Edisi khuslls. Jllii 2006 ISSN 1411-IJ49

RANCANGAN DASAR MESIN BERKAS ELEKTRON 300keV/20 mA UNTUK INDUSTRI LATEKS ALAM

DarsonoPuMek Akselerator dan Proses Bahan-BA TA N

JI. Babarsari Kotak Pos 6101 yk bb, Yogyakarta 55281

ABSTRAK

RANCANGAN DASAR MF;SIN BERKAS HI.EKTRON JOO keVI20 mA UNTUK INDUSTRII.AnKs. PotellSi

pemanfaatan MBE (Mesin Berkas Elektron) sebagai alat proses karet alam iradiasi IIntllk prodllksi hW'ang

jadi karet (kondom. sarung tangan, tensimeter) skala nasional maupun internsional sangat menjanjikan.Nasi! kajian menunjukkan dibutuhkan sekitar puluhan sampai dengan ratusan MBE dengan spesifikasi 250­JOO keVIIO mA untuk mensuplai I - 10% kebutuhan karet alam iradiasi. Berdasarkan data kajian tersehllttelah di!akllkan pembllatan rancangan dasar prototip MBE JOO ke VI20 mA skala industri. Dalam

perancangan diperhitungkan aspek teknologi, ekonomi, dan estetika yang diselaraskan dengan kriteriapenggllna dan komponen mekanik dan elektrik yang ada dipasaran. Struktur MBE ini terdiri dari sllmherelektron dengan katoda Wolfram yang menyatll dengan tabung akselerator berkapasitas 20 mA. 2 hllahtahllng akselerator herkopositas 400 kV podo hejono hertekanon CO! don N! 7 atm. sistem pell!filkllS dOlipemayar herkas elektron. mrong pemayar berkas elektron dengan tebal jendela Ti 17,5 )Jm dengall Illo.w/llherkas 6 cm x 60 cm, sumber tegangan tinggi jenis transformer i11literbumikan herkapasitas J50 k VIJIi mA.

sistem vakum menggunakan pompa turbo, sistem penghisap ozon, dan pengaman radiasi sinar X sekitarbejana iradiasi lateks serta sistem intrumentasi dan kendali. MBE yang dirancang ini bemkuran 2 m x 2 m x2,5 m dengan komponennya terpasang secOl'a modul u11lllkmemudahkan mobilisasi dan perawatan. Modllsoperasi produksi karet alam iradiasi secara batch dengan kapasitas produksi 90 liter per jam.

K/\ 1'/\ KUNCI : mesin berkas elektron. peraneangan. karet alat iradiasi. skala industri.

ABSTRACTS

BASIC DESIGNS OF THE ELECTRON BEAM MACfl/NE (EBM) FOR NATURAL RUBBER LA7EXINDUSTRY. Potential utilizations of EBM for natural rubber irradiation processing to produce rllbber

goods such as condom, hand gloves, ters/meter give very good prospects and big promises to national andi11lernational indllstries. The investigation reports show that if is needed about tens upto hundredr of EBMwith specification 250-JOO keVIIO mA (with production capacity 500 tonly) to supply 1% III' to 10% ofirradiated natural rubber latex (INRL) in the market. Based on the. reports BATAN has made a basic designof a prototype EBM JOO keVI20 mA in industrial scale. In making basic design many aspects in engineeringdevelopments such as technology. economy, estetica, as well as the availiblitY of mechanical and electricalcomponents in a local market are considered. The prototype EBM structure consists of electron glln in one

system with acce/~rator tubes usi';g wolfram filament, two accelerator tllbes of 400 kV capacity at 7 atmpressure of CO2 dan N 2 gases, focusing and scanning sytems, scanning tube with electron beam size of 6 cmx 60 cm using Ti window thickness of 17.5 )Jm. grounded transformer NV with capacity of J50 kVIJO mA.vacuum system using turbo pump, safety'system from X-rays and Ozon hazards, and control system. 7heF:BM i.r designed to be 2 m x 2 m x 2.5 m in size, and main components in the form of moduls to ease inmobi!i=lltion and maintenance. Operationlllode of /:'IJM.fi)r irradiation processing of nati,ral rubber latex isill bacth with 90 liter capacity.

Keywords: EBM. engineering design. natural rubber latex. industry.

PENDAHULUAN

Mcsin pcmereepat clcktron sering disebutMBE (Mesin Berkas Elektron) adalah satujenis teknologi baru yang telah

dikcmbangkan dalam dua dekadc yang lalu scbagaisumbcr radiasi pada proses iradiasi suatu produkindustri. Pcmanfaatan MBE dalam bidang industri

RANCANGAN DASAR MESIN BERKAS ELEKTRON JOOke VI20 mA UNTUK INDUSTRI LATEKS ALAMDarsono

telah berkembang pesat di negara-negara maju.terutama dalam proses pengeringan pelapisan (curinK

of coatings) permukaan suatu bahan. prosespembcntukan ikatan silang pada plastik. karet danbahan isolasi kabel. proscs pembuatan latcks alamiradiasi. sterilisasi pcralatan medis. pengawctanbahan makanan. moditikasi tckstil dan graftpolymerization[I.2.J.4J• /\pabila dibandingkan dcngan

47

Edisi khuSIIS, .fuli 2006

proses termal konvensional ataupun proses kimia,maka proses iradiasi elektron mempunyai beberapakeunggulan antara lain: menghasilkan kualitas produkyang lebih tinggi, tidak menimbulkan polusi padalingkungan, hemat energi, reaksi-reaksi terjadi padasuhu kamar, proses yang terjadi mudah dikontrol,biaya operasi lebih rendah untuk produksi masaI.

Lateks alam iradiasi atau lateks pekat pra­vulkanisasi radiasi adalah lateks alam yang sudahdivulkanisasi dengan radiasi pengion sinar gammadari 6OCO atau berkas elektron dari MBEI5.61.

Indonesia merupakan negara penghasil karet alamnom or dua di dunia, dengan kapasitas produksi padatahun 2004 sekitar 1,8 ton atau 21,7% dari produksi

dunia yang besarnya sekitar 8,3 juta ton. Sebagianbesar barang jadi karet didominasi oleh ban danbarang cetak teknik lainnya yang berasal dari karetyaitu sekitar 87%, sedang sisanya (sekitar 13%= I0,8ton) adalah barang karet dari lateks alam (71.Problemayang timbul dari barang jadi karet adalahdiketahuinya kandungan nitrosamin (bahan penyebabkanker) berasal dari bahan kimia senyawa karbamatyang ditambahkan pada waktu membuat barang jadikaret vulkanisasi belerang dan protein alergen (bahanpenyebab alergi) yang berasal protein karet alam[8,91.Akibat dua problema tersebut dikawatirkan peminatbarang jadi karet alam akan beralih ke barang jadikaret sintetis. Hal ini akan mengancam keberadaanindustri hulu dan hilir negara penghasil karet alamantara lain Thailand, Indonesia, Malaysia, Vietnam,India, dsb.

Vulkanisasi lateks karet alam dengan teknikiradiasi berkas elektron mempunyai keunggulan:

meningkatkan nilai jual lateks pekat menjadi latekspekat pra vulkanisasi, proses iradiasi dapat dilakukandi pabrik sebelum proses pemekatan serta prosesnyasederhana dan mudah ditangani. Disamping itu.keunggulan barang jadi yang dihasilkan adalah:hemat bahan kimia dan pengurangan energi panassehingga beaya produksi menurun ± 40 %. Waktuuntuk memproduksi barang jadi dati bahan lateksyang diiradiasi dapat ditekan menjadi setengahnyadari waktu yang diperlukan apabila menggunakanbahan dari lateks pra-vulkanisasi secarakonvensionaI. Dengan teknologi iradiasi ini dapatmenghasilkan lateks pra-vulkanisasi scbagai berikut:bersifat stabil dalam penyimpanan sehingga sangatcocok untuk industri kecil dan menengah, memilikikadar protein, karbohidrat dan lemak yang rendahserta bebas dari nitrosamine dan protein alergcn yang

sampai saat ini belum ada cara lain untukmengatasinya.

