Bab VII akselerator



Yüklə 51,07 Kb.
tarix06.02.2018
ölçüsü51,07 Kb.
#25806

BAB VII

AKSELERATOR

Akselerator adalah alat yang dipakai untuk mempercepat gerak partikel bermuatan seperti elektron, proton, inti-inti ringan, dan inti atom lainnya. Mempercepat gerak pertikel bertujuan agar pertikel tersebut bergerak dengan cepat sehingga memiliki energi kinetik yang sangat tinggi. Untuk mempercepat gerak partikel ini diperlukan medan listrik ataupun medan magnet. Dilihat dari jenis gerakan medan partikel, ada dua jenis akselerator, yaitu akselerator dengan gerak partikelnya lurus (lebih dikenal sebutan akselerator liniear) dan gerak partikelnya melingkar (akselerator magnetik).





  1. AKSELERATOR VAN DE GRAFF

Akselerator jenis van de Graff diembangkan oleh para fisikawan yntuk memprecepat partikel bermuatan posisitf maupun negatif dengan memilih jenis muatan yang ditimbun melalui pemilihan pemuat yang sesuai. Menurut Krane menyatakan bahwa dalam akselerator van de graff pertikel dipecepta hanya sekali dari sbuah terminal tegangn tinggi yang dapt berada pada potensial 6 juta volt.

Perlu diketahui bahwa penyedian tegangan tinggi pada generator Van De Graff masih diperoleh secara elektrostatik. Berikut ini adalah diagaram akseleator Van de Graff dalam menghasilkan Energi tegangan tinggi.



http://physicsstuff.net/images/vdgraaff_cartoon.gif

Prinsip Kerja Akselerator Van de Graff

Dari diagaram diatas dapat kita ketahui bagamana proses penyediaan tegangan tinggi pada generator Van De graff secara elektrostatik. Setiap proses penydiaan tangan tinggi ini selalu dimulai dengan pemberian muatan listrik melalui sinar C yang dihubungkan ke suatu sumber tegangan pada suatu sabuk A yang terbuat dari bahan isolator. Sabuk tersebut membaa muatan listrik asal muatan (akibat geseran dan sebagainya) ke atas dan memudahkan ke bola konduktor memalui sisir E. proes ini dilakukan terus-menerus sehingga terjadi penimbunan muatan yang sangat besar di permuakaan bola. Bola ini merupakan terminal tegangan tinggi, dimana muatan-muatan negatif membawa muatan-muatan ini kembali ke tanah sehingga akan memberikan potansial tinggi tehadap tanah.

Setelah peroses waku tertentu bola tersebut termuati dengan tegangan tinggi sampai kira-kira 8 juta volt. Kemudian, hidrogen dan deuterium yang terimpan dalam tangki dibocorkan kapada daerah sumber ion positif agar terionisasi. Hal ini akan membuat pergerakan proton dan deuteron ini dipecerpat sampai sasaran melalui tabung pemercepat dengan energi 8 Mev. Sampai saat ini untuk mesin generator Van de Graff yang bekerja secara tunggal baru bias memeprcepat partikel sampai energi 300 MeV. Namun, seiring dengan perkembangan teknologi para fisikawan telah berhasil mengembangkan mesin pemercepat generator Van De Graff generasi ke dua yang mampu menghasilkan energy 20 GeV.

Konsep dari sebuah generator Van De Graff untuk generasi ke dua ini menerapkan perpaduan antaran dua buah Generator Van De Graff sehingga menyebabkan proses dalam mepercepat pergerakan partakel terjadi dalam dua tahap yang pada akhirnya akan menimbulkan tumbukkan yang sangat dahsyat antara partikel dan inti sasaran. Mesin ini disebut akselerator tandem.

akselerator tandem ini merupakan mesin pemecepat yang memanfaatkan tegangan positif yang sama sebanyak dua kali. Pertama untuk memepercepat partikel negatif dan selanjutnya ion negatif yang telah dipercepat tersebut dilewatkan pada bahan penaggal electron (electron stripper) sehingga muatan partikel berubah menajdi positif dan dipercepat lagi melalui beda potensial yang sama dengan arah kuat medan magnet yang berlawanan.

