalam Dokumen FAT (2). Kuantitas berkas proton pada Gambar 5(A) adalah 57 J..lAdan waktu iradiasi selama 1 jam, memenuhi spesifiaksi kuantitas berkas sebesar 90 % x 90 % x 60 J..lA dan waktu iradiasi selama 60 menit (2,4). Namun untuk kepentingan produksi radioisotop, profil berkas yang terfokus sangattajam seperti Gambar 5(A) tersebut akan sangat merugikan. Gambar 5(B) dihasilkan dalam percobaan ini, dengan kuantitas berkas rata-rata sebesar 40 J..lAdan waktu iradiasi selama 6 jam. Gambar 5(C) menunjukkan profil yang ideal, sesuai dengan penampang permukaan sasaran yang terdeposit pada penyangga sasaran (10). Beberapa faktor penting terbuksi sangat mempengaruhi profil berkas pada permukaan sasaran, misalnya (4) tegangan danlatau arus pada lensa kuadrapol (primer dan sekunder), magnet pengatur arah ("steering magnet") serta magnet pembelok ("swicthing magnet"). Kombinasi variabel operasi tersebut di atas seringkali harus diubah setiap kali operasi sebagai upaya untuk menghasilkan profil berkas yang optimal. Upaya menaikkan kuantitas berkas masih tetap diperlukan untuk
258
Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamalan Serla Fasilitas Nuklir
Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG. PPTKR - BATAN
PLTN
·memperoleh efisiensi aktivasi yang lebih tinggi lagi. Namun hal ini perlu dicoba secara bertahap untuk mencegah kemungkinan kerusakan komponen deflektor. KESIMPULAN . Perbedaan harga medan magnet pembangkit proton yang terukur dari harga medan magnet menurut perhitungan relativistik dapat merupakan indikasi terjadinya perbedaan fase antara orbit proton dan tegangan elektrode. Tetapi, sepanjang radius lintasan proton perbedaan fase efektiv tidak pernah mencapai 90°. Dengan demikian tidakterjadi perlambatan pada gerakmelingkar berkas proton.
Berbagai variabel operasi siklotron memberikan pengaruh yang nyata pada karakteristik berkas proton yang dihasilkan. Untuk tujuan produksi radioisotop, berkas proton yang dihasilkan selama percobaan ini adalah lebih memuaskan dibandingkan dengan yang dihasilkan dalam periode uji fungsi. Namun upaya perbaikan lebih lanjut tetap diperlukan, khususnya untuk dapat meningkatkan kuantitas berkas eksternal pada permukaan target selama proses aktivasi berlangsung. Secara keseluruhan dapat dikatakan bahwa karaktersitik medan magnet pembangkit proton dan karakteristik berkas proton yang dihasilkan telah memenuhi aspekjaminan kualitas pengoperasian sistem siklotronCs-30 Batan untukktujuan produksi radioi~otop.
DAFTAR PUSTAKA
°,
1. S.SOENARJO, SILAKHUDIN, H. SURY ANT Majalah teknologi Industri & Bisnis, No. 47, September (1990) 11 - 13. 2. DJ. PARTINGTON, "Nuclear Mechano-Electronic Installation, Manufacturer's Manuals", Computer Technology and Amaging Inc., Procurement Package No. 45, rev. 0 (1986). 3. S. SOENARJO, "Produksi Radioisotop Dengan Siklotron", Daiklat Teknologi Produksi Radioisotop, Badan Tenaga Atom Nasional, Pusdiklat (1991). 4. S. SOENARJO, H. SURY ANTO, SILAKHUDIN, "Karaktersitik Berkas Proton Pada Pengoperasian Siklotron Batan Untuk Produksi Radioisotop", Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan Dan Teknologi Nuklir, Batan-PPNY, Yogyakarta (1991) 451 - 459. 5. H. SCHWEICKERT, Dr., Komunikasi Pribadi (1990). 6. S. SOENARJO, "Pengalaman Penanganan Fasilitas Siklotron Batan", Seminar Satu Hari Koordinasi Teknis Pembangunan Mesin berkas Elektron, PAIR, Batan, Jakarta, 25 Maret (1992). 7. S. SOENARJO, H. SURY ANTO, SILAKHUDIN, et aI, "Penggunaan Fasilitas Siklotron Batan Untuk produksi Talium-21 0", Majalah Batan, (dalam proses penerbitan). 8. U. LIVIINGOOD, "Principles of Cyclic Particle Accelerators", D. van Nostrand Company, ney York (1960) 18, 133 - 140,235 - 239. 9. G. HENRY, Ceramah Tentang Teknologi Siklotron di Computer Technology and Imaging, Berkeley, Maret (1987). 10. S. SOENARJO, H. SURY ANTO, SILAKHUDIN, "Beberapa masalah Dalam Uji Coba Siklotron Cs-30 Batan", Seminar pendayagunaan Reaktor Nuklir untuk Kesejahteraan Masyarakat, Batan - PPTN, bandung (1990). 11. W.D. BYGRA VE, P.A. TREADO, J.M. LAMBERT, "Accelerator Nuclear Physics", High Voltage Engineering Cooperation, Burlington (1970) 291 - 319.
