Medan magne~ pada ~abung lucu~an mempengaruhi terjadi­nya pengungkungan plasma. Hasil percobaan menunjukkan bahwadengan menggunakan medan magne~ B = 138 gauss diperoleh suhudan kerapat.an (elek~ron) plasma masing-masing sebesar T =e10 -3

= (7,1 ± 0.5) x 10 cm, sedang

PENGARUH MEDAN MAGNET PADA TABUNG LUCUTAN

Agus Purwadi. Suryadi. Widdi Usada

Pusa~ Peneli~ian Nuklir Yogyakar~a

ABSTRAK

(26 ± 3) eV dan Nesebelumnya tanpa menggunakan medan magne~ adalah Te = (10 ±0,3) eV dan N = (9,9 ± 0,2) x 108 cm-3• Gas isian meng­egrJnakan gas argon dengan ~ekanan 0,35 mbar dan tegangananoda + 900 vol~ dengan arus lucu~an 4 mA.

ABSTRACT

The magnetic rield on the discharge ~ube inrluences theoccurence or plasma conrinemen~. The experimen~ resultsshow ~ha~ by using magnetic rield B = 138 gauss, temperatureand plasma (elec~ron) density or T = (26 ± 3) eY and N =e e(7,1 ± 0,5) x 1010 cm-3 were obtained respectively whereas~he previous results which were without using magnetic rieldshowed that T = (10 ± 0.3) eY and N = (9.9 ± 0.2) x 108e ecm-3 The working gas used was argon gas wi~h pressure or0.35 mbar and ~he anode voltage +900 volts with thedischarge curren~ or 4 mA.

I. PENDAHULUAN

Yang menjadi tujuan pokok dalam penambahan medan magnet

pada tabung Iucutan adalah dapa~ ~ercapainya pengungkungan

plasma. Jika ternyata un~uk suhu dan kerapa~an (elek~ron)

plasma yang diperoleh harganya lebih besar dari pada hasil

percobaan yang diperoleh sebelumnya, berarti pengaruh medan

magne~ berdampak positir terhadap pengungkungan plasma dan

memperoleh dampak nega~if' (gagal) un~uk kejadian yang se­

baliknya.

63

64

Pada satu unit alat penentu parameter plasma yang ter­

sedi a , ujung-uj ung tabung 1ucutan telah di1engk api dengan

solenoida-solenoida pembangkit medan magnet Caksial), dengan

maksud pengungkungan plasma bisa terjadi. Hal ini mengingat

bahwa dengan adanya medan magnet maka arah gerak parti kel­

partikel bermuatan dalam garis-garis gaya magnet cenderung

arah geraknya dibalikkan. (1} Dengan kata lain, medan magnet

pada ujung-ujung tabung lucutan dapat bekerja sebagai cermin

magnet yang sifatnya akan memantulkan kembali partikel­

partikel bermuatan ke daerah yang medan magnet..nya relatif

lebih lemah. 01eh karenanya , medan magnet..di kedua ujung

tabung lucutan dibuat lebih kuat dari pada medan magnet di

bagian tengah tabung lucutan. agar hilangnya partikel ber­

muatan dari tabung lucutan akan sangat diperkecil.

Sistem pengungkungan partikel bermuatan dengan bantuan

medan magnet semacam ini, dapat untuk menekan plasma baik ke

arah aksial maupun ke arah radial, yang berarti dapat mem-

perbesar kerapatan serta mempertinggi suhu plasmanya. Pene-

kanan ke arah radial dapat dicapai dengan cara memperbesar

medan magnet..aksial dan penekanan ke arah aksial dapat di­

capai dengan saling mendekalkan kedua cermin magnet pada

ujung-uj ung tabung bai k secar a mekanik maupun secar a elek­

t..r i k. (2)

Pada ujung-ujung tabung lucutan, arah garis-garis gaya

serempak dibelokkan mengumpul searah sumbu tabung lucutan.

Berkat adanya reaksi ant..arapart..ikelbermuat..andengan medan

~agnet, maka ada gaya magnet..yang arahnya selalu t..egaklurus

garis gaya magnet pusat... Pada daer ah di mana t..erjadi pem-

belokan garis-garis gaya yakni di ujung-ujung tabung lucut..­

an, akan ter jadi gaya magnet dengan arah menuju ke daerah

bagian t..engaht..abunglucutan. Dengan demikian medan magnet..

mempunyai efek pula di dalam mengurangi komponen kecepatan

arah aksial dari part..ikel-partikel bermuatan, yang berart..i

mengurangi lolosnya part..ikelbermuatan dari tabung lucutan.

