SIKLOTRON TUGAS MATA KULIAH PENDAHULUAN FISIKA INTI
Disusun oleh: Kelompok 5 1. Nelly Kurniasih 06033134003 2. Marleny 06033134007 3. Meli Indrayani 06033134013 4. Iqbal Dahsat 06033134026 5. Dadi Prayogi 06033134031 6. Prasetiorini 06043134005 7. Okti Pinondang 06043134008 8. Tanti Febrianti 06043134025
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MIPA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2007
SIKLOTRON Pendahuluan Penggunaan radiasi dalam bidang kedokteran terus menunjukkan peningkatan dari waktu ke waktu, meliputi tindakan-tindakan radiodiagnosa, radioterapi, dan kedokteran nuklir, yang umumnya menggunakan sumber radiasi yang spesifikasi fisiknya berbeda-beda, menggunakan radiasi pengion terutama sinar-X. Kini ada berbagai jenis radiasi pengion untuk keperluan radioterapi yang dibangkitkan menggunakan akselerator (alat pemercepat) partikel. Akselerator adalah alat yang dipakai untuk mempercepat gerak partikel bermuatan seperti elektron, proton, inti-inti ringan, dan inti atom lainnya. Mempercepat gerak partikel bertujuan agar partikel tersebut bergerak sangat cepat sehingga memiliki energi kinetik yang sangat tinggi. Untuk mempercepat partikel ini diperlukan medan listrik ataupun medan magnet. Di lihat dari jenis gerakan partikel, ada dua jenis akselerator, yaitu akselerator dengan gerak partikelnya lurus (akselerator linier) dan gerak partikelnya melingkar (akselerator magnetik) dengan jenis-jenisnya antara lain: Betatron, Siklotron, Akselerator proton, Generator Netron, EULIMA dan HIMAC, Akselerator partikel pertama kali dikembangkan oleh dua orang fisikawan Inggris, J.D Cockcroft dan E.T.S walton, di laboratorium Cavendish, Universitas Cambridge pada 1929. 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.
Diagram skematik siklotron
Partikel-pertikel bermuatan dibelokkan dalam suatu lintasan melingkar oleh medan magnetik dan dipercepat oleh suatu medan listrik setiap partikel-partikel melintasi celah
Cara Kerja Siklotron Proton-proton bergerak dalam dua bidang setengah lingkaran yang terpisah oleh suatu celah. 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. 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).
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 berfungsi mempercepat proton-proton. Frekuensi f, dari tegangan bolak-balik yang diberikan harus sama dengan frekuensi proton-proton yang bergerak melingkar. 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: =
Fs
FL
2
m
v =qvB r qBr v= m
Waktu yang diperlukan untuk satu putaran lengkap adalah priod T, di mana: T=
jarak kelajuan
Frekuensi putaran adalah
=
keliling kelajuan
=
2πr 2πm = qBr / m qB
1 qB f = = T 2 πm
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 dan dipercepat untuk menempuh jari-jari yang makin lama makin besar. Energi kinetik maksimum partikel bermuatan (proton) ketika keluar dari siklotron, yaitu: 1 1 EK = m v 2 = m ( qBr / m) 2 2 2 1 q2 B2 r 2 EK = m v 2 = 2 2m
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:
1 1
p + 77 Li →44 He + 42 He +Q
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. Gambar:
Ruang Kontrol (Control room) Siklotron
Saluran berkas pada mesin Siklotron Kesimpulan 1. Siklotron merupakan akselerator untuk mempercepat gerak partikel bermuatan listrik. 2. Siklotron termasuk jenis akselerator magnetik dengan gerak partikelnya melingkar Daftar Pustaka http://www.batan.go.id/prr/BidSik.htm Kanginan, Marthen. 1999. Seribu pena Fisika SMU. Jakarta: Erlangga Kanginan, Marthen. 2000. Fisika 2000 3 C SMU Kelas 3 Caturwulan 3. Jakarta: Erlangga
