reaktor dan akselator

    BAB I

    PENDAHULUAN


    A.    LATAR BELAKANG

                Perkembangan teknologi nuklir adalah salah satu prestasi yang paling signifikan dari abad kedua puluh. Teknologi nuklir saat ini digunakan di hampir semua bidang dan aspek kehidupan kita dari obat-obatan, untuk manufaktur dan konstruksi, untuk menyalakan barang-barang rumah tangga biasa, dan untuk menghasilkan listrik untuk lebih dari 16% dari kebutuhan seluruh dunia. Karya perintis dari Marie dan Pierre Curie dalam mengungkap zat dengan sifat yang sebelumnya tidak dikenal, yang mereka menciptakan istilah radioaktif, membuka banyak kesempatan lapangan baru. Penemuan Curie adalah hasil dari keyakinan Marie Curie bahwa bijih-bijih uranium bijih yang terkandung lain, lebih aktif, substansi dari uranium. Dalam beberapa bulan mulai menganalisis bijih-bijih uranium pada tahun 1898, Marie Curie telah mengisolasi dua elemen yang sebelumnya tidak diketahui. Dia bernama polonium pertama, setelah negara asalnya Polandia; kedua ia disebut radium, dalam menanggapi radioaktivitas intens. Aplikasi praktis dalam penelitian ilmiah untuk radioisotop diikuti dari penemuan ini pada periode dari tahun 1920 sampai awal 1930-an. Namun, beberapa radioisotop alami yang tersedia sangat terbatas ruang lingkup apa yang mungkin. Potensi penuh tidak menyadari sampai radioisotop dapat diproduksi artifisial.

                Transformasi satu unsur menjadi unsur lain pertama kali ditunjukkan oleh Rutherford pada tahun 1919 ketika ia mengarahkan partikel alpha yang berasal dari sampel polonium ke gas nitrogen dan mendeteksi proton yang dipancarkan. Kemajuan besar pertama terjadi pada tahun 1934 dengan penemuan siklotron oleh Ernest Lawrence di Berkeley, California. Dengan mesin ini digunakan untuk mempercepat deuteron untuk kecepatan yang sangat tinggi, menjadi mungkin untuk menciptakan ketidakstabilan nuklir yang kita ketahui sekarang adalah prasyarat untuk radioaktivitas. Dengan mengarahkan sinar deuteron bergerak cepat pada target karbon, Lawrence memicu reaksi yang mengakibatkan pembentukan radioisotop dengan waktu paruh 10 menit.

                Akselerator memainkan peran yang sangat penting dalam penelitian yang diarahkan pada pengembangan dan kemajuan material untuk aplikasi energi. Penelitian tentang bahan untuk aplikasi energi mencakup spektrum yang luas dari kimia dan fisika topik, seperti sintesis material baru, karakterisasi struktural dan mekanistik, optimasi, pemanfaatan dan penurunan kinerja. Teknik berbasis akselerator memberikan sinar X, neutron atau elektron balok untuk menginterogasi bahan dan sifat mereka dan balok ion untuk menginduksi kerusakan, yang sangat relevan dengan pengembangan baterai, sel bahan bakar, tenaga matahari dan nuklir.

                Reaktor nuklir pertama kali dibangun oleh Enrico Fermi pada tahun 1942 di Universitas Chicago. Hingga sat ini telah ada berbagai jenis dan ukuran rekator nuklir, tetapi semua reaktor atom tersebut memiliki lima komponen dasar yang sama, yaitu: elemen bahan bakar, moderator netron, batang kendali, pendingin dan perisai beton.

    Reaktor nuklir merupakan tempat berlangsungnya reaksi fisi yang dihasilkan dari interaksi neutron dengan  . Proses fisi diawali dari gerakan neutron termal menumbuk inti  yang menyebabkan inti atom menjadi tidak stabil dan kehilangan bentuknya, kemudian membela menjadi unsur-unsur yang lebih kecil sambil melepaskan energy sekitar 200 MeV dalam bentuk panas dan membebaskan 2-3 neutron baru.









    B.     RUMUSAN MASALAH

                Rumusan masalah pada makalah ini yaitu:

    1.      Apa definisi dari akselerator?

    2.      Apa saja jenis-jenis akselerator?

    3.      Apakah manfaat dari akselerator?

    4.      Apa definisi dari reaktor?

    5.      Apa saja bagian-bagian dari sebuah reaktor?

    6.      Apa contoh reaktor di indonesia?



    C.     TUJUAN

          Tujuan dari penulisan ini yaitu sebagia berikut:

    1.      Mengetahui apa yang maksud  dengan akselerator.

    2.      Mengetahui jenis-jenis dari akselerator.

    3.      Mengetahui manfaat dari akselerator.

    4.      Menegetahui apa yang dimaksud dengan reaktor.

    5.      Mengetahui bagian-bagian dari reakto.

    6.      Mengetahui contoh dari rektor yang ada di Indonesia














    BAB II

     PEMBAHASAN


    A.    AKSELATOR


    1.      DEFINISI AKSELERATOR

                            Akselerator partikel adalah alat utama untuk mempelajari struktur dasar materi. Dalam eksperimen fisika energi tinggi, partikel seperti proton atau elektron dipercepat hingga puluhan dan ratusan GeV dan bertabrakan satu sama lain atau ke target tetap. Partikel baru diciptakan dari tabrakan energi tinggi, dan interaksi dan sifat mereka yang diteliti menggunakan detektor canggih. Tabel 1 berikut menyajikan karakteristik akselerator.

                Fungsi utama dari akselerator partikel adalah untuk memasok energi untuk partikel bermuatan, dan energi ini disediakan dalam sebagian besar kasus, kecuali akselerator saat ini dan induksi langsung, dengan cara rongga resonan. Ini mempercepat rongga atau mempercepat struktur dasarnya terdiri dari satu atau lebih mempercepat sel di mana medan elektromagnetik dapat mengirimkan energi untuk partikel bermuatan.

    Tabel 1. Karakteristik Akselerator



    2.      JENIS-JENIS AKSELERATOR

    a)      Siklotron (Cycloytron)

    Siklotron merupakan perangkat yang dugunakan untuk percepatan partikel energi reaksi nuklir. Siloktron pertama kali digunakan untuk keperluan medis yang digunakan di Washington University pada tahun 1941 untuk memproduksi isotope fosfor, zat besi, arsen dan belerang. Pada pertengahan tahun 1950-an di rumah sakit Hammersmith, London mengoperasikan Siklotron untuk produksi radionuklida. Pada bidang kedokteran telah berkembang akselerator siklotron ion positif dan negatif untuk keperluan produksi radionuklida juga. Inovasi dari Siklotron sendiri terdiri beberapa jenis yaitu siklrotron superkonduktor, tandem akselerator kaskade dan linacs energi rendah.

    Siklotron ditemukan oleh Ernest O. Lawrence pada tahun 1929 yang dikembangkan oleh mahasiswa di University of California pada tahun 1930 dan mulai beroperasi pada tahun 1932. Siklotron terbesar di dunia berada di University of British Columbia, Vancouver, Kanada. Siklotron terbesar itu berdiameter 18 m yang terdiri dari 4000 ton magnet. Siklotron ini menghasilkan bidang 0,46 T, 23 MHz medan listrik, 94 kV tegangan yang digunakan untuk mempercepat arus 200 μA.

                            (a)                                                                                (b)

    (Sumber: IAEA, 2009)

    Gambar 1. Siklotron (a) mesin isotop kecil tunggal (mesin deuteron dirancang untuk menghasilkan hanya 15O untuk studi PET) (b) siklotron 500 MeV di TRIUMF di Vancouver, Kanada (mesin penelitian multi-tujuan besar).

    (Sumber: IAEA, 2009)

    Gambar 2.  Bagian kerja internal siklotron modern.

    v  Prinsip Operasi Siklotron

          siklotron terdiri dari empat sistem:

    o   Magnet resistif yang dapat menciptakan medan magnet dari 1-2T;

    o   Sistem vakum ke 10-5 Pa;

    o   Sistem frekuensi tinggi (sekitar 40 Mhz) menyediakan tegangan dengan nilai puncak sekitar 40 kV, meskipun angka-angka ini dapat bervariasi untuk sistem yang berbeda;

    o   Sumber ion yang dapat mengionisasi hidrogen untuk membuat proton gratis serta deuterium dan α partikel.