DISKUSI GUNANDJAR Salah satu faktor penting yang sangat menentukan hasil radioisotop dari iradiasi dengan siklotron adalah flux (flux protron). Mohon dapat dijelaskan bagaimana mengatur besar/kecilnya flux proton dari siklotron. SUNARHADIJOSO Kuantitas berkas tidakdinyatakan dalam flux tetapi dalam arus. Dalam percobaan yang dilakukan, arus terbesarmencapai 48 JlA pada pada penyidik berkas pertama dan 42 JlA pada target. Arus pada lintasan melingkar (arus internal) berkisar antara 50 - 75 JlA.
259
Prosiding Seminar Teknologi dan Keselama/an Ser/a Fasililas Nuklir
APENDIKS
I. PERHITUNGAN
PLTN
Serpong. 9-10 Februari 1993 PRSG. PPTKR - SATAN
PERTAMBAHAN
ENERGI KINETIK
PROTON
Energi kinetik E (dalam Mev) partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet sebesar B' (kilo gauss) pada radius lintasan R (em) memenuhi persamaan berikut (II) : B'. R = { 3,336/ Z {J 2 Mo. C2. E + E2} [vii] dengan Z adalah muatan ion dan Mo ' C2 adalah energi diam partikel (dalam Mev). Untuk proton berlaku Z = I, sedangkan Mo' C2 = 938,219 Mev sehingga penyelesaian persamaan menghasilkan : ER ':" - 20882,683 + J{ 436086,459 x 10) + 45,516. (B')2. R2 [viii] 22,258 Pertambahan energi kinetik proton dari radius RI ke radius ~ (dengan ~ !J. ER = (ER)2 - (ER),
[vii]
> RI) dinyatakan sebagai : •••••••••••••••••••
[ix]
Karena tegangan elektrode Dee yang diperlukan untuk akselerasi berkas proton dalam pereobaan ini adalah sebesar 23,5 kY maka perbcdaan potensial antara kedua elektrode Dee adalah 2 x 23,5 kY. Untuk menempuh satu siklus orbit,(3600), berkas proton mengalami dua kali pereepatan sehingga pertambahan energi yang diperoleh setelah proton menempuh satu siklus orbit adalah 2 x 2 x 23,5 x 1 kev = 94 kev. dengan demikain pertambahan energi kinetik dari radius RJ ke radius ~ adalah : !J. ER = N. 94 kev [x]
Tabcll.
Besaran karakteristik
Pcncapalan Karaktcrsltika Pcngopcraslon Siklotron
Dokumen FAT
Profil Arus Berkas Internal Arah berkas
Uji Coba (Komisioning)
Bcrkas Proton Pada Batan. @]
Pereobaan ini
Baik
Baik
Kurang baik
baik
(ada noktah pada septum) Arus Berkas Ekstemal - Pada Penyidik Berkas 60 f!A baik) Pertama (Rata-rata)(tidak tajam 76% 57f!A - Pada Sistem Target Terfokus I Efisiensi Ekstraksi
63f!A
72 <42f!A % - 85 % <50 (Baik) Cukup f!Amerata
> 60 %
Profil Berkas pada Permukaan Sasaran
Catatan : @]. Pengoperasian siklotron untuk uji eoba hanya selama 1jam sedang pengoperasian untuk percobaan ini sampai 6 jam.
