Daftar isi Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Serpong, 20 Nopember 2007
Rekayasa
Perangkat
ISSN 1693-3346
Nuklir
REKAYASA PERISAI RADIASI GAMMA PADA PEMANFAATAN ISOTOP
137
Cs 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, timbal
oksida
dicampur
dengan
digiling,
dibuat
yaitu karet alam fase padat dan
kompon,
dan divulkanisasi
dengan
belerang. Pengujian daya serap terhadap radiasi gamma dilakukan dengan menggunakan isotop I37Cs dan 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 I37Cs dan 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 lead oxide. The variation
of lead oxide compositions are
130
of natural rubber
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Serpong, 20 Nopember 2007
Rekayasa
Perangkat
ISSN 1693-3346
Nuklir
formerly at 100 part per one hundred rubber (pphr) up to 700 pphr at intervals by 100 pphr. The dimension manufacturing
of the samples
= 15 x IS x 0,22 cm. The
are: length x width x thick
method of the composite were carried out by conventional style, where the
natural rubber solid phase and lead oxide mix by milling, made compound, test. Results of these experiments equivalent
to the absorption
and vulcanized
by sulfur. Isotope 137Cs and 60Co were used in these
show that the absorption
strength of composite
700 pphr composition
is
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
kegiatan yang memanfaatkan
radiasi nuklir merupakan
faktor
utama dalam
setiap
radiasi tersebut sebagai sarana kerjanya. Demikian pula pad a
pemanfaatan radiasi gamma yang berasal dari isotop137Cs atau 60Co untuk keperluan terapi kanker, diusahakan diiradiasi,
sedemikian
sedangkan jaringan
sehingga hanya jaringan
yang terkena kanker saja yang
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 nyaman Lembaran
dipakai,
pelat timbal
ini dapat disusun sesuai dengan rekomendasi
mm, 0,5 mm atau 0,75 mm. sulit
dikembalikan
[1]
nyaman
jika
Namun untuk pelat
ke bentuk
timbal sering dilapisi kertas. tidak
ini dapat dibuat dengan
dipakai
semula,
ketebalan
sekitar 0,125 mm.
atau katalog, yaitu setebal 0,25
timbal
sehingga
I mm. Agar
tebal 0,125 mm, bila jatuh
untuk mengantisipasi
hal ini pelat
Dampaknya adalah pelat timbal menjadi kaku,
sehingga
dan tidak dapat mengikuti bentuk tubuh. Bahan lain yang
lebih tleksibel jika digunakan, yaitu bahan vinil timbal
131
[2].
Tetapi bahan ini merupakan
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Serpong, 20 Nopember 2007
Rekayasa
Perangkat
Nuklir
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 perLmi
~\
2. Pancaran radiasi yang digunakan 4. Daerah Penyinaran
Gambar 1. Perisai radiasi gamma pada terapi kanker payudara. karena merupakan merusak
bahan yang selalu terbarukan,
lingkungan.
Sedangkan
pemilihan
sehingga
timbal
penggunaannya
oksida,
karena
bahan
tidak akan 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
ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
DASAR TEORI Sebagai menyerap
bahan perisai radiasi nuklir, maka lembaran
komposit
ini hams mampu
radiasi gamma. Mekanisme penyerapan tidak lain adalah berpindahnya
radiasi gamma kepada bahan tersebut, akibat adanya
energi
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 un sur 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
utamanya
berfungsi
sedangkan
timbal oksida sebagai bahan pengisi (filler)
sebagai penyerap radiasi gamma.
Selain itu diperlukan
dan
pula pelat
timbal dengan berbagai ketebalan yang akan digunakan dalam uji ekivalensi daya serap terhadap radiasi gamma.
Peralatan Peralatan mencampur
yang
digunakan
antara
lain alat
pencampur
yang
digunakan
untuk
bahan komposit, alat vulkanisasi, alat uji mekanik yang digunakan untuk uji
kuat tarik, kekerasan, perpanjangan tetap dan perpanjangan 137Cs dan 60CO, dan
unit pencacah
radiasi
gamma untuk uji daya serap serta cetakan
yang digunakan untuk membuat sampel komposit.