                Siklotron menggunakan teori termodinamika untuk menghasilkan partikel berenergi yang cukup tinggi dalam ruang yang relatif terbatas.

    Teori termodinamika menyatakan bahwa frekuensi rotasi suatu partikel bermuatan bergerak dalam medan magnet dari radius orbitnya. Energi partikel meningkat sebagai akibat dari meningkatnya kecepatan partikel. Percepatan ruang siklotron ditempatkan di antara kutub medan magnet homogen, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

    (Sumber: IAEA, 2008)

    Gambar 3. Struktur dari siklotron menunjukkan magnet, struktur 'dee' dan sumber ion.

                Medan magnet siklotron menyebabkan partikel bergerak pada orbit lingkaran. Ion diproduksi dalam sumber ion di tengah mesin dan dipercepat keluar dari pusat. Ion-ion yang dipercepat oleh frekuensi tinggi medan listrik melalui dua atau lebih elektroda berongga disebut 'dees'. Ion-ion dipercepat ketika mereka lolos dari satu dee menuju arah selanjutnya (depan) melalui celah antara dees. Karena frekuensi rotasi partikel tetap konstan sebagai akibat dari energi partikel meningkat, diameter orbit meningkat sampai partikel dapat diekstraksi dari tepi luar mesin. Batas pada energi partikel ditentukan secara langsung dengan diameter pada muka kutub magnet. Siklotron energi tinggi telah dibangun, namun, untuk sebagian besar energi proton kurang dari sekitar 70 MeV.
    v  Alur Kerja Siklotron

                Banyak hal yang harus dipertimbangkan dalam alur kerja dari sebuah aklselerator. Hal ini sangat penting untuk meminimalkan paparan radiasi dan peningkatan efisiensi kerja dari sebuah akselerator dengan memberikan kelancaran arus ke unit pengolahan. Prosesnya dilakukan dengan langkah memberikan jarak yang cukup dekat antara langkah sebelum dan sesudahnya. Pendekatan lain yaitu dengan menggunakan transportasi terlindung untuk pemindahan dosis tanpa kontak langsung dengan manusia.

    (Sumber: IAEA, 2009)

    Gambar 4. Tekanan dan radiasi yang ideal di fasilitas siklotron.

    v  Siklotron saat ini

                Teknologi siklotron meningkat secara signifikan selama beberapa waktu terakhir. Siklotron sekarang dikendalikan oleh komputer yang menghasilkan berbagai macam isotope.

    b)     Siklotron superkonduktor

                Prinsip-prinsip dasar pengoperasian mesin ini adalah sama dengan siklotron konvensional. Menggunakan magnet superkonduktor, siklotron ini dapat dibuat sangat kompak tetapi mereka harus dipertahankan pada suhu helium cair. Berat magnet adalah sekitar 1/5 dari berat magnet untuk siklotron konvensional. Karena magnet superkonduktor kebutuhan daya yang lebih sedikit.

    Medan magnet yang lebih tinggi menyebabkan orbit untuk jarak dekat bersama-sama. Partikel yang dipercepat adalah H-, sehingga sistem ekstraksi menggunakan foil stripper.


    c)      Sinkrotron

                Sinklotron electron pertama kali dibangun oleh Edwin McMillan pada tahun 1945, meskipun Vladimir Veksler (tidak diketahui McMillan) sudah menerbitkannya pada jurnal Soviet tahun 1944. Proton sinklotron dirancang pertama kali oleh Sir Marcus Oliphant dan dibangun tahun 1952. Sinklotron merupakan turunan dari siklotron yaitu jenis akselerator siklik dimana medan magnet membentuk partikael dengan lintasan tertutup bergantung waktu yang diintegrasikan dengan energi kinetik partikel. Sinklotron merupakan akselerator partikel versi modern yang paling kuat. Jenis sinklotron terbesar adalah dengan panjang lingkar 27 kilometer atau 17 mil Large Hdron Collider di Jenewa, Swiss, dibangun pada tahun 2008 oleh Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir (CERN). Ditunjukkan pada gambar 5.

    Energi tertinggi sejauh ini telah dicapai baru-baru ini di LHC (CERN Large Hadron Collider yang merupakan collider proton-proton dengan 14 TeV pusat energi massa)

    Sumber: https://iononfaccioniente.files.wordpress.com/2014/06/cern-lhc-new.jpg

    Gambar 5. Area Akselerator Sinklotron CERN di Jenewa, Swiss

    v  Prinsip Sinklotron

                Sebuah cincin penyimpanan adalah tipe khusus dari sinkrotron di mana energi kinetik dari partikel dipertahankan konstan. Sebuah sumber cahaya sinkrotron adalah kombinasi dari jenis akselerator elektron yang berbeda, termasuk cincin penyimpanan di mana radiasi elektromagnetik yang diinginkan dihasilkan. Radiasi ini kemudian digunakan dalam percobaan stasiun yang terletak di beamlines yang berbeda.

    (Sumber: https://teachers.web.cern.ch/teachers/archiv/HST2002/brochures/bitu/accelerators.htm)

    Gambar 6. Posisi komponen-komponen akselerator dari sinklotron

    Selain cincin penyimpanan, sumber cahaya sinkrotron biasanya berisi akselerator linear (LINAC) dan sinkrotron lain yang kadang-kadang disebut penguat dalam konteks ini. LINAC dan booster digunakan untuk berturut-turut mempercepat elektron energi terakhir mereka sebelum mereka magnetis "ditendang" ke dalam cincin penyimpanan. Sumber cahaya sinkrotron secara keseluruhan kadang-kadang disebut "synchrotrons", meskipun hal ini secara teknis tidak benar.

    (Sumber: www.accelerators-for-society.org/about-accelerators/index.php?id=21)

    Gambar 7. Kompleks Akselerator CERN

                Collider siklik juga dikombinasikan dengan jenis akselerator yang berbeda, termasuk dua di antaranya berpotongan dengan cincin penyimpanan dan masing-masing di area sebelum akselerator. Sementara siklotron klasik menggunakan kedua medan magnet konstan dan frekuensi medan elektromagnetik konstan (bekerja dengan pendekatan klasik), penggantinya siklotron isochronous, bekerja dengan variasi lokal dari medan magnet, mengadaptasi massa relativistik meningkatnya partikel saat akselerasi.

                Dalam sebuah sinkrotron, adaptasi ini dilakukan dengan memvariasikan kuat medan magnet yang bergantung waktu, bukan dalam ruang. Untuk partikel tak berkecepatan cahaya, frekuensi medan elektromagnetik dapat berubah mengikuti waktu sirkulasi non-konstan mereka. Dengan meningkatkan parameter ini sesuai sebagai partikel memperoleh energi, jalur sirkulasi mereka dapat tetap konstan seperti yang dipercepat.

                Sementara synchrotrons pertama dan cincin penyimpanan seperti Cosmotron bentuk toroida, dengan prinsip fokus yang kuat secara independen ditemukan oleh Ernest Courant dan Nicholas Christofilos memungkinkan pemisahan lengkap pedal gas ke komponen dengan fungsi khusus di sepanjang jalur partikel, membentuk jalur ke poligon melingkar. Beberapa komponen penting diberikan oleh rongga RF untuk percepatan langsung, magnet dipol (bending magnet) untuk defleksi partikel (untuk menutup jalan), dan quadrupole / sextupole magnet untuk balok fokus.

                Kombinasi medan magnet yang bergantung waktu dan prinsip fokus yang kuat memungkinkan desain dan pengoperasian fasilitas akselerator modern skala besar seperti colliders dan sumber cahaya sinkrotron. Bagian lurus sepanjang lintasan tertutup difasilitas tersebut tidak hanya diperlukan untuk ruang frekuensi radio, tetapi juga untuk detektor partikel (dalam colliders). Energi maksimum akselerator siklik yang dibenamkan biasanya dibatasi oleh kekuatan maksimum medan magnet dan jari-jari minimum (kelengkungan maksimum) dari jalur partikel. Jadi salah satu metode untuk meningkatkan batas energi adalah dengan menggunakan magnet superkonduktor, ini tidak dibatasi oleh kejenuhan magnetik. akselerator elektron/positron juga dapat dibatasi oleh emisi radiasi sinkrotron, akibatnya dapat menghilangkan sebagian energi kinetik balok partikel.

