ANODA EKSTRAKTOR ELEKTRON PADA BEJANA GENERATOR PLASMA DAN PENENTUAN BESAR ARUS BERKAS ELEKTRONNYA

Transkripsi

1 Volum 14, Novmbr 2012 SSN Agus Purwadi, Widdi Usada, Bambang Siswanto, Sukidi Pusat Tknologi Akslrator dan Pross Bahan BATAN Jl. Babarsari POB 6101 Ykbb, Tlp. (0274) , Yogyakarta gs_purwadi@yahoo.co.id ABSTRAK GENERATOR PLASMA DAN PENENTUAN BESAR ARUS. Tlah dirancang bangun anoda kstraktor lktron bntuk grid/kassa dari bahan SS-304 (msh-40) dngan ukuran lubang grid (0,5x0,5) mm 2 dan jarak antar lubang grid masing-masing 0,20 mm. Lmbaran grid sluas (30x600) mm 2 dipasang pada sisi bjana gnrator plasma yang brada di dalam bjana Sumbr Elktron Katoda Plasma. Bjana gnrator plasma trsbut diharapkan dapat mnghasilkan arus brkas lktron skitar = 50 ampr (A). Tlah dihitung bahwa supaya bjana trsbut mnghasilkan arus brkas lktron sbsar = 49,9 A maka krapatan lktron plasmanya n =10 18 /m 3 dan suhu lktron plasmanya T = 10 V srta supaya = 47,4 A maka krapatan lktron plasmanya n =1,5x10 18 /m 3 dan suhu lktron plasmanya T = 4 V. Bsar harga arus brkas lktron dapat diukur scara mpirik dngan mnggunakan koil Rogowski. Kata kunci : arus plasma, krapatan plasma, suhu plasma, grid, shath ABSTRACT ELECTRON EXTRACTOR ANODE ON GENERATOR PLASMA TUBE AND DETERMNATON OF TS ELECTRON BEAM CURRENT VALUE. t has bn dsignd and contructd th lctron xtractor onod of grid/kassa form mad of SS-304 (msh-40) with grid hol siz of (0,5x0,5) mm 2 and distanc btwn grid hol ach othr of 0,20 mm. Grid sht as width as (30x600) mm 2 is placd on th sid of plasma gnrator tub in th tub of Plasma Cathod Elctron Sourc. t is hopd that th plasma gnrator tub can b abl to produc lctron bam currnt round about of 50 ampr (A). t has bn accountd that th tub in ordr to produc lctron bam currnt of = 49,9 A thn its plasma lctron dnsity n is of /m 3 and its plasma lctron tmpratur T is of 10 V and in ordr to produc = 47,4 A thn its plasma lctron dnsity n is of 1,5x10 18 /m 3 and its plasma lctron tmpratur T is of 4 V. Th valu of lctron bam currnt can b masurd mpirically by using Rogowski coil. Kywords : plasma currnt, plasma dnsity, plasma tmpratur, grid, shath. PENDAHULUAN Sumbr Elktron Brbasis Katoda Plasma (SEBKP) mrupakan suatu pmbangkit brkas lktron. Pada SEBKP brkas lktron dibntuk olh adanya misi atau kstraksi lktron dari prmukaan plasma. Prmukaan plasma pada bjana gnrator plasma hanya plasma lktronnya ditarik kluar mnuju darah pmrcpat olh anoda kstraktor. Slanjutnya plasma lktron diprcpat mnggunakan tgangan pmrcpat ord ratusan kilo-volt (kv) mnuju targt stlah mlalui jndla/window bjana plasma. SEBKP dngan kluaran brkas lktron brpnampang luas dan brarus bsar akan sangat brmanfaat untuk aplikasi pada prmukaan bahan datar yang luas. SEBKP dapat digunakan dalam tknologi-tknologi radiasi sprti modifikasi struktur prmukaan bahan, pmompaan mdia aktif lasr-lasr gas, pnglasan kramik, pmbangkit radiasi lktromagntik, tknologi radiasi dan kimia plasma srta dalam bidang-bidang lainnya. [1] Apabila dibandingkan dngan msin brkas lktron yang broprasi scara kontinyu, maka rancang bangun sistm SEBKP adalah lbih sdrhana karna SEBKP tidak mnggunakan Prosiding Prtmuan dan Prsntasi lmiah Tknologi Akslrator dan Aplikasinya 152 Vol. 14, Novmbr 2012 :

