Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTNSerta Fasilitas Nuklir .

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR-BATAN

ANALISIS MEDAN MAGNET DAN BERKAS PROTONSIKLOTRON CS-30 BATAN UNTUK PRODUKSI RADIOISOTOP

Oleh:

Sunarhadljoso Socnarjo, SlIakhudln, Hari SuryantoPusat Produksi Radioisotop - Badan Tenaga Atom Nasional

ABSTRAKANALISIS MEDAN MAGNET DAN BERKAS PROTON SIKLOTRON CS-30 BATAN

UNTUK PRODUKSI RADIOISOTOP. Siklotron Cs-30 Batan merupakan sebuah siklotro~ multipartikel. Sejauh ini diutamakan untuk produksi radioisotop medis melalui aktivasi dengan partikelproton. Pola medan magnet yang diperlukan untuk menggerakkan berkas proton harus memenuhituntutan pemfokusan berkas proton dan harus pula bersesuaian dengan pola relativistik akibat kenaikanmassa relatif proton tersebut. Berkaitan dengan kepentingan penggunaan siklotron Batan, kususnyauntuk produksi radioisotop, analisis medan magnet dan berkas proton perlu dilakukan sebagai salahsatu aspekjaminan kualitas. Dalam makalah ini dikemukakan percobaan untuk dapat mengevaluasiprofil medan magnet serta profil berkas proton dalam pengoperasian siklotron Batan tersebut. Medanmagnet arah radial diukur dan dibandingkan dengan perhitungan pola relativistik, sedang profil berkasproton diamati melalui pengukuran arus berkas dan autoradiografi penyangga sasaran pasca radiasi.Secara umum dapat ditunjukkan bahwa profil medan magnet radial tidak mengakibatkan efekperlambatan pada gerak proton. Karakteristika proton yang dihasilkan sangat dipengaruhi olehberbagai variabel operasi. Walaupun masih diperlukan upaya untuk meningkatkan karakteristikaproton yang dihasilkan, percobaan yang dilakukan telah memperbaiki kelemahan selama periode ujifungsi.

ABSTRACTANALYSIS OF THE MAGNETIC FIELD AND THE PROTON BEAM OF BAT AN'S CS­

30 CYCLOTRON FOR RADIOISOTOPE PRODUCTION. Batan's Cs-30 Cyclotron is a multi­particle cyclotron. At present it is mainly used for production of medical radionuclides, especially byproton bombardment. The magnetic field required for moving the protons has to meet both proton beamfocusing aspect and increasing of proton relative mass. In relation to the cyclotron application forproduction of radio nuclides, analysis and evaluation of magnetic field and proton beam performancesare important respecting to quality assurance aspect. Based on this reason, experiment was carried outto evaluate the profile of magnetic field and that of resulting proton beam as well. The magnetic fieldwas measured radially and compared to the value found from relativistic calculation. The proton beamprofile was observed as its current performance. An autoradiographic method was also performed tosee the beam profile on target surface. It can be concluded that there was no decelaration effect on themoving particles. In general, the proton beam profile in this experiment is better than the performancein the function test period. However, increasing the effective beam quantity should still be required toget a higher activation yield.

PENDAHULUAN

Siklotron Cs-30 Batan yang merupakan siklotronpertama di kawasan Asia Tenggara (1) adalah siklotronmulti partikel dengan energi tetap. Siklotron ini dapatmenghasilkan pencepatan partikel proton, deutron, he­lium-3 dan helium-4 berturut-turut sampai energi 26,5Mev, 15 mev, 38 Mev dan 30 Mev (1,2>.

Pengoperasian sistem siklotron didasarkan padakaidah pergerakan partikel bermuatan dalam medanmagnet serbasama (3). Berkas partikel tersebut mengalamipencepatan energi kinetik oleh adanya tegangan tinggidari suatu osilator rekuensi radio yang mambalik arahpolaritas dua buah elektrode berongga Dee setiap kali

berkas partikel telah melintasi rongga sebuah Dee danmasuk ke rongga Dee yang lainnya. Medan magnet yangdibutuhkan untuk menggerakkan partikel dihasilkandengan mengoperasikan sistem magnet utama pada aruslistrik pembangkit untuk pencepatan partikel yangbersangkutan. Pola medan magnet yang dihasilkanharuslah sedemikian sehingga medan magnet yang adasenantiasa bersesuaian dengan tuuntutan pemfokusangerak partikel pada "medan plane" (bidang horizontalyang tegak lurus arah medan magnet), serta tetapmengikuti pola relativistik atas perubahan massa relatifpartikel akibat pertambahan energi kinetiknya (3).