Oalam prakt..ek, pengungkungan part..ikelbermuatan akan lebih

65

efisien bila hanya dengan memasang solenoida di kedua ujung

labung luculan saja, lanpa memasang di bagian lengah labung

luculan, karena garis-garis gaya magnel induksi di bagian'

tengah tabung masih letap ada, untuk jarak antar solenoida

yang relatif tidak jauh. Keuntungan lain adalah selama mela­

kukan pengukuran parameler plasma menggunakan kuar (probe),

kuar dapa t 1eluasa di oper asikan di bagi an tengah tabung

lucutan yakni di daerah kolom positif di mana plasma berada.

II. TATA KERJA

Percobaan di 1akukan dengan menggunakan satu unit alat

penentu parameter plasma, seperti alat yang telah digunakan

pada percobaan sebel umnya. (3) 8edanya cuma pada ujung-ujung

tabung lucutan dilengkapi dengan solenoida-solenoida beserta

penyedia dayanya, sebagai pembangkit medan magnet. 81 ok di-agram alat percobaan seperti ditunjukkan pada gambar 1.

air pendingin

kran

penyediadaya

pompa vakum

gas argon

days

baterai

TABUNG LUCUTAN

elektrometer

penyedia days tahanan

Gambar 1. Biok diagram alat penentu parameter plasma

66

Dua buah solenoida yang digunakan masing-masing terdiri

dari 2200 (55 x 40) lilitan, terbuat dari kawat email ber-

diameter ¢ = 0,50 mm. Panjang solenoida 15 em dengan di-

ameter dal am 5 em. Dari hasi 1 penguk uran dihasi1~an medan

magnet sebesar 130 gauss untuk tegangan operasi sebesar 20

volt. Gaussmeter yang digunakan adalah gaussmeter tipe

Yokogawa 3251. Sedang rangkaian penyedia daya pemberi arus

pada solenoida di atas adalah seperti ditunjukkan pada

gambar 2.

\oA25V'i. 2.

\000 J.LF

tOOV "!JA t.. Z.

D

71Q01l.~ soV

Gambar 2. Rangkaian penyedia daya

Dari rangkaian penyedia daya di atas diperoleh hasil

pengukuran bahwa untuk tegangan masukan V = 15-25 volt danAC

arus mas ukan I = 2,50-7,50 amper diperoleh tegangan ,keluar­ACan sebesar V = 0 - 20 volt. dan arus keluaran sebesar I = 0

DC DC

- 6,50 amper.

67

Un~uk menge~ahui adanya pengaruh medan magne~ pada

~abung lucu~an dapa~ dike~ahui berdasarkan dari perbandingan

hasil pengukuran parame~er plasmanya. Pengukuran parame~er

plasma dapa~ dilakukan dengan uru~-uru~an prosedur kerja se­

bagai beriku~ :

1. Tabung lucu~an gas divakumkan lalu diisi gas argon hingga

ber~ekanan 0,35 mbar.

2. Dipasang ~egangan an~ar elek~roda sebesar ± 900 vol~,

sehingga keadaan normal glow discharge ~erjadi.

3. Solenoida pada kedua ujung ~abung lucu~an dialiri arus

searah sebesar 2,50 A dari penyedia daya C20 vol~).

4. Kuar dioperasikan dengan variasi ~egangan kuar dari 50

vol~ sampai dengan 150 vol~. masing-masing berselisih 2

vol~.

5. Hasil variasi ~egangan kuar ~erhadap arus kuar adalah ka­

rakteristik kuar.

6. Karakteris~ik kuar dianalisa. un~uk penen~uan suhu dan

kerapa~an Celektron) plasmanya.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Besar harga medan magne~ yang seharusnya Cmenurut-7

teori) adalah B = p N I ~ 138, gauss Cp = 4 x 10 , N =

4400. I = 2.50). Sedang dari hasil pengukuran dengan gauss-

meter B ~ 130 gauss karena pengukuran hanya dilakukan di

magnetik P =M~ekanan plasma

2= 75,025 N/m, sedang besar ~erhadap

-3 2n k T = 1,82 10 N/m. Ternya~a ~ekanan

adalah lebih dari 40.000 kali ~ekanan

bagian Iuar ~abung

B22pP =

pmagnetik besarnya

1ucu~an. Kalau ditinjau besar tekanan

pIasma, yang berar~i bahwa dengan penambahan medan magne~

sebesar 138.23 gauss pada ~abung lucu~an, pemampa~an plasma

harus ~erjadi. Dengan ka~a lain, kerapa~an d~n suhu Celek-

~ron) plasma dari hasil percobaan harus lebih besar dari

pada hasil percobaan sebelumnya, yang ~anpa menggunakan

medan magne~ pada ~abung lucu~annya.

