PENGARUH MEDAN MAGNET PADA TABUNG LUCUTAN Agus Purwadi. Suryadi. Widdi Usada Pusa~ Peneli~ian Nuklir Yogyakar~a ABSTRAK Medan magne~ pada ~abung lucu~an mempengaruhi terjadinya pengungkungan plasma. Hasil percobaan menunjukkan bahwa dengan menggunakan medan magne~ B = 138 gauss diperoleh suhu dan kerapat.an (elek~ron) plasma masing-masing sebesar Te = -3 (26 ± 3) eV dan N e = (7,1 ± 0.5) x 1010 cm, sedang sebelumnya tanpa menggunakan medan magne~ adalah Te = (10 ± 0,3) eV dan Ne = (9,9 ± 0,2) x 108 cm-3• Gas isian menggrJnak an gas argon dengan ~ekanan 0,35 mbar dan anoda + 900 vol~ dengan arus lucu~an 4 mA.
tegangan
ABSTRACT The magnetic rield on the discharge ~ube inrluences the occurence or plasma conrinemen~. The experimen~ results show ~ha~ by using magnetic rield B = 138 gauss, temperature and plasma (elec~ron) density or Te = (26 ± 3) eY and Ne = (7,1 ± 0,5) x 1010 cm-3 were obtained respectively whereas ~he previous results which were without using magnetic rield showed that Te = (10 ± 0.3) eY and Ne = (9.9 ± 0.2) x 108 cm-3 The working gas used was argon gas wi~h pressure or 0.35 mbar and ~he anode voltage +900 volts with the discharge curren~ or 4 mA.
I. PENDAHULUAN Yang menjadi tujuan pokok dalam penambahan medan magnet pada tabung Iucutan adalah dapa~ ~ercapainya pengungkungan plasma. Jika ternyata un~uk suhu dan kerapa~an (elek~ron) plasma yang diperoleh harganya lebih besar dari pada hasil percobaan yang diperoleh sebelumnya, berarti pengaruh medan magne~ berdampak positir terhadap pengungkungan plasma dan memperoleh dampak nega~if' (gagal) un~uk kejadian yang sebaliknya.
63
64
Pada satu
unit alat penentu
sedi a , uj ung-uj ung
tabung
solenoida-solenoida
pembangkit
maksud
pengungkungan
bahwa
dengan
partikel arah
magnet
yang
Dengan
(1}
tabung lucutan
sifatnya
maka
garis-garis
dibalikkan.
pada ujung-ujung
tel ah
dengan
Caksial),
dengan
akan
Hal ini mengingat
arah gaya
kata
yang ter-
di 1engk api
medan magnet
magnet
dalam
plasma
bisa terjadi.
medan
bermuatan
geraknya
1ucutan
plasma
adanya
parameter
gerak
parti kel-
magnet
cenderung
lain,
dapat bekerja
memantulkan
medan
magnet
sebagai cermin
kembali
partikel-
partikel bermuatan ke daerah yang medan magnet..nya relatif lebih lemah. 01 eh kar enanya , medan magnet..di kedua uj ung tabung
lucutan
bagian
tengah
muatan
dari tabung lucutan
Sistem
aksial
perbesar
tabung
maupun
dari
agar
partikel
medan
magnet..aksial
capai
dengan
dapat
yang
dicapai
dan penekanan
saling
mendekalkan
di
ber-
diperkecil.
bermuatan
radial,
magnet
partikel dengan
ini, dapat untuk menekan
radial
tabung
medan
hilangnya
serta mempertinggi
ke arah
pada
akan sangat
ke arah
kanan
t..r
kuat
lucutan.
semacam
kerapatan
uj ung-uj ung
lebih
pengungkungan
medan magnet arah
dibuat
bantuan
plasma baik ke
berarti
dapat
suhu plasmanya. dengan
cara
ke arah kedua
memperbesar
aksial
cermin
dapat
magnet
bai k secar a mek ani k maupun
memPene-
dipad a
secar a el ek-
i k. (2) Pada
serempak Berkat
dibelokkan
adanya
~agnet, garis
gaya
magnet
ter jadi efek
aksial
mengurangi Oalam
reaksi
searah
arah
pusat... Pada gaya gaya
pula
dari
garis-garis
sumbu
tabung
yakni
magnet
di
dalam
daer ah di
selalu mana
lucutan.
di ujung-ujung dengan Dengan
arah
tabung
menuju
demikian
mengurangi
part..ikelbermuatan
prakt..ek, pengungkungan
t..egaklurus t..er jadi pem-
dari
medan magnet.. kecepatan
yang
tabung
part..ikel bermuatan
lucut..-
ke daerah
komponen
part..ikel-partikel bermuatan,
lolosnya
gaya
ant..arapart..ikelbermuat..an dengan medan
t..engaht..abunglucutan.
mempunyai arah
lucutan,
mengumpul
garis-garis
akan
bagian
tabung
maka ada gaya magnet..yang arahnya
belokan an,
ujung-ujung
berart..i lucutan.