Teknologi ini telah diintroduksikan kc industriperkarctan baik skala nasional maupun intcrnasional.lIasilnya menunjukkan bahwa potensi pemakaianlateks alam iradiasi untuk produksi barang jadi karct

Proseding Perlenlllan dan Presenlasi f/miah Teknologitlkseleralo/' dan Aplikasinya

Edisi khIlSUS, .filii 2006 : 47 - 61

ISSN 14/1-1349

(kondom, sarung tangan, tensimeter) skala nasional

sekitar 1000 ton/tahun, sedanr skala internasionalsekitar 1,7 juta ton per tahun 101. Mcnurut MargaUtama bila diasumsikan hanya 1% mcnggunakanlateks alam iradiasi, maka akan dibutuhkan mcsin

berkas elektron berenergi 250-300 keY dcngan arus10 mA berkapasitas produksi 500 ton/th sedikitnya34 buah, dan bila diasumsikan pcmakaian latcks alamiradiasi untuk barang jadi karet 10% kcbutuhandunia, maka dibutuhkan mesin berkas elektronsedikitnya 340 buah lebih(11].

Berdasarkan uraian terse but di atas, padamakalah ini dilaporkan hasil pembuatan rancangandasar MBE untuk industri lateks yang meliputi: a).konsep rancangan dasar yang memuat kritcriapengguna, aspek-aspek perancangan dan batasanrancangan, b) rancangan dasar yang mcmuat dasarpcrhitungan perancangan dan kritcria bahan darimasing komponen MBE. Pembahasan ditinjau dariaspek SDM, penguasaan teknologi, dan pcrhitunganawal besar biaya yang diperlukan.

KONSEPSUAL RANCANGAN MBE

1. Kriteria Pengguna

MBE untuk iradiasi lateks karet alam harus

memenuhi faktor penting sebagai berikut : Strukturkompak, Harga rendah, Mampu dioperasikan lama.Mampu memproduksi 1000 ton pcr tahun(121. Strukturkompak MBE merupakan faktor pcnting karcna MBEini sebaiknya diinstalasi di industri pcrkaretan alau diperkebunan tanpa mcmerlukan ruang iradiasi khususscpcrti halnya menggunakan iradiator gamma. Agarbiaya proses pembuatan karct alam iradiasi bcrsaingdengan metode konvcnsional maka harga MBErendah. MBE mampu dioperasikan lama. mampllmemproduksi 1000 ton per tahun. dan l11udahpcrawatannya.

Pcrsyaratan pcngguna MBE untllk prosespravulkanisasi lateks karct alam ditunjukkan padaTabell.

Tabel 1: MBE untuk proses produksi lateks karetalam

Kcterangan

maksimum 300 keVmaksil11um 10 mA

ember bentuk kotak dengan

sistem pcndingin lateks cairBatch dengan kapasitas

roduksi 90 liter ocr iam

2. Aspek dan Batasan Rancangan

Dari kriteria pcngguna terse but diatas makapada perancangan MBE untuk industri lateks harus

48

Edisi khusus. Juli 2006

dipertimbangan beberapa aspek:Aspek teknologi

I. komponen lokal sebanyak mungkin2. pengoperasian mudah3. handal

4. pcrawatan mudah

Aspek ekonomi

I. harga komparatip2. suku cadang mudah3. pcrawatan murah

Aspek estetika

I. kompak2. scrasi3.mobil

Untuk mencapai aspek tersebut diatas pcrludirancang MBE dengan komponen sedikit mungkintctapi sesuai fungsi yang diharapkan. Rancangankomponcn struktur MBE tersebut meliputi :

a. Sumbcr clcktron

b. Sistem pemercepatc. Sistem optikd. Sistem pemayar berkas elektron yang meliputi

corong pemayar, jendela Ti, pendingin jendelae. Sistcm vakum

f. B~iana tckan untuk menyungkup tabungaksclerator dan sumbcr elcktron

g. Perisai radiasi sinar Xh. Pcngaman Ozoni. Sistem intrumentasi dan kendali

j. Bcjana iradiasi lateksk. Kerangka MBE

Batasan rancangan meliputi beberapa faktor.Faktor-faktor yang harus diperhatikan dalampcrancangan agar aspek-aspek tersebut dipenuhiadalah pcrtama diusahakan jendela Ti setipismungkin untuk menghindari energi yang hilang padajendela Ti. Jika hal ini dapat dilakukan maka akanbcrdampak pada perancangan sumbcr tegangan tinggiyang lebih rendah. Faktor kedua adalah sumberelcktron terutama katodanya harus mempunyai umuryang panjang (dapat beropcrasi 10000 jam per tahun)schingga penggantiannya tidak terlalu sering, hal inidapat dipcnuhi dcngan menggunakan katodaWolfram atau LaBb• Faktor kctiga adalah SIK harussesederhana mungkin bila perlu hanya ada 3 sampai 5tombol opcrasi (ON/OFF power, pengatur arus,tegangan. pembuka pintu iradiator, pengaduk lateks)serta pancl operasi pada dinding kerangka MBE.Pintu iradiator bisa dibuka apabila ozon dibawahbatas dan sinar X nol (arus filamcn nol). Faktor

RANCANGAN DASAR MESIN BERKAS ELEKTRON 300keV/20mA UNTUK INDUSTRI LATEKSALAMDarsono

ISSN 14/1-1349

keempat adalah wadah latcks didcsain dcmikian rupasehingga dapat mendinginkan dan mengaduk latckseair yang diradiasi, mudah dalam penggantian latcksyang diradiasi, dan kompatibel. Faktor kelima adalahgas ozon harus dikungkung dalam ruangan sckccildan serapat mungkin serta mudah dikeluarkan mclaluieerobong. Keenam adalah pengamanan radiasi harusmemenuhi

ALARAdanmenggunakanlempengtimbal.

Faktor ketujuhadalahpemakaianencrgilistrik harus efisien.

3, Konsep Gambar Teknis dan Spesifikasi MBEBerdasarkan

kriteria pengguna,aspekdan

batasan peraneangan maka MBE untuk industri lateksharus kompak dan mobil, mudah pcngoprasian danperawatan, dan handal operasinya.Agar kompak

dan mobil maka ukuran struktur MBE harus keeilserta komponen MBE dapat diinstalasi secara modul.Kunci mengecilkan ukuran struktur MBE pada energi300 keY dan arus 10 mA adalah dengan menyungkupsumber elektron dan tabung pemereepat dalam bejanabertekanan. Disamping itu sumber tegangan tinggipemercepat harus berbasis pad a transformator DC.Perisai radiasi dipasang hanya pada daerah iradiasiagar MBE tidak terlalu be rat. Juga sistem kerangkaMBE sebagian pakai sistem knock down agar MBEbisa mobil. Spesifikasi teknis MBE untuk industrilateks seperti ditunjukkan pada Tabel 2 sedangkankonsep gambar teknis konsepsual MBE untuk prosespravulkanisasi lateks karet alam seperti terlihat padaGambar I.Tabel 2: Spesifikasi Teknis MBE untuk Industri

lateksNoSpesifikasi KomDonen.

Komponen

Rentang & Satuan1

Energi elektron200 - 300 keY2

Arus berkasMaksimum 20 mAelektron 3

DayaberkasMaksimum 6 kWMBE 4

BentukJendelaMaksimum 6 cm x 60 cm.dan tebal Ti foil

Ti foil=17,5 mikro metcr5

Ukurantotal(2 x 2 x 2,5)mJ

MBE 6Konsumsidaya12kW

listrik 7Jenis reaktor emberdengansistem

pendingin lateks cair8Modus operasiBatchdengankapasitas

produksi 90 liter per iam

49

Edisi khusus, .fuli 2006

~ ttHm"IlURlJt.JlM1:DI1>!.1Iro."~ciHtoI1'<.)"" y.()'I ••••.1101.

P:OlCD'rn>.!. DI"IIUtN! )00). VII ••••trvUb*,1I:i.t&~.

;;1' __

1k.~1~:OI~'LHJbw.o&I,

.•••••••I __• ~••••••••

/SSN /./11-/3./9

Gambar I: Konsep gambar teknis MBE untuk industri lateks

RANCANGAN DASAR MBE

(I)

I. Sumber Elektron

Sumber elektron untuk arus dibawah 50 mA

biasanya digunakan sumber elektron tipe termionikdengan katoda wolfram. Sumber elektron tipeterll1ionik dengan elektrode Pierce Il1cll1punyaielektrodc pcmbentuk berkas yang terdiri dari: katode,elektrode pemfokus dan anode.

