AKSELERATOR ” BETATRON ”

MAKALAHUntuk memenuhi matakuliah

Fisika Intiyang dibina oleh Bapak Dwi Haryoto

Oleh:Kelompok IV / Offering C-C

Deby Rahmawati 100321405235Ferdiana Ikawati 100321405340I’in Sufiya 100321405239Puspa Handaru Rachmadhani 100321400991

UNIVERSITAS NEGERI MALANGFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

JURUSAN FISIKADesember, 2013

A. PENGERTIAN BETATRON

Akselerator adalah alat yang dipakai untuk mempercepat gerak partikel bermuatan

seperti elektron, proton, inti-inti ringan, dan inti atom lainnya. Mempercepat gerak

pertikel bertujuan agar pertikel tersebut bergerak dengan cepat sehingga memiliki energi

kinetik yang sangat tinggi. Untuk mempercepat gerak partikel ini diperlukan medan

listrik ataupun medan magnet. Dilihat dari jenis gerakan medan partikel, ada dua jenis

akselerator, yaitu akselerator dengan gerak partikelnya lurus (lebih dikenal sebutan

akselerator liniear)dan gerak partikelnya melingkar (akselerator magnetik).

Akselereator gerak pertama kali dikembangkan oleh dua orang fisikawan Inggris,

J.D. Cockroft dan E.T.S Walton, di Laboratorium Cavendish, Universitas Cambrige

pada 1929. atas jasanya itu, mereka dianugrahi hadiah Nobel bidang fisika pada 1951.

Pada mulanya, akselerator partikel dipakai untuk penelitian fisika energi tinggi dengan

cara menabrakkan partikel berkecepatan sangat tinggi ke target tertentu. Namun, ada

beberapa jenis akselerator partikel yang dirancang untuk memproduksi radiasi berenergi

tinggi untuk keperluan radioterapi.

B. SEJARAH BETATRON

Untuk mendapatkan sinar-X dengan energi yang sangat tinggi, para ilmuwan telah

membangun mesin pembangkit sinar-X yang sangat kuat. Salah satu diantaranya adalah

mesin pembangkit yang diberi nama betatron. Mesin betatron pada prinsipnya adalah

suatu tabung sinar-X berukuran sangat besar. Betatron peartama kali diperkenalkan

pada 1941 oleh Donald William Kerts dari Universitas Illinois, Amerika Serikat.

Penamaan Betatron mengacu pada salah satu jenis sinar radioakatif yaitu sinar-ß , yang

merupakan aliran elektron yang berkecepatan tinggi.

C. BAGIAN-BAGIAN BETATRON

Betatron terdiri atas tabung kaca hampa udara berbentuk cincin raksasa yang

diletakan diantara dua kutub magnet yang sangat kuat. Penyuntik berupa filamen panas

yang berperan sebagai pemancar elektron dipasang untuk menginjeksi aliran elektron ke

dalam tabung pada sudut tertentu. Setelah elektron disuntikan ke dalam tabung, ada dua

gaya yang akan bekerja pada elektron tersebut. Gaya yang pertama membuat elektron

bergerak mengikuti lengkungan tabung. Di dalam medan magnet, partikel akan bergerak

melingkar. Gaya yang kedua berperan mempecepat gerak elektron hingga kecepatannya

semakin tinggi. Melalui gaya ke dua ini, elektron memperoleh energi kinetik yang

sangat besar.Dalam waktu sangat singkat, elekttron akan bergerak melingkar di dalam

tabung beberapa ribu kali. Apabila energi kinetik elektron telah mencapai nilai tertentu,

elektron dibelokan dari jalur lengkungannya sehingga dapat menabrak target secara

langsung yang berada di tepi ruangan. Dari proses tabrakan ini pancaran sinar X

berenergi sangat tinggi. Sebagi besar betatron menghasilkan elektron berenergi kira-kira

