5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 1/24

Abstrak 

Seperti yang telah diketahui, terdapat banyak radiasi nuklir berjenis pengion maupun

non-pengion yang dapat merusak kinerja sistem elektronika maupun komponen elektrikal yang

terdapat di dalamnya. Berdasarkan alasan tersebut, dibutuhkan sebuah aplikasi dari elektronika

nuklir yang dapat menghasilkan alat yang tangguh dari paparan radiasi maupun yang mampu

melindungi subjek pengguna sistem elektronika dan komponen elektrikal tersebut. Aplikasi

elektronika nuklir dalam teknologi luar angkasa mencakup banyak aspek dan hal, baik dalam hal

energi yang dapat digunakan dalam aplikasi ruang di mana misi yang unik persyaratan dan

kendala pada listrik daya dan manajemen termal menghalangi penggunaan sumber non-nuklir 

maupun dalam aplikasi elektrikal yang digunakan untuk memnciptakan alat yang tangguh

terhadap paparan radiasi.

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 2/24

I. Pendahuluan

Dalam makalah ini, akan dikemukakan aplikasi dari elektronika nuklir dalam perkembangan

studi teknologi luar angkasa. Makalah ini akan menyampaikan dua pokok aplikasi tersebut, yaitu

dalam bidang energi nuklir dan dalam bidang alat elektronik yang tangguh terhadap paparan

radiasi jenis pengion.

* I. A. Sumber Listrik Tenaga Nuklir 

Sumber Listrik Tenaga Nuklir untuk digunakan di luar angkasa telah dikembangkan dan

digunakan dalam aplikasi ruang di mana misi dengan persyaratan dan kendala pada daya listrik 

dan manajemen termal menghalangi penggunaan sumber non-nuklir. Misi tersebut telah

menyertakan misi untuk batas luar tata surya, yang panel surya tidak cocok sebagai sumber 

listrik karena durasi yang panjang dari misi-misi serta jarak yang jauh dari matahari.Menurut

 pengetahuan saat ini, Sumber Listrik Tenaga Nuklir merupakan satu-satunya sumber listrik yang

layak sebagai energi pilihan untuk daya beberapa misi ruang angkasa dan secara signifikan

meningkatkan sumber lain. Beberapa misi yang sedang berlangsung dan akan datang tidak akan

mungkin terlaksana tanpa menggunakan Sumber Listrik Tenaga Nuklir.

* I. B. IC Memori Tangguh Radiasi

Saat ini peranti elektronik yang berbasis mikroprosesor dari perlengkapan sederhana

hingga alat yang berbasis kompleks. Semakin maju sebuah sistem, maka semakin besar 

ketergantungannya pada sistem kinerja mikroprosesor yang digunakan. Dengan demikian

keggagalan kerja sistem mikroprosesor semakin dihindari karena hal itu akan mengakibatkan

gagalnya sistem kinerja keseluruhan alat. Dari percobaan yang telah diamati, alat berbasis MOS

(Metal-Oxide Semiconductor) sangat rawan terhadap tembusan radiasi, terutama radiasi neutron.

Radiasi merupakan salah satu aspek gagalnya satelit komunikasi Telstar-1 milik Amerika Serikat.

Hal ini membuat para ahli tersadar bahwa dibutuhkan material komponen yang tangguh terhadap

 paparan radiasi.

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 3/24

Untuk mensimulasikan paparan radiasi yang mungkin terjadi di luar angkasa telah

dilakukan percobaan dengan menggunakan OKTAVIAN, akselerator jenis Cockroft-Walton tipe

D-T milik Osaka University. Generator neutron ini dirancang untuk menghasilkan ion dengan

harga kinetik sebesar 300 Kv dan mampu menghasilkan neutron dengan tenaga homogen sebesar 

14 MeV.

II. Studi Pustaka

* II. A. Pengertian Neutron

 Neutron atau netron adalah  partikel subatomik  yang tidak bermuatan (netral) dan

memilikimassa 940 MeV/c² (1.6749 × 10-27 kg, sedikit lebih berat

dari proton. Putarannya adalah ½.Inti atom  dari kebanyakan atom  (semua kecuali  isotop 

Hidrogen yang paling umum, yang terdiri dari sebuah proton) terdiri dari proton dan neutron. Di

luar inti atom, neutron tidak stabil dan memiliki waktu paruh sekitar 10 menit, meluluh dengan

memancarkan  elektron dan antineutrino untuk menjadi proton. Metode peluruhan yang sama

( peluruhan beta) terjadi di beberapa inti atom. Partikel-partikel dalam inti atom biasanya adalah

neutron dan proton, yang berubah menjadi satu dan lainnya dengan pemancaran dan

 penyerapan pion. Sebuah neutron diklasifikasikan sebagai baryon dan terdiri dari dua quark  

  bawah dan satu quark atas. Persamaan Neutron antibendanya adalah antineutron. Perbedaanutama dari neutron dengan   partikel subatomik lainnya adalah mereka tidak bermuatan. Sifat

netron ini membuat penemuannya lebih terbelakang, dan sangat menembus, membuatnya sulit

diamati secara langsung dan membuatnya sangat penting sebagai agen dalam perubahan nuklir.