akan
lebih
65
efisien labung
bila hanya luculan
luculan, tengah
yang relatif kukan
saja,
karena
tabung
dapa t
lucutan
memasang
lanpa
masih
letap
solenoida
memasang
di
gaya
magnel
garis-garis
ada,
parameler
1el uasa
plasma
di oper asi kan
yakni di daerah
di kedua
bagian
untuk
tidak jauh. Keuntungan
pengukuran
kuar
dengan
lengah
jarak
labung
di
induksi antar
ujung bagian'
solenoida
lain adalah selama menggunakan
di
kolom positif
kuar
bagi an
mela-
(probe),
tengah
tabung
di mana plasma
berada.
II. TATA KERJA Percobaan penentu pada
parameter
percobaan
tabung
di 1akukan
lucutan
penyedia
dengan
plasma,
seperti
sebel umnya. (3) dilengkapi
dayanya,
alat
8edanya
dengan
sebagai
agram alat percobaan
menggunakan cuma
uni t alat
telah
digunakan
pada
ujung-ujung
solenoida-solenoida
pembangkit
seperti
yang
satu
air pendingin
81 ok
medan magnet.
ditunjukkan
beserta
pada gambar
1.
pompa vakum
kran
gas argon
days
penyedia daya
TABUNG
baterai
LUCUTAN
elektrometer penyedia days
Gambar
1. Biok diagram
alat penentu
tahanan
parameter
plasma
di-
66
Dua buah solenoida dari
2200
yang digunakan
(55 x 40) lilitan,
terbuat
masing-masing dari kawat
terdiri
email
ber-
¢
di ameter = 0,50 mm. Panjang solenoida 15 em dengan diameter dal am 5 em. Dar i hasi 1 penguk uran di hasi 1~an medan magnet volt.
sebesar
Gaussmeter
Yokogawa pada
130 gauss
3251.
Sedang
solenoida
gambar
yang
di
untuk
digunakan
rangkaian
atas
tegangan
adalah
operasi
adalah
sebesar
20
gaussmeter
tipe
penyedia
daya pemberi
arus
seperti
ditunjukkan
pada
2.
tOOV
\oA
25V'i.
\000
"!JA
t..
Z.
D
2.
J.LF
71Q01l. ~ soV
Gambar Dari pengukuran
rangkaian bahwa
2. Rangkaian penyedia
penyedia
daya
untuk tegangan
di
daya
atas
diperoleh
mas ukan VAC = 15-25
hasil
volt dan
arus mas uk an I AC = 2,50-7,50 amper diperoleh tegangan ,keluaran sebesar V = 0 - 20 volt. dan arus keluaran sebesar I = 0 DC
- 6,50 amper.
DC
67
Un~uk
menge~ahui
adanya
pengaruh
medan
magne~
pada
~abung lucu~an dapa~ dike~ahui berdasarkan dari perbandingan hasil pengukuran parame~er plasmanya. Pengukuran parame~er plasma dapa~ dilakukan dengan uru~-uru~an prosedur kerja sebagai beriku~ : 1. Tabung lucu~an gas divakumkan lalu diisi gas argon hingga ber~ekanan 0,35 mbar. 2. Dipasang ~egangan an~ar elek~roda sebesar ± 900 vol~, sehingga keadaan normal glow discharge ~erjadi. 3. Solenoida pada kedua ujung
~abung lucu~an
dialiri
arus
searah sebesar 2,50 A dari penyedia daya C20 vol~). 4. Kuar dioperasikan dengan variasi ~egangan kuar dari 50 vol~ sampai dengan 150 vol~. masing-masing berselisih 2 vol~.
5. Hasil variasi ~egangan kuar ~erhadap arus kuar adalah karakteristik kuar. 6. Karakteris~ik
kuar
dianalisa. un~uk
penen~uan suhu dan
kerapa~an Celektron) plasmanya. III. HASIL DAN PEMBAHASAN Besar
harga
medan
magne~
yang
seharusnya
Cmenurut -7
teori) adalah B = p N I ~ 138, gauss Cp = 4 x 10 , N = 4400. I = 2.50). Sedang dari hasil pengukuran dengan gaussmeter B ~ 130 gauss karena pengukuran hanya dilakukan di bagian Iuar ~abung 1ucu~an. Kalau ditinjau besar tekanan magnetik
PM =
B2
=
75,025
2
N/m, sedang besar ~erhadap -3 2 ~ekanan plasma Pp = n k T = 1,82 10 N/m. Ternya~a ~ekanan magnetik besarnya adalah lebih dari 40.000 kali ~ekanan pIasma , yang berar~i bahwa dengan penambahan medan magne~
2p
sebesar 138.23 gauss pada ~abung lucu~an, pemampa~an plasma harus ~erjadi. Dengan ka~a lain, kerapa~an d~n suhu Celek~ron) plasma dari hasil percobaan harus lebih besar dari pada hasil percobaan sebelumnya, yang medan magne~ pada ~abung lucu~annya.