                Akselerator lebih kuat ketika dibangun dengan jalur radius lebih besar dan menggunakan banyak rongga microwave. Partikel yang lebih ringan (seperti elektron) akan kehilangan sebagian besar energinya ketika dibelokkan. Jadi, energi elektron akselerator/positron dibatasi oleh hilangnya radiasi ini. Energi akselerator juga dibatasi oleh kekuatan magnet dan biaya pembuatannya.


    d)     SLAC (Stanford Linear Accelerator Centre)

                Stanford Linear Accelerator Centre (SLAC) adalah akselerator linear dengan sistem RF (radio frekuensi). SLAC didirikan pada tahun 1962 dan berada di atas tanah seluas 426 hektar (1,72 km2) yang merupakan milik Stanford University di Sand Hill Road di Menlo Park, California dibagian barat kampus utama Universitas. Akselerator utama adalah akselerator linear RF yang dapat mempercepat elektron dan positron hingga 50 GeV dengan panjang 2,0 mil (± 3,2 km seperti yang ditunjukkan pada gambar 5), dan diklaim menjadi akselartor terpanjang di dunia. Akselerator utama dibenamkan 30 kaki (sekitar 10 meter) di bawah tanah dan telah beroperasi sejak tahun 1966. Ditunjukkan pada gambar 8.

                Satu dekade setelah SLAC didirikan, Stanford Synchrotron Radiation Laboratory (SSRL) didirikan sebagai Pengguna Fasilitas Nasional. SSRL menjadi bagian dari SLAC pada tahun 1992. Tahun 1994, proyek Positron-Electron II dimulai, untuk membangun Asymmetric B Factory. Fasilitas SLAC berganti nama menjadi SLAC National Accelerator Laboratory pada tahun 2009. Namun, akronim asli SLAC dipertahankan. Untuk parameter akslerator SLAC ditunjukkan pada tabel 1.

   

    (a)



       

   






    (b)

    (Sumber: https://iononfaccioniente.wordpress.com/2014/06/24/from-cern-cern-announces-lhc-restart-schedule/)

    Gambar 8: Akselerator SLAC (a) tampak bagian dalam ruangan (b) tampak dari atas udara

    Tabel 2. Parameter SLAC

    e)      Linear Accelerator (LINAC)

                Akselerator linear Modern (LINAC) adalah perangkat yang menghasilkan sinar X berenergi tinggi (MV) dan berkas elektron (MeV) yang dilengkapi dengan multi kolimator (MC) yang digunakan untuk memblokir perangkat. Linac ini digunakan untuk pengobatan kanker dengan sistem dosis radiasi tertentu. Dasar dari terapi radiasi didasarkan pada interaksi antara materi dan radiasi (energi). Selama interaksi antara materi dengan radiasi terjadi proses ionisasi. Ketika sel-sel mendapatkan paparan yang cukup (terionisasi), maka terjadi pemecahan DNA, dan kemudian sel-sel tersebut mati. Dengan demikian interaksi antara radiasi dan materi menunjukkan ilmu fisika radiasi dapat diaplikasikan pada pengobatan kanker. Radiasi yang dihasilkan oleh LINAC memiliki banyak keunggulan dibandingkan mesin X-ray tradisional atau unit Cobalt-60 lainnya (

    (Sumber: IAEA, 2008)

    Gambar 9: Partikel bermuatan positif ditarik ke ruang elektroda a dan kemudian didorong keluar sebagai fase bidang percepatan berubah.

                Linacs medis akselerator siklik yang mempercepat elektron untuk energi kinetik 4-25 MeV menggunakan microwave RF non-konservatif dalam rentang frekuensi dari 103 MHz (pita L) sampai 104 MHz (pita X), dengan sebagian besar berjalan pada 2856 MHz (pita S). Dalam LINAC, elektron dipercepat pada lintasan lurus dalam struktur khusus yang disebut accelerating waveguides. jalur linier elektron sama, relatif rendah, perbedaan potensial beberapa kali; maka linacs juga jatuh ke kelas akselerator siklik, seperti mesin siklik lain yang menyediakan jalur melengkung untuk partikel dipercepat (misalnya betatrons). Daya tinggi bidang RF yang digunakan untuk percepatan elektron di pandu mempercepat diproduksi melalui proses perlambatan elektron dalam memperlambat potensi dalam perangkat dievakuasi khusus yang disebut magnetron dan klystrons. Berbagai jenis LINAC yang tersedia untuk penggunaan klinis. Beberapa memberikan sinar X hanya di kisaran megavoltage rendah (4 atau 6 MV), sementara yang lain menyediakan baik sinar X dan elektron di berbagai energi megavoltage. Sebuah khas modern yang LINAC energi tinggi akan memberikan dua energi foton (6 dan 18 MV) dan beberapa energi elektron (misalnya 6, 9, 12, 16 dan 22 MeV).

    v  Prinsip operasi

                Prinsip percepatan yang digunakan dalam semua akselerator adalah bahwa partikel bermuatan energinya selalu berubah ketika didekatkan dengan medan listrik. Pada LINAC, perubahan energi dipengaruhi oleh tegangan bolak-balik yang diberikan pada posisi yang tepat untuk mempercepat partikel. Dalam prakteknya, ini dicapai dengan penggunaan ruang elektroda disebut drift tubes (tabung aliran), yang memungkinkan partikel mengalir pada kecepatan konstan dalam tabung dan kemudian dipercepat diantara tabung. Partikel dipercepat oleh medan listrik yang berlawanan dengan muatan partikel. Partikel melewati tabung hampa, fase medan listrik berubah di ujung tabung, partikel dipercepat dengan dorongan dari bidang yang kini memiliki tanda yang sama dengan partikel. Hal ini ditunjukkan pada Gambar. 3.1.

                Hal yang membantu untuk menjaga waktu percepatan adalah apa yang disebut sebagai fase stabilitas. Tegangan pada setiap tahap akselerator dapat diatur sehingga tegangan maksimum hanya diberi setelah partikel telah melewati titik tertentu.

    f)       Generasi LINAC

                Selama 40 tahun terakhir, linacs medis setidaknya sudah ada lima generasi yang berbeda. Lima generasi tersebut memperkenalkan fitur baru berikut:

    F foton energi rendah (4-8 MV

    F foton energi Menengah (10-15 MV) dan electron

    F foton energi tinggi (18-25 MV) dan elektron

    F foton energi tinggi dan elektron: dioperasikan dengan komputer.

   

    (Sumber: E.B. Podgorsak (IAEA), 2005)

    Gambar 10. Linac Medis


    v  Komponen linacs yang modern

                Sistem operasional Linac mempunyai lima bagian utama yang diluar dari mesin, yakni:

    F Gantry;

    F Gantry stand or support;

    F Modulator cabinet;

    F Patient support assembly (i.e. treatment table);

    F Control console.

                Diagram skematik modern LINAC medis  S ditunjukkan pada gambar 10. Diagram menujukan letak dari komponen sebuah LINAC. Namun, ada perbedaan yang signifikan dari satu mesin komersial dengan ynag lain, bergantung pada output berkas elektron energi kinetik serta pada desain tertentu yang digunakan oleh produsen.

                 Panjang accelerating waveguide tergantung pada elektron energi kinetik akhir, dan berkisar dari ~ 30 cm di 4 MeV untuk ~ 150 cm pada 25 MeV. Balok utama membentuk komponen dari LINAC medis modern biasanya dikelompokkan menjadi enam kelas:

    o   Sistem injeksi;

    o   Sistem pembangkit listrik RF;

    o   Accelerating waveguide;

    o   Sistem Auxiliary;

    o   Sistem Beam transportasi;

    o   Beam collimation dan sistem pemantauan balok        

    (Podgorsak E.B. - IAEA, 2005)

                LINAC menggunakan teknologi microwave (seperti yang digunakan untuk radar) untuk mempercepat elektron pada bagian pedal gas yang disebut panduan gelombang (WG). WG Struktur adalah energi pada frekuensi gelombang mikro yang paling umum pada 3000 MHz (100 mm gelombang-panjang di ruang bebas), kemudian memungkinkan elektron dipercepat berbenturan dengan target logam berat sebagai akibat dari transmisi sinar-X berenergi tinggi yang dihasilkan dari target. Sinar-X tersebut diarahkan pada tubuh pasien dan mengambil bentuk seperti ukuran tumor dengan kolimator. Balok keluar dari pedal gas melalui gantry, yang  dapat diputar disekitar pasien. Pasien diletakkan pada sofa pengobatan yang dapat bergerak kesegala arah. Radiasi dapat diarahkan pada area tumor dari sudut manapun dengan memutar gantry dan memindahkan sofa pengobatan. Saat ini dalam manajemen perawatan kanker, radioterapi merupakan modal penting untuk pengobatan. Dengan demikian, pengobatan tumor dapat dilakukan dengan sangat mudah, bahkan dengan bentuk tumor yang tak beraturan dengan organ penting sekitarnya dapat dilakukan dengan menggunakan teknik radioterapi modern seperti radioterapi konformal tiga dimensi (CRT 3D), modulasi intensitas radioterapi (IMRT) dan lain-lain.