Kelebihan dan kelemahan Akselerator Generator Van de Graff

Kelebihan Akselerator Generator Van de Graff


  1. Merupkan akselerator linier, yakni partikel-partikel bermuatan begerak sepajang garis lurus.

  2. Mampu menghasilkan tagangan yang sangat besar bila dilakukan perpadun dua buah generator Van De Graff mencapai 20 GeV

  3. Mampu memeprcepat muatan posistif maupun negative dengan memili jenis muatn yang ditimbun memaluli pemilihan tgangan pemuat yang sesuai.

Kelemahan Akselerator Generator Van de Graff

  1. Tidak cocok sebagai mesin pembangkit sinar-X

  2. Hanya memeprcepat partikel ekali dari sebuah terminal tgangan tinggi yang dapt berada pada potensial 6 juta volt

  3. Penyediaan tegangan tinggi pada generator Van De Graff masih diperoleh secara elektrostatik, belum ada cara baru dalam peyediaan tegangan tinggi generator Van De Graff.



  1. Akselelator linear ( LINAC )

http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:and9gcr-ugznxxwcdbhxo8vuahsvskxwgv7smi4cqkrzayqap_jrhwyr

Gambar 1. Akselelator linear

Pada tahun 1956 Henry Kaplan bekerjasama dengan fisikawan dari Stanford merancang sebuah alat yang diberi nama Linear Accelerator dan alat ini digunakan sebagai alat medis dan telah berhasil menyembuhkan  penyakit kanker pada seorang pasien berumur dua tahun. Linear Accelerator atau yang biasa disingkat LINAC, merupakan akeselerator partikel yang digunakan untuk mengakselerasi partikel seperti electron, proton, atau atom berat lain dalam bentuk lintasan yang lurus. Partikel bermuatan disimpan di salah satu sisi, kemudian diberikan medan listrik dari perbedaan potensial yang sangat tinggi, sehingga partikel mengalami percepatan dan melepaskan energy.

Pada massa awal ditemukan LINAC masih sangat sederhana dan bersifat konvensional. Pada massa modern saat ini, penggunaan LINAC  semakin meningkat dan hal ini menuntut inovasi dari alat sehingga dapat melepaskan partikel untuk target yang lebih presisi. Namun pada dasarnya cara kerja alat ini tidak berubah sejak dahulu, hanya pada LINAC yang lebih modern, pengaturan sudah menggunakan computer dan dapat dilakukan radiasi dari berbagai sudut posisi tubuh dan dengan daerah radiasi yang lebih luas namun  spesifik.

Selama 40 tahun kebelakang, LINAC yang digunakan untuk dunia medis mengalami 5 tingkatan generasi alat berdasarkan nilai energy, jenis partikel yang diakselerasi dan system kontrolnya, yaitu :

Foton energi rendah (4-6 MVolt): sinar radiasi lurus, pisau simetri, dan transmisi tunggal bilik ionisasi, pemasangan isosentrik

Foton Energi sedang (10-15 MVolt) dan elektron: target bergerak dan filter rata, transmisi ganda biliki ionisasi, corong elektron

Foton energi tinggi (18-25 MVolt) dan elektron: energy foton dobel, energy elektron ganda, paparan ganda

Foton dan elektron energy tinggi : kontrol dengan computer, system pmindai tubuh menggunakan electronic portal imaging device (EPID), pengaturan dosis radiasi menggunakan multileaf collimator (MLC)

Foton dan elektron energy tinggi: kontrol computer,pengaturan sepenuhnya dosis menggunakan modulasi intensitas (intensity modulation)



Prinsip Kerja Accelelator Linier

Gambar 2. Skema LINAC



  • Tabung pemercepat dihubungkan secara bergantian ke sumber tegangan periodik frekuensi tinggi

  • Tabung ganjil mempunyai potensial negatif dan tabung genap mempunyai potesial positif

  • Ion positif dihasilkan di S melalui tabung C1 bergerak menuju celah C1 dan C2. Saat ion positif itu memasuki celah, potensial di C2 adalah negatif terhadap C1 dan C2 sehingga ion dipercepat menuju tabung C2.

