PERAN TEKNOLOGI AKSELERATOR DALAM MEN- DUKUNG INDUSTRI

Volume 10, Oktober 2008

PERAN TEKNOLOGI DUKUNG INDUSTRI

ISSN 1411-1349

AKSELERATOR

DALAM

MEN-

Darsono Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

ABSTRAK PERAN TEKNOLOGI AKSELERATOR DALAM MENDUKUNG INDUSTRI. Pada abad 21 ini teknologi akselerator partikel mempunyai peranan kunci yang sangat penting dalam kehidupan manusia baik dalam bidang industri, kedokteran, lingkungan, dan keamanan nasional maupun IPTEK modern. Peran teknologi akselerator dalam bidang industri meliputi aplikasi implantor ion dan akselerator sinkrotron elektron pada industri mikroelektronik, dan aplikasi MBE pada industri ban mobil, industri kawat dan kabel listrik, industri sterilisasi alat medik dan makanan, industri proses curing and coating, industri polyethylene foam, dan industri heat shrinkable tube and film. Dalam makalah ini diuraikan aplikasi teknologi akselerator partikel dalam bidang industri, dan juga dilaporkan hasil kajian peran teknologi akselerator partikel dalam mendukung industri di negara maju dan berkembang. Dari hasil kajian dapat disimpulkan bahwa: a) Dua negara maju yang menguasai teknologi akselerator dalam bidang industri adalah Amerika dan Jepang, b) Peran teknologi akselerator yang memberikan skala ekonomi sangat signifikan adalah pada bidang industri mikroelektronik dan industri ban mobil. Pada tahun 1997 skala ekonomi teknologi akselerator pada industri mikroelektronik mencapai 66 M$ USA dan pada industri ban mobil mencapai 23 M$ USA, serta diperkirakan pada saat ini skala ekonomi pada industri tersebut mencapai 2 s/d 3 kali lipat. Di Indonesia aplikasi teknologi akselerator telah merambah di berbagai bidang walaupun skala ekonominya masih kecil seperti pada industri ban mobil, rumah sakit, kantor bea cukai, dan lembaga litbang serta universitas. Diharapkan makalah ini dapat memberikan gambaran kepada peneliti akselerator, industriawan dan pengambil kebijakan mengenai pentingnya penguasaan IPTEK teknologi dan aplikasi akselerator. Kata kunci: Teknologi akselerator, industri, skala ekonomi

ABSTRACTS ROLE OF ACCELERATOR TECHNOLOGY TO SUPPORT INDUSTRY. In this 21 century, the accelerator technology has essential role in human life such as in the field of industry, medicine and healthcare, environment, country security, and in modern research of science and technology.. The role in industrial field includes application of ion implantor and electron synchrotron in microelectronic industry, and application of EBM in the industry of automobile tires, wire and cable, sterilization of medical equipments and foods, curing and coating, polyethylene foam, and heat shrinkable tube and film. This paper describes the application of particle accelerator technology in the fields of industry and it also reviews the role of accelerator technology to supports industry in developed and developing countries. From the reviews it can be concluded that : a) Two developed countries which governed the accelerator technology in the field of industry are USA and Japan, b) The role of accelerator technology which contributes significantly economic scale is in the industry of microelectronic and automobile tires. In 1997 the economic scale of accelerator technology is 66 M$ USA in the industry of microelectronic and is 23 M$ USA in the industry of automobile tires, therefore it is predicted that this economic scale will be increasing 2 up to 3 times in present years. Applications of accelerator technology in Indonesia can be found in automobile tire industry, hospital, immigration services, R&D institutes, and university although the economic scale of these applications is small. It is hoped that this paper can give a picture to the researcher of the accelerator, to industrial people, and to policymaker about the very important thing in governing the accelerator technology and its applications.

Key words: Accelerator technology, industry, economic scale.

PENDAHULUAN

A

kselerator partikel merupakan salah satu instrumen yang paling berguna yang pernah dirancangbangun oleh para fisikawan dan insinyur perekayasa. Awal mulanya akselerator partikel digunakan terutama untuk riset dasar fisika

PERAN TEKNOLOGI AKSELERATOR DALAM MENDUKUNG INDUSTRI Darsono

nuklir namun kemudian banyak digunakan untuk keperluan aplikasi dalam bidang lainnya. Seiring dengan berkembangnya teknologi akselerator yang meliputi akselerator elektrostatik, akselerator linier (Linac), dan akselerator siklik, maka aplikasi akselerator berkembang pesat dan menjamah berbagai bidang[1-3]. vii


ISSN 1411-1349

Komponen utama akselerator terdiri dari sumber berkas partikel bermuatan atau injektor, sistem pemercepatan, sistem tabung hampa, sistem penanganan berkas partikel (sistem optik), iradiator target, dan sistem instrumentasi dan kendali. Berdasarkan jenis partikel yang dipercepat maka akselerator partikel dibagi menjadi dua yaitu akselerator ion dan elektron. Berdasarkan luaran yang dihasilkan akselerator dapat dibagi menjadi empat yaitu akselerator ion, akselerator elektron, akselerator generator neutron, dan akselerator radiasi sinkrotron. Luaran akselerator dapat berbentuk berkas ion, elektron, neutron, dan radiasi sinkrotron yang dicirikan oleh parameter berkas yaitu energi kinetik, intensitas dan profil berkas. Karakateristik dari masing-masing parameter berkas ini sangat penting dalam aplikasi.

Tabel 1. Akselerator partikel di berbagai belahan dunia (sampai tahun 1996).