~anpa
menggunakan
68
Dari grafik,
yakni
I p ) yang kuar
data
r
versus
Ip
grafik
diperoleh
ditampilkan
dalam
bentuk
tegangan kuar versus arus probe
di tunj uk kkan 01 eh gambar
01 eh gambar
100
yang
logaritma
arus
3, serta vs In kuar CV
p
grafik
I ) p
CV
p vs
tegangan
ditunjukkan
4.
If~)
50
•
o
•
•
•• •
85
50
Gambar
3. Grafik
Seperti rapatan gambar
Celeklron) 4 serla
kuar versus arus kuar CV
sebel umnya, (3) untuk suhu
plasma
rumus-rumus
-
j ·e CT SV/k) N·T -e e2Ip e Te = -k - CVpi - Vpz) e/C1n Ipi -Ipz) (
:;
) 2
1
155
120
tegangan
penelitian
Vplyolt)
•
Ne unluk
dilenlukan
alas
P
vs I )
P
T e dan kedasar
dari
69
e
yang mana V
P
Hasil
I
mualan eleklron lelapan Bollzmann legangan kuar
k
per hi lungan 'unluk
T e dan
Ne dengan
e
125
o
pengambilan
Cslope) pada gambar 4, member i-3 = (7,1 ± 0,5) x 1010 em
liga maeam harga kemiringan kan T = (26 ± 3) eV dan N
e
arus kuar arus kuar jenuh massa eleklron
I P ji;j
140
- 8.8
155
-10
-11.2
-12.4 Ln (Ip)
Gambar
4. Graf'ik CV
I V.
tegangan
probe
vs. In I )
p
versus logaritma
arus kuar
P
KESI MPULAN Pengungkungan
pada
labung
dibandingkan bel umnya Celeklron)
plasma
lueulan
boleh
hasil
yakni
akibal
penambahan
dikala
berhasil,
pereobaan
lanpa
plasmanya
lerhadap
menggunakan
medan
Te
hampir
menjadi
k ee i 1 Clak
e
sei mbang)
magnel
mengingal
hasil
bila
pereobaan
magnel,' unluk
3
unluk kerapalan (eleklron) plasma N e menjadi Namun hasi 1 perlipalan dari T dan N nya. sangal
medan
kalinya,
e
sesuhu
sedang
lebih 70 kalidi sini masih
bi 1a di bandi ngkan
harga
hasi 1
70
penekanan ter jadi,
magnelik karena
noida sehingga di rasa
masi h
terhadap
adanya
selama
ada,
proses
mel al ui
lucutan yang medan magnetnya
Hal
plasma.
ketidaksimelrisan
kebocoran telap
tekanan
dari
ini
kedua
pengungkungan
sal ah
satu
uj ung
bisa sole-
plasma tabung
lebih lemah.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan
rasa terima kasih kepada
Zaenuri, yang telah banyak cobaan ini.
membantu
dalam
sdr. Ahmad
melaksanakan
per-
ACUAN 1. Chen, F. Francis, "Inlroduction York, Plenum Press, 1977.
to
Plasma
Physics",
New
2. Samuel Glasstone el al., "Controlled Thermonuclear Reaclions", university of Cali:fornia, Los Alamos Scientific Laboratory, 1960.
3.
Plasma Parameler Agus Purwadi, "Pengukuran Tahunan, Bentuk Bol a". Laporan Penelitian
dengan Probe PPNY-BATAN,
1988.
TANYA JAWAB f.
Pramudita
Aneeraita
- Apakah ada rumus perhitunean nya
j i ka
eeometri
ada medan
suhu pLasma dan kerapatan-
magne t yane
dan besar tertentu
mengunekungnya
denean
?
JAWABAN
ti
terctt:ur ("k!1..w:;;usnyayane membahas
pe-
ngunekunean pLasma~ beLum pernah. didapat rumus yane dimaksudkan
tersebut.
71
2. Sieit Haryanto Da!am
pen8Unekunean
kemirinean
pada
pada ea:mbar
perhitunean
ea:mbar 4,
Te
dan N e hanya
m.eneapa tidak
semua
tiea tit ik
4?
Berapa harea T e dan N e untuk masine-masine
kemirinean
?
JAWABAN - Karena ketiea kemirinean C4 titikJ m.erupakan harea yane titik-titik terbaik bi!a dibandinekan denean posisi !ainnya
yane
tersebar
sepanjane
earis
kemirinean
pada
Cdihitune
pada
ea:mbar 4. Harea T e dan N e masine-masine
kemirinean
kertas
harea
tersendiri)
diperoieh
10 10
-3 em,
dan N e = 7, 1 x raiat sebesar 11 % dan 7 %.
yane
rerata
Te
mas ine-mas
=
i ne
26
eV
denean
