RANCANGAN SISTEM EKSTRAKSI PADA GRID ELEKTRODA GENERATOR PLASMA UNTUK IRADIATOR ELEKTRON PULSA

Agus Purwadi, dkk ISSN 0216-3128 135 RANCANGAN SISTEM EKSTRAKSI PADA GRID ELEKTRODA GENERATOR PLASMA UNTUK IRADIATOR ELEKTRON PULSA Agus Purwadi, Bambang Siswanto, Lly Susita R.M., Suprapto, Anjar Anggraini H., Ihwanul Azis Pusat Sains dan Tknologi Akslrator BATAN Jl. Babarsari POB 6101 Ykbb, Tlp. (0274) 488435, Yogyakarta 55281 mail: agus.p@batan.go.id ABSTRAK RANCANGAN SISTEM EKSTRAKSI PADA GRID ELEKTRODA GENERATOR PLASMA UNTUK IRADIATOR ELEKTRON PULSA. Tlah dilakukan rancangan dan studi kstraksi lktron khususnya untuk prolhan arus kstraksi lktron mlalui pada Bjana Gnrator Plasma (BGP) akibat adanya tgangan kstraksi Ua. Elktron pada prmukaan plasma trmisi k darah prcpatan mlalui jndla misi dan slanjutnya dikstraksi mlalui jndla foil k darah atmosfir olh tgangan kstraksi untuk diaplikasikan k suatu targt. Tgangan kstraksi trpasang Ua pada prangkat Iradiator Elktron Pulsa (IEP) mmpngaruhi pross pmbntukan bsar arus dan tnaga brkas kstraksi lktron I sdang dimnsi BGP brpngaruh trhadap bsar arus misi lktron trmal I0. Tlah ditntukan bntuk dan dimnsi BGP pnghasil arus misi lktron atas dasar bsar arus lucutan busur plasma yang dikhndaki pada krapatan plasma n trtntu. Dari hasil prhitungan untuk n = 78 10 10 cm -3 dan arus lucutan busur Id = 80 A (lbar pulsa = 100s) digunakan BGP ukuran (80 x 20 x 40) cm 3. Jndla misi sluas (65 x 15) cm 2 di prmukaan BGP ditutup dngan lmbaran (kassa) dari bahan Stainlss Stl(SS) bntuk bujur sangkar dngan jarak antar lubang 0,25 mm. Bsar arus I disamping brgantung pada paramtr plasma juga brgantung pada ukuran lubang. Bntuk dan ukuran lubang optimum BGP adalah bujur sangkar dngan rusuk p 0,50 mm dngan bsar paramtr plasma optimum (krapatan n = 10 16 m -3 dan suhu plasma T = 6 V). Dari hasil ksprimn awal diprolh nilai fisinsi kstraksi lktron α = 37,25 pada tgangan kstraksi V = 3 kv. Kata kunci: plasma, rapat arus kstraksi/misi lktron, iradiator lktron pulsa ABSTRACT DESIGN OF EXTRACTION SYSTEM ON GRID OF PLASMA GENERATOR ELECTRODE FOR PULSED ELECTRON IRRADIATOR. It has bn carrid out dsign and study of lktron xtraction particularly for obtaining th lctron xtraction currnt via on th Plasma Gnrator Chambr (PGC) causd by th xistnc of xtraction voltag Ua. Elctrons of plasma surfac mittd to acclration rgion through mission window and thn xtractd acclration by xtraction voltag Ua through foil window to atmosphric rgion for bing applid to any targt. Applid xtraction voltag Ua on PEI dvic influncs th forming and nrgy valu of lctron xtraction currnt I thn th PGC dimnsion influncs th product of thrmal lctron mission currnt I0. It has bn dtrminatd th PGC gomtry and dimnsion of producing lctron xtraction currnt basd on arc discharg plasma currnt to dsir on any plasma dnsity. From th calculation yild for th valu of plasma dnsity n = 78 10 10 cm -3 and th arc discharg currnt Id = 80 A (puls width = 100s) usd th PGC siz of (80 x 20 x 40) cm 3. Emission window ara of (65 x 15) cm 2 locatd on th low part surfac of PGC is covrd by a sht mad of stainlss stl of rctangular shap and th distanc of on hol to anothrs is 0,25 mm ach othrs. Currnt valu of I bsid dpns on plasma paramtrs also dpns on th siz of hols. Th optimum of gomtry and siz is rctangular with its sid siz of p 0,50 mm with th plasma paramtrs optimum (dnsity valu n = 10 16 m -3 and lctron tmpratur T = 6 V). From th initial xprimnt yilds obtaind that th lctron xtraction fficincy valu α = 37,25 on xtraction voltag V = 3 kv. Kywords: plasma, lctron mission/xtraction currnt dnsity, pulsd lctron irradiator PENDAHULUAN usat Sains dan Tknologi Akslrator (PSTA) P BATAN tlah mncoba mngmbangkan MBE dngan sumbr lktron brbasis katoda plasma dngan kluaran brkas lktron bntuk pulsa yang disbut prangkat Iradiator Elktron Pulsa (IEP). Prangkat IEP akan lbih mnguntungkan dari pada jnis Msin Brkas Elktron (MBE) karna MBE mnggunakan sumbr lktron jnis filamn, tabung akslrator, sistm pmfokus dan sistm pmayar (scanning systm) brkas shingga mnimbulkan prmasalahan, diantaranya harganya mahal, bntuknya cukup bsar dan kurang kompak, srta brkas lktron yang mngnai prmukaan bahan targt masih kurang sragam [1].

