10 ma PASCA PENGGANTIAN POMPA TURBOMOLEKUL

PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011

PENGUJIAN SISTEM VAKUM MBE 350keV/10 mA PASCA PENGGANTIAN POMPA TURBOMOLEKUL Suhartono, Sukidi Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN, Babarsari Yogyakarta 55281 E-mail: [email protected]

ABSTRAK PENGUJIAN SISTEM VAKUM MESIN BERKAS ELEKTRON 350keV/10mA PASCA PENGGANTIAN POMPA TURBOMOLEKUL. Telah dilakukan pengujian sistem vakum mesin berkas elektron 350 keV/ 10 mA pasca penggantian pompa turbomolekul. Pengujian dilakukan untuk mengetahui tingkat kevakuman bejana vakum MBE 350 keV/ 10 mA setelah pompa turbomolekul lama diganti dengan yang baru, karena mengalami kerusakan. Pengujian dilakukan sampai pada tingkat kevakuman optimum. Tingkat kevakuman minimum yang harus dipenuhi agar dapat digunakan untuk iradiasi adalah orde 10-6 mbar. Sehingga jika tingkat kevakumannya belum terpenuhi sampai pada batas minimumnya, proses iradiasi tidak bisa dilakukan. Kevakuman mesin berkas elektron sebelum pompa turbomolekul diganti menunjukkan 4×10-6 mbar, dan 3×10-4 mbar pada saat pompa mengalami kerusakan. Hasil pengujian dengan pompa pengganti yang baru menunjukkan 4,5×10-6mbar, ini berarti bahwa pompa pengganti hampir mendekati kemampuan pompa sebelum diganti.

ABSTRACT THE TEST OF VACUUM SISTEM FOR 350 keV/ 10 mA ELECTRON BEAM MACHINE PASCA TURBOMOLECULAR PUMP CHANGING. After The replacement of the turbomolecular pump, the testing of the vacuum system of 350 keV/ 10 mA electron beam machine has been done. The testing is done to find out the vacuum level of the 350 keV 10 mA electron beam’s vacuum vessel after the old turbomolecular pump has been replaced due domage. The testing is done until the optimum vacuum level is reached. The maximum vacuum EBM for the condition required.was 10-6 mbar orde. If vacuum EBM was not completed to minimum limit, so iradiation can not be done. The vacuum rate of vacuum of electron beam machine were 4×10-6 mbar before turbomolecular changing and 3×10-4 mbar, when that pump broken. Test result for new turbomolecular pump is 4.5×10-6 mbar. It meins that the new turbomolecular pump has same performance with the last pump.

PENDAHULUAN

M

esin Berkas Elektron (MBE) adalah suatu mesin penghasil elektron yang digunakan untuk mengiradiasi material. Proses iradiasi pada MBE dapat dilakukan apabila ruang sistem antara sumber elektron sampai window telah terkondisi vakum. Kevakuman ruang sistem MBE minimal harus dalam orde lebih tinggi atau sama dengan 106 mbar. Akhir-akhir ini sistem vakum pada MBE 350keV/10mA tidak bisa mencapai batas minimal Suhartono, dkk

yang dipersyaratkan untuk iradiasi. Akibatnya proses iradiasi terganggu dan tidak bisa dilakukan iradiasi lagi. Setelah dilakukan analisis dan pengecekan yang terkait dengan komponen vakum dan pompa vakum, diketemukan pada pompa turbomolekul mengalami gangguan, oleh karenanya sistem vakum MBE 350keV/10mA tidak bisa mencapai batas kevakuman minimum. Untuk mengatasi sistem vakum MBE 350keV/10mA harus dilakukan perbaikan, jika gangguan pada pompa ini tidak dapat diperbaiki