Penelitian yang dilakukan Rutherford selain sukses mendapatkan beberapa hasil yang

memuaskan juga mendapatkan kejanggalan yaitu massa inti atom unsur selalu lebih besar 

daripada massa proton di dalam inti atom. Rutherford menduga bahwa terdapat partikel lain di

dalam inti atom yang tidak bermuatan karena atom bermuatan positif disebabkan adanya proton

yang bermuatan positif. Adanya partikel lain di dalam inti atom yang tidak bermuatan dibuktikan

oleh James Chadwick  pada tahun 1932. Chadwick melakukan penelitian dengan menembak 

logam   berilium menggunakan sinar alfa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa suatu partikel

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 4/24

yang tak bermuatan dilepaskan ketika logam berilium ditembak dengan sinar alfa dan partikel ini

disebut sebagai neutron.

 Netron tak bermuatan dan bermassa 1 sma (pembulatan).

* II. B. Pengertian Radiasi

Dalam  fisika, radiasi mendeskripsikan setiap proses di mana energi bergerak melalui

media atau melalui ruang, dan akhirnya diserap oleh benda lain. Orang awam sering

menghubungkan kata radiasi ionisasi (misalnya, sebagaimana terjadi pada senjata nuklir, reaktor 

nuklir, dan zat radioaktif ), tetapi juga dapat merujuk kepada radiasi elektromagnetik   (yaitu,

gelombang radio, cahaya inframerah, cahaya tampak, sinar  ultra violet, dan X-ray), radiasi

akustik, atau untuk proses lain yang lebih jelas. Apa yang membuat radiasi adalah bahwa energi

memancarkan (yaitu, bergerak ke luar dalam garis lurus ke segala arah) dari suatu sumber.

geometri ini secara alami mengarah pada sistem pengukuran dan unit fisik yang sama berlaku

untuk semua jenis radiasi. Beberapa radiasi dapat berbahaya.

Beberapa jenis radiasi memiliki energi yang cukup untuk mengionisasi  partikel. Secara

umum, hal ini melibatkan sebuah elektron yang 'terlempar' dari cangkang atom elektron, yang

akan memberikan muatan (positif). Hal ini sering mengganggu dalam sistem biologi, dan dapat

menyebabkan mutasi dan kanker .

Jenis radiasi umumnya terjadi di limbah radioaktif peluruhan radioaktif dan sampah.

Tiga jenis utama radiasi ditemukan oleh Ernest Rutherford, Alfa, Beta, dan sinar gamma. radiasi

tersebut ditemukan melalui percobaan sederhana, Rutherford menggunakan sumber radioaktif 

dan menemukan bahwa sinar menghasilkan memukul tiga daerah yang berbeda. Salah satu dari

mereka menjadi positif, salah satu dari mereka bersikap netral, dan salah satu dari mereka yang

negatif. Dengan data ini, Rutherford menyimpulkan radiasi yang terdiri dari tiga sinar. Beliau

memberi nama yang diambil dari tiga huruf pertama dari abjad Yunani yaitu alfa,  beta, dan

gamma.

* Radiasi alpha (α)

Peluruhan Alpha adalah jenis peluruhan radioaktif  di mana inti atom  memancarkan

 partikel alpha, dan dengan demikian mengubah (atau 'meluruh') menjadi atom dengan  nomor  

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 5/24

massa 4 kurang dan nomor atom 2 kurang. Namun, karena massa  partikel yang tinggi sehingga

memiliki sedikit energi dan jarak yang rendah,  partikel alfa dapat dihentikan dengan selembar 

kertas (atau kulit).

* Radiasi beta (β)Peluruhan beta adalah jenis peluruhan radioaktif  di mana partikel beta (elektron atau

 positron) dipancarkan. Radiasi beta-minus (β )terdiri dari sebuah elektron yang penuh energi.⁻  

radiasi ini kurang ter ionisasidaripada alfa, tetapi lebih daripada sinar gamma. Elektron seringkali

dapat dihentikan dengan beberapa sentimeter logam. radiasi ini terjadi ketika peluruhan neutron 

menjadi proton dalam nukleus, melepaskan partikel beta dan sebuah antineutrino.

Radiasi beta plus (β+) adalah emisi  positron. Jadi, tidak seperti β , peluruhan β+ tidak ⁻  

dapat terjadi dalam isolasi, karena memerlukan energi, massa  neutron lebih besar daripadamassa proton. peluruhan β+ hanya dapat terjadi di dalam nukleus ketika nilai energi yang

mengikat dari nukleus  induk lebih kecil dari nukleus. Perbedaan antara energi ini masuk ke

dalam reaksi konversi  proton menjadi neutron, positron dan antineutrino, dan ke energi kinetik  

dari partikel- partikel

* Radiasi gamma (γ)

Radiasi gamma atau  sinar gamma adalah sebuah bentuk berenergi dari radiasi 

elektromagnetik yang diproduksi oleh radioaktivitas atau proses nuklir atau subatomik  lainnya

seperti penghancuran elektron- positron. Radiasi gamma terdiri dari foton dengan frekuensi lebih

 besar dari 1019 Hz. Radiasi gamma bukan elektron atau neutron sehingga tidak dapat dihentikan

hanya dengan kertas atau udara, penyerapan sinar gamma lebih efektif pada materi dengan

nomor atomdan kepadatan yang tinggi. Bila sinar gamma bergerak melewati sebuah materi maka

 penyerapanradiasi gamma proporsional sesuai dengan ketebalan permukaan materi tersebut.

