KONSTRUKSI DAN KARAKTERISASI UNJUK KERJA PERANGKAT UJI SUMBER ION SIKLOTRON - e-Repository BATAN

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah – Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2014  Pusat Sains dan Teknologi Akselerator  ‐ BATAN 

Yogyakarta, 10‐11 Juni 2014

KONSTRUKSI DAN KARAKTERISASI UNJUK KERJA

PERANGKAT UJI SUMBER ION SIKLOTRON

Silakhuddin, Sunarto dan Sukidi Pusat Sains dan Teknologi Akselerator BATAN Email: silakh@batan.go.id

ABSTRAK

KONSTRUKSI DAN KARAKTERISASI UNJUK KERJA PERANGKAT UJI SUMBER ION SIKLOTRON. Pembuatansuatu perangkat untuk menguji suatu sumber ion buatan sendiri telah dilakukan, dan eksperimen untuk mengamati karakteristik perangkat tersebut juga sudah dikerjakan. Eksperimen ini dimaksudkan untuk mengetahui apakah sistem perangkat pengujian tersebut telah siap digunakan untuk penentuan parameter-parameter operasi sumber ion yang optimum. Pengamatan telah dilakukan terhadap unjuk kerja komponen per komponen dan juga pengamatan unjuk kerja dari sistem perangkat. Hasil pengujian menunjukkan bahwa perangkat tersebut mampu untuk menguji sumber ion dengan kondisi kevakuman 5 10-6 Torr, pendaran plasma ionisasi dapat teramati, medan magnet maksimum di pusat ionisasi sebesar 1000 gauss. Unit catu gas mempunyai abnormalitas dalam nilai bukaannya untuk memulai adanya aliran gas, tetapi unjuk kerjanya konsisten. Dengan data-data tersebut dapat disimpulkan bahwa perangkat siap untuk eksperimen dasar dalam rangka menentukan parameter-parameter operasi yang optimum dari sumber ion.

Kata kunci: siklotron, sumber ion, perangkat uji, karakterisasi

ABSTRACT

CONSTRUCTION AND PERFORMANCE CHARACTERIZATION OF THE CYCLOTRONION SOURCE TESTING DEVICE. A device to test a homemade ion source has been constructed, and the experiments have been conducted to observe the characteristics of the device. The experiments are intended to determine whether the system was ready for testing to determine the optimum operating parameters of the ion source. Observations have been made to the performance of a component by component and also to the performance of device system. The test results indicate that the device is able to test the ion source with the vacuum condition of 5 × 10-6 _{Torr, the plasma ionization luminescence can be observed, the maximum}

magnetic field at the center of the ionization of 1000 gauss. Gas supply unit has abnormality in its opening value to start the flow of gas, but the performance still be consistent. With these data it can be concluded that the device is ready for basic experiments in order to determine the optimum parameters of operation of the ion source.

Keywords: cyclotron, ion source, testing device, characterization.

PENDAHULUAN

uatu sumber ion untuk siklotron yang dibuat terlebih dahulu perlu diuji dalam perangkat uji yang parameter-parameter operasi mendekati atau pada nilai yang dapat diekstrapolasi kepada

nilai-nilai parameter operasi sumber ion di fasilitas

siklotron. Untuk maksud itu, telah dibuat suatu perangkat yang akan dipakai untuk menentukan nilai parameter-parameter operasi yang optimum dari sumber ion untuk siklotron melalui eksperimen-eksperimen yang akan dilakukan. Kegiatan pengujian terhadap perangkat tersebut sudah dilakukan yang dimaksudkan untuk mengetahui kesiapan perangkat tersebut dalam eksperimen uji kinerja sumber ion.

Sebagaimana sudah disajikan pada makalah sebelum ini, untuk keperluan pembuatan perangkat

ini telah dilakukan penentuan nilai parameter-parameter dari perangkat tersebut adalah catu gas hidrogen 0–50 cc/menit, tegangan puller hingga 10

kV dan medan magnet hingga 1000 gauss [1].

