ANALISIS PENGARUH TEGANGAN EKSTRAKSI PADA SIMULASI
advertisement
ANALISIS PENGARUH TEGANGAN EKSTRAKSI PADA SIMULASI LINTASAN BERKAS ELEKTRON PADA MESIN BERKAS ELEKTRON 300 keV / 20 mA DI PSTA-BATAN MENGGUNAKAN SOFTWARE SIMION 8.1 Andy Saktia Warseno1, Fuad Anwar1, Suprapto2 1Prodi Fisika FMIPA, Universitas Sebelas Maret, Surakarta 2PSTA-Batan, Yogyakarta e-mail: [email protected] ABSTRAK Telah dilakukan simulasi lintasan berkas elektron pada mesin berkas elektron 300 keV/20 mA dengan menggunakan software SIMION 8.1. Penelitian ini bertujuan mengamati hasil lintasan berkas dan pengaruh tegangan ekstraksi terhadap lebar diameter berkas elektron pada window. Simulasi dilakukan berdasarkan dengan pembuatan geometri elektroda Pierce yang terdiri dari katoda, anoda dan elektroda pemercepat yang kemudian diinputkan ke software, dilanjutkan dengan pendefisian partikel dan running simulasi. Hasil dari simulasi diamati bentuk lintasan berkas elektron dan pengaruhnya terhadap diameter berkas. Hasil yang diperoleh yaitu lintasan berkas yang menyebar menuju target dan menumbuk window. Sedangkan pengaruh tegangan ekstraksi adalah semakin besar tegangan ekstraksi maka besar diameter berkas mengalami penurunan diameter secara eksponensial dengan diameter terkecil yang dihasilkan sebesar π1 = 5.41 ± 0.05 dan π2 = 5.44 ± 0.05 pada tegangan ekstraksi 10 kV dan 12 kV. Kata kunci : Lintasan, diameter berkas, tegangan ekstraksi SIMION 8.1 ABSTRACT The simulation of the electron beam trajectory on the electron beam machine 300 kV /20 mA using the software SIMION 8.1 has been done. This study aims to observe the results of the trajectory of the beam and the effect of the extraction voltage on the width of the electron beam diameter in the window. The simulation is based on the geometry of Pierce electrode consisting of cathode, anode and accelerator electrode which is then input into software, followed by particle definition and simulation run. The result of the simulation is observed by the shape of the electron beam trajectory and its effect on the diameter of the beam. The results obtained are the trajectory of the file that spreads to the target and hit the window. While the effect of extraction voltage is the greater the extraction voltage, the diameter of the beam exponentially decreases in diameter with the smallest diameter generated by π1 =5.41 ± 0.05 and π2 =5.44 ± 0.05 at 10 kV and 12 kV extraction voltage. Keywords: Trajectory, beam diameter, SIMION 8.1, extraction voltage 300 mA PENDAHULUAN Seiring dengan perkembangan [2]. Berkas elektron yang dihasilkan oleh sumber elektron zaman, mesin pemercepat elektron memiliki parameter intensitas dan yang dikenal sebagai Mesin Berkas kualitas berkas seperti arus, diameter Elektron dan lintasan berkas elektron [3]. (MBE), telah banyak dikembangkan sebagai sumber radiasi Di PSTA-BATAN pada proses iradiasi suatu produk dibangun industri. maju elektron yang berdasarkan electroda pemanfaatan MBE telah berkembang Pierce untuk pra-vukanisasi lateks [4]. pesat, seperti di bidang industri Dan telah melakukan modifikasi dimanfaatkan pengeringan sumber elektron dan simulasi lintasan pelapisan permukaan materal (curing berkas elektron telah disimulasikan of coating) dan pembuatan ikatan dengan meggunakan software Opera silang (cross-linking polymer) pada 3D. Hasil simulasi berkas elektron plastik, karet, isolasi kabel dan yang diperoleh tidak mengalami vulkanisasi karet[1]. tumbukan dengan elektroda tabung Di negara-negara untuk Teknologi MBE untuk pravulkanisasi lateks MBE dengan telah sumber akselerator, namun mengalami titik menggunakan fokus dan persilangan sumbu berkas energi rendah dengan rentang energi akibat bidang ekuipotensial yang 150 keV sampai 500 keV dan rentang terbentuk arus berkas elektron 30 mA sampai katoda atau tegangan ekstraksi 5 keV pada tegangan anoda- dan 10 keV. Sedangakan pada Star t tegangan ekstraksi 15 keV lintasan berkas terfokus dan tidak mengalami Input GEM file penyilangan berkas [5]. Refine Untuk penyelesaian masalah ini perlu dilakukan dengan simulasi memperhatikan Coulomb dengan ulang interaksi Input definisi partikel, Ib, Vp dan variasi Ve. menggunakan software SIMION 8.1, agar simulasi lintasan berkas elektron Fly’m partikel yang dihasilkan optimal mendekati yang Hasil simulasi diharapkan. Simulasi lintasan berkas elektron yang menggunakan akan dilakukan SIMION End 8.1 merupakan simulasi dengan elektroda Gambar 1. Diagram alir pembuatan simulasi dengan SIMION 8.1 yang terdiri dari katoda, anoda dan 28 menggunakan Opera 3D. Desain elektroda geometri yang dibuat menggunakan pemercepat serta menggunakan arus berkas elektron Notepad++ dengan maksimal sebesar 20 mA. Setelah pemograman SIMION 8.1, kemudian memperoleh hasil simulasi akan disimpan dalam bentuk GEM.file. dilakukan analisis kualitas lintasan Dilanjutkan berkas elektron yang dihasilkan. GEM.file ke SIMION 8.1 dengan