Sekarang ini akselerator partikel mempunyai peranan kunci yang sangat penting dalam kehidupan manusia baik dalam bidang industri, kedokteran, lingkungan, dan keamanan nasional maupun IPTEK modern. Menurut Peter Rosen, Director High Energy and Nuclear Physics, Office of Science, US Departement of Energy sampai saat ini ada sekitar 15.000 akselerator partikel telah dikonstruksi yang berada diberbagai negara digunakan untuk litbang dan aplikasi bidang industri[4]. Sepertiga dari akselerator ini digunakan dalam bidang kedokteran, dan sisanya digunakan dalam bidang aplikasi industri. Rincian data jenis dan aplikasi akselerator tidak disebutkan namun hal ini sangat masuk akal karena pada tahun 1996 ada sekitar 10000 akselerator sedangkan sejak saat itu kebutuhan akan mesin implantor ion dan MBE (mesin berkas elektron), dan akselerator Linac untuk medis sangat meningkat.

Disamping akselerator ion, industri juga banyak menggunakan akselerator elektron yang sering disebut mesin berkas elektron (MBE) untuk teknologi proses bahan dengan radiasi elektron, pengawetan makanan, sterilisasi alat medis, dan purifikasi limbah industri baik berbentuk gas maupun cair[1,8-10].

Menurut M. Senthilkumar[5] berdasarkan hasil survei yang dilakukan oleh Scharf dan Chomicki pada tahun 1996 terdapat 10.000 akselerator telah dibuat yang berada di berbagai negara digunakan untuk keperluan litbang dan aplikasi industri seperti ditunjukkan pada Tabel 1. Akselerator dari energi rendah (ratusan keV) hingga sangat tinggi (> GeV) telah dibuat untuk menghasilkan berkas ion, elektron, maupun radiasi sinkrotron. Aplikasi dalam bidang industri terutama yang menonjol dalam industri semikonduktor dengan teknik implantasi ion menggunakan akselerator ion, dan mikrolitografi dengan menggunakan berkas sinkrotron untuk menghasilkan komponen elektronik terintegrasi yang mempunyai densitas tinggi[6-7]. Akselerator ion juga digunakan untuk memodifikasi sifat permukaan berbagai bahan untuk menghasilkan bahan baru bersifat unggul. Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya Vol. 10, Oktober 2008 : vii - xvi

Kategori Akselerator Akseleratro medik dengan energi >1 GeV Radiotherapy Litbang biomedical Produksi radioisotop medik Akselerator elektron di industri Impantasi ion Litbang dan aplikasi modifikasi permukaan Sumber radiasi sinkrotron Jumlah

Jumlah yang digunakan 112 >4000 800 >200 1500 >2000 >1000 50 ∼10.000

Aplikasi akselerator dalam bidang industri merupakan high technology yang mampu memberikan high added value suatu produk industri sehingga mampu memberikan pendapatan keuntungan yang sangat besar baik bagi industri pengguna akselerator, industri manufaktur akselerator, maupun pemerintah. Dalam makalah ini diuraikan mengenai peran teknologi akselerator dalam mendukung industri baik di negara maju, dan negara berkembang serta mengulas mengenai status dan potensi teknologi akselerator dalam mendukung industri di Indonesia.

PERAN TEKNOLOGI AKSELERATOR PADA INDUSTRI NEGARA MAJU Skala Ekonomi Industri.

Aplikasi

Akselerator

pada

Di negara maju seperti Amerika, Jepang, Inggris, Belgia, dan Perancis, akselerator partikel mempunyai peranan yang sangat penting dalam mendukung industri. Dua jenis akselerator yang banyak digunakan dalam bidang industri yaitu akselerator ion dan akselerator elektron. Pada industri semikonduktor, akselerator ion energi rendah (E< 1 MeV) yang berupa implantor ion banyak digunakan untuk proses implantasi ion dan akselerator elektron energi tinggi yang viii


ISSN 1411-1349

menghasilkan radiasi sinkrotron banyak digunakan untuk mikro-litografi. Akselerator ion juga digunakan untuk memodifikasi sifat permukaan berbagai bahan untuk menghasilkan bahan baru bersifat unggul. Akse-lerator elektron yang sering disebut mesin berkas elektron (MBE) banyak digunakan di industri ban mobil, industri proses curing and coating, industri sterilisasi alat medik dan makananan, industri kawat dan kabel listrik, industri polyethylene foam, industri heat shrinkable tube and film. Negara yang mendapatkan profit yang sangat besar dari aplikasi akselerator partikel adalah Amerika dan Jepang. Menurut Sue Machi(11) berdasarkan hasil survei aplikasi teknologi radiasi (gamma, elektron, ion, sinkrotron) dan isotop yang dilakukan pada tahun 1997 bahwa skala ekonomi aplikasi teknologi ini di Amerika mencapai 56 M$ USA dan di Jepang mencapai 39 M$ USA seperti ditunjukkan pada Tabel 2. Dari Tabel 2 terlihat bahwa aplikasi akselerator dengan skala ekonomi terbesar adalah aplikasi ion implantor dan mikrolitografi menggunakan akselerator sinkrotron yang mencapai 37,2 M$ USA di Amerika dan 28,4 M$ USA di Jepang. Dengan pesatnya kemajuan teknologi IT (information technology) diperkirakan pada tahun 2008 ini skala ekonomi aplikasi teknologi akselerator tersebut mencapai dua sampai tiga kali lipat dari tahun 1997. Yang menarik adalah bahwa skala ekonomi terbesar kedua berada pada manufaktur ban mobil yang mencapai 13,5 M$ USA di Amerika dan di Jepang 8,4 M$ USA. Padahal komponen untuk membuat ban mobil semua ada di negera Indonesia. Tabel 2. Skala ekonomi aplikasi teknologi radiasi dan isotop pada industri di Amerika dan Jepang pada tahun 1997.

