OPTIMASI Suryadi,
GEOMETRI
FOKUS PLASMA
W. Usada,
Pusa~ Peneli~ian
Agus Purwadi
Nuklir
Yogyakar~a
ABSTRAK Telah dilakukan serangkaian percobaan fokus plasma pada berbagai ukuran geometri elektroda untuk mencari ukuran yang optimum pada fase pemokusan plasma. Meskipun terdapat kebocoran energi selama lucu~an,elektroda berukuran 2,3 cm untuk diameternya dan panjang 14,4 cm merupakan pilihan terbaik dalam optimasi ~ersebu~. Dalam percobaan ini teramati juga ayunan teredam pada pemampatan selama fase penjepi~an. ABSTRACT A series of experiments on plasma focus for different electrode dimensions to optimize focus condition has been done. The inn~r electrode dimension of 2.3 cm in diameter and 14.4 'cm in length is the best choice in this optimization, although energy loss is present. The damped oscillation in pinched phase has also been observed.
I. PENDAHULUAN Teori
pengkerutan
W.H. Bennet
pada
memasyarakatkan ristiwa
~ersebu~
arus gas pertama
tahun
1924.
Tiga
efek
jepit
istilah
yang kemudian
Dalam hal pengungkungan ter k ungk ung
dal am
orde
efek
jepi t
tetapi
dalam
sistem
ristiwa
pemanasan
Sehubungan diperlukan dalam
fokus
deuterium disi peubah
kondisi
yang
sebagai
plasma,
plasma
tepat
dapat
dan menghasilkan optimun
sampai wak~u
efek
sekarang. ~ak
jepi~
selama
plasma Akan
memberikan
pe-
tersebut
pemanasan
Untuk
gas, tegangan
(1.>
berhingga,
penjepitan
neutron.
tujuh
pe-
nano detik.
reaksi
54
pada
ketakmantapan. (2)
sehingga
ada
oleh
L. ,Tonks
yang menghendaki
menimbulkan
tersebut
bebas yaitu tekanan
effec~)
ratusan
pemanasan
yang
(pinch
sampai
plasma selama dengan
kemudian
diterima
detik
fokus
~ahun
plasma,
dianggap
adanya
kali dikemukakan
fusi
tersebut deu~erium-
mendapatkan
parameter kerja,
kon-
sebagai
jejari elek-
55
lroda dalam dan luar, panjang lroda dal am dan 1uar. (3) Dalam penelilian el ek lroda
dal am
lerdahulu
yang
dalam
ini panjang
sebagai kondisi
mbar argon memberikan unluk legangan
peubah
mengukapkan
memperoleh
galas
isolalor;,panjang
eleklroda bebas
peranan ~okus
dan jejari
menyusul i
penel ili an
bebas
lekanan
gas
pada
lekanan
0,7
yailu
rasio pemampalan
kerja
dalam
peubah
kual
elek-
meksimum
14,5 kV.(3)
sebesar
0.18
"
II. TEORI Persamaan
umum
gerak
yang didasar kan model
snowplow
kiri
adalah
lekanan
azimulh Be' sedangkan magnelik yang adalah lekanan
selama
~ase
penjepi lan.
ideal ial ah (1.>
d dl
nkT + ruas
plasma
(1)
magnelik
suku perlama
yang
dilimbulkan
ruas Kanan adalah
dilimbulkan oleh medan kinelik plasma dan suku
medan lekanan
Bz'
:s~ku keduanya keliga' adalah perpenjepilan. : Medan B ber-
olehan massa yang lersapu selama z guna mengur angi efek jepil, dan di ber i Ie an dar i sumber daya di luar ngukungan Malher B
1ebi h
sislem
plasma,
biasanya
digunakan
oleh
sislem
pe-
loroidal. Dalam sislem ~okus plasma lipe z = 0. sehingga bi 1a lekanan kinelLb plasma jauh keeil dari pad a lekanan magnelik dan tdengan meng-
andaikan
magnelik
plasma
jejari dalam bersi fal
lermampal
r s serla
adi abali k,
berbenluk
jejari
luar
persamaan
silinder rp • maka
gerak
pI asma
menJ,a d'1. (4)
y+l
dr
-E
=
rs
rp
dr
s
dl
rp yI
ke
I adalah arus,
y lelapan
arah
radi al
•
z
r y+l (1_~)~ 1 r z dl __
(2)
~
y-l y
dengan
uriluk pemampalan
n
2 dl
berongga
r sz
+
y
r pz
Laplace,
a jejari
eleklroda
dalam.