ISSN 1410 – 8178

Buku I hal 203


maka dilakukan penggantian pompa turbomolekulnya, tergantung dari hasil analisis kerusakan yang terjadi. Setelah dilakukan analisis kerusakan ternyata yang mengalami kerusakan adalah pada pompa turbomolekulnya. Untuk melakukan perbaikan pompa turbomolekul juga mengalami kesulitan karena sangat minimnya fasilitas yang ada. Setelah dilakukan perbaikan pompa turbomolekul diuji coba. Kevakuman yang dicapai belum bisa sampai pada batas yang dipersyaratkan. Sehingga langkah selanjutnya yang dapat dilakukan adalah mengganti pompa dengan pompa yang baru. Dalam proses penggantian, pompa yang lama dilepas dan pompa yang baru dipasang. Selama proses tersebut kevakuman sistem MBE mengalami penurunan sampai pada batas kevakuman terendah. Setelah selesai penggantian dengan pompa turbomolekul yang baru, dilakukan uji vakum. Pasca penggantian pompa turbomolekul dilakukan uji coba kevakuman. Hal ini dilakukan untuk memastikan apakah sistem vakum dapat memenuhi kevakuman minimum untuk proses iradiasi (orde 10-6 mbar) atau tidak. Untuk mencapai tingkat kevakuman tertentu sangat tergantung dengan bahan-bahan yang digunakan untuk komponen vakum, ruang dan gas yang divakum, serta laju pemompaan pompa yang digunakan. Pada MBE ini telah dipasang komponen vakum yang standar yaitu menggunakan bahan stainless steel 304. Pada catalog pompa pengganti mempunyai kemampuan vakum sampai pada 10-8 mbar sehingga untuk mencapai kevakuman dalam orde 10-6 mbar dapat terpenuhi. (3)

C

T  = 4  M 

Ada beberapa macam beban pompa yang dapat mempengaruhi pencapaian tingkat kevakuman akhir dari suatu sistem vakum, yaitu beban statis dan beban dinamis. Beban statis adalah gas yang disebabkan oleh volume maupun sistem vakum, sedang beban dinamis adalah gas akibat permeasi, pelepasan gas (out gassing), penguapan dan kebocoran.(2) Kebocoran sistem vakum terjadi pada pemasangan seal sambungan antara komponen-komponen vakum. Sambungan komponen-komponen ini dibedakan menjadi 2 bagian yaitu sambungan tidak dapat dilepas dan sambungan dapat dilepas. Sambungan tidak dapat dilepas yaitu sambungan dengan las dan brazing. Pada sambungan ini kebocoran yang terjadi sangat sulit ditentukan karena tergantung dari kualitas sambungan tersebut. Untuk sambungan dapat dilepas yaitu sambungan dengan seal viton seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

1

2

At

2

 3F  L  exp − W  LwR

(1)

dengan T adalah suhu ruangan (οK), M berat molekul nitrogen, L keliling perapat viton (cm), w lebar kontak viton (cm), F gaya pengencangan baut (σ) dan R faktor seal (0,5). Selanjutnya besar laju kebocoran (QL ) dapat ditentukan dengan persamaan (1)

QL

DASAR TEORI

Buku I hal 204

Gambar 1 : Sambungan dengan perapat viton (seal viton) Penggantian pompa turbomolekul yang rusak dengan pompa yang baru, harus melepas juga seal vetonnya dan memasang kembali pada saat pompa yang baru dipasang. Oleh karena itu pada sambungan antara pompa dengan sistem dimungkinkan bisa terjadi kebocoran. Viton yang digunakan sebagai perapat mempunyai sifat deformasi elastis, sehingga jika sambungan dilepas bentuk perapat akan kembali ke bentuk semula. Dengan demikian perapat viton dapat digunakan berulang-ulang. Besar konduktansi pada perapat viton dapat ditentukan dengan persamaan (1)

= C . ∆P

(2)