2 Volum 14, Novmbr 2012 SSN sistm pmfokus dan juga magnt pmblok. Dmikian pula untuk produk-produk brkas yang smacam, SEBKP mmpunyai kuntungan lbih trhadap sistm katoda panas, dan jauh lbih mudah untuk mmbntuk khomoginan luasan darah misi plasma. SEBKP slain broprasi dalam bntuk pulsa (ord nano hingga milli skon) juga mampu mnghasilkan krapatan arus tinggi (hingga 100 A/cm 2 ) srta tidak brgantung pada kondisi vakum dngan tkanan gas oprasi pada jangkauan yang lbar (sampai 10 Pa ). Khusus untuk rancang bangun anoda kstraktor lktron pada bjana gnrator plasma SEBKP, tlah dilakukan dngan trlbih dahulu studi pustaka pnggunaan anoda kstraktor dari bahan stainlss stl (SS) dngan brbagai bntuk gomtri dan ukuran lubang gridnya [2]. Rancang bangun anoda kstraktor dissuaikan dngan bntuk bjana gnrator plasmanya, yang diprkirakan brkas lktron dngan nrgi tinggi (ord ratusan joul), untuk tgangan pmrcpat antara 150 kv hingga 200 kv, kcpatan rpititif pulsa skitar 50 s - 1 dan jangka waktu pulsa skitar 40 µs. Karna diharapkan tampang lintang brkas lktron pulsa nantinya dapat bsar/luas maka sistm lucutan yang mampu mnghasilkan lktron yang fisin, kstraksinya stabil srta distribusi krapatan lktron pada brkas bisa optimum, adalah hanya dngan mtod pnggunaan grid/kassa sbagai anoda kstraktor pada bjana gnrator plasmanya. Tlah dirancang bangun anoda kstraktor bntuk kassa/grid dari bahan kassa SS msh-40 brukuran lubang (0,5x0,5) mm 2, sluas (30x600) mm 2 yang diklmkan pada bjana gnrator plasma, dngan jarak antar klm 50 mm dispanjang sisi lmbaran grid. Bjana gnrator plasma (didalam bjana SEBKP) yang diprlngkapi anoda kstraktor lktron dngan ukuran dan bntuk gomtri trtntu trsbut diharapkan dapat mnghasilkan bsar arus brkas lctron skitar 50 ampr (A). TEOR Arus brkas lktron (pulsa) bsarnya akan brgantung pada harga paramtr plasma dalam bjana gnrator plasma (krapatan n dan tmpratur lktron T ), gomtri kstraktor (diantaranya ukuran jjari lubang grid) srta tgangan pmrcpat plasma. Untuk pnydrhanaan, plasma dalam bjana gnrator plasma scara ksluruhan dianggap homogn dan distribusi nrgi lktron adalah Maxwllian. Eksprimn tlah mnunjukkan bahwa pngaruh pancaran lktron pada paramtr plasma mnjadikan potnsial plasma brubah. Ekstraksi lktron dari plasma dapat juga dipngaruhi olh variasi krapatan plasma, naik atau turunnya arus lucutan, osilasi frqunsi tinggi srta dalam kadaan ktidak stabilan oprasi lucutan. Dalam knyataan SEBKP ukuran dari masing 2 lubang tunggal anoda kstraktor dibatasi dngan dimnsi yang sbanding dngan tbal shath yang trbntuk di dkat lkroda trsbut. Suatu cara untuk mmprolh ini harus mnutup prmukaan misi plasma dngan grid mtal halus brukuran msh sbanding ktbalan shath dkat lktroda [3]. Mtoda pmbntukan arus lktron plasma dalam bjana gnrator plasma dinamakan stabilisasi shath atau stabilisasi msh. Stabilisasi msh yang brarti pmilihan ukuran lubang misi pada ktbalan ord shath (yang mmisahkan plasma dari lktroda kluaran). Emisi lktron dari bagian prmukaan plasma trbuka (batas plasma), lktron dipancarkan dari bagian pusat dan pada pinggiran mlalui pnghalang/barrir potnsial sprti disajikan pada Gambar 1, yang mrupakan gambaran skmatik prinsip stabilisasi grid. Pada Gambar 1 ditunjukkan bahwa brtambahnya ktbalan shath, akan mngurangi prmukaan plasma trbuka. Dngan tidak adanya pnghalang, krapatan arus misi adalah lbih bsar dari pada krapatan arus untuk lktron yang mngatasi pnghalang dan olh karna itu arus brkas misi lktron yang lwat masing-masing lubang misi utama ditntukan olh luas prmukaan plasma trbuka: 2 = jx π ( r ls ) (1) Disini r adalah jjari dari lubang misi dan l s adalah ktbalan shath. 153 Agus Purwadi, dkk.