  • Kemudian ketika ion memasuki celah C2 dan C3, potensial di C2 berubah menjadi positif terhadap C3. Sehingga ion positif ini dipercepat melalui celah kedua, demikian seterusnya

Linear Accelerator  atau biasa disingkat LINAC adalah alat yang digunakan untuk mengakselerasi atom atau partikel yang mengalami percepatan sepanjang lintasan lurus akibat perbedaan potensial antara katoda di antara lintasan tersebut. Akeselerator juga mengandung gaya listrik dan gaya magnet untuk mengontrol arah gerak dari partikel tersebut. Satuan energy dari setiap partikel adalah elektron volt, yaitu energy yang yang dibutuhkan elektron untuk terionisasi saat beda potensialnya 1 volt. Dalam dunia medis, alat ini membutuhkan radiasi energy tinggi sehingga dapat digunakan untuk mengobati kanker dengan listrik memanfaatkan partikel subatomic yang bergerak cepat.

LINAC menghasilkan energy tinggi seperti  pada prinsip sumber radiasi sinar-X dengan mempercepat elektron yang telah diekstrak dari lapisan permukaan logam. Berkas elektron yang dihasilkan dan dipercepat melewati pandu gelombang ini dapat meningkatkan energinya menjadi lebih besar mencapai daerah satuan KeV dan MeV. Elektron dipercepat melewati ruang daerah vakum dengan menghasilkan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Elektron yang telah dipercepat melewati plat logam sehingga terjadi tumbukan, sinar-X energy tinggi akan terhambur dari target. Berdasarkan teori Planck, setiap foton memiliki nilai energy sama dengan h (Plank’s Constan) dikalikan frekuensi (f).

Geometri dari setiap arah bergantung pada kondisi penyakit dari setiap pasien. Biasanya dokter akan dibantu dengan tes pencitraan seperti PET ata CAT untuk menentukan perawatan yang paling tepat untuk pasien. Pada masa sekarang ini elektron biasanya menjadi pilihan untuk perawatan tumor di permukaan atau sekitar 5 cm dari permukaan kulit sedangkan photon digunakan untuk perawatan tumor yang lebih di dalam. Hal ini dipengaruhi sifat partikel saat menembus suatu materi.

LINAC semula dipakai untuk mempercepat partikel bermuatan positif seperti proton. Namun, setelah berbagai modifikasi, mesin dapat pula dipakai untuk mempercepat partikel bermuatan negatif seperti elektron. Dalam hal ini, elektron yang dipercepat mampu bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya (elektron dengan energi 2 MeV bergerak dengan kecepatan 0,98 c, dengan c adalah kecepatan cahaya). Jika elektron berenergi tinggi itu ditabrakan pada target dari logam berat maka dari pesawat LINAC akan dipancarkan sinar-X berenergi tinggi.

Radioterapi dapat juga dilakukan dengan menggunakan elektron berenergi tinggi. Elektron yang dipercepat dalam LINAC dapat langsung di manfaatkan untuk radioterapi tanpa harus ditabrakan terlebih dahulu dengan logam berat. Jadi, LINAC dapat juga berperan sebagai sumber radiasi partikel berupa elektron cepat yang dapat dimanfaatkan untuk radioterapi tumor. Akselerator Linear dalam aplikasinya menggunakan teknologi gelombang mikro yang juga digunakan untuk radar. Gelombang mikro ini dimanfaatkan untuk mempercepat elektron dalam akselerator yang disebut “wave guide”. 

LINAC menggunakan teknologi microwave (teknologi yang sama seperti yang digunakan dalam radar) untuk mempercepat electron digunakan suatu alat yang disebut sebagai “wave guide”, hal tersebutlah yang kemudian mengizinkan elektron bertumbukan dengan heavy metal target. Hasil dari tumbukan antara elektron dan metal adalah high-energy x-rays yang dihasilkan oleh metal target. High energy x-rays tersebut kemudian akan diatur untuk kemudian diberikan pada pasien tumor dan diatur keluarannya dari mesin yang disesuaikan dengan keadaan dari pasien. Sinar yang keluar dari bagian accelerator disebut sebagai gantry yang berotasi di sekeliling pasien.

Pesawat Linac menghasilkan berkas radiasi elektron yang dipercepat atau foton sinar X bertenaga tinggi. Sebelum melakukan pengukuran output perlu diketahui berkas mana akan diukur, karena cara pengukuran kedua berkas tersebut tidak sama, dalam metode maupun peralatan yang digunakan untuk pengukuran. Sebelum dilakukan pengukuran, perlu dilakukan pengecekan energi berkas, apakah sama dengan energi berkas pada panel kontrol. Jika terdapat perbedaan maka perlu dilakukan penyesuaian energi dengan memutar tombol pengatur. Pengecekan energi foton yang dihasilkan pesawat Linac, perlu dilakukan pengukuran dosis pada kedalaman 10 dan 20 cm dalam fantom air. Dari hasil pengukuran ini ditetapkan nilai perbandingan D10/D20 -nya, lalu dicari energi fotonnya melalu kurva D10/D20 vs energi foton. 

Pasien ditempatkan pada kursi pengobatan yang dapat bergerak kesegala arah, agar dapat dipastikan pemberian radiasi dalam posisi yang tepat. Radiasi dikirim melalui kursi pengobatan. Akselerator Linear yang merupakan akselerator dengan partikel lurus mangandung unsure-unsur :





  1. Sumber partikel.

Tergantung pada partikel yang sedang bergerak. Proton yang dihasilkan dalam sumber ion memiliki desain yang berbeda. Jika partikel lebih berat harus dipercepat, misalnya ion uranium.

  1. Sebuah sumber tegangan tinggi untuk injeksi awal partikel.

  2. Sebuah ruang hampa pipa vakum. 

Jika perangkat digunakan untuk produksi sinar-X untuk pemeriksaan atau terapi pipa mungkin hanya 0,5 sampai 1,5 meter, sedangkan perangkat yang akan diinjeksi bagi sebuah sinkrotron mungkin sekitar sepuluh meter panjangnya, serta jika perangkat digunakan sebagai akselerator utama untuk investigasi partikel nuklir, mungkin beberapa ribu meter.

Panjang elektroda ditentukan oleh frekuensi dan kekuatan sumber daya penggerak serta sifat partikel yang akan dipercepat, dengan segmen yang lebih pendek di dekat sumber dan segmen lagi dekat target.



  1. Satu atau lebih sumber energi frekuensi radio, Sebuah akselerator daya yang sangat tinggi akan menggunakan satu sumber untuk elektroda masing-masing. Sumber harus beroperasi pada level daya yang tepat, frekuensi dan fase yang sesuai dengan jenis partikel dipercepat untuk mendapatkan daya perangkat maksimum.

  2.  Sebuah sasaran yang tepat. Pada kecepatan mendekati kecepatan cahaya, peningkatan kecepatan tambahan akan menjadi kecil, dengan energi yang muncul sebagai peningkatan massa partikel. Dalam bagian-bagian dari akselerator hal ini terjadi, panjang elektroda tabung akan hampir berjalan konstan.

  3. Tambahan elemen lensa magnetis atau elektrostatik Untuk memastikan bahwa sinar tetap di tengah pipa dan elektroda nya.