Perangkat ini juga dilengkapi dengan jendela untuk melihat pendaran di ruang plasma sumber ion. Berdasar penentuan tersebut sekarang sudah diwu-judkan pembuatan komponen-komponen penyusun dari perangkat tersebut dan sudah diintegrasikan dalam suatu sistem perangkat uji. Pada makalah ini disajikan realisasi hasil pembuatan dan pengujian komponen-komponen dari perangkat tersebut serta pengujian sistem perangkat. Tidak dibahas disini tentang subperangkat bantu misalnya subperangkat vakum, subperangkat pendinginan air dan subperang-kat catu tegangan subperang-katoda karena jenis subperangsubperang-kat ini bukan hal yang spesifik.

Pro 3. Insta

gas embuatan kom

sudah ditentu ter komponen perangkat tabu ng vakum di wadahi sumbe wer untuk me

d sumber io ngkapi kompo g memungk erakkan tetapi t gnet-elektro y ntukan sesuai um

tu subperangk alir gas dan rah laju alir sek

pan Pembua

mbuatan tabun ubungkan de mbuatan kompo instalasinya pa mbuatan magne gnet di head SI alasi kompone

yang terdiri gatur aliran dan

pan Penguji

gujian tabung

kanik interfa

mampuan kevak gujian magnet mbangkitan med gujian subpe gaturan aliran

gujian kinerja mbangkitan plas

kas ion. Pen u terdeteksiny alui viewer da s berkas pada p

L DAN PEM

truksi Peran

esuai dengan nen-komponen optimasi pa kkan pada Ga komponen ser :

uan dan Presen Pu

ponen

mponen mengac

ukan dalam yaitu [1]_:

ung wadah su dalamnya, r ion (SI), di emonitor pend on. Subpera onen mekanik kinkan sumb

tetap terjaga ke yang ukuran

dengan ukur

kat catu gas y mencatu gas kitar 10 cc/men

atan

ng wadah su engan sistem onen mekanik ada tabung wad et elektro untuk

I.

en-komponen s i atas tabung n pengukur cat

ian

ruang vakum ace vakum kuman.

t-elektro terha dan magnet. erangkat cat

dan monitori

a sistem peran sma dan fung ngujian fungsi ya secara visua

an secara kuan penangkap berk

MBAHASA

ngkat Kesel

data desain n dan dikons arameter ope ambar 1. Des rta fungsinya d

ntasi Ilmiah – Pe usat Sains dan T

Yogyaka cu pada rancan

tahap penentu

umber ion den ukurannya da ilengkapi den daran ionisasi angkat ini j interface vak ber ion da evakumannya. fisiknya su ran tabung ru

yang dapat dia s hidrogen dal

nit.

umber ion y m vakum interface vak dah.

k membangkit

subperangkat c g penyedia g tu gas.

m dan kompo untuk men

adap kemamp

tu gas dal ing besarnya l

ngkat diuji dal si dalam produ secara kualit al adanya plas ntitatif terukur kas.

AN

luruhan

n, telah dib struksi perang rasi SI sep skripsi dari ko

diuraikan seba

enelitian Dasar  terlihat d gas)

Pada perangk ak diuji pa mpatkan pada kuman hingga pa vakum tu anik. Catu teg ga minimum egangan tanah) dnya. Subperan uang ionisasi ya m subperangka gendalikan laj rnya laju al meter Kombin

medan magnet ro akan timbul a yang kemu angan puller hi on H- _{keluar d}

pengukur aru meter-paramete atoda, kuat me er-anoda dapa

-nilai optimum

nstruksi dan

omponen tabu Tabung wada stainless-steel,

uk mewadahi su m dan diamet kuran lebih b

ang l 90 cm d

0 cm dari baha

uan dan Teknol N 

perangkat uji dalam foto ad

kat ini, sumb arameter-param tabung wadah a tingkat 10-6 urbomolekul d

gangan katoda 2 kV terha ) pada katoda ngkat catu gas aitu di rongga at ini terdapat ju aliran gas liran dimonit nasi antara teg t yang ditimb l ionisasi atom udian terbentu ingga hingga 1 dari rongga an us ion. Den er operasi yaitu edan magnet d at divariasi u mnya.