Kategori Aplikasi

Sterilisasi perangkat medik Semikonduktor Mikroelektronik Instalasi Akselerator selama 29 tahun Uji tak rusak (NDT) Aplikasi isotop dan proteksi radiasi Crosslingking ban mobil Jumlah (1) + (2) + (4) + (6)

Skala Ekonomi (Milyard dolar USA) Amerika Jepang 4,8 2,3 37,2 28,4 648

308

0,65 Belum ada data 13,5 56,2

0.26 0,54 8,4 39,4


Akselerator Ion dalam Mendukung Industri Penggunaan akselerator ion (implantor ion) untuk proses doping pada semikonduktor mempunyai peranan sangat penting pada industri semikonduktor bernilai multi milyar dollar Amerika. Pada akhir abad 20 diseluruh dunia ada lebih dari 6000 implantor ion yang diproduksi selama 30 tahun sehingga rata-rata per tahun 200 alat[12]. Pada abad 21 ini hampir 200 s/d 400 alat per tahun diproduksi dengan harga antara 1,5 s/d 6 juta dollar Amerika tergantung jenis aplikasinya[13]. Sekitar 1,2 – 2,4 milyar dollar Amerika per tahun dihasilkan dari produksi mesin implantasi ion. Pelaku bisnis implantor ion didunia adalah Axcelis Group (termasuk SEN), Varian, Applied Materials, Nisin Ion Equipment, dan ULVAC. Axcelis Group merupakan gabungan perusahan Amerika dan Jepang yang bergabung pada abad 21. Mesin implantor ion ini sebagian besar digunakan pada industri mikroelektronik untuk membuat IC (integrated circuit) Chip untuk menunjang teknologi IT (imformation technology) yang sangat berkembang pesat dewasa ini. Sekarang ini industri IT dikuasai oleh negara maju seperti Amerika, Jepang, Ingris, Perancis, Belgia, dan beberapa negara lainnya seperti Cina dan Korea. Berikut adalah aplikasi akselerator ion dalam mendukung industri di negara maju. 1. Fabrikasi mikroelektronik Telah terbukti bahwa teknologi yang dapat memenuhi tantangan persyaratan fabrikasi mikroelektronik adalah mesin implantasi ion. Dengan menggunakan mesin ini memungkinkan untuk menyisipkan atau mencangkokan berbagai jenis ion dalam bahan semikonduktor pada kedalaman yang diinginkan dan dosis ion tertentu, sehingga akan diperoleh pola rangkaian piranti elektronik dan mikroelektronik yang dikehendaki. Ditinjau dari aspek teknis metode implantasi ion ini jauh lebih unggul dalam pengontrolan pencangkokan impuritas ke dalam semikonduktor pada fabrikasi mikroelektronik dibandingkan dengan metode difusi termal dan epitaksi. Disamping itu metode implantasi ion memerlukan langkah proses yang lebih singkat dan cepat, ketelitian tinggi, dan bebas dari kontaminasi dikarenakan proses implantasi berada dalam vakum tinggi. Dengan energi orde ratusan keV dan arus berkas ion orde beberapa mA, proses implantasi ion dengan dosis orde 1011-1013 ion/cm2 dapat dilakukan hanya orde detik. Sebagai contoh, untuk rapat arus pada target 4 A/cm2, luasan target 2,5 mm2, diameter berkas ion 0,5 mikrometer, agar dicapai dosis ion 1015 ion/cm2 ix


maka diperlukan waktu implantasi hanya dalam orde menit. Dengan teknik implantasi ion dapat difabrikasi IC (rangkai teritegrasi) berbasis MOS(Metal Oxide Silicon) atau CMOS (Complimentary Metal Oxide layer Silicon) berskala MSI(medium scale integration) sampai dengan VLSI (very large scale intergration) dan juga dapat difabrikasi Sel Surya, Laser dioda, Fotodioda, CCD(charged couple device)[13-15]. Komponen elektronik dan mikroelektronik ini banyak digunakan dalam bidang telekomunikasi dan informatika. Disamping itu dapat juga difabrikasi detektor nuklir kualitas tinggi. Tren fabrikasi IC sekarang yang segera akan tercapai mengarah kepada VLSI yaitu berusaha membuat jutaan transistor berada pada satu IC[15-16]. Dengan teknologi ini diharapkan akan memberikan dua manfaat yaitu kecepatan proses tinggi dan daya rendah. IC ini tetap berbasis pada MOS dan CMOS. Itu artinya ukuran sisi MOS atau CMOS harus orde beberapa persepuluh mikrometer. Suatu tantangan bagi fisikawan akselerator bagaimana cara menghasilkan arus berkas ion intensitas tinggi namun diameter berkas sekecil mungkin. Disamping itu bagaimana cara membuat Mikrofotolitografi untuk masker photo resistnya tentunya diperlukan foton dengan panjang gelombang orde Angstrom yang tidak mungkin menggunakan sinar tampak. Hal ini hanya mungkin dilakukan dengan menggunakan Mikrofotoligrofi menggunakan sinar X diproduksi melalui akselerator sinkrotron. Tren fabrikasi yang dalam tahap litbang dengan memanfaatkan keunggulan implantasi ion memungkinkan untuk membuat piranti mikroelektronik tidak hanya planar tetapi juga tiga dimensi dengan implantor ion orde beberapa MeV[13-16]. Impian ini memungkinkan karena implantasi ion dapat untuk membentuk lapisan isolator terkubur atau yang lebih dikenal dengan teknologi SOI (Silicon On Insulator)[17]. Dengan teknik ini kecepatan proses lebih baik, konsumsi daya dan derau rendah. 2. Modifikasi permukaan bahan Aplikasi lain dari implantor ion dalam bidang industri adalah untuk modifikasi sifat permukaan bahan dengan cara mengimplankan atom asing tertentu misal N, Cr, B, Ti, Y dalam metal atau komposit sehingga terbentuk paduan lapisan tipis pada permukaan dengan konsentrasi dan kedalaman terkontrol sehingga diperoleh bahan bersifat unggul dan ekonomis[3,18]. Keunggulan teknik implantasi ion ialah bahwa cara ini tidak mungkin dilakukan dengan cara konvensional (termal). Paduan lapisan tipis ini mempunyai sifat yang sangat mengagumkan Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya Vol. 10, Oktober 2008 : vii - xvi