136 ISSN 0216-3128 Agus Purwadi, dkk Prangkat IEP mrupakan suatu gnrator brkas lktron pulsa dimana brkas lktron trbntuk olh misi atau kstraksi lktron dari prmukaan plasma di dalam Bjana Gnrator Plasma (BGP). Plasma lktron dimisikan kluar mnuju darah pmrcpat mlalui lubang (sistm kstraksi) yang trpasang pada dinding BGP. Pada darah pmrcpat brkas lktron diprcpat hingga kcpatan trmal olh mdan Coulomb mnggunakan tgangan tinggi kstrnal yang slanjutnya dikstrak mnuju targt mlwati jndla foil pada dinding bjana vakum IEP. Prangkat IEP dngan kluaran brkas lktron brpnampang luas dan brarus bsar akan sangat brmanfaat untuk diaplikasikan pada prmukaan bahan datar yang luas. Prangkat IEP sangat mnjanjikan untuk digunakan dalam brbagai industri antara lain dalam bidang kshatan untuk industri pngolahan bahan yang mngandung racun (latks kart alam), modifikasi prmukaan pada industri smikonduktor dan polimr, srta industri pangan untuk pasturisasi tanpa mrusak tkstur dan nutrisi, juga untuk ntralisasi limbah [2-3]. Modul BGP dalam prangkat IEP diharapkan dapat mnghasilkan lucutan busur plasma dalam ord puluhan hingga ratusan ampr (A), maka tip lucutan yang cocok adalah hanya dngan lucutan tip arc discharg (lucutan busur) [4]. Sistm yang mampu mnghasilkan lktron yang fisin, kstraksinya stabil srta distribusi krapatan lktron pada brkas bisa optimum adalah hanya dngan pnggunaan sistm kstraksi yakni dngan cara mmasang sbagai anoda mitor pada dinding BGP [5]. Dimnsi dari anoda mitor/kstraktor bjana IEP dan tgangan kstraksi harus dissuaikan dngan ukuran dan bntuk BGP, karna unsur paramtr trsbut brhubungan rat dngan syarat dapat atau tidaknya lktron dikstraksi dari BGP dngan optimum [6]. Kgiatan rancang bangun prangkat IEP ini diawali dngan dsain BGP untuk arus lucutan busur plasma I d = 80 A (lbar pulsa τ = 100 µs) dngan krapatan plasma/lktron dalam kisaran n = 10 10 cm -3, dimana nilai krapatan optimum dalam kisaran n = (10 9-10 12 ) cm -3 [7]. Pnntuan paramtr arus lucutan I d dan krapatan lktron n dipilih atas dasar dari hasil studi litratur, ksprimn awal dan kspakatan dalam rapat koordinasi rutin yang tlah dilakukan di klompok litbang SEKP, PSTA BATAN, Yogyakarta. Tujuan dilakukannya rancangan sistm kstraksi pada lktroda gnrator plasma untuk prangkat IEP ini adalah agar arus kstraksi lktron I pada prangkat IEP dapat diprolh dngan kuantitas dan kualitas yang lbih maksimum. TEORI Prangkat IEP trdiri dari dua buah bjana utama yakni bjana IEP dan BGP, skmatik sdrhananya adalah sprti ditunjukkan pada Gambar 1[8]. Bjana IEP yang mrupakan ruang vakum tinggi trdiri dari BGP dan tgangan tinggi kstraksi lktron. Brkas lktron yang trmisi diprcpat dari jndla misi (pada dinding BGP) mnuju k jndla foil (pada dinding bjana IEP). BGP tmpat trjadinya plasma trdiri dari komponn-komponn lktroda ignitor, isolator, lktroda, katoda dan jndla misi, sdang IEP trdiri dari BGP yang dilngkapi dngan kabl sumbr daya lktroda (ignitor dan gnrator plasma), bjana tkan, isolator HV, lktroda kstraksi dan jndla foil (kluaran brkas lktron).. Gambar 1. Skmatik sdrhana prangkat Iradiator Elktron Pulsa (IEP) Sumbr lktron plasma brada di dalam BGP shingga BGP mrupakan bjana yang paling brpranan pada prangkat IEP. Karaktristik brkas lktron yang dihasilkan (kluaran) prangkat IEP sangat dipngaruhi olh tgangan kstraksi U a dan paramtr plasma di dalam BGP. Plasma di dalam BGP scara ksluruhan dianggap homogn dan distribusi nrgi lktron adalah Maxwllian [9]. Kadaan yang paling khusus, plasma mmpunyai potnsial positip trhadap lktroda lucutan dan ini brarti ion-ion dikstraksikan dari prmukaan plasma, sdang lktron harus mngatasi halangan potnsial untuk lolos dari prmukaan