3 Volum 14, Novmbr 2012 SSN Gambar 1. lustrasi skmatik prinsip stabilisasi grid. Pada asumsi bahwa ( φ pl φ a ) / k T >>1 dan potnsial fall antara plasma dan lktroda misi adalah ngatip, shath dkat lktroda dapat dianggap ionik dan ktbalan l s dapat juga distimasikan dari prsamaan krapatan arus ion trhadap anoda yang ditntukan dari rlasi Bohm dan hukum Child Langmuir untuk arus ion l ε n 1 2 ( ) ϕ ϕ ( k T ) o s = pl a / (2) Pada mkanism stabilisasi, dianggap bahwa pada pross fluktuasi random misi lktron plasma mnybabkan arus misi lktron naik. ni akan mlibatkan brtambahnya potnsial plasma (dibandingkan trhadap anoda kstraktor) dan olh karna itu mnurut prsamaan (2) xpansi shath dkat lktroda (anoda kstraktor). Expansi shath dalam lobang sbaliknya mnghasilkan pngurangan luasan prmukaan plasma trbuka dan mnurut prsamaan (1) akan mngurangi arus misi lktron, karna itu mngkompnsasi fluktuasi random. Hal ini dapat ditunjukkan, bahwa fluktuasi brtanggungjawab untuk mnurunnya arus lktron akan juga dikompnsasi dngan prssuaian prubahan dalam ktbalan shath. Jadi tampak bahwa ada umpanbalik ngatip antara shath dan paramtr misi yang mmbrikan stabilisasi arus misi. Dalam kadaan umum, tiga prbdaan mkanism misi lktron plasma akan brgantung pada prbandingan ukuran lobang misi r trhadap ktbalan shath l s. a. Jika lobang misi jauh lbih kcil dari pada ktbalan shath (r << l s ), shath mnylimuti smua lobang misi dan lktron dipancarkan mlalui pnghalang potnsial. Disini fisinsi kstraksi lktron α (prbandingan arus misi trhadap arus discharg) trtntukan sprti halnya untuk misi ion, yakni olh prbandingan luas prmukaan misi plasma S trhadap luas total anoda dan lktroda lain dari sistm discharg S a : S α = (3) ( S + S a ) Ukuran kcil lobang misi tak mngizinkan fisinsi kstraksi lktron mlbihi bbrapa prsn. b. Kadaan trtntu yang lain dapat diangap dngan r >> l s Dalam kadaan ini fisinsi kstraksi lktron adalah: ( S + S ) xp [ ( ϕ ) kt ] α = S / ϕ / (4) a Yakni α mndkati maksimum (satu satuan). Ttapi tingkat dimana paramtr plasma trganggu lagi mnjadi cukup bsar yang mana ini akan mmprsulit untuk mmprolh brkas lktron dngan paramtr-paramtr stabil. c. Kadaan antara a) dan b) yakni dngan mngambil r ~ l s, yang mana α = 0,5. Dngan fisinsi kstraksi lktron yang pantas, stabilisasi grid dari paramtr plasma trjadi dalam pngukuran pnuh dan prubahan dalam paramtr plasma brkonskunsi trhadap misi lktron. Dianggap misi lktron plasma mlalui suatu lubang misi sdrhana dngan mmprhatikan distribusi potnsial mdan listrik radial srta diasumsikan bahwa distribusi kcpatan lktron plasma adalah mndkati Maxwllian, arus misi lktron dapat dituliskan sbagai :, r ϕ ( r ) T = 2 π k T / 2 π m 1 2 n r k r dr (5) ( ) () dimana φ (r) mrupakan distribusi mdan listrik radial dalam darah misi. 0 pl a Prosiding Prtmuan dan Prsntasi lmiah Tknologi Akslrator dan Aplikasinya 154 Vol. 14, Novmbr 2012 :

