PENGOPRASIAN MESIN BERKAS ELEKTRON (MBE) MILIK PT-APB

TIPE BA 350 KeV/10 mA

By:NURUL LAILI ARIFIN

STTN-BATAN YOGYAKARTA

I. PENDAHULUAN

Mesin berkas elektron ( MBE) merupakan mesin pemercepat partikcl di mana jenis partikcl yang

dipcrcepat adalah elcktron. Mesin Berkas Elektron (MBE) 350 keV/10 mA yang ada di PTAPB-

BATAN Yogyakarata mempunyai energi berkas 350 keV dan arus berkas 10 mA. Dalam

pengoperasiannya mesin ini dapat diatur besarnya tegangan pemercepat, arus berkas dan kecepatan

konveyor, sehingga dapat ditentukan besarnya dosis serap yang diinginkan.

Tabel 1. Spesifikasi Teknis MBE 350 keV/10 mA di PTAPB-BATAN YogyakarataModel BA-350/l 0/03Energi elektron maksimum 350 keV

Arus elektron maksimum 10 mA

Ukuran berkas iradiasi 1200 mm x 60 mm

daya listrik 5 kVA

Kecepatan konvcyor 0,18 - 0,3 m/mcnit

Sumber elektron Tipe termionik, filamen dari tungsten, housing dari SS

Sumber tegangan tinggi Cockroft-Walton, kapasitas 500 kV/20 mA

Sistem pemfokus Lensa magnetik solenoid, panjang kumparan 100 em

Sistem pemayar Kumparan elcktromagnet. pole bcrbentuk trapcsium, medan magnct maksimum 90 gauss.

Sistem vakum Pompa rotari dan turbo molckuljendela Bahan titanium. tebal 50 11m

Gambar 2. Skema MBE-PTAPB 350 keV / 10 Ma

Keterangan:

1 | P r a k . k i m i a r a d i a s i

1. Sumber tegangan tinggi 6. Jendela pemayar

2. Sumber elektron (electron gun) 7. Pompa turbomolekular

3. Tabung akselerator 8. Sumber tegangan terisoler

4. Magnet pemayar (scanning system) 9. Pompa rotari

5. Corong pemayar (scanning horn) 10. Konveyor

Dalam proses radiasi dengan berkas elektron, ada tiga parameter utama yang harus diperhatikan

agar suatu proses radiasi berjalan efisien dan mencapai sasaran (Djaloesis, 1996), yaitu :

1. Radiasi berkas elektron, parameter radiasi berkas elektron meliputi energi radiasi dan arus

berkas elektron. Energi radiasi menentukan daya penetrasi radiasi dan laju dosis terhadap cuplikan

yang diiradiasi, sedangkan arus berkas hanya menentukan laju dosis radiasi.

2. Cuplikan yang diiradiasi, parameter cuplikan yang diiradiasi meliputi fasa, densitas dan

geometri.

3. Teknik radiasi, teknik iradiasi terhadap bahan dapat dilakukan secara batch, semi batch dan

sinambung (continue).

Parameter radiasi meliputi energi radiasi dan arus berkas elektron. Energi radiasi

menentukan jarak bahan yang diiradiasi, sedangkan arus berkas menentukan laju

dosis radiasi. Parameter bahan yang diiradiasi meliputif ase dan bentuk bahan.

Teknik iradiasi terhadap bahan dapat dilakukan secara batch, semi batch atau

kontinu (sinambung). Sistem pembawa bahan untuk diiradiasi dapat dilakukan

dengan berbagai cara misalnya, sistem konveyor, langsung bergerak atau

dialirkan, tergantung pada fase dan bentuk bahan. Semakin tinggi energi berkas

elektron, semakin tinggi penetrasi berkas elektron. Elektron yang dipercepat

akan berkurang energinya setelah menembus bahan pada kedalaman tertentu.

Penetrasi radiasi dipengaruhi densitas bahan. Semakin tinggi densitas bahan

semakin rendah penetrasi elektron, dan sebaliknya.

Keunggulan proses radiasi dengan MBE

Sebelumnya proses radiasi banyak menggunakan sinar gamma, namun dengan perkembangan

MBE proses radiasi banyak memanfaatkan berkas elektron. Berkas elektron sebagai sumber radiasi

sangat kompetitif bila dibandingkan dengan sinar gamma. Beberapa keunggulan dari berkas elektron

untuk proses radiasi adalah:

2 | P r a k . k i m i a r a d i a s i

1. Proses radiasi dengan kapasitas besar dapat dilakukan dalam waktu yang sangat singkat (orde

detik), karena MBE mampu memberikan dosis yang cukup tinggi.

2. Daerah bahan yang diiradiasi dapat dikendalikan dengan seksama melalui parameter-parameter

sistem pemayaran berkas elektron.

