PUSAT PE^EIJTXAN TENAGA ATOM GAMA

P P G M L 84 - 75

PENGALAMAN PEMBUATAN , GENERATOR VAN DE GRAAFF

BATAN YOGYAKARTA.

u m i h a r H u t a p e a

1 9 7 5 '

BADAN T E N A G A A T O M N A S I O N A L

PUSAT PE^EIJTXAN TENAGA ATOM GAMA

Y O G Y A K A R T A

We regret that some of the pages in the microfiche copy of this report may not be up to the proper legibility standards, even though the best possible

copy was used for preparing the master fiche.

Teknologi Akseler&fcor

EPGM - L84 - 75 Pengalaman Penibuatan Generator Van de Graaff

BATAN Yogyakarta

Sumihar Hutapea

1975

Eadan Tenaga Atom Nasional PUSAT PENEUTIAN TENAC-A ATOM GAMA Jl. Babsrsari Kotakpos 8 Telepon 3661

Yogyakarta - Indonesia

Generator Van de Graaf yang dibicarakan dalam tulisan l n l bekerja pada tekanan udara normal (1 atmosfer). Elektroda bertoentuk bola dibu-

at dari tembaga dllaplsi dengan tirnah. Tlang penahan elektroda dibuat dari ebonit .sedangkan sabuk pehgarigktit muatan dibuat dari karet.

Pengukuran tegangan dikerjakah derlgan menggunakan berbagai alat peng- ukur, generating voltmeter, spark-gap voltmeter dan high ohmic r e s i s - tance. Tegangan yang dapat dlcapai besarnya sekitar 150.000 volt.

i i i

5 A T A P E N G A N T A R.

TJituk pertama kalinya tahun 1967 ketika kami mengajukan suatu per- tanyaan kepada Direktur Puslit Garaa, BATAN Bapak Prof. Dr. A. Baiquni , apakah sudah ada di fcanah a i r k i t a akselerator^s beliau merrjawab, babwa akselerator sama sekali belum ada. Maka sejak i t u tirribullah pemikiran bagi kami untuk merencanakan suatu tipe akselerator dimana pembikiiian- nya haruslah berdasarkan f a s i l i t a s - f a s i l i t a s yang ada. Atas segala per- tiirbangan tentang f a s i l i t a s tersebut ³ maka akhirnya kami putuskan untuk merencanakan suatu akselerator dari t i p e mesin Van de Graaff, yang hing- ga kini tetap kami kerjakan. Walaupun generator Van de Graaff yang kami hadapi sekarang i n i sifatnya masih sangat kwalitatif, namun alat t e r s e - but telah dapat member! harapan bagi kami untuk mengetahui s i f a t - s i f a t maupun prinsip kerja darl generator Van de Graaff lebih mendalam diban- ding dengan pengetahuan kami yang karai peroleh dari buku-buku l i t e r a t u r mengenai akselerator tersebut. Kami merasa optimis bahwa di kemudian hari pembikinan generator Van de Graaff akan lebih sempuma b i l a modal Btearah i t u cukup tersedia.

Dalam raengerjakan generator i n i³ kami mengucapkan banyak-banyak te~

rima kasih kepada Direktur Puslit Gama BATAN Yogyakarta, atas koreksi dan penjelasan-penjplasan beliau mengenai alat tersebut. Demikian pula ke- pada Bapak Ngasran Martosudirdjo, Kepala Perbengkelan P.I.P.A. dan staf- nya, kami ucapkan banyak-banyak terima kasih atas bantuan mereka dalam pembikinan generator tersebut.

SUMEHAR HUTAPEA M.Sc-

Pendahuluan.

Dalam Pisika NulcLir., industri maupun kedokteran s e r t a lapangan- lapangan ilir&ah lainnya banyak digunakan tegangan t i n g g i , yang orde b e - samya mencapai ratusan ribu hingga jutaari volt. Beberapa penggunaan da- lam fisika Nuklir dengan tegangan tlnggi misalnya pehggunaan dalsm ak- selerator, sedang dl bidang kedokteran misalnya untuk menghasilkan s i - nar X, dalam industri biasanya untuk mengetahui kekuatan i s o l a s i dari suatu bahan isolator. Dapat juga digunakan untuk mesin-mssin penghasil netron, maupun mempercepat elektron yang dapat digunakan dalam industri t e k s t i l , maupun pengawetan bahan makanan.