4 Volum 14, Novmbr 2012 SSN Ada tiga macam mkanism lktron dapat lolos dari plasma, brgantung pada prbandingan antara tbal shath dkat lktroda dngan jjari lubang misi (grid). Kluaran plasma dipisahkan dari darah prcpatan lktron dngan ruang brpotnsial minimum dimana lktron diprlambat olh mdan listrik. Pada darah lktroda kluaran plasma, pnghalang potnsial tak dapat mngmbang dalam darah muatan ruang ngatip. Ttapi suatu potnsial minimum dapat diatur olh mdan listrik lktroda kluaran (anoda) sprti ditunjukkan pada Gambar 2. Emisi lktron sangat mungkin diprbsar dalam suatu luasan S di dkat lobang misi dimana bsar pnghalang potnsial adalah minimum. Emisi lktron pada Prsamaan (5) dalam kadaan ini dapat ditulis sbagai: = ϕ 2 k T ( k T 2 π m ) 1 2 n π ( r l ) / (6) Untuk kadaan ini arus misi adalah arus lkron yang tlah mngatasi pnghalang potnsial dalam suatu luasan S. Ktika pnghalang potnsial untuk lktron scara total dikuasai olh mdan kstraksi lktron atau ktika paramtr plasma adalah sdmikian shingga rlasi l s < r dipnuhi bahkan pada saat potnsial kolktor masih nol, lktron dikluarkan dari bagian prmukaan plasma trbuka, di bagian pusat lubang misi r dan juga mlalui pnghalang potnsial di sklilingnya. Sistm misi ini scara skmatik ditunjukkan pada Gambar 3. s Gambar 3. Skma sistim misi lktron pada darah grid tanpa pnghalang potnsial. Prsamaan misi untuk kadaan ini mmpunyai bntuk: ( k T 2 π m ) 1 2 n ( r l ) 2 = π + / s r 1 ( k T 2π m ) 2 n () r r ls ϕ k T / dr (7) Arus lktron yang lwat pnghalang potnsial dapat diabaikan karna halangan potnsialnya sangat bsar, shingga Prsamaan (7) dapat lbih disdrhanakan mnjadi : ( k T 2 m ) 1 2 n ( r l ) 2 = π π (8) / s Trlihat pada Prsamaan (8) bahwa luasan prmuakaan misi plasma π (r l s ) 2 shinga arus misi lktron sangat brgantung pada ktbalan shath l s. Ktika kondisi l s << r dipnuhi, lktron dikluarkan dari prmukaan plasma trbuka, hanya brgantung pada ukuran lobang misi mnurut prsamaan: 2 ( k T 2 π m ) 1 2 n π r = (9) / Gambar 2. Skma sistim misi lktron pada darah grid dngan pnghalang potnsial. Dalam anggapan ktiga kadaan diatas, arus misi sbanding dngan krapatan plasma n, tidak pduli apakah lktron dikluarkan mlalui pnghalang potnsial atau dari prmukaan plasma trbuka. Ttapi pngaturan arus dalam hal l s << r hanya mungkin dngan mmvariasi n, padahal dalam kadaan l s < r arus misi dapat juga 155 Agus Purwadi, dkk.

