OPERASI MESIN BERKAS ELEKTRON (MBE) PTAPB – BATAN TIPE BA 350 keV 10 mA

(1)

1 Operasi Mesin Berkas Elektron (MBE) PTAPB – BATAN Tipe BA 350 keV / 10 mA

didesain atau direncanakan untuk dapat beroperasi secara tepat pada suatu nilai tertentu dan

dapat menjamin bahwa instrumen tersebut dapat beroperasi dengan benar dan aman.

BAPETEN adalah badan pengawas yang bertugas mengawasi tentang ketenaganukliran, ada

tiga persyaratan yang harus dipenuhi bilamana suatu instrumen (instalasi nuklir) tersebut

dioperasikan :

1. Ijin BAPETEN (prosedur operasional)

2. Sumber Daya Manusia (SDM)

3. Memiliki peralatan keselamatan

Mesin Berkas Elektron (akselerator elektron) merupakan instrumen nuklir untuk

mempercepat berkas elektron. Besar energi dan arus berkas elektron yang dihasilkan dapat

diatur dengan spesifikasi MBE. Untuk MBE di PTAPB berdasarkan rancangan mempunyai

energi dan arus berkas elektron 350 keV / 10 mA.

Pengoperasian MBE hanya dapat dilaksanakan dengan melalui beberapa tahap

kegiatan secara berurutan, yaitu persiapan, pemeriksaan awal atau check list, pengkondisian sistem vakum, sistem optik (pemfokus, pengarah dan pemayar), sumber tegangan tinggi

(pemercepat) dan sumber elektron. Setelah pengkondisian tersebut dilanjutkan dengan

pengoperasian mesin berkas elektron yaitu dengan mengeluarkan berkas elektron dari

sumber elektron dan mengatur sumber tegangan tinggi sebagai tegangan pemercepat serta

sistem optik. Disamping itu, dalam pengoperasian juga harus dilakukan pengaturan

kecepatan konveyor berkaitan dengan dosis yang dikehendaki. Untuk mengatur dosis

iradiasi yang diperlukan dilakukan dengan mengatur besar arus berkas elektron dan laju

kecepatan konveyor. Semua pengaturan ini dapat dilakukan dengan mengatur parameter

operasi melalui panel operasi pada konsul panel. Parameter operasi setiap tahap harus

dicatat karena berkaitan dengan operasi tahap berikutnya, data-data tahapan operasi ini

sangat diperlukan untuk acuan pengoperasian berikutnya dan untuk identifikasi kerusakan

dalam perawatan mesin berkas elektron. Untuk setiap bagian atau sistem dari mesin berkas

elektron yang berkaitan dengan keselamatan, baik keselamatan orang maupun mesin atau

(2)

2 Operasi Mesin Berkas Elektron (MBE) PTAPB – BATAN Tipe BA 350 keV / 10 mA Dyah Kumala Sari (010800215)

parameter operasi bagian atau sistem tersebut untuk mencegah terjadinya penyimpangan

kondisi operasi sehingga tidak terjadi kerusakan. Walaupun demikian, operator harus

memahami prosedur operasi dan cara pengoperasiannya agar dapat terjamin keselamatan

operasi dan tidak terjadi kesalahan yang dapat menyebabkan kerusakan pada mesin berkas

elektron.

Seluruh data-data pengoperasian harus dicatat dalam log book. Data-data ini disimpan sebagai dokumen yang dapat digunakan sebagai acuan, baik untuk keperluan

pengoperasian berikutnya, maupun untuk keperluan perawatan. Adapun secara skematis

mesin berkas elektron di PTAPB ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Skema Mesin Berkas Elektron Keterangan :

1. Sumber tegangan tinggi 2. Sumber elektron (electron

gun)

3. Tabung akselerator terisolir 4. Magnet pemayar

(3)

B. TUJUAN

Tujuan dari praktikum pengoperasian ini adalah agar peserta dapat mengoperasikan

MBE dengan benar dan mengerti tentang tanggung jawab pelaksanaan operasi MBE serta

pekerjaan yang berhubungan dengan operasi MBE.