  4. Akselerator yang sangat panjang Akan menjaga keselarasan tepat komponen mereka melalui penggunaan sistem servo dipandu oleh sinar laser

Manfaat LINAC

LINAC mempunyai kelebihan dan kekurangan dibandingkan dengan akselerator magnetik. Di samping itu, penyutikan artikel yang akan dipercepat dalam akseleratormagnetik sangat sulit dilakukan, sedang pada LINAC partikel dalam bentuk berkas terkolimasi secara otomatis terpencar ke dalam tabung akselerator. LINAC dapat dipakai untuk mempercepat partikel hingga berenergi di atas 1 BeV.



Manfaat LINAC diantaranya sebagai :

Dalam fisika terapi atau dalam radioterapi linear accelerator (LINAC) yang biasa digunakan antara lain adalah Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT), Image Guided Radiation Therapy (IGRT), Stereotactic Radiosurgery (SRS) and Stereotactic Body Radio Therapy (SBRT).

C. Siklotron

Siklotron merupakan piranti untuk mempercepat gerak partikel bermuatan listrik. Siklotron dikembangkan pada tahun 1930 oleh E. O. Lawrence (1901-1958), dengan menggunakan sebuah medan magnetik untuk menjaga agar ion-ion bermuatan (biasanya proton) bergerak dalam lintasan melingkar. Siklotron merupakan alat untuk mempercepat partikel berat seperti : proton,deutron dan partikel-partikel alpa, terdiri dari dua ruang semisilinder yang ditempatkan dalam medan magnet.

Di antara kedua semisilinder diberi potensial listrik bolak-balik (104 volt). Ion dalam semisilinder akan mengalami gaya magnet yang menyebabkan bergerak dalam setengah lingkaran lalu dipercepat oleh medan lisrik E, masuk lagi ke dalam medan magnet B dan bergerak milingkar dengan jari-jari lebih besar (karena kecepan lebih besar). Partikel-pertikel bermuatan dibelokkan dalam suatu lintasan melingkar oleh medan magnetik dan dipercepat oleh suatu medan listrik setiap partikel-partikel yang melintasi celah.
Prinsip Kerja Siklotron 

http://3.bp.blogspot.com/-l-q4kzm5bmi/umai6kkf9xi/aaaaaaaaahi/6dxtt-r0toa/s320/sik+1.jpg

Gambar 1. diagram sebuah siklotron:

Dua elektroda tembaga yang berbentuk D (D-shaped object) disebut dees, ruangan seluruhnya di buat vakum (hampa udara). Kedua elektroda dihubungkan dengan sumber tegangan bolak balik frekuensi tinggi. Partikel yang ingin di percepat ditaruh ditengah-tengah siklotron (P). Dees tersebut dicelupkan di dalam medan magnet yang arahnya keluar bidang.

Misalkan ada proton-proton bergerak dalam dua bidang setengah lingkaran yang terpisah oleh suatu celah (dee). Setiap kali proton-proton lewat melintasi celah di antara kedua bidang setengah lingkaran, suatu tegangan diberikan pada proton-proton yang akan mempercepat proton-proton. Percepatan ini meningkatkan kelajuan proton-proton dan juga jari-jari kelengkungan lintasan proton-proton. Sekali proton tersebut berada di dalam dee, maka proton disaring dari medan listrik oleh dinding logam dee, medan magnet tidak disaring sehingga proton tersebut membelok berbentuk lingkaran yang jari-jarinya yang bergantung pada kecepatan.http://4.bp.blogspot.com/-e6qniji3yi4/umajubo-lfi/aaaaaaaaahq/snbfmzp2_je/s1600/sik+2.png


Setelah beberapa putaran, proton-proton memperoleh energi kinetik tinggi (dalam orde 10 atau 20 MeV per satuan muatan listrik) dan tiba pada sisi terluar siklotron. Proton-proton kemudian dapat menumbuk suatu sasaran yang ditempatkan di dalam siklotron atau meninggalkan siklotron dengan bantuan “magnet pembelok” dan diarahkan ke suatu sasaran eksternal. Tegangan yang diberikan ke kedua bidang setengah lingkaran untuk menghasilkan percepatan haruslah bolak-balik. Ketika proton-proton sedang bergerak ke kanan melintasi celah, bidang yang kanan haruslah negatif 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 searah dengan arah medan listrik E).

Medan magnetik B, 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 berfungsi mempercepat proton-proton.

Partikel bermuatan yang bergerak dengan kecepatan v tegak lurus terhadap medan magnetik B menempuh lintasan melingkar dengan jari-jari r. Gaya sentripetal penyebab gerak melingkar berasal dari gaya Lorentz, sehingga diperoleh:

http://3.bp.blogspot.com/-7vg98lvb5gs/umaknye1ezi/aaaaaaaaahy/sdrjt8eq0xg/s1600/sik+3.jpg

http://2.bp.blogspot.com/-ol5mz-wyjze/umakot0-gri/aaaaaaaaahc/5aysvlin8di/s1600/sik+4.jpg

http://1.bp.blogspot.com/-chg4hxlerfk/umakqso8kpi/aaaaaaaaaho/75wc9fsafma/s1600/sik+5.jpg

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

http://3.bp.blogspot.com/-uphxvvn-aj8/umakfc16nbi/aaaaaaaaahw/0jkccuu_8z4/s320/sik+6.jpg

Frekuensi f, dari tegangan bolak-balik yang diberikan harus sama dengan frekuensi proton-proton yang bergerak melingkar. Dengan demikian, frekuensi siklotron adalah :

http://3.bp.blogspot.com/-fy5dsxwni0w/umakvhsouyi/aaaaaaaaah4/ecnnhmbvuq8/s1600/sik+7.jpg

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 partikel (proton) mulai dari sumber dan dipercepat untuk menempuh jari-jari yang makin lama makin besar.

Energi kinetik maksimum partikel bermuatan (proton) ketika keluar dari siklotron, yaitu:

http://2.bp.blogspot.com/-brmmoyvtxn4/umaluq0yvci/aaaaaaaaaia/_gcgsvdnohg/s320/sik+8.jpg
http://3.bp.blogspot.com/-rbgcjyqpjt4/umalwpcrkni/aaaaaaaaaii/rmyox9zaico/s1600/sik+9.jpg

Energi kinetik yang diperlukan proton-proton sama dengan energi yang akan diperoleh proton-proton jika proton-proton dipercepat melalui beda potensial yang cukup besar.

Reaksi yang Dihasilkan Siklotron 

Reaksi fisi merupakan reaksi pembelahan suatu inti berat ketika ditembaki oleh partikel (proton) berenergi tinggi yang keluar dari Siklotron atau ketika menyerap neutron lambat (terjadi dalam reaktor nuklir).

Contoh reaksi fisi ketika Li ditembaki proton:

http://3.bp.blogspot.com/-bgzm-3prc8s/umamdhsiw9i/aaaaaaaaaiq/s8d-kbor17u/s320/sik+10.jpg

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

Siklotron di Indonesia 

Di Indonesia Siklotron terdapat di Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN), dengan ruang khusus. Ruang Kontrol (Control room) Siklotron

http://3.bp.blogspot.com/-xawuvk4djv8/umamdxx80xi/aaaaaaaaaiy/xlheqoxqocw/s1600/sik+11.jpg

http://1.bp.blogspot.com/-ytg61n1xwws/umami7lxboi/aaaaaaaaaig/wvvqld_lrcg/s1600/sik+12.jpg

Hasil tembakan berkas siklotron berdasarkan tingkat energinya

http://4.bp.blogspot.com/-baeqy-fug1k/umam_nphpsi/aaaaaaaaaio/kwyyfnq8hky/s320/sik+13.jpg