Sumber elektron tipe termionik adalah sumberelektron di mana elektron dihasilkan melalui prosesemisi atau panearan termionik pada filamen panaskarena dialiri arus listrik. Elektron-elektron yangdipancarkan terse but kemudian dipercepat denganmedan elektrostatik dan dibentuk menjadi berkaselektron menggunakan elektrode pembentuk berkas(pemfokus) dan anode. Sumber elektron untuk MBElateks dirancang menyatu dengan tabung pemercepatsepcrti terlihat pada konsep gambar teknis sUll1berelektron pada Gambar 2.

I'rosecling I'er((!nlllan clan Pre.venta.vi IImiah Tekn%giAkselerator dan Aplikasinya

Edisi khllSIlS, .filii 2006 : 47- 6/

Gambar 2: Konsep gambar teknis sumber elektron

Rapat arus emisi tcrmal elektron (l\/em2)

akibat pemanasan besamya mengikuti persamaanRichardson-Oushmann sebagai berikutll31

J = AT2e(-f,o)

dengan A adalah konstanta Richardson (l\/cm2 K2). <pfungsi kerja (eV), k tetapan Boltzmann (eV/K) dan Tsuhu pemanasan (K). Nilai A tergantung pada jenis

50

(2)

Edisi khl/SlIs. JI/Ii 2006

bahan liIamcn (btodc). Emisi clcktron olch katodc

juga dipengaruhi olch luas permukaan emisi.Pada sumbcr clektron tcrmionik dcngan

clcktrodc Pierce, clektrodc pembentuk bcrkas(pemfokus) bcrfungsi untuk menolak/mendorong danmcmfokuskan clektron hasil cmisi tcrmionik

schingga membcntuk berkas elektron. Berkasclcktron ini diekstraksi keluar dari sumber elektronmclalui cclah/slit anode.

Pada sumber elektron, tcgangan ekstraksi

adalah tegangan yang diberikan di antara katode(elcktrode pemfokus)-anode. Jika diharapkan bahwaelektron mempunyai lintasan sejajar dengan sumbuberkas (sumbu x) dan kerapatan arus elektron yangdiekstraksi kcluar dari sumber elektron (Je) seragamdalam arah sumbu x dan dengan mengabaikan efckmagnctik. maka tcgangan ckstraksi ditcntukanbcrdasarkan persamaim diferensial berikut,141:

d2V J--_ --,,-----dx2 - c",fhiVY2

dengan c,. adalah konstanta dielektrik (rIm), '7

pcrbandingan muatan dcngan massa elcktron (c/m)

dan V tcgangan yang dibcrikan pada tcrminal katodc(clcktrodc pcmfokus)-anodc (V).

2. Sistem Pemercepat

Sistem pemercepat pada pokoknya terdiri atasdua bagian yaitu tabung pemercepat dan sumbertegangan tinggi. Tabung pemcrccpat terdiri atassejumlah elektroda berbentuk cincin tipis tersusundengan jarak spasi tertentu dan merata denganpemisah dari bahan isolator biasanya dari keramikatau gelas, keseluruhannya tersusun berbentuk tabungyang tahan vakum tinggi. Dari suatu sumbcrtcgangan tinggi DC, tegangan dicatukan ke tabungpemercepat yang terdegradasi secara merata pad atiap elektroda mulai dari tingkat pertama di sisisumber elektron hingga terakhir di sisi ground

melalui suatu rangkaian tahanan pembagi tegangan.Dengan beda potensial yang merata pada tiap celahelektroda yang berdckatan akan terbcntuk medanlistrik yang homogen searah, sehingga berkaselektron akan dipercepat dalam arah gerakseragamfisl.

Secara tisis bahwa energi berkas elektronsctclah proses pemercepatan melalui tabungpemercepat adalah senilai dengan teganganpemercepatnya, maka kapasitas tegangan tabungpemcrcepat tersebut harus sesuai yaitu sarna atauIcbih bcsar dari energi berkas MBE yangdikehendaki, atau dapat dirumuskan berikutfl6]

/SSN /4//-/349

Mengacu pada keterangan dari NEC (NationalElectroniquc Company Co.Ltd.iI71 untuk tabungpcmcrccpat jcnis "general purpo.fe". scliap satuantabung dengan 10 buah elektrode mcmiliki kapasitas75 kV dalam pcmakaian atmosfir ruang dan 200 kVdalam gas bertckanan. Tcrkait dcngan kcbutuhankapasitas MBE 300 keY, maka kebutuhan tabungpemercepat dapat dipenuhi dengan mcnggunakan 2buah satuan tabungjenis "general purpose" dari NECyang dikondisikan dalam gas bertekanan.

Bcsamya arus berkas yang dipcrccpat 'adalahmenjadi beban arus bagi sumbcr tcgangan tinggi(SIT). Dengan demikian kapasitas daya STT harusmengatasi besarnya daya berkas clcktron atau dayaMBE yang diinginkan.

(4)

dengan Va.. fa masing-masing adalah tcgangan danarus SIT dan £h. '" adalah cnergi dan arus berbsMBE.

Sclisih lebih besar pad a kapasitas daya srI'terhadap daya MBE dipcrlukan untuk mcngatasi rugi­rugi dan berbagai kebutuhan lain disamping arusbcrka.~, antara lain adalah:

a. Arus yang dipcrlukan mclalui rangkaian pcmbagitcgangan.

b. Arus yang dipcrlukan mclalui rangkaian tahananmeter pengukur tcgangan.

c. Arus yang dipcrlukan melalui rangkaian tahananpcnyearah.

d. Arus bocor yang tidak diperlukan mclalui kolomisolator.

e. Arus bocor yang berupa arus korona.f. Arus bocor dalam bentuk arus elektron sekunder.

Sumber Sumber tegangan tinggi (STT) yangdimaksud dalam hal ini merupakan STT arus scarah(DC) yang diperlukan untuk mencatu tabungpemercepat mesin berkas elektron (MBE) 300keV/20 mA untuk industri lateks. Berdasarkan

kapasitas MBE terse but, SIT harus memiliki

kapasitas tegangan <: 300 kV dan kapasitas arus >dari 20 mA, dengan kata lain dipcrlukan jcnis srI'bcrdaya besar dengan tegangan rcndah. Kapasitasdaya STT terdiri atas kapasitas tcgangan dan arus.Menurut cara pembangkitan tegangannya terdapat 3macam jenis sumber tegangan tinggi DC yaitu:pelipat tegangan (Cockcroft-Walton), pcnimbunanmuatan (Van de Graaff) dan tipe transformator.!IBI.Untuk tegangan dibawah 1000 kV transformator DCmempunyai ukuran yang lebih keci\. SIT .jcnistransformator dibedakan menjadi dua yaitu: jcnis intiterbumikan (grounded core transformer type atauGCT). Diagram rangkaian koil dan penyearah STTditunjukkan pad a Gambar 3.

51

Edisi khllSIlS, Jllli 2nn6

Diodo

]~'_L04 -:1,--'I 1.,,_ ! ---.- ..'

~!!n.:L' i

_~ I I _..__. - II I ,: •- - -- - JII" : I11 - III: :. '

• 04 '

: hU_:

Gambar 3. Diagram rangkaian koil dan

penyearah STT

ISSN 1411-1349

Kapasitas tegangan disesuaikan dengankebutuhan energi MBE, sehingga kapasitas leganganSlT adalah senilai dengan kapasilas MBE yangdikehendaki, atau dapat dirumuskan sebagai berikut:

(5)

dengan Va adalah keluaran tegangan STr (kV) dan Eh

energi berkas MBE (keV).Sedangkan kapasitas arus harus eukup besar

untuk dapat mengatasi jumlahan dari arus berkaselektron MBE yang dikehendaki dan rugi-rugi arusyang terjadi.

1.\77'~ (In + h) (6)

dengan 1.\7'f adalah kapaSitas arus SlT (mA). III arusberkas elektron MBE (mA) dan II. jumlahan rugi-rugiarus yang terjadi (mA). Keunggulan dan kekurangandari jenis transformator ini terlihat pada Tabel 3.

