## ANALISIS KONDUKSI TERMAL JARINGAN SAPI DALAM INTERVAL WAKTU PENYERAPAN RADIASI TERAHERTZ DARI MILIDETIK SAMPAI PIKODETIK MENGGUNAKAN KOMPUTASI BIOFISIKA
UsmanMalik 1 , Merry Handayani 1 *, Walfred Tambunan 1 , Mhd Hamdi 1
1 Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Riau Kampus Binawidya Pekanbaru, 28293 * e-mail: hmerry92.mh@gmail.com

## Abstrak
Penelitian ini mensimulasikan persamaan diferensial parsial konduksi panas 1-D untuk memprediksi model distribusi temperature jaringan  biologis  sapi  seperti  kulit,  lemak,  tumor  dan  otot  selama  penyerapan  radiasi  Terahertz  sebagai  fungsi  posisi  pada kedalaman dan sebagai fungsi waktu dari mili detik sampai piko detik. Pemodelan pola-pola temperature jaringan dari penyerapan radiasi  Terahertz  dikaji  secara  teoritis  dengan  metode  komputasi  biofisika  menggunakan  software  Wolfam  Mathematica  9. Penggunaan parameter-parameter fisis konduksi panas pada kedalaman jaringan biologis sapi dari 0,1 mm sampai 0,3 mm, dan daya penyerapan radiasi Terahertz dari 2,5 mW sampai 5,5 mW dengan rentang frekuensi dari 0,1 THz sampai 1 THz. Hasil radiasi ini mengindikasikan penyerapan radiasi Terahertz dengan variasi daya yang memiliki karakteristik tersendiri dalam waktu mili detik sampai piko detik. Daya penyerapan radiasi Terahertz yang besar dan waktu yang besar akan menghasilkan temperatur yang tinggi pada masing-masing jaringan bilogis sapi. Temperatur sebagai fungsi kedalaman dipengaruhi oleh kandungan air di dalam jaringan biologis sapi, kandungan air penyusun jaringan yang kental pada waktu yang besar akan menghasilkan temperatur yang  kecil.  Perbandingan  diantara  pemodelan  dan  eksperimen  menunjukkan  bahwa  prediksi  temperatur  transfer  panas  radiasi Terahertz cukup akurat dengan ketidakpastian kesalahan penyebaran untuk parameter-parameter yang diturunkan sebesar 0,8 %.
Kata Kunci: Pemodelan komputer analog, Distribusi termal, Jaringan sapi, Penyerapan, Radiasi Terahertz

## Abstract
[ Title  :  Analysis  Thermal  Conduction  in  The  Cow  Tissue  during  Absorption  of  Teraherz  Radiation  From Milliseconds To Picoseconds using Biophysical Computation This research simulates the partial differential equation of 1-D thermal conduction to predict distribution model of cow’s biological tissue temperature such as skin, fat, tumor, and muscle during Terahertz radiation absorption as a function of depth position and as a function of time from millisecond to picosecond. The modeling  of  tissue  temperature  patterns  from  Terahertz  radiation  absorption  was  examined  theoretically  with  biophysical computation  method  using  software  Wolfram  Mathematica  9.  The  utilization  of  physical  parameters  thermal  conduction  at  the depth of cow’s biological tissue from 0,1 mm to 0,3 mm, and Terahertz radiation absorption power from 2,5 mW to 5,5 mW with frequency  range  from  0,1  Thz  to  1  Thz.  The  result  of  this  radiation  indicatid  that  Terahertz  radiation  absorption  with  power variation has its own characteristics in millisecond to picosecond. High power and large amount of time of the Terahertz radiation absorption will produce a high temperature in each cow’s biological tissue. The temperature as a function of depth is influenced by the  water  in  cow’s  biological  tissue,  the  thick  water  as  the  tissue  constituent  in  a  large  amount  of  time  will  produce  a  small temperature.  Comparison  between  modeling  and  experiment  showed  that  prediction  of  Terahertz  temperature  thermal  radiation transfer is quite accurate to the uncertainty of the deployment error for derived parameters is 0.8 %.
Keywords: Modeling computer analog, Terahertz radiation, Thermal distribution, Absorption, Tissue cow’s