Radiasi non-ionisasi, sebaliknya, mengacu pada jenis radiasi yang tidak membawa energi yang

cukup per  foton untuk mengionisasi  atom atau molekul. Ini terutama mengacu pada bentuk 

energi yang lebih rendah dari radiasi elektromagnetik (yaitu, gelombang radio, gelombang

mikro, radiasi terahertz, cahaya inframerah, dan cahaya yang tampak). Dampak dari bentuk 

radiasi pada jaringan hidup hanya baru-baru ini telah dipelajari. Alih-alih membentuk ion

 berenergi ketika melewati materi, radiasi elektromagnetik memiliki energi yang cukup hanya

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 6/24

untuk mengubah rotasi, getaran atau elektronik konfigurasi valensi molekul dan atom. Namun

demikian, efek biologis yang berbeda diamati untuk berbagai jenis radiasi non-ionisasi

* Radiasi Neutron

Radiasi Neutron adalah jenis radiasi non-ion yang terdiri dari neutron bebas. Neutron ini bisamengeluarkan selama baik spontan atau induksi fisi nuklir, proses fusi nuklir, atau dari reaksi

nuklir lainnya. Ia tidak mengionisasi atom dengan cara yang sama bahwa partikel bermuatan

seperti proton dan elektron tidak (menarik elektron), karena neutron tidak memiliki muatan.

 Namun, neutron mudah bereaksi dengan inti atom dari berbagai elemen, membuat isotop yang

tidak stabil dan karena itu mendorong radioaktivitas dalam materi yang sebelumnya non-

radioaktif. Proses ini dikenal sebagai aktivasi neutron.

* Radiasi elektromagnetik Radiasi elektromagnetik mengambil bentuk gelombang yang menyebar dalam udara kosong atau

dalam materi. Radiasi EM memiliki komponen medan listrik dan magnetik yang berosilasi pada

fase saling tegak lurus dan ke arah propagasi energi. Radiasi elektromagnetik diklasifikasikan ke

dalam jenis menurut frekuensi  gelombang, jenis ini termasuk (dalam rangka peningkatan

frekuensi): gelombang radio,gelombang mikro, radiasi terahertz, radiasi inframerah, cahaya yang

terlihat, radiasi  ultraviolet, sinar-X dan sinar gamma. Dari jumlah tersebut, gelombang radio 

memiliki   panjang gelombang  terpanjang dan sinar gamma memiliki terpendek. Sebuah jendela

kecil frekuensi, yang disebut spektrum yang dapat dilihat atau cahaya, yang dilihat dengan mata

 berbagai  organisme, dengan variasi batas spektrum  sempit ini. Radiasi membawa energi dan

momentum, yang dapat disampaikan ketika berinteraksi dengan materi.

* Cahaya

Cahaya adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang yang terlihat oleh mata manusia

(sekitar 400-700 nm), atau sampai 380-750 nm. Lebih luas lagi, fisikawan menganggap cahaya 

sebagai radiasi elektromagnetik dari semua panjang gelombang, baik yang terlihat maupun tidak.

* Radiasi termal

Radiasi termal adalah proses dimana permukaan benda memancarkan energi panas dalam bentuk 

gelombang elektromagnetik . Radiasi infra merah dari radiator rumah tangga biasa atau pemanas

listrik adalah contoh radiasi termal, seperti  panas dan cahaya yang dikeluarkan oleh sebuah bola

lampu pijar bercahaya. Radiasi termal dihasilkan ketika  panas dari pergerakan  partikel 

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 7/24

  bermuatan dalam atom diubah menjadiradiasi elektromagnetik . Gelombang frekuensi yang

dipancarkan dari radiasi termal adalah distribusi probabilitas tergantung hanya pada suhu, dan

untuk benda hitam asli yang diberikan oleh hukum radiasi Planck .  hukum Wien memberikan

frekuensi paling mungkin dari radiasi yang dipancarkan, dan hukum Stefan-Boltzmann 

memberikan intensitas panas.

* II. C. Perkembangan Teknologi Nuklir 

Teknologi nuklir adalah teknologi yang melibatkan r eaksi dari inti atom (inti=nuclei).

Teknologi nuklir dapat ditemukan pada bebagai aplikasi, dari yang sederhana seperti detektor  

asap hingga sesuatu yang besar seperti reaktor nuklir . Kejadian pada kehidupan sehari-hari,

fenomena alam, jarang sekali berkaitan dengan reaksi nuklir. Hampir semuanya melibatkan

gravitasi dan elektromagnetisme. Keduanya adalah bagian dari empatgaya dasar dari alam, dan

 bukanlah yang terkuat. Namun dua lainnya, gaya nuklir lemah dan gaya nuklir kuat adalah gaya

yang bekerja pada range yang pendek dan tidak bekerja di luar inti atom. Inti atom terdiri dari

muatan positif yang sesungguhnya akan saling menjauhi jika tidak ada suatu gaya yang

menahannya.

Henri Becquerel di tahun 1896 meneliti fenomena fosforesensi pada garam uranium 

ketika ia menemukan sesuatu yang akhirnya disebut dengan radioaktivitas. Ia, Pierre Curie, dan

Marie Curie mulai meneliti fenomena ini. Dalam prosesnya, mereka mengisolasi unsur  radium 

yang sangat radioaktif. Mereka menemukan bahwa material radioaktif memproduksi gelombang

yang intens, yang mereka namai dengan alfa, beta, dan gamma. Beberapa jenis radiasi yang

mereka temukan mampu menembus berbagai material dan semuanya dapat menyebabkan

kerusakan. Seluruh peneliti radioaktivitas pada masa itu menderita luka bakar akibat radiasi,

yang mirip dengan luka bakar akibat sinar matahari, dan hanya sedikit yang memikirkan hal itu.