Tabel3: Perbandingan sifat-sifat yang dimiliki STT dari jenis GCT dan ICT 11~.161:

3. Sistem Optik

Sislem oplik yang digunakan terdiri dari 2bagian sub sistem pemfokus dan pemayar. Sub sistempemfokus adalah sistem yang berfungsi mengarahkanlintasan berkas agar selalu berimpit dengan sumbulabung pcmercepat sebelum dilakukan pemayaransehingga sesuai dcngan yang diharapkan. Sub sistempemayar berfungsi menyimpangkan berkas dengansudut simpangan lertentu sesuai dengan target yangdikehendaki dalam proses penyinaran.

Mekanisme pemfokusan berkas cleklronanalog dengan pemfokusan cahaya dcngan lensaoplik. Pada MBE sistem lensa dapat berupa medaneleklrostatis atau medan magnet, dalam hal inidigunakan medan magnet (lensa magnel) yangbentuknya seperti pada Gambar 4.

Prosedil1g Pertemllal1 dal1 Presel1tasi IImiah Tekl1ologiAkselerator dal1 Aplikasinya

Edisi khllslls. JIlIi 2nn6: 47 - 61

LJ Kurnparan P,rnl.kIIl U B, (O.Z)

(-: - :~~_-_-_-_-_-t~T;.~\ L ':J_~I LUlJ Kurnpat'" P,rnl.kII, U

Gambar 4. Medan magnet sistcm pcmfokus.

Arah bekas elcklron searah dengan sUl11bui'.(

sumbu optik ) dimana pad a daerah sumbu oplik arahmedan magnet B sejajar dcngan arah Z. Berbselektron yang sejajar dengan sumbu oplik tidakmengalami pemfokusan, sedangkan arah bcrkas yangmenyimpang dengan sumbu optik akan disimpangkan( difokuskan ) seperti pada lensa oplik.

Pada sistem pemayar arah medan magnel 13

tidak searah dengan arah berkas elektron letapi tegak

52

Ed~ikhusus,Juli2006 ISSN 141/-/349

lurus arah berkas elektron seperti terlihilt padaGambar 5. Berdasarkan gaya Lorentz bekas elektronyang searah dengan sumbu optik (2) dengankecepatan V melalui medan magnet B yang tegaklurus V, akan dibelokan (disimpangkan) sebesarsudut Ct dengan jejari R. Besamya penyimpangantergantung dari energi elektron dan besar medan

magnet B yang terpasang.Fenomena dasar perilaku elektron yang

bergerak dengan kecepatan V dalam medan magnetdan listrik dinyatakan dalam gaya Lorentz yangdirumuskan dalam persamaan berikut.

F = q E + q x Vx B (7)

Pada sistem optik baik pada pemfokus maupunpemayar untuk menyimpangkan gerak elektron

menggunakan medan magnet, sehingga perilakuelektron hanya tergantung pad a kecepatan V danmedan magnet B. Untuk sub sistem pemfokus jumlahlilitan kawat yang dibutuhkan agar diperoleh medanB sehingga perilaku elektron sesuai dengan yangdikehendaki, dinyatakan pada persamaan berikut.

N = (8 m Ed lef)/12 1 Po I (8)

dengan m adalah massa elektron (kg), E tenagaelektron (eV), d panjang celah (m), e muatan elektron(C), Po permeabilitas udara (HIm), I kuat arus (A) danN jumlah lilitan.

Untuk sub sistem pemayar pengarah jumlah

liIitan kawat yang diperlukan dinyatakan padapersamaaan berikut.

N = sin a g (2 m VIe) 'I,lpo I L (9)

dengan a adalah sudut belok, g jarak antara kutubkumparan (m) dan L panjang kumparan (m).perhitungan sejenis untuk mendapatkan persamaan 8

dan 9 dapat dijumpai pada acuan nomor 19.

,...----I v II ,\_----

-- ....•

I~ I

u______ Jz

II

--------J

bawah berbentuk segi empat yang merupakanpemayaran berkas elektron kekanan maupun kekiri.Pada ujung rongga bawah terdapat jendela Ti yangmemisahkan sistem hampa dan atmosfer yangberfungsi agar elektron dapat dikeluarkan ke atmosferuntuk keperluan iradiasi sam pel. Pada corong

pemayar ini menempel magnet pemayar yangberfungsi untuk memayarkan berkas kekiri dankekanan. Sehingga material yang untuk corong

pemayar harus dipertimbangkan beberapa hat:

• Ukuran berkas elektron pada target (panjang x

lebar)

• Tinggi/panjang corong pemayar• Kemampuan vakum

• Detleksi yang diijinkan pada dinding corongpemayar

• Sirip penahan dinding agar detleksi yang terjadi

lebih kecil dari yang disyaratkan• Material yang digunakan harus tahan korosi

Berdasarkan pertimbangan di atas makarancangan dasar sistem corong pemayar harus benar­benar diperhitungkan dari segi kekuatan, kebersihandan mampu vakum[20. 23J. Yang pada akhimya akanmenentukan jenis material yang akan digunakan, danjuga pengerjaan yang diperlukan[22J• Untuk bahan

mekanik yang digunakan harus memenuhi standarASME, ISO, ASTM[20.22J. Konsep gambar tekniscorong pemayar seperti terlihat pada Gambar 6.

Karena dinding corong pemayar berada an tara

ruang hampa dan tekanan afmosfer maka yang

penting untuk diperhitungkan adalah detleksi yangdiijinkan. Untuk menentukan tebal dinding corongpemayar agar mampu vakum orde 10.6 mbar dandetleksi maksimum 0,4 cm diperlukan beberapa

persamaan [20J:

384Elo=FLJatau FL3 (10)384EI

dari persamaan (10) akan diperoleh besarnya detleksi

dengan mengasumsikan tebal dinding rata (homogen)

dan menghitung dengan coba-coba untuk beberapaketebalan plat dari bahan tertentu dimana F adalahgaya tekan/tarik (kg), L panjang tumpuan (cm), E

modulus elastisitas (kg/cm2), dan I momen inertia

(cm4). Besar momen inertia dapat dihitung denganpersamaan berikut

(1 I)

Jika hasH dari perhitungan besar detleksimelebihi dari yang disyaratkan (0,4 cm) inaka padadinding corong pemayar dipasang sejumlah sirippenahan, ini dimaksudkan untuk memperpendekjarak tumpuan (L) sehingga persamaannya menjadi

Gambar 5. Medan magnet sistem pemayar.

4. Corong Pemayar

Corong pemayar berbentuk trapesionidaldengan ujung atas dan bawah mempunyai ukuranrongga yang berbeda. Pada ujung tengah atas.

mempunyai rongga berbentuk lingkaran yangterhubung dengan tabung pemfokus sedang rongga

RANCANGAN DASAR MESIN BERKAS ELEKTRON 300keV/20 mA UNTUK INDUSTRI LATEKS ALAMDarsono

FL30=-­384Elx

FL3x=--384Elo

(12)

53

Edisi khl/sl/s, JI/Ii 2006 /SSN /4/1-/349

sehingga akan dipcroleh besamya mom en inertia (/).

Hasil perhitungan besar detleksi dan jumlahsirip dari pcrsamaan (10),( II ),( 12) dapat digunakanuntuk menentukan ketebalan dinding. Untukmenghitung Icbar dan tcbal dari sirip mcnggunakanpersamaan bcrikut

7WL'£>=-­1920El

7WL)/=-­1920£.-5

( 13)

melampui batas, maka diperlukan suatu pcndingin.Pada sistem pendinginan dengan udara yangdihembuskan dengan motor blower langsung kewindow agar panas yang terdesipasi dapatdipindahkan ke lingkungan. Jumlah udara yang harusdihembuskan ditentukan berdasarkan jumlah panasyang terdisipasi dan laju perpindahan panas yangterjadi. L~iu perpindahan panas harus dihitungberdasarkan bilangan Reynold (Re), bilangan Nussclt(Nu) dan koefisien perpindahan panas seearakonveksi (h).

Besarnya I~iu perpindahan panas dari windowke udara (q) adalah (21)

q = hA(T •. - T,,) (15)

Gambar 6: Konsep gambar teknis corongpemayar

Jcndela (window) Ti sebaiknya dibuat setipismungkin namun tentunya harus memperhitungkanpcrbedaan tekanan antara ruang hampa dan atmosfer.Untuk menentukan tebal window agar tidak terjadikerusakan pada saat menahan perbedaan tekananyang tCI:iadi an tara tckanan hampa dalam ruang MBEdan tekanan atmosfcr digunakan persamaan berikut.

s = t!.pbj28hr

( 14)

dengan A adalah luas permukaan perpindahanpanas (Iuas permukaaan window) T••. suhu windowdan T" suhu udara pendingin. Ukuran jcndela Ti 6em x 60 em dengan tebal 17,5 itm memenuhi kriteriaperancangan.