## PENDAHULUAN
Distribusi  temperature  secara  konduksi melalui  medium  merupakan  suatu  proses  fisis  yang sering terjadi dalam fisika. Perpindahan panas secara konduksi  terjadi  akibat  perpindahan  energy  dari benda  yang  bersuhu  tinggi  ke  benda  yang  suhunya lebih rendah karena adanya perbedaan suhu diantara benda atau material (Kern, 1950).
Panas  dari  tubuh  harus  dikonduksi  terlebih dahulu  ke  udara  maupun  ke  air  untuk  kemudian dibawa  melalui  aliran  konveksi.  Ketika  suhu lingkungan  lebih  tinggi  dari  suhu  tubuh,  maka tubuhakan  menerima  panas  karena  pengaruh penyerapan  radiasi  Terahertz.    Apabila  tubuh  tidak dapat  melepaskan  panas  yang  dihasilkan  maka  suhu tubuh akan terus meningkat (Ali, 2010).
Jaringan  biologi  memiliki  medium  dengan daya  serap  radiasi  dan  kandungan  air  yang  berbeda mengakibatkan terjadinya interaksi radiasi Terahertz dengan  jaringan  biologi.  Ketika  radiasi  Terahertz berinteraksi dengan tubuh mengalami proses termal yang  dipengaruhi  daya  transfer  panas  dan  densitas jaringan sehingga dapat ditentukan konduksi termal dari  masing-masing  jaringan  biologi  (Michael, 2003).
Radiasi  Terahertz  merupakan  salah  satu instrumen  yang  menggunakan  prinsip  spektroskopi untuk  mendeteksi  lokasi  tumor  atau  kanker  tanpa merusak  jaringannya  karena  foton  radiasi  Terahertz tidak  cukup  energy  untuk  memutus  ikatan  kimia atau mengionisasi atom dan molekul. Ketika radiasi Terahertz  berinteraksi  dengan  tubuh,  beberapa radiasi direfleksikan, beberapa diserap dan beberapa ditransmisikan.  Radiasi  Terahertz  dapat  difokuskan sehingga mudah dikontrol, dan memiliki penyerapan radiasi  hamburan  rendah  sehingga  mampu mendeteksi sifat getaran molekul yang kuat (Ronne, 1997).
Gelombang  Terahertz  (THz)  adalah  bagian dari  spectrum  electromagnetic  dengan  panjang gelombang yang berada di antara spektrum infrared dan microwave. Wilayah Terahertz dalam spektrum elektromagnetik  dalam  rentang  frekuensidari  0,1 THz  sampai  1  THz.  Perubahan  wilayah  intensitas radiasi  Terahertz  dengan  kenaikan  termal menunjukkan  adanya  penyerapan  radiasi  pada jaringan biologi (Fitzgerald, 2003).

## METODE
Berikut  ini  diagram  alir  yang  menunjukkan prosedur yang dilakukan dalam penelitianini:
Gambar 1.Prosedur penelitian
Persamaan  diferensial  parsial  konduksi  panas 1-D  diselesaikan  secara  teoritis  berdasarkan  syarat awal dan syarat batas yang berhingga seperti berikut ini:
Sehingga  didapatkan  solusi  konduksi  termal  1-D sebagai berikut:
T x, t = A e )* + ,-//∁ 1 e ()*3)
Pengaruh  penyerapan  radiasi  Terahertz terhadap  konduksi  termal  pada  jaringan  biologi berdasarkan persamaan berikut:
∂T ∂t = −α ∂ 8 T ∂x 8 + P 4 π δ 8 µ e )*(3 >)
Berikut  ini  adalah  diagram  alir  yang menunjukkan komputasi numeric terhadap potensial listrik:
Komputasi biofisika yang dilakukan menggunakan  komputer  analog  dengan software Wolfram Mathemathica 9

