PEMBUATAN PROGRAM KONVERSI DATA MEDAN MAGNET HASIL SIMULASI TOSCA KE PROGRAM BCALC MENGGUNAKAN COMI DAN SCILAB

Transkripsi

1 PEMBUATAN PROGRAM KONVERSI DATA MEDAN MAGNET HASIL SIMULASI TOSCA KE PROGRAM BCALC MENGGUNAKAN COMI DAN SCILAB Emy Mulyani, Rian Suryo Darmawan, Agus Dwiatmaja -BATAN, Babarsari Yogyakarta ABSTRAK PEMBUATAN PROGRAM KONVERSI DATA MEDAN MAGNET HASIL SIMULASI TOSCA KE PROGRAM Bcalc MENGGUNAKAN COMI DAN SCILAB. Telah dilakukan pembuatan program untuk konversi data medan magnet hasil simulasi TOSCA ke program BCalc menggunakan Comi dan Scilab. Program BCalc ini akan mengolah data dari TOSCA sehingga dapat divisualisasikan dalam grafik yang menunjukkan parameter isokronus dari disain magnet. Data hasil simulasi TOSCA merupakan data medan magnet pada tiap koordinat Bx, By, Bz dalam format text atau biner. Format data TOCSA berbeda dengan format data BCalc, sehingga harus dilakukan konversi terlebih dahulu. Konversi format data dapat dilakukan dengan membuat listing program pada Comi TOSCA atau Scilab. Konversi program menggunakan Scilab lebih efektif dibandingkan Comi TOSCA dari sisi ukuran data dan waktu proses. Data dengan ukuran 300KB dapat di konversi oleh Scilab selama 2 detik menjadi data berukuran 47KB, sedangkan jika di konversi menggunakan comi TOSCA membutuhkan waktu 3 menit 15 detik menjadi data yang berukuran 71KB. Kata Kunci : Medan magnet, konversi, program TOSCA, Comi, Scilab ABSTRACT CONCTRUCTION OF CONVERSION PROGRAM FOR MAGNETIC FIELD DATA AS RESULT OF TOSCA SIMULATION TO BCALC SOFTWARE USING COMI AND SCILAB. The conversion program for magnetic field data as result of TOSCA simulation to Bcalc software using Comi and Scilab has been constructed. This program will process the data from TOSCA and it can be visualize in graphic mode which indicate the parameters design of isochronus magnetic. TOSCA simulation result data on each of the coordinates of the magnetic field Bx, By, Bz in text or binary format. TOCSA Format data is different with BCalc data format, so it must be converted first. Data format conversion can be done by making the listing program at Comi TOSCA or Scilab. Conversion using Scilab more effective than Comi TOSCA in terms of data size and processing time. 300KB data can be converted by the Scilab for 2 seconds into 47KB, where as if the conversion using TOSCA comi takes 3 minutes 15 seconds into 71KB. Keywords : Magnetic field, conversion, TOSCA program, Comi, Scilab PENDAHULUAN isain struktur magnet merupakan bagian yang D sangat penting dalam disain siklotron dan bertujuan untuk menghasilkan distribusi medan magnet sesuai dengan kebutuhan sistem siklotron. Ada dua metode yang biasa digunakan untuk misain struktur magnet, kedua metode ini bisa digunakan secara bersamaan untuk saling melengkapi. Metode pertama yaitu simulasi distribusi medan magnet menggunakan komputer code seperti : POISSON, OPERA dan KOMPOT [1]. Pada metode pertama ini B-H curve bahan magnet bisa didapatkan dari hasil Emy Mulyani, dkk. ISSN Buku I hal 341