Fenomena baru mengenai radioaktivitas diketahui sejak adanya paten di dunia kedokteran

yang melibatkan radioaktivitas. Secara perlahan, diketahui bahwa radiasi yang diproduksi oleh

 peluruhan radioaktif adalah radiasi terionisasi. Banya peneliti radioaktif di masa lalu mati karena

kanker  sebagai hasil dari pemaparan mereka terhadap radioaktif. Paten kedokteran mengenai

radioaktif kebanyakan telah terhapus, namun aplikasi lain yang melibatkan material radioaktif 

masih ada, seperti penggunaan garam radium untuk membuat benda-benda yang berkilau.

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 8/24

Sejak atom menjadi lebih dipahami, sifat radioaktifitas menjadi lebih jelas. Beberapa inti

atom yang berukuran besar cenderung tidak stabil, sehingga  peluruhan terjadi hingga selang

waktu tertentu sebelum mencapai kestabilan. Tiga bentuk radiasi yang ditemukan oleh Becquerel

dan Curie temukan juga telah dipahami;  peluruhan alfa terjadi ketika inti atom melepaskan

 partikel alfa, yaitu dua proton dan dua neutron, setara dengan inti atom helium; peluruhan beta 

terjadi ketika pelepasan   partikel beta, yaitu elektron berenergi tinggi;   peluruhan gamma 

melepaskan sinar gamma, yang tidak sama dengan radiasi alfa dan beta, namun merupakan

radiasi elektromagnetik pada frekuensi dan energi yang sangat tinggi. Ketiga jenis radiasi terjadi

secara alami, dan radiasi sinar gamma adalah yang paling berbahaya dan sulit ditahan.

Fisi

Pada radiasi nuklir alami, hasil sampingannya sangat kecil dibandingkan dengan inti dimana mereka dihasilkan. Fisi nuklir adalah proses pembelahan inti menjadi bagian-bagian yang

hampir setara, dan melepaskan energi dan neutron dalam prosesnya. Jika neutron ini ditangkap

oleh inti lainnya yang tidak stabilm inti tersebut akan membelah juga, memicu reaksi berantai.

Jika jumlah rata-rata neutron yang diepaskan per inti atom yang melakukan fisi ke inti atom lain

disimbolkan dengan k , maka nilai k  yang lebih besar dari 1 menunjukkan bahwa reaksi fisi

melepaskan lebih banyak neutron dari pada jumlah yang diserap, sehingga dapat dikatakan

 bahwa reaksi ini dapat berdiri sendiri. Massa minimum dari suatu material fisi yang mampu

melakukan reaksi fisi berantai yang dapat berdiri sendiri dinamakan massa kritis.

Ketika neutron ditangkap oleh inti atom yang cocok, fisi akan terjadi dengan segera, atau inti

atom akan berada dalam kondisi yang tidak stabil dalam waktu yang singkat.

Ketika ditemukan pada masa Perang Dunia II, hal ini memicu beberapa negara untuk memulai

  program penelitian mengenai kemungkinan membuat bom atom, sebuah senjata yang

menggunakan reaksi fisi untuk menghasilkan energi yang sangat besar, jauh melebihi peledak 

kimiawi (TNT, dsb). Proyek Manhattan, dijalankan oleh Amerika Serikat dengan bantuan Inggris 

dan Kanada, mengembangkan senjata fisi bertingkat yang digunakan untuk melawan Jepang di

tahun 1945. Selama proyek tersebut,  reaktor fisi    pertama dikembangkan, meski awalnya

digunakan hanya untuk pembuatan senjata dan bukan untuk menghasilkan listrik untuk 

masyarakat.

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 9/24

  Namun, jika neutron yang digunakan dalam reaksi fisi dapat dihambat, misalnya

dengan penyerap neutron, dan neutron tersebut masih menjadikan massa material nuklir berstatus

kritis, maka reaksi fisi dapat dikendalikan. Hal inilah yang membuat reaktor nuklir dibangun.

  Neutron yang bergerak cepat tidak boleh menabrak inti atom, mereka harus diperlambat,

umumnya dengan menabrakkan neutron dengan inti dari   pengendali neutron sebelum akhirnya

mereka bisa dengan mudah ditangkap. Saat ini, metode seperti ini umum digunakan untuk 

menghasilkan listrik.

Fusi

Jika inti atom bertabrakan, dapat terjadi f usi nuklir . Proses ini akan melepas atau

menyerap energi. Ketika inti atom hasil tabrakan lebih ringan dari  besi, maka pada umumnya

fusi nuklir melepaskan energi. Ketika inti atom hasil tabrakan lebih berat dari besi, maka padaumumnya fusi nuklir  menyerap energi. Proses fusi yang paling sering terjadi adalah pada

 bintang, yang mendapatkan energi dari fusi hidrogen dan menghasilkan helium. Bintang-bintang

 juga membentuk unsur ringan seperti lithium dan kalsium melalui stellar nucleosynthesis. Sama

halnya dengan pembentukan unsur yang lebih berat (melalui  proses-S) dan unsur yang lebih

 berat dari nikel hingga uranium, akibat  supernova nucleosynthesis, proses-R .