5. Bejana Tekan

Bejana tekan berbentuk silinder dimana padabagian atas ditutup dengan bentuk sctengah bolasedangkan bagian bawah ditutup dengan plat datarberbentuk flange. Bejana ini berfungsi untukmengisolasi tegangan tinggi pada tabung pemereepatelektron dan sumber elektron. Untuk meneegah agartidak ter:iadi discharge maupun breakdown voltagepad a saat MBE dioperasikan, maka diperlukanisolasi tegangan tinggi yang berupa gas isianeampuran N2+C02 masing-masing 50% pada tckananorde 7 atm. Konsep gain bar teknis bejana tckanscperti terlihat pada Gambar 7.

dengan S adalah tebal window (em), t1p perbedaantekanan antara ruang hampa dengan tckanan diluarruang hampa (atm), br lebar window (em), h yieldstrength (MPa) dan r tensile strength (MPa). Denganmemasukkan besaran-besaran pada persamaan (14)

akhirnya didapatkan' tebal window. Pad a kondisimesin berkas elektron bcropcrasi. berkas elektronkcluar dari mesin berkas elektron menuju targctdilcwatkan mclalui window. Pada kondisi ini, bcrkas

elektron kehilangan sebagian energinya yang terserapoleh window dan terdisipasi menjadi panas. Besarkchilangan cncrgi pada window tcrgantung dari dayahcnti (stopping power) bahan window yangdigunakan. Besar kehilangan energi ini dihitungdcngan persamaan menggunakan aeuan 3.

Akibat bcrkas elcktron yang kchilangansebagian energinya dan terdesipasi menjadi panaspada window menyebabkan kenaikan suhu window.Hal ini dapat mengurangi kekuatan mekanis dariwindow tcrsebut. Agar kenaikan suhu window tidak

Proseding l'ertenlllan dan I'resenlasi I/miah Tekn%giAkse/erato,. dan AplikasinyaEdisi khusus. Juli 2006 : 47 - 6/

20

50

4> 35

55

Gambar 7: Konsep gambar teknis bejana tekan

Pada dasar peraneangan ini pcrludiperhitungkan tiap-tiap bagian/komponcn daribejana tekan antara lain,

54

F:disi khllSUS, Jllii 20(}6

I. Tabung bejana tekan (tebal dinding, diameter dantinggi tabung)

2. Flange (tebal, diameter, jumlah dan ukuraf1lobangbaut)

3. Baut pengikat ( jumlah dan ukuran bautbcrdasarkan bahannya)

4. Gasket (bahan, ukuran tebal dan diameter)5. Nepel dan fasilitas sambungan (terminal kabel

HV, SIK, meter indikator tekanan gas isian, dll.)Untuk menentukan tebal dinding bejana agar

aman/mampu menahan tekanan gas isolasi dapatdihitung dengan persamaan sebagai berikutl241:

t= p.D2.a,

( 16)

Kevakuman akhir berkaitan dengan waktupemompaan pada kondisi transisi dan bcrkailandengan beban gas pada kondisi manlap (steady state).Tingkat kevakuman (P) sebagai fungsi waktupemompaan adalah(2~1

P =(P,-P.)CXP{[-(~'}]/[I+(~)]}+/:, (18)

dengan Pi adalah kevakuman awal (Torr). I'llkevakuman akhir (Torr). Sf' laju pemompaan teoritis(It/detik), V volume ruang yang divakumkan (liter)dan t waktu pemvakuman (dctik). Kevakuman akhirpada kondisi mantap (PII) dihitung denganpersamaan!251

.,.--_.~'"-- --~ .

( 17)

dcngan :

at adalah tcgangan larik ijin bahan, kglcm2 ,p adalah tckanan gas isian dalam b~iana tckan,

kg/cm2D adalah diamater bejana tekan, cm.

Dengan mengasumsikan tebal gasket = 1/16inch, Icbar gasket dapat ditentukan denganpcrsamaan1241

d" [ y - P.III ]"5-;;;= y-P(III+l)

dengan. do adalah diameter luar bejana (inchi),di adalah diameter dalam bejana (inch i),I' adalah lckanan gas isolasi dalam bcjana (Psi).y adalah minimum seating ~·tress (Psi), dan111 adalah factor gasket.

6. Sistem Vakum

Sistem vakum digunakan untukmemvakumkan ruangan di dalam MBE dengantingkat kevakuman tertentu agar elektron dapatbergerak tanpa hamburan yang berarti ketikadipercepat. Tingkat kevakuman ini berkaitan denganbahan komponen-komponen vakum yang digunakan,cara penginstalan dan laju pemompaan. Perhitunganyang berkaitan dengan tingkat kevakuman M BEadalah be ban gas, konduktansi saluran, lajupemompaan efektif dan tingkat kevakuman akhiryang dapat dicapai. Beban gas ini meliputi pelepasangas (olltgasing), kebocoran dan permeasi.Perhitungan-perhitungan didasarkan dari data-datakomponen-Iomponen vakum dan pompa vakum yangakan digunakan. Besar laju pelepasan gas akanberkurang terhadap waktu pemompaan sehinggakehampaan semakin bertambah dan akan mencapaikeseimbangan atau kondisi mantap (steady state).Pada kondisi ini, beban gas disebabkan oleh adanyapelepasan gas (olltgassing), permeasi dan kebocoran.Konsep gambar teknis instalasi sistem hampa sepertidiperlihatkan pada Gambar 8.

RANCANGAN DASAR MES/N BERKAS ELEKTRON 300keV/20 iliA UN7VK INDUSTRI LATEKS ALAMDarsono

Gambar 8: Konsep gambar teknis instalasi sistemhampa

( 19)

danI 1 I_=_+_ (20)

S'l Sf' C

dengan Sej adalah laju· pemompaan efcklif(liter/detik). Besamya konduktansi (C) tergantungsistem saluran tabung hampa dan besar be ban pompa(Q(;) tergantung jenis bahan yang digunakan daninstalasi penyambungan. Dua parameter ini dapalditentukan dengan menggunakan rumus konduklansidan beban pompa yang ada pada acuan 12~1.

7. Sistem Intrumentasi dan Kendali MBE

Sistem Instrumentasi dan Kendali (SIK) MBEmempunyai peranan yang sangat penting pada saatpengoperasian MBE. Pada SIK MBE untuk industrilateks, interaksi operator dilakukan langsungmenyenluh saklar hidup/mati (ON/OFF) pada dindingbilik yang telah dilapisi perisai radiasi. Unluk

55

harusdan

Edisi khllsus. Juli 2006

opcrasional MBE cukup dcngan bcberapa buah saklars'\ia yang langsung mcngaktitKan perangkat lunakaplikasinya. SIK MBE untuk industri latcksmcnggunakan komponcn micro controller yangdilengkapi dengan EEPROM berisi perangkat lunakaplikasi dan unit penguat daya (power amplifier)untuk relay driver.

SIK MBE pada prinsipnya berfungsi sebagaiperangkat akuisisi data dan pengendali parameter­parameter operasi MBE. SIK MBE untuk industrilateks meliputi SIK untuk bagian-bagian MBE, yaituSIK sumber elektron, SIK sumber tegangan tinggiberbasis transformator, SIK sistem vakum, SIK

proses iradiasi dan sistem interlock yang seearadiagram kotak seperti ditampilkan pada Gambar 9.

Karena MBE yang dirancangbangun ini akandigunakan di industri lateks sebagai iradiator clektronyang mobile, maka SIK MBE harus dirancang denganmemenuhi beberapa kriteria sebagai berikut:• SIK MBE yang dirancang memudahkan operator

di industri lateks mengoperasikan MBE, karenalangkah pengoperasian yang sederhana danmudah untuk dipahami.SIK MBE yang dirancang memungkinkanoperator mengoperasikan MBE dengan aman,karena dilengkapi dengan sistem interlock.SIK MBE yang dirancang dapat dibuat dengankandungan komponen lokal yang semaksimalmungkin sehingga harganya murah tetapi tanpamengabaikan kualitas.

