rancang bangun spark gap saklar sumber elektron - Digilib

ISSN 0216 - 3128
118
Agus Purwadi, dkk.
RANCANG BANGUN
SPARK GAP SAKLAR SUMBER
ELEKTRON
BERBASIS
PLASMA
DAN
METODE
PENENTUAN BESAR ARUS BERKAS PULSANYA
Agus Purwadi, Widdi Usada
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan – BATAN, Jl. Babarsari POB 6101 Ykbb, Telp. (0274)
488435, Yogyakarta 55281, e-mail : [email protected]
ABSTRAK
RANCANG BANGUN SPARK GAP SAKLAR SUMBER ELEKTRON BERBASIS PLASMA DAN METODE
PENENTUAN BESAR ARUS BERKAS PULSANYA. Telah dirancang bangun spark gap sebagai saklar pada
sistem sumber elektron berbasis plasma. Pada teknologi tegangan tinggi, untuk menghubungkan sumber
tegangan tinggi dengan suatu sistem biasa digunakan ignitron atau spark gap. Saklar dengan jenis tersebut
diharapkan dapat mempunyai waktu tanggap yang cepat dan dapat dioperasikan secara berulang dengan
tidak membebani sistem Jarak antar elektroda pada sistem spark gap dapat divariasi hingga sejauh 6 mm.
Dalam celah lucutan diantara kedua elektroda diletakkan sebatang logam sejajar dengan permukaan
elektroda, yang berfungsi sebagai pemicu. Jarak masing-masing permukaan elektroda terhadap batang
pemicu akan menentukan besar sumber tegangan yang dapat digunakan. Untuk lucutan spark yang berada
pada udara terbuka, break down terjadi bila medan listrik yang terbentuk di antara permukaan logam dan
batang logam ≥ 3 kV/mm. Besar arus pulsa hasil lucutan dapat ditentukan dengan metoda integrasi
menggunakan integrator pasif pada alat koil Rogowski.
Keywords : plasma, spark gap, lucutan elektrik, koil Rogowski.
ABSTRACT
DESIGN AND CONSTRUCTION SPARK GAP AS SWITCH OF THE ELECTRON SOURCE BASED
PLASMA AND DETERMINATION METHOD OF ITS PULSE BEAM CURRENT. It has been designed and
constructed the spark gap as switch for the electron source based plasma system. On the high voltage
technology for connecting high voltage source with the system is usually used ignitron or spark gap. This
kind of switch hoped be able to have the fast rise time and be able to operate repetitively which without
disturbing the operating system. The distance between of the both electrodes on the spark gap system can be
varied until 6 mm. In the discharge region between the both of electrode is laid metal stick paralell with
electrode surface as a trigger. The distance of each electrode surface with thec trigger stick will determine
the useable value of voltage source. For the spark discharge on the open air break down occured when the
electric field formed between electrode surface and trigger stick is ≥ 3 kV/mm. Pulse current value of
discharge yield could be determined by using integration method by using passive integrator on the
Rogowski.
Keywords : plasma, spark gap, electric discharge, Rogowski coil.
PENDAHULUAN
berbasis plasma, sebagai alat untuk perlakuan
permukaan suatu bahan.
enggunaan spark gap sebagai saklar untuk
menghubungkan sumber tegangan tinggi
berarus tinggi dengan suatu sistem, disamping akan
lebih ekenomis juga secara teknis akan mempunyai
nilai tambah diantaranya waktu tanggap yang cepat
serta saklar bisa dioperasikan secara berulang
(repetitive) dengan besar frekuensi sesuai dengan
kebutuhan[!]. Hasil rancang bangun spark gap disini
akan difungsikan sebagai saklar tegangan tinggi
dalam sistem peralatan tabung sumber elektron
Spark gap dapat dibuat dengan menggunakan dua buah permukaan logam sejajar (anoda dan
katoda) dengan jarak tertentu. Pada jarak/celah di
antara anoda dan katoda diletakkan sebatang
logam/kuningan yang sejajar anoda dan katoda yang
berfungsi sebagai pemicu. Spark gap diletakkan
pada udara terbuka (tekanan 1 atmosfir) yang mana
dadal listrik (break-down) di udara pada kondisi
tekanan dan suhu standar terjadi pada saat besar
medan listrik (E) sama dan atau lebih besar dari 3
P
Prosiding PPI - PDIPTN 2010
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 20 Juli 2010
Agus Purwadi, dkk.