20 MeV.

Betatron memiliki kelemahan karena mesin itu memerlukan magnet berukuran

sangat besar guna mendapatkan perubahan fluks yang diperlukan untuk mempercepat

elektron. Untuk mengatasi kelemahan ini, diperkenalkan jenis akselerator elektron

lainnya yang menggunakan magnet yang berbentuk cincin yang diberi nama sinkrontron

elektron. Alat ini berfungsi sebagai pemercepat elektron yang mampu menghasilkan

elektron dengan energi kinetik lebih besar di bandingkan betatron. Elektron dengan

energi anatara 50-100 kV dipancarkan dari filamen untuk selanutnya dipercepat di

dalam alat. Pada saat akhir proses percepatan, elektron ditabrakan menuju sasaran

sehingga dihasilkan sinar X dengan energi dan intensitas tinggi.

D. PRINSIP KERJA BETATRON

Singkatnya, betatron sederhana memiliki unsur-unsur sebagai berikut:

1. Sebuah rangkaian magnet berdenyut untuk mempercepat elektron oleh medan

induktif.

2. Sebuah celah udara untuk memaksa medan magnet ke daerah transportasi

balok, elektron mengikuti melingkar orbit di bidang lentur.

3. Medan magnet berbentuk balok untuk focus

Suatu toroidal kamar ruang hampa melingkari inti suatu magnit besar. Medan

magnet diproduksi oleh coil yang berdenyut; fluks maknetis di dalam radius kamar

ruang hampa ber;ubah dengan waktu. Perubahan terus menerus Terus meningkat

menghasilkan suatu azimuthal yang medan elektrik mempercepat elktron di (dalam)

kamar.

Di (dalam) ketidakhadiran dari suatu sela-udara, ada fluks maknetis

[kecil/sedikit] di luar inti itu . Suatu sela-udara adalah yang dimasukkan untuk

mengalihkan sebagian dari fluks maknetis ke dalam kamar ruang hampa. Dengan

pilihan lebar gap yang sesuai, medan magnet yang vertikal dapat disesuaikan untuk

membatasi elktron [bagi/kepada] suatu orbit lingkar di (dalam) kamar ruang hampa.

[Seperti/Ketika] ditunjukkan Gambar 11.1, membatasi bentuk bidang dibengkokkan.

Resultan Bidang mempunyai suatu index bidang hal positif

Gaya yang pertama membuat elektron bergerak mengikuti lengkungan tabung.

Di dalam medan magnet, partikel akan bergerak melingkar. Gaya yang kedua berperan

mempercepat gerak elektron hingga kecepatannya semakin tinggi. Melalui gaya ke dua

ini, elektron memperoleh energi kinetik yang sangat besar. Dalam waktu sangat singkat,

elektron akan bergerak melingkar di dalam tabung beberapa ribu kali. Apabila energi

kinetik elektron telah mencapai nilai tertentu, elektron dibelokan dari jalur

lengkungannya sehingga dapat menabrak target secara langsung yang berada di tepi

ruangan. Dari proses tabrakan ini pancaran sinar X berenergi sangat tinggi karena

sebagian besar akselerator dapat mempercepat elektron hingga energinya mencapai 20

Mega elektron Volt (MeV).

Betatron memiliki kelemahan karena mesin itu memerlukan magnet berukuran

sangat besar guna mendapatkan perubahan fluks yang diperlukan untuk mempercepat

elektron.

Bahkan dengan desain magnet yang baik, betatrons tidak efisien. Ketika

geometri betatron dasar. Sebuah ruang vakum toroidal mengelilingi inti dari sebuah

magnet besar. Medan magnet yang dihasilkan oleh gulungan berdenyut, fluks magnetik

di dalam jari-jari perubahan ruang vakum dengan waktu. Peningkatan fluks

menghasilkan medan listrik azimut yang mempercepat elektron dalam ruang.

Dengan tidak adanya celah udara, ada sedikit fluks magnetik luar inti. Sebuah

celah udara termasuk untuk mengalihkan sebagian dari fluks magnetik ke dalam ruang

vakum. Dengan pilihan yang tepat lebar celah, medan magnet vertikal dapat disesuaikan

untuk membatasi elektron ke orbit melingkar di ruang vakum.