    (Sumber: E.B. Podgorsak (IAEA), 2005)

    Gambar 11. Struktur modern (RFQ) tabung LINAC untuk produksi radionuklida.

                Hasil pengobatan radiasi secara langsung berkaitan dengan presesi dalam dosis disampaikan kepada pasien yang tergantung pada keakuratan data balok (beam) yang digunakan dalam proses perencanaan pengobatan (Treatment Planning System/TPS). Data ini diperoleh selama komisioning awal LINAC dan diperlakukan sebagai data standar untuk penggunaan klinis dan harus diverifikasi secara berkala seperti yang dijelaskan oleh Task Group-40 protocol oleh fisikawan medis yang memenuhi syarat untuk memastikan bahwa parameter mesin tidak berubah selama operasi normal. Pengujian penerimaan menyiratkan proses verifikasi dari mesin berdasarkan pedoman produsen untuk bagian yang sangat kecil data balok sedangkan komisioning adalah proses di mana set lengkap data diperoleh yang akan digunakan untuk perawatan pasien.

                LINAC dapat digunakan untuk terapi (pengobatan) setelah selesai beberapa metode ilmiah yang memuaskan disebut sebagai pengujian pre-commissioning. Ini termasuk mesin uji mekanis tertentu, radiasi tes dosimetrik spesifik dan tes keselamatan radiasi. Proses commissioning LINAC untuk penggunaan klinis meliputi pengukuran komprehensif parameter dosimetrik yang diperlukan untuk memvalidasi sistem perencanaan pengobatan yang digunakan untuk memilih modalitas radiasi yang optimal dan teknik pengobatan untuk setiap pasien Hal ini penting untuk memiliki dataset minimal yang mencakup persentase dosis kedalaman (PDD), distribusi isodosis dan karakterisasi output untuk serangkaian ukuran lapangan (FS). Gambar 11 menunjukkan salah satu LINAC untuk keperluan medis.

    (Sumber: http://hdwallpapersfactory.com/high-definition-wallpaper/linac-20a-20picture-nice-here-one-with-starfield-desktop-hd-wallpaper-544694/)

    Gambar 12: linac untuk keperluan medis

    v  Linacs saat ini

                Pada akhir 1980-an, Departemen Pertahanan Amerika Serikat didukung penelitian dan pengembangan akselerator baru berdasarkan teknologi 'Star Wars'. Ada tiga proyek yang didanai, yang semuanya dari desain linier. Tujuannya adalah untuk memanfaatkan teknologi yang bisa menghasilkan partikel energi yang rendah. Akselerator baru ini adalah sebagai pengganti berenergi rendah (<10 data-blogger-escaped-arus="" data-blogger-escaped-berkas="" data-blogger-escaped-dengan="" data-blogger-escaped-ma="" data-blogger-escaped-mev="" data-blogger-escaped-peningkatan="" data-blogger-escaped-span=""> Aplikasi Sains International Corporation, San Diego, California, berencana membangun 8 MeV 3He2 + RFQ akselerator. Fitur unik termasuk kesederhanaan dalam desain dan operasi dengan bidang neutron rendah dari akselerator (tanpa neutron yang melekat dari partikel mempercepat atau yang memanfaatkan reaksi nuklir - (3He, 4He) dan (3He, p)). Mesin memiliki energi partikel 10 MeV. Accsys Technology Inc, Pleasanton, California, mengusulkan LINAC juga didukung oleh RFQ, tapi mempercepat proton. Berbagai energi dapat dicapai dengan memvariasikan panjang akselerator (menambahkan pada ruang percepatan). Science Research Laboratory Inc., Somerville, Massachusetts, mengusulkan 3-4 MeV tandem cascade akselerator (TCA), yang akan mempercepat deuteron untuk 15O dan produksi 13N, serta proton untuk 18F produksi.

                TCA adalah akselerator elektrostatik dibangkitkan dengan ion negatif yang melewati stripper biaya untuk dikonversikan ke ion positif, dan ganda energi untuk beda potensial yang sama. Pada saat yang sama, Ion Beam Aplikasi, Louvain-la-Neuve, Belgia, membangun 3 MeV D + siklotron yang didedikasikan untuk produksi 15O. Beberapa ini cyclotron kecil telah berada di Eropa. Dari mesin Star Wars, hanya TCA dibangun, dipasang dan dioperasikan secara rutin untuk menghasilkan radioisotop untuk PET.

    g)      Mikrotron

                Mikrotron adalah akselerator elektron yang menggabungkan fitur LINAC dengan siklotron. Konsep Microtron yang dikembangkan oleh V.I. Veksler pada tahun 1944, dan mesin yang digunakan dalam radioterapi modern, meskipun pada tingkat yang jauh lebih kecil dari linacs.

    (Sumber: E.B. Podgorsak (IAEA), 2005)

     Gambar 13: Dua akselerator siklik: (a) betatron dan (b) siklotron.

    Dua jenis Mikrotron telah dikembangkan yaitu:

    o   Mikrotron melingkar

    o   Mikrotron lintasan lurus.

                Dalam Mikrotron melingkar kelebihannya pada energi elektron dari rongga resonan microwave dan peningkatan radius dalam medan magnet. Untuk menjaga partikel dalam fase dengan daya microwave, ruang tegangan, frekuensi dan medan magnet disesuaikan sedemikian rupa sehingga ketika electron melewati setiang bidang dari ruang potensial, elektron memperoleh kenaikan energi, sehingga peningkatan waktu melintasi di area magnetik sama dengan jumlah integral siklus microwave.

                Dalam Mikrotron lintasan lurus magnet dibagi menjadi dua bagian berbentuk D yang dipisahkan untuk memberikan fleksibilitas yang lebih besar dalam mencapai injeksi elektron yang efisien dan mendapatkan energi yang lebih tinggi per orbit melalui penggunaan multi-ruang percpatan, strukturnya seperti yang digunakan dalam linacs. Orbit elektron terdiri dari dua setengah lingkaran dan dua bagian lurus.

    h)     Betatron

                Betatron ini dikembangkan pada tahun 1940 oleh D.W. Kerst sebagai akselerator elektron siklik untuk penelitian fisika dasar. Namun, potensi untuk digunakan dalam radioterapi baru disadari setelahnya. Mesin terdiri dari magnet yang diberi tegangan oleh arus bolak-balik pada frekuensi antara 50-200 Hz. Elektron yang dihasilkan beredar di toroidal (berbentuk donat) ruang vakum yang ditempatkan pada celah di antara dua kutub magnet. Sebuah diagram skematik betatron ditunjukkan pada gambar 13 (a).

             

    (Sumber: Stanley Humphries, Jr., 1999)

    Gambar 14. Kesamaan antara betatrons dan akselerator induksi linier. (a) LINAC induksi sirkulasi dengan dua rongga percepatan. (b) induksi sirkulasi LINAC dengan isolasi inti yang mengisi area yang tersedia di dalam balok orbit. (c) betatron dengan single core dan titik pemberian daya tunggal     

                Secara konseptual, betatron dapat dianggap sebagai analog dari transformator yakni arus utamanya adalah arus bolak-balik yang menarik magnet dan arus sekundernya adalah arus elektron yang beredar di ruang vakum (donat). Elektron dipercepat oleh induksi medan listrik dengan fluks magnet yang berubah dalam magnet. Elektron tetap dalam orbit lingkaran oleh medan magnet ini.