ISSN 0216 - 3128
kV/mm[2]. Salah satu elektroda (anoda) spark gap,
dihubungkan dengan tegangan tinggi, sedang pada
bagian katoda dihubungkan dengan tanah
(grounded). Jarak antara anoda ke pemicu dan
pemicu ke katoda diatur/dibuat dalam perbandingan
tertentu. Pengaturan jarak tersebut demi keamanan
dalam pengoperasian spark gap, yakni pada saat
tegangan tinggi terpasang pada anoda maka medan
listrik pada kedua celah tersebut besarnya harus
memenuhi kriteria E lebih kecil dari 3 kV/mm,
supaya kondisi saklar tetap membuka. Kerja spark
gap akan bergantung pada besar E yang terdapat
diantara anoda dengan batang logam yang berfungsi
sebagai pemicu.
Besar arus elektron pulsa hasil lucutan yang
terjadi pada suatu sistem dapat ditentukan dengan
metode integrasi menggunakan integrator pasif pada
alat koil Rogowski.
Tujuan utama dari penelitian ini adalah dapat
dihubungkannya suatu energi dari sumber tegangan
tinggi berarus tinggi dengan sistem Sumber Elektron
Berbasis Plasma (SEBP) dengan induk-tansi serta
”jitter” yang minimum. Sasaran untuk pencapaian
tujuan tersebut perlu direalisasikan seperangkat alat
spark gap (prototip) terkendali, yang rancangbangun dan metoda penentuan berkas arus pulsanya
disajikan dalam makalah ini.
METODA DAN TATA KERJA
Rumusan umum tegangan dadal (breakdown) yakni saat terjadinya E pertama kali pada
tabung lucutan dapat dirumuskan sebagai[3] :
Vdadal =
a ( p d)
ln ( p d ) + b
(1)
dengan tegangan listrik V dalam volt, tekanan gas p
dalam atmosfer, dan jarak d dalam meter. Pada
umumnya untuk proses lucutan, besar tetapan a
adalah 365 volt/(cm.torr) dan tetapan b sekitar 1,18,
sehingga dapat disusun besarnya tegangan dadal
untuk berbagai variasi jarak dan tekanan gas. Bila
tegangan dadal terlampaui, maka gas yang tadinya
bersifat isolator (arus I <10-6 A) akan berubah
menjadi plasma yang bersifat konduktor dengan
arus I sebesar 10-4 < I <10-2 A. Karena menjadi
konduktor, maka aliran arus terjadi atau saklar
dalam keadaan tertutup (on position).
Spark gap yang berfungsi sebagai saklar
dibuat dengan menggunakan dua buah permukaan
logam sejajar (elektoda1 dan elektroda 2) dengan
jarak tertentu. Masing-masing elektroda dibuat dari
119
bahan kuningan. Pada celah di antara elektroda 1
(anoda) dan elektroda 2 (katoda) diletakkan
sebatang logam yang berfungsi sebagai pemicu,
seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Sistem spark gap dalam kondisi
aman pada jarak 6 mm, pada
tegangan operasi 15 kV di
udara.
Pada Gambar 1 ditunjukkan bahwa pemicu pada
jarak 3,6 mm dari elektroda 1 dan 2,4 mm dari
elektroda 2, pada tegangan tinggi terpasang 15 kV.
Posisi tersebut dalam keadaan aman, karena spark
gap yang berada pada tekanan atmosfir (udara
terbuka) break-down terjadi pada saat medan listrik
≥ 3 kV/mm. Jarak antara anoda ke pemicu (celah 1)
dan jarak pemicu ke katoda (celah 2) diatur/dibuat
dalam perbandingan tertentu. Pengaturan jarak
tersebut demi keamanan dalam pengoperasian spark
gap, yakni pada saat tegangan tinggi terpasang pada
anoda maka medan listrik pada celah 1 dan celah 2,
besarnya harus memenuhi kriteria E < 3 kV/mm,
supaya tak terjadi break down (saklar tetap terbuka).