ISSN 1411-1349

yaitu sangat keras, tahan korosi, dan tahan keausan. Perbaikan bahan dapat dilakukan secara lokal maupun pada finishing work. Contoh produk komponen otomotip dari teknik ini ialah laher berkecepatan tinggi pada mesin jet agar tahan korosi zat cair, poros engkol mesin atau seher agar tahan keausan dan korosi, rotor helikopter agar keras dan tahan keausan. Sedangkan contoh produk kedokteran ialah persendian tulang paha dan lutut buatan dengan cara meningkatkan ketahanan aus. 3. TLA (thin layer activation analysis ) Akselerator ion dengan energi orde 15 MeV banyak digunakan untuk TLA[3]. Prinsip kerjanya ialah komponen otomotip diradiasi dengan ion proton atau ion deuteron atau ion alfa pada energi 612 MeV pada arus s/d 10 mA sehingga terbentuk lapisan radioaktif berumur panjang dengan tebal sekitar 1 mm. Kemudian komponen ini dipasang pada mesin dan dioperasikan. Pengukuran keausan atau korosi dilakukan dengan mengukur aktivitas gamma yang terambil dari permukaan atau aktivitas sisa pada permukaan. Teknik ini digunakan dalam industri otomotip untuk mendapatkan informasi suatu proses misal studi keausan dan korosi suatu komponen mesin (seher, dinding silinder, jaket air pendingin, dan housing wall). Dengan bantuan teknik ini peneliti dan insinyur dapat merekayasa komponen yang lebih unggul. TLA digunakan di pabrik otomotip Daimler Benz, Jerman. 4. Neutron well logging. Akselerator ion juga dapat digunakan untuk memproduski neutron melalui reaksi D+T yang digunakan dalam industri eksplorasi minyak dengan teknik neutron well logging(3,18). Prinsip kerjanya ialah dengan mengamati sinyal hamburan neutron cepat dengan bahan tambang yang diekplorasi. Masing-masing bahan tambang mempunyai sinyal hamburan neutron karakteristik. Alat ini sangat efektip untuk mengeksplorsi minyak dan banyak digunakan oleh perusahan minyak. Agar akselerator ini dapat dimasukan dalam sumur bor suatu ekspolarasi minyak maka alat ini harus kecil dan kompak. Akselerator demikian disebut sealed tube neutron generator dengan modus operasi pulsa. 5. Membuat mikrofilter Akselerator ion dengan energi lebih besar 5 MeV juga digunakan di industri untuk membuat filter(18). Dengan menggunakan ion berat membran yang mempunyai tebal orde puluhan mikro dapat dilubangi dengan ion dengan diameter 0.05 s/d 1 mm. Membran ini digunakan dalam industri makanan sebagai filter dan sebagai subtrat poros x


ISSN 1411-1349

untuk menumbuhkan sel atau mikro-organisme dalam riset biologi dan medis. Akselerator Elektron (MBE) dalam Mendukung Industri MBE juga tidak kalah penting peranannya dalam industri, sekarang ini ada sekitar 1.500 MBE digunakan di industri[19]. Dari sebanyak itu 75% merupakan mesin energi rendah yang digunakan dalam proses peningkatan kualitas produk industri yaitu di industri ban mobil, industri proses curing and coating, industri sterilisasi, industri kawat dan kabel listrik, industri polyethylene foam, industri heat shrinkable tube and film, lateks alam iradiasi (1,20). Prosentase distribusi aplikasi MBE pada industri di didunia seperti diperlihatkan pada Gambar 1. Negara yang menguasai dan menerapkan teknologi proses bahan menggunakan radiasi elektron pada industri terbesar di dunia adalah Amerika dan Jepang. Negara lainnya seperti Perancis, Belgia, Cnada, Cina, Korea, Rusia, Polandia dan India mulai menyusul, serta beberapa negara berkembang yang menerapkan teknolologi akselerator elektron dalam industri adalah Indonesia, Malaysia, Thailand, Vietnam. MBE dikembangkan pada tahun 50-an untuk tujuan sterilisasi alat medis. Sekarang MBE telah menjalani revolusi menjadi lebih kompak, mudah digunakan, daya tinggi, tegangan rendah sampai tinggi dan efisiensi tinggi, bahkan ada juga yang mobil. MBE diklasifikasi berdasarkan energi elektron yang dapat diproduksi menjadi mesin energi rendah (E<1 MeV), energi medium (1MeV<E<5 MeV), dan energi tinggi (E>5 MeV). Penetrasi elektron ke bahan yang yang sedang diproses tergantung pada energi awal elekron dan densitas bahan. Untuk obyek dengan densitas 1 g/cm3 maka elektron dengan energi 1 MeV dapat mempenetrasi dan melakukan kerja efektip dalam sekali lewat (single pass) pada kedalaman yang lebih kecil 0,5 cm. Jika energi proses elektron 10 MeV maka dapat mempenetrasi secara efektip obyek yang sama sampai kedalaman sekitar 3,3 cm. Dalam bidang industri MBE digunakan untuk teknologi proses radiasi elektron, pengawetan makanan, dan sterilisasi alat medis. Berikut adalah aplikasi akselerator elektron dalam mendukung industri di berbagai negara baik maju maupun berkembang. 1. Teknologi proses radiasi elektron Teknologi proses radiasi elektron(TPRE) ialah teknologi proses yang melibatkan perlakukan PERAN TEKNOLOGI AKSELERATOR DALAM MENDUKUNG INDUSTRI Darsono

APLIKASI MBE DI DUNIA

20.7

8.5 8

0.6

2.6

2.4

19.5 24.6 13 Busa plastik polyethylene(8.5%)

Heat shrinkable tube and films(8%)

Sterilisasi alat medis & makanan(2.6%)

Ban mobil(19.5)

Curing and coating of films(13%)

Kabel dan kawat listrik(24.6%)

Flue gas treatment skala pilot(2.4%)