• SIK MBE yang dirancangmempertimbangkan faktor .estetikaergonomika.SIK MBE harus mempertimbangkan faktorkeselamatan manusia, mesin dan cuplikan atautarget.

Panel Kendall MBE Lateks

Gambar 9. Diagram kotak SIK MBE untukindustri lateks .

SIK MBE untuk industri lateks dirancangsedemikian rupa untuk mengatur urutan langkahpengoperasian MBE yang dimulai dengan menekansaklar MAIN POWER. Kemudian penyedia dayategangan tinggi mulai proses pelipatan tegangan AColeh trafo pelipat tegangan yang dikendalikan dengan

Proseding Pertemuan dan Presentasi IImiah TeknologiAkselerator dan Aplikasinya

Edisi khusIIs. Jll/i 2006 : 47 - 61

ISSN /411-/349

SIK tegangan tinggi. Urutan pengoprasian yangstandar seperti pengoprasian pompa vakumselanjutnya disusun perintah dalam perangkat lunakyang di ditanamkan ke EEPROM(261•

8. Bejana Iradiasi

Bejana iradiasi adalah tempat proses iradiasilateks karet alam pada proses vukanisasi. Pad a saatlateks karet alam diiradiasi dengan berkas elektron.maka akan terjadi kenaikan suhu akibat energi berkaselektron yang terdesipasi. Kenaikan suhu ini tidakboleh melebihi batas yang diinginkan yaitu suhulateks karet alam pada saat diiradiasi di antara 25°Csid. 60 °C(271• Agar latcks karet alam pad a saatdiiradiasi tidak mengalami kenaikan suhu yangsignifikan maka harus dilakukan pcndinginan.Penrlinginan dapat dilakukan dengan mendinginkanbejana iradiasi dengan air pendingin maupun denganmengalirkan air pendingin di dalam bejana iradiasimelalui pipa-pipa yang dipasang di dalam bejanairadiasi. Disamping itu agar homogenitas dalamiradiasi maka dilakukan pengadukan. Dalampengadukan tidak boleh timbul buih-buih di dalambejana iradiasi sehingga kecepatan pengadukaanharus dibatasi.

Agar bejana iradiasi dapat berfungsi denganbaik dan mempunyai umur pakai yang cukuppanjang. maka dalam konstruksinya harusmenggunakan bahan yang sesuai misal baja karbon.aluminium, stainless steel. Masing-masing bahantersebut mempunyai keunggulan dan kekurangan baiksifat fisika dan kimia juga dalam penge~iaannya.Bahan stailess steel harganya agak mahal. namunmcmpunyai kemampuan las baik sehingga mudahdalam konstruksinya dan ketahanan korosi yang baiksehingga kelihatan bersih (estetika baik) danmempunyai umur pakai yang lama.

Dalam rancangan bejana iradiasi. bentukbejana iradiasi yang direneanakan harus diperhatikan.Bentuk ini harus menyesuaikan bentuk eorongpemayar dan celah window karena berkas elektronkeluar menuju target (bejana iradiasi) melalui eorongpemayar dan celah window. Dengan demikian bentukbejana iradiasi harus dirancang sedemikiaan rupasehingga sesuai dengan bentuk corong pemayar dancelah window dari mesin berkas elektron yangdirancang.

Besar panas yang dibangkitkan akibat dayaterdesipasi (I') pad a lateks karct alam berkaitandengan besar daya berkas elektron yang digunakanuntuk iradiasi yang besarnya dapat ditentukan denganpersamaan berikut

(21 )

dengan P adalah daya terdesipasi (watt). E teganganpemercepat (volt) dan I.arus berkas elektron (am per).

56

Edisi khllslls. JlIli 2006 ISSN 14/1-1349

lintang, Beban tersebut berasal dari berat konstruksiitu sendiri dan berat dari komponen MBE. Seearagaris besar kerangka MBE terdiri dari clemen strukturbalok, kolom dan pelat. Gaya lintang yang bckc~iapada balok dapat berupa be ban memusat dan bebanmerata. Beban memusat seperti pada beban

komponen MBE yang ditumpu pada suatu batangpenahan pada kerangka MBE, sedangkan bebanmerata yaitu beban komponen MBE ditumpu olehpelat yang diletakkan pada kerangka MBE ataususunan balok perisai radiasi yang disusun pad abalok kerangka. Gambar teknik rancangan dasarkerangka MBE ditunjukkan Gambar II.

Gaya lintang yang bekerja pada balok akanmenimbulkan momen lentur (M) dan besar teganganlentur (IT) yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut(291.,

Besar daya terdesipasi ini harus dapat dipindahkan kelingkungan dengan cara pendinginan. Untukmemperhitungkan proses pendinginan harusdipcrtimbangkan geometri bejana, jenis fluidapendingin dan sistem pendingin yang dikonstruksipada bejana iradiasi. Jika fluida pendingin

menggunakan air yang didinginkan dengan chillerdan air pcndingin mendinginkan bejana iradiasi,maka I~iu perpindahan panasnya adalah!281

(22)

dengan q adalah laju perpindahan panas (watt), Ukoefisien perpindahan panas menyeluruh (wattlm2 K)dan .1Tm beda suhu rata-rata fluida pendingin denganbahan yang didinginkan (K). Konsep gambar teknisbejana iradiasi untuk proses pravulkanisasi latekskaret alam dengan mesin berkas elektron ditunjukkanpada Gambar 10. M(J"=-

Wx

(23)

Bejana

(tempat lateks)

Gambar 10. Konsep gambar teknis bejanairadiasi

Pengaduk Pendingin

dengan Wx= tahanan lenturBeban tekan maksimum yang dapat diteruskan

pada kolom (Pcr) dapat ditentukan dengan persamaanEuler, dengan asumsi kedua ujung kolom ditumpusendi 129];

,,2EI (24)P = -,'" L-

"

dengan P",= beban kritisE = modulus elastis bahan

I = momen inersia minimum dari pen am­pang

L. = panjang kolon

9. Kerangka MBE

Kerangka MBE adalah suatu bangunankonstruksi b~ja untuk menopang instalasi komponenMBE seperti; sistem vakum, sistem optik, sistemkontrol, sistem kelistrikan, sistem shieldingpengaman radiasi dan sistem iradiasi. Konstruksi initersusun dari beberapa batang b~ia yang dirangkaidengan menggunakan sambungan tetap (Ias) atausambungan tidak tetap (ulir). Kerangka MBE harusmempunyai kekuatan yang mampu menahan bebantersebut diatas dengan kuat, yaitu tidak terjadiperubahan bentuk atau geometri.

Agar konstruksi tersebut aman maka teganganyang tc~jadi pada bahan harus sarna atau lebih kecildari tegangan yang diizinkan. Tegangan yangdiizinkan adalah kemampuan tegangan dari bahantcrsebut dibagi dengan faktor keamanan. Faktorkeamanan untuk kerangka MBE dapat ditentukansekitar 4(empat), hal ini berdasakanr pada sifat bebanyang statis dan kerangka tidak bergerak.

Arah beban yang beke~ja pada kerangka MBEada dua jenis, yaitu beban aksial dan be ban gaya

RANCANGAN DASAR MESIN BERKAS ELEKTRON 300keVI20 mA UNTUK INDUSTRI LATEKS ALAMDarsono

ambunganLa.

Datang h,lkKoJom

ElemenSlste", MBE

iJllah.flenguat

a.tangPenumpu

Gambar 11. Rancangan dasar kerangka MBEuntuk industri lateks.

