PENGARUH PERUBAHAN ENERGI TERHADAP RESPON DOSIS THERMOLUMINESCENCE DOSIMETER (TLD) MENGGUNAKAN SIMULASI MONTE CARLO

UNIVERSITAS INDONESIA

PENGARUH PERUBAHAN ENERGI TERHADAP RESPON DOSIS THERMOLUMINESCENCE DOSIMETER (TLD) MENGGUNAKAN SIMULASI MONTE CARLO

RINGKASAN SKRIPSI

YUNITA AFRIANTI 0806399312

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PROGRAM STUDI FISIKA DEPOK 2012

Pengaruh perubahan..., Yunita Afrianti, FMIPA UI, 2013

2

Nama

: Yunita Afrianti

NPM

: 0806399312

Pembimbing I: Supriyanto Ardjo Pawiro M.Si., Ph.D Pembimbing II: Heru Prasetio, M.Si Judul

: Pengaruh Perubahan Energi Terhadap Respon Dosis Thermoluminisensi

Dosimeter

(TLD)

Menggunakan

Simulasi Monte Carlo Judul

: Effect of change in the energy of the dose response thermoluminescence dosimetry (TLD) using Monte Carlo Simulation Abstrak

Penelitian yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh energi 10 keV hingga 1500 keV terhadap nilai respon dosis thermoluminisence dosimeter (TLD) LiF : Mg Ti menggunakan simulasi user kode Monte Carlo yaitu DOSXYZnrc telah dilakukan. Pemodelan dilakukan dengan meletakkan TLD di medium udara dengan jarak 100 cm dari sumber radiasi dan luas lapangan radiasi 30 cm x 30 cm dalam simulasi DOSXYZnrc. Dalam simulasi sumber dianggap sebagai berkas paralel dan tegak lurus terhadap permukaan detektor. Pada pengukuran ini, nilai hamburan nilainya kecil sehingga dapat dianggap diabaikan dan tidak mempengaruhi dosis pada TLD 100. Hasil simulasi menunjukkan bahwa respon dosis TLD sangat tergantung pada variasi energi berkas, nomor atom efektif (Zeff),and komposisi material TLD. Selain itu, kemampuan absorpsi TLD juga dipengaruhi oleh ketebalannya. Kata kunci : Monte Carlo, DOSXYZnrc, dosis, TLD


3

Abstract The study of the influence energy in the range of 10 KeV to 1500 KeV to a dose response of thermoluminescence dosimeter (TLD) 100 LiF : Mg Ti. The study was done using Monte Carlo Simulation with DOSXYZnrc code has been done. The TLD was simulated took placed in the air medium with source to object distance of 100 cm from the radiation source and filed size of 30 cm x 30 cm. The geometry of radiation sources was assumed as parallel beams and perpendicular with detector surface. In the calaculation, the the scattering in air is very small so it was neglected and did not affect the dose to the TLD 100. The simulation results indicated that the TLD’s response depend on the energy of beams, effective atomic number and compound composition of TLD. On the other hand, the absorption of TLD is also affected by its thickness. Keywords : Monte Carlo, DOSXYZnrc, dose, TLD I. Pendahuluan Untuk mengukur dosis radiasi yang dikeluarkan oleh pesawat radiasi seperti sinar-x dibutuhkan detektor. Detektor yang umum digunakan dalam radioterapi adalah detektor kamar ionisasi (ionisation chamber), dioda semikonduktor, film radiochromic, termoluminesensi (TL), dan lain-lain. Penggunaan detektor kamar ionisasi atau diode semikonduktor paling sering digunakan karena dapat langsung mendapatkan hasil radiasi. Namun, adakalanya pengukuran yang melibatkan kabel sulit untuk dilakukan, misalnya dalam penumbra berkas atau pada kedalaman yang sangat dangkal sehingga dosimetri film, TL dosimeter, gel baik untuk digunakan. [Waldeland & Malinen, 2011] Dalam pengukuran dosis radiasi in vivo, detektor termoluminisensi LiF: Mg Ti (TLD-100) merupakan detektor yang paling sering digunakan dalam pengukuran radiasi. Thermoluminisensi Dosimeter (TLD) sendiri