5 Volum 14, Novmbr 2012 SSN diatur/dikontrol dngan mmvariasi tinggi pnghalang potnsialnya. Kontrol arus misi lktron plasma lwat variasi krapatan plasma n adalah lbih sring dilakukan dibandingkan dngan mmvariasi arus lucut yang banyak ktidak kbrhasilannya. METODA DAN TATA KERJA Anoda kstraktor lktron bntuk grid brfungsi sbagai pngontrol arus misi lktron plasma yang dikstrak/dikluarkan dari bjana gnrator plasma. Anoda kstraktor ini dipasang pada bagian bawah bjana gnrator ntron pada sistm SEBKP yang dirancang dalam modl DUET sprti diprlihatkan pada Gambar 4 [4]. Sumbr lktron brbasis katod plasma trdiri dari dua sistm lktroda pnghasil plasma di sblah kiri dan kanan, sistm trsbut ditunjukkan pada Gambar 4, yakni pada nomor 2,3 dan 4. Sistm lktroda pnghasil plasma, mmpunyai dua sumbr daya yaitu sumbr daya pmicu (8) dan sumbr daya gnrator plasma (9). Sumbr daya pmicu mmpunyai spsifikasi tgangan 10 kv, dan nrgi 100 mj mngalirkan tgangan mlalui anod (2) dan mlalui isolator Tflon (3) akan mmbntuk spot plasma (11) di prmukaan katod (4) mlalui pross lucutan prmukaan, pada bjana gnrator plasma (1) dngan tkanan gas skitar 10-4 Torr. Kmudian spot plasma (11) yang trbntuk akan dihamburkan olh tgangan sumbr daya gnrator plasma (9) dan hamburan spot plasma yang diprcpat tgangan sumbr daya gnrator plasma akan mngionkan gas dalam rongga bjana plasma trbntuk lucutan busur plasma (12) di skitar darah anod brongga (1), dan bila kdua sistm lktrod brjalan srmpak maka ksluruhan ruang anod akan trbntuk lucutan busur plasma. Olh tgangan pmrcpat (10) lktron yang lolos mlalui grid (5) akan diprcpat sampai mampu mnmbus jndla Ti/B (7) yang slanjutnya dimanfaatkan untuk iradiasi bahan. Dalam makalah ini sprti dijlaskan dalam bab sblumnya hanya dibahas salah satu komponn SEBKP saja yakni anoda kstraktor SEBKP. Pada rancang bangun anoda kstraktor digunakan bahan SS-304 bntuk kassa/grid (msh-40) brukuran lubang (0,5x0,5) mm 2 (idntik dngan grid bntuk lingkaran dngan jjari 0,28 mm) sluas (30x600) mm 2 yang diklmkan pada bjana anoda, dngan jarak antar lubang grid 0,20 mm. Kalau jarak antara lubang grid yang satu dngan yang lain adalah sbsar 0,20 mm maka untuk mdia/luasan anoda misi bjana plasma sluas (0,70 x 0,70) mm 2 akan ada 1 lubang grid, sprti ditunjukkan pada Gambar 5. Gambar 4. Sistm sumbr lktron brbasis katod plasma (SEBKP) modl DUET. Prosiding Prtmuan dan Prsntasi lmiah Tknologi Akslrator dan Aplikasinya 156 Vol. 14, Novmbr 2012 :

6 Volum 14, Novmbr 2012 SSN Bsar arus misi lktron yang mlalui lubang grid mnurut Prsamaan (9) akan brgantung pada paramtr plasma sprti suhu lktron T, krapatan lktron n srta brgantung pada ukuran jjari grid r. Sdang bsaran-bsaran lain mrupakan konstanta yang harganya tlah trtntu yakni untuk = muatan lktron = 1,602 x C, k = ttapan Boltzmann = 1,37 x J/K dan m = massa lktron = 9,11 x kg. Karna jumlah lubang grid dalam luasan anoda kstraktor (30x600) mm 2 dan bsar arus misi lktron yang mlalui tiap lubang grid dapat dihitung, maka bsar arus misi