260
ERNAL
Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamalan Serla Fasilitas Nuklir
PLTN
Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG, PPTKR - BATAN
I I DEFLEKTOR ITAMA TEGANGAN BREAKER DISTRIBUSI VAKUM SISTEM AIR PANEL MAGNET OUTER SALURAN SUMBER POSISI UT AMA ARAN IONPENGATURANTEGANGAN OPERASI OPERASI OPERASI PENGATURAN PENGATURAN I SUMBER HARMONIK KUMP POSISI PENGA UT DIAL MAGNET ARAN TURAN SISTEM PENGUKUR R.F ION BREAKER SISTEM ON-OFF SUMBER ION PENGATURAN KESELAMA AN PENGATURAN IARUS I FINE CATUDAYA PENDINGllPENERAL OPERAS I I MAGNET IKUMP : PERSY ARA TAN OPERAS I : HARMONIK INNER I I
I I
I SIKLOTRON
"RUN"
I
Gambar 1. Diagram blok kendali operasi siklotron.
261
BERKAS
Salu:--an cabang
/---------/ Mesin
Siklotron
i------------/
.'
..
"
...
. ' .'
.
. ..... . . . , .. , .. . , ...
turbo
"
"
N 0\ N
Magn.e t pengatur arah
~ \
,"'-
j\.,
Saluran
pemfokus Salurcm
utc::12.
t
rl2.~:1e
pe~:-elck
,\,
Gambar 2. Bagan sistem transportasi berkas Siklotron Batan.
''\
.
-- -.•...
Prosiding Seminar Teknofogi dan Kesefamatan Serta Fasililas Nuklir
I
0
.J --< II 'd c!J ::1
~ :E: JJ ~ '-..J'ro J--'.J..J~...j--;1P>
@
1 I
j j j
~ J-1...j~I ...j
.~~J~
Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG. PPTKR - BATAN
PLTN
183ij_
90
T:
I
6
MEDHN
MHGNET
TERH!TUNG
o
MEDHN
HAGNET
TERUHUR
I
(B) (B')
BEDA FASE EFERn U ( 0
B' iI~
.-ti 1'!----1--~ 1''''-
!!:
WOOU
TI
0
'n U) ct-I ro Q) 'd ~ -r-I Ft ro~ R ct-I 'd Q) ~ Q) f.'Q
C\1
= -'..aC a--~. •.....•...
,.
i ~_ i
F
1
i
..•.
.. i
B
10
i
90
I I
40
20 Rad.ius
I
int
Gambar 3. Pola medan magnet dan beda fase efektif sepanjang radius lintasan.
263
"'"'
'-..J'
Serpong. 9-10 Febroari 1993 PRSG. PPTKR - BATAN
Prosiding Seminar Teknologi dan KeselamaUln PLTN SerUl Fasililas Nuklir
1800
1600
1200
1000 II
o
}{URVA
A
.!
}{URVA
B
tJ
KURVA
C
}{URVA
D
I
400 RADIUS
404 LINTASAH
PROTON
408
(MM.)
Gambar 4. Profil arus berkas proton internal A. Tanpa pemasangan preseptum B. Pre septum terpasang pada posisi yang tepat C. Preseptum menutup sempurna lintasan berkas. D. Preseptum menutup tak sempurna lintasan berkas
264
41
Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamawn Serla Fasililas Nuklir
PLTN
Serpong, 9-10 Febniari 1993 PRSG. PPTKR - BATAN
(A)
(B)
(0)
Gambar 5. Contoh Profil berkas pada permukaan sasaran. A. Dihasilkan pada peri ode uji fungsi (komisioning). B. Dihasilkan pada percobaan ini. C. Profil yang ideal
265
Ke Daftar Isi