4

merupakan salah satu detektor yang dapat digunakan dalam mengitung dosis serap. TLD telah diakui oleh IAEA dan WHO pada tahun 1969 sebagai dosimetri skala internasional yang dapat digunakan dalam perhitungan penyerapan dosis pada radioterapi dan radiodiagnostik. Menurut Mc. Kinlay, TLD adalah proses pengukuran radiasi pada material yang

berbentuk

kristal

untuk

menyerap

energi

yang

kemudian

dipancarkan sebagai cahaya tampak jika dipanaskan. Material TLD termasuk ke dalam golongan alkali halida yang didoping dengan magnesium dan titanium yang berfungsi sebagai aktivator dan banyak terdapat di alam namun hanya beberapa yang dapat digunakan dalam pengukuran radiasi sedangkan TLD yang digunakan dalam pengukuran personal harus memiliki nomor atom efektif (Zeff) yang hampir sama dengan jaringan manusia yakni 7,4 yakni LiF. Berdasarkan

materialnya,

TLD

menunjukkan

ketergantungan

terhadap energi [Vestad dkk, 2004. Waldeland, 2010a]. Oleh sebab itu, untuk meningkatkan keakurasian kualitas radiasi dilakukan penelitian respon dosis TLD dengan variasi energi yang dilakukan menggunakan simulasi Monte Carlo DOSXYZ di BATAN (Badan Tenaga Nuklir Nasional). Respon dosis pada TLD dapat didefinisikan ketergantungan dosis serap yang diterima oleh detektor (TLD) terhadap energi yang digunakan atau energi relatif monoenergi dengan radiasi untuk referensi kualitas (biasanya digunakan sinar gamma pada 60Co atau 137Cs) [Attix, 1986]. Apabila ketergantungan energi tinggi berarti faktor koreksinya besar berdasarkan nilai kalibrasi absolut pada referensi kualitas berkas. Untuk memperkuat data dan hypothesis diatas, dalam penelitian ini dilakukan simulasi Monte Carlo DOSXYZ untuk mengetahui respon dosis pada TLD LiF : Mg Ti terhadap variasi energi dari 10 keV hingga 1500 keV. Hasil penelitian ini akan digunakan dalam tahap awal pembuatan metode estimasi respon dosis TLD pada spektrum kontinyu.


5

II. Metode Penelitian Penelitian yang dilakukan terdiri dari beberapa tahapan pemodelan geometri antara lain: 1. Pemilihan Geometri Sumber Pancaran sumber radiasi yang mungkin terjadi adalah geometri sumber paralel dan isotropik. Pada studi kasus terhadap jarak tempuh radiasi yang terjadi pada saat radiasi menembus medium TLD, sudut geometri sumber isotropik yang mencapai titik terjauh (tepi) sebesarr 89,9o sehingga jika dibulatkan menjadi 90o setara dengan sudut pada sumber paralel. Oleh karena itu, untuk memudahkan perhitungan maka geometri sumber yang digunakan pada penelitian ini adalah sumber paralel seperti Gambar 3.1. Pada Metode berkas sumber paralel, intensitas radiasi yang terpancar akan sama pada semua titik TLD sehingga akan mendapatkan dosis yang sama pula. 2. Pemilihan Geometri Fantom Pemilihan geometri fantom yakni menentukan material fantom dan bentuk yang digunakan serta koordinat pada kartesian. TLD yang digunakan berbahan LiF dengan ukuran 3 mm x 3 mm x 1 mm diletakkan di tengah permukaan fantom. Fantom yang digunakan berbahan udara sejauh 100 cm dari sumber. Penggunaan udara pada fantom dimaksudkan agar tidak ada gangguan hamburan dari mana-

Gambar 3.1 Metode Berkas Sumber Paralel


6

(a)

(b)

Gambar 3.2 (a). Pemodelan pengukuran. (b). Peletakkan TLD pada koordinat

pun sehingga nilai yang diperoleh merupakan besar dosis yang terpancar

dari

sumber.