lktron total yang kluar mlalui anoda kstraktor pada bjana gnrator plasma dapat ditntukan. Gambar 6. Rancang bangun bjana SEBKP modl DUET. Gambar 5. Lubang grid (0,50 mm x 0,50 mm) dngan jarak antara lubang grid yang satu dngan yang lain adalah sbsar 0,20 mm. HASL DAN PEMBAHASAN Tlah dirancang bangun bjana SEBKP modl DUET sprti ditunjukkan pada Gambar 6. Di bagian dalam SEBKP ini trdapat bjana gnrator plasma yang salah satu bagian utamanya trdapat anoda/grid ktraktor lktron plasma. Anoda/grid kstraktor brbntuk lmbaran kassa sluas 30 mm x 600 mm trsbut dngan lubang grid bntuk bujur sangkar (0,50 mm x 0,50 mm) dan jarak antar lubang grid sjauh 0,20 mm dipasang/diklmkan pada bjana gnrator plasma, sprti ditunjukkan pada Gambar 7. Lubang grid dalam bntuk bujur sangkar brukuran (0,50 mm x 0,50 mm) adalah idntik dngan bntuk lingkaran dngan jjari 0,28 mm (2,8 x 10-4 m), shingga dngan prsamaan (9) bsar arus misi lkton yang mlalui lubang trsbut dapat ditntukan [5]. Karna digunakan lmbaran grid sluas 30 mm x 600 mm dngan jarak antar lubang grid yang satu dngan lainnya sjauh 0,20 mm maka dalam luasan lmbaran trsbut ada sbanyak lubang grid. Pmilihan ukuran gomtri pada paramtr anoda kstraktor adalah tlah mmnuhi syarat untuk trjadinya misi lktron, karna dari hasil prhitungan bsar fisinsi kstraksi lktron α (prbandingan arus misi trhadap arus discharg) mnurut prsamaan (3) di atas yakni dngan mmasukkan harga S (luas prmukaan misi plasma) = banyak lubang grid (36.735) x luas lubang grid (0,25 mm 2 ) dan harga S a (luas total anoda pada sistm lucutan) = mm 2 diprolh harga α = 0,51, mrupakan fisinsi kstraksi lktron yang pantas, dimana pmilihan luasan grid (0,5 x 0,5) mm 2 atau pmilihan jjari grid r = 0,28 mm bolh dikatakan tlah mndkati harga tbal shath l s (tidak dapat diukur langsung). 157 Agus Purwadi, dkk.

7 Volum 14, Novmbr 2012 SSN Gambar 7. Rancang bangun lmbaran grid ukuran 30 mm x 600 mm (lubang grid 0,50 mm x 0,50 mm, jarak antar grid 0,20 mm) yang dipasang pada bjana gnrator plasma. Dngan mmasukkan data bsaran-bsaran fisis pada Prsamaan (9) untuk muatan lktron =1,602 x C, ttapan Boltzmann k =1,37 x J/K, jjari grid r =2,8x10-4 m, massa lktron m = 9,11 x kg maka dapat diprolh bsar arus misi lkton trtntu, karna diktahui bahwa harga yang optimum untuk suhu lktron T dan krapatan lktron n pada bjana gnrator lktron brtkanan rndah adalah sudah trtntu yakni untuk T = (1-10) V dan n = ( ) m -3. Sampai saat ini anoda kstraktor lktron blum digunakan/dioprasikan dalam sistm SEBKP, shingga pngukuran bsar arus misi lktron dngan mnggunakan koil Rogoswski (sudah dirancang bangun olh Tim Pnliti SEBKP) blum dilakukan. Namun untuk mndapatkan harga skitar 50 A dngan anoda kstraktor yang tlah mmpunyai bntuk dan ukuran gomtri trtntu (sprti tlah disbutkan di atas), maka dngan mnrapkan prsamaan (9) dapat ditntukan harga paramtr plasma T dan n (dalam bjana gnrator plasma) pnybab timbulnya arus misi lktron skitar 50 A trsbut. Dngan mnggunakan lmbaran grid sluas 30 mm x 600 mm, jjari