Lateks alam radiasi skala pilot(0.6%)

Litbang(20.7%)

Gambar 1. Distribusi aplikasi MBE pada industri di dunia. bahan dengan elektron energi tinggi. TPRE ramah lingkungan dan hemat energi dibandingkan dengan metode proses konvensional. Aplikasi utama dalam bidang industri dari TPRE adalah untuk crosslinking, polymerization or curing, grafting, dan degradasi. Dari aplikasi tersebut cross-linking, dan polymerization or curing merupakan aplikasi TPRE yang sangat sukses dalam industri karena telah memberikan keuntungan ekonomi yang berarti(11,20) Cross-linking Proses cross-linking merupakan efek penting utama pada iradiasi polymer karena cross-linking dapat memperbaiki sifat mekanik, termal, dan kimia dari produk. Proses ini digunakan pada isolator kawat dan kabel untuk meningkatkan sifat tahan api dan kuat tarik, pada pipa polietilen yang mempunyai sifat mengkerut-mengembang (heat-shrinkable) untuk pembungkus komponen elektronik tegangan tinggi TV, pada ban mobil untuk meningkatkan kualitas lebih tahan friksi dan anti slip, pada pipa plastik untuk distribusi air panas yang tahan tekanan, pada hidrogel untuk luka bakar[21]. Dosis yang digunakan 30-150 kGy tergantung aplikasi. Polymerization or curing Digunakan untuk pengeringan dengan radiasi pada pelapisan cat, tinta dan adesif untuk majalah, surat kabar, kayu, dan kertas dekoratif untuk pembungkus. Juga untuk komposit unggul seperti carbon fibre-reinforced epoxies yang banyak digunakan pada industri kapal terbang, luar angkasa, alat olah raga, konstruksi, transportasi, dan otomotip karena sifatnya yang ringan, tahan korosi dan aus, serta tidak mudah rusak[22-24]. Dosis yang digunakan 10-200 kGy tergantung aplikasi.

xi


Grafting Memodifikasi sifat permukaan polimer dengan graft copolymerization dengan monomer berbeda. Aplikasinya untuk membuat lapisan tipis pemisah sel bakar dan baterai (fuel cell/battery separator film), membran penukar ion[21]. Dosis yang digunakan lebih kecil 10 kGy. Degradasi Untuk depolimerisasi selulosa dalam industri rayon. Industri ini mengolah bubur kayu menjadi serabut, fiber, pemintalan tali, film, atau selubung yang merupakan bahan baku industri baju, tenunan, ban, kemasan, popok bayi (diapers), produk personal(softex, tisu), tali mesin, amplas dll. Perlakuan bubur kayu dengan elektron energi tinggi lebih efektip dari pada depolimerisasi secara termal sehingga hemat energi[25]. TPRE juga menyebabkan bubur kayu lebih reaktip terhadap asam dan karbon disulfida sehingga bahan kimia yang diperlukan pada proses industri jauh lebih sedikit. Dosis yang digunakan sekitar 15 kGy. 2. Pengawetan makanan Iradiasi berkas elektron pada makanan dapat membunuh jamur, serangga, cendawan, dan patogen. Keuntungan teknik ini tidak menimbulkan racun dan tidak mengurangi kualitas nutrisi. Pengawetan bahan pangan untuk membunuh serangga dan parasit pada bawang, kentang, akar jahe, daging, ikan, buah-buahan segar diperlukan dosis < 0.5 kGy sedangkan untuk penundaan proses pematangan buah-buahan dan sayuran diperlukan dosis < 1 kGy pada energi lebih kecil 10 MeV[26-27]. Industri pengawetan makanan mempunyai potensi yang besar namun permasalahannya adanya informasi yang salah dibuat oleh aktivis anti radiasi. 3. Sterilisasi alat medis Sterilisasi berkas elektron didasarkan pada kemampuannya membunuh mikro-organisme patogen. Teknik ini ramah lingkungan dibandingkan dengan teknik iradiator Co-60 dan ETO (ethylene oxide), namun demikian karena kemampuan penetrasi elektron rendah maka teknik ini digunakan hanya untuk sterilisasi alat medis yang mempunyai densitas lebih kecil 1 g/cm3 seperti benang jahitan luka operasi, pembalut luka, dan peralatan medis dengan bahan plastik[27]. Dosis sterilisasi adalah sekitar 25 kGy, dengan energi lebih kecil 10 MeV. 4. Pengolahan limbah gas dan cair industri MBE mempunyai peran penting dalam proteksi lingkungan. Dengan energi orde 1 MeV Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya Vol. 10, Oktober 2008 : vii - xvi