Penyimpangan pola medan magnet dapat mempe-

255

Prosiding Seminar Tekllologi dan Keselama/all PLTNSer/a Fasililas Nuklir

ngaruhi stabilitas orbit partikcl. Dalam hal-hal tertcntudapat pula minimbulkan efck perlambatan pada gerakpartikel. Oleh karena itu analisis medan magnet padadaerah radius lintasan partikel menjadi sangat pentingartinya bila dikaitkan dengan jaminan kualitas mesinsiklotronnya.

Sebagai sebuah siklotron yang diutamakan untukproduksi radioisotop (1,4), khususnya radioisotop medis,pengoperasian siklotron Cs-30 Batan diprioritaskan untukmenghasilkan dan mempercepat berkas proton. Hal inididasarkan pada pertimbangan bahwa sebagian besarradioisotop medis dari siklotron dihasilkan melalui reaksiinti sasaran dengan protot (5). Karena itu analisis danevalusi berkas proton pada pengoperasian siklotron Batantersebut menjadi lebih penting dibandingkan dengananalisis dan evaluasi berkas partikellainnya.

Dalam makalah ini disajikan analisis dan evaluasimedan magnet dan berkas proton pada pengoerasiansiklotron Cs-30 Batan. Percobaan dan analisis yangdilakukan mempunyai tujuan ganda. Yang pertama untukmelengkapi informasi sehubungan dengan penerapanjaminan kualitas, baik dari segi mesin siklotronnyamaupun dari segi pemanfaatan berkas proton untuktujuan produksi radioisotop dengan siklotron Batantersebut. Infomlasi dan data yang diperoleh selamaperiode uji fungsi belum sepenuhnya dapat memenuhiaspek jaminan kualitas yang diperlukan. Yang kedua,percobaan ini juga diharapkan dapat menghasilkankaraktersitik berkas proton yang lebih baik sehubungandengan pendayagunaan siklotron Batan untuk produksiradioisotop. Hal ini dipandangperlu mengingat percobaanselama periode uji fungsi belum menghasilkankarakteristik berkas proton yang layak untuk tujuanproduksi radioisotop (4,6).

PERCOBAAN

Tahapan Penting Pengoperasian SiklotronPengoperasian siklotron Cs-30 Batan dilakukan

mengikuti tahap penting seperti ditunj ukkan pada Gambar1. Semua kegiatan pengoperasian dikendalikan dariRuang Kontrol mehilui sistem kontrol yang merupakanbagian dari keseluruhan sistem siklotron.

Pengukuran Mcdan MagnetUntuk mengukur medan magnet, pada tahapan

Operasi Magnet Utama, digunakan alat ukur gauss­meter yang terdiri dari probe dan monitor. Probe gauss­meter dimasukkan ke dalam sebuah kutub magnet padaposisi radius yang dikehendaki, sedangkan monitomyaditempatkan pada posisi yang bebas dari pengaruhsekunder pengoperasian sistem siklotron. Sesuai denganhasil percobaan pendahuluan sebelumnya, pengoperasianmagnet utama untuk pencepatan proton dilakukan padaarus listrik pembangkit sebesar 343,5 A. Karena padapen ampang lingkar kutub magnaet terdapat 3 daerahmedan kuat ("hill region") dan 3 daerah medan lemah("valley region") secara berselang-seling, maka besamyamedan magnet pada radius (R) adalah harga rata-rata

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR - BATAN

pengukuran medan magnet di tiga ctaerah medan kuatdan di tiga daerah medan lemah tersebut.

Dengan mengambil posisi pemanearan ion padatabung sumber ion sebagai pusat lintasan gerak proton,maka pengukuran medan magnet dilakukan pada posisiradius R = 1,5 em sampai dengan R = 42,5 em denganselang antara sebesar 1 em tiap kali pengukuran.