56
dr
dr
d~ dan d~ adalah kecepatan shock memenuhi persamaan
dr s
4nr
~ adalah tetapan Disamping
dr
ke dalam.
( 4) (3) dan (2) tampak bahwa keeepatan
pada
keeepatan
tegangan
kapasitor.
seperti
sistem)
kan peranan
hambatan
Z f panjang
b jejari
elek-
fokus.
s
s
(E = 2~ L 12• L inukuran geometri elektroda
oleh
tampak pad a persamaan
pengger ak
(5)
kepada sistem
ditentukan
shock
listrik
Co kapasitor.
elektroda.
Energi yang diberikan
Gaya
plasmanya.
oleh persamaan
troda luar. Z panjang duktansi
juga
yang kecepatannya
rangkaian r dt f Z2rr p 2n 1n-+ dr ;::rc- 2nr ab f ~z p p ~z In (L ~ ) ~I) (ln~) dZf + ~I VO-C:Ildt
adalah
plasma
s
dari
diwakili
2n p
Vo
jenis gas.
dt
Dari persamaan
plasma
(3)
radial
gerak ke arah aksial,
besar
Keeepatan
shock.
p
p massa
permeabilitas,
arah pemampatan
=
lebih
dan
1
=
dt
mengalami
plasma
Dalam model yang diguna-
(5).
sistem diabaikan.
III. PERCOBAAN
v o=
Parameter
sistem
14.5
C 0=
impedansi Sebagai troda 14,4
kV •
sistem
parameter
dalam, em
fokus plasma dalam
28
50
~F ,
mO,
Tiga buah elektroda
tabung
elektroda
masi ng-masi ng
dengan
lainnya
perti di alas. tetapi
70
=
hambatan
geometri
3 buah
L
nH,
T
sistem fokus
yang
mempunyai
seki tar
adalah 19.
J.Jdeti k• 10
mO. (3)
6 buah elek-
dengan
panjang
20
23
diameler
16.4 cm.
ini ialah
8.8
=
pertama
di ameter
panjangnya
percobaan
dan
mm.
yang sarna se-
57
Per bedaan
si stem
telah dibualnya ubah geometri mesi n fokus. bersayap
rumah
elektroda Selain
diagnostik
dengan
eleklroda
yang
terdahul u
dalam, sehingga
itu telah
dipasang
pula
dengan tempat-tempat
adal ah
untuk
fokus tidak perlu membongkar
yang dilengkapi
peralatan dioda,
fokus
meng-
seluruh
tabung
f'okus
untuk memasang
lainnya seperli probe magnetik,
photo-
seral optik dan laser.
IV. HftSILDN~ PEMBAHAS~~ Mesin
f'okus plasma
telah
dioperasikan
pada
tenaga
2,9
kY, pada tekanan 1 mbar neon, dengan berbagai ukuran geometri eleklroda. Pada kondisi tersebut lelah diperoleh f'okus lemah
dengan
sampai
2,5 mikro. delik.
hasil
ini
saat
jauh
datangnya
lebih
Diti~jau baik
dahulu(3) yang mempunyai Gambar
dari
em.
kriteria
jangkauan
dari saal datangnya pada
hasil
jangkau 2,7 sampai
1a dan 1b memperlihalkan
elektroda
16,4
f'okus mempunyai
fokus,
pereobaan
3,05
2
ter-
mikrodetik.
kondisi fokus untuk diameter
dalam 2,3 em dengan pa~jang masing-masing 14,4 ~an Dikatakan lebih baik karena memenuhi salah satu f'okus yang
harga puneaknya mikrodetik.
yang
berlangsung dalam
Gambar la. Keadaan fokus untuk diameter eleklroda 2,3 em, panjang 14,4 em
saat
pereobaan
arus
meneapai
tersebut
sekitar
sekilar
2,2
Gambar lb. Keadaan fokus untuk diameter elektroda 2,3 em, panjang 16,4 em
58
Hasil pereobaan menunjukkan bahwa 1emah dan penj epi lan hanya 40 nanodel i k Gambar 2a dan 2b memperlihalkan kondisi eleklroda 2,3 em dan panjang 14,4 em, baik pada rekaman arus maupun legangan jelas selelah pulsa ditunda sela.ma 3,2 waklu selebar 100 nanodetik.