Dua metoda yang mungkin untuk meningkatkan operasi betatron: ( 1) high-

energy suntikan dan ( 2) penambahan bersifat tambahan memusatkan alat.

1. Di (dalam) metoda yang pertama, yang digambarkan Gambar 11.12, suatu high-

current, high-energy [balok/berkas cahaya] dari suatu linier pedal kecepatan

induksi/pelantikan disuntik putaran tunggal ke dalam betatron [itu]. Untuk

memudahkan suntikan, betatron bisa dibangun [adalah] suatu racetrack bentuk

wujud. Mesin yang lingkar dipecah jadi dua orang [part;bagian] yang dihubungkan

oleh bagian lurus/langsung. Suntikan Dan [Pengambilan/Penyaringan] dilakukan

yang lurus/langsung bagian, yang bebas membengkokkan bidang. Betatron

melaksanakan bagian yang akhir akselerasi beredar ( sebagai contoh, dari 100 untuk

300 Mev

2. Dari gambar dapat dilihat ( 1) suatu solenoidal bidang dibengkokkan ( toroidal

bidang), ( 2) solenoidal kanta magnet terpisah dengan pembalikan arah bidang

diterapkan, dan ( 3) suatu array [dari;ttg] lensa caturkutub magnetis di (dalam)

suatu bentuk wujud FD.

Pengubah yang memusatkan metoda di (dalam) betatron adalah suatu

area riset aktip. Ada beberapa permasalahan [yang] teknologi sulit untuk

dipecahkan. Sebagai contoh, suntikan ke dalam suatu betatron dengan suatu

toroidal bidang kuat dengan sangat lebih sulit dibanding suntikan ke dalam ilmu

ukur baku, bahkan[yang sekarang rendah. Masalah yang utama di (dalam)

manapun kuat memusatkan betatron adalah fakta yang harus menerobos yang=

1 kondisi ( lihat Bagian 7.2). Ketika low-energy [balok/berkas cahaya] adalah

yang disuntik, kekuatan mnatan ruang yang kuat memerlukan memusatkan

pengganti kuat. Memusatkan kuat menyiratkan [bahwa/yang] panjang

gelombang betatron kurang dari lingkar mesin; seperti itu kedua-duanya arah

vertikal dan yang radial. Pada ujung siklus akselerasi, bidang gradient

memusatkan mendominasi. Garis edar menyerupai mereka yang suatu betatron

konvensional dengan. Jalan lintasan melalui/sampai resonansi kondisi bisa

dihindarkan dengan terus meningkat memusatkan yang pengganti bidang

dengan membengkokkan bidang dan pemeliharaan. Ini adalah tidak secara

teknologipraktis ] memusatkan sistem akan memerlukan masukan energi tinggi.

E. PRINSIP BETATRON

Menggunakan Hukum Ampere ( ρ= radius of a beam pipe), diperoleh

Menggunakan Hukum Newton

Karena gaya tegak lurus dengan medan magnet maka berlaku persamaan

Dengan menggunakan prinsip betatron, hubungan medan B (ρ) pada orbit P adalah

B (ρ) = ½ B

DAFTAR RUJUKAN

Anggraini, Nicky. 2013. Manfaat Ilmu Fisika. (online),

(http://nickyanggra.blogspot.com/2013/04/normal), diakses tanggal 21 oktober

2013

Anggraeni. 2011. Betatron.(online),

(http://ara1106.blogspot.com/2011/12/betatron.html), diakses tanggal 21 oktober

2013

Mukhlis akhadi. 2013. Akselerator partikel untuk radioterapi. (online),

(http://blog.nuklir.org), diakses tanggal 21 oktober 2013

Physics, Medical. 2011. Radioterapi. (online),

(http://Jannahmedicalphysics.blogspot.com/2011/05/radioterapi-1.html), diakses

tanggal 21 oktober 2013