Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi TELAAH
Volume 29, Mei 2011
Rancang Bangun Sistem Radio Frequency sebagai Sumber Ion WILDAN PANJI TRESNA Pusat Penelitian Fisika – LIPI, Komplek PUSPIPTEK Tangerang, Indonesia Email :
[email protected] MUHAMAD NUR Jurusan Fisika – Universitas Diponegoro
INTISARI : Radio Frekuensi telah memegang peranan penting dalam berbagai bidang teknologi, dari bidang komunikasi, pemanasan ataupun sebagai sumber ion. Pada tulisan ini akan dipaparkan mengenai peranan sistem radio frekuensi dengan daya keluaran 90 Watt yang sudah dapat di mengionisasi atom-atom Dueterium. Jika hal tersebut ditumbukkan dengan atom Tritium maka akan menghasilkan Neutron. Radiofrekuensi sebagai penguat dibuat dalam beberapa rangkaian seperti rangkaian Hartley atau Colpitts dan dibandingkan hasil keluaran dayanya yang paling maksimal. Dari percobaan diperoleh hasil keluaran frekuensi 36,12 MHz pada daya 90 Watt KATA KUNCI : radio frekuensi, daya keluaran dan sumber ion ABSTACT : Radio Frequency has played an important role in tne world of technology. That field from communication, heating system and ion source. This paper will describe the influences of radiofrequency with 90 Watt output power which is able to ionize the atom of Dueterium. If Dueterium crashed with atom of Tritium, it will be produce a Neutron. Radio Frequency as a amplifier system can be built in several circuit electronic model, like a Hartley and Colpitts System. The output of each circuits will be compared to get maximal power result. The result from the measurement is frequency 36,12MHz on 90 Watt power output. KEYWORDS : radio frequency, power output and ion source
1.
PENDAHULUAN
Osilator merupakan rangkaian elektronik yang dirancang sebagai pembangkit atau penguat sinyal gelombang sinusoidal ataupun gelombang yang bersifat harmonic. Sebuah osilator berfrekuensi tinggi dirancang untuk dapat menghasilkan frekuensi tinggi yang stabil dengan daya maksimal yang akan diaplikasikan dalam sebuah generator Neutron. Radio frequency telah banyak dimanfaatkan untuk beberapa hal, antara lain sebagai pemancar dan penerima dalam berbagai system komunikasi, selain itu osilator juga dapat digunakan sebagai sumber RF dalam rongga pantul spektrometer homodin. Osilator ini dapat menggantikan klystron niose rendah tanpa penurunan noise langsung pada spectrometer RSE. Osilator tunggal RF juga dapat digunakan pada tomografi homodin optis sebagai metode pengukuran kedudukan kuantum dari medan radiasi. Dalam sebuah gambaran sederhana mengenai generator Neutron diperlukan sebuah sistem yang mampu untuk mengionisasi atom Deuterium sebagai target lebih banyak, sehingga ketika atom-atom tersebut ditumbukkan dengan bahan lain akan menghasilkan Neutron. Sistem RF (Radio Frequency) ini merupakan komponen pendukung yang sangat menentukan besarnya energi ionisasi agar menumbuk atom-atom Dueterium dalam tabung, dan menghasilkan ion-ion Deuterium yang lebih banyak. Atom-atom deuterium ini dikaji sebagai interaksi radiasi dengan bahan, efek fotolistrik, efek hamburan Compton atau efek produksi pasangan. Untuk menghasilkan frekuensi tinggi dan stabil serta daya yang optimal agar dapat mengionisasi atom-atom target dirancang beberapa rangkaian elektronika berkaitan dengan teknologi berbasis triode yang sudah ada. salah satunya dengan menggunakan tabung trioda yang dipadukan dengan tangki LC. Pada umumnya penguat yang digunakan dalam membuat osilator bekerja pada kelas C. Generator neutron merupakan alat yang dikhususkan untuk menghasilkan neutron. Neutron dihasilkan dari reaksi-reaksi hidrogen berat, yaitu reaksi Tritium yang ditumbuk oleh Deuterium. Deskripsi reaksinya sebagai berikut : D + H2+ +
T H3
n n
+ +
He + ∆E He + ∆E
Tritium ditempatkan sebagai target yang akan ditumbuk oleh ion-ion deuterium. Sebelum menumbuk target, ion deuterium telah malewati mekanisme yang panjang. sebelum akhirnya dapat menumbuk target. Tahapan-tahapan yang dilewati oleh ion deuterium diantaranya : 22
Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi TELAAH
Volume 29, Mei 2011
Ionisasi gas duetrium yang dibangkitkan oleh sistem osilator berfrekuensi tinggi radiofrequency. Keluaran dari osilaor yang berupa gelombang ektromagnetik dapat mengionisasi gas-gas duetrium dalam tabung hampa, dan menghasilkan ion-ion. Karena elektroda RF merupakan kerja bolak-balik maka proses ionisasi berlangsusng lebih cepat dan memiliki frekuensi tinggi. Tahapan selanjutnya setelah tabung terisi lebih banyak ion, maka ion-ion terpilih haruh dipisahkan dari yang lain. Pemisahan ini dilakukan dengan menarik ion-ion tersebut malalui tegangan ektraktor. ektraktor akan menarik ion positif dan tidak mengembalikannya lagi. Ion-ion akan difokuskan mnggunakan metode optis-elektronis agar berkas arah ion tidak menyebar. Tahapan terahir adalah ionion tersebut akan dipercepat dalam rangkaian akselerator agar memiliki energi yang tinggi untuk menumbuk target dan menghasilkan neutron.