## Gambar 2.Diagram alir konduksi termal

## HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Penyerapan  Radiasi  THz  Terhadap

## Konduksi Termal
Penyerapan  radiasi  THz  dalam  jaringan biologis  sapi  pada  Gambar  4.1  mengidentifikasi perubahan  suhu  pada  masing-masing  jaringan  dari waktu mili detik sampai piko detik yang dilihat pada garis berwarna biru muda.
(a)
(b) (c) (d)
Gambar4.1 Perubahan  temperatur  yang  dihasilkan dengan  variasi  densitas  disetiap  jaringan  dan  daya radiasi  THz  dalam  durasi  waktu  mili  detik  sampai piko detik pada (a) tumor, dan (b) otot.
Variasi daya radiasi Terahertz yang besar dan waktu  yang  besar  akan  mempengaruhi  perubahan temperatur.  Sampel  jaringan  biologis  sapi  yang digunakan  sebagai  perbandingan  yaitu  jaringan
abnormal atau tumor dan jaringan normal pada otot. Daya  radiasi  Terahertz  yang  diberikan  pada  tumor lebih rendah dibandingkan otot sehingga temperatur yang  dihasilkan  pada  tumor  lebih  kecil.  Perubahan temperatur  pada  daya  yang  sama  dalam  interval waktu  yang  berbeda  pada  tumor  dan  otot menunjukkan  temperature  yang  tinggi  pada  waktu mili  detik  dan  temperatur  yang  kecil  pada  waktu piko detik.

## b. Perbandingan  Temperatur  Eksperimen dan Pemodelan
Perbandingan  eksperimen  dan  pemodelan pada  perubahan  suhu  dengan  interval  waktu  mili detik  dan  piko  detik  yang  digunakan  pada  jaringan dapat dilihat padaTabel 4.4.
Mengindikasikan  persentase  kesalahan  model dan  eksperimen  pada  masing-masing  jaringan  yaitu kulit, lemak, tumor dan otot bernilai 0,8%.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Pemodelan  daya  penyerapan  radiasi  Terahertz terhadap  temperatur  pada  jaringan  sapi menghasilkan  temperatur  yang  lebih  tinggi  untuk 1  mili  detik  dikarenakan  energi  yang  dikeluarkan pada  radiasi  Terahertz  lebih  besar  yang mengakibatkan masing-masing jaringan melepaskan kalor atau panas yang tinggi. Semakin besar  daya  dan  waktu  penyerapan  radiasi Terahertz yang di berikan pada jaringan maka akan menghasilkan temperatur yang tinggi.
2. Pemodelan  1-D  konduksi  termal  pada  waktu1 piko  detik  menghasilkan  temperatur  yang  lebih tinggi  karena  waktu  pada  piko  detik  lebih  dekat dengan frekuensi air sehingga cepat rambat radiasi Terahertz yang diserap dalam jaringan pada waktu piko  detik  lebih  cepat  dan  energy  radiasi Terahertz yang dipancarkan lebih besar.
3. Pemodelan temperatur jaringan biologis pada sapi dengan  metode  komputasi  biofisika  memiliki persentase  kesalahan  sebesar  0.8%  terhadap literatur hasil eksperimen.

## DAFTAR PUSTAKA
Kern,  D.  Q.  1950. Proses  Heat  Transfer. McGraw- Hill Book Company: New York.
Ali  J.  2010.  Transition  of  Diatomic  Molecular
Oscillator Process in THz Region.Proceeding of ICEM: 233-235.
Michael  F.  Modest.  2003. Radiation  Heat  Transfer.
Second Edition Copyright Elsevier Science (USA). Fitzgerald  A.J.  2003.  Catalogue  of  Human  Tissue Optical Properties atTerahertz Frequencies. Journal  of  Biological  Physics
Kluwer Academic Publishers ) : 123–128.
Ronne  C.  1997.  Investigation  of  The  Temperature Dependence  of  Dielectric  Relaxation  in Liquid  Water  By  THz  Reflection Spectroscopy  and  Molecular  Dynamics Simulation . J. Chem. Phys: 107-108.