NEUTRON AND GAMMA SPECTRUM ANALYSIS OF KARTINI RESEARCH REACTOR FOR BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY (BNCT)

Abstract

MCNPX was used to design a three-dimensional model of Kartini Research Reactor (KRR) as a neutron source and performed criticality calculation. The criticality calculation of the reactor aims to obtain the neutron and gamma spectrum by simulating the fission reaction inside the reactor core. Total source histories were 105 per cycle, when the number of cycle for criticality calcutation was 1000 cycles with 60 skipped cycles. The reactor criticality according to the simulation result is 1.00179±0.00007. The total neutron flux on ring A, B, C, D, E and F inside the reactor core are respectively 6.553×10¹¹ n/cm²s, 4.53×10¹² n/cm²s, 4.167×10¹² n/cm²s, 3.751×10¹² n/cm²s, 2.914×10¹² n/cm²s and 3.107×10¹² n/cm²s. The total gamma flux is 6.956×10¹¹ particles/cm²s, 4.838×10¹² particles/cm²s, 4.398×10¹² particles/cm²s, 3.962×10¹² particles/cm²s, 2.953×10¹² particles/cm²s and 2.013×10¹² particles/cm²s, respectively for each ring. Thermal neutron fluxes recorded on the base of radial piercing beamport were 4.678×10¹⁰ n/cm²s, with the epithermal neutron flux of 5.37×10⁹ n/cm²s and fast neutron flux of 4.17×10¹⁰ n/cm²s. The gamma flux on that side reaches 4.22×10¹² particles/cm²s. On the 92-cm-ranges from the base inside radial piercing beamport, both neutron and gamma flux decrease up to 5.11×10⁸ n/cm2s for thermal neutron flux, 4.598×10⁶ n/cm²s for epithermal neutron flux, 2.55×10⁷ n/cm²s for fast neutron flux and 8.214×10¹⁰ particles/cm²s for gamma flux. In conclusion, the spectrum yield from this study can be use to define the source spectrum of the simulations and optimations prior to BNCT pre-clinical trial (in vivo/in vitro test) use KRR radial piercing beamport.

Keywords: BNCT, radial piercing beamport, Kartini Research Reactor, neutron spectrum, gamma spectrum

ANALISIS SPEKTRUM NEUTRON DAN GAMMA UNTUK BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY (BNCT) DI REAKTOR KARTINI. MCNPX telah digunakan untuk memodelkan bentuk 3 dimensi dari Reaktor Kartini sebagai sumber neutron dan melakukan perhitungan kekritisan. Perhitungan kekritisan reaktor bertujuan untuk mendapatkan spektrum neutron dan gamma dengan mensimulasikan reaksi fisi yang terjadi di dalam inti reaktor. Jumlah source histories adalah 10⁵ per iterasi, dimana banyaknya iterasi yang dilakukan dalam perhitungan kritikalisasi adalah 1000 iterasi dengan jumlah iterasi yang dilewatkan adalah 60 iterasi. Nilai kekritisan reaktor sesuai dengan hasil simulasi adalah 1,00179±0,00007. Fluks neutron total pada ring A, B, C, D, E and F di dalam inti reaktor masing-masing adalah 6,553×10¹¹ n/cm²s, 4,53×10¹² n/cm²s, 4,167×10¹² n/cm²s, 3,751×10¹² n/cm²s, 2,914×10¹² n/cm²s and 3,107×10¹² n/cm²s. Total fluks gamma adalah 6,956×10¹¹ partikel/cm²s, 4,838×10¹² partikel/cm²s, 4,398×10¹² partikel/cm²s, 3,962×10¹² partikel/cm²s, 2,953×10¹² partikel/cm²s dan 2,013×10¹² partikel/cm²s, masing-masing untuk tiap ring. Fluks neutron termal hasil perekaman pada pangkal beamport tembus radial adalah 4,678×10¹⁰ n/cm²s, dengan fluks neutron epitermal sebesar 5,37×10⁹ n/cm²s dan fluks neutron cepat sebesar of 4,17×10¹⁰ n/cm²s. Fluks gamma pada bagian tersebut mencapai 4,22×10¹² partikel/cm²s. pada jarak 92 cm dari pangkal beamport tembus radial, fluks neutron dan gamma turun mencapai 5,11×10⁸ n/cm²s untuk fluks neutron termal, 4,598×10⁶ n/cm²s untuk fluks neutron epitermal, 2,55×10⁷ n/cm²s untuk fluks neutron cepat dan 8,214×10¹⁰ partikel/cm²s untuk fluks gamma. Kesimpulannya, spektrum yang dihasilkan pada studi kali ini dapat digunakan untuk mendefinisikan sumber dalam simulasi dan optimasi terutama untuk keperluan uji pre-klinis (uji in vivo/ in vitro) BNCT menggunakan beamport tembus radial Reaktor Kartini.

Kata kunci: BNCT, beamport tembus radial, Reaktor Kartini, spektrum neutron, spektrum gamma