Gambar 2a. Keadaan fokus dari sinyal arus dan tegangan dengan alas wa!-:tu 500 nanodeti!-:
fokus terjadi sangat ser ta ter j adi ayrJnan fokus untuk diameter tampa!-: adanya ayrJnan plasma yang sangal nanodetik dan alas
Gambar 2b. Keadaan fakus dari sinyal arus dan tegangan dengan alas waktu 10() nanodet i k
Wa!-: t u pemokusan yang di per 01 eh i ni 1ebi h k eei 1 di bandi ng dengan pemo!-:usan pada. pereobaan terdahul u yang mempunyai j angk au dar i 80 sampai denga.n 100 nanodeti!-:. Sel ai n pemokusan yang singkat dan lemah, leramati juga penurunan eur:up tajam pulsa teg.angan selama. fase aksia!, yang be:ar-ti tenaga yang diberir:an ke sistem fokus plasma keei.!., atau adanya keboeoran tenaga. Adanya kebocoran tenaga ini mengakibatkan kemampuan untuk memampatkan sangal menurun sehingg30 pemokusannya lemah. Penurunan teg30ngan mengakibatkan penurunan keeepatan plasma, alau plasma mengalami perlambalan CdV/dt '" d2z/dt2). Dugaan adanya keboeoran ini ter-lihat adanya pereikan pada rumah elektroda serla pereikan pada gelas isolator yang relak.
59
Rasio pemampat..an sebagai f'ungsi wakt..u unt..uk berbagai Rasio ukuran geomet..ri dapat.. diperlihat..kan pada gambar 3. pemampat..an yang diperoleh mempunyai jangkau 0.8 sampai Rasio pemampat..an sebagai f'ungsi wakt..u mengdengan 0,94. gambarkan ayunan t..eredam. Per i st..i wa adanya ayunan sel ama f'ase penjepit..an t..elah t..eramat..i pula dalam analisis secara numer i k 01 eh kelompok Universi t..as Quai d Azam, Paki st..an. (!:S)
~
-e
\~':o.. 0,9
0,8
\ ".'Ie'II__'"
,,~ \ I/ \ I
/
III
\, I I v
0, 7
0,6
0,5 40
80
120
160
t
200 (ndetikl
Gambar 3. Rasio pemampat..an sebagai fungsi wakt..u pada bagai ukuran geomet..ri CI-V lihat.. keterangan tabel 1)
berpada
Tabel 1. memperlihat..kan paramet..er f'okus lainnya unt..uk berbagai ukuran elekt..roda dalam. Dibanding dengan hasil percobaan t..erdahulu. hasil yang dicapai lebih jelek, meskipun sudah digunakan ukuran geomet..ri ses uai dengan yang t..elah di desai n sebel umnya. (5) Sebagai cont..oh t..enaga pemampat..an dal am percobaan t..erdahul u seki t..ar 17 joule, t..api t..enaga pemampat..an sekarang. hanya 1.4 joule. berart..i ada t..enaga yang hilang selama lucut..an.
Tabel
-
L ') ')r: ') ') 2,4 0,91 9, 0,9 1,3 1(mm) 1· 10 2 164 Saat (mm) Pemam10-6det Fokus Induktansi (mm) Rasio 10 2 1 144 Jejari (joule) 9,3 3,5 5,8 0,86 1,3 1,4 1,5 0,9 0,9 0,9 0,87 8,8 8,3 1,28 2,4 2,5 1,21Fokus 2,1 10,4 0,8 1,2 10,9 2,6 0,94 0,9 Panjang Energi Pemampatan Z2,2 1, Ukuran 1 patan
1. Parameter-parameter
fokus
pada
berbagai
ukuran
elektroda
dalam
-10 H
19
0':>
o
Keterangan
1
=
:
diameter
Z = panjang
elektroda elektroda
dalam dalam
(1) = percobaan
pemokusan
pertama
percobaan
pemokusan
kedua
(2)
=
61
V. KESI MPULAN Dari hasil percobaan milihan
bel urndapat ditarik
ukuran yang tepat dalam penelitian
tapi elektroda cm memberikan selama
cobaan
rasio pemampatan
dugaan
yang
optimasi
yang
pengamatan
teramati
adanya
salah satu pola ketakmantapan
paling rendah. teramati
Adanya
dalam
secara
komputasi.
ayunan
ini
juga
pe-
ini, te-
dalam dengan diameter 2,3 cm dan panjang
:fase pemampatan
memperkuat
kesimpulan
14.4
ayunan
percobaan
ini
Dal am
per -
sesuai
dengan
sosis dalam efek jepit.