Tegangan tinggi dapat berupa tegangan tinggi bolak-balik ataupun searah. Tegangan searah dapat diperoleh dengan berbagai-bagai cara mi- salnya dengan nenyearahkan tegangan bolak-balik dari output suatu trans- formator tegangan tinggi, ataupun dengan menggunakan (pengganda tegang- an (Voltage multiplier). Dalam paper i n i kami ingin mengutarakan bagai- mana Generator Van de Graaff dapat manghasilkan tegangan tinggi searah.

Walaupun generator Can de Graaff sudah sejak lama dikenal orang, t e r - nyata hingga sekarang- i n i dalam berbagai hal , alat fcersebut tetap l e - bih unggul dibanding dengan generator-generator lainnya. Paper i n i t e r - utama diraaksudkan untuk sekedar menerangkan pengalaman maupun hasil-ha- s i l penyelidikan kami selama bekerja dengan generator Van de Graaff yang didesign sendiri dan meiribandingkannya dengan t e o r i yang ada pada buku-touku literatur

Prinsip kerja generator.

Generator Van de Graaff adalah suatu alat yang dapat manggenerasi tegangan tinggi elektrostatika t e r d i r i dari sua.tu terminal sebagai elektroda., tiang (kolom), suatu sistem pemuatan dan sebagainya (Gamb .1) Di dalam kolum terdapat suatu sabuk dari bahan isolator yang berfungsi pengangkut muatan kedalam rongga elektroda.

Adapun prinsip kerja generator Van de Graaff dapat diterangkan sbb:

Suatu sumber tegangan 10.000 volt dihubungkan dengan suatu s i s i r - p e - nyemprot (spary conibs) sehingga di sekitar ujung-ujung runcingan s i s i r tersebut terdapat suatu medan l i s t r i k yang kuat dan dapat mengionisasi udara di sekitarnya. Katrol bawah sebagai penggerak sabuk dihuhungkan d dengan tanah sehingga dapat menarik muatan-muatan dan melekat pada sa- buk. Dengan bantuan suatu motor yang member! putaran pada katrol bawah sabuk akan bergerak keatas sehingga muatan dapat diangkut kedalam rong- ga elektroda.

2

katrol Etas

i s i r atas

X r~\

tiang penahan (Column) -sabuk

,sisir bawah (sisir penyemprot) Motor:*

3

Garribar 1.

Di dalam elektroda terdapat suatu s i s i r metal yang bentuknya seperti s i - s i r bawah j yang nenarik muatan darl sabuk dan kemudian mengalirkannya ke permukaan elektroda. fLiatan i n i akan terus menerus mengalir dengfin tidak tergantung berapapun besamya tegangan elektroda yang dapat dicapai s e - bagai akibat penimbunan muatan yang terus-roenerus berlangsung. Ini sesu- a i dengan hukum Elektrostatika dimana tegangan pada permukaan suatu peng- hantar misalnya penghantar bentuk bola harus sama dengan tegangan di da- lam rongga bola sedang ku.at msdan l i s t r i k didalam bola nol. Proses pemu- atan ini masih akan kami terangkan dalam si stem pemuatan.

Elektroda

Bentuk-hentuk elektroda ada berbagai macam, misalnya bentuk silin- der dimana salah satu ujungnya dibuat melengkung (Gambar 2) bentuk se- tengah bola, bentuk bola dan sebagainya. Elektroda dibuat dari metal misalnya aluminium, baja tak karat (stainless steal) dan sebagainya di- mana permukaannya harus bersih, licin dan mengkilap.

a) c)

Bentuk geometri elelctroda tersebut dibuat sedemlkian rupa sehingga g r a d i - en p o t e n s i a l atau kuat nedan l i s t r l k pada pennukaan e l e k t r o d a k e c i l , s e - hingga t i d a k raudah t e r j a d i proses berantakan (breakdown process) yakni - terjadinya lucutan d a r i elektroda ke medium sekelllingnya. Dhtuk terminal berbentuk b o l a dapat d i t u l l s :

V„ = E R (1) o m

dimana : E kuat medan l i s t r i k pada roana t e r j a d i berantakan (breakdown), V. tegangan maksiinun yang dapat dicapai elektroda dan

R adalah j a r i - j a r i bola.