Trioda memiliki tiga buah elektroda yaitu katoda (biasanya berupa flamen), grid dan plate (anoda). Katoda berada pada pusat dari trioda dan dikelilingi oleh grid yang berbentuk anyaman kawat melingkar. Antara setiap lapisan anyaman grid terdapat celah yang cukup besar yang memungkinkan mengalirnya elektron menuju plate. Sedangkan plate melingkupi katoda, grid dan juga filament. Pada trioda grid berperan dalam mengatur aliran elektron yang menuju ke plate dengan memanfaatkan perubahan kondisi tegangan yang ada padanya. Penguat kelas C merupakan penyempurnaan dari kelas penguat sebelumnya. Penguat ini dirancang dengan satu transistor. Transistor penguat kelas C bekerja aktif hanya pada fase positif saja, bahkan jika perlu cukup sempit hanya pada puncak-puncaknya saja yang dikuatkan. Sisa sinyalnya bisa direplika oleh rangkaian resonansi L dan C. Rangkaian ini juga tidak perlu dibuatkan bias, karena transistor memang sengaja dibuat bekerja pada daerah saturasi. Rangkaian L C pada rangkaian tersebut akan ber-resonansi dan ikut berperan penting dalam me-replika kembali sinyal input menjadi sinyal output dengan frekuensi yang sama. Rangkaian ini jika diberi umpan balik dan dapat menjadi rangkaian osilator RF. Penguat kelas C memiliki efisiensi yang tinggi bahkan sampai 100%, namun tingkat fidelitasnya memang lebih rendah. Tetapi sebenarnya fidelitas yang tinggi bukan menjadi tujuan dari penguat jenis ini
2. METODE PENELITIAN Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah dengan menggunakan power suply standar, rangkaian penguat, osilator dan terget yang akan diionisasi. Pada masing-masing rangkaian akan diukur besarannya. Sehingga diperlukan multimeter, SWR meter serta frekuensi counter. DC Curent
Multimeter
Source Oscillator
VSWR meter
Target
Proses Lanjutan
Frekuensi Counter
Gambar 1. Set up rancang bangun osilator RF sebagai sumber ion Rangkaian tersebut diatas, yang digunakan dalam penelitian merupakan suatu rangkaian pembangkit RF yang dapat menghasilkan daya keluaran tinggi, yang demikian juga diperlukan konsumsi daya yang besar pula sehingga rangkaian tersebut juga disertakan catu dayanya, rangkaian catu daya tegangan tinggi yang terintegrasi langsung ke rangkaian osilatornya. Untuk rangkaian osilatornya sendiri seperti gambar dibawah ini :
23
Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi TELAAH
Volume 29, Mei 2011
RFC C1
C2 L2 C3
C4
R1 L1 R2
C5
Gambar 2. Rancangan rangkaian osilator RF berbasis Trioda
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Sistem yang dirancang dalam penelitian ini, Osilator RF telah dapat mengionisasi gas Argon dan Neon pada sebuah tabung lampu. Dalam penerapannya ada beberapa hal yang dirasa masih kurang, seperti kemampuan Trioda menampung panas yang timbul akibat tegangan masukan yang masih rendah, selain itu Trioda yang digunakan hanya dapat bekerja pada level tegangan orde kilo volt, sehingga perlu dicoba untuk jenis Trioda yang lain. Salah satu cara mengurangi afek panas tersebut adalah dengan membari kipas pada osilator Dari beberapa percobaan yang dilakukan diperoleh daya stabil keluaran 60 Watt dan 90 Watt pada tegangan masukan 1 KV dan 1,5 KV. Perubahan nilai resistor pada masing-masing rangkaian akan mempangaruhi daya keluaran osilator, semakin besar nilai hambatan yang diberikan, maka daya keluaran dari osilator akan mengalami penurunan power. Saat rangkaian osilator dimodifikasi menjadi .