133
putus, sumber radiasi gamma
0
C
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Serpong, 20 Nopember 2007
Rekayasa
Perangkat
ISSN 1693-3346
Nuklir
Pelaksanaan Sebelum dibuat sampel, dihitung da- hulu nilai koefisien serapan energi 0,662 MeV dan
1,33 MeV, masing-masing
massa unsur untuk
merupakan energi gamma dari
dan 60CO. [6] untuk keperluan perhitungan, hanya digunakan
137CS,
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
dengan asumsi bahwa pada rentang dua energi
menggunakan
regresi linier,
diatas dan dibawah energi
Tabel 1. Koefisien serapan massa dan massa jenis unsur utama komposit Unsur E=0,662 MeV
0,0557 0,1540 0,0558 E=I,33 MeV p, 2,25 0,0570 11,34 8,99.10-) 1,429.1O-~ 0,0775 0,1108 gr/cm3 0,1093 cm2/gram ~p,
isotop
tersebut,
serapan
linier unsur, senyawa, dan komposit
persamaan
1[7].
(~P)senyawa
=L
dengan:
Wi
(~p)i
Wi
energi dapat dianggap linier.
(~P)I
Selanjutnya
untuk
berbagai
dapat dihitung koefisien komposisi, menggunakan
(I)
= fraksi berat unsur dalam senyawa = 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
ketebalan. Perhitungan daya serap OS menggunakan persamaan 2 berikut[8].
134
komposisi, dan
ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
Daya serap : DS
=
dengan:
(1-e-~X) x 100
%
(2)
J..l
= koefisien serapan linier komposit, em-I
x
= tebal komposit, em
Metoda
pembuatan
dengan
cara
sampel dilakukan
digiling
secara bersama-sama.
wama telah kelihatan dihasilkan
merata
ini dipotong
belerang,
pada
kompon,
sekitar 1300C, dan
sekitar 6 menit. Kemudian
baik
apabila
dipres
yang
dengan
belum
divulkanisasi.
divulkanisasi
tekanan
dengan
100 kg/em2, selama
yang meliputi
ke-kerasan,
kuat
tetap dan perpanjangan putus, serta daya serapnya terhadap radiasi
ngan SNI 06-4999-1999, shore[9J.
I37CS
Penentuan
Sedang-kan
4966-1999, Penentuan termo-plastik(lOJ.
dinyatakan
kemudian
sampel diuji sifat fisiknya
gamma yang berasal dari isotop
durometer
yaitu komposit
sesuai dengan eetakan, dan
suhu
tarik, perpanjangan
Pencampuran
dalam lembaran yang diperoleh. Lembaran komposit yang
ini masih berupa
Kompon
dengan eara blending, yaitu karet alam dieampur
dan 60Co. Pengujian kekerasan dilakukan sesuai dekekerasan
karet vulkanisat
dengan menggunakan
pengujian kuat tarik dilakukan sesuai dengan SNI 06-
sifat-sifat tegangan dan regangan dari karet vulkanisat dan karet
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 sekitar 540 volt, dan kemudian Berkas
radiasi
peneaeahan
yang
kembali.
masuk
pada tegangan
operasinya, yaitu
berkas radiasi gam-ma yang masuk ke detektor dicacah. adalah
I.
Selanjutnya
Jumlah cacah yang terdeteksi
sampel
dan dilakukan
adalah 10. Oemikian
diulang untuk sam pel yang lain, dan untuk pelat timbal dengan ketebalan yang berbeda.