plasma sampai dngan lktroda kolktor [10]. Dalam pross pmbntukan brkas plasma, pnambahan bsar tgangan kstraksi U a harus mnybabkan pnambahan bsar kcpatan dan nrgi dari ion dan lktron. Aplikasi tgangan kstraksi ion tidak akan mrubah kondisi ion yang trmisi dari plasma k darah prcpatan dan juga misi ion tak mrubah paramtr plasma di dalam BGP. Olh karnanya fnomna misi atau kstraksi lktron plasma adalah tidak ssdrhana sprti kstraksi ion dari prmukaan plasma. Skmatik kstraksi lktron dari prmukaan plasma (potnsial p) mlalui jndla misi (anoda mitor/) dngan potnsial a k kolktor

Agus Purwadi, dkk ISSN 0216-3128 137 brpotnsial k adalah sprti ditunjukkan pada Gambar 2 [11]. Gambar 2. Skmatik kstraksi lktron dari prmukaan plasma [11] Prsamaan umum rapat arus misi lktron j k mlalui halangan potnsial ditntukan olh rlasi Boltzmann [12]. j k j 0 p k xp k T (1) k T dngan j0 n 2 m (2) dan j 0 adalah krapatan arus lktron plasma trmal, = muatan lktron = 1,602 x 10-19 C, n = krapatan plasma, m = massa lktron = 9,109 x 10-31 kg, φ p = potnsial plasma, φ k = potnsial kolktor, k = ttapan Boltzmann = 1,381 x 10-23 J/K dan T = suhu plasma. Untuk misi lktron dari plasma dngan tanpa tgangan kstraksi U a (U a = 0). Agar dapat lolos dari plasma yakni saat tidak ada tgangan kstraksi (U a = 0) atau potnsial kolktor φ k = 0 maka lktron harus dapat mngatasi pnghalang potnsial, olh karnanya krapatan arus lktron k kolktor j k dibrikan olh prsamaan Boltzman p j k j0 xp k T (3) Ditunjukkan pada prs. (3) walaupun tidak ada tgangan kstraksi (U a = 0), ttapi ttap ada arus yang mngalir mnuju k kolktor, sprti ditunjukkan pada Gambar 3. Kalau tgangan kstraksi U a dinaikkan shingga 0 < U a < p) maka akan diprolh prsaman : j k j 0 p k xp k T (4) Gambar 3. Emisi lktron dari plasma tanpa tgangan kstraksi (U a = 0) Nilai j k pada prs. (4) lbih bsar dari pada j k pada prs. (3) yakni saat U a = 0 atau k = 0. Jika nilai j k naik maka nilai φ p juga naik yang akan mnaikkan halangan potnsial di prmukaan dinding BGP dan mloloskan plasma lktron k lktroda lain (yang tidak k kolktor). Emisi lktron dngan tgangan kstraksi ( 0 < U a < p) akan mngalami knaikan potnsial plasma ditunjukkan pada Gambar 4. Gambar 4. Emisi lktron dari plasma dngan tgangan kstraksi U a (0 < U a < p) Untuk tgangan kstraksi U a sama dngan tgangan plasma p (U a = p) maka misi lktronnya adalah sprti ditunjukkan pada Gambar 5. Rapat arus misi lktron j mncapai harga jnuh (maksimum) dngan nilai yang jauh lbih tinggi dari pada arus misi lktron awal (U a = 0) atau dapat dinyatakan dalam prsamaan: j j 0 n k T 2 m (5)

138 ISSN 0216-3128 Agus Purwadi, dkk Gambar 5. Emisi lktron dari plasma dngan tgangan kstraksi U a = p Ditunjukkan pada prs. (5) faktor naiknya arus misi lktron adalah N dngan nilai : N xp p k T (6) Untuk misi lktron dngan tgangan kstraksi U a > p maka akan ttap diprolh bsar j yang sama, sdang tnaga brkas lktronnya akan mngikuti nilai variasi tgangan kstraksi U a yang dipakai. Untuk misi lktron dngan potnsial pmrcpat U a > p ditunjukkan pada Gambar 6. Gambar 6. Emisi lktron dari plasma dngan tgangan pmrcpat U a > p Dngan dmikian pada tgangan kstraksi U a > 0, untuk U a < p, U a = p dan U a > p akan diprolh bsar j yang brnilai sama yakni sama dngan nilai j pada prs. (5), sdang yang brbda adalah bsar tnaga brkasnya yang sbanding dngan slisih naiknya tgangan kstraksi. TATA KERJA Bsar rapat arus lktron trmal j = j 0 brgantung pada nilai krapatan plasma n sdang suhu plasma T yang mlukiskan tnaga partikl lkton plasma (11600 K = 1 V) adalah sbanding dngan nilai tgangan kstraksi U a yang trpasang [13]. Olh karnanya untuk mrncanakan nilai arus kstraksi lktron pada prangkat IEP, slain ditntukan