Tentu saja, proses alami dari astrofisika ini bukanlah contoh dari teknologi nuklir. Karena

daya dorong energi yang tinggi dari inti atom, fusi sulit untuk dilakukan dalam keadaan

terkendali (contoh:   bom hidrogen). Fusi terkontrol bisa dilakukan dalam akselerator partikel,

yang merupakan cara bagaimana unsur sintetis dibuat. Namun fusi nuklir konvensional tidak 

menghasilkan energi secara keseluruhan, mempercepat partikel dalam jumlah sedikit

membutuhkan energi lebih banyak dari pada total energi yang dihasilkan dari fusi nuklir.

Kesulitan teknis dan teoritis menghalangi pengembangan teknologi fusi nuklir untuk kepentingan

sipil, meski penelitian mengenai teknologi ini di seluruh dunia terus berlanjut sampai sekarang.

Fusi nuklir mulai diteliti pada tahap teoritis ketika Perang Dunia II, ketika para peneliti

Proyek Manhattan  yang dipimpin oleh Edward Teller  menelitinya sebagai metode pembuatan

 bom. Proyek ini ditinggalkan setelah menyimpulkan bahwa hal ini memerlukan reaksi fisi untuk 

menyalakan bom. Hal ini terus terjadi hingga pada tahun 1952, peledakkan bom hidrogen

 pertama dilakukan. Disebut bom hidrogen karena memanfaatkan reaksi antara deuterium dan

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 10/24

tritium, isotop dari hidrogen. Reaksi fusi menghasilkan energi lebih besar per satuan massa

material dibandingkan reaksi fisi, namun lebih sulit menjadikannya bereaksi secara berantai.

III. Analisis dan Hasil Analisis

Dalam Bab ini, akan membahas mengenai analisis perkembangan aplikasi Elektronika

 Nuklir dalam Teknologi Luar Angkasa, baik dalam Energi maupun Komponen Elektrikal.

III. A. Analisa Perkembangan Pemakaian Sumber Listrik Tenaga Nuklir dalam Perangkat

Teknologi Luar Angkasa

Pengembangan dan penggunaan sumber listrik tenaga nuklir di ruang angkasa telah

memungkinkan umat manusia untuk memperluas visi ke daerah yang tidak akan mungkin terjadi

dengan sumber daya non - nuklir. Misalnya, dalam daerah dingin yang kaya akan radiasi

di luar angkasa. Bahkan apabila terlalu dekat ke Matahari, lingkungan dapat terlalu keras atau

tidak ramah bagi sumber daya yang lebih konvensional. Seperti daerah kutub yang dingin yang

 berpotensi sulit untuk mengoperasikan sumber daya non - nuklir dalam jangka waktu yang lama.

Percobaan serius yang menggunakan energi potensial yang sangat besar dari inti Nukleus

dimulai di Amerika Serikat tak lama setelah berakhirnya Perang Dunia II. Pada suatu waktu

ketika potensi penuh dari sumber listrik yang lebih konvensional dan sistem propulsi belum

sepenuhnya tergali, sistem nuklir menjanjikan keuntungan dalam membuka batas luar 

angkasa. Studi-studi awal mengidentifikasi dua jenis sumber tenaga nuklir berpotensi, yaitu:

sumber daya radioisotop dan reaktor nuklir Dengan kemajuan teknologi yang lebih konvensional

seperti sel surya dan baterai itu lebih menguntungkan untuk menggunakan teknologi tersebut

untuk penerbangan angkasa pertama, terutama karena misi awal berada di orbit Bumi dan

durasinya cukup pendek.

  Namun, NASA dan pendahulunya Nasional Penasehat Komite Aeronautics (NACA)

menyadari sejak awal terhadap kebutuhan untuk sistem nuklir di luar angkasa. Selama PerangDingin, Departemen Pertahanan Amerika Serikat juga menyadari keuntungan yang melekat pada

sistem nuklir, terutama ketahanan mereka terhadap penanggulangan jenis tertentu.

Setelah studi misi awal ini, Komisi Energi Atom Amerika Serikat (USAEC), dimulai pada tahun

1951, diminta untuk melakukan beberapa penelitian tentang penggunaan radioisotop dan reaktor 

nuklir untuk pesawat ruang angkasa. Setelah studi ini diselesaikan, KC Jordan dan JH Birden,

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 11/24

dua peneliti yang bekerja di Laboratorium Monsanto Research Corporation, membangun

 pembangkit termoelektrik radioisotop pertama (RTG) pada tahun 1954. Meskipun ini pertama

kali, RTG mampu memproduksi 1,8 MWe daya yang menunjukkan kelayakan

kopling radioisotop dengan sistem konversi tipe termokopel.

Pada tahun 1958, peneliti di Labotarium Fisika Terapan, Johns Hopkins University

mengilhami ide satelit navigasi berdasarkan pada teknologi Doppler sebagai bagian dari satelit

navigasi APL yang diusulkan Sistem Navigasi Angkatan Laut . Teknologi satelit navigasi yang

dikembangkan di bawah program Transit sekarang digunakan di Global Positioning Sistem

(GPS). Sementara sel surya dan baterai menjadi sumber listrik sistem satelit navigasi ini, JHU /

APL menerima tawaran dari USAEC untuk memiliki sumber tenaga radioisotop tambahan,

dilambangkan dengan singkatan SNAP- 3B, untuk satelit Transit 4A dan Transit 4B . Dan dengan

tindakan itu menegaskan bahwa era sumber listrik tenaga nuklir untuk luar angkasa benar-

 benar diluncurkan.