ISSN 1411-1349

dan daya 100 kW dapat digunakan untuk proses purifikasi limbah industri baik berbentuk gas buang (NOx, dan SO2), dioxin, maupun berbentuk cair seperti air limbah warna dan air limbah rumah tangga. Purifikasi gas buang NOx dan SO2 dari PLTU bahan bakar batu bara menggunakan MBE memberikan produk samping berupa bahan pupuk pertanian. Pengolahan gas buang menggunakan berkas elektron sekarang telah mencapai skala industri. Di Cina FGT-EB(Flue Gas Treatment by Electron beam) dipasang pada pembangkit daya berbahan bakar batu bara untuk mengolah gas buang dengan debit 600.000 Nm3/jam[9], sedangkan di Jepang, dan Polandia telah dioperasikan FGT-EB skala pilot proyek[28]. Di Korea MBE digunakan untuk purifikasi limbah air 1000 m3 per hari dari industri pewarna[10]. PERAN TEKNOLOGI AKSELERATOR PADA INDUSTRI DI INDONESIA Diseminasi Aplikasi Teknologi Akselerator BATAN Peran teknologi akselerator pada industri di Indonesia tidak lepas dari peran BATAN yang mempunyai tugas mempromosikan, mengembangkan, dan memanfaatkan IPTEK nuklir untuk tujuan damai dalam rangka turut serta mensejahterakan dan memakmurkan bangsa Indonesia. Sejak awal berdirinya BATAN secara bertahap telah mengembangkan kemampuan penguasaan IPTEK Nuklir dalam skala nasional dalam bentuk fasilitas litbang, infrastruktur penunjang dan pengembangan SDM (sumber daya manusia) melalui pendidikan berjenjang dan pelatihan teknis. Dalam rangka mengembangkan fasilitas litbang, BATAN Pasar Jumat berhasil mendapatkan bantuan IAEA(International Atomic Energy Agency) berupa Generator Neutron 150 keV/2,5 mA buatan SAMES-France pada tahun 70-an. Generator Neutron ini digunakan untuk keperluan analisis unsur dalam suatu cuplikan dengan menggunakan metoda aktivasi neutron cepat. Generator Neutron inilah merupakan akselerator pertama di Indonesia. Pada awal tahun 80-an MBE 300 keV/50 mA buatan NHV(Nissin Heavy Voltage) di instalasi di BATAN Pasar Jumat sebagai pilot proyek dalam rangka mempromosikan teknologi berkas elektron untuk pelapisan dan pengeringan (coating and curing) misal permukaan kayu[29]. Pada akhir tahun 80-an BATAN Serpong juga menginstalasi sebuah akselerator proton siklotron 30 MeV dengan arus orde mikro amper buatan Amerika untuk keperluan produksi radioisotop[30]. Pada awal tahun 90-an BATAN Pasar Jumat menginstal MBE 2 MeV/10 mA buatan Cina untuk proses cross-linking pada xii


ISSN 1411-1349

bahan insulasi kawat listrik dan kabel serta keperluan riset aplikasi lainnya[29]. Akseleratorakselerator tersebut diinstalasi dalam rangka mempromosikan aplikasi IPTEK nuklir untuk membantu menyelesaikan permasalahan nasional. Perkembangan

Litbangyasa

Akselerator

BATAN Penguasaan teknologi akselerator dimulai pada tahun 1979 yang dilakukan di BATAN Yogyakarta yaitu dengan merancangbangun sebuah akselerator ion energi rendah 150 keV dengan sumber tegangan tinggi jenis Cockcroft-Walton. Kegiatan litbang rancangbangun ini dilaksanakan dalam beberapa tahapan, dimulai dengan perancangan komponen-komponen akselerator, kemudian dilakukan konstruksi masing-masing komponen utama dan selanjutnya merupakan tahap instalasi seluruh komponen menjadi implantor ion 150 keV. Untuk mewujudkan akselerator ion pertama buatan BATAN ini memakan waktu lebih dari 5 tahun dikarenakan keterbatasan SDM teknologi akselerator saat itu. Dengan melakukan perbaikan, inovasi, dan refurbishing maka implantor ion ini sejak awal tahun 90-an dapat mempercepat berbagai jenis ion dopan dari cuplikan gas dan padatan sehingga layak digunakan untuk kegiatan litbang pada bahan semikonduktor dan metal. Pada tahun 1997 BATAN Yogyakarta mendapat tugas melakukan kegiatan rancangbangun MBE 350 keV/20 mA. Tujuan utama rancang-bangun adalah dapat dihasilkan satu fasilitas iradiator elektron yang dapat digunakan untuk kegiatan litbang baik oleh BATAN maupun lembaga luar BATAN serta dalam rangka pengembangan SDM untuk kemandirian IPTEK Akselerator. Pada tahun 2003 MBE ini berhasil dikonstruksi dan dikarak-terisasi[31-32]. Kemudian MBE buatan BATAN ini berhasil di-kondisioning dan komisioning pada bulan Desember 2003 dengan mendemontrasikan untuk aplikasi pelapisan dan pengeringan permukaan kayu yang diresmikan oleh Menteri Negara Riset dan Teknologi. Berdasarkan pengalaman rancangbangun MBE pada tahun 1997 s/d 2003 diusulkan proyek rancangbangun MBE skala industri untuk proses iradiasi lateks karet alam untuk periode 2005-2009. Kegiatan ini merupakan loncatan yang cukup berani karena akselerator yang didesain mempunyai ukuran yang kecil dan kompak (2,35 × 2 × 2,7) m3 dengan kemampuan yang sama dengan akselerator skala lab yang diresmikan pada tahun 2003.


Status Aplikasi Akselerator di Indonesia Disamping akselerator yang ada di BATAN sebetulnya masih banyak akselerator yang ada di Indonesia yang digunakan untuk keperluan proses industri, inspeksi kargo, dan litbang. LEN dan LIPI masing-masing mempunyai satu mesin implantasi ion untuk litbang fabrikasi komponen elektronik. PT.Bridgestone Tire Indonesia, dan PT. Gadjah Tunggal masing-masing mempunyai dua MBE sedangkan PT. Sumi Rubber Indonesia mempunyai satu MBE yang digunakan untuk proses fabrikasi ban mobil. Beberapa rumah sakit besar di Indonesia yaitu RSU. Cipto Mangun Kusuma, RSU Karyadi, RSU Sardjito, RSU Sutomo, RSU Darmais, RSU Gatot Subroto, RSU Pekanbaru masing-masing mempunyai Electron Linac untuk terapi kanker. Kantor pabean juga menginstal MBE di Tanjung Priok untuk inspeksi kargo. Peran dan Prospek Perkembangan Teknologi Akselerator Dalam situasi negara kita saat ini yang masih dilanda krisis multidimensional, maka pemanfaatan iptek sedapat mungkin untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakat tanpa menimbulkan suatu dampak lingkungan yang justru akan memberatkan masyarakat. Demikian juga dengan pemanfaatan iptek nuklir yang dimiliki oleh BATAN, hendaknya dapat memberikan sumbangan yang berarti dalam upaya meningkatkan kesejahteraan masyarakat yang sedang dilanda krisis. Seperti diuraikan di atas bahwa peran teknologi akselerator dalam bidang industri di negara maju telah memberikan sumbangan devisa yang besar pada negara disamping menghasilkan spin off baik terhadap teknologi akselerator itu sendiri maupun produk industri baru. Lain halnya di Indonesia, peran teknologi akselerator dalam bidang industri masih sangat minim. Hanya beberapa industri di Indonesia yang telah menggunakan MBE untuk proses industri yaitu PT. Gadjah Tunggal, Summi Ruber dan PT. Bridgestone. Prospek perkembangan teknologi akselerator untuk industri di Indonesia masih sangat terbuka dan mempunyai potensi yang besar mengingat banyak komoditi lokal yang dapat diolah menggunakan proses radiasi elektron agar mempunyai nilai tambah yang tinggi seperti karet alam, kayu, coklat, buah-buahan, sagu, tapioka, udang, rempah-rempah. Semua ini akan dapat menyumbangkan devisa negara yang berarati jika mendapat perhatian yang serius dari semua pihak agar mempunyai dampak terhadap kinerja industri di negara kita tercinta ini.

