Ke Daftar Isi
PENBUKURAN
PARAMETER
PLASMA
DENGAN PROBE BENTUK BOLA
Agus Pur wadi, Suryadi, Pusat Penelitian
W. Usada
Nuklir Yogyakarta
ABSTRAK
Telah dilakukan plasma
dengan
Pengukuran
alat
percobaan
dilakukan
analisa
Langmuir
tegangan
dimuati
negatif
relatif
oleh
pengukuran
probe
yang
telah
elektron
disempurnakan.
dengan probe bola, menggunakan
probe.
Probe dihubungkan
dengan berbagai
akan
suhu dan kerapatan
terhadap
dengan
harga tegangan
plasma, maka arus
memberikan
parameter
di dalam plasma.
diperoleh
suhu dan kerapatan
informasi
met ode sumber
positif
yang
tertarik
tentang
keadaan
Dalam tabung lucutan gas elektron
plasma
T_ = (10,0 ~ 0,3) eV dan n_ = (9,9'± 0,2) x
ABSTRACT
97
dan
loe
argon
masing-masing cm-~~
98 I.
PENDAHULUAN
Penelitian plasma dalam tabung lucutan gas merupakan suatu titik tolak dalam mempelajari efek pengungkungan dan efek cermin plasma oleh medan magnet. Penelitian ini me~upakan penyempurnaan dari penelitian sebelumnya dalam usaha pemvariasian jarak a~ta~ elektroda, yang mana telah dilaksanakan, sehingga pengoperasian probe bisa tepat berada pada daerah kolom positif. Kemudian dengan ditambahnya sistem pendingin di daerah sekitar katoda, menjadikan arus muatan antar elektroda relatif lebih stabil. Parameter plasma
di
daerah kolom positif pada
kondisi
normal
glow
discharge ditentukan dengan probe bentuk bola, diharapkan akan diperoleh hasil pengukuran akhir yang lebih baik, karena adanya efek koreksi dari bentuk yang sederhana. Salah satu yang paling diutamakan plasma adalah karakteristik arus-tegangan karena disisipkan ke dalam plasmac1> seperti suhu dan kerapatan elektron plasma
dalam diagnostik dari probe yang parameter plasma dapat ditentukan
,
atas dasar percobaan.
dari karakteristik probe yang diperoleh dalam Analisa metode konvensional penentuan suhu dan
kerapatan elektron plasma dengan menggunakan probe, secara singkat· dapat dipahami dengan cara sebagai berikut. Pada arus elektron yang grafik karakteristik probe idealc2>, berada di daerah exponensial disajikan oleh persamaan
(1a)
a.tau <1b)
In 1_ = In I_~ + e~/kT_
dimana I_J adalah arus elektron jenuh (berada pada potensial plasma), Boltzmann
T_
adalah
dan
~
suhu
elektron,
~dalah tegangan
k
adalah
probe
tegangan plasma distribusi kecepatan
(~ = Vpr - Vp~). elektron di sekitar
distribusi Maxwellc3>, oleh persamaan
maka arus elektron
relatif
konstanta terhadap
Kalau dianggap probe mengikuti jenuh
diberikan
99 1•
= envS/4
..:1
(2a)
atau 1•
dimana
e
elektron, adalah
= enS (2kT./
..:1
adalah
muatan
v adalah
elektron,
kecepatan
(2b)
rr m.) 1/2
n
adalah
(v = BkT./m),
rerata elektron
luasan probe dan T. adalah suhuelektron,
elektron. probe,
Karena adanya sheath
untuk
probe berbentuk
Suhu
elektron
karakteristik persamaa
m.
(selubung muatan) bola,
arus
koreksi sebesar F = (2b) menjadi
memperoleh faktor sehingga persamaan
plasma
dapat
di sekitar plasma
(eV/kT.) (4),
-
ditentukan
probe dari hasill percobaan
S
massa
elektron 1
.dengan
dengan menggunakan
(lb); yaitu dengan mensubstitusikan
(I_1'~1) dan (I_2'~2) yang diperoleh
harga
kerapatan
dua
pasangan
ke persamaan
(lb)
tadi, atau dapat dituliskan
Dari
persamaan
elektron
Sedang dari
II.
(4b) akan diperoleh
persamaan
suhu
plasma yaitu
untuk -kerapatan elektron persamaan
grafik
(4a) dan
plasmanya
dapat
(3) dengan harga arus elektron
karakteristik
ditentukan jenuh
pada
probe dari hasil percobaan(~).
TATA KERJA
Blok digunakan pada gambar
diagram dalam 1.
alat
perccbaan
penentu
parameter
ini adalah
seperti
plasma
yang
ditunjukkan
100
1
2
5a
4
3
10a
8
9
luc
Gambar
1.