C. PRINSIP KERJA MBE

Prinsip kerja MBE secara umum adalah berkas elektron dihasilkan oleh sumber

elektron dimasukkan ke tabung pemercepat untuk dipercepat sampai dengan energi yang

diinginkan sesuai dengan kemampuan sistem pemercepatnya. Untuk mempercepat berkas

elektron ini, diperlukan sumber tegangan tinggi sebagai tegangan pemercepat yang dipasang

pada elektrode pemercepat. Berkas elektron ini kemudian difokuskan, diarahkan dan

dimayarkan dengan sistem optik (sistem pemfokus, pengarah dan pemayar) kemudian

dikeluarkan melalui jendela (window) menuju target yang diiradiasi. Pada saat operasi, lintasan berkas elektron di dalam mesin berkas elektron (MBE) harus pada kondisi hampa,

yaitu pada tingkat kehampaan sekitar 10-5 mbar agar tidak terjadi hambatan berkas elektron

dari sumber elektron menuju window. Makin tinggi tingkat kehampaan, makin baik untuk operasi mesin berkas elektron karena makin kecil hambatan yang terjadi. Setelah keluar

melalui jendela, berkas elektron digunakan untuk mengiradiasi target yang diletakkan

(4)

4 Operasi Mesin Berkas Elektron (MBE) PTAPB – BATAN Tipe BA 350 keV / 10 mA

No. Waktu (detik) Arus Target (µA) Arus Coulomb (µA) Kevakuman (mbar)

1 0 250 30 6.1 x 10-6

Praktikum ini bertujuan dari agar mahasiswa dapat mengoperasikan MBE dengan

benar dan mengerti tentang tanggungjawab pelaksanaan operasi MBE serta pekerjaan yang

berhubungan dengan operasi MBE. Dalam pelaksanaannya, pengoperasian MBE dilakukan

untuk mengiradiasi sampel yang berupa polimer, bahan makanan, limbah warna, serta untuk

pengukuran dosimeter Fricke dan dosimeter Ceri-Cero.

Mesin Berkas Elektron (MBE) adalah suatu peralatan listrik dan elektronik yang

mempercepat elektron hasil pemanasan sebuah filamen, dengan medan listrik dari beda

potensial atau tegangan yang relatif tinggi sehingga diperoleh elektron berenergi. Elektron

tersebut kemudian digunakan untuk meradiasi sampel percobaan. Dengan demikian MBE

dapat juga dikatakan sebagai sumber radiasi yang dioperasikan pada tegangan tinggi.

Secara garis besar MBE memiliki komponen utama yakni sumber elektron, sumber

(5)

instrumentasi kendali. Dimana sistem optik itu sendiri terdiri dari sistem pemfokus, sistem

pengarah dan sistem pemayar.

Di dalam MBE yang dihasilkan adalah berupa berkas elektron (elektron bebas).

Berkas elektron ini dihasilkan oleh sumber elektron yang berupa filamen yang dialiri arus

listrik. MBE milik PTAPB dilengkapi dengan dua jenis tegangan, yaitu tegangan terisolir

dan sumber tegangan tinggi. Tegangan terisolir berfungsi sebagai penyuplai elektron.

Tegangan terisolir (220 V) ini merupakan tegangan yang berdiri sendiri dan tidak boleh

terkena medan listrik lingkungan karena fungsinya untuk menyuplai elektron, sehingga

tegangan ini harus diberi isolator agar tidak terpengaruh oleh medan listrik dari lingkungan,

maupun terpengaruh oleh sumber tegangan tinggi. Sedangkan sumber tegangan tinggi

digunakan untuk mempercepat elektron yang telah dihasilkan dari sumber elektron.

Elektron-elektron bebas tersebut kemudian dilewatkan melalui tabung pemercepat

dimana di dalam tabung pemercepat tersebut berkas elektron didorong dengan katoda

pendorong yang mempunyai potensial negatif dan selanjutnya ditarik dengan anoda yang

mempunyai potensial positif. Selanjutnya, elektron-elektron dipercepat lagi dengan sumber

tegangan tinggi, dimana pada praktikum ini digunakan sumber tegangan tinggi sebesar 300

kV. Di dalam tabung pemercepat ini berkas elektron dinaikkan energinya hingga mencapai

energi yang diinginkan. Tabung pemercepat ini juga harus dikondisikan vakum dengan

tingkat kevakuman sekitar 10-5 mbar agar tidak terjadi hambatan berkas elektron dari

sumber elektron menuju window. Semakin tinggi tingkat kevakuman semakin baik untuk operasi Mesin Berkas Elektron karena semakin kecil hambatan yang terjadi.

Elektron yang telah dipercepat kemudian difokuskan dan diarahkan dengan sistem

pemfokus dan sistem pengarah berkas. Sistem pemfokus ini berfungsi untuk memfokuskan

berkas elektron yang telah dipercepat agar fokus atau mengumpul pada satu titik. Sedangkan

sistem pengarah berfungsi untuk mengarahkan berkas elektron yang telah dipercepat agar

menjadi satu garis lurus dan berada di tengah, tidak membelok.