III. A. 1. Transit A dan Transit B

Transit 4A diluncurkan pada tanggal 29 Juni 1961 dan segera diikuti oleh peluncuran

Transit 4B pada 15 November 1961. Tujuan dari kedua misi adalah (1) untuk melakukan uji coba

navigasi dan demonstrasi; (2) untuk meningkatkan pemahaman efek dari refraksi ionosfer padagelombang radio, dan (3) untuk meningkatkan pengetahuan tentang

 bentuk bumi dan medan gravitasi. Kedua pesawat ruang angkasa bertemu semua peluncuran.

Setiap 2,1 kg SNAP-3B RTG (satu per pesawat ruang angkasa) menghasilkan sekitar 2,7 We di

awal misi dari panas radioisotop sumber yang menyediakan tenaga panas sekitar 52,5

Wt. Sementara tingkat daya terlihat rendah, baik RTGs melayani untuk mengisi ceruk kritis

dengan memperdayai osilator kristal yang merupakan jantung dari sistem elektronik 

digunakan untuk pelacakan Doppler-shift. Selain itu, RTGS memperdayai multiplier, modulator 

fasa, dan 54 - dan 324-MHz power amplifier. Saat kegagalan berbagai komponen mengganggu

kinerja analisis penuh RTG, ada cukup data dari pengukuran lain yang menunjukkan bahwa

kedua RTG beroperasi jauh melampaui prediksi hidup mereka, yaitu lima tahun.

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 12/24

III. A. 2. Transit 5 BN-1 dan Transit 5 BN-2

Berdasarkan kinerja yang sukses dari RTG SNAP-3B pada satelit Transit 4A dan Transit

4B, JHU / APL memiliki kepercayaan diri untuk mendesain dan meluncurkan dua satelit navigasi

yang murni bertenaga nuklir (transit 5 BN-1 dan Transit 5 BN-2). Setiap satelit digunakan

sumber listrik RTG baru yang lebih tinggi, SNAP-9A.Setiap 12.3 kg SNAP-9A dirancang untuk menyediakan 25 We di 6 nominal V untuk lima

tahun di ruang angkasa setelah satu tahun penyimpanan di bumi. Satelit Transit 5 BN-1

diluncurkan pada 28 September 1963 dari Vandenberg Air Force Base (VAFB) di California.

Satelit Transit 5 BN-2 diluncurkan kurang lebih dua bulan kemudian pada tanggal 6 Desember 

1963. Salah satu tujuan dari satelit Transit BN-5 ialah untuk menyediakan sarana yang

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 13/24

memungkinkan kapal Angkatan Laut Amerika Serikat menavigasi tempat di mana saja di dunia.

Karena beberapa masalah elektronik, Transit 5 BN-1 hanya mencapai sedikit dari tujuan itu,

namun, JHU / APL melaporkan bahwa semua konsep navigasi satelit APL telah divalidasi

menggunakan Satelit 5 BN-1.

Dalam ringkasan laporan, JHU / APL menyatakan bahwa Satelit 5 BN-1 adalah satelit

 bumi buatan pertama yang menggunakan energi nuklir sebagai sumber listrik utama. Dalam

 perannya sebagai pelopor satelit nuklir, 5 BN-1 menunjukkan kesederhanaan yang ekstrim

dengan generator termoelektrik dapat diintegrasikan ke dalam desain, tidak hanya untuk 

memberikan listrik tetapi juga untuk membantu dalam kontrol termal.

Transit 5 BN-2 dilaporkan dapat mencapai semua tujuan peluncuran dan digambarkan oleh

JHU / APL sebagai "yang pertama yang benar-benar operasional navigasi satelit ".

III. A. 3 Satelit Triad

Satelit TRIAD yang diluncurkan pada tanggal 2 September 1972 dari VAFB adalah yang

  pertama dalam serangkaian pesawat ruang angkasa eksperimental atau operasional yang

dirancang untuk perbaikan uji terbang ke Sistem Satelit Navigasi Angkatan Laut. Sumber listrik 

utamanya adalah Transit RTG yang memberikan kekuatan minimum 30 We dan setelah lima

tahun minimal 3 V. Empat solar sel panel dan 6-Ah baterai nikel-kadmium diberikan sebagai

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 14/24

sumber listrik tambahan. 13.6-kg RTG Transit menggunakan SNAP-19 sumber panas radioisotop

ditambah dengan panel termoelektrik ringan yang menggunakan teknologi timbal-telluride.

Akibatnya, sumber panas diradiasikan ke panel sehingga RTG tersebut tidak harus sealed. JHU /

APL melaporkan bahwa semua satelit TRIAD dan teknologi eksperimen luar angkasa sedang

diujicobakan dan satelit TRIAD merupakan tujuan jangka pendek yang yang telah dilakukan.

Saat telemetri hilang kontak sekitar sebulan dengan misi tersebut, otomatis menghalangi

 pengukuran kekuatan RTG Transit.

