PERANCANGAN PEMANDU BERKAS NEUTRON HASIL REAKSI PROTON 30 MeV PADA TARGET BERILIUM SEBAGAI SUMBER NEUTRON PADA BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY (BNCT) MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNPX.

PERANCANGAN PEMANDU BERKAS NEUTRON HASIL
REAKSI PROTON 30 MeV PADA TARGET BERILIUM
SEBAGAI SUMBER NEUTRON PADA BORON NEUTRON
CAPTURE THERAPY (BNCT) MENGGUNAKAN SOFTWARE
MCNPX

Disusun oleh :
Dian Novitasari
M0212026

SKRIPSI

PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
April, 2016

PERANCANGAN PEMANDU BERKAS NEUTRON HASIL
REAKSI PROTON 30 MeV PADA TARGET BERILIUM
SEBAGAI SUMBER NEUTRON PADA BORON NEUTRON

CAPTURE THERAPY (BNCT) MENGGUNAKAN SOFTWARE
MCNPX

Disusun oleh :
Dian Novitasari
M0212026

SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
April, 2016
i

ii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang
berjudul “PERANCANGAN PEMANDU BERKAS NEUTRON HASIL REAKSI
PROTON 30 MeV PADA TARGET
BERILIUM SEBAGAI SUMBER
NEUTRON PADA BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY (BNCT)
MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNPX” adalah hasil kerja saya dan
sepengetahuan saya hingga saat ini. Isi Skripsi tidak berisi materi yang telah
dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk
mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan
Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka Skripsi ini dan segala
bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terima kasih. Isi
Skripsi ini boleh dirujuk atau diphotocopy secara bebas tanpa harus memberitahu
penulis.

Surakarta, 30 Maret 2016

Dian Novitasari

iii

MOTTO
“Dan segala sesuatu yang kamu lakukan dengan perkataan atau perbuatan,
lakukanlah semuanya itu dalam nama Tuhan Yesus, sambil mengucap syukur oleh
Dia kepada Allah, Bapa kita.”
~Kolose 3:17~
“Segala perkara dapat kutanggung di dalam Dia yang memberi kekuatan
kepadaku”
~Filipi 4:13~
“If it doesn’t challenge you, it doesn’t change you. Do not give up, because the
beginning is always the hardest”
~NN~
“Apabila bertambah banyak pikiran dalam batinku, penghiburanMu
menyenangkan jiwaku.”
~Mazmur 94:19~
“Bersukacitalah dalam pengharapan, sabarlah dalam kesesakan, dan bertekunlah
dalam doa!”
~Roma 12:12~
“Always pray to have eyes that see the best, a heart that forgives the worst, a mind

that forgets the bad, and a soul that never loses faith”
~NN~

iv

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan segala ucapan syukur kepada Tuhan Yesus, karya ini saya
persembahkan kepada:
1. Mami Harti dan kakak Abel yang turut mendukung dalam doa dan
semangat selama perkuliahan dari awal hingga akhir pembuatan tugas
akhir ini.
2. Alm.Ibu Ariati Wiretno yang merupakan bulik kesayangan, yang berjuang
melawan kanker selama 1 tahun lebih. Banyak kebaikan yang beliau
berikan kepada saya terutama dalam bidang pendidikan.
3. Seluruh keluarga besar Sofiati dan Sularno yang memberikan doa dan
semangat.
4. Pak Suharyana selaku pembimbing I sekaligus motivator favorit saya.
5. Bu Riyatun selaku pembimbing II yang telah memberikan banyak ilmu
pengetahuan dengan sepenuh hati.

6. Pak Fajar selaku kepala Lab Komputasi Kimia yang telah memberikan
akses dengan username pribadi dan memberikan keuntungan lebih
fleksibel di dalam running program.
7. Oktaviana Erawati S,Si dan Dwi Wahyuningsih M,Si yang merupakan
kakak pembimbing dan motivator selama pengerjaan skripsi saya.
8. Teman-teman seperjuangan saya diantaranya Dea, Umi, dan Asih yang
selalu menemani baik suka maupun duka. Banyak kebaikan yang telah
kalian berikan hingga saya bisa menjadi sekarang ini karena kesatuan hati,
kebersamaan, dan kasih selalu ada diantara kita.
9. Yuda A.T.P
10. Olick, Buce, dan Ikhlas yang telah meluangkan waktu untuk berdiskusi
bersama mengenai BNCT.
11. Keluarga besar Creativity of Physics 2012.