Keterangan
Blok diagram alat penentu
gambar
1. Air pendingin vakum
parameter
plasma
: : air didinginkan
2. Pompa air pendingin 3. Pompa
11
: digunakan
: digunakan
dengan
AC Sanyo
165 BR.
pompa air Sanyo A-90UM.
pompa
vakum
rotary
Edwards,
England. 4. Gas argon digunakan 5. Kran
:
tabung
lueutan.
kran air dan pompa vakum dibuat dari
PPNY, kran Matheson. 6. Tabung plasma dan
sebagai pengisi
untuk
gas
7. Katoda
antar elektroda
:
digunakan
terbuat
dengan
diameter
di
regulator
: tabung plasma dibuat dari bahan
gel as, masing-masing
em. Jarak
Argon
gel as
kuningan
7,5 em dan
2
dapat divariasi.
dari bahan tungsten,
panJang
3
em,
mm
dan
~ = 0,5 mm. 8. Anoda
: terbuat
9. Probe
:
terbuat
uJung berbentuk 10. Tegangan sebesar
dari bahan tungsten,
searah 15
~ = 3,5 mm
dari bahan tungsten,
~ = 0,5
bola dengan ~ = 0,6 mm. : tegangan
volt,
katoda diatur selalu
arus 2,5 A.
Tegangan
probe
konstan hanya
101 dioperasi-
kan antara -3~ sampai dengan +30 volt, dengan
menggunakan
Power Supply Trio PR 602A.
plasma menggunakan
sumber tegangan
11. Multimeter : digunakan Sanwa 501-ZX-TR. 12. Tahanan
: digunakan
1. Tabung
lucutan gas
2. Dipasang sehingga 3. Probe
diberi
Keithley
blOC
lucutan
dan
100 kOhm.
dapat dilakukan
antar elektroda
terJadi
memvariasikan
Elektrometer
sebagai berikut
divakum hingga bertekanan
tegangan
tabung
tinggi Hipotronics.
tahanan porselin
Adapun cara percobaan
Lucutan
0,35 mbar
sebesar +
normal
:
500
glow,
volt dengan
jarak antar elektroda. tegangan
dari -30 sampai +30
volt
serta
dibaca arus yang melalui probe pada Elektrometer. 4. Hasil
pemvariasian
sehingga
menghasilkan
5. Suhu dan kerapatan hasil analisa III.
tegangan
karakteristik
elektron
karakteristik
arus
digambar
probe.
plasma dapat ditentukan
dari
probe.
HASIL DAN PEMBAHASAN Dengan
menggunakan
dari hasil variasi
probe bentuk bola~
tegangan
(Ipr) seperti tertera
probe
diperoleh
eVpr)terhadap
arus
pada tabel 1.
I 190 180 200 (uA) -12 -15 -18 -21 -24 -27 -3 -6 -9 (volt) 1-II,150 130 35 50 -10 10 5 110 90 Tabel 70 20 160,5 Ipr Vpr Ipr170,5 Data variasi tegangan -2,5 -------------------------------(volt) 15 24 18 12 6 21 27 9 0 3 Vpr
I IIIr I
terhadap
probe terhadap
arus probe
data probe
102 Hasil percobaan menunjukkan bahwa dalam selang tegangan antara 24 dan 27 volt, tak ada lagi perubahan arus probe (arus tegangan dinaikkan hingga melebihi 27 volt meskipun relatif
selalu
sampai
tetap 200 ftA,
tertentu) •
tegangan
Demikian halnya untuk penurunan harga tegangan sampai dengan Dari -24 volt, terjadi kejenuhan arus lagi sebesar -10)UA. kedua arus probe tersebut dapat bahwa harga disimpulkan besar arus . karena arus elektron jenuh adalah I_~ = 210pA, elektron arus
jumlahan
merupakan
antara arus ion
probe
sendiri
Dari arus
harga
10 }J-A. tabel data pada 1, dapat diketahui elektronnya
hubungan
menentukan
ion
dengan jenuhnya
=
pada harga bersangkutan, yaitu dengan menambahkan Dleh probenya. karenanya, sekarang grafik
arus
sedang
adalah
jenuh
antara
tegangan
harga suhu elektron
masing-masing probe
tegangan harga
10 uA pada arus
dapatlah
probe terhadap
plasmanya
yang
digambarkan untuk In
(gambar 2)
~~if~f~=:1~~~i~~~E~-§~~~E~~L§~E:g~:~ ::~~~~:;h~::::._~·:__ ;~==~~-~_~~~:it~-=~~~1:=:~::i-~~~i~~~~
~~t~~~~~i1~ilift~~~~r~~t~l~~i~j~ti~ Gambar 2.
Grafik hubungan
antara Vpr dengan
In 1_
103 Dengan mengetahui 2 dan menggunakan suhu elektron ha~ga
pe~samaan
plasmanya.
pasangan
12)i
ha~ga slope
antara
(kemi~ingan)
(80,-3);
(45,-9)
dan
(15,-18) maka suhu
10,043 eV dan T.4 = 9,474 eV memberikan 0,3)
eV.