olh bsar U a untuk mnaikkan tnaga brkas lktron juga harus diktahui pnggunaan bsar n di dalam BGP untuk pnntuan bsar arus lktron trmalnya. Bsar n brgantung pada dimnsi (volum) dan bsar arus lucutan busur plasma I d di dalam BGP, sdang nilai I d brgantung pada pngoprasian sistm tgangan lucutan pmicu dan sistm tgangan lucutan busur. Suhu plasma T yang brhubungan dngan tnaga lktron dipngaruhi olh bsar U a. Emisi brkas lktron pada jndla misi atau pmbntukan brkas lktron di darah pmrcpat akan optimum kalau krapatan plasma pada BGP brada pada kisaran n = (10 9-10 12 ) cm -3 [14]. Untuk BGP bntuk prsgi panjang dngan volum V (panjang p, lbar l dan tinggi t), kalau arus sbsar I d dngan lbar pulsa τ maka bsar krapatan plasma n yang mrupakan jumlah muatan Q dibagi dngan V dapat dituliskan sbagai : n n Q V Id p l t Id p l t (7) dngan = muatan lktron = 1,602 x 10-19 C Kalau yang dikhndaki lbar pulsa arus busur = 100 s dan luas alas BGP = (pl) = 80 cm 20 cm = 1600 cm 2 maka dngan mnsubstitusikan bsaran, p dan l dalam pr. (7) diprolh ukuran panjang t dalam prsamaan : (8) Dari prs. (7) kalau dikhndaki arus busur plasma sbsar I d trtntu dngan lbar pulsa = 100 s srta luas alas BGP bntuk prsgi panjang yang akan digunakan adalah (panjang lbar) = (pl) = 80 cm 20 cm = 1600 cm 2 maka dngan mnsubstitusikan bsaran, p dan l trsbut dapat diprolh variasi bsar tinggi t BGP bntuk prsgi panjang sbagai fungsi arus busur plasma I d dan krapatan plasma n sprti ditunjukkan pada prs. (8). Jndla misi pada BGP ditutup dngan lmbaran (kassa) dari bahan Stainlss Stl (SS) bntuk bujur sangkar dngan ukuran lubang optimum. Kalau jarak antara lubang yang satu dngan lainnya diktahui maka untuk mdia/luasan mitor BGP sluas trtntu akan ada 1 lubang. Bsar arus misi lktron maksimum I yang mlalui lubang mrupakan hasil prkalian antara rapat partikl C cm cm 3 3 I d I t 01373 p l n n d cm 39, cm

Agus Purwadi, dkk ISSN 0216-3128 139 arus misi lktron maksimum pada prsamaan (2) dngan luas lubang. Bsar I disamping akan brgantung pada paramtr plasma sprti krapatan lktron n, suhu lktron T juga brgantung pada ukuran jjari r. Karna jumlah lubang diktahui dan bsar arus misi lktron I yang mlalui tiap lubang dapat dihitung, maka bsar arus misi lktron total yang kluar mlalui mitor lktron pada bjana gnrator plasma dapat ditntukan. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada Tabl 1 ditunjukkan hasil prhitungan variasi tinggi (t) BGP bntuk prsgi panjang (luas alas = p l = 80 cm 20 cm) sbagai fungsi bsar krapatan plasma (n ) dan arus lucutan busur (I d). Krapatan plasma n divariasi pada kisaran nilai krapatan plasma optimum dalam BGP yakni dalam kisaran n = (10 9-10 12 ) cm -3, sdang arus lucutan busur plasma I d divariasi dari I d = 30 A sampai dngan I d = 60 A. Pada Tabl 2 yang mrupakan lanjutan dari Tabl 1 yakni untuk arus lucutan busur plasma yang divariasi dari I d = 70 A hingga I d = 90 A ttapi untuk variasi nilai n dari n = 710 11 cm -3 sampai dngan n = 10 12 cm -3. Tabl 1. Tinggi t BGP bntuk prsgi panjang (luas alas = pl = 80cm 20cm) sbagai fungsi bsar krapatan plasma (n ) dan arus lucutan busur (I d) untuk lbar pulsa = 100s. (n divariasi dari 10 9 cm -3 s.d. 10 12 cm -3 dan I d divariasi dari 30 A s.d. 60 A) No. Krapatan n 10 10 cm -3 untuk Id = 30 A untuk Id = 40 A untuk Id = 50 A untuk Id = 60 A 1 0,1 11704,120 15605,490 19506,870 23408,240 2 0,2 5852,060 7802,747 9753,433 11704,120 3 0,3 3901,373 5201,831 6502,289 7802,747 4 0,4 2926,030 3901,373 4876,717 5852,060 5 0,5 2340,824 3121,099 3901,373 4681,648 6 0,6 1950,687 2600,916 3251,144 3901,373 7 0,7 1672,017 2229,356 2786,695 3344,034 8 0,8 1463,015 1950,687 2438,358 2926,030 9 0,9 1300,458 1733,944 