v

Perancangan Pemandu Berkas Neutron Hasil Reaksi Proton 30 MeV Pada
Target Berilium Sebagai Sumber Neutron Pada Boron Neutron Capture
Therapy (BNCT) Menggunakan Software MCNPX
Dian Novitasari

Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Telah dilakukan perancangan pemandu berkas neutron sebagai sumber
neutron pada BNCT melalui reaksi proton 30 MeV dengan 9Be. Perancangan
dibuat dengan simulasi komputer menggunakan software MCNPX. Penggunaan
sistem BSA dan CA dalam pemandu berkas neutron supaya dihasilkan berkas
neutron dan foton sesuai dengan parameter yang ditetapkan oleh IAEA untuk
mendukung keperluan BNCT. Hasil penelitian menyatakan bahwa setelah diberi
sistem BSA dan CA fluks neutron cepat menurun signifikan, selain itu terdapat
tiga parameter yang sudah memenuhi kriteria IAEA yaitu, �̇ɣ ⁄� �� � � bernilai
8,82×10-14 Gy.cm2.n-1, �� � � ⁄� �� � � , bernilai 0,02 dan �⁄�� �� bernilai
0,76. Kedua parameter yang belum sesuai dengan kriteria IAEA adalah,
� �� � � hanya bernilai 3,75×107 n.cm-2.s-1, �̇ ⁄� �� � � bernilai 2,15×10-12
Gy.cm2.n-1. Penelitian ini dilanjutkan dengan uji BNCT untuk kanker
glioblastoma multiforme pada phantom ORNL-MIRD. Reaksi pada BNCT yaitu
10
B(n,α)7Li*, kemudian 7Li* meluruh memancarkan foton. Hasil menunjukkan
bahwa laju dosis foton yang dihasilkan sebesar 1,03×10-5 Gy.s-1.
Kata Kunci : BNCT, siklotron, pemandu berkas neutron, BSA, CA.

vi

Design of Beam Neutron Guide by Proton Reaction 30 MeV on Beryllium
Target for Neutron Source in Boron Neutron Capture Therapy (BNCT)
Using MCNPX Software
Dian Novitasari
Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Science
Sebelas Maret University
ABSTRACT
Design of neutron beam guide as BNCT’s neutron source has been done
for proton reaction 30 MeV with 9Be. The design created by computer simulation
and software named MCNPX. BSA and CA system in neutron beam guide lead to
neutron beam and photon where all IAEA recommended criteria are met for
BNCT treatment. The result showed that after using BSA and CA fast neutron
flux decreased steadily, however three parameters are met IAEA recommended
criteria �̇ɣ ⁄� ��ℎ � � is 8,82×10-14 Gy.cm2.n-1, ��ℎ � � ⁄� ��ℎ � � is 0,02
and �⁄�� �� is 0,76. But, there are two parameters are not in accordance with
IAEA recommended criteria including � ��ℎ � � amount 3,75×107n.cm-2.s-1 and
�̇ ⁄� ��ℎ � � amount 2,15×10-12 Gy.cm2.n-1. Then, this study continued to

experiment BNCT treatment for glioblastoma multiforme cancer with ORNLMIRD phantom. BNCT utilizes the reaction 10B(n,α)7Li*, and 7Li* back to ground
state with photon emitting. The result showed photon dose rate is 1,03×10-5 Gy.s-1.
Key word : BNCT, cyclotron, neutron beam guide, BSA, CA.

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan yang Maha Esa, yang telah melimpahkan karunia
dan kebaikanNya, sehingga penulis mampu untuk menyelesaikan Skripsi ini.
Penulis mampu mempersembahkan karya ini bukan karena kuat gagah sendiri,
melainkan karena Tuhan yang telah membantu dan menyertai penulis dari awal
hingga akhir pembuatan skripsi ini.
Penulis menyusun skripsi dengan judul “Perancangan Pemandu Berkas
Neutron Hasil Reaksi Proton 30 MeV Pada Target Berilium Sebagai Sumber
Neutron Pada Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) Menggunakan Software
MCNPX” dalam tujuan untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains. Penulis
mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah ikut membantu
sehingga skripsi ini boleh terselesaikan dengan baik dan maksimal. Dengan penuh
rasa hormat, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Drs. Suharyana M.Sc. selaku pembimbing I
2. Dra. Riyatun M.Si. selaku pembimbing II
3. Rekan-rekan dalam Radiasi dan Nuklir Grup Riset
4. Dwi Wahyuningsih M.Si
Biarlah Tuhan yang selalu melimpahkan anugrahNya atas kebaikan
Bapak/Ibu kepada penulis. Penulis memahami banyak kekurangan di dalam
skripsi yang telah tersusun ini, alangkah baiknya jika ada yang berkenan untuk
memberikan kritik maupun saran. Semoga karya ini boleh bermanfaat sebagai
referensi penelitian selanjutnya.
Surakarta, 30 Maret 2016