                Pada tahun 1950 betatron memainkan peranan penting dalam megavoltage radioterapi. Namun, pengembangan linac mendorong betatron terlupakan karena lebih banyak kelebihan yang ditawarkan oleh linac atas betatron, seperti: Output balok jauh lebih tinggi (hingga 10 Gy/menit untuk linacs dibandingkan 1 Gy/menit untuk betatron); ukuran yang lebih besar; pemasangan isocentric penuh; desain yang lebih kompak; dan pengoperasian yang lebih tenang (tidak bising).

    Grafik 1: Energi akselerator dari tahun ke tahun.

    i)        Van de Graaff akselerator

                Van de Graaff merupakan akselerator paling umum jenis self-excited. Generator self-excited mengacu pada apa yang terjadi ketika dua materi yang berbeda tergabung dan kemudian ditarik terpisah. Generator terdiri dari berpengetahuan luas terminal tegangan tinggi terisolasi dari potensi tanah pada kolom isolasi dan biaya sistem menyampaikan terdiri dari satu atau lebih sabuk tak berujung datar bahan berjalan antara terminal dan tanah isolasi. Muatan listrik diangkut oleh belt ke dalam ruang terminal, dimana ia akan dihapus. Tegangan maksimum yang dapat dipertahankan pada terminal hanya bergantung pada geometri dan dielektrik dari medium isolasi sekitarnya. Generator van de Graaff asli telah dipatenkan oleh Van de Graaff. Diagram dari generator van de Graaff ditunjukkan pada gambar 15.

                Pelletron merupakan akselerator van de Graaff paling modern dikembangkan pada pertengahan 1960-an sebagai perbaikan atas sabuk pengisian tua. Sabuk ini menderita sejumlah kesulitan operasional, termasuk ketidakstabilan tegangan terminal dan kerentanan yang memicu kerusakan. Selain itu, mereka menghasilkan debu belt yang mengharuskan sering membersihkan di dalam tangki akselerator. Rantai cepat terbukti lebih tahan lama dibandingkan ikat pinggang, sambil menghasilkan stabilitas terminal lebih besar daripada yang pernah mungkin dilakukan sebelumnya. Rantai juga menghilangkan masalah debu belt.

                Rantai tidak membatasi tegangan pada terminal utama, dan itu digunakan di akselerator elektrostatik hingga di atas 25 MV. Saat ini akselerator van de Graaff digunakan terutama untuk penelitian fisika dan jarang digunakan untuk produksi radionuklida.

    (Sumber: IAEA, 2008)

    Gambar 15. Diagram Skematik dari akselerator Van De Graff


    3.      MANFAAT AKSELERATOR

                Sekarang ini akselerator partikel mempunyai peranan yang sangat penting dalam kehidupan manusia baik dalam bidang industri, kedokteran, lingkungan, dan keamanan nasional maupun IPTEK  modern. Menurut Peter Rosen, Director High Energy and Nuclear Physics, Office of Science, US Departement of Energy sampai saat ini ada sekitar 15.000 akselerator partikel telah dikonstruksi yang berada diberbagai negara digunakan untuk litbang dan aplikasi bidang industri. Sepertiga dari akselerator ini digunakan dalam bidang kedokteran, dan sisanya digunakan dalam bidang aplikasi industri. Rincian data jenis dan aplikasi akselerator tidak disebutkan namun hal ini sangat masuk akal karena pada tahun 1996 ada sekitar 10000 akselerator sedangkan sejak saat itu kebutuhan akan mesin implantor ion dan MBE (mesin berkas elektron), dan akselerator Linac untuk medis sangat meningkat.  

                Menurut M. Senthilkumar berdasarkan hasil survei yang dilakukan oleh Scharf dan Chomicki pada tahun 1996 terdapat 10.000 akselerator telah dibuat yang berada di berbagainegara digunakan untuk keperluan litbang dan aplikasi industri seperti ditunjukkan pada Tabel 3. Akselerator dari energi rendah (ratusan keV) hingga sangat tinggi (&gt; GeV) telah dibuat untukmenghasilkan berkas ion, elektron, maupun radiasi sinkrotron.

    Tabel 3.  Akselerator  partikel di berbagai belahan dunia (sampai tahun 1996).


    Kategori Akselerator
       

    Jumlah yang digunakan

    Akselerator medik dengan

    energi &gt;1 GeV
       

    112


    Radiotherapy
       

    &gt;4000

    Litbang biomedical
       

    800

    Produksi radioisotop medic
       

    &gt;200

    Akselerator elektron di industri
       

    1500

    Impantasi ion
       

    &gt;2000

    Litbang dan aplikasi modifikasi

    Permukaan
       

    &gt;1000

    Sumber radiasi sinkrotron 50

    Jumlah
       

    ~10.000


    Grafik 2. Aplikasi akselerator elektron


    B.      REAKTOR


    1.      Reaktor Nuklir

    Reaktor nuklir pertama kali dibangun oleh Enrico Fermi pada tahun 1942 di Universitas Chicago. Hingga sat ini telah ada berbagai jenis dan ukuran rekator nuklir, tetapi semua reaktor atom tersebut memiliki lima komponen dasar yang sama, yaitu: elemen bahan bakar, moderator netron, batang kendali, pendingin dan perisai beton.

    Reaktor nuklir merupakan tempat berlangsungnya reaksi fisi yang dihasilkan dari interaksi neutron dengan  . Proses fisi diawali dari gerakan neutron termal menumbuk inti  yang menyebabkan inti atom menjadi tidak stabil dan kehilangan bentuknya, kemudian membela menjadi unsur-unsur yang lebih kecil sambil melepaskan energy sekitar 200 MeV dalam bentuk panas dan membebaskan 2-3 neutron baru. Hasil reaksi fisi lainnya adalah dua nuklir lebih ringan (disebut fragmen fisi), dan beberapa sinar gamma dan neutrino.  Neutron-neutron baru hasil fisi mengalami proses perlambatan dalam media moderator dan menjadi neutron termal. Sebagian inti majemuk yang dihasilkan pada reaksi pembelahan bersifat tidak stabil dan mengalami peluruhan radioaktif menuju inti yang lebih stabil. Contoh reaksi fisi nuklir dan gambar reaksi fisi sebagai berikut:

    Berikut gambar reaksi fisi:

    Gambar 2.1.Reaksi fisi

    Fungsi reaktor fisi dibedakan menjadi dua, yaitu reaktor penelitian dan reaktor daya. Pada reaktor penelitian, yang diutamakan adalah pemanfaatan netron hasil pembelahan untuk berbagai penelitian dan iradiasi serta produksi radioisotop. Panas yang ditimbulkan dirancang sekecil mungkin sehingga panas tersebut dapat dibuang ke lingkungan. Pengambilan panas pada reaktor penelitian dilakukan dengan sistem pendingin,yang terdiri dari sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder. Panas yang berasal dari teras reaktor diangkut oleh air di sekitar teras reaktor (sistem pendingin primer) dan dipompa oleh pompa primer menuju alat penukar panas. Selanjutnya panas dibuang ke lingkungan melalui menara pendingin (alat penukar panas pada sistem pendingin sekunder). Perlu diketahui bahwa antara alat penukar panas, sistem pendingin primer atau sekunder tidak terjadi kontak langsung. Sementara, pada reaktor daya, panas yang timbul dari pembelahan dimanfaatkan untuk menghasilkan uap yang bersuhu dan bertekanan tinggi untuk memutar turbin.

    Salah satu reaktor nuklir di indonesia adalah reaktor kartini (PSTA-BATAN REAKTOR KARTINI). Pada penjelasan tentang reaktor kartini ini juga memuat berbagai penjelasan lebih mendalam tetang reaktor, bagian-bagian reaktor dan sistem serta aplikasi dari reaktor itu sendiri.

    2        Sejarah PSTA-BATAN Reaktor Kartini

    Ø  Sejarah PSTA-BATAN

    Kegiatan pengembangan dan pengaplikasian teknologi nuklir di Indonesia diawali dari pembentukan Panitia Negara untuk Penyelidikan Radioaktivitet tahun 1954. Panitia Negara tersebut mempunyai tugas melakukan penyelidikan terhadap kemungkinan adanya jatuhan radioaktif dari uji coba senjata nuklir di lautan Pasifik.