Dari

68

data yang diperoleh ditampilkan dalam bentuk

grafik, yakni grafik tegangan kuar versus arus probe CV vsp3, serta grafik teganganI ) yang ditunjukkkan 01eh gambarp

kuar versus logaritma arus kuar CVpvs In I )

p ditunjukkan

01eh gambar 4.

100 r Ip If~)

50

o

50•

••

85• • • •

120

Vplyolt)

155

Gambar 3. Grafik tegangan kuar versus arus kuar CV vs I )P P

Seperti penelitian sebel umnya, (3) untuk suhu T dan ke­erapatan Celeklron) plasma Ne dilenlukan alas dasar dari

gambar 4 serla rumus-rumus unluk

·eTe = -k- CVpi - Vpz) /C1n Ipi -Ipz)

1

- ·Tdan

N2Ip j

( :; ) 2e= e e S CT- e V/k)e

69

yang mana ek

VP

mualan eleklronlelapan Bollzmannlegangan kuar

II P

ji;j

arus kuararus kuar jenuhmassa eleklron

Hasil perhilungan 'unluk T dan N dengane eliga maeam harga kemiringan Cslope) pada gambar

kan T = (26 ± 3) eV dan N = (7,1 ± 0,5) x 1010e e

pengambilan

4, member i­-3em

- 8.8o 125 140 155

-10

-11.2

-12.4

Ln (Ip)

Gambar 4. Graf'ikCV vs.

pteganganIn I )

P

probe versus logaritma arus kuar

I V. KESI MPULAN

Pengungkungan plasma akibal penambahan medan magnel

pada labung lueulan boleh dikala berhasil, mengingal bila

dibandingkan hasil pereobaan lerhadap hasil pereobaan se­

bel umnya yakni lanpa menggunakan medan magnel,' unluk suhu

N menjadi lebih 70 kali­edari T dan Ne e

bi 1a di bandi ngkan harga hasi 1

Celeklron) plasmanya T menjadieunluk kerapalan (eleklron) plasma

Namun hasi 1

kalinya,

masih

sedang

sinidi

3hampir

perlipalan

sei mbang)Clakkee i 1nya.

sangal

70

penekanan magnelik terhadap tekanan plasma. Hal ini bisa

terjadi, karena adanya ketidaksimelrisan dari kedua sole­

noida sehingga kebocoran selama proses pengungkungan plasma

dirasa masi h telap ada, mel alui salah satu ujung tabung

lucutan yang medan magnetnya lebih lemah.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan rasa terima kasih kepada sdr. Ahmad

Zaenuri, yang telah banyak membantu dalam melaksanakan per­

cobaan ini.

ACUAN

1. Chen, F. Francis, "Inlroduction to Plasma Physics", NewYork, Plenum Press, 1977.

2. Samuel Glasstone el al., "Controlled Thermonuclear Reac­lions", university of Cali:fornia, Los Alamos ScientificLaboratory, 1960.

3. Agus Purwadi,Bentuk Bola".1988.

"Pengukuran ParamelerLaporan Penelitian

Plasma dengan ProbeTahunan, PPNY-BATAN,

TANYA JAWAB

f. Pramudita Aneeraita

- Apakah ada rumus perhitunean suhu pLasma dan kerapatan­

nya j i ka ada medan magne t yane mengunekungnya denean

eeometri dan besar tertentu ?

JAWABAN

ti terctt:ur ("k!1..w:;;usnyayane membahas pe-

ngunekunean pLasma~ beLum pernah. didapat rumus yane di­

maksudkan tersebut.

71

2. Sieit Haryanto

Da!am pen8Unekunean perhitunean T dan N hanya tieae ekemirinean pada ea:mbar 4, m.eneapa tidak semua titik

pada ea:mbar 4 ?Berapa harea T dan N untuk masine-masine kemirinean ?e e

JAWABAN

- Karena ketiea kemirinean C4 titikJ m.erupakan harea yane

terbaik bi!a dibandinekan denean posisi titik-titik

!ainnya yane tersebar sepanjane earis kemirinean pada

ea:mbar 4.

= 26 eV

Harea T dan N masine-masine kemirinean Cdihitune padae ekertas tersendiri) diperoieh

10 -3dan N = 7, 1 x 10 em,eraiat sebesar 11 % dan 7 %.

harea rerata Teyane mas ine-mas i ne denean