Pada

posisi

penyinaran,

posisi

TLD

didefinisikan dalam koordinat dengan posisi X = 2, Y = 2 dan Z = 1 seperti pada gambar 3.2

3. Pemilihan Energi Energi yang digunakan pada penelitian ini adalah energi foton monoenergi. Energi yang digunakan dari 10 keV hingga 1500 keV. Pemilihan variasi energi disebabkan energi terendah yang mungkin pada penyinaran sinar-x dalam aplikasi medis adalah 10 keV dan energi tertinggai yang mungkin pada penyinaran sinar gamma pada aplikasi medis adalah 1330 keV yakni pada pesawat cobalt.


7

Setelah

melakukan

pemodelan

geometri

eksperimen,

dilakukan

pengukuran yang dilakukan secara tidak langsung atau simulasi menggunakan simulasi Monte Carlo DOSXYZnrc. Sebelum menjalankan simulasi, dilakukan pemasukan data untuk komposisi material, geometri fantom, geometri sumber, parameter simulasi, dan jumlah history. Data yang dimasukkan pada komposisi material yakni udara untuk mendefinisikan fantom dan lingkungan, LiF untuk TLD dan batasan energi yang dapat dihitung pada simulasi untuk elektron maupun foton. Parameter simulasi dengan mengaktifkan interaksi yang mungkin terjadi (efek fotolistrik, efek Compton, hamburan Rayleigh dan produksi pasangan) dan jumlah history 10 8.

III. Hasil dan Pembahasan Hasil simulasi menggunakan perhitungan data material PEGS4 diperoleh probabilitas interaksi radiasi dengan material TLD seperti gambar 4.1. Probabilitas interaksi ini menunjukkan bahwa pada rentang energi 10 keV-100 keV terjadi interaksi fotolistrik yakni interaksi foton dengan elektron dimana energi foton seluruhnya diserap oleh elektron agar dapat lepas dari atom. Efek Compton terjadi pada > 100 keV karena interaksi foton dengan elektron tapi tidak semua energi diserap oleh elektron untuk terlepas dari atom sehingga sebagian energi sisa digunakan untuk berinteraksi dengan elektron lain yang disebut proses ionisasi sekunder. Sedangkan hamburan Rayleigh dan produksi pasangan tidak banyak berkontribusi karena pada hamburan raylegh yang terjadi pada 10 keV- 110 keV nilainya kecil dan produksi pasangan mulai terjadi pada 1,02 MeV. Probabilitas interaksi yang terjadi pada TLD 100 mempengaruhi nomor atom efektif (Zeff) dimana semakin besar energi yang diberikan maka semakin banyak jumlah elektron bebas yang keluar dari ikatan kovalen.


8

Gambar 4.1 Probabilitas interaksi pada TLD 100 Respon dosis TLD 100 pada gambar 4.2 dipengaruhi oleh energi datang yang mempengaruhi interaksi yang terjadi pada TLD dan nomor atom efektif (Zeff) TLD, komposisi material pada TLD 100 yang dibuktikan oleh Edward dkk pada tahun 2005 yakni material yang memiliki nomor atom

efektif

sama

namun

komposisi

materialnya

berbeda

akan

mempengaruhi nilai dosis dan kemampuan absorbs TLD tergantung pada ketebalan.


9

Gambar 4.2 Respon Dosis TLD 100 IV. Kesimpulan Berdasarkan hasil pengukuran dan pembahasan data penelitian pada penyerapan dosis TLD, dapat disimpulkan bahwa respon dosis TLD sangat tergantung pada variasi energi. Ketergantungan ini dipengaruhi oleh beberapa parameter antara lain  Energi yang datang sehingga mempengaruhi jenis interaksi yang terjadi pada material dan nomor atom efektif (Zeff) material berkaitan dengan interaksi foton yang terjadi pada material  Komposisi material yang digunakan  Kemampuan absorpsi TLD dipengaruhi oleh ketebalannya