2167,430 2600,916 10 1 1170,412 1560,549 1950,687 2340,824 11 2 585,206 780,275 975,343 1170,412 12 3 390,137 520,183 650,229 780,275 13 4 292,603 390,137 487,672 585,206 14 5 234,082 312,111 390,137 468,165 15 6 195,069 260,092 325,114 390,137 16 7 167,202 222,936 278,669 334,403 17 8 146,301 195,069 243,836 292,603 18 9 130,046 173,394 216,743 260,092 19 10 117,041 156,055 195,069 234,082 20 20 58,521 78,0275 97,5343 117,041 21 30 39,014 52,018 65,023 78,027 22 40 29,2603 39,014 48,767 58,521 23 50 23,408 31,211 39,014 46,816 24 60 19,507 26,009 32,511 39,014 25 70 16,720 22,293 27,867 33,440 25.a 75 15,605 20,807 26,009 31,211 25.b 76 15,400 20,533 25,667 30,800 25.c 77 15,200 20,267 25,333 30,400 25.d 78 15,005 20,007 25,009 30,010 25. 79 14,815 19,754 24,692 29,631 26 80 14,630 19,507 24,383 29,260 27 90 13,004 17,339 21,674 26,009 28 100 11,704 15,605 19,507 23,408

140 ISSN 0216-3128 Agus Purwadi, dkk Tabl 2. Tinggi t BGP bntuk prsgi panjang (luas alas = pl = 80cm 20cm) sbagai fungsi bsar krapatan plasma (n ) dan arus lucutan busur (I d) untuk lbar pulsa = 100s (n divariasi dari 710 11 cm -3 s.d. 10 12 cm -3 dan I d divariasi dari 60 A s.d. 90 A) No. Krapatan n 10 10 cm -3 untuk Id = 60 A untuk Id = 70 A untuk Id = 80 A untuk Id = 90 A 25 70 33,440 39,014 44,587 50,160 25.a 75 31,211 36,413 41,615 46,816 25.b 76 30,800 35,934 41,067 46,200 25.c 77 30,400 35,467 40,534 45,600 25.d 78 30,010 35,012 40,014 45,016 25. 79 29,631 34,569 39,507 44,446 26 80 29,260 34,137 39,014 43,890 27 90 26,009 30,344 34,679 39,014 28 100 23,408 27,310 31,211 35,112 Mngacu data tknis yang prnah dilakukan orang lain yakni dngan mnggunakan dimnsi BGP bntuk prsgi panjang brukuran volum V = p l t = 24.000 cm 3 dngan luas lubang misi brkas lktron 65 cm 15 cm [8], maka dari hasil prhitungan pada Tabl 1 yakni untuk pnggunaan ukuran tinggi BGP 15 cm (t = 15 cm) dngan arus lucutan busur plasma I = 30 A (τ = 100 µs) trjadi pada krapatan plasma n = 7810 10 cm -3. Nilai krapatan n = 7810 10 cm -3 trsbut (lihat Tabl 1 dan Tabl 2) dapat digunakan pada dimnsi BGP bntuk prsgi panjang dngan ukuran : (p l t ) = (80 20 15) cm 3 untuk I = 30 A (τ = 100 µs) sprti ditunjukkan pada Gambar 7, atau kalau diinginkan prolhan arus lucut yang lbih bsar harus digunakan dimnsi BGP (80 20 40) cm 3 yakni dapat diprolh I = 80 A (τ = 100 µs). Gambar 7. Bjana Gnrator Plasma bntuk prsgi panjang brukuran (80 20 15) cm 3 Pada dinding BGP dibuat jndla misi brukuran 6515 cm 2 yang brfungsi sbagai mitor plasma. Jndla misi ditutup dngan lmbaran (kassa) dari bahan SS bntuk bujur sangkar dngan ukuran lubang optimum 0,50 0,50 mm 2 [15]. Kalau jarak antara lubang yang satu dngan lainnya adalah sbsar 0,25 mm maka untuk mdia/luasan mitor BGP sluas 0,75 0,75 mm 2 akan ada 1 lubang sprti ditunjukkan pada Gambar 8. Gambar 8. Grid bujur sangkar 0,500,50 mm 2, 4 buah mnmpati luasan 1,50 1,50 = 2,250 mm 2 Bsar arus misi lktron maksimum I yang mlalui lubang mrupakan hasil prkalian antara rapat arus misi lktron maksimum pada prsamaan (2) dngan luas lubang. Bsar I disamping akan brgantung pada paramtr plasma juga brgantung pada ukuran jjari r. Karna jumlah lubang diktahui dan bsar arus misi lktron I yang mlalui tiap lubang dapat dihitung, maka bsar arus misi lktron total yang kluar mlalui mitor lktron pada BGP dapat ditntukan. Grid dalam bntuk bujur sangkar brukuran 0,50 0,50 mm 2 adalah idntik dngan bntuk lingkaran dngan jjari 0,28 mm atau 2,8 10-4 m karna bsar luas dari kdua bntuk gomtri trsbut mmpunyai nilai yang sama. Slanjutnya hal ini bisa dijadikan sbagai standar bahwa stiap lubang bntuk lingkaran dngan jjari 0,28 mm 0,30 mm mrupakan ukuran lubang optimum [16].

