SIKLOTRON
MEDAN ELEKTROMAGNETIK II Dosen Pengampu :
Dr. Jaja Kustija, M.Sc.
Disusun oleh :
Egi Krismawan P. (1905696)
DEPARTEMEN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2021
Apa itu siklotron
Siklotron adalah suatu mesin (akselerator) yang mempercepat partikel secara melingkar, sehingga diperoleh energi kinetik yang tinggi. Partikel tersebut dapat berupa partikel proton atau deuteron. Siklotron dapat mempercepat partikel karena pemberian medan magnet dan medan listrik yang konstan.Siklotron ditemukan oleh Ernest O. Lawrence pada tahun 1929 yang dikembangkan oleh mahasiswa di University of California pada tahun 1930 dan mulai beroperasi pada tahun 1932.
Siklotron terbesar di dunia berada di University of British Columbia, Vancouver, Canada.
Siklotron terbesar itu berdiameter 18 m yang terdiri dari 4000 ton magnet. Siklotron ini menghasilkan bidang 0,46 T, 23 MHz medan listrik, 94 kV tegangan yang digunakan untuk mempercepat arus 200 μA.
Prinsip Kerja Siklotron
Dua elektroda tembaga yang berbentuk D (D-shaped object) disebut dees, ruangan seluruhnya di buat vakum (hampa udara). Kedua elektroda dihubungkan dengan sumber tegangan bolak balik frekuensi tinggi. Partikel yang ingin di percepat ditaruh ditengah-tengah siklotron (P). Dees tersebut dicelupkan di dalam medan magnet yang arahnya keluar bidang.
Misalkan ada proton-proton bergerak dalam dua bidang setengah lingkaran yang terpisah oleh suatu celah (dee). Setiap kali proton-proton lewat melintasi celah di antara kedua bidang setengah lingkaran, suatu tegangan diberikan pada proton-proton yang akan mempercepat proton-proton. Percepatan ini meningkatkan kelajuan proton-proton dan juga jari-jari kelengkungan lintasan proton-proton. Sekali proton tersebut berada di dalam dee, maka proton disaring dari medan listrik oleh dinding logam dee, medan magnet tidak disaring sehingga proton tersebut membelok berbentuk lingkaran yang jari-jarinya yang bergantung pada kecepatan.
r=mv qB Dengan : r = jari-jari (m) m = massa (kg) v = kecepatan
q = muatan proton (91,6 x 10-19 C)
b = induksi magnetik yang dihasilkan pasangan magnet (Wb / m2atau T)
Setelah beberapa putaran, proton-proton memperoleh energi kinetik tinggi (dalam orde 10 atau 20 MeV per satuan muatan listrik) dan tiba pada sisi terluar siklotron. Proton-proton kemudian dapat menumbuk suatu sasaran yang ditempatkan di dalam siklotron atau
meninggalkan siklotron dengan bantuan “magnet pembelok” dan diarahkan ke suatu sasaran eksternal. Tegangan yang diberikan ke kedua bidang setengah lingkaran untuk menghasilkan percepatan haruslah bolak-balik. Ketika proton-proton sedang bergerak ke kanan melintasi
celah, bidang yang kanan haruslah negatif dan yang kiri positif (medan listrik E berarah dari polaritas + ke polaritas – dan untuk muatan positif seperti proton, besar gaya pemercepat F = q E dan searah dengan arah medan listrik E)
Medan magnetik B, yang diberikan oleh sebuah elektromagnet besar, berarah masuk dalam bidang kertas. A adalah sumber ion. Garis-garis gaya menunjukkan medan listrik dalam celah. Setengah siklus berikutnya, proton proton bergerak ke kiri melintasi celah, sehingga bidang kiri haruslah negatif supaya medan listrik pada celah tetap berfungsi mempercepat proton-proton. Partikel bermuatan yang bergerak dengan kecepatan v tegak lurus terhadap medan magnetik B menempuh lintasan melingkar dengan jari-jari r. Gaya sentripetal penyebab gerak melingkar berasal dari gaya Lorentz, sehingga diperoleh:
Fs = FL
M V2
r = qvB
= qBr
m Fs = FL
Dengan : r = jari-jari (m) m = massa (kg) v = kecepatan
q = muatan proton (91,6 x 10-19 C)
b = induksi magnetik yang dihasilkan pasangan magnet (Wb / m2atau T) Fs = Gaya Sentripetal (N)
FL = Gaya Lorentz (N)
Waktu yang diperlukan untuk satu putaran lengkap adalah periode T, dimana:
Frekuensi f, dari tegangan bolak-balik yang diberikan harus sama dengan frekuensi proton-proton yang bergerak melingkar. Dengan demikian, frekuensi siklotron adalah:
dengan, f = frekuensi siklotron (Hz) q = muatan proton (1,6 x 10-19 C)
m = massa proton (1,67 x 10-27 kg)
B = induksi magnetik yang dihasilkan pasangan magnet (Wb/m2 atau T) Frekuensi dari tegangan bolak-balik yang diberikan, tidak bergantung pada
jari-jari r. Karena itu, frekuensi tidak harus diubah ketika partikel (proton) mulai dari sumber dan dipercepat untuk menempuh jari-jari yang makin lama makin besar. Energi kinetik maksimum partikel bermuatan (proton) ketika keluar dari siklotron, yaitu:
Energi kinetik yang diperlukan proton-proton sama dengan energi yang akan diperoleh proton-proton jika proton-proton dipercepat melalui beda potensial yang cukup besar.
SALAH SATU MANFAAT SIKLOTRON
Perkembangan teknologi Siklotron di bidang kesehatan menjadi penting setelah beberapa produksi radioisotop dengan waktu paro pendek mulai dimanfaatkan dan sebagai dasar utama dalam penggunaan PET (Positron Emission Tomography). Penggunaan PET diawali dengan memproduksi radioisotop fluor-18. Radioisotop fluor-18 diproduksi dari isotop oksigen-18 dengan menggunakan siklotron. Setelah fluor-18 selesai disiapkan,kemudian segera
disuntikkan ke pasien.Sebaran fluor-18 didalam tubuh akan dideteksi dengan memasukkan tubuh ke dalam rangkaian detektor elektronik berbentuk melingkar