Kuat medan l i s t r i k pada s a a t berantakan (break down) untuk udara normal adalah 3.10 volt p e r m. Pada tegangan i n i , kuat medan sedemiklan b e s a r - nya sehingga udara d i s e k i t a r elektroda t e r i o n i s a s i oleh medan, sehingga dapat dianggap bahwa medium tersebut menjadl penghantar dan akan t e r j a d i a l i r a n muatan d a r i e l e k t r o d a ke sekitarnya. Tegangan berantakan (break- down) tergantung pada bentuk elektroda sehingga s e t i a p elektroda mempu- nyai tegangan maksimum yang dapat dicapai yakni:

Vm * Vb (2)

dimana V tegangan maksimum (tergantung pada bentuk elektroda) m

V. tegangan berantakan (break down) (untuk udara pada keadaan normal 3.10 v o l t / m ) .

Dari rumus (1) dapat d i l i h a t bahwa harus diusahakan supaya R cukup b e - s a r agar kuat medan l i s t r i k pada permukaan k e c i l .

Pada generator Van de Graaff, terminal elektroda dapat dianggap bekerja sebagai k a p a s i t o r yang menimbun muatan terus-menerus hingga akhirnya terdapat suatu keseinibangan.

'iiituk terminal bentuk bola dapat d i t u l i s :

V = § (3) V tegangan elektroda, C kapasitans antara elektroda dengan bumi (gro-

und) besamya sama dengan j a r i - j a r i b o l a , atau dalam satuan CGSE

C = 4 it e R ' (4) e adalah konstanta d i e l e k t r i k udara.

Dari rumus di atas dapat dibayangkan bahwa besar tegangan V akan naik terus-menerus dengan t i d a k t e r b a t a s b i l a muatan Q t e r u s menerus d i - naikkan. Akan t e t a p i pada kenyataan t i d a k demikian halnya.

k

Adanya proses berantakan dan adanya berraacam-roacam tipe arus kebocoran menyebabkan tegangan akan terbatas besamya sehingga akan terjadi keada-

an selntoang dlmana besar tegangan V tidak dapat naik l a g i . Proses beran- takan juga tergantung pada besar tegangan elektroda dan tekanan udara k e l i l i n g .

Bila rumus (3) dideferensialkan terhadap vraktu t diperoleh .

av; . i

^{( 5 )}

dt C K0J

Bumus i n i menunjukkan bahwa kecepatan naik tegangan tergantung pada kuat arus i .

Ada kalanya elektroda t e r d i r i dari beberapa kelopak bola atau s i l i n - der disusun konsentris ataupun koaksial. Elektroda yang t e r d i r i dari dua kelopak bola konsentris yang jari-jarinya R, dan PL, mempunyai kapasitans yang besarnya :

C = 1,11.10"¹⁰ ~~- farad (6)

R^rR2

Untuk dua torak koaksial yang mempunyai j a r i - j a r i R-, dan Rp> besar kapa- sitans persatuan panjang

%

V ~ h

dimana l panjang torak.

Kenaikan '-.egangan besamya terbatas oleh adanya berbagai macam arus kebocoran pada kolcm (tiang penahan elektroda) i_, arus kebocoran berupa

corona discad (discharge) i „ dan juga arus load i~ wisalnya aliran ion dalam tabung akselerator, sehingga besar kuat arus i dapat ditulis

1

• *c

⁺

*»

⁺

h.

Hubungan antara besar arus korona dengan tegangan elektroda V dapat ditulis

i - a (V - Vo)² (8)

Rumus (8) disebut rumus Bouvrers, dimana a dan V masing-masing me- rupakan bilangan konstan.

Potensial berantakan elektroda atau besar tegangan dimana terjadi lucutan atau loncatan bunga api l i s t r i k tergantung pada beberapa faktor:

1. J a r i - j a r i kelengkungan, luas dan kehalusan permukaan elelcfcroda.

2. Bahan elektrcda

3. Tekanan dan susunan gas di sekitar elektroda

i}. Bentuk³ bahan dan keadaan pennukaan tiang penahan-elektroda.

5. Distribusi potensial sepanjang isolator tersebut.

Tlane; isolator.

Kolom atau tiang penahan elektroda dibuat dari bahan i s o l a t o r mLsal- nya gelas, keramik, ebonit dan sebagainya. Bentuk rnaupun bahan dari pada kolom berpengaruh terhadap besarnya kolum tegangan yang dapat dicapai o- leh generator. Sepanjang kolom bergerak sabuk pemutar yang memibawa muat- an kedalani rongga elektroda , maka ada kalanya terjadi lucutan dari sabuk bermuatan ke permiikaan kol- • . I n i akan mengaMbatkan hilangnya muatan yang diangkut ke dalam elektroda. Perlu diusahakan supaya gradien poten- s i a l sepanjang kolom konstan. I n i dapat dilaksanakah dengan membuat ge- lang-gelahg ekipotensial sepanjang kolom. Pada generator Van de Graaff yang bekerja pada tekanan udara biasa kolom i n i harus kering clan bersih terhadap debu-debu. Sanbungan antara terminal dan ujung kolon terdapat ^w suatu daerah yang disebut t i t i k lemah (weak-point). Di daerah i n i proses lucutan mudah terjadi, yakni loncatan bunga api dari terminal pada ujung kolom.