                Dengan memperhatikan perkembangan pendayagunaan dan pemanfaatan tenaga atom bagi kesejahteraan masyarakat, maka melalui Peraturan Pemerintah No. 65 tahun 1958, pada tanggal 5 Desember 1958 dibentuklah Dewan Tenaga Atom dan Lembaga Tenaga Atom (LTA), yang kemudian disempurnakan menjadi Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN) berdasarkan UU No. 31 tahun 1964 tentang Ketentuan-ketentuan Pokok Tenaga Atom. Selanjutnya setiap tanggal 5 Desember yang merupakan tanggal bersejarah bagi perkembangan teknologi nuklir di Indonesia dan ditetapkan sebagai hari jadi BATAN.

                Pada perkembangan berikutnya, untuk lebih meningkatkan penguasaan di bidang iptek nuklir, pada tahun 1965 diresmikan pengoperasian reaktor atom pertama (Triga Mark II) di Bandung. Kemudian berturut-turut, dibangun pula beberapa fasilitas litbangyasa yang tersebar di berbagai pusat penelitian, antara lain Pusat Penelitian Tenaga Atom Pasar Jumat, Jakarta (1966), Pusat Penelitian Tenaga Atom GAMA, Yogyakarta (1967), dan Reaktor Serba Guna 30 MW (1987) disertai fasilitas penunjangnya, seperti: fabrikasi dan penelitian bahan bakar, uji keselamatan reaktor, pengelolaan limbah radioaktif dan fasilitas nuklir lainnya.

                Sementara itu dengan perubahan paradigma pada tahun 1997 ditetapkan UU No. 10 tentang ketenaganukliran yang diantaranya mengatur pemisahan unsur pelaksana kegiatan pemanfaatan tenaga nuklir (BATAN) dengan unsur pengawas tenaga nuklir (BAPETEN). Kemudian terakhir, berdasarkan Keppres No. 197 tahun 1998, Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN)diubah menjadi Badan Tenaga Nuklir Nasional tanpa merubah singkatan.

    Logo BATAN sendiri juga mengalami beberapa kali perubahan, di bawah ini merupakan logo BATAN terbaru yaitu tahun 2014.

    Gambar 2.1. Logo BATAN






    Ø  Sejarah reaktor Kartini

    Reaktor Kartini termasuk reaktor TRIGA yaitu sebuah reaktor tipe kolam yang bisa dipasang tanpa gedung, dan didesain untuk digunakan institusi ilmiah dan universitas untuk keperluan pendidikan tinggi, riset swasta pribadi, tes tidak merusak, dan produksi isotop . Reaktor TRIGA sebuah reaktor nuklir kelas kecil yang didesain dan dibuat oleh General Atomics dari Amerika Serikat. Nama TRIGA sendiri adalah kependekan dari "Training, Research, Isotopes, General Atomics". Tim desain untuk TRIGA dipimpin oleh ahli fisika Freeman Dyson.

    Gambar 2.2. Reaktor kartini dan system reaktor kolam (http://www.batan.go.id/berita/gambar/opator00.jpg)

    Reaktor Kartini berada di Pusat Sains dab Teknologi Akselerator (PSTA) – BATAN Yogyakarta. Lokasi PSTA terletak pada Km 7 disebelah timur Yogyakarta, ± 500 meter masuk ke sebelah utara jalan Yogyakarta – Solo. Tempat ini termasuk wilayah Kabupaten Sleman, Kecamatan Depok, Kelurahan Catur Tunggal. Luas komplek PSTA termasuk pengembangannya sebesar ± 12 ha. Pembangunan reaktor Kartini dimulai pada akhir tahun 1974. Pelaksana pembangunan seluruhnya ditangani oleh tenaga-tenaga ahli BATAN yang didalam pelaksanaannya ditugaskan kepada sebuah kelompok yang disebut Team Pembangunan reaktor yang dibentuk menurut SK Dirjen BATAN No. 119/DJ/13/XI/1974 tertanggal 13 Nopember 1974. . Reaktor Kartini mencapai kondisi kritis untuk pertama kalinya pada hari Kamis 2 Januari 1979 jam 17.40 WIB, diresmikan oleh Bapak Presiden RI. Pada tanggal 1 Maret 1979. Fungsi utama adalah untuk sarana penelitian, produksi isotop pendidikan dan latihan kader-kader dalam bidang reaktor. Operasi reaktor telah dilakukan pada tingkat daya 100 Kwatt.

    Reaktor Kartini menggunkaan bahan bakar  U-235 dan neutron yang menyebabkan reaksi pembelahan adalah neutron termal. Neutron termal diperoleh dengan memperlambat neutron hasil belah melalui suatu moderator hidrogen. Disain reaktor Kartini didasarkan pada sistem reaktor kolam, yaitu reaktor di mana elemen-elemen bahan bakar dan teras berada pada dasar tangki yang berisi air. Dipilih disain semacam ini karena tipe ini mempunyai kelebihan dalam hal: sederhana, mudah dalam perawatan dan fleksibel untuk tujuan penelitian.


    Ø  Bagian-Bagian  dan aplikasi Reaktor Kartini

    Bagian-bagian reactor Kartini

    v    Reaktor

    1.      Tangki Reaktor

    Tangki reaktor terbuat dari aluminium murni setebal ± 6 mm, berbentuk silinder dengan diameter ± 200 cm dan tinggi ± 600 cm, diisi air dengan kemurnian sangat tinggi (tahanan jenisnya ± 500 K Ω/cm), yang berfungsi sebagai moderator tambahan, pendingin, dan perisai radiasi arah vertikal. Perisai radiasi arah horizontal digunakan beton barit ( berat jenis 3,3 ton per meter kubik), yaitu campuran dari semen, pasir barit dan batu barit. Konstruksi ini mampu menahan radiasi yang berasal dari teras yang bekerja pada daya 250 Kwatt.

    Jenis reaktor Kartini  adalah bertipe kolam menggunakan bahan bakar  U Zr H, 20 % U235, moderator dan pendinginnya adalah Air murni. Reactor kartini menghasilkan daya  250 Kwatt, fluks termal rata-rata : 1,2 x 1013 n/Cm2 det serta fluks cepat rata-rata : 2,5 x 1012 n/Cm2 det.




    2.      Teras Reaktor

    Teras reaktor adalah tempat berlangsungnya reaksi pembelahan bahan bakar nuklir. Teras reaktor ditempatkan didalam sumur reaktor yang terbuat dari beton sebagai perisai radiasi.  Teras reaktor terdiri dari suatu susunan elemen bakar, batang kendali yang ditempatkan pada lobang-lobang plat kisi menurut konfigurasi tertentu dan reflektor.

    Plat kisi terdiri dari dua bagian yaitu plat kisi atas dan bawah, terbuat dari aluminium, masing-masing dengan tebal ± 1,5 cm dan 2 cm. Plat kisi atas berfungsi untuk mengatur jarak elemen-elemen di dalam teras, dengan jumlah lobang sebanyak 90 buah dan sebuah central timble. Plat kisi bawah berfungsi untuk menopang elemen-elemen teras diatasnya. Kedua plat kisi tersebut menjadi kesatuan dengan reflektor grafit. Teras reaktor memiliki ketinggian 58 cm dan dilingkupi oleh reflektor grafit berebentuk silinder dengan diameter dalam 45,7 cm. Teras dan refletor ditopang oleh struktur penyangga yang dipasang didasar tangki reakor. Teras dan reflektor ini terendam dalam air setinggi 4.9 m

    Gambar2.3 Teras Reaktor Kartini

                Bentuk  terasnya adalah Silinder diameter 45 Cm dengan tinggi 72 Cm dimana massa kritisnya 2484 gram (U235) dan massa beban penuhnya 2675 gram (U235). Jumlah bahan bakar  didalam teras yaitu 75 buah, jumlah batang kendalinya 3 buah dimana kecepatan naik batang kendalinya 51 Cm/menit dengan reaktivitas lebihnya adalah  2,7 $. Perisainya terbuat dari beton barit dan air

    Gambar 2.4 Konfigurasi teras reaktor Kartini

    Bagian-bagian dari teras reaktor Kartini:

    a.       Elemen Bahan Bakar

                Elemen bakar reaktor Kartini terdiri dari campuran homogen uranium zirkonium hibrida ( U Zr H) dalam bentuk alloy, dengan kandungan uranium sebanyak 8,5 % berat dan perkayaan U235 sebesar 20 %. Bagian aktiv ini berdiameter ± 3,5 cm dan panjang ± 35,6 cm. Pada kedua ujungnya terdapat Samarium (Sm) tipis yang berfungsi sebagai racun dapat bakar, dan juga grafit dengan diameter yang sama dan panjang 10,2 cm. Susunan ini kemudian dimasukkan ke dalam kelongsong dari aluminium atau stainless steel setebal ± 0,7 mm, ditutup dan dilas rapat pada kedua ujungnya, membentuk suatu elemen bakar. Berat isotop U235 pada setiap elemen bakar sekitar 37 gram. Teras reaktor Kartini ini terdiri dari 69 elemen bahan bakar.