xiii


KESIMPULAN Dari uraian di muka dapat disimpulkan bahwa teknologi akselerator mempunyai peranan yang penting dalam bidang industri. Peran teknologi akselerator dalam bidang industri meliputi aplikasi implantor ion dan akselerator sinkrotron elektron pada industri mikroelektronik, dan aplikasi MBE pada industri ban mobil, industri kawat dan kabel listrik, industri sterilisasi alat medik dan makanan, industri proses curing and coating, industri polyethylene foam, dan industri heat shrinkable tube and film. Dari aplikasi tersebut peranan yang sangat menonjol memberikan skala ekonomi signifikan adalah penggunaan implantor ion dan akselerator elektron sinkrotron untuk fabrikasi komponen mikroelektronik kualitas tinggi, dan MBE untuk fabrikasi ban mobil. Negara maju yang menguasai teknologi akselerator dan mampu memberikan skala ekonomi yang sangat berarti adalah Amerika dan Jepang. Pada tahun 1997 skala ekonomi teknologi akselerator pada industri mikroelektronik mencapai 66 M$ USA dan pada industri ban mobil mencapai 23 M$ USA, serta diperkirakan pada saat ini skala ekonomi pada industri tersebut mencapai 2 s/d 3 kali lipat. Negara Cina, India, Polandia, Korea, Malaysia juga telah mengembangkan dan memanfaatkan teknologi akslerator secara sistematik. Peranan teknologi akselerator di Indonesia dalam bidang industri masih sedikit hanya untuk proses fabrikasi ban mobil walaupun litbang aplikasi MBE telah banyak dilakukan BATAN dan juga pemanfaatan teknologi akselerator di bidang kedokteran cukup menggemberikan. Oleh karena itu upaya untuk penguasaan teknologi akselerator dan aplikasinya yang berorientasi pada peningkatan nilai tambah komoditi ekspor serta diseminasi hasil litbang ini perlu mendapat perhatian yang serius dari semua pihak agar mempunyai dampak terhadap kinerja industri di negara kita tercinta ini.

DAFTAR PUSTAKA [1] SUEO MACHI, Radiation Technology for Sustainable Development, INAC 2007 Sao Paolo, October 1-5, 2007 [2] DARSONO, Peran dan Perkembangan Teknologi Akselerator Untuk Industri dan Lingkungan, ISBN 979-8500-29-6, BATAN Yogyakarta, Desember 2006. [3] DARSONO, Aplikasi Teknologi Akselerator Partikel, Prosiding PPI Teknologi Akselerator dan Aplikasinya, P3TM-BATAN, Volume 1 nomor 2 Desember 1999.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya Vol. 10, Oktober 2008 : vii - xvi

ISSN 1411-1349

[4] ROSEN, P., Accelerator Technology for the Nation, U.S. Department of Energy Office of Science, www.science.doe.gov. [5] SENTHILKUMAR, M, Applications of Accelerator, Academic Press, New York, 1999. [6] RYSSEL, H., and RUGE, I., Ion Implantation, John Wiley and Sons, New York, 1986. [7] DARSONO, Peranan Teknologi Akselerator dalam Perkembangan Teknologi Informasi, Prosiding PPI Teknologi Akselerator dan Aplikasinya, Vol.6 No.1, Oktober 2004, P3TM-BATAN. [8] STEPANIK, T.M., et.al., Electron Processing Technology: A Novel Tool for Industrial Applications, Proceedings IUPAC CHEMRAW IX World Conference on The Role of Advanced Materials in Sustainable Development, Korea, September 1-6, 1996. [9] ZHAN, W., Flue Gases Treatment by Electron Beam in China, Proceedings of The FNCA 2003 Workshop on Application of Electron Accelerator 18-22 August 2003, Kuala Lumpur, Malaysia, JAERI-Conf 2004-007. [10] HAN,B., Electron Beam Treatment of Industrial Wastwater, Proceedings of The FNCA 2003 Workshop on Application of Electron Accelerator 18-22 August 2003, Kuala Lumpur, Malaysia, JAERI-Conf 2004007. [11] SUEO MACHI, Role of Radiation Processing for Sustainable Development, in Emerging Application of Radiation Processing, IAEATECDOC-1386 [12] CERN COURIER, Special Issue-Applying the Accelerator: Industial Application, CERN COURIER International Journal of High Energy Physics, Vo. 35, July/August, 1995. [13] SUGITANI, M., Accelerator Application for Microelectronic, Batan Accelerator School, P3TM-BATAN, Yogyakarta, Januari, 2003. [14] MATSUMARU, M., Ion Implantation Technology in Giant Micro Electronics, in Proceedings of the Fourteenth Symposium on Io Source and Ion-Assisted Technology, The ion Engineering Society, Japan, 1991. [15] CURRENT, M.I., Ion implantation for ULSI: Challange and New Directions, in Proceedings of the Fourteenth Symposium on Io Source and Ion-Assisted Technology, The ion Engineering Society, Japan, 1991. xiv