n Pengujian

ung wadah sum ah SI berbent

seperti ditunju

umber ion yang ter 8 cm mak besar dari uku dan berbentuk

an stainless ste

logi Nuklir 201 sumber ion alah perangka

ber ion (SI) meter optimu

h SI dalam ko Torr oleh o dan pompa v a mencatu teg adap anoda SI yang bera mengalirkan g anoda pada he

variable valve secara halus tor melalui gangan

katoda-ulkan oleh ma m hidrogen di ro uk ion H- dan 10 kV akan me noda dan ditan ngan perangka u debit gas, te dan tegangan a untuk mendap

n Komponen

mber ion tuk silinder te

ukkan pada Ga

g berukuran pa a tabung ini d uran tersebut silinder berdia eel. ondisi perasi enarik ngkap at ini

egang-antara patkan

n

erbuat ambar

G Gambar 2. Ta

inte

Pada bag dimasukkan da feedthrough un ion. Di bag dipasang suatu pendaran pada plasma terbent Tabung wadah turbomolekul mekanik.

Pengujian kesiapan siste ion dalam eksp mengoperasika perangklat uji seperti ditunjuk

Gambar 3. L t Dari dat karakteristik ta

1. Kevak

berart signif

2. Setela

tidak

Pertemuan dan abung wadah rface, viewer d

gian pangkal k an pada bagian ntuk tegangan p gian arah sisi u viewer dari g

a slit anoda s tuk di dalam ro h SI ini divakum

dan yang di

n telah dilak m vakum pad perimen optim an sistem vak sumber ion, d kkan pada Gam

Lama pemvaku tabung wadah

ta pengujian abung wadah te

kuman menca ti bahwa tid ficant ah pendingin a

mengalami p

n Presentasi Ilm Pusat Sain sumber ion, dan pompa turb

kanan tempat s n ujung kiri dip

puller dan pen dari head su elas pleksi unt sebagai indika ongga anoda su mkan oleh pom i back-up ole

kukan untuk m da perangkat u masi sumber ion kum tinggi pa diperoleh kond mbar 3.

uman kevakum sumber ion

dapat diper ersebut yaitu apai 5×10-6 ak ada keboc

air dijalankan k penurunan ya

miah – Penelitian ns dan Teknolog Yogyakarta, 10 komponen bomolekul

sumber ion pasang dua ngukur arus umber ion tuk melihat ator bahwa

umber ion. mpa vakum

eh pompa

memeriksa uji sumber n. Dengan ada sistem disi vakum

man dari

roleh data

mbar, ini coran yang

kevakuman ang berarti

n Dasar Ilmu Pe

2. Magnet

Dengan head sumbe sekitar head untuk inti magnet-elek

Gambar 4. M

Inti ma konfigurasi magnet ada aliran arus l plat besi tra 750 lilitan d Penguj kesiapan kom kitkan meda Dengan men diperoleh da di titik pusa pusat rongga dengan form

dengan B

permeabilita

engetahuan dan ‐ BATAN  ak ada kebocor ngembunan pad perlukan waktu tuk mencapai 10-6 _{mbar. D}

rcepat ion neg am daerah 10 -n dimasukka-n. man perangkat ingkatkan jika mber ion yang man pada sik man dapat dila

u unit vakum mpa turbo mol

t-elektro

n mempertim er ion dan tab d serta dengan magnet, ma ktro seperti pad

Magnet-elektro

agnet disusun rongga bentu di tengah yang listrik. Penyusu afo berketebala dari kawat temb jian telah dil