METODOLOGI PENGUJIAN Metodologi yang digunakan untuk melakukan pengujian vakum pasca penggantian pompa adalah membandingkan tingkat kemampuan vakum sebelum diganti dan sesudah diganti. Cara pengujian dilakukan dengan bertahap dimana tahap awal dilakukan pada ruang pompa dengan isolation valve yang membatasinya. Tahap selanjutnya ruang pompa dihubungkan dengan ruang sistem dengan membuka isolation valve. Tahapan demi tahapan tingkat kevakuman yang dicapai selalu dicatat dan dibutuhkan waktu berapa lama. untuk mencapai kevakuman optimum. Hal ini penting karena untuk membandingkan lama waktu pemompaan sebelum pompa rusak dan sesudah diganti dengan pompa yang baru. Sistem vakum mesin berkas elektron ditunjukkan pada Gambar 2 dimana bejana sistem

ISSN 1410 – 8178

Suhartono, dkk


vakum MBE terdiri dari sumber elektron yang sekaligus berfungsi sebagai penghasil elektron, tabung akselerator berfungsi sebagai tabung pemercepat elektron, tabung pemayar berfungsi untuk ruangan elektron yang dipayarkan, dan window yang berfungsi sebagai pembatas vakum antara ruang dalam dengan luar vakum. Dari

sumber elektron sanpai window merupakan sistem vakum mesin berkas elektron. Gas-gas yang ada di dalam ruang tersebut dikeluarkan dengan dihisap dengan pompa rotari dan setelah mencapai pada kevakuman 10-2mbar dilajutkan dengan pompa turbomolekul sampai kevakuman optimumnya minimal orde 10-6mbar.

Sumber elektron

Meter pening Ruang yang divakum

Pompa Turbomolekul

IV

Tabung pemayar RV Meter pirani BV Window Pompa rotari BV = Backing valve RV = Roughing valve IV = Isolation Valve Gambar 2. Skema MBE 350keV/10mA

HASIL DAN PEMBAHASAN Pada Gambar 3a ditunjukkan hasil pemvakuman sebelum pompa turbomolekul diganti, dalam sepuluh menit pertama kevakumannya telah mencapai 8 mbar, dan dalam menit-menit berikutnya terjadi kenaikan kevakuman yang cepat hingga pada menit ke 50 kevakuman telah mencapai optimum yaitu 3,5×10-3mbar. Sedang hasil pengujian dengan pompa rotari setelah dilakukan penggantian pompa turbomolekul ditunjukkan pada Gambar 3b. Pemvakuman dimulai dari tekanan atmosfir (1033 mbar), pada menit-menit awal kevakuman tidak segera tampak dan baru nampak pemvakuman tersebut setelah mendekati menit ke Suhartono, dkk

10. Dimana kevakuman yang ditunjukkan pada meter pirani yaitu 100 mbar, selanjutnya pada menit ke 20 kevakuman yang dicapai sangat cepat, dengan ditandai slop yang sangat tajam antara 100 mbar hingga 0,7 mbar. Dalam menitmenit berikutnya kenaikan kevakuman masih terjadi dan bahkan pada menit ke 30 kevakuman yang dicapai 5×10-2mbar. Pada menit yang ke 50 kevakumam yang dicapai 4×10-3mbar kelihatan dalam kevakuman tersebut telah optimum. Hasil pengujian setelah pompa diganti dibandingkan dengan hasil kevakuman sebelum diganti pompa turbomolekulnya masih lebih rendah yaitu 4×103mbar sedang sebelum diganti 3,5 ×10-3 mbar.

ISSN 1410 – 8178

Buku I hal 205


maksimum dengan ditandai kurva garis yang mendatar pada 4,5×10-6mbar sampai menit ke 70. Jika dibandingkan dengan kevakuman sebelum diganti dengan pompa turbomolekul yang baru, kevakumannya menunjukkan hampir mendekati yaitu 4,5×10-6mbar sedang yang lama 4×10-6mbar

Gambar 3a. Hasil pemvakuman dengan pompa rotari sebelum pompa turbomolekul diganti

Gambar 4a. Kevakuman sebelum penggantian pompa turbomolekul

Gambar 3b. Hasil pemvakuman dengan pompa rotari sesudah pompa turbomolekul diganti Perbedaan ini kemungkinan di sebabkan , karena 1. Pompa turbomolekul yang baru masih terdapat gas-gas yang terjebak, karena baru pertama kali digunakan. 2. Volume pompa turbomolekul berbeda antara yang lama dengan yang baru, karena beda tipe sehingga hasil uji sebelum dan sesudah diganti pompa turbomolekulnya berbeda. Pengujian dilanjutkan dengan pompa turbomolekul untuk mendapatkan kevakuman yang lebih tinggi. Awal pemompaan untuk pompa turbomolekul merupakan kevakuman akhir optimum untuk pompa rotari. Pada menit ke 3 mengalami penurunan kevakuman dari 4×103 mbar menjadi 5×10-3 mbar ini menandakan telah terjadi awal pemopaan dengan terlepasnya gasgas yang terjebak di dalam sudu-sudu pompa turbomolekul, yaitu antara sudu rotor dan sudu stator. Kevakuman mulai menaik setelah gas-gas yang terlepas dari sudu-sudu pompa dan kelihatan pada menit ke 10 kevakuman telah mencapai 4×10-4mbar. Menit-menit berikutnya kevakuman yang dicapai sangat cepat dengan di tandai slop yang tajam antara 4×10-4 mbar dengan 6×10-5 mbar. Pada menit yang ke 50 kevakuman yang dicapai hampir optimum yaitu 5×10-6 mbar. Pada menit ke 60 telah terjadi kevakuman yang Buku I hal 206

Gambar 4b. Pengujian sistem vakum pasca penggantian pompa turbomolekul Perbedaan capaian antara pompa turbomolekul yang lama (rusak) dengan pengganti yang baru mungkin disebabkan beberapa hal antara lain: 1. Pompa pengganti baru pertama kali digunakan sehingga dimungkinkan masih ada molekulmolekul udara yang terjebak pada sudu antara rotor dan stator. 2. Pemasangan seal antara pompa dan sistem dimungkinkan masih ada kebocoran. KESIMPULAN Dari uraian dan pembahasan di depan dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Telah dapat dilakukan penggantian pompa turbomolekul yang rusak dengan memasang pompa turbomolekul yang baru. 2. Telah dilakukan uji coba pada pompa turbomolekul yang baru dengan hasil uji ini kevakuman dicapai 4,5×10-6mbar, menunjukkan bahwa hasil kevakuman akhir

ISSN 1410 – 8178

Suhartono, dkk


sudah mendekati kevakuman optimum sebelum dilakukan penggantian. 3. Waktu pencapaian sampai vakum maksimum untuk pompa yang baru lebih lama dibandingkan dengan pompa yang diganti, yaitu untuk yang lama 50 menit sudah maksimum sedang yang baru 60 menit. UCAPAN TERIMA KASIH

DAFTAR PUSTAKA 1. JOHN F O’HANLON; A User’s Guide To Vacuum Technology; Second Edition, John Wiley & Sons, New York, 1989. 2. P.K.ROL; di terjemahkan oleh PETER SOEDOYO; Pengantar Teknik Vakum; Gajah Mada University Press; 1977 3. Catalog Vacuum Teknology; PFEIFFER, 2002

Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Bp Kapok Teknologi Akselerator serta kepada rekan-rekan staf Teknologi Akselerator atas segala bantuannya dalam kegiatan penulisan makalah ini dengan judul Pengujian Sistem Vakum MBE 350keV/ 10 mA Pasca Penggantian Pompa Turbomolekul sehingga dapat diselesaikan.

Suhartono, dkk

ISSN 1410 – 8178

Buku I hal 207

10 ma PASCA PENGGANTIAN POMPA TURBOMOLEKUL

Recommend Documents