3. Efisiensi pemanfaatan energi radiasi sangat tinggi, karena berkas elektron memberikan energinya

secara langsung pada bahan yang diiradiasi.

4. Keselamatan radiasi sangat tinggi, karena berkas elektron dapat dikendalikan dengan cara

menghidupkan dan mematikan MBE.

5. Disamping itu, berkas eklektron tidak menimbulkan kontaminasi radioaktif (teknologi ramah

lingkungan).

II. TUJUAN

Tujuan dari praktikum pengoperasian ini adalah agar peserta dapat mengoperasikan MBE

dengan benar dan mengerti tentang tanggung jawab pelaksanaan operasi MBE serta pekerjaan yang

berhubungan dengan operasi MBE.

III. PROSEDUR PERCOBAANa. Peralatan dan Perlengkapan Praktikum

MBE 350 keV/10 mA

Prosedur pngoperasian

Data check list

Perlengkapan proteksi radiasi (keselamatan)

- Survey meter

- Personal monitor (TLD)

b. Prinsip kerja pengoperasian

Prinsip kerja MBE secara umum adalah berkas elektron dihasilkan oleh sumber elektron

dimasukkan ke tabung pemercepat. Untuk mempercepat berkas elektron ini, diperlukan sumber

tegangan tinggi sebagai tegangan pemercepat yang dipasang pada elektrode pemercepat. Berkas

elektron ini kemudian difokuskan, diarahkan dan dimayarkan dengan sistem optik (sistem pemfokus,

pengarah dan pemayar) kemudian dikeluarkan melalui jendela (window) menuju target yang diiradiasi

pada tekanan atmosfir. Pada saat operasi, lintasan berkas elektron di dalam mesin berkas elektron

(MBE) harus pada kondisi hampa, yaitu pada tingkat kehampaan sekitar 10-5 mbar. Setelah keluar

melalui jendela, maka target yang diiradiasi didekatkan pada jendela dengan mempertimbangkan

hembusan yang terjadi oleh udara pendingin jendela.

Pengoperasian MBE meliputi persiapan pemeriksaan awal; check list; pengkondisian: system

vakum, system optic, sumber tegangan tinggi dan sumber elektron; mengeluarkan berkas elektron

3 | P r a k . k i m i a r a d i a s i

darisumber elektron; mengatur tegangan tinggi dan kecepatan konveyor. Seluruh data pengoperasian

harus dicatat dalam log book.

IV. DATA PERCOBAAN

Suhu ruangan : 220C Kelembaban : 65

Tekanan kompressor : 7 Bar Kecepatan conveyor : 0,9 cm/dtk

Kevakuman

Sebelum : 2,8 x 10-6 mbar

saat operasi : 3,2 x 10-6 mbar

setelah operasi : 3,9 x 10-6mbar

Arus : 250 A Tegangan : 300 kV

Arus filamen vakum : 12,01 A

t (menit) Arus target (µA)

tegangan (kV) Arus Colomb

0 275 300 402 250 404 250 386 225 418 200 3610 200 3612 200 3414 200 3416 200 3618 200 3620 175 39

V. PEMBAHASAN

Mesin berkas elektron (akselerator elektron) adalah suatu mesin listrik (anelectrical machine)

jika dihidupkan (switch ”on”), mesin akan menghasilkan elektron berenergi tinggi, namun bila

dimatikan, mesin akan aman. Elektron adalah partikel bermuatan negatif. Oleh karena itu elektron

dapat dipercepat dengan medan listrik. Semakin tinggi energi elektron, semakin besar daya penetrasi

4 | P r a k . k i m i a r a d i a s i

untuk menembus material. Prinsip kerja pengoperasian Mesin Berkas Elektron adalah berkas elektron

dihasilkan dari sebuah sumber elektron, dimana elektron dihasilkan dari sebuah katoda yang

dipanaskan. Kemudian, dengan generator (sumber tegangan tinggi), berkas elektron tersebut dapat

memiliki energy elektron medium dan arus berkas mencapai orde puluhan mA. Dimana, untuk energy

yang dihasilkan setelah keluar dari tabung akselerator berbanding langsung dengan tegangan tinggi

yang terpasang. Selain sumber tegangan tinggi, mesin berkas elektron dilengkapi dengan tegangan

isolasi. Bahan isolasinya ialah isolator flexiglass, resin. Fungsi tegangan isolasi adalah menghindari

terjadinya kontak antara elektron yang disuplai terhadap medan listrik darilingkungan. Sehingga,

elektron tidak terpengaruh oleh medan listrik dari lingkungan, maupun terpengaruh oleh sumber

tegangan tinggi.