10

Daftar Acuan Attix, F.H., (1986). Introduction to Radiological Physics and Radiation Dosimetry. John Wiley & Sons, Inc. Bielajew AF. (1993). How to manage the EGS4 system. National Research Council of Canada report PIRS-0391, Ottawa. Bielajew AF. (1993). Running EGS4 on different architectures. National Research Council of Canada report PLRS-0392, Ottawa. Bushberg Jerrold T, Anthony Sieberst, Edwin M Leidholdt, John M Boone. (2002).The Essential Physics of Medical Imaging. Philadelphia, USA. C.-M. Ma, P. Reckwerdt, M. Holmes, D. W. O. Rogers, and B. Geiser. (1995). DOSXYZ Users Manual. NRC Report PIRS 509b. Edwards. C R, Mountford. P J, Green. S, Palethrope. J E, and Moloney A J.

The

low

energy

X-ray

response

of

the

LiF:Mg:Cu:P

thermoluminescent dosemeter: a comparison with LiF:Mg:Ti. University Hospital Birmingham, Edgbaston, Birmingham. I. Kawrakow, E. Mainegra-Hing, and D. W. O. Rogers. (2006). EGSnrcMP: the multi-platform environment for EGSnrc. Technical Report PIRS–877, National Research Council of Canada, Ottawa, Canada. International Atomic Energy Agency (2006). Basic Radiation Physics. Mc Gill University, Montreal : IAEA J. A. Treurniet and D. W. O. Rogers. (1999). BEAM, DOSXYZ and BEAMDP GUI User’s Manual. NRC Report PIRS 0623(rev A) Ma C-M, Reckwerdt F, Holmes M, Rogers DWO, Geiser B, Walters B. (1998). BEAM users manual. NRCC report PIRS-0509B (Rev. C), Ottawa Mc Kinlay A. F, (1981). Thermoluminescent Dosimetry. Medical Physics Handbook N°5,Adam Hilger, Ltd Olarinoye

I.O.

(2011).

Effective

atomic

numbers

of

some

thermoluminescence and phantom materials with photon energies.


11

Department of Physics, Federal University of Technology, Minna, Nigeria Podgorsak, E.B. (2005). Radiation Oncology Physics:A Handbook for Teachers and Student. IAEA. Austria : IAEA. Rogers DWO, Faddegon BA, Ding GX, Ma C-M, We J. BEAM: (1995). a Monte Carlo code to simulate radiotherapy treatment units. Med Phys;22(5):503-524. Sujadi, Dede .(2007). Pengukuran dosis optimum penyinaran sinar x untuk radiografi terhadap keselamatan pasien. Pusat penelitian Kalibrasi, Instrumentasi dan Metrologi LIPI. Taylor. ML, RL Smith, F Dossing and RD Franich. (2012). Robust calculation of effective atomic numbers: The Auto-Zeff software, Medical Physics 39 1769-1778. Applied Physics RMIT University, Australia. Verdianto, Ariono . (2012).

Peningkatan akurasi proses pembacaan

detector TL pada TLD reader harshaw model 3500. Depok : Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia. Vestad, T.A., Malinen, E., Olsen, D.R., Hole, E.O., Sagstuen, E., (2004). Electron paramagnetic resonance (EPR) dosimetry using lithium formate in radiotherapy: comparison with thermoluminescence (TL) dosimetry using lithium fluoride rods. Physics in Medicine and Biology 49, 4701-4715. Waldeland. Einar, Malinen. Eirik .(2011). Review of the dose-to-water energy dependence of alanine and lithium formate EPR dosimeters and LiF TL-dosimeters e Comparison with Monte Carlo simulations, Department of Medical Physics, Oslo University Hospital, The Norwegian Radium Hospital, Norway.


PENGARUH PERUBAHAN ENERGI TERHADAP RESPON DOSIS THERMOLUMINESCENCE DOSIMETER (TLD) MENGGUNAKAN SIMULASI MONTE CARLO

Recommend Documents