D

3

Gambar 3.

Untuk menghindari tinibulnya proses i n i perlu diadakan usaha supaya

elektroda melengkung di daerah t i t i k lemah. Dapat pula dlhindarkan dengan memasang perisai cincln korona (corona ring shields), seperti halnya pada gambar,3 c Kecuali berfungsi sebagai pembagi tegangan (potensial d i - vider) , cincin-cincin potensial i n i dapat juga berfungsi sebagai perisai terhadap arus korona yang disebabkan oleh medan l i s t r i k yang kuat yang berasal dari elektroda pada sabuk yang bergerak membawa muatan. Bila ge- nerator Van de Graaff digunakan sebagai akselerator zarah-zarah bennuat-

6 an, maka tabung a k s e l e r a t o r ditempatkan memanjang ksdalam kolum. Dalam h a l i n i pembagi tegangan akan berpengaruh pada tabung a k s e l e r a t o r yakni msnyebabkan medan l i s t r i k d i dalam tabung l e b i h b e r s i f a t homogen.

Sabuk penghantar rauatan

Sabuk penbawa muatan (Charge-canying b e l t ) , y a i t u sabuk yang meng- hantar muatan kedalam rongga b o l a , biasanya dibuat d a r i bahan i s o l a t o r . Adakalanya pada beberapa generator, sabuk penghantar d i l a p i s i sebagian dengan metal sedemikian sebingga lapisan metal t i d a k merata pada permu- kaan sabuk. I n i raengakibatkan kenaikan e f ^ k t i v i t a s d a r i hantaran muatan kedalam. rongga b o l a .

Besar arus l i s t r i k yang dibawa oleh sabuk, tergantung pada l e b a r sabuk i9 rapat nuatan a pada permukaan sabuk dan kecepatan bergerak v da- r i pada sabuk. Ramus untuk kuat arus dapat dihitung sebagai berilcut.

K i t a t i n j a u suatu unsur l u a s d a r i sabuk besamya dA, maka b e s a r muatan, yang ada padanya adalah :

dq = a dA

r%%Z2ZZ%22l** Gambarl.

Dengan mendifferensialkan rumus tersebut terhadap waktu diperoleh d.q _ 6A

d t " ° dt Rumus ini dapat ditulis :

a 8, dx d t

i = o SL dx dt

Maka hubungan antara kuat arus i yang dibawa oleh sabuk , rapat mu- atan o dan kecepatan v dapat d i t u l i s :

i = o it v (9)

Dalam rumus ini harga tidak dapat diberi sekehendak oleh karena adanya proses berantakan. Papat muatan a tergantung pada bahan daripa&a sabuk dan keadaan pennukaannya. Besar maksimum untuk o dapat diperoleh dengan menggunpkan hukum Gauss pada sabuk bermuatan.

Kita tinjau suatu unsur luas dA maka

* E d A = - | -

dimana q inuatan listrdk pada luas dA.

n u

E-V-J *I

+ | . I

-J

11

Gairbar 5.

Bila luas sabuk yeng ditinjau A, diperoleh

2 E A = 4 -

T

- - f -

²

« o

^B

Pada kuat iredan listrilc maksimum berarti E = E = 3 . 10 volt ^smaka maka rapat muatan muka makslmum

T = 2 e E m o in

Vnb.uk nenggerakkan sabuk digunakan suatu nsotor.'Sabuk bergerak pa- da dua buah katrol^s yaknj. katrol atas yang berada d l dalam rongga elek- troda dan katrol bawah di buni. Seperti telah diterangkan sebeluronya supaya sepanjang sabuk terdapat rcedan seragam (unl form) perlu adanya cincin-cincin potensial yang juga merupakan peirbagi teg&ngan. Clncin- cincln potensial ini dapat berupa pipa-pipa penghantar atau metal yang ditenpatkan dekat pada sabuk (lihat Gbr 6).

8

v.

3^A

a *_j*a

"2 lok-

V,

"-&•") v^

^ -I-, J - -

^ '-!-<.-

'2

T&.}V.

Gairbar 6.

I'ipa-pipa i n i terletak pada'bidang-bidang ekipotensial VI, Vp dan s e t e - rusnya. Korona pemisah antara dua cincin potensial ataupun tahanan pem- bagi tegangan yang diseliplcan antara setiap dua cincin, akan msntouat me- den l i s t r i k sepanjang sabuk horcogen. Sabuk bermuatan dan pipa-pipa roetal dapat e a l i r g t a r i k rr^noril: Oleh karena i t u supaya sabuk tetap pada posisinya perlu ditempatkai batang-batang penahan aa yang terbuat dari bahan isolator nisalnya' kaca,

Sistem oeiruatan.

•Sistem pemuatan terfiiri dsri suafcu penbekal arus (power supply) yang dapat rcairbori togangan dari nol hingga 30.000 volt dan s i s i r peyem-- prot metal yang disebut s i s i r korona. Adapun peristiwa-peristiwa f i s i s dari poroikan adalah sebagai berikut. Tegangan yang diberikan pada s i s i r aican menyebabkan tunfouhnya kuat rrsdan l i s t r l k disekitarnya, paling besar terdapat pada ujung-ujung yang paling runcing. Katrol intuit sabuk dan lempeng alraonium L (lihat gan&ar) dihubungkgn dengan bumi. Jarak antara katrol dengen s i s i r kira-kira 2 cm.

TT

s i s i r korona Gairibar 7.

Sebagai akibat dari adanya riBdan l i s t r i k yang kuat maka udara didaerah i n i akan t e r l o n i s a s i . Bila tegangan penibekal yang diberikan 'pada s i s i r penyeraprot positip maka rauatan l i s t r i k positip skan tertolak oleh ujung- ujung runcingan s i s i r sehingga nelekat pada sabuk dan kemudiah diangkut oleh sabuk kedalam rongga bola. DL dalam rongga bola terdapat siiatu s i - s i r yang Esnghisap muatan-nuatan.

Di dalam bola 3 potensial dari s i s i r penghisap muatan satna dengan potensial perrrulcaan bola. Oleh karena pada sabuk terdapat muatan maka entara s i s i r dan sabuk akan terjadi korona seperti pada pantoar 8, yang akan irBnyet-abkrn terja&inya aliran iruatan. Bila jenis rauatan yang me- ngalir positip,, maka sabuk turun (descending belt) akan kekurahgan mi-

atan dlbanding dengan sabulc naik (ascending b e l t ) sehingga dapat dikata- kan bahsr:a sabuk turun akan Eja-rhawa nuatan negatip dan selanjutnya, mx~

atan ne^atip i n i akan ditarik oleh s i s i r bawah iRssuk kedalam bund. Ada kalenya terjadi lucutes dari s i s i r ke sabuk yaitu discad sebagai akibat

dari fdenya rcedari yang terlanpan kuat, sehingga terjadi berantakan pada u;?ara c i s e l i t a r ujung runctagan-runcingan.

Gambar 8.

Untuk iBcncegah a-lanya peristiwa i n i perlu adanya tahanan yang ukuran be- sarnya dalam orde megaohm dipasang antara katrol dengan burai atau dihu- bungkan s e r i dengan perribekal daya. Polaritas tegangan yang diperoleh; pa- da elektroda. generator Van de Graaff tergantung pada polaritas pentoekal daya yang dipaaang pacta s i s i r penyenprot. Bila s i s i r diberi tegangan po- s i t i p dan katrol c\ihub\^\gkan dengan bumi, maka elektroda akan menpunyai fcagangan positib rieri d,el\ii.\ilgf\Vft terjadi b i l a peirbekal daya diberi tega- ngan negatip.

10

Kecuali disebabkan oleh tegangan si s i r ysng terlanpau be-'ar, disced ju~

ga dapa^ terjadi sebagai akibat kelembapan udara yang terlanpau tinggi ataupun disebabkan oleh Jarak yang terlampau dekat antara katrol dengsn runcingan-runcingan.

:R,

-?-&-'

4*-

K

p

V

!