Agus Purwadi, dkk ISSN 0216-3128 141 Mngingat jjari lubang optimum (bntuk lingkaran) untuk SEKP adalah 0,30 mm dan jarak antar yang brdkatan adalah sjauh 0,25 mm maka untuk suatu mdia luasan prmukaan mitor 0,85 0,85 mm 2 akan ditmpati olh 1 (satu) lubang. Pada Gambar 9 ditunjukkan 4 (mpat) buah lubang yang saling brdkatan dngan masingmasing lubang brdiamtr 0,56 mm pada suatu mdia luasan 0,81 0,81 mm 2. Gambar 9. Grid lingkaran jjari 0,28 mm, 4 buah mnmpati luasan 1,62 1,62 = 2,624 mm 2 Pnntuan bsar arus misi lktron yang mlalui dngan bsar arus misi trtntu, dapat dilakukan dngan cara mmvariasi ukuran jjari r srta nilai paramtr plasma dalam BGP (n dan T ). Pada BGP bntuk prsgi panjang brukuran (80 20 15) cm 3 dngan mnggunakan luasan /mitor total sluas 15 65 cm 2, diharapkan dapat diprolh arus brkas lktron optimum I yang tntunya juga akan brgantung pada nilai fisinsi kstraksi lktron α. Pada Tabl 3 ditunjukkan hasil prhitungan jumlah lubang pada luasan anoda misi A = 15 65 cm 2 trhadap variasi jjari lubang r dngan jarak antara lubang h = 0,25 mm untuk lubang bntuk lingkaran atau bujur sangkar. Pada Tabl 4 ditunjukkan hasil prhitungan bsar arus misi lktron (I ) sbagai fungsi jjari (0,28 mm sampai dngan 0,90 mm) pada krapatan lktron plasma n = 10 16 m -3 untuk brbagai nilai suhu lktron T (1 V s.d. 5 V), srta dilanjutkan pada Tabl 5 untuk T (6 V s.d. 10 V). Pada Tabl 6 ditunjukkan hasil prhitungan bsar I sbagai fungsi jjari (0,28 mm sampai dngan 0,90 mm) pada krapatan lktron plasma n = 10 17 m -3 untuk brbagai nilai suhu lktron T (1 V s.d. 5 V), srta dilanjutkan pada Tabl 7 untuk T (6 V s.d. 10 V). Tabl 3. Hasil prhitungan jumlah lubang pada luasan anoda misi A = 1565 cm 2 trhadap variasi jjari lubang r dngan jarak h = 0,25 mm No Jumlah lubang (pada anoda misi A = 15 65 cm 2 trhadap variasi jjari lubang r dngan jarak antar lubang h = 0,25 mm Jjari r (mm) Sisi bujursangkar s = (π r 2 ) 1/2 Luas mdia tiap L = (s + h) 2 Jum. lubang Bujur sangkar 1 0,28 0,50 0,56 175121 2 0,30 0,53 0,61 159600 3 0,40 0,71 0,92 106059 4 0,50 0,88 1,29 75552 5 0,60 1,06 1,72 56538 6 0,70 1,24 2,22 43893 7 0,80 1,42 2,78 35060 8 0,90 1,59 3,40 28648

142 ISSN 0216-3128 Agus Purwadi, dkk Tabl 4. Nilai arus misi lktron (I ) sbagai fungsi panjang sisi bujur sangkar atau jjari lubang r (pada n = 10 16 m -3 untuk suhu lktron T = (1, 2, 3, 4, 5) V Panjang sisi bj. sangkar (mm) Jumlah lubang bj.sangkar 11160 / Suhu Elktron Plasma T (K)/Arus Emisi Elktron 211600 / 311600 / 411600 / 511600 / 0,50 175121 11,5 16,3 19,9 23,0 25,7 0,53 159600 12,0 17,0 20,8 24,1 26,9 0,71 106059 1,4,2 20,1 24,6 28,4 31,8 0,88 75552 1,5,8 22,4 27,4 31,6 35,4 1,06 56538 1,7,0 24,1 29,5 34,1 38,1 1,24 43893 1,8,0 25,5 31,2 36,0 40,3 1,42 35060 1,8,8 26,6 32,5 37,6 42,0 1,59 28648 1,9,4 27,5 33,7 38,9 43,4 Tabl 5. Nilai arus misi lktron (I ) sbagai fungsi panjang sisi bujur sangkar atau jjari lubang r (pada n =10 16 m -3 ) untuk suhu lktron T = (6, 7, 8, 9, 10) V Panjang sisi bj. sangkar (mm) Jum. lubang bj.sangkar 611600 / Suhu Elktron Plasma T (K)/Arus Emisi Elktron 711600 / 811600 / 911600 / 1011600 / 0,50 175121 28,2 30,4 32,5 34,5 36,4 0,53 159600 29,5 31,8 34,0 36,1 38,0 0,71 106059 34,8 37,6 40,2 42,6 44,9 0,88 75552 38,7 41,8 44,7 47,4 50,0 1,06 56538 41,7 45,1 48,2 51,1 53,9 1,24 43893 44,1 47,6 50,9 54,0 56,9 1,42 35060 46,0 49,7 53,1 56,4 59,4 1,59 28648 47,6 51,4 55,0 58,3 61,4 Tabl 6. Nilai arus misi lktron (I ) sbagai fungsi panjang sisi bujur sangkar atau jjari lubang r (pada n = 10 17 m -3 untuk suhu lktron T = (1, 2, 3, 4, 5) V Panjang sisi bj. sangkar (mm) Jumlah lubang bj.sangkar 11160/ Suhu Elktron Plasma T (K)/Arus Emisi Elktron 211600 / 311600 / 411600 / 511600 / 0,50 175121 115 163 199 230 257 0,53 159600 120 170 208 241 269 0,71 106059 142 201 246 284 318 0,88 75552 158 224 274 316 354 1,06 56538 170 241 295 341 381 1,24 43893 180 255 312 360 403 1,42 35060 188 266 325 376 420 1,59 28648 194 275 337 389 4,34