2 eksperimen atau pun dari data yang telah tersedia. Metode kedua yaitu pengukuran distribusi medan magnet pada prototipe kemudian dilakukan evaluasi dan koreksi data pengukuran dengan melakukan hard shimming pada sektor magnet. Simulasi medan magnet dengan menggunakan TOSCA akan menghasilkan data dengan ukuran yang cukup besar dan harus dilakukan analisa lebih lanjut untuk mapatkan variabel yang terkait dengan isokronus disain magnet yang meliputi: medan magnet rata-rata B rata-rata, flutter (F), parameter k, betatron frekuensi, phase dan amplitudo harmonik, bentuk medan serta mapping distribusi 3D [2]. Salah satu komputer code yang bisa digunakan untuk mengolah data dari TOSCA adalah program BCalc, program ini akan mengolah data dari TOSCA sehingga dapat divisualisasikan dalam grafik yang menunjukkan parameter isokronus dari disain magnet. Data hasil simulasi TOSCA merupakan data medan magnet pada tiap koordinat Bx, By, Bz dalam format text atau biner. Format data TOCSA berbeda dengan format data BCalc, sehingga harus dilakukan konversi dahulu. Konversi format data dapat dilakukan dengan membuat program pada Comi TOSCA atau Scilab. Pada penelitian ini akan dilakukan pembuatan program dengan Comi dan Scilab untuk mengkonversi format data TOSCA menjadi format data yang bisa di baca oleh BCalc. TEORI Magnet merupakan salah satu komponen utama pada siklotron yang berfungsi untuk membelokkan partikel sehingga lintasannya melingkar. Penentuan medan magnet yang diperlukan harus memenuhi kondisi isokronous yang memenuhi persamaan: [3] dimana ω adalah frekuensi angular ion, B adalah medan magnet pada pusat magnet, γ adalah faktor relativistik, m adalah massa partikel/ion yang dipercepat, r adalah jari-jari lintasan ion/partikel dan q adalah muatan ion yang dipercepat. Simulasi distribusi medan magnet dapat dilakukan dengan menggunakan modul TOSCA, data distribusi yang didapatkan dari TOSCA dapat diolah menggunakan BCalc sehingga didapatkan parameter-parameter kondisi isokronus yang meliputi : medan magnet rata-rata B rata-rata, flutter (F), parameter k, betatron frekuensi, phase dan amplitudo harmonik, bentuk medan serta mapping distribusi 3D [2]. (1) Pada kondisi isokronus, medan magnet merupakan fungsi koordinat azimuthal θ, yang dinyatakan dalam persamaan : [1] dimana Λ adalah setengah periode. Nilai rata-rata isokronus medan magnet sebanding dengan dinyatakan dengan persamaan : Nilai flutter (F) pada jari-jari konstan, ditentukan oleh BCalc menggunakan persamaan : Frekuensi osilasi betatron pada arah radial v r dan arah vertikal v z serta parameter k dinyatakan dengan persamaan : dengan N adalah jumlah sektor dan ψ adalah sudut sektor. Medan magnet dapat dinyatakan dalam deret fourier dengan persamaan : FORMAT DATA BCalc Data medan magnet yang bisa dijadikan data input bagi BCalc merupakan data dengan format extensi.map. Data Map menunjukkan distribusi medan magnet dalam koordinat polar B(T), radius (m) dan sudut. File terdiri dari head dan main data block yang masing-masing block terdiri dari beberapa baris comment. Data head block terdiri dari 7 baris, baris 1 menunjukkan tanggal perhitungan atau pengukuran, baris 2 menunjukkan comment pertama berupa history perhitungan atau pengukuran, baris 3 menunjukkan comment kedua berupa history proses, baris 4 menunjukkan parameter skala geometri (bernilai 1 untuk geometri magnet), baris 5 menunjukkan parameter azimuthal, baris 6 menunjukkan parameter radial dan baris 7 merupakan baris bebas. Contoh format data BCacl adalah sebagai berikut: Date: Comment: DECY13 Comment: #CCW#0# baru Scale: 1 (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) Buku I hal 342 ISSN Emy Mulyani,, dkk