Pada Gambar 1 besar medan listrik E untuk celah 1
(antara elektroda 1 dan pemicu) dan untuk celah 2
(antara pemicu dan elektroda 2) masih lebih kecil
dari 3 kV/mm, sehingga aman tidak ada break down
listrik.
Selanjutnya kalau batang pemicu dipicu
dengan tegangan sebesar minus (-) 12 kV maka
akan terjadi dinamika (proses perubahan) tegangan
pada sistem spark gap tersebut seperti ditunjukkan
pada Gambar 2. Ditunjukkan pada Gambar 2 bahwa
dengan tegangan pemicu -12 kV maka medan listrik
di celah 1 (EC1) menjadi 5,83 kV yang telah
melebihi dari 3 kV/mm, sehingga terjadi breakdown
di celah 1 (C1). Breakdown di C1 disertai naiknya
tegangan pada batang pemicu mendekati 15 kV dan
segera diikuti breakdown pada celah 2 (C2) sesaat
setelah batang pemicu mencapai tegangan 7,2 kV.
Terjadi proses hantaran arus listrik pada sparkgap
atau saklar dalam kondisi tertutup.
Prosiding PPI - PDIPTN 2010
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 20 Juli 2010
120
ISSN 0216 - 3128
Agus Purwadi, dkk.
Gambar 2. Dinamika tegangan pada celah spark sejauh 6 mm
dengan tegangan pemicu sebesar -12 kV.
Penggunaan sistem saklar seperti ini yang
merupakan penghubung antara tegangan tinggi
dengan sistem, secara teknis akan mempunyai waktu
tanggap yang lebih cepat serta pengoperasiannya
dapat dibuat berulang (repetitive) dengan selisih
waktu singkat serta umur spark yang panjang.
Dalam penggunaannya sistem spark gap (SG) akan
mendukung pengoperasian sistem peralatan SEBP
dengan sistem rangkaian elektrik seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Rangkaian Sistem Lucutan SEBP.
Pada tahap awal, tabung SEBP telah selesai
dirancang dengan gambar tabung lucutan tipe dioda
seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Rancangan
tabung lucutan plasma tipe dioda untuk sumber
elektron di sini sifatnya masih dasar sehingga
perancangan tabung lucutan belum untuk tujuan
aplikasi tetapi sebagai penelitian awal (diagnostik)
untuk penentuan parameter-parameter plasmanya
(besar kerapatan, suhu dan arus lucutan) yang
nantinya berkaitan dengan konstruksi sumber
elektron untuk tujuan perlakuan pada permukaan
bahan.
Tabung lucutan disini dirancang dengan
mempertimbangkan atas lucutan yang terjadi dalam
tabung itu sendiri. Kondisi lucutan setelah terjadi
break down (kondisi terjadinya loncatan elektrik
antara anoda-katoda yakni saat impedansi anodakatoda menjadi sangat kecil) harus diketahui apakah
dalam bentuk lucutan Townsend, lucutan pijar atau
lucutan arc sehingga plasma yang dihasilkan akan
optimum yakni sesuai dengan parameter plasma
yang diharapkan.
Dalam penggunaannya, dari ketiga jenis
lucutan elektrik tersebut di atas maka sebagai
sumber elektron hanyalah kondisi lucutan pijar yang
dipilih karena partikel plasma mayoritas terdapat di
dalamnya yang tepatnya pada daerah kolom positip.
Pada kondisi lucutan pijar, plasma yang akan
digunakan sebagai sumber elektron harus berada
dalam tabung lucutan bertekanan rendah yakni
antara 10-3 torr sampai dengan 10 torr, karena suhu
Prosiding PPI - PDIPTN 2010
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 20 Juli 2010
Agus Purwadi, dkk.
ISSN 0216 - 3128
121
rerata plasma dalam kisaran 2 eV (elektron Volt)
sampai dengan 12 eV telah mampu untuk proses
berlangsungnya ionisasi dan desosiasi molekulmolekul gas isian pada tabung lucutan[4].