Berkas elektron yang telah melalui tabung pemercepat serta telah diarahkan dan

difokuskan akan mengumpul pada sebuah titik berkas elektron yang memiliki energi yang

sangat tinggi yang bahkan dapat menembus logam. Namun MBE di PTAPB ini didesain

untuk energi sebesar 300 keV dan arus target sebesar 10 mA. Desain ini termasuk desain

untuk MBE energi rendah (100 keV – 500 keV). Agar berkas elektron mengenai seluruh

bahan yang diiradiasi secara merata, maka setelah keluar dari tabung pemercepat, berkas

(6)

tersebut agar tidak menjadi satu titik. Pada akhirnya berkas elektron yang dimayarkan

dengan sistem pemayar tersebut dikeluarkan melalui window menuju bahan atau target yang akan diiradiasi. Material yang diiradiasi dilewatkan di bawah jendela (window) MBE menggunakan sistem ban berjalan atau conveyor.

Sebelum MBE dioperasikan, terlebih dahulu dilakukan persiapan dan pemeriksaan

awal atau check-list terlebih dahulu. Dari hasil check-list diperoleh data sebagai berikut :

Suhu ruangan : 22 0C

Kelembaban relatif : 70 %

Suhu pendingin osilator : 10 0C

Tekanan udara kompressor : 7,8 kg/cm2

Kevakuman : 4,1.10-6 mbar

Laju paparan

 Sebelum operasi : 0,008 mR/jam  Pada saat operasi : 0,012 mR/jam

Selain itu juga dilakukan check-list terhadap parameter sistem interlock yang meliputi sumber tegangan tinggi (HV), posisi pintu ruang MBE, tombol emergency, blower, tegangan terisolir, konveyor, dan pemayar. Dari hasil check-list tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa MBE milik PTAPB - BATAN layak pakai karena sesuai dengan ketentuan yang ada.

Hanya saja tingkat kelembaban relatif sedikit di atas batas yang ditentukan, yakni sebesar

70%, padahal ketentuannya adalah antara 50% - 60%. Kondisi ini masih diizinkan

mengingat kelembaban relatif ini juga dipengaruhi oleh kondisi lingkungan.

Laju paparan sebelum dan selama operasi juga relatif kecil dan masih dalam batas yang

diizinkan untuk pekerja radiasi, yakni di bawah 2,5 mR/jam sehingga MBE berada dalam

kondisi aman untuk dioperasikan.

Pengoperasian MBE dilakukan selama 22,5 menit dengan tegangan sebesar 300 kV.

Tegangan ini dibuat tetap (konstan) dan yang diamati adalah mengenai kestabilan sebagai

fungsi waktu operasi bagian-bagian operasi MBE, yaitu arus target (µA), arus Coulomb

(µA) serta tingkat kevakuman (mbar). Pengamatan dilakukan setiap 2,5 menit. Dalam

pelaksanaannya, iradiasi sampel dilakukan sebanyak 2 pass. Hal ini dilakukan agar

mengurangi beban alat sehingga alat tidak cepat rusak.

(7)

Kestabilan Arus Target sebagai Fungsi Waktu

Dari hasil percobaan diperoleh data sebagai berikut :

Gambar 2. Hubungan Antara Waktu dengan Arus Target

Dari kurva pada Gambar 2 tersebut dapat dilihat bahwa semakin lama waktu

pengoperasian MBE, maka arus target yang dihasilkan semakin menurun. Padahal, secara

teori pada kondisi tegangan yang tetap (konstan) seharusnya arus target yang dihasilkan juga

sama disetiap waktu. Hal ini dapat disebabkan karena sumber elektron yang berupa filamen

yang dipanaskan dengan cara dialiri arus listrik secara terus-menerus akan mengakibatkan

emisi dari filamen tersebut menurun dan filamen akan semakin meregang. Semakin

meregangnya filamen tersebut dapat menyebabkan tahanannya (R) menjadi semakin besar,

sehingga elektron yang dihasilkan akan berkurang. Selain itu, penurunan arus target juga

dapat dipengaruhi oleh adanya arus Coulomb dan pengaruh tekanan yang berhubungan

(8)

Pengaruh Waktu Terhadap Arus Coulomb

Gambar 3. Hubungan Antara Waktu dengan Arus Coulomb

Arus Coulomb dapat mengakibatkan penurunan arus target yang dihasilkan pada saat

operasi MBE berlangsung dan arus ini merupakan arus yang tidak diinginkan dalam operasi

MBE. Arus Coulomb ini merupakan arus yang muncul karena elektron yang melewati

sistem optik (pemfokus) tidak fokus pada satu titik saja. Karena berkas elektron tersebut

tidak fokus, maka dalam perjalanannya, elektron tersebut menumbuk dinding tabung

pemercepat. Tumbukan elektron dengan dinding tabung pemercepat ini terukur sebagai arus

Coulumb.