3 Azimuth: Radius: R = <-- distribution di R= dst R = <-- distribution di R= dst HASIL KONVERSI DAN PENGOLAHAN DATA Data medan magnet hasil simulasi TOSCA merupakan data dengan format.table seperti yang ditunjukkan pada lampiran I. Data ini kemudian dikonversi menggunakan program Comi TOSCA atau Scilab. Kedua program ini bertujuan untuk mengkonversi format data.table menjadi format.map yang dapat di baca oleh Bcalc. Listing program konversi data menggunakan Comi TOSCA dan Scilab dapat dilihat pada lampiran II dan III. Data format.map yang dihasilkan adalah seperti di bawah ini: Date :17/Jun/2011 Comment : DECY13 Comment : #CCW#0# Old Version Scale: 1 Azimuth: Radius: R =0.0.. R = Data format.map yang dihasilkan kemudian dieksekusi menggunakan program BCacl, menghasilkan parameter medan magnet seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Parameter medan magnet yang didapatkan meliputi medan magnet rata-rata B rata-rata, flutter (F), parameter k, betatron frekuensi, phase dan amplitudo harmonik, bentuk medan serta mapping distribusi 3D. Pada Gambar 1. ditunjukkan hubungan B rata-rata terhadap jari-jari magnet, garis a adalah nilai B rata-rata ideal yang diinginkan, sedangkan garis b adalah B rata-rata hasil simulasi, nilai ini akan terus dioptimasi untuk mekati nilai ideal. Optimasi dapat dilakukan dengan mengubah bentuk simulasi sektor magnet yang dikenal dengan istilah soft shimming. Mapping distribusi magnet pada daerah sektor magnet ditunjukkan pada Gambar 2. Konversi data dengan menggunakan Comi TOSCA ataupun Scilab dapat menghasilkan file.map yang sama namun dari sisi efektivitas waktu, program Scilab lebih efektif karena untuk mengkonversi data dengan ukuran yang sama dibutuhkan waktu yang lebih cepat daripada Comi TOSCA. Data format.table hasil simulasi TOSCA yang digunakan memiliki ukuran 300KB, dengan menggunakan program comi TOSCA dibutuhkan waktu 3 menit 15 detik, sedangkan jika menggunakan Scilab dibutuhkan waktu hanya 2 detik. Dari sisi ukuran data, Scilab juga lebih effisein dibandingkan dengan Comi TOSCA. Data format.table dengan ukuran 300KB jika dikonversi menggunakan Comi TOSCA akan menjadi file.map dengan ukuran 71KB sedangkan jika dikonversi menggunakan Scilab akan menjadi file.map dengan ukuran 47KB. Gambar 1. Hubungan B rata-rata terhadap jari-jari sektor magnet menggunakan program BCalc Emy Mulyani, dkk. ISSN Buku I hal 343

4 TANYA JAWAB Gambar 2. Distribusi medan magnet secara 3D KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa : 1. Program BCalc memberikan informasi terkait medan magnet yaitu medan magnet rata-rata B rata-rata, flutter (F), parameter k, betatron frekuensi, phase dan amplitudo harmonik, bentuk medan serta mapping distribusi 3D 2. Konversi data dari hasil simulasi TOSCA untuk menjadi data yang bisa eksekuasi BCalc dapat dilakukan dengan membuat listing program pada comi TOSCA atau Scilab. 3. Konversi program menggunakan Scilab lebih efektif dibandingkan comi TOSCA dari sisi ukuran data dan waktu proses. Data dengan ukuran 300KB dapat konversi oleh Scilab selama 2 detik menjadi data berukuran 47KB, sedangkan jika dikonversi menggunakan Comi TOSCA membutuhkan waktu 3 menit 15 detik menjadi data yang berukuran 71KB. Irianto Mengapa data medan magnet harus di konversi terlebih dahulu, apakah data dari TOSCA tidak bisa langsung di visualisasikan? Emy Mulyani BCalc merupakan program untuk visualisasi kondisi isochronus dalam medan magnet, sebagai input nya program ini membutuhkan data dengan format yang telah ditentukan( file.map). Data simulasi medan magnet menggunakan TOSCA merupakan data dalam format text, sehingga masih perlu dikonversi menjadi data dengan format.map Saefurrachman Lebih efektif mana konversi data dengan Comi atau Scilab? Emy Mulyani Konversi program menggunakan Scilab lebih efektif dibandingkan Comi dari sisi ukuran data dan waktu proses. Data dengan ukuran 300KB dapat di konversi oleh Scilab selama 2 detik menjadi data berukuran 47KB, sedangkan jika di konversi menggunakan comi TOSCA membutuhkan waktu 3 menit 15 detik menjadi data yang berukuran 71KB. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terimakasih kepada Taufik S.Si dan Ir. Slamet Santosa, M.Sc atas segala diskusi dan saran hingga dapat terselesaikannya makalah ini. DAFTAR PUSTAKA 1. Franko Jozef., dkk., 2005, BCalc - A Computer Program For Processing The Cyclotron Magnetic Structure Measurement Data, Journal of ELECTRICAL ENGINEERING, VOL. 56, NO. 1-2, 2005, Anonym., Bcalc a computer program user guide 3. Jong-Seo CHAI., 2009, Accelerator and Beam Dymanic, Cyclotron Apllication Laboratory KIRAMS, Korea Buku I hal 344 ISSN Emy Mulyani,, dkk