IJCAPAN TERI MA KASI H Penulis sain
mengucapkan
dan pembuatan
baik
terima kasih atas bantuan elektroda
maupun
tabung
dalam
de-
:fokus yang
termodifikasi kepada saudara Waluya dan koleganya di Fasilitas Bengkel Induk PPNY-BATAN. Bantuan yang tak terhingga selama
desain
dan pembuatan
peralatan
fokus
cobaan i ni dar i saudar a Tr i Hardj anto dan nulis sangat berterima kasih. Penelitian berdasar
dan selama
per-
A. Zaenur i, pe-
ini
dilaksanakan
proyek A06-1988/1989.
ACIJAN 1. GLASSTONE S, LOVEBERG R.H., "Controlled Thermonuclear Reactions", Van Nostrand Reinhold Co., 1960 2. STACEY Jr WESTON M., "Fusion Plasma Analysis", & Sons, 1981
_Tohn Wiley
3. W. IJSADA, SIJRYADI, A. PIJRWADI., "Optimasi Plasma Fokus", disajikan dalam' Pertemuan Ilmiah di PPNY-BATAN, 1988 4. S. LEE, in "Laser and Plasma Technology" edited et aI, World Scienti:fic Publ., Singapore. 1985
by S. LEE
5. ZAKAIJLLAH M., et al "Numerical Design of Plasma Focus L1ptimization, in Procs. of Symp. on Small Scale Plasma Physics Expt .. , Trieste, lCTP, World Scienti:fic Co., 1988 6. W. USADA, SURYADI., "Design o:f SATAN PFFF". presented at 2nd Tropical ColI. on Applied Physics, Kuala Lumpur. 1986
62
TANYA
f.
JAWAB
Sudjatm.oko Apa
jenis
saya
bahan
tanyakan
gas sing
tabung
karena
ada
yang
dar i bahan
pl.asma yang
?
dipakai
kai tannya
dengan
hal. ini
adanya
out
d ipaka i .
JAWABAN Jenis
bahan
tabung
pl.asma
yang
digunakan
adal.ah
Stain-
l.ess Steel.
2.
Pramudita
Anggraita
- Hengapa
panjang
kah
tidak
variasi
menarik - Apa
bisa
m.isal.nya
di tent'ukan
denean
model.
Snow
?
Pl.ow Apa
masih. haru.s diopt im.asi, apa-
el.ektroda
panjang
el.ektroda
bahan
el.ektroda dan
bu.kan
el.ektroda,
tidak
dapat
dibuat
dengan
menyambung ?
apakah
efek
outgassing
yaitu
panjang
sudw<
di-
?
perhitungkan JAWABAN Karena
m.asih ada faktor m.asu.k
tor/ yang
tidak
m.odel.Snow
Pl.ow.
Untuk
sistem. yang
sanegat tepat Bahan
l.ain
ada
untuk
el.ektroda
dal.am. sistem
tidak
bisa,
gel.as i.sol.a-
paral1teter
tetapi
usul.
dengan
tersebut
di l.aksanakan.
adal.ah
kuningan
pejal..
Efek
outgassing
bel.um diperhitungkan.
3.
Sieit
Haryanto
Kal.au kita sama
pada
optimasi
l.ihat dipereunakan percobaan
I,
I I,
untu.k diameter>
diameter I I I.
23
m.m.?
berbeda
Apakah
pernah
dart panjaneg dil.akukan
Berapa?
JAWABAN Untuk pernah
diameter
el.ektroda
di I. aku.kan ,
gel.as isol.ator.
karena
23 ukuran
dal.am. l.ebih besar keterbatasan
m.m.
bel.um
diameter