J

Ganfoar 9

Oleh karena i t u posisi katrol afcau lenpeng L harus dibuat sedemLkian ru~

pa sehingga Jaraknya terhadap s i s i r penyenprot dapat diatur. Besar arus korona V^sx% dipercikkan tergantung pada besar tegangan pentoekal yang di- pasang. Bagan (skema) sistem peiruatam dapat d i l i h a t pada gantoar 9. Kuat arus dap²* dihitung dari untai l i s t r i k tersebut yakni:

=b ^{= V}HP ^{+ I R}o

I -^{. v .}

v,

_pp ^Qiniaha

JL

= k V2

K VRP

(n)

beda tegangan antara katrol dan R = tegangan petribekal daya, V„p

s i s i r penyemprot.

Dari risnus diatas segera tanpak bahwa dengan menibuat tahanan R cukup besar peiistiwa discad dapat dihindarkan. Bila tegangan s i s i r terlanpau tinggi pada udara sekitar runcingan-runcingan make, akan terjadi proses berantakan yang mengakibatkan terjadinya lucutan dari s i s i r ke sabulc.

Xni aken msngakibatkan tinfoulnya lobang-lobang kecil pada safeuk akibat adanya perclkan bunga api pada katrol. Hal i n i akan menyebabkan rapat muatan pada sabuk turun.

Terjadlnya bunga api juga dapat tinibul b i l a udara sangat lerrtoab. Oleh karena i t u udara diantara s i s i r dan katrol bawah sebaiknya dipanasi de- ngan lanpi pemanas»

Pernltungan arus

Besar kuat arus yang diangkut oleh sabuk Ice elektroda dalam kenya™

taan tidak saraa dengan besarnya arus yang dipercikkan oleh s i s i r penyem- prot • Hal i n i disebabkan oleh adanya berbagai macair. arus kebocoran, yaitur

1. Arus kebocoran pada katrol bawah I^Q

2. Arus kebocoran pada katrol atas raelalui sabuk Ij™

3. Arus kebocoran melalui tiang penahan n^,^p

Hubungan antara besaran-besaran arus tersebut dapat dilihat dari rumus dibawah dan skemanya seperti ditunjukkan pada gambar 10. Kuat arus yang t i b a pada terminal kit a sebut Xp^S arus dibawa oleh sabuk naik I^jyang dibawa oleh sabuk turun Igm. Bila kuat arus yang dibawa keiribali oleh SctouK turun i n i kecil maka arus yang disenprotkan oleh alat penyenprot bawh:

XP ^{= X}KB ⁺ *KA ⁺ % ⁺ hE ⁺ ^ ^{( 1 2 )} Bila arus-arus kebocoran dapat diabaikan maka secara ideal dapat dikatakan bahwa kuat arus yang t i b a pada terminal sama dengan besar arus korona yang dipercikkan oleh s i s i r pada sabuk, atau dapat d i t u l i s :

I . *T (13)

Genibar 10.

12

GENERATOR VAN DE GRMEF FUSLTT GAM.

Elektroda berbentuk kelopak bola, dlbuat dari tembaga dan peiribu- kaarmya d i l a p i s i dengan timah supaya r a t a . Diameter bola sama^-dengan 60 cm. Elektroda disangga oleh lenpeng ebonlt S pada tiang penahan, se~

hingga katrol atas KA t e r i s o l a s i terhadap elektroda. S i s i r atas dihu-- bundcan kcntak dengan terminal oleh suatu leniipran terrbaga LT.

SABUK.

Sabuk generator berupa lembaran karet yang tebalnya O.U railimeter dan lebamya 17 milimeter. Sebelum sabuk tersebut dipasang, sebalknya dikeringkan dulu dan dibuat tegang, supaya setelah digunakan sabuk ter~

sebut tidak terlempau banyak mengendor setelab putaran yang cukup lama.

Sabuk berputar pada dua buah katrol ⁱ satu diatas (didalam rongga bola) dan yang lainnya ada dibawah (terpasang pada frame), yang dihu- bungkan dengan tanah (bund.).

Pada saat generator bekerja, dapat kit a l i h a t bahwa ada kalanya sabuk-nadk dan sabuk-turun t a r i k nenarik ataupun tolak raenolak seperti diturvjukkan pada ganibar. Ini menunjukkan bahwa pada proses..pert ama d i - atas j njuatan yang diangkut tidak semuanya mengalami discad korona pada s i s i r a t a s . tetapi hanya sebagian muatan yang t e r n e t r a l i s i r⁵ sedang se~

bagian lagi sebagai kelebihan ekses muatan dibawa turun kenfcali oleh sebuk turun.

Ganibar 11.