Dian Novitasari

viii

PUBLIKASI
Sebagian skripsi saya yang berjudul “Perancangan Pemandu Berkas
Neutron Hasil Reaksi Proton 30 MeV Pada Target Berilium Sebagai Sumber
Neutron Pada Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) Menggunakan Software
MCNPX” telah dipublikasikan pada Repository FMIPA UNS.

ix

DAFTAR ISI

Halaman
HALAMAN JUDUL ................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN ..................................................................... ii
HALAMAN PERNYATAAN .................................................................... iii
HALAMAN MOTTO ................................................................................ iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................. v
HALAMAN ABSTRAK ............................................................................ vi
HALAMAN ABSTRACT ......................................................................... vii
KATA PENGANTAR .............................................................................. viii
HALAMAN PUBLIKASI.......................................................................... ix
DAFTAR ISI ................................................................................................ x
DAFTAR GAMBAR ................................................................................ xii
DAFTAR TABEL ................................................................................... xiv
DAFTAR SIMBOL ................................................................................... xv
DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................... xvii

BAB I. PENDAHULUAN ......................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Masalah .......................................................... 1
1.2. Batasan Masalah....................................................................... 6
1.3 Perumusan Masalah . ............................................................... 6
1.4. Tujuan Penelitian ..................................................................... 7
1.5. Manfaat Penelitian ................................................................... 7
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA .............................................................. 8
2.1. Kanker .................................................................................... 8
2.2. Terapi Kanker dengan BNCT ................................................. 8
2.3. Sumber Neutron Berbasis Siklotron ..................................... 11
2.4. Pemandu Berkas Neutron ..................................................... 13
2.4.1. Reflektor...................................................................... 13
2.4.2. Moderator .................................................................... 13
2.4.3. Filter ............................................................................ 14
2.5. Berkas Neutron dalam BNCT ............................................... 15
2.5.1. Penggunaan Neutron dalam BNCT............................. 15
2.5.2. Parameter Berkas Neutron oleh IAEA untuk BNCT .. 15
2.6. Interaksi Radiasi dalam BNCT ........................................... 17
2.6.1. Interaksi Neutron ......................................................... 17
2.6.2. Interaksi α.................................................................... 18
2.6.3. Interaksi Foton dengan Materi .................................... 19
2.7. Tampang Lintang Neutron ................................................... 20
2.8. Reaksi Utama dalam BNCT .................................................. 21
2.8.1. Reaksi Tangkapan Neutron Termal oleh 10B ............... 21
2.8.2. Reaksi Tangkapan Neutron oleh Unsur
Penyusun Jaringan Tubuh ............................................ 21
2.9. Dosimetri ............................................................................... 22
x

2.10.Simulasi Monte Carlo .......................................................... 22
BAB III. METODE PENELITIAN ....................................................... 24
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ............................................. 24
3.2. Alat dan Bahan .................................................................... 24
3.3. Tahapan Penelitian ............................................................... 25
3.3.1. Tahap Pesiapan ........................................................... 26
3.3.2. Tahap Simulasi Reaksi Proton dengan 9Be .................. 30
3.3.3. Tahap Simulasi BSA dan CA....................................... 31
3.3.4. Tahap Validasi dengan Jurnal Acuan ........................... 31
3.3.5. Tahap Analisa Fluks Neutron Sistem BSA dan CA .... 33
3.3.6. Tahap Analisa Hasil Simulasi
BSA dan CA terkait Parameter IAEA .......................... 33
3.3.7. Tahap perhitungan dosis foton pada sel sehat di sekitar
kanker Glioblastoma Multiforme ................................... 34
3.3.8. Tahap Kesimpulan ...................................................... 36
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................... 37
4.1. Hasil Simulasi Reaksi Proton dengan 9Be ........................... 37
4.1.1. Pemilihan Energi Proton 30 MeV ................................ 37
4.1.2. Hasil Interaksi Proton dengan 9Be ............................... 39
4.2. Hasil Simulasi Sistem BSA dan CA ................................... 40
4.3. Validasi Hasil Simulasi ........................................................ 44
4.4. Analisa Fluks Neutron Sistem BSA ..................................... 45
4.4.1. Penambahan Reflektor Pb ............................................ 45
4.4.2. Penambahan Filter Neutron Cepat Fe .......................... 46
4.4.3. Penambahan Moderator CaF2 ...................................... 49
4.4.4. Penambahan Filter Neutron Termal ............................. 50
4.5. Analisa Fluks Neutron Sistem CA ....................................... 51
4.6. Hasil Simulasi BSA dan CA Terkait Parameter IAEA ........ 53
4.7. Hasil Simulasi BNCT pada Kanker
Glioblastoma Mutiforme ..................................................... 55
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................. 60
5.1. Kesimpulan ........................................................................... 60
5.1. Saran ...................................................................................... 61
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... 62
LAMPIRAN
...................................................................................... 67