Untuk mendapatkan konstruksi kolom yangaman maka perlu dimasukkan faktor koetisien tekuk(w). Pemeriksaan ketahanan kolom dipertimbangkanterhadap be ban P yang beke~ia sendiri dengan faktor(0 seperti kolom yang dibebani secara aksial. Untuk

57

Edisi khllSlIS, JlI/i 2006 /SSN /4/1-/349

tegangan perlu ditambahkan tegangan yangdisebabkan oleh momen M. maka tegangan yangtcrjadi harus memenuhi persyaratan sebagai berikut129].

dengan :C03 = Konsentrasi pembentukan gas ozon (03)CO2 = Fraksi oksigen di dalam molekul udara

(0,232)

Proseding Pertemllan dan Presentasi IImiah Tekn%giAhe/eratol' dan Ap/ikasinya

Hdisi khllSllS, .J1I1i2006 : 47 - 6/

P M _

a=r/JA+W-$a i:in

dengan M = momen maksimum pada kolomW = mom en tahanan maksimum dalam arah x

dan y

(5 = tegangan yang diijinkanJika pada sambungan tcrsebut dibuat

sambungan las type las temu, maka kekuatansambungan adalah tegangan ijin dikalikan denganperkalian panjang las dengan tebal pelat sambungan.Untuk konstruksi sambungan las aman maka harusmemenuhi persyaratan sebagai berikut [29];

Pc; L

(5(; =tldengsn au = tegangan geser

I'u = beban gesert = teballas

I = panjang lasSebagian elemen struktur kolom berupa pelat

baja, yang berfungsi untuk menumpu sebagiankomponen MBE. Untuk pelat yang ditumpu pada duasisinya atau pelat satu arah, perhitungan petattersebut dapat dianggap bentuk dari balok-baloksejajar. Untuk pel at yang ditumpu pad a keempatsisinya atau pelat dua arah, perhitungan dianggapsebagai sistem balok silang.

10. Pengamim Ozon dan Sinar X

Apabila Mesin Berkas Elektron (MBE)beropersai akan timbul sinal' X dan gas o7.On.Sinal' Xtimbul akibat interaksi antara berkas elektron dengan

materi yang diiradiasi, bahan window eorongpemayar dan komponen MBE yang terkena elektron.Sedangkan gas o7.On timbul akibat interaksi berkaselektron dengan udara yang dilewati berkas tersebul.Iial ini tidak diinginkan karena sinal' X maupun gasozon dapat menganggu kesehatan maupunkeselamatan manusia apabila dosisnya berlebihan.

Adapun konsentrasi pembentukan gas ozonsebagai fungsi parameter operasi MBE tanpa sirkulasiudara. dapat diestimasi berdasarkan persamaan [30] •

Sisa konsentrasi ozon setelah blower ozon

beroperasi selama t detik (ppm)Konscntrasi awal ozon setelah MBE

shutdown, blower ozon belum beroperasi

(ppm)Debit aliran udara dari blower ozon

(liter/detik)Volume ruang iradiasi (liter)Lama waktu blower ozon dioperasikan(detik)

Adanya aliran udara pendingin window pad aMBE akan meningkatkan konsentrasi pembentukanozon pada ruang iradiasi. dimana untuk opcrasi MBEselama I dctik pcningkatan konsentrasi omn yangterbentuk akan proporsional terhadap perbandinganantara debit aliran udara pendingin window per detikdengan volume iradiator. Berdasarkan pertimbanganteknis, pada saat operasi MBE berlangsung blowerwindow dan blower ozon harus bekerja bersamaan.

Dengan demikian untuk mcmpcroleh unjuk kcrjapembuangan ozon yang optimal. maka debit aliranblower ozon harus relatif lebih besar dibanding debitblower window. Selanjutnya sisa konsentrasi O7.0npada ruang iradiasi pasca operasi MBE harusdiperhitungkan lebih lanjut. Konsep gambaI' tcknispenghisap ozon scpcrti diperlihatkan pada GambaI'12.

v

f

C03

dengan :Cor

58

G = G value untuk produksi 03 oleh interaksielektron pada oksigen ( '" 6 molckulll 00eV)

E = Jumlah muatan elektron per mA detikarus berkas (6.28x 1015

elektron/mA.detik)N = Bilangan Avogadro (6,023x I023 molekul

/22,4 liter gas bertekanan 1 atmostir)SCol = Daya henti tumbukan elcktron di udara

bertekanan I atmosfir (keV/em)Anls berkas elektron yang terpancar padatarget (mA)

X = Jarak tempuh elektron dari windowsampai target (em)

T = Waktu iradiasi (detik)V = Volume iradiator (liter)

Selanjutnya untuk mensirkulasi udara yangterkontaminasi ozon setelah operasi MBE scdemikianhingga konsentrasi o7.Onyang masih tertinggal dalamruang iradiasi berada di bawah batas am bang yangdiijinkan (~ 0, I ppm), dibutuhkan sistem ventilasidengan menggunakan exhaust blower. Adapunkonsentrasi ozon tersisa pad a ruang iradiasi dapat

diperhitungkan dengan persamaan [301:

(26)

(25)

(27 )[Co, 'Ni;. E] [St'" . Iv' X .1]

3,25 x 10'f, [S,.,,' . Iv' X .11

(.' 11.1

Edisi khusus. Juli 2006 /SSN /4/1-/349

dengan:fl.,

Hili

Pip. Sirkul •• ;

n = log (I/Bx) (30)

Gambar 12: Konsep gambar teknis penghisapozon

Untuk lebih amannya tebal perisai radiasi (S)direkomendasikan untuk ditambah I Half Value

Layer (HVL)(4]. Sedangkan harga D".Ti. Te dan HVL

dapat diperoleh dari aeuan 3. Dari bcberapa rumusandi atas diharapkan dapat mcmbcrikan pcrtimbanganraneangan yang Icbih tcrinei scrta pembuatan pcrisairadiasi yang Icbih baik.

PENUTUPDalam peraneangan MBE untuk industri lateks

unsur utama yang harus diputuskan segera adalahkriteria pengguna. Dari kriteria ini konsepsualperaneangan dapat segera dibuat denganmemperhitungkan kemampuan teknologi yang adadan komponen serta bahan yang tersedia dipasaran.Dari konsepsual peraneangan ini dapat diteruskandengan pembuatan raneangan dasar yang memuatperumusan-pcrumusan teoritis maupun empirikberdasarkan literatur serta mengumpulkan data tekniskomponen dan bahan untuk keperluan perhitungandetil disain. Pada pcmbuatan raneangan deti! aspekteknologi, ekonomi, dan estetika sangatlah pentingdan harus diselaraskan dengan kriteria pcngguna dankomponen mekanik dan elektrik yang ada dipasaran.Pada raneangan dasar ini struktur MBE terdiri darisumber elektron dengan katoda Wolfram yangmenyatu dengan tabung aksclerator herkapasitas 20mA, 2 buah tabung akselerator bcrkapasitas 400 kVpad a b~iana bertekanan CO2 dan N2 scbesar 7 atm.sistem pemfokus dan pcmayar berkas elektron.eorong pemayar bcrkas elektron dengan tebal jendclaTi 17,5 !-1mdengan luasan berkas 6 em x 60 em.sumber tegangan tinggi jenis transformer intiterbumikan berkapasitas 350 kV130 mA, sistemvakum menggunakan pompa turbo. sistem pcnghisapozon, dan pengaman radiasi sinar X sekitar bejanairadiasi lateks serta sistem intrumentasi dan kendali.

MBE yang diraneang ini berukuran 2 m x 2 m x 2.5m dengan komponennya terpasang sceara moduluntuk memudahkan mobilisasi dan pcrawatan. Modusoperasi produksi karet alam iradiasi seeara batchdengan kapasitas produksi 90 liter per jam.

Berdasarkan pengalaman raneangbangunMBE skala laboratorium pada tahun 2003 yang lalumaka pengerjaan MBE untuk industri lateks ini dapatdikerjakan paling eepat 4 tahun. Dalamraneangbangun MBE ini konstribusi komponen jadibuatan luar negeri ialah vakum dan tabungakselerator. Ditinjau dari segi jumlah komponenutama MBE maka dua komponen dari luar negcri inimenyumbang sekitar 20% pada pengkonstruksianMBE sedangkan sisanya buatan BAT AN sendiri.Ditinjau dari segi besar beaya raneangbangun MBEmaka dua komponen luar negcri ini menyumbang30%. Dari segi harga MBE ini I11cmerlukan danasekitar 3,8 milyar rupiah untuk bisa diwujudkan dandioperasikan seba!!.ai demontration plant untuk

59

rasio transmisi perisai untuk sinar Xbatas laju dosis maksimum yang digunakan(2,5 mrem/jam)