mponen magne an magnet pada ncatu arus listri ata-data pengu at gap (yang n a anoda). Hasi mulasi [2]

medan ma as ruang ham

n Teknologi Nuk ran pendingin da ruang vakum u kurang lebih i kevakuman

alam operasi gatif diperlukan

-7

mbar sebelu Ini berarti t t pengujian ini diinginkan ek sama dengan k klotron. Pening akukan dengan tinggi yang pa ekul yang suda

mbangkan uk bung wadah su

n melihat ukur aka dibuatlah da ditunjukkan

o (ukuran dalam

dari besi-besi uk H penuh d g dikelilingi ol un inti magnet an 0,5 mm dan baga berdiamet lakukan untuk et-elektro dalam a perangkat uji ik pada koil m ukuran kuat m nantinya sama

l pengukuran d

agnet dalam mpa = 4π

_×

10

-klir 2014  air atau efek m.

h 3 jam untuk maksimum siklotron pe-n kevakumape-n um gas

hidro-tingkat keva-i maskeva-ih perlu ksperimen uji kondisi gkatan keva-n mekeva-nambah aralel dengan ah terpasang.

kuran-ukuran umber ion di ran plat besi ukuran inti Gambar 4.

m mm)

i trafo dalam dengan kutub eh koil untuk t adalah plat-n koil terdiri ter 1 mm. k memeriksa

m membang-i sumber membang-ion. magnet-elektro medan magnet dengan titik dibandingkan

(1)

Tesla, µ0

Pro lilitan dalam A magnet Data pe Gambar

Gambar

Hasil p dan ini field ya di tenga (1) ada dapat d hasil perhitun elektro

3. Uni

Ra Gambar

Kompo ini adal

osiding Pertemu koil magnet-Ampere dan g t.

engukuran dan r 5.

r 5. Medan sebagai fun hasil perhitungan

perhitungan se normal terjadi ang menyebabk ah. Kedua kar a penyederhan ya bukan saja g lintasan gar kutub magnet abilitas besi ga faktor l/µ dikatakan bahw

pengukuran ngan menunju

sudah benar.

it catu gas

angkaian unit r 6.

lebar celah di

n perhitungan

magnet dari ngsi arus listr l pengukuran n formulasi (1)

dikit di atas h i. Pertama ada kan pengurang

rena sebenarny naan pada pe a g tetapi g +

ris gaya mag t - inti m

yang nilainy menjadi keci wa pola kenaik

yang mengik ukkan bahwa

t catu gas di

ar 6. Unit catu g

n penting di d valve dan flow

ntasi Ilmiah – Pe usat Sains dan T

Yogyaka us pembangki i antara dua ku

ditunjukkan p

magnet-elekt rik pembangkit

dan h

)

hasil pengukur anya efek fring gan medan mag ya pada formu enyebutnya y + l/µ di man gnet mengelili magnet, dan

ya besar sek il. Secara um an medan mag kuti pola h a desain mag

iperlihatkan p

gas

dalam dalam u meter. Varia

enelitian Dasar  an Aalborg te m operasi ediaan gas be rja pada kira-k ekanan adalah igunakan PSV 0,009 [3]. Untu

r (GFM) juga M 17 yang mem

c/menit [4], yan operasi sumber Hasil pengujia pada Gambar 7

bar 7. Karakte bukaan v

kurva tersebut ra berakibat ad M setelah nilai kasi adanya ali ah sensivitas d

masih sangat ah prosentase truksi mekanik adanya aliran ungkinan perta s disediakan fl

tif. Kemungk hat efek bukaa ruang vakum Gambar 8 d ungkinan kedua

Dari Gambar atau kevakum an valve pad an pengaruhny t disimpulkan b dari valve hing

bukaannya min

uan dan Teknol N 

rtionating sole lah dipilih da catu gas m ertekanan 2000 kira 10 cc/men

sebesar 0,005 V1 yang memp uk flow meter buatan Aaalbo mpunyai daerah

ng ini sesuai k ion kira-kira 1 an unjuk kerja 7.

eristik laju ali valve

t terlihat bahwa danya penunju

bukaan valve iran gas. Kem ari GFM yang t kecil, atau k bukaan valve knya memang gas yang lew ama tidak mu low meter pem kinan kedua d an valve PSV t m tabung pen ditunjukkan h

a tersebut.