    Gambar 2.5. Elemen Bahan Bakar


    b.      Batang Kendali

                Batang kendali adalah material yang mempunyai tampang lintang serapan neutron yang sangat besar, dan tampang hamburan yang kecil. Batang kendali digunakan untuk mengoperasikan reaktor/start-up, mengatur tingkat daya reaktor dan mematikan reaktor. Batang kendali terdiri dari 3 buah, yaitu : batang pengaman (safety rod), batang kompensasi (shim rod) dan batang pengatur (regulating rod), yang semuanya terdiri dari batang penyerap neutron yang ditempatkan di dalam kelongsong dari aluminium, sebagai bahan penyerap digunakan serbuk boron karbida (B4C). Ketiga batang kendali ini dapat digerakkan ke arah vertikal di dalam tabung pengerah (guide tube), melalui sistem penggerak servo motor yang dikendalikan dari ruang kontrol. Dengan ketiga batang kendali tersebut maka besar populasi neutron di dalam reaktor dapat diatur, dan reaktor dapat beroperasi secara aman.

    Prinsip kerja pengaturan operasi adalah dengan cara memasukkan dan mengeluarkan batang kendali dari teras reaktor. Jika batang kendali dimasukkan, maka sebagian besar neutron akan tertangkap olehnya, yang berarti populasi neutron di dalam reaktor akan berkurang dan kemudian padam. Sebaliknya jika batang kendali dikeluarkan dari teras reaktor, maka populasi neutron akan mencapai jumlah tertentu. Pertambahan/penurunan populasi neutron berkaitan langsung dengan perubahan daya reaktor.


    c.       Reflektor

                Reflektor berupa sebuah ring silinder dari grafit dipasang menyelubungi teras reaktor yang berada seakan-akan di dalam kaleng alumunium, dimaksudkan untuk menjaga agar tidak ada kontak langsung antara air dengan grafit, berfungsi sebagai reflektor neutron. Pada reflektor ini terdapat lekukan atau sumur berbentuk ring digunakan sebagai fasilitas irradiasi dalam teras. Lekukan ini juga dibatasi oleh logam alumunium, merupakan satu kesatuan dari reflektor dirancang untuk menempatkan perangkat irradiasi rak putar. Dimensi reflektor ini mempunyai diameter dalam 45,7 m dengan ketebalan 30,5 cm dan tinggi 55,9 cm. Reflektor ini mempunyai beberapa bagian untuk menempatkan fasilitas irradiasi, yaitu:

    1.      Sebuah lubang melingkar diseluruh permukaan atas reflektor, digunakan untuk penempatan rak putar (Lazy Suzan) dengan lebar radial 10,2 cm dan kedalaman 25,5 cm.

    2.      Sebuah lubang menembus reflektor sampai ke permukaan bagian dalam secara radial dari samping digunakan untuk memasang sebuah tabung berukuran diameter 16,8 cm dan tebal 0,71 cm.


                Pada bagian atas reflektor terdapa fasilitas irradiasi F-1, F-2 dan F-3, dan diluar reflektor terdapat 2 buah detektor fission chamber (FC) dan 2 buah detektor compensated ionization chamber (CIC), yang digunakan sebagai detektor untuk monitor fluks dan daya reaktor.


    3. Moderator

    Moderator merupakan bahan yang mempunyai fungsi sebagai pelambat neutron. Syarat bahan moderator adalah atom dengan nomor massa kecil. Namun  syarat lain yang harus dipenuhi adalah: memiliki tampang lintang serapan neutron (keboleh-jadian menyerap neutron) yang kecil, memiliki tampang lintang hamburan yang besar dan memiliki daya hantaran panas yang baik, serta korosif. Moderator yang dipakai adalah air ringan dan Zirkonium Hidrida (ZrH).


    4. Tabung Berkas Neutron (beamport)

    Pada Reaktor Kartini terdapat 4 beamport yaitu: beamport arah tangensial (1 buah) dan beamport arah radial (3 buah). Beberapa fungsi dari beamport yaitu menyediakan berkas neutron dan gamma untuk keperluan eksperimen dan untuk fasilitas irradiasi bahan-bahan berukuran besar.





    5. Kolom Thermal

    Pada Reaktor Kartini terdapat dua kolom thermal yang berisi grafit. Fungsi dari kolom thermal ini adalah untuk eksperimen irradiasi dari sampel yang khusus memerlukan radiasi neutron thermal.

    v    Sitem sampling

                Terdiri dari sistem pendingin dan sistem ventilasi ruang reaktor, secara garis besar tampak seperti pada gambar di samping. Sesuai dengan fungsinya sebagai reaktor penelitian, panas yang berasal dari teras secara ekonomis tidak dapat dimanfaatkan dan harus dibuang. Pembuangan panas berlangsung secara konveksi alamiah ke air pendingin, dan air pending disirkulasi melalui alat penukar panas (heat exchanger) dalam hal ini berupa sistem primer, dan pada alat penukar panas (heat exchanger) panas dipindahkan ke sistem sekunder yang selanjutnya dibuang ke sekeliling kolam pendingin melalui kontak air dan udara.

    Untuk menjaga kemurnian air pada tangki reaktor tetap tinggi, baik dari radioaktivitas maupun kotoran kotoran, maka sistem primer dilengkapi dengan sebuah demineralizer dan filter. Sirkulasi udara di ruang reaktor dilakukan dengan menghisap udara di ruang reaktor dengan blower, kemudian udara dilewatkan pada suatu filter (pre-filter dan absolute filter) sebelum dibuang keluar melalui cerobon setinggi ± 30 m.


    v Sistem instrument

    Sistem instrumentasi reaktor meliputi sistem pengendalian reaktor, system monitor dan sistem proteksi, yang satu sama lain saling bergayut. Pengendalian reaktor tidak lain adalah pengaturan kedudukan posisi batang kendali sedemikian rupa sehingga reaksi inti berantai terjadi pada suatu tingkat daya yang dikehendaki. Sistem ini terdiri dari sub sistem mekanisme penggerak batang kendali dan switching manual yang dilengakapi denga 3 pasang tombol up dan down, penampil posisi batang kendali, scram manual, scram reset, dan indikator eksperimen. Pengukuran besarnya fluks neutron, daya reaktor, periode, paparan radiasi di beberapa tempat dalam gedung reaktor, suhu pendingin dan parameter penting lainnya dilakukan oleh system monitor.

    Data parameter-parameter tersebut di tampilkan melalui meter dan sebagian dicatat pada rekorder. Kanal pengukuran daya terdiri dari kanal daya linier dan kanal daya logaritmis, Kanal daya linier memperoleh input arus dari detektor CIC yang memberikan penunjukan daya linier. Sedang untuk kanal daya logaritmis input arus berasal detekor FC, yang member penunjukan dan daya logaritmis. Periode laju perubahan daya diperoleh dari differensial % daya logaritmis.





    v Sistem Proteksi operasi Reaktor

    1.      Rangkaian TRIP, yang akan membuat reaktor mati (scram) apabila :

    a.       Tegangan tinggi (HV) dari detektor FC berubah ± 10 % dari tegangan operasinya (± 300 V).

    b.      Pada saat strat up sumber neutron berada diluar teras (level 1).

    c.       % daya logaritmis menunjukkan 110% (level 2).

    d.       Periode menunjukkan lebih kecil dari 7 detik.

    2.      Rangkaian interlock (saling kunci), yang menyebabkan reaktor tidak dapat start up karena batang kendali tidak dapat digerakkan Interlock tersebut terdiri :

    a.       PCB Card interlock

    b.      Interlock fasilitas uji yang meliputi :

    o   Uji kalibrasi % daya logaritmis.

    o   Uji TRIP % daya logaritmis.

    o   Uji kalibrasi periode.

    o   Uji TRIP periode.

    c.       Level 1 interlock.