Elektron-elektron bebas tersebut kemudian dilewatkan melalui tabung pemercepat. Tabung pemercepat

dilengkapi dengan medan magnet ( system optic pemfokus) serta elektroda-elektroda logam berbentuk

kerucut yang dipasang diantara ruas-ruas tabung isolator tersebut. Fungsi dari elektroda dan medan

magnet adalah untuk menghasilkan medan pemercepat dan pemfokusan berkas. Sehingga, dalam

tabung pemercepat, berkas elektron difokuskan dan didorong dengan katoda pendorong yang

mempunyai potensial negative. Selanjutnya, ditarik dengan anoda yang mempunyai potensial positif.

Elektron bebas yang dihasilkan diarahkan untuk jalan lurus menuju tabung oleh system optic pengarah.

Jika ingin menaikkan energy elektron yang dihasilkan, hingga mencapai energi yang

diinginkan, yaitu dengan cara memasang tegangan listrik searah pada elektroda-

elektroda tabung pemercepat. Agar berkas elektron dapat mengenai seluruh

bahan yang diiradiasi, maka berkas elektron yang keluar dari tabung

pemercepat disapu menggunakan sistem pemayar (scanning system). Material

yang diiradiasi dilewatkan di bawahjendela MBE menggunakan sistem ban

berjalan atau conveyor.

Pada tabung pemercepat dilengkapi dengan sistem hampa. Tujuan dari system hampa ialah:

5 | P r a k . k i m i a r a d i a s i

1. Mencegah terjadinya proses penghalanagn elektron oleh partikel

udara.Agar tidak terjadi tumbukan antara elektron dengan partikel udara,

yang dapat mengakibatkan berkurangnya efisiensi dan energy elektron.

2. Agar dinding tabung akselerator tidak pecah

Sistem hampa biasanya terdiri dari pompa depan (fore-pump), pompa utama

(main pump), katup, pipa-pipa hampa dan detektor kehampaan (guage) serta

sistem deteksi kehampaan. Masing-masing jenis pompa bergantung pada fisis

pemompaan, yaitu kehampaan yang dapat dicapai, yang disebut kehampaan

akhir (ultimate vacuum).

Pengoperasian MBE meliputi persiapan pemeriksaan awal; check list; pengkondisian: system

vakum, system optic, sumber tegangan tinggi dan sumber elektron; mengeluarkan berkas elektron

darisumber elektron; mengatur tegangan tinggi dan kecepatan konveyor. Seluruh data pengoperasian

harus dicatat dalam log book. Hal ini perlu dilakukan agar pengoperasian MBE berada pada kondisi

yang telah ditentukan, serta dapat tercatatnya kondisi pengopersaian, yang nantinya dapat digunakan

sebagai acuan bila terdapat kejanggalan. Dari hasil check-list tersebut dapat diambil kesimpulan

bahwa MBE milik PTAPB – BATAN masih layak pakai karena sesuai dengan ketentuan yang ada.

Pada saat setelah pengoperasian, efek samping dari proses ini ialah terbentuknya gas ozon. Ozon

terdiri dari tiga molekul oksigen dan amat berbahaya pada kesehatan manusia. Ozon mempunyai bau

yang tajam, menusuk hidung. Ozon dapat terbentuk pada kadar rendah dalam udara akibat arus listrik

seperti kilat, dan oleh tenaga tinggi seperti radiasi eletromagnetik. Karena itulah pekerja yang akan

mengambil bahan setelah iradiasi berkas elektron dari MBE , disarankan menggunakan masker.

1. Menarik Hubungan antara Waktu Operasi terhadap Arus Target

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

50100150200250300

Kurva Hubungan Waktu Operasi(detik) - Arus Target (µA)

waktu operasi (detik)

Aru

s t

arg

et

(µ

A)

6 | P r a k . k i m i a r a d i a s i

Waktu operasi(detik) 

Arus target(µA)

0 275120 250240 250360 225480 200600 200720 200840 200960 200

1080 2001200 175

Secara teoritis arus berbanding lurus terhadap tegangan dan berbanding terbalik terhadap

tahanan. Dari kurva di atas, dapat dijelaskan bahwa arus konstan terjadi pada waktu operasi 480-1080

detik. Ini artinya, tegangan yang dihasilkan memiliki besar yang konstan dan alat beroperasi dengan

baik. Besarnya tegangan sebanding dengan arusnya.

Namun jika dibandingkan dengan kondisi awal operasi, kestabilan arus di tengah operasi

memiliki nilai yang lebih rendah. Hal ini dapat disebabkan karena sumber elektron yang berupa filamen

yang dipanaskan dengan cara dialiri arus listrik secara terus-menerus akan mengakibatkan emisi dari

filamen tersebut menurun dan filamen akan semakin meregang. Semakin meregangnya filamen tersebut

dapat menyebabkan tahanannya (R) menjadi semakin besar, sehingga elektron yang dihasilkan akan

berkurang. Karena itulah, sebaiknya dilakukan pengamatan kondisi alat secara berkala.