Gambar 5. Koil Rogowski.
Pada Gambar 5 ditunjukkan bahwa koil
Rogowski mempunyai resistansi koil rc, induktansi
koil Lc dan aliran arus induksi i dan dibagian
ujungnya dipasang resistan r yang berinduktansi
sangat rendah.
Besar arus lucut (bentuk pulsa) yang terjadi
pada sistem dapat diukur menggunakan koil
Rogowski dan alat bantu osiloskop. Arus akan
tertampil pada osiloskop dalam bentuk sinus
teredam, dengan besar arus lucut yang dapat
dirumuskan sebagai
I (t ) =
Gambar 4. Rancangan tabung lucutan sumber elektron plasma dengan
komponen-komponennya:
1.
Dinding tabung/gelas, 2.Tutup
tabung/teflon, 3.Anoda/grid, 4.
Katoda, 5. Terminal anoda/
katoda, 6. Lobang pemvakuman
dan atau pengisian gas, 7. Batang
penguat tutup tabung/SS silinder
pejal, 8. O-ring ujung dinding
tabung, 9. Berkas elektron, 10.
O-ring pada terminal anoda/
katoda/lobang va-kum, 11. Alat
ukur koil Rogowski dan probe
Langmuir.
Pada Gambar 4 ditunjukkan adanya fasilitas
alat ukur parameter plasma diantaranya adalah koil
Rogowski sebagai alat penentuan berkas arus
elektron pulsa. Koil Rogowski merupakan solenoid
dengan jumlah lilitan tertentu yang dibengkokkan
sehingga menjadi bentuk torus, sedang arus berkas I
yang akan diukur adalah yang mengalir melalui
bagian dalam torusnya, seperti ditunjukkan pada
Gambar 5[5].
2π a R C
V0 (t )
µ0 A n
(2)
dengan I(t) = besar arus pulsa, a = jejari mayor
torus, R = resistansi integrator, C = kapasitan
integrator, V0(t) = tegangan keluaran, µ0.= tetapan
permeabilitas = 1,26 × 10-6 Hm-1, A = luas tampang
lintang minor torus, n = jumlah lilitan torus.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Spark gap untuk tabung SEBP akan
dirangkaikan dengan kapasitor (yang telah tersedia)
dengan besar kapasitan 60 µF dan tegangan 10 kV.
Seperti ditayangkan pada rumus (1) di atas
sebenarnya bila telah diketahui jarak antar elektroda
(d) dan tekanan gas (p) dalam tabung SEBP maka
dapat diperkirakan besar tegangan dadalnya.
Selanjutnya setelah diketahui tegangan dadalnya
maka tegangan dadal tersebut dapat digunakan
sebagai masukan untuk besar tegangan pemicu (pin
kendali) spark gap dan tegangan kapasitor C yang
harus disediakan.
Dalam praktek dapat digunakan pula SEBP
pulsa secara lucutan diri ”self discharge” dengan
mengatur jarak spark gap tertentu, namun perlu
diketahui lucutan diri beresiko adanya ketidak
pastian jarak antar pulsa yang disebabkan oleh
Prosiding PPI - PDIPTN 2010
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 20 Juli 2010
122
Agus Purwadi, dkk.
ISSN 0216 - 3128
adanya jitter (selisih waktu antara ∆tmaks dengan
∆tmin, dimana ∆t adalah waktu tunda yakni selisih
waktu antara saat pemicu dihidupkan dengan saat
awal terjadinya break-down) pada tabung lucutam.