= jarak an tara sumber sinar X dengan titikyang ditinjauindeks Ia,iu dosis terse rap pada jarak aeuanstandar I m dari sumber sinar X (radsm2/menit)

faktor pemakaian

Do

T

D

D 8 TH:::; 0 x (29)

tII (1,67 x 10-5) d2

8x = (1,67 X 10-5) [ :~ ~2 ] (30)

w.dab Latek.----f

RANCANGAN DASAR MES/N BERKAS ELEKTRON 300keV/20mA UNTUK INDUSTRI LA TEKSALAM/Jar.wllo

dengan:Ti = TVL pertama yang langsung berhadapan

dengan sumberTe = TVL berikutnya (setelah Ti)S = tebal perisai

dengan:n = hanyaknya TVLTVL = Tenth Value Layer

Sehingga tebal perisai radiasi dapat dihitungmenggunakan rumus sebagai berikut:

S = Ti+ (n-I) Te (31)

Syarat agar pekerja radiasi tidak menerimadosis melebihi batas maksimum yang diijinkan olehBadan Pengawas Tenaga Nuklir Nasional, yaitu 50mSv/tahun, maka Ia,ju dosis yang diterima pekerjaradiasi harus ~ 25 !-ISv/jam (2,5 mrem~iam). Namununtuk perkembangan nantinya sesuai denganrekomendasi ICRP No. 60 tahun 1990 nilai batas

dosis (NBD) akan ditekan menjadi 20 mSv/tahun atau

10 !-ISv/jam (I mrem/jam)PIJ. Agar nilai batas dosis(2.5 n1rel11~ial11)tersehut tereapai. maka ketehalanperisai radiasi ditentukan berdasarkan rum us sebagaibcrikutP01;

Edisi khllSIlS,Jllii 2006

iradiasi lateks karet alam.

UCAP AN TERIMA KASIHPenulis mengucapkan ban yak tcrima kasih

yang sebesar-besarnya kepada Ir.Suprapto,Djasiman,ST, Drs.Djoko SP, Sukidi, ST,Drs.Bambang Supardiono, Rany Saptaaji, ST, Sutadi,ST, dan Setyo Atm~jo, ST yang telah banyakmemberikan bantuan sehingga laporan rancangandasar MBE-Lateks dapat selesai semoga amalbaiknya dibalas oleh Tuhan YME.

DAFT AR PUST AKA

[1 J MARGA UTAMA, et.al, Trial production ofirradiated natural rubber latex and its dippingproducs on factory scale; Quality and techno­economical aspect, INTERNATIONALRUBBER CONFERENCE AND PRODUCTS

EXHIBITION, Jakarta, 13-15 Dec 2004

[2J STEPANIK, T.M., et.al., Electron ProcessingTechnology: A Novel Tool for IndustrialApplications. Proceedings IUPAC CHEMRA WIX World Conference on The Role ofAdvanced Materials in Sustainable

Development, Korea, September 1-6, 1996

[3] STEPANIK, T.M., et.al., Electron BeamTechnology: Turning the Corner TowardsSustainable Industrial Applications,Proceedings WORLD WISE'99 on SustainableInfrastrueture:Emerging Technologies for NewMillenium, December 6-8, 1999, Winipeg,Manitoba, Canada

[4J YAMAMOTO, S., Crosslinking of Wire andCables with Electron Beam, Proceedings of theWorkshops on the Utilization of ElectronBeams, JAERI-M, 90- I94, 1990

[5] MACHI, S., Application of RadiationTechnology for industry and environmentalprotection Proc. The secon Symposiym onRVNRL, MINT, Kuala Lumpur, 1996.

[6J SATO,S., Proceedings of the Workshop on theUtilization of Electron Beams, JAERI-M, 93­160, Tokyo, 1993.

[7J BUDIMAN, AFS., The global NR Industry:curent Developmen and Future Prospect,International Rubber Conference and prouctExhibiton 2004, Jakarta 13- I5 Desember 2004.

[8] DALRYMPLE, SJ. AND AUDLEY, B.G.,Allergenic protein levels, RubberDevelopments, Vol. 45 No.2 I3, NRTechnology 1414, 1992

191 MARGA UTAMA, Teknologi Polimerisasi

Proseding Pertemllan dan Presentasi Ilmiah TeknologiAkselerator don Aplikasil~yaEdisi khllslI.r.Jllii 2006 : 47 - 61

ISSN J./1/-13-19

Untuk Industri, Kampanye Teknologi KMNRT.Jakarta, 1995

[IOJANNONIME, Laporan Tahunan. PusatPenelitian Karet , Medan, 2003

[1 I] MARGA UTAMA, Potensi pemanfaatan mesinberkas elektron (MBE) untuk produksi lateks

alam iradiasi, Prosiding PPI TeknologiAkselerator dan Aplikasinya, P3TM-BA TAN.Volume I nomor 2 Nopember. 2004

[12] Komunikasi pribadi dengan calon penggunaMarga Utama dan Meri Suharini. PJTIR­BA TAN, Pasar Jumat Jakarta, 2004

[13JFORRESTER. et. al.. Large Ion Beams.Fundamentals of Generation and Propagation.John Wiley & Sons Inc., New York (1986).

[14] PIERCE, J.R., Theory and Design of EleklronBeams, D. Van Nostrand Company. Inc. NewYork ( 1954).

[ 15] WALDEMAR SCHARF, Particle AcceleratorAnd Their Uses. Warsaw, Poland

[16J KASHIW AGI, Nissin High Voltage Co. Ltd.Kyoto, Japan.

[17] Brosur NATIONAL ELECTRONIQUECOMPANY Co. Ltd. USA.

[18] SUDJA TMOKO, Dasar-dasar FisikaAkselerator Elektron, PPNY-BATAN. 1995

[19J SUTAJI S, DJOKO SP, SUDJATMOKO:'Perancangan Sistem Optik MBE 500 kev/lOmA," Prosiding Peretemuan Dan PresentasiIImiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya.Yogyakarta, I Juli 1999.

[20] FERDINAND L SINGER :" Strength ofMaterial dite~iemahkan oleh DARWINSEBA YANG Erlangga. Jakarta (1985)

[21] E.H. WILSON,"Mechanical

Engineering",Guildford,August,1976

[22] BOOTHROYD, G ;; Fundamentals of MetalMachining and Machine Tools; Scripta Book,Company, Wasington, DC (1975)

[23] SHIGL Y E dite~jemahkan oleh GAND( H :"Perencanaan Teknik Mesin .. Erlangga,Jakarta (1986)

[24] BROWNELL, L.E.," Vessel Design ••, WileyEastern Limited, New Delhi, 1979.

[25] ROTH, A., Vacuum Technology, North­Holland Publishing Company, New York( 1979).

60

Edisi khusus. Juli 2006

[26] Majalah Elektron No.14, Institut TehnologiBandun~ Bandung(]984~

[27] MAKlJUCHI, K., An Introduction to RadiationVulkanization of Natural Rubber Latex, T.IU.

Global Co., Ltd., Bangkok, Thailand (2003).

12XIINCROPERA, F.P., DEWITI', D.P.,Fundamental of Heat Transfer, John Wiley &Son, New York (1981).

[29] DARY ANTO, Mekanika Bangunan, BumiAksara Jakarta, 2002

[30] NCRP Report No.51 ,"Radiation ProtectionDesign Guidelines for 0.1 - 100 MeV ParticleAccelerator Facilities", Issued, March 1977.

[31] ANNALS OF THE ICRP, Recomendations ofThe International Commision on RadiologicalProtection, ]990.

RANCANGAN DASAR MESIN BERKAS ELEKTRON 300keV/20 iliA UNTUK INDUSTRI LATEKS ALAMDarsono

ISSN 14/1-1349

TANYAJAWAB

Darmawan

Apakah tidak difikirkan system bejana radiasi digantidengan sistem now dimana herkas elektrondipancarkan scr horisontal dan sample cair mengalirsecara vertical, sehingga keseragaman dosis lehihbaik?

Darsono

Saya setuju secara fisis tapi mcnuntut user sebaiknyapaham bejana iradiasi karena dengan teknik yangbapak usulkan kendalanya latek mudah menyetel.

Hari Suryanto

Untuk gas isian sebagai isolator tegangan tinggimengapa tidak digunakan SF, karena SF menuruthemat kami mempunyai tegangan dadal yang \chihtinggi daripada gas N2+C02•

Darsono

Bctul SF6 mcmpunyai tegangan dadal tinggi tapipenanganannya suEt ketika dilakukan perawatan HVsehingga kami memutuskan pakai N2+C02 yangmudah penanganannya.

61