Penentuan Beda Fase Orbit Partlkel Dan TeganganElektrode

Beda fase sesaat pada setiap radius didefinisikan

sebagai [tl ¢ ']Ryang memenuhi persamaan [i] berikut:[tl ¢']R = 2 II {f - f'} / f [i]

dengan f adalah frekuensi perubahan tegangan elektrode(sesuai dengan medan magnet terhitung berdasarkanprinsiprelativistik,sedangkan f adalah frekuensi orbitproton (sesuai denga medan magnet yang terukur). Karenafrekuensi sebanding dengan medan magnet, makapersamaan [i] dapat pula dinyatakan sebagai :

[tl ¢']R = 2 II {BR- B'R} [ii]

dengan B adalah medan magnet terhitung dan B' adalah

medan magnet terukur.Pada setiap selang pengukuran medan magnet,

berkas proton telah mengalami sejumlah tertentu siklusputaran. Apabilajumlah siklus adalah N, maka beda fasekomulatif pada setiap radius R (dinyatakan sebagai[tl ¢2]R) memenuhi persamaan berikut :

[tl ¢ 2]R= N x [tl ¢ ']R Jiii]

Harga N pada persaman [iii] ditentukan melaluiperhitungan pertambahan energi kinetik proton padasetiap selang radius lintasan seperti diuraikan padaApendiks 1.

Beda fase efektiv atau beda fase komulatif total

pada radius R, dinyatakan sebagai [tl ¢3]R' merupakanakumulasi dari [tl ¢2]R pacta semua radius lintasan sam­pai denagn radius R :

R

[tl ¢3]R = L f [tl ¢2]R[ iv]i=O

Identifikasl Berkas proton InternalBerkas proton yang dibangkitkan dan dipereepat

sebagai berkas internal (di dalam rongga elektrode Dee)diamati dengan mengaturposisi pengukur berkas ("beamprobe") yang ada di dalam ruang vakum siklotron.Pengamatantersebut dapat memberikan informasimengenai profil berkas proton, dinyatakan sebagai arus .listrik, sepanjang radius lintasan. Posisi radius ekstraksiberkas diasumsikan sama dengan posisi terluarpengukurberkas yang masih menunjukkan kuantitas berkas inter­nal.

Ketetapan arah berkas pacta sistem ekstraktordiamatimelalui monitor di Ruang Kontrol. Adanya visualisasinoktah eahaya pada posisi septum ekstraktor merupakanindikasi terjadi penyimpangan arah berkas.

256

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTNSerta Fasililas Nuklir

Idcntifikasl Bcrkas Proton Ekstcrnal

Berkas proton setelah ekstraksi, sebagai berkaseksternal, diamati dengan menggunakan penyidik berkas("beam shutter") yang dipasang di saluran utama maupunsaluran eabang pada sistem transportasi berkas (lihatGambar 2). Pengamatan terse but memberikan informasimengenai besamya arus berkas eksternal untuk dapatmenentukan besarnya efisiensi ekstraksi.

Idcntifikasl Prom Bcrkas Proton Pada PcrmukaanSasaran

Profi Iberkas proton pada permukaan bahan sasarandiamati seeara tidak langsung dengan prosesautoradiografi. Bahan sasaran pasea iradiasi dilarutkandengan pelarut yang sesuai untukproses radiokimia lebihIanjut (7). Setelah proses radiokim ia selesai dan penyanggasa saran dapat dilepaskan kembali dari rangkaian prosesradiokimia (7), dilakukan autoradiografi menggunakanfilm dari jenis Polaroid Type 52 Polapan, 400 ASA.W aktu kontakfi 1mdengan pernmkaan penyangga sasaranantara 0,5 - 2,0 menit, dengan mempertimbangkan besarkeeilnya paparan radiasi permukaan penyangga sasaran.Autoradiografi ini memberikan visualisasi homogenitasdan penampang berkas proton yang sampai padapermukaaan sasaran selama proses iradiasi.

BASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASANPol a radial medan magnet yang memenuhi pola

kenaikan massa relatifpartikel proton (akibat kenaikanenergi kinetik) dapat diturunkan melalui persamaanberikut\8) :

BR = Bo {I - 4f12.£"2 .R2/ C2}.1I2 (v)

dengan BR adalah medan magnet pada radius R, fadalahfrekuensi operasi tegangan elektrode untuk peneepatanproton dan C adalah keeepatan eahaya. harga f yangdiperoleh pada pengoperasian siklotron dalain pereobaanini adalah 26,83 MHz. Harga ini tidak berbeda jauhdengan spesifikasi yang dinyatakan dalain aeuan (2)yaitu sekitar 26,5 MHZ. Dengan menggunakan harga f

sebesar26,83 x 106 Hz dan massa awal proton (M., energikinetik = 0) sebesar 1,67 x 10.27 kg (8), harga B. dalamtesla (1 Tesla = 104 Gauss) dapat ditentukan melaluipersamaan (ii) berikut<8):

f = Q .B. / 2 IT M•................ (vi)

dengan Q adalah muatan proton dalam Coulomb.Pada gambar 3 dapat dilihat pola medan magnet

terhitung sepanjang radius lintasan proton (Kurva B'),sementara hasil pengukuran medan magnet menghasilkanpola medan magnet terukur seperti ditunjukkan denganKurva B. Pada radius awal terlihat penyimpangan polaKurva B dari pola Kurva B' akibat terjadinya penyebaranproton pada saat dipanearkan dari tabung sumber ionpada tahapan Operasi Sumber Ion (lihat Gambar 1).