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 15/24

III. A. 4 Eksperimen Reaktor Ruang Angkasa SNAPSHOT

Reaktor nuklir pertama untuk yang direncanakan untuk beroperasi di luar angkasa

diluncurkan oleh Angkatan Udara Amerika Serikat dari VAFB pada 3 April 1965. Reaktor, yang

diberi nama SNAP-10A, dibangun di atas warisan dari program reaktor SNAP sebelumnya,

khususnya, SNAP-2 dan SNAP-10. SNAPSHOT, nama percobaan itu, adalah tes dari

  pengoperasian sebuah ruang reaktor otomatis. Kebutuhan daya untuk 435 kg SNAP-10A

menghasilkan setidaknya 500 We untuk satu tahun. Gambar 7 adalah konsepsi seni reaktor 

SNAP-10A yang digabungkan dengan pesawat ruang angkasa Agena. Setelah melewati 1288 km

sampai 1.307 km orbit yang aman, reaktor nuklir itu dimulai dan dioperasikan. Semua berjalan

 baik hingga 43 hari sampai kegagalan regulator tegangan dalam pesawat luar angkasa Agena

menyebabkan penghentian operasi sumber daya. Namun demikian, SNAP-10A menunjukkan

 bahwa sangat layak untuk mengoperasikan secara jarak jauh reaktor nuklir berbasis pendinginan

logam cair di luar angkasa. Kemampuan SNAP-10A untuk beroperasi tanpa pengawasan selama

satu tahun ditunjukkan dalam tes di bumi yang identik dengan tes penerbangan reaktor.

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 16/24

III. A. 5 Satelit Meterologikal Nimbus - 3

Program pembangunan SNAP-9A berpindah ke program peningkatan teknologi SNAP-19

menjadi dasar untuk misi pertama NASA ke luar planet. Nimbus-3 adalah satelit cuaca Amerika

Serikat pertama untuk membuat pengukuran global siang dan malam dari suhu luar angkasa di

 berbagai tingkat atmosfer. Gambar 8 adalah konsepsi desain dari satelit meteorologi Nimbus-3

yang menunjukkan dua RTG SNAP-19 dipasang ke dasar platform. Selain dua RTG SNAP-19,

  Nimbus-3 dialiri sel surya. Tujuan dari pemasangan dua RTG SNAP-19 adalah untuk 

memberikan 50 We ke tempat daya regulasi setelah satu tahun di orbit.

Kedua 13.4 kg RTG menghasilkan 56,4 We (49,4 We yang dapat digunakan) pada

 peluncuran dan 47 We satu tahun kemudian. Tenaga nuklir ini terdiri dari sekitar 20 persen dari

total daya yang dikirim ke tempat regulasi daya selama waktu tersebut, yang memungkinkan

sejumlah percobaan sounder athmosperic yang sangat penting untuk beroperasi penuh di waktu

siklus. Tanpa RTG, total daya yang dikirim akan jatuh di bawah garis beban sekitar minggu

kedua.

III. A. 6 Percobaan Permukaan Bulan (Apollo)

Tenaga nuklir di bulan menyediakan sejumlah keuntungan yang penting, terutama

kemampuan untuk memberikan tenaga penuh sepanjang 14 hari di bumi. Ini adalah salah satu

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 17/24

faktor yang menyebabkan NASA memilih daya RTG untuk perusahaan Percobaan Permukaan

Bulan Apollo (ALSEPs). Tujuan program termasuk ialah untuk memperoleh data ilmiah yang

membantu dalam menentukan struktur internal dan komposisi permukaan bulan dan komposisi

atmosfir bulan. Lima ALSEP ditempatkan di bulan, dimulai dengan misi Apollo12 (lihat Gambar 

9) yang ALSEP diakuisisi mulai tanggal 19 November 1969. Awak Apollo 11 dikerahkan sebagai

 pelopor dari ALSEP, yang dikenal sebagai Percobaan Ilmiah Apollo Awal (EASEP). Sumber 

listrik untuk EASEP yang digunakan ialah sel surya dan dua 15-Wt radioisotop pemanas unit

(Rhus).

Daya untuk setiap ALSEP disediakan oleh RTG baru yang didesain bersama SNAP-

27 yang (lihat Gambar 10). Syarat daya 19,6 kg RTG adalah untuk menyediakan

setidaknya 63,5 We di 16 V DC untuk setelah satu tahun pendaratan di bulan

(untuk Apollo 17, syarat daya-nya adalah 69 We setelahdua tahun pendaratan). Lima RTG

SNAP-27 ALSEP (Apollo 12, 14, 15, 16, 17) berhasil melebihi syarat misi mereka di baik 

 perihal daya dan umur hidup yang memungkinkan Stasiun ALSEP mengumpulkan data ilmiah

 jangka panjang di bulan.

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 18/24

III. B Analisa Perkembangan Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Komponen Elektronik 

Teknologi Luar Angkasa

Saat ini kebanyakan IC memori dirancang dengan struktur dasar MOS, yang

keunggulannya terletak rendahnya daya yang diperlukan, ukuran yang ideal serta fabrikasi yang

snagta mudah. Pada sel memori, terdapat terminal gate, drain dan source. Sednagkan porsi

terbesar terletak di substrate yang merupakan badan memori. Porsi yang berada di bawah gate

terdapat silikon dioksida yang berfungsi untuk mengisolasi terminal - terminal tersebut. Pabila

terminal gate diberi tegangan positif (High) maka di bawah bagian interface lapisan silikon

dioksida dan silikon terbentuk lapisan pengosongan dan penumpukan elektron yang bernama

channel. Lapisan channel ini bersifat menghantarkan dengan daya hantar tergantung pada daya

tegangan dalam gate. Sheingga apabila source di-ground-kan, maka keluaran transistor yakni

terminal drain akan dalam keadaan rendah (Low). Sebaliknya apabila gate tidak diberi tegangan

maka channel tersebut lenyap dan hubungan antara drain dan source terputus.