Idealnya besaran ∆t akan selalu sama, namun dalam
kenyataan proses break-down merupakan proses
statistik sehingga ∆t tidak selalu sama. Oleh
karenanya untuk memperkecil/mengurangi jitter
tersebut diperlukan pembuatan spark gap yang
terkendali, yakni dengan memberikan satu pin
pemicu (elektroda) yang diletakkan di antara kedua
elektroda spark gap-nya. Pada umumnya dalam
tekanan udara luar, tegangan dadal pada jarak 1 mm
adalah sekitar 3 kV, maka jarak antar elektroda pada
spark gap dibuat cukup lebar. Demi keamanan
dalam pengoperasian tegangan tinggi juga misal
jarak tersebut diambil sejauh 5 mm, sehingga akan
diperlukan besar tegangan untuk mendadalkannya
sebesar 5 mm × 3 kV/mm = 15 kV. Karena besar
tegangan kapasitor yang akan digunakan/tersedia
hanya 10 kV, maka diperlukan lagi 5 kV. Disinilah
peran dari elektroda ketiga yakni pin pemicu yang
dipasang di antara kedua elektroda spark gap.
Kekurangan tegangan 5 kV tersebut dapat dipenuhi
bila ada/dipasok tegangan negatif dari luar sebesar 5
kV pada pin pemicu tersebut.
Untuk penentuan
jumlah pulsa yang
diharapkan juga dapat diatur, mengingat jumlah
pulsa setiap detiknya ditentukan oleh kecepatan
pengisian kapasitor C yang diimbangi oleh unit
kendali. Pada umumnya kapasitor sudah dianggap
penuh bila telah melampaui sekian kali tetapan
waktu pengisian τ, τ = RC (dimana R adalah
tahanan pembatas arus dan C adalah kapasitansi
kapasitor). Misalkan τ nya adalah sebeasr 0,05
detik, kapasitor sudah dianggap penuh bila telah
diisi muatan selama t = 5τ = 0,25 detik, maka dapat
diset/ditetapkan untuk setiap detiknya ada sejumlah
4 buah pulsa, dengan cacatan bahwa lebar pulsanya
jauh lebih kecil dari pada waktu pengisian dan
memang pada umumnya lebar pulsanya hanya
dalam orde mikro bahkan dalam orde nano sampai
piko detik.
Spark gap disini dikonstruksi dalam satu
sungkup tertutup untuk meredam suara keras
letupan yang terjadi saat operasi, mengingat arus
yang mengalir pada spark gap adalah akan sangat
besar yakni dalam orde ratusan kA (akan diukur
dengan menggunakan alat koil Rogowski buatan
sendiri). Hasil pengukuran arus bisa ditampilkan
pada osiloskop, yang diharapkan pulsa akan dalam
bentuk fungsi sinus yang teredam. Oleh karenanya
alat ukur koil Rogowski dalam percobaan ini akan
mutlak diperlukan karena disamping bisa mengetahui harga besaran arus pulsa, juga dari harga
periode osilasi T yang diperoleh dapat digunakan
untuk menentukan besar induktansi tabung SEBP
(mengingat harga kapasitan kapasitor yang digunakan telah diketahui), akhirnya besar induktansi
spark gap juga dapat ditentukan (mengingat besar
induktansi dari kabel koaxial penghubung dapat
diukur/dihitung). Hasil rancangan sistem spark gap
adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 6.
Ditunjukkan pada Gambar 6 bahwa nomor 1 adalah
rumah atau sungkup spark gap yang terbuat dari
silinder pralon dan ujung-ujungnya ditutup dengan
flexyglass. Nomor 2 adalah batang pemicu yang
terbuat dari bahan kuningan. Nomor 3 adalah baut
yang menghubungkan bahan pralon dengan
flexyglass, sehingga sewaktu-waktu elektroda dalam
tabung sudah kotor dapat dikeluarkan untuk
dibersihkan kembali.
Nomor 4 adalah tutup
samping yang terbuat dari bahan flexyglass. Nomor
5 adalah bantalan dari bahan kuningan tempat
diletakkannya elektroda bertangkai ulir agar jarak
antar elektroda pada spark gap dapat diatur. Nomor
6 adalah elektroda yang masing-masing untuk
dihubungkan ke sumber tegangan tinggi dan ke
sistem sumber elektron berbasis plasma. Hasil
rancangan detail untuk masing-masing komponen
dari sistem spark gap pada Gambar 6 adalah
terperinci seperti ditunjukkan pada Gambar 7,
Gambar 8 dan Gambar 9. Sedang hasil konstruksi
sistem spark gap adalah seperti ditunjukkan pada
Gambar 10.