Gambar 3. Rangkaian osilator RF berbasis Trioda versi ke-2 24
Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi TELAAH
Volume 29, Mei 2011
Diperoleh data sebagai berikut :
Gambar 4. Grafik penambahan tegangan terhadap daya keluaran Osilator Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa penambahan tegangan masukan akan menaikan daya keluaran sebuah osilator secara signifikan. Sedang untuk frekuensi keluarannya diukur dengan menggunakan frequency counter pada angka 36.12 MHz. Sumber tagangan ac diperlukan untuk menghidupkan filamen pada katoda. Diperlukan tegangan ac 12 volt untuk bekerja. Sumber tegangan ac ini akan menghidupkan filamen yang berakibat terjadinya elektron, elektron ini akan lepas dan membentuk awan-awan elektron pada tabung hampa. Sumber tegangan dc dari kutub positifnya akan memberi tanggapan positif pada komponen-komponen yang dilaluinnya. Hampir semua komponen dilewati oleh arus dc. Tegangan dc yang dimaksud telah dikuatkan beberapa kali oleh transformator hingga nilainya dalam orde kilo volt. Sampai pada anoda (elektroda positif), arus dc ini juga memberi pengaruh yang sama pada anoda. Anoda akan menarik awan-awan elektron yang ada dalam tabung dan mengalirkan ke rangkaian. Jalannya arus ini akan melewati kapasitor couple induktor hingga diperoleh tegangan grid yang kecil. Tegangan grid yang kecil akan masuk ke dalam tabung trioda dan membentuk osilasi yang memilki karakteristik damped (evanesens) atau teredam. Sinyal ini dikuatkan serta di umpan balik secara berulangulang hingga redaman seperti tidak tampak karena selalu terjadi osilasi ulang, dan akhirnya diperoleh arus keluaran yang besar. Sumber tegangan dc kutub negatif akan mengalir kedalam grid. Akibat dari grid yang diberi tegangan negatif adalah elektron-elektron dari filamen (katoda) tidak tertarik oleh grid yang bisa mengakibatkan cacatnya keluaran yang diinginkan. Elektron akan langsung tertarik ke Anoda yang lebih positif.
4. KESIMPULAN Dari percobaan awal rancang bangun osilator ini, dengan tegangan masukan 1 KV dengan tuning 0.25 KV diperoleh nilai frekuensi stabil yang dibaca oleh frekuensi counter sebesar 36.12MHz dengan variasi daya keluaran dari 80 Watt hingga 320 Watt. Nilai daya tersebut sangat memungkinkan untuk mengionisasi atom-atom target dalam sebuah generator neutron. Sebagai percobaan sederhananya hal tersebut telah dapat mengionisasi atom-atom pada lampu tabung berisi dominan zat Argon dan Neon hingga menyala dengan terang. Pada tahan selanjutnya perlu ditingkatkan tegangan masukannya dan merubah rangkaian hingga diperoleh hasil Neutron yang paling optimal.
UCAPAN TERIMAKASIH Penulis ucapkan terimakasih kepada seluruh civitas P3TM-BATAN Yogyakarta yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu dalam proses pengukuran dan penelitian ini.
25
Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi TELAAH
Volume 29, Mei 2011
DAFTAR PUSTAKA [1]. [2]. [3]. [4]. [5]. [6].
Brophy,J.J. 1990. Basic Electronic for Scientist. New York. McGrawhill Publishing Company. Crame,P.W. 1967. Worked Examples in Basic Elektronic. Sydney : Pergamon Press. Champman,B. 1990,Glow Discharge Processed. New York Krane,K. 1992. Fisika Modern. Terjemah Hans J Wospakrik dan Sofia Nikosilihin. Jakarta : UI Press. Malvino, P.A. 1985. Prinsip-Prinsip Elektronika. Terjemah Hanapi Gunawan. Jakarta : Erlangga. Millman, Halkias. 1984. Elektronika Terpadu, Rangkaian system analog dan digital. Terjemah M Barnawi dan M.O.Tjia. Jakarta : Erlangga [7]. Wangness,R.K. 1986. Electromagnetic Field. Jhon willey and Sons. New York.
26