Pada gantoar diatas ditunjukkan terjadinya proses, dimana muatan positip mengalami discad korona pada s i s i r atas d i dalam rongga, se- hingga sebagian besar muatan tersebut t e r n e t r a l i s i r , atau dengan kata lain sabuk-turun kekurangan muatan dibanding dengan sabuk-naik, sehing- ga boleh dikatakan sabuk-turun raenbawa muatan negatip.

KOLUM (TIANG PEHAHAN).

Tlang generator Van de Graaff yang kami desain t e r d l r i dari 4 "buah batang ebonit⁵ yang masing-masing tingginya 176 era dan dianeternya 5^S5

cm. Tisng i n i sengaja dikontruksi sedemikian tingginya. agar supaya ku- at inedan l i s t r i k pada lantai alas atau pada benda-benda penghantar cu- kup lemah. Tiang ebonit berdiri tegak diatas suatu alas lenpeng besi yang cukup berat' sedemikian hingga tiang tersebut tidak dapat goyang.

Getran yang terjadi akibat putaran p i t a dapat direduksi dengan karet yang ditempatkan pada/di bawah alas l a n t a i b e s i .

Sebelum generator bekerja, sebaiknya kolum ataupun sabuk dikering- kan dulu dari uap air^ misalnya dengan menggosok pennukaan-perroLikaan tiang ebonit maupun elektroda dengan kain kering ataupun dengan menyi- narinya dengan lampu- -larapu pemanas.

PENGUKURAN TEGANGAN.

Alat pengukur tegangan tinggi yang besarnya ratusan ribu hingga jutaan volt, dapat dilakukan dengan berbagai cara, misalnya dengan ca~

ra mengukur kuat arus yang mengalir melalui tahanan tinggi (high resis- tance) yang dihubungkan dengan tegangan tinggi yang hendak diukur. Ju~

ga dapat diukur berdasarkan SPARK GAP3 dan lain sebagainya.

Pengukuran tegangan tinggi yang akan kami terangkan disini, yaitu untul-c generator Van de Graaff kami, adalah pengukuran dengan GENERATING VOLT METER. Teori yang lebih mendalam mengenai generating volt meter a- kan kami terangkan pada paper kami khusus mengenai alat tersebut.

Prinsip kerja dari alat ini adalah membuat sedemikian rupa hingga flux listrik yang tiba pada suatu lempeng penghantar yang terisolir.

besarnya berubah menurut waktu sehingga 'pada lempeng akan terinduksi muatan listrik yang besarnya berubah-ubah. Dengan demikian bila ada su- atu tahanan, maka akan timbul arus yang besamya sebanding dengan besar- nya tegangan yang hendak diukur (lihat gambar).

Benda berte- gangan ting

a b

Gambar 12.

14

Generating volt meter-yan?; digunalcaii oleh Dr. Van de <2raafff pads peug- ukuran tegangan tinfcgl dari generatornya³ adalah seperti pada ganfaar £Lba- wah. Suatu leitpeng Konduktor bentuk fcjadran yang d i l s o l a s i . secara periodlk tertutup oleh baling--kalinp: berputar yang dlsebut ^CTOR^ dtaana sua*u po- rosnya bertnpit dengan sumbu lenpeng t e r l s o l e r yang dlsebut STCTOR.

Flux l i s t r i k yang berasal dari. benda certeganpsan tinggi pada lanpeng t e r i s o l i r juga akan berubah secara periodik, ksreria luas yang ditutupi o- leh lenpeng berputar berubah secara periodlk.

rotor Jfeter

Output insulated stator

Gantoar 13^

Beser puncak (peak) yang diperoleh akibat flux berubah~ubah pada len^eng I n i adalah;

I * (h) E A S s t a t acpere (14) atau I « 2 0 V S s t a t anpere (15) diiaana- E = kuat nedan elektrostatik pada voltmeter.

A - lu&s stafc<&* yang terfcuka.

S « kecepatan perputaran rotor (rps).

C ^a kepasitas antara lenpeng t e r l s o l i r dan elekfcroda generator Vian de Graaff.

V = tegangart elekfcroda.

Sebagai ekibafc dari pada tlrebulnya arus I , maka pada tahanan K akan tiJttoul bentuk pulse yang kemudian oleh suatu penguat dapat diperbesar dan yang selar^utnya besar tegengan dapefc ditentuken berdasarkan suatu perafca- caan pada suatu meter yang dihubungkan dengan penguat tersebut.