Agus Purwadi, dkk ISSN 0216-3128 143 Tabl 7. Nilai arus misi lktron (I ) sbagai fungsi panjang sisi bujur sangkar atau jjari lubang r (pada n =10 17 m -3 ) untuk suhu lktron T = (6, 7, 8, 9, 10) V Panjang sisi bj. sangkar (mm) Jum. lubang bj.sangkar Suhu Elktron Plasma T (K)/Arus Emisi Elktron 611600 / 711600 / 811600 / 911600 / 1011600 / 0,50 175121 282 304 325 345 364 0,53 159600 295 318 340 361 380 0,71 106059 348 376 402 426 449 0,88 75552 387 418 447 474 500 1,06 56538 417 451 482 511 539 1,24 43893 441 476 509 540 569 1,42 35060 460 497 531 564 594 1,59 28648 476 514 550 583 614 Pada Gambar 10 ditunjukkan gambar grafik data hasil ksprimn (awal) untuk bsar arus kstraksi brkas lktron I (A) trhadap variasi brbagai tgangan kstraksi (0 3000) Volt. Gambar 10. Grafik arus brkas lktron (A) vrsus tgangan kstraksi (Volt) pada bban R= 10 ohm Mnurut tori, bsar fisinsi kstraksi lktron akan brlaku untuk jjari lubang (r ) jauh lbih kcil dari pada tbal shat plasma (l ) dan nilai optimumnya sbsar α opt. = 0,50. Hal ini bolh diartikan bahwa nilai fisinsi α brada pada kisaran (0 50) %. Bsar fisinsi kstraksi lktron (α) pada tgangan kstraksi (maksimum) yang akan diprolh adalah sbsar α = I /I ADPS = 29,80 A / 80 A = 37,25. Slanjutnya dapat dilihat dari Tabl (hasil prhitungan), bsar arus misi brkas lktron I yang nilainya mndkati 29,80 A trsbut adalah sbsar I = 29,50 A (pada Tabl 5), shingga ukuran lubang dan paramtr plasma yang brssuaian dan atau yang trbaik untuk dipakai dalam IEP adalah bntuk bujur sangkar dngan panjang sisi p = 0,53 mm atau p mndkati nilai 0,50 (p 0,50 mrupakan ukuran umum di pasaran) srta paramtr plasma pada BGP mnggunakan krapatan lktron n = 10 16 m -3 dan suhu lktron plasma T = 6 V. KESIMPULAN Bsar krapatan plasma n brgantung pada dimnsi (volum) BGP dan bsar arus lucutan busur plasma I d srta lbar pulsa τ yang trjadi di dalam BGP, sdang nilai I d dan τ trsbut brgantung pada pngoprasian/pngaturan sistm sumbr daya pmicu dan sumbr daya lucutan busur plasma. Atas dasar hasil prhitungan dapat disimpulkan bahwa untuk pnggunaan I d = 80 A dngan τ = 100 µs pada n = 7810 10 cm -3 dan luas lubang misi brkas lktron (65 x 15) cm 2 dapat digunakan dimnsi BGP bntuk prsgi panjang dngan ukuran (802040) cm 3. Dari hasil prhitungan dan ksprimn awal diprolh nilai fisinsi kstraksi lktron (α) pada tgangan kstraksi V = 3 kv adalah sbsar α = 37,25. Bntuk dan ukuran lubang yang trbaik untuk digunakan pada prangkat IEP adalah bntuk bujur sangkar dngan panjang sisi p 0,50 mm srta paramtr plasma pada BGP yang digunakan adalah n = 10 16 m -3 dan T = 6 V. UCAPAN TERIMA KASIH Pnulis mngucapkan banyak trima kasih kpada Bapak Kapus PSTA BATAN yang tlah mmbiayai pnlitian ini mlalui Proyk DIPA 2015 srta kpada smua rkan-rkan di grup pnlitian Sumbr Elktron Katoda Plasma atas sgala masukan dan sarannya shingga makalah ini bisa dislsaikan, smoga smua amal mrka akan mndapatkan balasan yang stimpal dari Allah SWT. DAFTAR PUSTAKA 1. Sudjatmoko, dkk., Uji Fungsi Prangkat Sistm Sumbr Elktron Katoda Plasma Untuk Larg Ara E-Bam, Usulan Kgiatan