Untuk penentuan arus pulsa hasil lucutan
dapat digunakan alat bantu koil Rogowski (yang
dapat dibuat sendiri) dengan menggunakan rumus
seperti yang ditunjukkan pada persamaan (2) di atas.
Kalau jejari mayor torus adalah a dan arus lucut
yang akan diukur adalah I(t), maka menurut hukum
Ampere persamaan medan magnet terinduksi B(t)
oleh arus I(t) pada sumbu tampang lintang minor
torus dapat dituliskan sebagai[6]:
B (t ) =
µ 0 I (t )
2π a
(3)
Jika luas tampang lintang minor torus adalah A
maka besar fluks magnet Φ(t) yang tersebar pada
tampang lintang minor torus adalah :
Φ (t ) =
µ0 A
I (t )
2π a
(4)
Sehingga tegangan terinduksi yang lewat
terminal koil adalah:
V (t ) =
µ 0 A n dI
2 π a dt
(5)
dengan n adalah jumlah lilitan koil. Dapat terlihat
bahwa tegangan terinduksi sebanding terhadap
Prosiding PPI - PDIPTN 2010
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 20 Juli 2010
Agus Purwadi, dkk.
ISSN 0216 - 3128
kecepatan perubahan arus dan bukan arusnya itu
sendiri. Agar diperoleh I(t), tegangan keluaran koil
harus diintegralkan dan secara percobaan hal ini
dapat dilakukan dengan menggunakan integrator
123
pasif. Dalam praktek, keluaran koil dapat
diintegralkan dengan integrator RC pasif sederhana
seperti ditunjukkan oleh rangkaian ekivalen pada
Gambar 11.
Gambar 6. Rancangan prototip spark gap untuk tabung SEBP.
Prosiding PPI - PDIPTN 2010
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 20 Juli 2010
124
ISSN 0216 - 3128
Gambar 7. Rancangan selungkup pada prototip spark gap.
Prosiding PPI - PDIPTN 2010
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 20 Juli 2010
Agus Purwadi, dkk.
Agus Purwadi, dkk.
ISSN 0216 - 3128
Gambar 8. Rancangan bantalan dan elektroda pada prototip spark gap.
Prosiding PPI - PDIPTN 2010
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 20 Juli 2010
125
126
ISSN 0216 - 3128
Gambar 9. Rancangan tutup tabung pada prototip spark gap.
Prosiding PPI - PDIPTN 2010
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 20 Juli 2010
Agus Purwadi, dkk.
Agus Purwadi, dkk.
ISSN 0216 - 3128
127
plasma, maka
sederhana :
akhirnya
diperoleh
persamaan
V (t ) = i R
(8)
Tegangan keluaran koil terintegrasi diperoleh lewat
kapasitor C dan diberikan oleh persamaan:
V0 (t ) =
1
C
t
∫0
i dt =
1
RC
t
∫0 V (t ) dt
(9)
dengan i sudah disubstitusi dari persamaan (8).
Selanjutnya dengan mensubstitusikan V(t) dari
persamaan (5) akan diperoleh persamaan :
µ 0 A n I (t )
2π a R C
V0 (t ) =
(10)
Atau dapat dituliskan sebagai :
Gambar 10. Konstruksi prototip spark gap
untuk sistem SEBP
I (t ) =
2π a R C
V0 (t )
µ0 A n
(11)
Masing-masing tetapan besaran fisis pada persamaan (11) di atas : a = jejari mayor torus, R =
resistan integrator, C = kapasitan integrator, µ0.=
tetapan permeabilitas = 1,26 × 10-6 Hm-1 dan A =
luas tampang lintang minor torus serta n = jumlah
lilitan torus adalah harganya sudah tertentu dan
dapat diukur, sehingga harga arus I(t) yang
merupakan arus lucutan (pulsa) juga akan dapat
diukur/ditentukan untuk masing-masing harga
t(waktu) tertentu.
Gambar 11. Rangkaian ekivalen koil dan
integrator RC.