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 19/24

Sebuah percobaan dilakukan untuk menghilangkan derau pada IC memori yang

disebabkan oleh radiasi neutron di luar angkasa. Percobaan ini dilakukan oleh Prof. Ir. Sunarno,

M.Eng., Ph.D. pada tahun 1996. Dengan menggunakan metode in-situ, beberapa IC Memori

ditembakkan radiasi neutron dengan kisaran daya 14 MeV pada akselerator Oktavian.

Pada percobaan ini, sampel IC diletakkan di dekat target akselerator yang berupa

lempeng logam tritium. Ketika generator ion diaktifkan maka berkas ion deuteron dengan tenaga

kinetik kisaran 240 KeV memancar di dalam tabung hampa dan menumbuk target yang berada di

ujung pipa vakum. Sebagaimana yang telah dikemukakan sebelumnya, neutron - neutron hasil

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 20/24

reaksi fusi ini bila menembus IC memori dan berhasil menubruk atom silikon akan menghasilkan

reaksi :

Jika ion - ion hasil reaksi inti inimenembus lapisan depletion layer transistor MOS yang

terdapat dalam IC memori, akan terjadi gangguan keseimbanganmuatan listrik akibat kehadiran

electron-hole akibatnya tegangan pada daerah tersebut akan turun sesaat sebanding dengan

 jumlah muatan yang terkumpul pada elektroda - elektroda lapisan pengosongan. Hal inilah yang

menyebabkan derau pada IC memori yang mengakibatkan soft-error pada perangkat teknologi

luar angkasa. Karena hal itu dibutuhkan IC Memori yang tangguh terhadap radiasi.

IV. Kesimpulan

Aplikasi elektronika nuklir dalam kemajuan teknologi luar angkasa terbukti berperan

amat penting, baik dalam bidang energi dimana nuklir digunakan sebagai bahan baku sumber 

listrik bagi perangkat - perangkat teknologi luar angkasa (Amerika Serikat) maupun dalam

aplikasi elektronika yang bertujuan untuk mencegah derau yang diakibatkan oleh radiasi neutron

di luar angkasa. Hasil analisa menunjukkan bahwa kemajuan aplikasi elektronika nuklir sangat

 pesat, dan menghasilkan beberapa informasi penting seperti berikut :

1. Selama hampir 45 tahun, sumber tenaga nuklir teknologi luar angkasa Amerika Serikat

telah terbukti sebagai sumber energi listrik yang terbukti aman, terpercaya, kokoh,

 berumur panjang. Sejak 1961, Amerika Serikat telah berhasil meluncurkan 42 sumber 

tenaga nuklir (41 radioisotop thermoelectric generator dan satu reaktor nuklir) pada 24

misi ruang angkasa bersama dengan ratusan unit pemanas radioisotop (Rhus).

2. SNAP-10A ruang reaktor sistem tenaga nuklir menunjukkan kelangsungan hidup

otomatis yang dikontrol, reaktor yang berbasis pendinginan cairan logam untuk aplikasi

luar angkasa.

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 21/24

3. Generator termoelektrik radioisotop telah memungkinkan beberapa misi ilmiah yang

 paling menantang dan menarik dalam sejarah manusia.

4. Secara umum, RTG, dari yang pertama SNAP-3B ke GPHS-RTG telah melebihi mereka

 persyaratan misi dengan memberikan daya pada atau di atas yang dibutuhkan dan di luar 

masa misi yang direncanakan. Jelas ruang tenaga nuklir telah memungkinkan umat

manusia untuk memasuki batas akhir.

5. Neutron hasil reaksi fusi yang biasanya terdapat secara alamiah di ruang angkasa,

walaupun tidak bermuatan tetapi karena adanya daya tembus dan energinya yang besar,

di samping ukurannya yang sangat kecil mampu menimbulkan reaksi inti di dalam

komponen elektronika yang ditembusnya, hal ini menimbulkan derau dan soft-error.

Daftar Pustaka

Sunarno, T. Iida, J. Dathemici, H. Miyazaki, A. Takahashi (1993), Soft-Error On Memory ICs

 Induced by D-T Neutrons. Journal of Nuclear Science and Technology, Vol 30, No 2, pp-

107-115

Sunarno (1995), Studies on Soft-Error on Memory ICs Induced by Fusion Neutrons , Doctor Dissertation, Osaka University, Japan

http://id.wikipedia.org/wiki/Neutron 

http://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi 

http://id.wikipedia.org/wiki/Teknologi_nuklir  

http://www.fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/lib-www/la-pubs/00326408.pdf  

http://www.iaea.org/ 

http://www.fas.org/nuke/space/iaea-space.pdf  

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 22/24

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 23/24

Tugas Akhir Elektronika Nuklir

 

Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan

Teknologi Ruang Angkasa

diajukan untuk memenuhi nilai mata kuliah Elektronika Nuklir 

disusun oleh

Helmi Tanthawi (10/297386/TK/36269)

Prodi Teknik NuklirJurusan Teknik Fisika

Fakultas Teknik 

Universitas Gajah Mada

Yogyakarta

2011

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa

5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 24/24

Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa