SIKLOTRON

Siklotron adalah suatu mesin (akselerator) yang mempercepat partikel secara melingkar, sehingga diperoleh energi kinetik yang tinggi. Partikel tersebut dapat berupa partikel proton atau deuteron. Siklotron dapat mempercepat partikel karena pemberian medan magnet dan medan listrik yang konstan. Siklotron ditemukan oleh Ernest O. Lawrence pada tahun 1929 yang dikembangkan oleh mahasiswa di University of California pada tahun 1930 dan mulai beroperasi pada tahun 1932. Siklotron terbesar di dunia berada di University of British Columbia, Vancouver, Kanada. Siklotron terbesar itu berdiameter 18 m yang terdiri dari 4000 ton magnet. Siklotron ini menghasilkan bidang 0,46 T, 23 MHz medan listrik, 94 kV tegangan yang digunakan untuk mempercepat arus 200 μA.

Komponen utama siklotron adalah sumber ion, sistem vakum tinggi, sistem pemercepat dan osilasi, sistem transpor berkas dan sistem target.

Beberapa dekade terakhir ini, siklotron menjadi sumber energi tinggi untuk eksperimen nuklir. Siklotron digunakan untuk jenis penelitian dalam bidang fisika. Ion dalam siklotron dapat digunakan untuk melepaskan proton pada tubuh, sehingga membunuh tumor. Pada umumnya, mesin siklotron dapat digunakan untuk produksi radioisotop, analisis material, dan studi fisika nuklir (tergantung pada energi partikel yang dihasilkan).

Diagram skematik siklotron

Partikel-pertikel bermuatan dibelokkan dalam suatulintasan melingkar oleh medan magnetik dan dipercepat oleh suatu medan listrik

setiap partikel-partikel melintasi celah

Cara Kerja SiklotronProton-proton bergerak dalam dua bidang setengah lingkaran yang terpisaholeh suatu celah. Setiap kali proton-proton lewat melintasi celah di antara keduabidang setengah lingkaran, suatu tegangan diberikan pada proton-proton yang akan

mempercepat proton-proton. Percepatan ini meningkatkan kelajuan proton-proton danjuga jari-jari kelengkungan lintasan proton-proton.Setelah beberapa putaran, proton-proton memperoleh energi kinetik tinggi(dalam orde 10 atau 20 MeV per satuan muatan listrik) dan tiba pada sisi terluarsiklotron. Proton-proton kemudian dapat menumbuk suatu sasaran yang ditempatkandi dalam siklotron atau meninggalkan siklotron dengan bantuan “magnet pembelok”dan diarahkan ke suatu sasaran eksternal. Tegangan yang diberikan ke kedua bidangsetengah lingkaran untuk menghasilkan percepatan haruslah bolak-balik. Ketikaproton-proton sedang bergerak ke kanan melintasi celah, bidang yang kanan haruslahnegatif dan yang kiri positif (medan listrik E berarah dari polaritas + ke polaritas –dan untuk muatan positif seperti proton, besar gaya pemercepat F = q E dan searahdengan arah medan listrik E).

Gambar diagram sebuah siklotron:

Medan magnetik, yang diberikan oleh sebuah elektromagnet besar,berarah masuk dalam bidang kertas. A adalah sumber ion.garis-garis gaya menunjukkan medan listrik dalam celah

Setengah siklus berikutnya, proton-proton bergerak ke kiri melintasi celah,sehingga bidang kiri haruslah negatif supaya medan listrik pada celah tetap berfungsimempercepat proton-proton. Frekuensi f, dari tegangan bolak-balik yang diberikanharus sama dengan frekuensi proton-proton yang bergerak melingkar. Partikelbermuatan yang bergerak dengan kecepatan v tegak lurus terhadap medan magnetikB menempuh lintasan melingkar dengan jari-jari r. Gaya sentripetal penyebab gerakmelingkar berasal dari gaya Lorentz, sehingga diperoleh:

fS=fL

mV 2

r=qvB

v=qprm

Waktu yang diperlukan untuk satu putaran lengkap adalah priod T, di mana:

T= jarakkelajuan

= kelilingkelajuan

= 2 πqBrm

=2πmqBr

Frekuensi putaran adalah

F= 1T

= qB2πm

dengan,f = frekuensi siklotron (Hz)q = muatan proton (1,6 x 10-19 C)m = massa proton (1,67 x 10-27 kg)B = induksi magnetik yang dihasilkan pasangan magnet (Wb/m2 atau T)

Frekuensi dari tegangan bolak-balik yang diberikan, tidak bergantung pada jari-jari r.Karena itu, frekuensi tidak harus diubah ketika ion-ion mulai dari sumber dandipercepat untuk menempuh jari-jari yang makin lama makin besar.Energi kinetik maksimum partikel bermuatan (proton) ketika keluar darisiklotron, yaitu:

EK=12

m v2=12

m( qBrm

) ²

EK=12

m v2=q2 B2 r2

2m

Energi kinetik yang diperlukan proton-proton sama dengan energi yang akandiperoleh proton-proton jika proton-proton dipercepat melalui beda potensial yangcukup besar.

Reaksi yang Dihasilkan SiklotronReaksi fisi merupakan reaksi pembelahan suatu inti berat ketika ditembakioleh partikel (proton) berenergi tinggi yang keluar dari Siklotron atau ketikamenyerap neutron lambat (terjadi dalam reaktor nuklir).

Contoh reaksi fisi ketika Li ditembaki proton:

p+ Li→ He44 + He+Q2

477

11

Untuk berlangsungnya reaksi fisi di atas, diperlukan peralatan yaitu siklotron untukmempercepat proton.

Kesimpulan1. Siklotron merupakan akselerator untuk mempercepat gerak partikel bermuatanlistrik.2. Siklotron termasuk jenis akselerator magnetik dengan gerak partikelnyamelingkar

VITO FAUZAN (115060307111028)