[16] KUROI, T, et.al.., MeV Ion Implantation in ULSI Technology, in Proceedings of the Fourteenth Symposium on Ion Source and IonAssisted Technology, The ion Engineering Society, Japan, 1991. [17] DARSONO, et.al., Characterization of Oxygen Ion Implanted into Silicon at Energ of 100 keV, The 2nd BATAN-JAIF Bilateral Seminar on Accelerator Technology and its Applications, BATAN Yogyakarta, November 1999. [18] NORTON, G.A. and KLODY, G.M., The Application of Electrostatic Acceleators in Research and Industry, NEC Corp., Middleton, Wisconsin 53462, USA, 1994. [19] STEPANIK, T.M., et.al., Electron Beam Technology: Turning the Corner Towards Sustainable Industrial Applications, Proceedings WORLD WISE’99 on Sustainable Infrastructure:Emerging Technologies for New Millenium, December 6-8, 1999, Winipeg, Manitoba, Canada. [20] LOVIN, J., Eeectron Beam Technology Equipment Status and Application Update, Proceeding of the Twelve International Meetings on Radiation Processing, Pergamon, New York, Vol.52, 2002. [21] CLELAND, M.R., et.al., Applications for Radiation Processing of Materials, Proceeding of the Twelve International Meetings on Radiation Processing, Pergamon, New York, Vol.52, 2002. [22] BEREJKA, A.J. and EBERLE, C., Electron Beam Curing of Composites in North America, Radiation Physics and Chemistry, Vol.62, pp.551-556, 2002. [23] KERLUKE, D.R. and CHENG, S., Electron Beam Processing for Automotive Composite Application, in Proceedings of the 2nd Annual Automotive Composite Conference and Exposition of the Society of Plastic Engineers, 2002. [24] SAUNDERS, C.B., et.al., Electron Curing of Fibre-Reinforce Composites; An Industrial Application for High Energy Accelerators, IMRP’94, Istambul, Turkey, 1994. [25] STEPANIK, T.M., et.al., Electron Processing Technology: a Promising Application in the Viscose Industry, Rad. Phys. Chem. 52, 505509, 1998. [26] MONDELAERS, W., Low Energy Accelerators in Industry and Applied Research, PERAN TEKNOLOGI AKSELERATOR DALAM MENDUKUNG INDUSTRI Darsono

ISSN 1411-1349

Nuclar Instrumen Methods Research B 139(1998) 43-50.

in

Physics

[27] HERR, A., Gamma vs. E-Beam for Processing Medical Products & Food, Proceedings 11th International Meeting on Radiation processing, Melbourne, Australia, March 14-19, 1999. [28] LARASATI, T.R. D., Perbandingan Unjuk Kerja Instalasi Berkas Elektron Skala Pilot Untuk Pembrsihan SO2 dan NOx, Jurnal Pengkajian Sains dan Teknologi Nuklir, Vol.7 No.2, 2001. [29] DANU, S., and DARSONO, Application of Electron Accelerator for Thin Film in Indonesia, Proceedings of The FNCA 2003 Workshop on Application of Electron Accelerator 18-22 August 2003, Kuala Lumpur, Malaysia, JAERI-Conf 2004-007. [30] DARSONO, et.al, Research and Development Activities of A Neutron Generator Facility, IAEA-TECDOC-1153, Use of accelerator based neutron sources, IAEA, May 2000. [31] DARSONO, et.al., Construction of Electron Beam Machine 350 keV/10 mA for Multipurpose Application of Thin Film at P3TM-BATAN, Proceedings of The FNCA 2003 Workshop on Application of Electron Accelerator 18-22 August 2003, Kuala Lumpur, Malaysia, JAERI-Conf 2004-007. [32] DARSONO, dkk., Karakterisasi Berkas Elektron MBE 350 kV/10 mA, Laporan Teknis P3TM-3105.275/2003, BATAN Yogyakarta.

TANYA JAWAB Silakhudin − Tadi sudah diungkapkan bahwa status instalasi akselerator di Indonesia sudah cukup lama (sejak tahun 1980 an), tetapi masih jalan ditempat (masih lab/ litbang scale) dan belum juga sampai pada industrial scale. Langkah teknis dan management policy apa yang diharapkan untuk terwujudnya teknologi akselerator di bidang industrial scale Darsono − Kita semua tahu konsep alih teknologi di Indonesia ada yang menganut Prof. Habibi dan Prof. Baiquni. Kalau saya usul jalan tengah yaitu “learning by doing” dan “itegration system” xv


harus jalan bersinergi. Konsep jalan tengah ini akan menghasilkan capacity building SDM kuat dan sekaligus dapat segera mendeployment suatu teknologi nuklir yang sudah established ke masyarakat. Nada Marnada − Tidak relevan lagi untuk saat ini dimana teknologi keselamatan semakin maju, untuk membandingkan kelebihan dan kekurangan masing-masing iradiasi γ dan elektron. Yang tepat adalah masing-masing mestinya dipakai secara khusus sesuai dengan spesifikasinya

ISSN 1411-1349

Darsono − Saya kurang sependapat. Kalau membandingkan teknologi keselamatan γ dan MBE saya setuju. Tetapi kalau membandingkan aspek teknis dan ekonomisnya saya kira ini penting untuk disampaikan ke public . Teknologi MBE dan γ memang masing-masing punya keunggulan dan kelemahan tetapi nampaknya kedepan akan unggul terhadap γ untuk proses radiasi bulk sample − Sangat setuju

− Perlu koordinasi yang serius untuk menghidupkan kembali MBE yang ada di PATIRBATAN

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya Vol. 10, Oktober 2008 : vii - xvi

xvi

PERAN TEKNOLOGI AKSELERATOR DALAM MEN- DUKUNG INDUSTRI

Recommend Documents