grid (0,50 mm x 0,50 mm) dan jarak antar lubang grid yang satu dngan lainnya sjauh 0,20 mm, pada Tabl 1 ditunjukkan hasil prhitungan bsar arus misi lktron ( ) sbagai fungsi suhu lktron T = (1 V s.d. 10 V) dimana 1 V= K dan fungsi krapatan lktron n = ( ) m -3. Untuk mlihat dngan lbih jlas bahwa prubahan arus brkas/misi lktron sangat bsar dipngaruhi olh prubahan krapatan lktron (n ) maka data pada Tabl 1 disajikan dalam bntuk grafik sprti ditunjukkan pada Gambar 8. Tabl 1. Harga arus brkas lktron ( ) sbagai fungsi suhu lktron T = (1 V s.d. 10 V) dan krapatan lktron plasma n = ( ) m -3. Suhu Arus Brkas Elktron (Ampr) Elktron (K) Krapatan n =10 17 m -3 Krapatan n =10 18 m -3 Krapatan n =1,5x10 18 m -3 Krapatan n =3x10 18 m -3 Krapatan n =10 19 m -3 1,16E+04 1,58E-02 1,58E+01 2,37E+01 4,74E+01 1,58E+02 2,32E+04 2,23E-02 2,23E+01 3,35E+01 6,70E+01 2,23E+02 3,48E+04 2,73E-02 2,73E+01 4,10E+01 8,20E+01 2,73E+02 4,64E+04 3,16E-02 3,16E+01 4,74E+01 9,47E+01 3,16E+02 5,80E+04 3,53E-02 3,53E+01 5,30E+01 1,06E+02 3,53E+02 6,96E+04 3,87E-02 3,87E+01 5,80E+01 1,16E+02 3,87E+02 8,12E+04 4,18E-02 4,18E+01 6,27E+01 1,25E+02 4,18E+02 9,28E+04 4,47E-02 4,47E+01 6,70E+01 1,34E+02 4,47E+02 1,04E+05 4,74E-02 4,74E+01 7,11E+01 1,42E+02 4,74E+02 1,16E+05 4,99E-02 4,99E+01 7,49E+01 1,50E+02 4,99E+02 Prosiding Prtmuan dan Prsntasi lmiah Tknologi Akslrator dan Aplikasinya 158 Vol. 14, Novmbr 2012 :

8 Volum 14, Novmbr 2012 SSN Gambar 8. Arus brkas lktron ( ) sbagai fungsi suhu lktron T = (1 V s.d. 10 V) dan krapatan lktron plasma n = ( ) m -3. Dari hasil prhitungan pada Tabl 1 dapat ditunjukkan bahwa untuk anoda kstraktor yang dirancang bangun dngan bahan SS-304 srta bntuk dan ukuran gomtri trtntu (sprti yang tlah disbutkan di atas), maka untuk bsar arus misi lkton yang mlalui anoda kstraktor (sluas 30 mm 600 mm) sbsar = 49,9 A akan trjadi pada paramtr plasma suhu lktron T = 10 V ( K) dan krapatan lktron plasma n = m -3 dan atau bsar arus misi lkton = 47,4 A akan trjadi pada paramtr plasma suhu lktron T = 4 V ( K) dan krapatan lktron plasma n = 1, m -3. Sbagai pmbanding nantinya, arus brkas lktron yang mlwati anoda kstraktor lktron hasil rancang bangun trsbut, scara mpirik juga akan diukur scara langsung dngan bantuan alat ukur koil Rogowski, yang tlah dibuat sndiri olh Tim SEBKP. Koil Rogowski mrupakan solnoid dngan jumlah lilitan trtntu yang dibngkokkan shingga mnjadi bntuk torus, sdang arus brkas yang akan diukur adalah yang mngalir mlalui bagian dalam torusnya, sprti ditunjukkan pada Gambar 9. [6] Gambar 9. Koil Rogowski. Pada Gambar 9 ditunjukkan bahwa koil Rogowski mmpunyai rsistansi koil r c, induktansi koil L c dan aliran arus induksi i, sdang dibagian ujungnya dipasang rsistan r yang brinduktansi sangat rndah. Bsar arus lucut (bntuk pulsa) yang trjadi pada sistm dapat diukur mnggunakan koil Rogowski dan alat bantu osiloskop. Arus akan trtampil pada osiloskop dalam bntuk sinus trdam, dngan bsar arus lucut yang dapat dirumuskan sbagai 159 Agus Purwadi, dkk.