8 terlihat ba man mulai turu da nilai 20, ya ya pada nilai bahwa valve P gga ke msm mu

nimum sebesar

logi Nuklir 201 enoid valve ( alam konstruks menggunakan

0 psi dan laju it, sehingga laj 5. Dalam kons unyai koefisie digunakan gas org, dan telah d h operasi laju a kebutuhan untu

10 cc/menit. a dari PSV ditu

ir fungsi prose

a bukaan valve ukan aliran gas di atas 20% t mungkinan pe g kurang pada kemungkinan e PSV yang k

belum memun wat. Untuk me udah karena b mbanding yang

dapat diuji d terhadap kevak

gujian sumber asil pengujian

ahwa tekanan un ketika prose

ang ini persis laju alir gas. SV dan pipa sa ulai berfungsi k

r 20%. struksi en laju

entase

e tidak s pada terjadi ertama aliran kedua karena

ngkin-enguji berarti g lebih dengan

kuman r ion. n dari

G

4

P

p

k

h t a a k T k

P

b

m

P t a i b d m

Prosiding  Gambar 8. Pen

ruan

4. Pengujian

Pengujian fu

plasma

Setelah a kevakuman tur × 10-5 Torr. hingga 1890 V teramati timbu anoda sebagai anoda pada nil kuran dengan Terjadinya io katoda sebesar

Pengujian fu

berkas ion

Pengujian merupakan ben

Gambar 9.

Pembentukan tegangan pulle anoda. Untuk ion, sistem p bertegangan hi dari head dan mengukur aru sewaktu peng

Pertemuan dan ngaruh bukaan ng vakum

n Sistem Per

ungsi dalam

aliran gas dinai run dari semul

Setelah tega V, arus listrik m ulnya pendaran i tanda terjad lai arus 10 A, y

gaussmeter se nisasi juga d r 5 mA.

ungsi dalam

n ditunjukkan ntuk skematik

Skema penguj

arus berkas er untuk men

pengujian dal perangkat dil ingga 10 kV u n sepotong pla us berkas ion.

gujian pembe

n Presentasi Ilm Pusat Sain n valve terhada

rangkat

pembentuka

ikkan hingga 2 la 5 ×10-6 Torr angan katoda magnet-elektro

n yang terliha dinya ionisasi yang berdasark etara dengan 4 diyakinkan de

pembentuka

n pada Gamba dari Gambar 1

ian sistem sum

ion terjadi b narik ion-ion d lam pembentuk engkapi deng untuk menarik at yang teriso . Pada nilai entukan plasm

miah – Penelitian ns dan Teknolog Yogyakarta, 10 ap tekanan

an

2 cc/menit, r menjadi 3 dinaikkan dinaikkan, at pada slit di rongga kan pengu-465 gauss. engan arus

an arus

ar 9, yang .

mber ion

bila diberi dari ruang kan berkas gan puller berkas ion olasi untuk parameter ma seperti

n Dasar Ilmu Pe gi Akselerator  

‐11 Juni 2014 tersebut di bertahap, ha

Gambar 10.

Pada pengu kan adalah operasi seca adalah arus konsisten.De dibuat nol m eksperimen-perangkat uj menguji kem kan arus ber

KESIMPU

Penguj baik penguj secara siste wadah sum pada batas tauan penda Akan tetapi sistem siklo bahan unit magnet-elek sedikit menu setelah nilai demikian ka sehingga tid jian. Pengu menunjukka perangkat in kan.