Selanjutnya
dari
rata-rata
persamaan
elektron plasma dapat ditentukan, loa cm-3• IV.
untuk masing-masing
(60,-6);
dengan
harga (30,-
elektron
yang diperoleh ·adalah T.1 = 10,394 eV, T.2 =
plasma
+
gamba~
(5), maka dapat ditentukan
Telah dihitung
yang masing-masing
pada
yaitu
T.3
=
T. = (10,0
(3),
kerapatan
: n. = (9,9 ~ 0,2) x
KESIMPULAN Penyempurnaan
alat percobaan
dengan penambahan serta
sistem pendingin
usaha pemvariasian
lucutan gas berdampak arus probe teramati tegangan tekanan volt,
keadaan
parameter
plasma
di daerah sekitar
katoda
jarak antar elektroda
positif.
pada
tabung
Selama percobaan
dilakukan,
selalu stabil untuk berbagai
macam harga
probe yang diberikan
menentukan
penentu
serta menjadikan
normal glow discharge,
gas argon 0,35 mbar, tegangan jarak antar elektroda
mudah
dalam
diperoleh
antar
pada
elektroda
18 v cm dan arus
320
filamen
katoda
elektron
plasma
2,5 A. Hasil pada tabung
pengukuran
suhu dan kerapatan
adalah T. = (10,0
lucutan gas yang masing-masing
~ 0,3) eV dan n. = (9,9 ~ 0,2) x loa cm-3• UCAPAN TERIMA KASIH Atas
segala bantuan
melakukan ditulis,
penelitian penulis
rekan-rekan
hingga
mengucapkan
sekerja
kertas
terima
kerja
di PPNV ini
dalam selesai
kasih.
DAFT AR PUST AI
1. CHARLES
B. WHARTON,
Laboratory, 2. NOBUYUKI Electron 1982.
"Plasma Probing",
University
KAVA,
of California,
"New Technique
Tempe~ature",
Lawrence
Radiation
California.
for Direct Measurement
Rev. Sei. Instrum. 53,
7,
of
July,
104 31
Plasma
in "Topics PodgorNyi, "Plasma Plasma RICHARDS Research California Cosmetics Institute of from HUDDLESTONE ( Rusia, 1971> USSR H. •(1965). and SANLEY L. Translated Laboratory Study, LEONARD, Los Angeles, Techniques", IIM.
5. WONG
C.S.,
Applied
"Proceedings
Physics",
of First
University
Diagnostics",
Tropical
of Malaya,
College
Malaysia
on
(1983).
TANYA JAWAB 1. Engkir S. Apa gunanya
penelitian
ini?
Widdi Usada Untuk
mempelajari
kerapatan dikenal
rendah dalam tabung
sebagai
selanjutnya dipasang
parameter
pada
suhu
lucut yang secara
tabung lucut sistem terbuka.
ingin
sepanjang
ditinjau
pengaruh
kolom plasma
dalam hal pengungkungan diketahui
plasma
geometri
magnet
yang
ujung tabung,
plasma dalam medan magnet.
tersebut
konsep reaktor fusi
geometri
Untuk tahap
medan
dan dikedua
dan
juga merupakan
Perlu
salah
satu
(reaktor fusi cermin).
2. Made Berata a. Dengan
adanya
elektroda hubungan
sistem
akan
pendingin
menjadikan
antara perubahan
b. Pada hubungan kemudian lurus.
Menurut
penurunan
stabil.
sekitar Bagaimana arus?
dan arus mula-mula
teori yang pernah
arus naik setelah Apa
daerah
suhu dengan aliran
antara tegangan
turun.
mula-mula
arus
di
kami
jenuh tidak turun
sebab pada grafik
naik baca tetapi
yang
ditunjukkan
secara
teoritis
ada
arus?
Suryadi a. Hingga
kini, hubungan
rumusan
belum
diperoleh. b. Pada grafik hubungan yang
ditunjukkan,
tegangan tidak ada
dan arus penurunan
(dalam arus.
tabung) Arus
105 selalu
naik,
yang
turun
naik
hanyalah
tegangannya
saja. 3. Utaja Bagaimana telah kanan
cara
eksperimen
dijelaskan,
apakah
dari BCDE tidak
pada
gambar yang
loncat dari B
ke
sisi
?
Agus Purwadi Cara
eksperimen
karakteristik setelah
tetapi
lucutan listrik
tegangan
penyedia tahanan
untuk memperoleh
breakdown
daya distop, luarnya
kurva· BCDE
pada
gambar
I - V di bawah ini:
yaitu
di titik
selanjutnya
saja.
B diperoleh, yang divariasi
Segmen garis BCDE
dalam waktu yang relatif
tegangan adalah
pasti terjadi,
sangat singkat
(orde mikro
deti k) •
10 F
1 -I
,0
···· 'O~I2.
20D .ljoo bOO ~oo
Gamba •... Ka •... akteristik
-V (VO( t)
lucutan list •... ik I - V
Ke Daftar Isi