9 Volum 14, Novmbr 2012 SSN π a R C ( t) = V0 µ A n 0 ( t) dimana (t) = bsar arus pulsa, a = jjari mayor torus, R = rsistansi intgrator, C = kapasitan intgrator, V 0 (t) = tgangan kluaran, µ 0.= ttapan prmabilitas = 1, Hm -1, A = luas tampang lintang minor torus, n = jumlah lilitan torus. KESMPULAN 1. Tlah dirancang bangun anoda kstraktor/grid bntuk kassa dari bahan SS-304, brukuran lubang (0,5x0,5) mm 2, sluas (30x600) mm 2 yang dipasang pada bjana gnrator plasma. Pmilihan ukuran gomtri pada paramtr anoda kstraktor adalah tlah mmnuhi syarat untuk trjadinya misi lktron, karna dari hasil prhitungan tlah diprolh bsar harga fisinsi kstraksi lktron, α = 0, Prubahan krapatan lktron (n ) akan sangat dominan pngaruhnya trhadap prubahan arus brkas/misi lktron. Harga pada ord puluhan dan ratusan dapat diprolh pada krapatan lktron ord n = cm Kalau diharapkan dapat dihasilkan arus skitar 50 A maka hndaknya diusahakan bjana gnrator plasma dioprasikan pada n =10 15 /cm 3 dan T = 10 V untuk mmprolh = 49,9 A dan atau n =1, /cm 3 dan T = 4 V untuk mmprolh arus = 47,4 A. 4. Harga arus brkas lktron dapat diprolh scara mpirik dngan mnggunakan koil Rogowski. UCAPAN TERMA KASH Pnulis mngucapkan trima kasih kpada Pnglola Program nsntif PKPP-2012 yang tlah mmbiayai pnlitian ini. Dmikian pula kpada Prof. Efim Oks, Prof. Sudjatmoko dan smua rkanrkan di Bidang TAFN, PTAPB-Batan Yogyakarta, atas sgala bantuan, saran dan kritik, pnulis mngucapkan banyak trima kasih. DAFTAR PUSTAKA [1] EFM OKS, Plasma Cathod Elctron Sourcs (Physic, Tchnology, Application), nstitut of High Currnt Elctronics (HCE), Russian Acadmy of Scincs, 2/3 Akadmichisky Av, Tomsk, Russia, May [2] AGUS PURWAD, AMNUS SALAM, Pnntuan Paramtr Plasma Atas Dasar Hasil Prhitungan Bsar Arus Emisi Brkas Elktron, Prtmuan dan Prsntasi lmiah Pnlitian Dasar lmu Pngtahuan dan Tknologi Nuklir, PTAPB Batan Yogyakarta, 04 Juli [3] KOROLYOV, A.N ET AL., Dsign of Compact Systm With Wid Elctron Bam For Radiation Tchnology, Procding of Particl Acclrator Conf. PAC hal [4] WDD USADA, Rancangan Dtil Sumbr Elktron Brbasis Katoda Plasma, Laporan ntrn PTAPB-BATAN, Yogyakarta, [5] EFM OKS, Batan Acclrator School-2011, PTAPB-BATAN, Yogyakarta, 5-9 Dsmbr [6] HUDDLESTONE, RH AND LEONARD, SN., Plasma Diagnostic Tchniqus, Acadnic Prss, Nw York, TANYA JAWAB Sunardi Mngapa harus digunakan grid sbagai anoda kstraktor? Agus Purwadi Karna diharapkan pada sistm lucutan bisa dihasilkan lktron yang fisin, kstrasinya stabil dan distribusi krapatan lktron pada brkas bisa optimum shingga tampang lintang brkas lktron (pulsa) lbar / luas dicapai. Prosiding Prtmuan dan Prsntasi lmiah Tknologi Akslrator dan Aplikasinya 160 Vol. 14, Novmbr 2012 :