xi

DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Reaksi BNCT dalam Sel Tubuh ............................................ 10
Gambar 2.2. Perbandingan Spektrum Neutron Epitermal
antara Siklotron dengan KURR ............................................. 12
Gambar 3.1. Diagram Alur Tahap dalam Penelitian ................................... 26
Gambar 3.2. Tahap Persiapan ..................................................................... 27
Gambar 3.3. Hasil Simulasi Sistem BSA dan CA ...................................... 28
Gambar 3.4. Flowchart Penelitian Tahap Simulasi
Reaksi Proton dengan 9Be ...................................................... 31
Gambar 3.5. Flowchart Penelitian Tahap
Validasi dengan Jurnal Acuan ................................................ 32
Gambar 3.6. Tahap Perhitungan Laju Dosis Foton pada BNCT ................ 35
Gambar 4.1. Fluks Proton yang Mengenai Target 9Be ............................... 38
Gambar 4.2. Fluks Neutron sebagai Fungsi Energi Neutron ...................... 39
Gambar 4.3.a. Desain 3 Dimensi BSA dan CA Hasil Penelitian ................ 41
Gambar 4.3.b. Desain 2 Dimensi BSA dan CA Hasil Penelitian ................ 42
Gambar 4.4. Rasio �

�̇�

�� � �

dengan Filter 208Pb ...................................... 44

Gambar 4.5. Fluks Neutron Cepat (a) dan Laju Dosis Neutron Cepat (b)
sebagai Fungsi Ketebalan Filter ............................................. 47
Gambar 4.6. Distribusi Fluks Neutron sebagai Fungsi Energi
dengan Penambahan Fe sebagai Filter Neutron Cepat ........... 49
Gambar 4.7. Distribusi Fluks Neutron sebagai Fungsi Energi
dengan Penambahan CaF2 sebagai Moderator ....................... 50
Gambar 4.8. Distribusi Fluks Neutron sebagai Fungsi Energi
dengan Penambahan Filter Neutron Termal .......................... 51
Gambar 4.9. Distribusi Fluks Neutron Setelah
Melewati Sistem BSA dan CA ............................................... 52
Gambar 4.10. Hasil Perbandingan Tanpa dan
Memakai Sistem BSA & CA ................................................. 53
Gambar 4.11. Phantom Kepala untuk Perhitungan
Dosis Foton ............................................................................ 56
Gambar 4.12. Hasil Simulasi Terapi BNCT
pada Glioblastoma Multiforme .............................................. 56
Gambar 4.13. Laju Dosis Foton pada Bagian Kepala ................................. 58
Gambar L.3.1. Grafik Tampang Lintang Reaksi 9Be(p,2n+p)7Be .............. 78
Gambar L.3.2. Grafik Tampang Lintang Reaksi 9Be(p,n)9B ...................... 78
Gambar L.3.3. Tampang Lintang Hamburan Elastis (a) dan
Serapan (b) Neutron pada Reflektor .................................. 79
Gambar L.3.4. Tampang Lintang Serapan Neutron 56Fe dan
208
Pb sebagai Filter Neutron Cepat ....................................... 79