135
diambil
kegiatan
ini
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
1
Gambar 2. Tataletak pengujian daya serap komposit terhadap radiasi gamma I. kontainer 2. sumber radiasi 3. shielding 4. Detector 5. penampil
HASIL
DAN PEMBAHASAN
Hasil perhitungan tercantum
P,
/-l,
daya serap terhadap radiasi gamma berdasar teori seperti
dalam Tabel 2. Nilai dalam Tabel 2 tersebut diperoleh
menggunakan persamaan
persamaan
dengan perhitungan
I, sedangkan daya serap terhadap radiasi gamma menggunakan
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
137
Cs 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 serap
tersebut
percobaan
sekitar 10%. Deviasi hasi I perhitungan
nilai
daya
daya serap berdasar teori dan
kira-kira 10%. Deviasi sebesar ini masih dalam batas toleransi. Nilai koefisien
serapan linier
/-l
yang diperoleh berdasar
136
0,1 1 TS* 0,75 1,95 1,7 1,3 0,5 0,25
100 400 600 200 700 300 TS* 500
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
Tabel 2. Hasil pengujian
daya serap sam pel tebal 0,22 em
ISSN 1693-3346
thd. sumber gamma 137Cs
berdasar teori 0.0997 0,1035 0,1030 0,4264 0,3886 4,43 8,15 0,1014 0,1023 0,1038 0,4598 4,79 3,56 6,28 7,30 0,0965 0,2363 2,44 3,27 5,07 4,02 8,95 0,2949 0,3448 3,04 0,1664 1,75 p, gr/em3 Daya serap, % f.!,9,62 em"' ~p, em2/gr Komposisi pphr
Tabel 3. Hasil pengujian daya serap pelat timbal thd. sumber gamma I37CS
-6279 8700 7059 7452 7985 9207 8472 9319 9253 32,62 24,25 20,03 14,31 6,64 9,09 1,20 0,70 Daya serap, % eps 1 netto, Tebal pelat, mm
*tanpa pelat timbal
Tabel4. HasH pengujian daya seraf: sampel komposit karet alam timbal oksida terhadap sumber gamma 37CS
- serap, 9324 % 1 netto, eps 9319 8734 8913 9317 8499 8471 8996 0,0002 6,28 4,36 0,0007 8,80 3,47 9,10 Daya Komposisi sampel, pphr
*tanpa sam pel komposit
137
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Serpong, 20 Nopember 2007
Rekayasa
Perangkat
ISSN 1693-3346
Nuklir
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 ketebalan Ketebalan
komposit
dengan komposisi
ini dapat diperoleh
/l tersebut diperoleh
700 pphr kira-kira sebesar 0,9 em atau 9 mm.
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 komposisi
dengan volume karet alam sebagai matrik komposit. Pada
ini, daya serap komposit
se-kitar
10,47 %, sehingga
ketebalan
kom-posit
sebagai perisai sekitar 8,8 mm. Jika dilakukan dengan referensi
pembandingan
ekivalensi
daya serap antara komposit
yang dibuat
[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.
/l, em
Tabel 5. Hasil pengujian daya serap sampel tebal 0,22 em terhadap sumber gamma 60Co berdasar teori -I 0.0587 0,0578 0,0580 0,0577 0,0576 0,0582 0,1953 0,2375 0,1390 0,2550 0,2180 0,1694 4,68 5,46 4,21 3,66 5,09 3,01 3,77 4,43 2,91 3,37 2,37 0,0596 0,1028 1,72 4,12 2,24 p, gr/em3 Daya serap, % Komposisi pphr Ilip, cm2/gr
Tabel 6. Hasil pengujian daya serap sampel komposit karet alam timbal oksida 138
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Serpong, 20 Nopember 2007
Rekayasa
Perangkat
Nuklir
ISSN 1693-3346
had .b - 4990 4862 4822 4839 4860 5125 %1 netto, cps 4830 4872 5,92 5,28 4,94 5,13 5,71 5,17 Daya 2,62 serap, Komposisi sam pel, pphr
*tanpa sam pel komposit
Tabel 7. Hasil pengujian daya serap pelat timbal thd. sumber gamma 60Co -3904 3424 4075 34087 607 4366 7951 netto, 4421 22,55 7,80 18,41 7,53 1,23 11,69 14,17 serap, % cps Tebal pelat,Daya mm
*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 referensi
yang digunakan,
yaitu untuk
komposit
700 pphr yang memenuhi kriteria 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 Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
untuk sumber gamma dari sedemikian
J37Cs
ISSN 1693-3346
ma-upun 60Co, lembaran komposit tersebut dapat disusun
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 Amsterdam,
4.
Materials, Elsevier,
1989
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, jakarta, 2000
140
BSN,
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangk:.t Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
LEMBAR
ISSN 1693-3346
T ANY A - JAW AB
PERT ANY AAN : Dari Ngatino
Bagaimana aplikasi penempatan perisai radiasi ?
JA WABAN
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