Penyimpangan ini serna kin mengeeil seiring denganupaya pemfokusan berkas proton pada tahap Tuning

Serpong. 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR - SATAN

Berkas Internal (Iihat Gambar 1). Upaya pemfokusan inihams segera dilakukan sedini mungkin karenapemfokusan partikel pada radius yang Iebih besar akanlebih sulit dilakukan mengingat energi kinetiknya telahsemakin tinggi (9). Di samping itu pemfokusan partikelpada radius lintasan yang lebih besar memungkinkansemakin besarnya perbedaan komulatifantara fase orbitpartikel dengan fase tegangan elektrode. Apabilaperbedaan fase terse but sampai lebih besar dar 90· akanterjadi perlambatan gerak partikel.

Selanjutnya profil Kurva B sesuai dengan profilKurva B'. Namun tetap ada perbedaan harga yangmengindikasikan terj adin ya beda fase antara orbit protondengan tegangan elektrode seperti disebutkan di atas.Setelah meneapai radius lintasan sekitar 34,S em terlihatkenaikan yang tajam dari medan magnet terukur (KurvaB) sehingga melampaui medan magnetterhitung (KurvaB), namun kemudian turun lagi dengan tajam pada radiuslintasan sekitar 40 - 41 em. Fenomena ini dapatdihubungkan dengan pola kurva C pada Gambar 3 danKurva A serta Kurva B pada Gambar 4.

Kurva C pada Gambar 3 menunjukkan besamya·beda komulatiftotal antara fase orbit proton dengan fasetegangan elektrode (beda fase efektiv). Beda fase efektivtersebut bersumber pada adanya beda fase sesaat padasetiap titik radius lintasan proton yang diakibatkan olehperbedaan frekuensi orbit proton dan frekuensi teganganelektrode (lihat opersamaan [i]). Terlihat bahwa padarentang radius pengukuran tidak pernah terjadi beda faseefektiv yang meneapai - 90· maupun + 90·. Hal inimemberikan suatu jaminan bahwa selama menempuhorbitnya, berkas proton tidak mengalami efekperlambatan.

Pada radius lintasan sebesar 33,S em terjadi bedafase efektiv yang maksimum untuk selanjutnya beda fasemenuju 0 sampaimenjelang radius sekitar 40 em. Inibersesuaian dengan Kurva B' yang menun jukkan kenaikanmedan magnet terukur (B') seeara tajam pada radiussekitar 33,S em sampai 40 em. Kenaikan B' yangmelampaui B (medan magnet terhitung) ini merupakanindikasi diperlukannya pendorongan beda fase efektivmenuju 0 menjelang berlangsungnya ekstraksi berkasproton. Beda fase efektiv sebesar 0 merupakan kondisioptimum bagi berlangsungnya ekstraksi berkas keluardari alur orbit (8). Dengan ekstraksi berkas tersebut,berkas proton dibelokkan arahnya oleh suatu sistemdeflektor, menuju sa luran transportasi berkas (IihatGambar 2).

Pada sistem deflektorterdapat komponen preseptumyang berfungsi melindungi septum deflektor daritumbukan berkas partikel yang diekstraksi. Ketidaktepatan posisi preseptum akan menyebabkan tidakterpenuhinya kualitas berkas partikel yang dibutuhkan,dan bahkan dapat merusakkan komponen septum denganakibat sekunder paparan radiasi yang sangat tinggi (4). Disisi lain, profil arus berkas internal sepanjang radiuslintasan dapat memberikan indikasi ketidaktepatan posisipreseptum tersebut.

257

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTNSerta Fasililas Nllklir

Pada Gambar 4 ditujukkan hubungan antara profilarus proton internal dengan posisi preseptum. Profil arusproton internal yang ideal ditunjukkan sebagai Kurva A,yaitu profil arus yang dihasilkan tanpa pemasanganpreseptum. Terjadinya penurunan arus internal secaratajam pada radius sekitar 40,8 cm menunjukkan bahwaberkas proton terekstraksi pada radius sekitar 40,8 cm.

Terjadinya sedikit kenaikan arus menjelang radiusekstraksi yang terlihat pada Kurva A (pada radius sekitar40 cm) menunjukkan teIjadinya pemfokusan berkasyang lebih kuat pada saat berkas mendekati sistemdeflektor. Fenomena pemfokusan ini bersesuaian puladengan Gambar 3 (Kurva B') di mana terlihat bahwaharga dB' /dR menjadi negatif pada radius sekitar 40 cm.

Profil arus proton internal yang ideal seperti KurvaA pada Gambar4 dapatjuga diperoleh apabila preseptumterpasang pada posisi yang tepat., yaitu melindungiseptum tanpa menutup lintasan berkas proton. PadaGambar 4, Kurva B memberikan indikasi posisipemasangan preseptum yang cukup tepat. Pemeriksaandan pengujian posisi preseptum ini harus dilaksanakansetiap kali telah dilakukan pembukaan atau perubahanposisi preseptum.

Kurva C pada Gambar 4 menunjukkan profil arusproton internal yang tertahan oleh preseptum yangmenutup sempuma lintasan berkas. Sedang Kurva D(Gambar4) menunjukkan profil arus proton internal bilapreseptum tidak secara sempurna menutup lintasanberkas. Dalam hal ini terlihat adanya daerah plato diantara dua tingkat penurunan arus. Panjang daerah platomenunjukkan besarnya penyimpangan posisi preseptumterhadap posisi ideal.

Karakteristik berkas proton eksternal yang penting,sebelum mencapai sistem target, adalah efisiensi ekstraksidan kuantitas berkas. Efisiensi ekstraksi didefinisikan

sebagai perbandingan antara arus proton yang terukurpada penyidik berkas pertama (lihat Gambar 2) denganarus proton internal pada posisi radius ekstraksi (posisiterluar pengukur arus).

Pada Tabell ditunjukkan bahwa efisiensi ekstraksiyang dihasilkan pada percobaan ini lebih baikdibandingkan dengan spesifikasi dalam Dokumen "FinalAcceptance Test (FAT)" (2). Pada dasarnya efisiensiekstraksi memang merupakan besaran yang senantiasaberubah pada setiap pengulangan operasi siklotron.Berbagai parameter operasi siklotron dapatmempengaruhi kuantitasi ekstraksi, misalnya posisi dantegangan deflektor, kombinasi tegangan keempatkumparan harmonik, dan posisi saluran magnet yangmenghubungkan sistem deflektor dengan saluran utama(4). Disamping belum diketahuinya secara pasti hubunganketergantungan masing-masing parameter operasitersebut, fluktuasi efisiensi ekstraksijuga sulit dihindarikarena perubahan kuantitas berkas dapat mempengaruhipula daya defleksi dari deflektor.

Kuantitas berkas eksternal dinyatakan sebagai arusberkas proton setelah terekstraksi, dan dapat diukurpadatiga posisi berturut-turut pada penyidik berkas pertama,

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR - BATAN

penyidik berkas kedua (pengukuran pada posisi ini tidakmerupakan hal penting) dan pada sistem target. PadaTabell juga ditunjukkan hasil percobaan ini dibandingkandengan spesifikasi dalam Dokumen (FAT) (2,4) dan denganhasil selama periode uji fungsi (komisioning). Lebihrendahnya kuantitas berkas yang dapat dihasilkan padapercobaan ini, tidaklah berarti kegagalan fungsi operasisiklotron selama pelaksanaan percobaan, walaupunmemang tetap perlu diupayakan pencapaian kuantiyasberkas yang lebih tinggi lagi. Secara kualitatif, percobaanini bahkan menghasilkan berkas proton dengan spesifikasiyang lebih baik dibandingkan dengan spesifikasi dalamdokumen FAT ataupun spesifikasi selama periode ujifungsi.

Pernyataan terse but di atas dikuatkan dengan hal­hal berikut :

I.Tidakadajaminan keandalan sistem untukpengopera­sian dalam jangka waktu panjang. Spesifikasi dalamDokumen FAt berlaku untukpengoperasian siklotronselama 1jam, sedangkan dalam percobaan ini siklotrondioperasikan dalam waktu sekitar 6 jam.

2. Spesifikasi dalam Dokumen FA Ttidak memberikanpersyaratan profil berkas pada permukaan sa saran(2,4), sedangkan hal tersebut merupakan faktorpentinguntuk tujuan produksi radioisotop (4,10). Di sisi lainpelaksanaan uj i fungsi hanya didasarkan padaspesifikasi dalam Dokumen FAT.

Hal yang pertama berkaitan erat dengan jaminankualitas, baik yang berhubungan dengan komponensiklotron maupun dengan arus berkas. Berkaitan denganhal yang kedua, pada Gambar 5 ditunjukkan 3 contohhasil autoradiografi yang menggambarkan profil berkasproton yang sampai pada permukaan sasaran. Gambar5(A) adalah profil proton yang dihasilkan pada periodeuji fungsi siklotron untuk memenuhi spesifikasi dalamDokumen FAT (2).

Kuantitas berkas proton pada Gambar 5(A) adalah57 J..lAdan waktu iradiasi selama 1 jam, memenuhi

spesifiaksi kuantitas berkas sebesar 90 % x 90 % x 60 J..lAdan waktu iradiasi selama 60 menit (2,4). Namun untuk

kepentingan produksi radioisotop, profil berkas yangterfokus sangattajam seperti Gambar 5(A) tersebut akansangat merugikan. Gambar 5(B) dihasilkan dalampercobaan ini, dengan kuantitas berkas rata-rata sebesar40 J..lAdan waktu iradiasi selama 6 jam. Gambar 5(C)menunjukkan profil yang ideal, sesuai dengan penampangpermukaan sasaran yang terdeposit pada penyanggasasaran (10).

Beberapa faktor penting terbuksi sangat mempe­ngaruhi profil berkas pada permukaan sasaran, misalnya(4) tegangan danlatau arus pada lensa kuadrapol (primerdan sekunder), magnet pengatur arah ("steering mag­net") serta magnet pembelok ("swicthing magnet").Kombinasi variabel operasi tersebut di atas seringkaliharus diubah setiap kali operasi sebagai upaya untukmenghasilkan profil berkas yang optimal. Upaya mena­ikkan kuantitas berkas masih tetap diperlukan untuk

258

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamalan PLTNSerla Fasilitas Nuklir

·memperoleh efisiensi aktivasi yang lebih tinggi lagi.Namun hal ini perlu dicoba secara bertahap untukmencegah kemungkinan kerusakan komponen deflektor.

KESIMPULAN

. Perbedaan harga medan magnet pembangkit protonyang terukur dari harga medan magnet menurutperhitungan relativistik dapat merupakan indikasiterjadinya perbedaan fase antara orbit proton dan teganganelektrode. Tetapi, sepanjang radius lintasan protonperbedaan fase efektiv tidak pernah mencapai 90°. Dengandemikian tidakterjadi perlambatan pada gerakmelingkarberkas proton.

DAFTAR PUSTAKA

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG. PPTKR - BATAN

Berbagai variabel operasi siklotron memberikanpengaruh yang nyata pada karakteristik berkas protonyang dihasilkan. Untuk tujuan produksi radioisotop,berkas proton yang dihasilkan selama percobaan iniadalah lebih memuaskan dibandingkan dengan yangdihasilkan dalam periode uji fungsi. Namun upayaperbaikan lebih lanjut tetap diperlukan, khususnya untukdapat meningkatkan kuantitas berkas eksternal padapermukaan target selama proses aktivasi berlangsung.

Secara keseluruhan dapat dikatakan bahwakaraktersitik medan magnet pembangkit proton dankarakteristik berkas proton yang dihasilkan telahmemenuhi aspekjaminan kualitas pengoperasian sistemsiklotronCs-30 Batan untukktujuan produksi radioi~otop.

1. S.SOENARJO, SILAKHUDIN, H. SURY ANT°,Majalah teknologi Industri & Bisnis, No. 47, September (1990)11 - 13.

2. DJ. PARTINGTON, "Nuclear Mechano-Electronic Installation, Manufacturer's Manuals", Computer Techno­logy and Amaging Inc., Procurement Package No. 45, rev. 0 (1986).

3. S. SOENARJO, "Produksi Radioisotop Dengan Siklotron", Daiklat Teknologi Produksi Radioisotop, BadanTenaga Atom Nasional, Pusdiklat (1991).

4. S. SOENARJO, H. SURY ANTO, SILAKHUDIN, "Karaktersitik Berkas Proton Pada Pengoperasian Siklotron

Batan Untuk Produksi Radioisotop", Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Penge­tahuan Dan Teknologi Nuklir, Batan-PPNY, Yogyakarta (1991) 451 - 459.

5. H. SCHWEICKERT, Dr., Komunikasi Pribadi (1990).6. S. SOENARJO, "Pengalaman Penanganan Fasilitas Siklotron Batan", Seminar Satu Hari Koordinasi Teknis

Pembangunan Mesin berkas Elektron, PAIR, Batan, Jakarta, 25 Maret (1992).7. S. SOENARJO, H. SURY ANTO, SILAKHUDIN, et aI, "Penggunaan Fasilitas Siklotron Batan Untuk produksi

Talium-21 0", Majalah Batan, (dalam proses penerbitan).8. U. LIVIINGOOD, "Principles of Cyclic Particle Accelerators", D. van Nostrand Company, ney York (1960) 18,

133 - 140,235 - 239.9. G. HENRY, Ceramah Tentang Teknologi Siklotron di Computer Technology and Imaging, Berkeley, Maret

(1987).10. S. SOENARJO, H. SURY ANTO, SILAKHUDIN, "Beberapa masalah Dalam Uji Coba Siklotron Cs-30 Batan",

Seminar pendayagunaan Reaktor Nuklir untuk Kesejahteraan Masyarakat, Batan - PPTN, bandung (1990).11. W.D. BYGRA VE, P.A. TREADO, J.M. LAMBERT, "Accelerator Nuclear Physics", High Voltage Engineering

Cooperation, Burlington (1970) 291 - 319.

DISKUSI

GUNANDJAR

Salah satu faktor penting yang sangat menentukan hasil radioisotop dari iradiasi dengan siklotron adalah flux (fluxprotron).Mohon dapat dijelaskan bagaimana mengatur besar/kecilnya flux proton dari siklotron.

SUNARHADIJOSO

Kuantitas berkas tidakdinyatakan dalam flux tetapi dalam arus. Dalam percobaan yang dilakukan, arus terbesarmen­capai 48 JlA pada pada penyidik berkas pertama dan 42 JlA pada target. Arus pada lintasan melingkar (arus internal)berkisar antara 50 - 75 JlA.

259

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselama/an PLTNSer/a Fasililas Nuklir

APENDIKS I. PERHITUNGAN PERTAMBAHAN ENERGI KINETIK PROTON

Serpong. 9-10 Februari 1993PRSG. PPTKR - SATAN

Energi kinetik E (dalam Mev) partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet sebesar B' (kilo gauss)pada radius lintasan R (em) memenuhi persamaan berikut (II) :

B'. R = { 3,336/ Z {J 2 Mo. C2. E + E2} [vii]

dengan Z adalah muatan ion dan Mo ' C2 adalah energi diam partikel (dalam Mev).Untuk proton berlaku Z = I, sedangkan Mo' C2 = 938,219 Mev sehingga penyelesaian persamaan [vii]

menghasilkan :

ER ':" - 20882,683 + J{ 436086,459 x 10) + 45,516. (B')2. R2 [viii]22,258

Pertambahan energi kinetik proton dari radius RI ke radius ~ (dengan ~ > RI) dinyatakan sebagai :

!J. ER = (ER)2 - (ER), ••••••••••••••••••• [ix]

Karena tegangan elektrode Dee yang diperlukan untuk akselerasi berkas proton dalam pereobaan ini adalahsebesar 23,5 kY maka perbcdaan potensial antara kedua elektrode Dee adalah 2 x 23,5 kY. Untuk menempuh satusiklus orbit,(3600), berkas proton mengalami dua kali pereepatan sehingga pertambahan energi yang diperoleh setelahproton menempuh satu siklus orbit adalah 2 x 2 x 23,5 x 1 kev =94 kev. dengan demikain pertambahan energi kinetikdari radius RJ ke radius ~ adalah :

!J. ER = N. 94 kev [x]

Tabcll. Pcncapalan Karaktcrsltika Bcrkas Proton PadaPcngopcraslon Siklotron Batan. @]

Besaran karakteristik Dokumen FAT Uji Coba(Komisioning)

Pereobaan ini

Profil Arus BerkasInternal

Arah berkas

(ada noktahpada septum)

Baik

Kurang baik

Baik

baik

Arus Berkas Ekstemal

- Pada Penyidik Berkas 60 f!APertama (Rata-rata)

- Pada Sistem TargetI

Efisiensi Ekstraksi > 60 %

Profil Berkas padaPermukaan Sasaran

63f!A <50 f!A

57f!A

<42f!A

76%

72 % - 85 %

Terfokus

Cukup meratatajam

(Baik)(tidak baik)

Catatan :

@]. Pengoperasian siklotron untuk uji eoba hanya selama 1jam sedang pengoperasian untuk percobaan inisampai 6 jam.

260

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamalan PLTNSerla Fasilitas Nuklir

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR - BATAN

: PERSY ARA TAN OPERAS I :

I

KOMPRESSOR

AIRBREAKERSISTEMBREAKERSISTEMPANELUDARA

PENDINGll-CATUDAYAVAKUMDISTRIBUSIKESELAMA T ANPENERALRAY A

ON-OFF

~ PRE-ST ART OPERASI I

I

I I IIOPERAS I

OPERASIOPERASIOPERASIOPERAS I IMAGNET

SISTEM R.FSUMBER IONDEFLEKTORPENGUKURUT AMA

BERKAS

rTUNING BERKAS INTERNAL I

II

IIPENGATURAN

PENGATURANPENGATURANPENGATURANTEGANGAN

ARUS MAGNETPOSISITEGANGANDEE

UT AMASUMBER IONKUMP ARANHARMONIK INNER

IEKSTRASIBERKAS II

I IPENGATURAN

PENGATURANPENGA TURANPENGA TURANTEGANGAN

DIAL FINEKUMP ARANPOSISIDAN POSISI

MAGNETHARMONIKSALURANDEFLEKTOR

UT AMAOUTERMAGNET

ITRANSPORT ASI BERKAS EKSTERNAL I

I

PENGA TURAN KENDALl

PENGATURANTEGANGANBERKAS EKSTERNAL

SUMBER ION

I SIKLOTRON "RUN" I

Gambar 1. Diagram blok kendali operasi siklotron.

261

Salu:--an cabang

/---------/Mesin Siklotron

i------------/.' .. " ...

. ' .' .

" ...... .. . . , .. , .. , ... "

turbo

N0\N

Magn.et

pengatur arah

\

Salurcm utc::12.

pemfokus

rl2.~:1etpe~:-elck

,\,

''\

~

j\.,, '­" .•... --- -Saluran .

Gambar 2. Bagan sistem transportasi berkas Siklotron Batan.

Prosiding Seminar Teknofogi dan Kesefamatan PLTNSerta Fasililas Nuklir

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG. PPTKR - BATAN

iI~

1'!----1--~ !!: a--~. C.-ti = -'..a

1''''- •.....•...

6 MEDHN MHGNET TERH!TUNG (B)

o MEDHN HAGNET TERUHUR (B')

I BEDA FASE EFERn U ( 0

T: 90183ij_

j~-'.JI

--<~..JJJ-1JJ--;

I

J"'"'

~

...jtQ

~rJJ

::1 jroc!J

I.J0 ~

..... ><

~I

'-..J'

jI~

...j

~

J

b.O

J

ro

.~:E: P

~ro

'd-1

IQ)

...j

:E:

J~J1

17 B@J

I@

B

i10

II

20Rad.ius Iint<l.53.n (CM)

B' WOOU TI

,...F

i

40

i i~_..•.i1

"'"'

'dro'n~Q)

'd0 '-..J'ct-I-r-I~~~Q)ct-IRQ)

U)roFtC\1

'dQ)f.'Q

90

Gambar 3. Pola medan magnet dan beda fase efektifsepanjang radius lintasan.

263

Prosiding Seminar Teknologi dan KeselamaUln PLTNSerUl Fasililas Nuklir

1800

1600

1200

1000II

o }{URVA A

.! }{URVA B

tJ KURVA C

I }{URVA D

Serpong. 9-10 Febroari 1993PRSG. PPTKR - BATAN

400 404

RADIUS LINTASAH PROTON (MM.)

408 41

Gambar 4. Profil arus berkas proton internalA. Tanpa pemasangan preseptumB. Pre septum terpasang pada posisi yang tepatC. Preseptum menutup sempurna lintasan berkas.D. Preseptum menutup tak sempurna lintasan berkas

264

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamawn PLTNSerla Fasililas Nuklir

(A)

(B)

(0)

Serpong, 9-10 Febniari 1993PRSG. PPTKR - BATAN

Gambar 5. Contoh Profil berkas pada permukaan sasaran.A. Dihasilkan pada peri ode uji fungsi (komisioning).B. Dihasilkan pada percobaan ini.C. Profil yang ideal

265