144 ISSN 0216-3128 Agus Purwadi, dkk (Krangka Acuan Krja Tingkat Komponn) Tahun Anggaran 2014, PSTA BATAN Yogyakarta, 2014. 2. J.Z. Glizr, V. Vkslman, S. Yatom, J. Flstinr, and Y.E. Krasik, Radiation Effcts & Dfcts in Solids, First, 1-10, 2011. 3. J.Z. Glizr, V. Vkslman, S. Yatom, J. Flstinr, and Y.E. Krasik, Journal of Applid Physics 103, 2008. 4. h t t p : / / w w w. g l o w - discharg.com/?physical_background:glow_d ischargs: Discharg_ Rgims, 2014. 5. A. Krokhmal, J.Z.Glizr, Ya.E.Krasik, V.T.S. Gurovich, and J.Flstinr, Grid-controlld Elctron Emission From A Hollow-Anod Elctron Sourc, Physics Dpartmnt, Tchniuon, 32000 Haifa, Isral, 7 January 2004. 6. Efim Oks, Lctur 6 Elctron Extraction, prsntd in BATAN Acclrator School, Yogyakarta, Indonsia, 5 th - 9 th Dc. 2011. 7. Efim Oks, Plasma Cathod Elktron Sourcs, Physics, Tchnology, Applications, Institut of High Currnt Elktronics (IHCE), Russian Acadmy of Scincs, 2/3 Akadmichiscy Av, 634055 Russia. Translatd from Russian by Titiana, Chrkashina and Anna Korovina Dcmbr (2006). 8. R. Purwadi, t al., Application of Larg Ara Plasma Cathod Elktron Bam for Natural Rubbr Vulcanitation, ITAC Ltd., 8-2 Kamisuwa Tsubam City Niigata 959-0181 Niigata, Japan (2010) 497-501. 9. J.A. Bittncourt, Fundamntal Of Plasma Physics, Rsarch Scintist and Profssor Institut For Spac Rsarch (INPE), p.663-664, Prgamon Prss (Aust.) Pty. Ltd., PO. Box544, Potts Point, N.S.W., Australia (2011) 10. Efim Oks, Lctur 4 Mchanisms of plasma lctron mission (lctron mission 1), prsntd in BATAN Acclrator School, Yogyakarta, Indonsia, 5 th - 9 th Dcmbr (2011). 11. A.V. Zharinov, Yu.A. Kovalnko, I.S. Roganov, P.M. Tryukanov, Sovit Physics Tchnical Physics, 31, No. 1, 39 (1986). 12. Efim Oks, Lctur 4 Elctron mission from plasma, prsntd in BATAN Acclrator School, Yogyakarta, Indonsia, 5 th - 9 th Dcmbr (2011). 13. Efim Oks, Lctur 3 Basic Plasma Paramtrs (Elctron tmpratur T ), prsntd in BATAN Acclrator School, Yogyakarta, Indonsia, 5 th - 9 th Dcmbr (2011). 14. Agus Purwadi, Optimasi Arus Brkas Elktron dan Pnntuan Harga Paramtr Plasma Dalam Bjana Gnrator Plasma, Jurnal Iptk Nuklir, Ganndra, Volum 17 Nomor 2 Juli 2014, ISSN1410-6957, Trakrditasi Nomor: 551/AU2/P2MI-LIPI/06/2013, Pusat Sains dan Tknologi Akslrator-BATAN, Yogyakarta, Juli (2014). 15. Efim Oks, Lctur 4 Mchanisms of plasma lctron mission, Acclrator School, Yogyakarta, Indonsia (5 th - 9 th Dcmbr 2011). 16. Efim Oks, Lctur 8 DUET Broad bam lctron sourc, prsntd in BATAN Acclrator School, Yogyakarta, Indonsia (5 th - 9 th Dcmbr 2011) TANYA JAWAB Darsono - cara mngukur arus lktron? Agus Purwadi Mdan magnt trinduksi B(t) olh arus lucutan I(t) I ( t) : B( t) 2a AN Fluks: ( t) ANB( t) I ( t) 2a Tgangan trinduksi V(t) yang lwat trminal koil: d( t) AN di ( t) V ( t) dt 2a dt Supaya I(t) dapat trukur dalam praktk digunakan rangkaian kivaln Rangkaian kivaln : Prsamaan rangkaian kivaln tgangan V(t) loop trtutup di 1 V ( t) Lc i( R Rc) dt C t 0 tdt

Agus Purwadi, dkk ISSN 0216-3128 145 Digunakan rsistor R>>R c dan R>> L c 1 V ( t) ir C V( t) ir t 0 tdt Tgangan kluaran koil V o(t) trintgrasi 1 Vo ( t) RC t 0 V ( t) dt ANI ( t) 2aRC V o ( t) atau I( t) Vo ( t) 2 arc AN Trlihat bahwa arus lktron I(t) hanya brgantung pada V o(t) yang trukur pada osiloskop (bsaranbsaran lain adalah konstanta/dapat diukur langsung) o r o : prmabilitas diruang hampa r : prmabilitas rlatif 2. Mtod Faraday Cup Mnampung brkas lktron pada luasan trtntu dan diukur arus yang mngalir dngan mmasang ssuatu tahanan 3. Mtod R-Shunt Diukur arus lktron I atas dasar pmasangan tahanan (R-Shunt) Hukum Ohm V I R Bsar : R = trukur/dibuat Harga V = diprolh dngan bantuan alat osiloskop