Dari kurva pada Gambar 3 di atas, terlihat bahwa terjadi peningkatan arus Coulomb

pada saat t = 750 detik, kemudian mulai stabil kembali pada saat t = 1200 detik.

Peningkatan ini menyebabkan arus target mengalami penurunan karena ada elektron yang

menumbuk dinding tabung pemercepat, sehingga intensitas elektron yang menuju window akan berkurang dan pada akhirnya arus target menjadi menurun.

(9)

Pengaruh Waktu Terhadap Tingkat Kevakuman

Gambar 4. Hubungan Antara Waktu dengan Kevakuman

Selain disebabkan karena meregangnya filamen serta adanya peningkatan arus

Coulomb selama pengoperasian, menurunnya arus target juga dapat disebabkan karena

pengaruh tekanan terhadap tingkat kevakuman di dalam tabung pemercepat. Sesuai dengan

teori yang ada, tabung pemercepat harus dikondisikan vakum dengan tingkat kevakuman

sekitar 10-5 mbar agar tidak terjadi hambatan berkas elektron dari sumber elektron menuju

window. Apabila tekanan yang diberikan tidak stabil bahkan semakin menurun, maka dapat

menyebabkan tingkat kevakuman juga akan menurun. Apabila tingkat kevakuman di dalam

tabung pemercepat semakin menurun, maka hal tersebut dapat mengakibatkan hambatan di

dalam tabung pemercepat akan semakin besar. Dengan demikian, berkas elektron dari

sumber elektron yang menuju window akan bereaksi dengan partikel-partikel ataupun materi yang ada di dalam tabung pemercepat sehingga mengakibatkan arus target yang

dihasilkan akan menurun. Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa tingkat kevakuman

mengalami penurunan. Namun penurunan tersebut sangatlah kecil, yakni sekitar 10-7 mbar,

sehingga tingkat kevakuman pada saat pengoperasian MBE dilakukan dapat dikatakan

relatif stabil.

MBE milik PTABP – BATAN dirancang untuk tenaga sebesar 350 keV / 10 mA.

Namun, pada saat percobaan dilakukan hanya dioperasikan pada kondisi kerja dengan

tegangan sebesar 300 kV (300 keV). Dalam pembahasan sebelumnya telah dijelaskan bahwa

irradiasi dilakukan sebanyak 2 pass, sehingga secara teori energi yang akan diterima oleh

sampel adalah sebesar 600 keV. Intensitas radiasi yang dihasilkan bergantung pada waktu,

(10)

kecepatan konveyor, serta arusnya. Sedangkan untuk penetrasinya bergantung pada

tegangan tingginya.

F. KESIMPULAN

1. Mesin Berkas Elektron (akselerator elektron) merupakan instrumen nuklir untuk

mempercepat berkas elektron.

2. Pengoperasian MBE rancangan PTAPB – BATAN dilakukan selama 22,5 menit dengan

tegangan sebesar 300 kV.

3. Sampel yang diiradiasi berupa polimer, bahan makanan, limbah warna, serta larutan

untuk pengukuran dosimeter Fricke dan dosimeter Ceri-Cero.

4. Arus target yang dihasilkan tidak stabil dan semakin menurun seiring dengan

berjalannya waktu.

5. Arus Coulomb yang dihasilkan meningkat seiring dengan berjalannya waktu. Hal ini

menyebabkan penurunan arus target yang dihasilkan.

6. Tingkat kevakuman pada saat operasi relatif stabil.

7. Intensitas radiasi yang dihasilkan bergantung pada waktu, kecepatan konveyor, serta

arus target yang dihasilkan. Sedangkan untuk penetrasi, bergantung pada tegangan tinggi

(11)

G. DAFTAR PUSTAKA

Saptaaji, Rany dkk.2010.Petunjuk Praktikum Operasi Mesin Berkas Elektron Tipe BA 350

keV / 10 mA.Yogyakarta : PTAPB-BATAN

http://www.scribd.com/doc/16184763/OPTIMASI-KELUARAN-ARUS-BERKAS-MESIN-BERKAS-ELEKTRON-350-keV-10-MA-PTAPBBATAN

(diakses pada tanggal 30 November 2010)

http://jurnal.sttn-batan.ac.id/wp-content/uploads/2008/07/07-karman-jfn_hal121-130.pdf

http://jurnal.sttn-batan.ac.id/wp-content/uploads/2008/12/18_deniswantomo207-215.pdf

Yogyakarta, 31 Desember 2010 Praktikan,

Dyah Kumala Sari Asisten,