5 LAMPIRAN I. Format Data Tosca.table R [1.0] 2 TH [1.0] 3 BZ [1.0] dst Emy Mulyani, dkk. ISSN Buku I hal 345

6 LAMPIRAN II. Listing program konversi data dengan Comi Tosca. POLAR R2=500 R3=R2 R1=0 R4=0 Z1=0 Z2=Z1 Z3=Z1, Z4=Z1 T1=0 T2=0 T3=360 T4=360 N1=26 N2=181 BUFFER=Polar MAP FILE=TEMP COMPONENT=Bz /Component: BZ TABLE INFILE=TEMP OUTFILE='D:\Dokumen\Opera 3D\Opera Models\DECY13/data81.table' COLUMNS=3 F1=R UNIT1T=1.0 F2=TH UNIT2T=1.0 F3=Bz UNIT3T=1.0 UNIT4T=1.0 UNIT5T=1.0 UNIT6T=1.0 UNIT7T=1.0 UNIT8T=1.0 UNIT9T=1.0 UNIT10T=1.0 UNIT11T=1.0 UNIT12T=1.0 / buka file tabel $ string now $ open 1 data81.table read /Baca jumlah data $ read 1 #np1 #np2 $ parameter #np #np1*#np2 $ close 1 / harus diganti $ open 2 inpbcalc81.map write $ form 1 string string=' Date : ' $ form 2 CHARACTER 12 +VARIABLE $ form 3 CHARACTER 30 $ form 4 CHARACTER 13 $ form 5 string string='r = ' $ form 6 expo 0 $ form 7 INTEGER 0 $ form 8 string string=' ' $ assi 1 2 $ string today $ write 2 today $ assi 3 $ write 2 'Comment : DECY13' $ write 2 'Comment : Old Version' $ write 2 ' Scale: 1' $ assi $ write 2 ' Azimuth:' /(#np2-1) #np $ write 2 ' Radius:' /(#np1-1) #np1 0.5 $ write 2 $ DO #inc 1 #np1 1 / harus diganti $ open 1 data81.table read $ do #Urutandata 1 #inc+4 1 $ read 1 $ do $ read 1 #dt1 #dt2 #dt3 $ const #dsm #dt1 $ assi 5 6 $ write 2 #dsm $ assi 6 $ const #iter 1 $ WHILE #iter LE #np-#inc $ IF #dt1 eq #dsm $ write 2 #dt3 $ END IF $ read 1 #dt1 #dt2 #dt3 $ const #iter #iter+1 $ END WHILE $ close 1 $ END DO $ write 2 #dt3 $ close 2 $ string now LAMPIRAN III. Listing program konversi data dengan Scilab. filetable=uigetfile(["*.table"]) fl=mopen(filetable,'r'); [n,a,b,c,d]=mfscanf(fl,'%i %i %i %i'); na=a*b*c*d; nr=500/(a-1); nt=360/(b-1) while mfscanf(fl,'%i')~=0 v=mfscanf(fl,'%s %s'); for i=1:na+1-a-b [n,dt1,dt2,dt3]=mfscanf(fl,'%e %e %e'); if (dt2<0) then dt2=2*180+dt2; if (dt1==0) then [n,dtmp1,dtmp2,dtmp3]=mfscanf(fl,'%e %e %e'); if (dtmp2<0) then dtmp2=2*180+dtmp2; dt2=dtmp2; i=i+1; B((dtmp1/nr)+1,(dtmp2/nt)+1)=dtmp3; B((dt1/nr)+1,(dtmp2/nt)+1)=dt3; mclose(fl) dt=date(); AN=0; AS=1; NA=b-1; AE=359; RN=0; RS=10/1000; NR=a; RE=500/1000; fs = mopen('datainp81.map','w'); mfprintf(fs,' Date : %s\n',dt); mfprintf(fs,'comment : calculation b average\n'); mfprintf(fs,'comment : from simulation data\n'); mfprintf(fs,' scale : 1\n'); mfprintf(fs,'azimuth : %f %f %i %f\n',an,as,na,ae); mfprintf(fs,' Radius : %f %f %i %f\n',rn,rs,nr,re); mfprintf(fs,'\n'); for i=0:1:(a-1) mfprintf(fs,'r = %f\n',i/100); for j=1:(b-1) mfprintf(fs,'%f\n',b(i+1,j)); mclose(fs); Buku I hal 346 ISSN Emy Mulyani,, dkk