Analisis Partikel Sekunder Perisai Radiasi Proton Berenergi 20, 40, dan 60 MeV pada Satelit Cubesat dengan Simulasi Monte Carlo

Abstract

Radiasi kosmik di luar angkasa terdiri dari partikel berenergi tinggi yang berpotensi merusak komponen satelit. Perlindungan terhadap radiasi diperlukan melalui perisai dengan material dan konfigurasi yang tepat. Penelitian ini menganalisis distribusi partikel sekunder yang terbentuk akibat interaksi proton dengan perisai satelit menggunakan metode simulasi Monte Carlo berbasis perangkat lunak Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS). Model satelit yang digunakan berupa CubeSat dengan perisai setebal 5 mm berbahan aluminium alloy 6061-O, serta variasi konfigurasi dua lapis dengan tambahan polyethylene (PE) dan timbal (Pb). Simulasi dilakukan dengan sumber proton berenergi 20 MeV, 40 MeV, dan 60 MeV. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perisai aluminium tunggal mampu menahan proton primer, namun menghasilkan partikel sekunder berupa elektron, foton, dan neutron dengan intensitas signifikan. Penambahan lapisan PE 1 mm tidak efektif dalam mereduksi fluks partikel sekunder karena interaksi neutron berenergi tinggi dengan hidrogen dalam PE justru meningkatkan produksi foton sekunder. Sebaliknya, lapisan Pb 1 mm terbukti lebih efektif dalam menurunkan fluks elektron dan foton, meskipun terjadi sedikit peningkatan fluks neutron. Analisis dosis serap menunjukkan bahwa variasi material dan energi sumber radiasi berpengaruh terhadap fluks serta distribusi radiasi yang diterima komponen satelit.

Cosmic radiation in outer space consists of high-energy particles that can damage satellite components. Effective protection requires shielding materials and configurations that minimize radiation exposure. This study analyzes the distribution of secondary particles generated by proton interactions with satellite shielding using the Monte Carlo simulation method implemented in the Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS). The satellite model employed is a CubeSat with a 5 mm shield made of aluminum alloy 6061-O, with additional multilayer configurations using polyethylene (PE) and lead (Pb). Proton sources with energies of 20 MeV, 40 MeV, and 60 MeV were simulated. The results show that a single aluminum shield effectively blocks primary protons but produces significant secondary particles, including electrons, photons, and neutrons. The addition of a 1 mm PE layer was not effective in reducing secondary flux, as high-energy neutrons interacting with hydrogen in PE increased photon production. In contrast, a 1 mm Pb layer reduced electron and photon fluxes, respectively, although neutron flux slightly increased. Absorbed dose analysis confirmed that both shielding material and proton energy strongly influence flux and radiation distribution within satellite components.