Koil Rogowski diwakili oleh induktan LC dan
sebuah resistor RC yang persamaan rangkaiannya
dapat dituliskan sebagai:
dI
1
V (t ) = LC ( ) + i ( R + RC ) +
dt
C
t
∫0
i dt
(6)
Dengan i adalah arus induksi yang mengalir di
rangkaian koil dan t adalah lama waktu kejadian
plasmanya. Kita gunakan kondisi R >> RC dan R
>> LC ω dimana ω frequensi tertinggi dalam bentuk
gelombang, sehingga persamaan (6) boleh dituliskan sebagai :
V (t ) = i R +
1
C
t
∫0
⎡
1
i dt = R ⎢i +
RC
⎣
t
∫0
⎤
i dt ⎥
⎦
(7)
Kalau harga RC dipilih sedemikian sehingga
harganya jauh lebih besar dari pada waktu kejadian
KESIMPULAN
1. Telah terkonstruksi satu unit alat spark gap
untuk mendukung operasional alat SEBP.
2. Alat spark gap dapat dibongkar-pasang untuk
perawatan agar umur alat lebih lama.
3. Arus elektron pulsa dapat ditentukan menggunakan alat koil Rogowski buatan sendiri, dengan
ukuran geometri dapat disesuaikan dengan
kebutuhan.
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan selesainya rancang bangun prototip
spark gap dan metoda penentuan arus berkas
elektron pulsa, penulis mengucapkan banyak terima
kasih kepada Drs. Aminus Salam, Ir. Setyo Atmojo
dan Ir. Bambang Lusmianto serta rekan-rekan
semua di kelompok TAFN dan Bengkel Mekanik
BEM atas segala bentuk bantuannya; diskusi,
pikiran dan tenaganya.
Prosiding PPI - PDIPTN 2010
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 20 Juli 2010
128
ISSN 0216 - 3128
DAFTAR PUSTAKA
Agus Purwadi, dkk.
TANYA JAWAB
1. J. HENDRIKS G.J.H. BRUSSARD, Picosecond
High Voltage Switching of A Pressurized Spark
Gap, Eindhoven University of Technology,
Department of Applied Physics, Center for
Plasma Physics and Radiation Technology, PO
Box 513, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands, 2003.
2. YU D. KOROLEV, G.A. MESYATS, Physics
of Pulsed Breakdown in Gases, Ekaterinburg,
Ural Division of the Russian Academy of
Science,1998.
3. WIDDI USADA, dkk., Perhitungan Parameter
Plasma Pada Perancangan Piranti Nitridasi
Plasma 20 kW, Seminar Nasional Teknologi
dan Aplikasi Akselerator XII, PTAPB-BATAN,
Yogyakarta, 19 Oktober 2009.
4. OJHA, MS., Plasma Enhanced Chemical Vapor
Deposition of Thin Film, Physics of Thin Film,
Vol. 12, p.328, Academic Press, New York,
1982.
5. HUDDLESTONE, RH. and LEONARD, SN.,
Plasma Diagnostic Techniques, p. 113 – 117,
Academic Press, New York, 1965.
6. ROBERT RESNICK, DAVID HALLIDAY,
Physics, Department of Physics, Rensselaer
Polytechnic Institute, Troy, New York 12181,
Januari 1978.
Bambang Siswanto
− Spark gap sebagai saklar disini untuk tegangan
tinggi atau arus tinggi?
− Selain diukur dengan alat koil Rogowski apakah
ada alat lain?
Agus Purwadi
− Untuk tegangan tinggi dan arus besar.
− Setahu saya sementara ini untuk tegangan tinggi
baru digunakan alat ukur pembagi tegangan
(voltage devider) dan untuk arus tinggi dengan
koil Rogowski.
Irianto
− Apa kelebihan penggunaan sumber elektron
berbasis plasma dibanding sumber elektron
menggunakan kawat/elemen panas?
Agus Purwadi
− Kelebihannya umur hidup (life time) lebih lama,
daya kosumsi lebih rendah dan efisiensinya lebih
tinggi.
Prosiding PPI - PDIPTN 2010
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 20 Juli 2010