2. Menarik hubungan antara waktu operasi-arus coloumb

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

10

20

30

40

50

Kurva Hubungan Waktu Operasi(detik) -Arus coloumb (µA)

waktu operasi(detik)

Aru

s co

loum

b (µ

A)

Arus Coulomb dapat mengakibatkan penurunan arus target saat operasi MBE berlangsung dan arus

ini merupakan arus yang tidak diinginkan dalam operasi MBE. Arus Coulomb ini merupakan arus yang

muncul karena elektron yang melewati sistem optik (pemfokus) tidak fokus pada satu titik saja. Dari

kurva di atas dapat dijelaskan, pada awal operasi mulai terjadi system pemfokusan, elektron yang

terbentuk mulai difokuskan. Sehingga, besarnya arus coloumb mulai mengecil dan posisi stabil terjadi

pada arus coloumb 36 (µA), dan system mulai terganggu di tegah-tegah operasi. Namun ini tidak

7 | P r a k . k i m i a r a d i a s i

waktu operasi (detik)

Arus Colomb

0 40120 40240 38360 41480 36600 36720 34840 34960 36

1080 361200 39

berjalan lama, hanya berlangsung selama 1menit. Hal ini menandakan, mesin berkas elktron masih

dapat beroperasi dengan baik.

3. Menarik hubungan antara waktu operasi-arus coloumb

0 200 400 600 800 1000120014000

1

2

3

4

5

Kurva Hubungan Waktu Operasi(detik) - kevakuman

waktu operasi

kevakum

an

Pada saat operasi, lintasan berkas elektron di dalam mesin berkas elektron (MBE) harus pada

kondisi hampa, yaitu pada tingkat kehampaan sekitar 10-5 mbar (secara teoris). Tujaunnya agar tidak

terjadi hambatan berkas elektron dari sumber elektron menuju window.

Dari grafik diatas, selama operasi, system kevakuman dari waktu ke waktu semakin tinggi.

Apabila tinggi tingkat kehampaan, maka semakin baik untuk operasi mesin berkas elektron karena

makin kecil hambatan yang terjadi. Dengan demikian,semakin kecil berkas elektron dari sumber elektron

yang menuju window yang akan bereaksi dengan partikel-partikel ataupun materi di dalam tabung

pemercepat. Sehingga dapat membantu peningkatan arus target yang dihasilkan. Itu artinya, operasi MBE

berjalan dengan baik.

VI. KESIMPULAN

8 | P r a k . k i m i a r a d i a s i

waktu operasi (detik)

kevakuman x 10 -6(mbar)

0 2.8

600 3.2

1200 3.9

Mesin berkas elektron ( MBE) merupakan mesin pemercepat partikcl di mana jenis partikcl yang

dipcrcepat adalah elcktron

Diperlukan pemeriksaan awal sebelum dilakukan pengoperasian MBE (pengisian data check

list) dan seluruh data pengoperasian harus dicatat dalam log book.

Pada tanggal 14 Januari 2011, MBE masih dapat beroperasi dengan baik

VII. SARAN

Perlu dilakukan pengecekan berkala terhadap kondisi alat MBE, agar operasi MBE tetap berjalan

dengan baik

Perkerja yang akan mengambil sampel setelah iradiasi, sebaiknya dilenkapi dengan masker

untuk mencegah terhirupnya gas ozon

VIII. DAFTAR PUSTAKA

Djaloeis, A. 1996. Pengembangan Teknologi Akselerator dan Pemanfaatannya di Indonesia.

Yogyakarta : PPNY-BATAN.

Saptaaji, Rany dkk.2010.Petunjuk Praktikum Operasi Mesin Berkas Elektron Tipe BA 350 keV / 10

mA.Yogyakarta : PTAPB-BATAN

http: digilib.unnes.ac.id/gsdl/collect/skripsi/archives/HASHe270/.../doc.pdf (diakses pada tanggal

21 januari 2011)

http: dykuza.files.wordpress.com/2011/01/mbe___dykuza.pdf (diakses pada tanggal 21 Januari

2011)

http: www.batan.go.id/ptapb/abstrak-snaks-08-ao.pdf((diakses pada tanggal 21 Januari 2011)

http://id.wikipedia.org/wiki/Ozon (diakses pada tanggal 23 Januari 2011)

Yogyakarta, 24 Januari 2011,

Praktikan, Asisten,

Nurul Laili Arifin Rani Saptaaji

9 | P r a k . k i m i a r a d i a s i

10 | P r a k . k i m i a r a d i a s i