Manfaat Siklotron di Bidang Kesehatan 

Perkembangan teknologi Siklotron di bidang kesehatan menjadi penting setelah beberapa produksi radioisotop dengan waktu paro pendek mulai dimanfaatkan dan sebagai dasar utama penggunaan PET (Positron Emission Tomography). Penggunaan PET diawali dengan memproduksi radioisotop flour-18. Radioisotop fluor-18 diproduksi dari isotop oksigen-18 dengan menggunakan siklotron. Setelah fluor-18 selesai disiapkan, kemudian segera disuntikkan ke pasien. Sebaran flour-18 didalam tubuh akan dideteksi dengan memasukkan tubuh ke dalam rangkaian detektor elektronik berbentuk melingkar.
D. Betatron

Betatron mrupakan jenis akseleator magnetik. Mesin ini pada prinsipnya adalah sebuah tabung sinar-x berukuran besar. Betatron pertama kal diperkenalkan pada tahun 1941 oleh Donald William Kersst dari univesitas Illinois, Amerika Serikat. Persamaan betatron mengacu pada salah satu jenis sinar radioaktif yaitu sinar β yang merupakan aliran elektron berkecepatan tinggi.



Perinsip kerja betaatron

Betatron terdiri dari atas kaca hampa udara berbentik cincin raksasa yang diletakkan diantara magnet yang sangat kuat.



https://teachers.web.cern.ch/teachers/archiv/hst2001/accelerators/teachers%20notes/image14.gif

Gambar Diagaram irisan Betatron



https://teachers.web.cern.ch/teachers/archiv/hst2001/accelerators/teachers%20notes/image15.gif

Gambar Skema proses percepatan elektron di dalam tabung kaca hampa udara

Penyuntik berupa filamen panas berperan sebagai pemancar di pasang untuk menginjeksikan aliran elektron ke dalam tabung pada sudut tertentu. Setelah elektron disuntikkan ke dalam tabung, ada dua gaya yang berkerja pada elektron tersebut. Gaya yang pertama akan membeuat elektron bergerak melingkar. Gaya yang ke dua berperan mempercepat gerak elektron hingga keepatatannya semakin tinggi. Melalui gaya yang ke dua, elektron memperoleh energi kinetik yang sangat besar.

Dalam waktu singkat, elektron akan bergerak melingkar di dalam tabung beberapa ribu kali. Apabila energi kinetik elektron mencapat nilai tertentu, elektron dibelokkan dari jalur lengkungnya sehingga dapat menabrak target secara langsung yang berada di tepi ruangan. Dari proses tabrakan, dipancarkan sinar X bernergi sangat tinggi. Sebagian besar betatron menghasilkan elektron bernergi sekitar 20 MeV. Untuk mendapatkan energi sebesar 1 MeV, elektron harus bergerak dengan laju 0,96 c. Energi elektron yang dipercepat dalam betatron dapat dicari dengan meninjau gaya-gaya yang bekerja pada elekron selama proses percepatan. Gaya tersebut adalah gaya sentripertal dan gaya lorentz, jadi,



Fs = FL

Dengan Borbit = B/2



mv = Borbitqr

Dengan p =mv, maka



P =Borbitqr

Karena E= pc, maka:



E=Borbitqrc

Betaron juga digunakan di bidang industri dan kbidang kesehatan. Salah satu akselerator betaron terdapat di Univesitas Chicago dibangun pada tahun 1949. Dengan spesifikasi medan magnetik 0,92 T dan jarak orbit 1,22 m.



Kelemahan betatron

Betatron memiliki kelemahan karena mesin ini memiiki magnet berukura sangat besar guna mendapatkan perubahan fluks yang perlukan untk memeprcepat elektron. Untuk mengatasi kelemahan ini, digunakan jenis akselerator eelektrn lainnya yang menggunkan magnet berbentuk cincin yag diberi nama sinkroton elektro, yang berfungsi memeprcepat elektron yang mampu menghasilkan elektron dengan energikinetik lebih besar dibandingkan betatron.
Yüklə 51,07 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©www.genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə