LINEAR ACCELERATOR1. Prinsip Dasar Linear Accelerator (Linacs)

Linear accelerator(Linacs) adalah suatu perangkat yang menggunakan gelombang elektromagnetik berfrekuensi tinggi untuk mempercepat muatan partikel seperti elektron sehingga berenergi tinggi melalui tabung linear. Elektron yang berenergi tinggi tersebut mengarahkan dirinya sendiri sehingga bisa digunakan untuk men-treatmen tumor dangkal, atau ini bisa dibuat untuk menyerang target untuk menghasilkan sinar X yang kemudian digunakan untuk men-treatment tumor dalam (Khan:1993). (Jayaraman & Lanzl: 1996) Pada Linacs, partikels berjalan sepanjang garis lurus, oleh karena itu ajektif linear digunakan. Osilator frekuensi radio (RF) mengirim daya RF ke pandu gelombang dan menghasilkan beda potensial listrik yang mempercepat partikel. Partikel dan gelombang, keduanya berjalan. Energi partikel secara berangsur meningkat, jika gelombang RF dan partikel bergerak secara singkron dan gelombang RF secara berkelanjutan menyebabkan percepatan ke depan. Hal ini terjadi jika ada resonansi antara gelombang RF dan partikel.Gambar 1. Skema diagram LinacsGambar 1 adalah skema diagram dari linear accelerator saat awal dikembangkan. Sebuah osilator RF menghasilkan gelombang elektromagnetik, dan sebuah potensial listrik menghasilkan antara tabung electrode yang disusun di ruang vakum silinder. Sumber ion meleaskan partikel terionisasi yang akan mengalami percepatan. Perubahan potensial RF terhadap waktu di arah sinusoidal dari positif ke negative. Berdasarkan hal itu, arah medan listrik pada celah antara electrode juga akan berubah. Arah dari medan listrik anara celah akan berubah, seperti yang terlihat di gambar. Setiap waktu, sebuah partikel melintasi celah , ini akan menemukan sebuah medan percepatan (dan tidak mengurangi kecepatan medan) , sehingga hal ini akan menambah energi, hal ini bisa diperoleh dengan mendesain pemisahan antara celah percepatan secara berangsur-angsur sampai jaraknya di lintangi(dipotong) oleh partikel selama 1,5 siklus. Panjangnya diberikan oleh persamaan berikut (Jayaraman & Lanzl: 1996);

L = 0.5 (v/f)

Dimana v= kecepatan; f=frekuensi medan listrik. Pemisahan antar gaps semakin besar karena partikel memperoleh kecepatan yang lebih besar, begitupun energinya. Jika Vg adalah potensial yang melintasi gap dan q adalah muatan muatan yang dibawa oleh partikel, energi yang diperoleh pada masing-masing gap adalah (Jayaraman & Lanzl: 1996);

E = q.VqUntuk partikel dengan massa m, dalam kondisi non relativistic, ini akan sama dengan energi kinetik yang ditambahkan. Ini bisa ditunjukkan bahwa panjang Ln dari electrode ke n energi (yang mana berkaitan dengan energi kinetic total mv2= n q Vg) akan diberikan oleh (Jayaraman & Lanzl: 1996);

Ln = [2nq(vg/m)]1/2Persamaan di atas emberikan pada kondisi resonan. Pada energi relativistic, partikel mencapai kecepatan yang sebanding dengan kecepatan cahaya c, yang mana itu juga gelombang RF, dan jarak gap menjadi konstan. Hal ini benar untuk partikel dengan massa kecil, seperti elektron, dimana (Jayaraman & Lanzl: 1996);

Ln = =Dimana lambda adalah panjang gelombang yang diberikan pada RF.Menurut (Khan:1993), ada beberapa jenis desain Linacs, tapi satu yang digunakan pada terapi radiasi adalah tipe accelerate electrons baik oleh gelombang elektromagnetik berjalan atau gelombang tegak pada region frekuensi gelombang radio (~3,000 megacycles/sec). Perbedaan antara akselerator gelombang berjalan dan gelombang tegak adalah pada desain struktur akseleratornya. Secara fungsional, struktur gelombang berjalan membutuhkan sebuah pemberhentian, atau dummy, memuat peyerapan sisa daya pada akhir struktur, hal itu untuk mencegah pemantulan gelombang dari arah yang berlawanan (terbalik).

Di sisi lain, struktur gelombang tegak menghasilkan pemantulan gelombang maksimum pada kedua sisi ujung struktur alatnya, sehingga kombinasi dari gelombang yang berjalan ke depan dan ke belakang akan menghasilkan gelombang tegak. Pada desain gelombang tegak, daya microwave dipasangkan ke dalam struktur melalui sisi penghubung cavity daripada melalui celah tembakan. Desain serupa itu ditujukan untuk lebih efisien. Meskipun demikian, ini lebih mahal dan membutuhkan instalasi sebuah Circulator antara sumber daya dan struktur untuk mencegah pemantulan dari capaian sumber daya (Khan:1993).

Gambar 2 adalah block diagram dari Linacs medis yang menunjukan komponen utama dan sistem lainnya yang membantu. Sebuah power supply menyediakan arus DC untuk modulator, yang mana termasuk pulse-forming network dan tabung switch yang diketahui sebagai Hydrogen Thyratron (Khan:1993).

Gambar 2. Diagram Blok Linacs KlinisPulsa tegangan tinggi pada modulator adalah pulsa DC flat-topped pada satuan microsecon. Pulsa ini dikirim ke Magnetron of Klystron dan secara simultan ke penembak elektron. Pulsa microwave yang dihasilkan di magnetron atau klystron diinjeksikan ke dalam tabung akselerator atau struktur melalui system waveguide.Struktur akselerator (akselerator pandu gelombang) terdiri atas tabung tembaga dengan interiornya dibagi oleh disk tembaga atau diagram dari celah dan pengaturan yang bervariasi. Bagian ini diletakkan pada tempat vakum tinggi. Karena elektron ditembakkan ke dalam struktur akselerator dengan energy awal sekitar 50keV, interaksi elektron dengan medan elektromagnetik pada microwave. Elektron memperoleh energy dari medan listrik sinusoidal dengan sebuah proses akselerasi sejalan dengan that of a surf rider (Khan:1993).Karena energi tinggi elektron dimunculkan dari exit window dari struktur akselerator, mereka berbentuk pensil balok yang memiliki diameter 3mm. Pada Linacs yang berenergi rendah (sampai 6 MV) dengan tabung akselerator pendek, elektron dimungkinkan untuk proses pelurusan dan menggerakan target untuk produksi x-ray. Pada linacs dengan energi yang lebih tinggi, struktur akselerator terlalu panjang dan oleh karena itu diletakkan pada tempat yang horizontal atau pada sudut yang horizontal. Elektron kemudian dibengkokkan kea rah sudut yang sesuai (biasanya 900 atau 2700) antara struktur akselerator dan target. Pembelokan elektro yang presisi dicapai dengan system pengarahan transport yang terdiri dari pengarahan magnet, pemfokusan coil, dan komponen lainnya (Khan:1993).

4