xii

Gambar L.3.5. Tampang Lintang Hamburan Non-Elastis
pada Material 56Fe ............................................................... 80
Gambar L.3.6. Tampang Lintang Hamburan Non-Elastik
pada 40Ca ............................................................................. 80
Gambar L.3.7. Tampang Lintang Hamburan Non-Elastik pada 19F ........... 81
Gambar L.3.8. Tampang Lintang Serapan Neutron pada 7Li, Cd
dan 19F sebagai Filter Neutron Termal ................................. 81

xiii

DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Parameter Berkas Neutron oleh IAEA untuk BNCT ................. 16
Tabel 2.2. Tampang Lintang Tangkapan Neutron ...................................... 21
Tabel 2.3. Jenis Tally Perhitungan dalam MCNP ....................................... 23
Tabel 3.1. Data Spesifikasi Akeselerator Siklotron .................................... 27
Tabel 3.2. Data Material BSA dan CA ....................................................... 28
Tabel 3.3. Ukuran Material BSA dalam Penelitian..................................... 29
Tabel 3.4. Ukuran CA dalam Penelitian ..................................................... 29
Tabel 4.1. Hasil Fluks Neutron dari Reaksi Proton dan 9Be ....................... 39
Tabel 4.2. Hasil Laju Dosis dari Reaksi Proton dan 9Be ............................ 40
Tabel 4.3. Keterangan dari Bagian BSA dan CA........................................ 43
Tabel 4.4. Hasil Keluaran Sistem BSA dan CA
Terkait Parameter IAEA ............................................................ 54
Tabel 4.5. Fluks Neutron di Sel Kanker ...................................................... 57
Tabel 4.6. Laju Dosis Foton dan Dosis Foton ............................................. 58
Tabel L.1.1. Data Material Sistem BSA dan CA ........................................ 68
Tabel L.4.1. Rasio Laju Dosis Neutron Cepat dengan
Fluks Epitermal pada Ujung Aperture Filter 208Pb .................... 82

xiv

DAFTAR SIMBOL

Lambang

Definisi

60

Co
Cs
192
Ir
125
I
103
Pd
157
Gd
10
B
7
Li
7 *
Li
16
O
12
C
1
H
2
H
14
N
11
B
11 *
B
4
He
ɣ
α
9
Be
CaF2
Bi
Pb
Fe
LiF
Cd

Cobalt-60
Cesium-137
Iridium-192
Iodine-125
Palladium-103
Gadolinium-157
Boron-10
Lithium-7
Lithium-7 tereksitasi
Oxygen-16
Carbon-12
Hydrogen-1
Hydrogen-2
Nytrogen-14
Boron-11
Boron-11 tereksitasi
Helium-4
Gamma
Alpha
Berrilium-9
Calcium fluoride
Bismuth-209
Timbal
Besi
Lithium fluoride
Cadmium

Lambang

Kuantitas

Satuan

�� �
� ��
�̇
�̇ɣ
J
D
�̇
dE
dm
t

Fluks neutron termal
Fluks neutron epitermal
Laju dosis neutron cepat
Laju dosis foton
Arus neutron pada permukaan
Dosis serap
Laju dosis serap
Energi rata-rata
Massa
Waktu

n.cm-2.s-1
n.cm-2.s-1
Gy.s-1
Gy.s-1
n.cm-2.s-1
Gy
Gy.s-1
Joule
kg
detik

137

�

� �

xv

I
Q
fm neutron
A
fm foton
V
r
ρ

Arus
Muatan
faktor pengali neutron
Luas
faktor pengali foton
volume
jari-jari
massa jenis

BNCT
MCNPX
LET
KURRI
KURR
HM-30
BSA
CA
IAEA
ORNL-MIRD

Boron Neutron Capture Therapy
Monte Carlo N-Particle X
Linear Energy Transfer
Kyoto University Research Reactor Institute
Kyoto University Research Reactor
Hydrogen Minus-30
Beam Shaping Assembly
Collimator Assembly
International Atomic Energy Agency
Oak Ridge National Laboratory-Medical Internal
Radiation Dose

xvi

Ampere
Coulomb
n/s
cm2
foton/s
cm3
cm
g/cc

DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Data Material ......................................................................... 68
Lampiran 2. Scribd Phantom ORNL-MIRD dengan 10B
Dalam kanker Glioblastoma ................................................... 69
Lampiran 3. Data Tampang Lintang ........................................................... 78
Lampiran 4. Data Validasi dengan Jurnal Acuan ....................................... 82
Lampiran 5. Scribd sistem BSA dan CA .................................................... 83

xvii