bahasa penginputan melalui New > Use geometry file(.GEM) METODE PENELITIAN Pada pembuatan simulasi pada jendela utama. Gambar desain dapat dilihat pada dibagi menjadi berberapa langkah Modify seperti seperti yang ditujukan pada Gambar Gambar.2. ditujukan pada 1. Langkah pertama, pembuatan desain geometri dengan menggunakan desain geometri yang telah disimulasikan dengan Gambar 2. Desain geometry pada dilihat dari menu Modify pada SIMION 8.1 Langkah kedua, proses Refine Voltage. Tegangan ektraksi pada SIMION 8.1 yang merupakan merupakan selisih tegangan antara proses peninjauan susunan elektroda katoda dan anoda. Besar ππ yang dan kalkulasi divariasi meliputi 2 kV, 4 kV, 6 kV, 8 ekuipotensial kV, 10 kV dan 12 kV. Sedangkan mulai melakukan pemecahan medan akibat dari bentuk geometri dengan metode over-relaxation besar ππ sebesar 300 kV. pada SIMION 8.1. Kemudian dilanjutkan dengan menjalankan simulasi lintasan berkas Setelah itu dilanjutkan dengan dengan meruningnya fly’m atau proses input definisi partikel. Pada particle. Data akhir berupa lintasan proses ini menginputkan jumlah partikel dan koordinat partikel untuk partikel sebanyak 1000 partikel, menghitung besar diameter berkas massa dan muatan menggunakan elektron yang sampai window. definisi elektron, koordinat dan distribusi sumber yang diasumsikan berbentuk lingkaran yang berdiameter HASIL DAN PEMBAHASAN Simulasi 1 cm serta penggunaan energy kinetic awal sebesar 0.25 eV. Kemudian dilanjutkan proses input arus berkas (πΌπ ), tegangan ekstraksi (ππ ) dan tegangan pemercepat (ππ ) yang Pada Input πΌπ dilakukan pada menu partikel, yang terlebih dahulu centang Grouped agar dapat dengan dalam kondisi MBE vakum. Hasil simulasi lintasan berkas berserta keterangan komponen-komponen elektroda dapat dilihat pada Gambar 3. nantinya akan divariasi. dilakukan Dimana tegangan ekstraksi merupakan selisih tegangan yang Katoda Anoda Lintasan berkas elektron Window mengaktifkan repulsion. Selanjutnya pilih Coul untuk mengaktifkan efek Coulomb, kemudian isi dengan besar arus berkas sebesar 20 mA. Elektroda pemercepat Sedangkan pada input ππ dan ππ di lakukan pada menu Pas > Fast Adjust Gambar 3. Gambar simulasi lintasan berkas elektron pada SIMION 8.1 diberi antara katoda dan anoda. elektron awal yang dikeluarkan lalu Elektron yang terektraksi kemudian dipercepat. dipercepat dengan tegangan pemercepat sebesar 300 kV. Dalam simulasi ini arus berkas yang diamati adalah dalam waktu 1 detik. Sehingga elektron dalam tersebut dikeluarkan 1 akan dari detik berusaha katoda-anoda dengan energi yang diberi pada tegangan ekstraksi. Semakin besar energi elektron yang terekstraksi semakin cepat mengalami Gambar 4. Grafik pengaruh Ve terhadap diameter berkas elektron untuk percepatan dan pemfokuskan. Besar diameter berkas Pada simulasi untuk variasi terkecil hasil simulasi untuk π1 tegangan pemercepat di dapat data sebesar 5,41 ± 0,05 cm dan untuk π2 diameter berkas π1 dan π2 , dimana π2 sebesar 5,44 ± 0,05 cm pada ππ merupakan diameter yang nantinya sebesar 10 dan 12 kV akan dimayarkan sedangkan π1 tetap. Data yang diperoleh kemudian dibuat KESIMPULAN grafik pengaruh tegangan ekstraksi Simulasi lintasan berkas terhadap lebar diameter berkas, grafik elektron pada MBE 300 kV/ 20 mA seperti ditunjukan pada Gambar 4. dengan Pada hasil variasi tegangan software diperoleh SIMION lintasan lurus 8.1 dan ekstraksi pada grafik dapat diamati menyebar. bahwa tegangan ekstraksi yang disimulasikan adalah ekstraksi, maka lebar diameter berkas semakin besar tegangan ekstraksi mengalami yang semakin besar penurunan secara lebar Pengaruh berkas tegangan mengalami eksponensial menuju lebar diameter penurunan berkas paling kecil. Hal ini terjadi Diperoleh lebar diameter berkas karena ekstraksi terkecil yang dihasilkan untuk π1 banyak sebesar 5,41 ± 0,05 cm dan untuk π2 tegangan mempengaruhi seberapa secara eksponensial. sebesar 5,44 ± 0,05 cm pada ππ performance parameters in a sebesar 10 kV dan 12 kV. pierce-type electron gun. Science and Technology, 2(6), 191-197. DAFTAR PUSTAKA [4] Pudjorahardjo, D.S., & Suprapto. [1]Sudjatmoko. (2002). Pemanfaatan teknologi akselerator elektron (mesin berkas elektron) energi rendah dalam bidang industri. Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya, Oktober. Yogyakarta [2] Schraf, W., WiesZczycka, W. (1999). Particle accelerators for industrial processing. Poland : Warsaw University of technology. [3] El-Saftawy A. A., Elfalaky,A., Ragheb, M. S., Zakhary, S.G. (2012). Investigation of beam (2007). Pengujian elektron pada aplikasi Prosiding sumber mbe industri untuk lateks. Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya, November, Yogyakarta [5] Suprapto, Darsono, Nuraeni, E., Taufik. (2015). Modifikasi sumber elektron dan simulasi lintasan berkas elektron pada tabung pemercepat MBE di PSTA. Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya, 30 November, Yogyakarta.