DAFTAR

1. Silakhu

(2012), Perangk Pertemu

engetahuan dan ‐ BATAN 

atas, teganga asilnya ditunjuk

Arus ion sebag

ujian-pengujian membuat sa ara bergantian ion juga men emikian juga a maka arus ion ju

-eksperimen te uji sudah terbu mampuan sum rkas ion.

ULAN

jian terhadap jian masing-m m telah dilak mber ion telah minimum unt aran pada ruan i untuk standa otron, kompone

pompa vaku ktro sesuai den unjukkan abno bukaannnya s arakteristiknya dak akan meng ujian secara ke an bahwa untu ni sudah berfu

R ACUAN

uddin, Slamet

Penentuan kat Uji Sumbe uan dan Pres

n Teknologi Nuk an puller dina

kkan pada Gam

gai fungsi tega

n selanjutnya y alah satu dar n dinaikturunk ngalami naik apabila salah sa uga menjadi n ersebut ditunju ukti dapat digu mber ion dalam

perangkat uji masing kompo kukan. Komp h menunjukan tuk pengujian ng ionisasi tela ard pengujian en ini masih p um tinggi. ngan desain. U ormalitas yaitu

udah mencapa a menunjukkan gganggu operas seluruhan siste uk maksud pen

ungsi seperti y

t Santosa d

n Parameter er Ion Siklotro

sentasi Ilmiah

klir 2014  aikkan secara mbar 10.

angan puller.

yang dilaku-ri parameter kan, hasilnya turun secara atu parameter

ol. Dari data ukkan bahwa unakan untuk m

menghasil-sumber ion onen maupun ponen tabung n kevakuman dan peman-ah berfungsi.

seperti pada perlu

penam-Karakteristik Unit catu gas gas mengalir ai 20%, walau n konsistensi sional pengu-em perangkat ngujian dasar, yang

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah – Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2014  Pusat Sains dan Teknologi Akselerator  ‐ BATAN 

Yogyakarta, 10‐11 Juni 2014 Akselerator dan Aplikasinya, ISSN 1411-1349,

Vol 14, PTAPB-BATAN, Yogyakarta Nopember 2012.

2. Neil Marks, (2006), Conventional Magnets for

Accelerators, CERN of Accelerators School,

Zakapane Oct 2006,

http://cas.web.cern.ch/cas/zakopane-2006/PDFs/Marks-Magnets.pdf, diunduh 17 April 2014.

3. Aalborg Catalogue 2014, Table 73 – Max Flow

Rates and Cv Values for PSV, Aalborg Instruments, New York USA.

4. Operating Manual GFM Mass Flow Meters

2010, Aalborg Instruments, New York USA.

Tri Mardji Atmono

− Hubungan antara arus listrik dengan medan

magnet yang dihasilkan tidak selalu linier tentu ada nilai jenuh pada arus tertentu, tergantung bahan magnet

− Saran untuk grafik 1 tidak perlu ditampilkan

(hubungan antara waktu dengan tekanan vakum)

− Sebaiknya digunakan persamaan (hukum) yang

ada untuk menentukan terjadinya discharge hingga timbul plasma yang melibatkan tegangan, tekanan gas dan besaran lainnya.

Silakhuddin

− Pada pengukuran medaan magnet dari magnet elektro baru sampai arus 15 amper, jadi mungkin medaan magnetnya belum jenuh.

− Saran akan dipertimbangkan

− Deteksi adanya plasma diindikasikan dengan adanya pendaran pada ruang ionisasi dan adanya arus katoda. Studi dengan menggunakan persamaan yang menyangkut parameter-parame-ter parameter-parame-terjadinya plasma akan dikaji lebih lanjut. Imam Kambali

− Apakah besarnya arus ion akan berubah jika

posisi puller dipindah-pindahkan? Silakhuddin