    Ø    Aplikasi Reaktor Kartini

    Reaktor nuklir dapat diaplikasikan pada berbagai bidang seperti:

    1.      Bidang pertanian

    Mutasi radiasi benih , dimana sinar gamma 0,2 kGy diradiasikan pada biji-bijian sehingga diperoleh benih unggul padi, kedelai, kacang hijau dan kapas.

    2.      Bidang perternakan

    -       Suplemen pakan ternak  urea molasses multinutrein block (UMMB) yang berguna untuk meningkatkan produksi susu dan daging dan memperbaiki reproduksi.

    -       Vaksin koksivet untuk meningkatkan kekebalan terhadap penyakit koksidosis pada anak ayam.

    3.      Bidang hidrologi

    -          Mendeteksi kebocoran pipa bawah tanah, DAM dan bangunan

    -          Menentukan gerakan sedimen pelabuhan

    -          Mengukur ddebit air sungai

    -          Mendeteksi zat pencemar dalam air

    4.      Bidang kesehatan

    Renograf untuk mendeteksi penyakit ginjal

    5.      Bidang Industri

    -          Radiografi

    -          Pengawetan bahan makanan

    -          Pengujian mutu las

    -          Sterilisasi alat kosmetik dan kedokteran


    Ø  Renograf dan Tyroid Up-Take Sistem

    v    Renograf

    Renograf merupakan suatu alat yang menggunakan prinsip spektroskopi gamma. Yang mana terdiri dari hardware serta software dimana pada hardware berfungsi sebagai penangkap radiasi dari sinar gamma yang dipancarkan oleh ginjal serta mengubahnya menjadi pulsa-pulsa listrik dan kemudian akan diubah lagi menjadi grafik oleh software.

    Prinsip kerja dari renograf adalah sinar radiasi gamma yang datang akan diterima oleh  detektor  NaI  (Tl)  dan  oleh  detektor  akan  diubah  menjadi  pulsa  listrik, selanjutnya pulsa keluaran detektor akan dibentuk menjadi pulsa semi gaussian dan dikuatkan oleh penguat awal, kemudian dikuatkan lagi pada penguat utama sehingga pulsa keluaran berupa pulsa gaussian dengan tinggi pulsa yang sudah memenuhi syarat untuk dianalisa dan diubah menjadi bentuk digital pada TSCA yang selanjutnya pulsa digital akan dicacah pada  counter. Pulsa keluaran TSCA disamping masuk ke counter juga sebagai masukan  interface  untuk ditampilkan dalam bentuk grafik pada layar monitor.

    Pada  proses  pendeteksian  sebelumnya, pasien diberikan air minum (hydrate) sebanyak 250 s/d 500 ml sebelum prosedur pemeriksaan. Pasien diminta buang air kecil sebelum pengaturan posisi pemeriksaan. Atur posisi pasien (duduk atau tiduran), arahkan masing-masing probe ke ginjal  kiri dan kanan,  pasien diminta untuk tidak menggerakkan punggung selama pemeriksaan.  Ketepatan posisi dan pengaturan arah probe sangat menentukan keberhasilan pengukuran. Injeksikan radiofarmaka melalui pembuluh darah (intravena)  pada lengan kanan atau lengan kiri pasien. Lalu perunut akan sampai di pembuluh darah ginjal, ditangkap dan dikeluarkan bersama urine. Pendeteksian dilakukan pada daerah ginjal kiri dan kanan dengan detector NaI (TI). Detektor NaI (TI) adalah detektor sintilasi yang biasa digunakan untuk mendeteksi sinar gamma.  Waktu pemeriksaanberlangsung antara 15-25 menit


    v  Tyroid Up-Take Sistem

                Thyroid  Up-Take Counter adalah suatu perangkat atau alat untuk mempelajari kecepatan kelenjar gondok (thyroid gland) dalam mengakumulasi dan melepaskan iodium yang menjadi komponen utama dalam pembentukan hormon tiroksin yang berguna bagi metabolisme tubuh  melalui suatu prosedur kedokteran nuklir.

                Dalam prosedur ini digunakan isotop iodium-131 sebagai perunut yang biasanya dalam bentuk kapsul setelah melalui kendali kualita yang ketat. Iodium merupakan komponen utama yang membentuk hormon tiroksin yang berguna bagi metabolisme tubuh.  Kapsul aktif ini diukur aktivitasnya dengan alat tersebut, dan kemudian diberikan kepada pasien secar oral. Secara invivo pada interval waktu tertentu isotop iodium yang terakumulasi pada kelenjar gondok diukur aktivitas bersihnya (aktivitas setelah dikurangi aktivitas latar/backgroudnya), selanjutnya data ini tercatat secara otomatis dalam komputer. Hasil pengukuran aktivitas setelah pemberian kapsul iodium dibandingkan dengan referensi, merupakan kurva persentasi radioaktivitas iodium terukur dalam kelenjar dan polanya.


    Ø  Radiasi nuklir dan detektornya

                Radiasi dapat diartikan sebagai energi yang dipancarkan dalam bentuk partikel atau gelombang. Radiasi nuklir biasanya disebabkan oleh peluruhan dari suatu inti contohnya radiasi sinar gamma, beta dan alfa.  Sinar gamma dapat menembus kertas dan kayu, sinar beta dapat menembus kertas sedangkan sinar alfa tidak bias menembus kertas karena waktu hidupnya yang singkat.

    Radiasi nuklir tidak bisa dilihat dengan mata sehingga perlu suatu alat pendeteksi yaitu detektor. BATAN Yogyakarta memiliki beberapa jenis detector seperti spektroskopi gamma, detektor beta, sistem pencacah radiasi dan lain-lain.



    Ø  Nuklir Corner

                Nuclear Corner berisi beragam informasi mengenai teknologi nuklir, termasuk alat-alat peraga yang berkaitan dengan nuklir. Informasi yang ada di Nuclear Corner  dimulai dari teori-teori ilmu pengetahuan tentang fenomena radiasi yang sudah ada sejak manusia lahir, sampai dengan penemuan nuklir dan pemanfaatannya bagi kehidupan. Bermacam jenis reaktor dan simulasi cara kerjanya dapat dilihat di fasilitas ini. Contohnya informasi berupa video tentang pembuatan U-235 sebagai bahan bakar reaktor, prinsip kerja reactor sampai pembuangan bahan bakar reactor.













    BAB

    PENUTUP



    A.    KESIMPULAN

                Kesimpulan dari makalah ini yaitu:

    1.      Akselerator partikel adalah alat utama untuk mempelajari struktur dasar materi. Dalam eksperimen fisika energi tinggi, partikel seperti proton atau elektron dipercepat hingga puluhan dan ratusan GeV dan bertabrakan satu sama lain atau ke target tetap. Partikel baru diciptakan dari tabrakan energi tinggi, dan interaksi dan sifat mereka yang diteliti menggunakan detektor canggih.

    2.      Jenis-jenis akselerator yaitu siklotron, siklotron superkonduktor, sinklotron, SLAC, linear akselerator, betatron, mikrotron, dan generator van de graff.

    3.      Manfaat dari akselerator yaitu pada berbagai bidang diantaranya pada bidang medis (radioterapi), Produksi radioisotop medic, industri, penelitian dan pengembangan dan lain-lain.

    4.      Reaktor nuklir merupakan tempat berlangsungnya reaksi fisi yang dihasilkan dari interaksi neutron dengan  .

    3.      Bagian-bagian reaktor antara lain Tangki Reaktor, reflektor, dan teras reaktor.

    5.      Salah satu contoh reaktor di Indonesia yaitu reaktor Kartini.


    B.     SARAN

          Saran yang diberikan adalah selanjutnya untuk pengembangan akselerator dapat dilakukan dan diaplikasikan di Negara Indonesia sendiri.


    C.    DAFTAR PUSTAKA


    http://reaktor-nuklir-dan-akselator-blogfisik.html

    Darsono. (2008). Peran Teknologi Akselerator Dalam Mendukung Industri. Jurnal             BATAN, 10,7-16

    http://reaktor-wikipedia.html

    http://www.batan.go.id/berita/gambar/opator00.jpg

    Radiasi nuklir http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/proteksiradiasi/pengena lan_radiasi/1-1.htm

    Rafika.2013.Tyroid Up-Take system.FMIPA:UNS

    Ravnik M. Description of TRIGA Reactor, (www.rcp.ijs.si/ric/description-a.html)