Generating voltmeter yang telah karnL konstruksi, sifatnya maslh sa~

ngat kwalltatif. l a t e r d i r l dari dua lenipeng aluminium seperti pada gam- bar 14. Lempeng a dinubungkan dengan bumi dan lempeng b d i l s o l l r . lenpeng

a dan b tensabut msirpunyai suiriiu bersatia, diraana lenpeng a dapat berputar oleh suatu motor sedang lenpeng b tetap tidak bergerak.

xenpenp;

t e r i s o l i r

t e r Outout.

Gambar 14.

Oleh akibat outaran lenpeng a., mska pad?, lempeng b akan tiiribul arus Dolak-balik l ( t ) yanp disebabkan perubahan kapasita.^ C(t) yang besamya sebandin/r dengsn perubahan luas S ( t ) yang t e r t u t u p oleh lenpeng r o t o r a.

pulse yang tinfcul kernudian diperbesar oleh suatu penguat dan selanjutnya dapat menpadaksn penylitjpangan pada meter outout.

Skema penguat sederhana yang kami ^unakan t e r d l r l d a r i • 3 t r a n s i s t o r 2SB75, dlTOna t r a n s i s t o r pertaira bekerja sebagai ernitter follower.

Sinval (signal) yanp: tirnbul pada cutputnya disearahkan oleh r e c t i f i e r yang t e r d i r i d a r i 2 fllofla OA79, l i h a t gairibar dibawan.

Selarrjutnya. oleh suatu menguat VC. yang t e r d i r i d a r i T» dan T-s

d J tegangan diperbssar hingga dapat mengadakan penyirrpangan; pada skala me • t e r .

1³2M

1,2M

m

^L0K;

0,1 ?

^A

I

⁹ I O Q K F ^ M

flr-M-

^-fZLV _{••2 2SB75}

im

Gambar 15. TV

Pengukuran k w a l i t a t i f d a r i tegangan generator Van de Graaff Pudlit Gama dilakukan sebagai berikut?

Sebelum pengukuran, diadakan k a l i b r a s i generating voltmeter. Paste elektroda terminal generator d i b e r i tegangan t e r t e n t u d a r i suatu surtoer

16

tegangan. Pada meter output dari generating voltreter dapat dibaca besar- nys. penyinpangan untuk iHasing-jnastng tegangan vang ditekankan pada termi- nals seperti t e r l i h a t pada graiik. Kemodisn pembekal daya dilepas dan pa-

<ja saat generator Van de Graaff bekerja, tegangan 3/ang ditintoulkan nernbe- rlkan psnyinpangan pada output roster.

Serdasarkan linesritas dari generating voltmeter besar tegangan dapat d i - tentukan dari grafik, yakni Vⁿ

\

Elektroda tegangan tinggi

Gambar 15.

G

•k

3 2 1 0

^

- -

1 ^p 3

/

i

. _ U p .

jjgggan tertma kasih,

Dalam menerbitken paper i n i kami banyak roengucapkan terimakasih ke- pada Bapak Direktur Pus l i t Gama^;. I r . Soeroto Ranodirdjo yang meiriberi sa~

ran dalam perbaikan naskehnyaj. juga kepada Bapak Kepala Lab. Fisika Nu- klU¹* E*⁵- Budi Santoso atas usahanya dalsun tnengoreicsi dan n^niberi i s t i - lah- i s t i l a h yang sesuai dalam banasa Indonesia pada paper ini«

1 . JOHANNES, P r o f . I r . H .: r L i s t r i k dan maknit v,

" 2 , KAPLAN, ': Introduction t o Nuclear Physics :".

3 . SEARS ?.W., 'T E l e c t r i c i t y and ""lagnitism V.

4. SEGHE, E, , ': Experirrental Nuclear Physics ",

5. VAN DE GPAAEP.s *' P a r t i c l e Accelerators for research and industry 2 . 6 . HIGH VOLTAGE ENGBJEERINGa *' The Van cte Graaff N u c l e a r P h y s i c s

Teaching L a b o r a t o r y ' ' .

7 . IBS PHYSICAL REVIEW, V o l . 49 r Second S e r i e s . January-June 193&.

8 . J . Da CPAGGS MD J.M. MEET? •' High V o l t a g e L a b o r a t o r y Technique'7

LONDON BUTTER WORTHS SCIEHTIPTC PUBLICATIONS 1954.

9 . DERK W E B S A 5 W ELECTROSTATIC GENERATOR FOR PAHriCLE ACCEIERATOR.

Groningen 1 9 6 4 .

1 0 . G.P= Harnwell and S.N. Van V o o r h i s? Palmer Physical Laboratory3

Princton 1933.