batan - inis.iaea.org

~

batan

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, Rabu, 11 September 2013

PEMBUATAN MINIATUR MEDAN POLE MAGNET UNTUKVALIDASI SIMULASI SISTEM MAGNET SIKLOTRON PROTON

13 MEV

Subroto, Sukiya, Tony.RPusat Teknologi Akselerator Dan Proses Bahan - BATAN

[email protected]

ABSTRAK

PEMBUATAN MINIATUR MEDAN POLE MAGNET UNTUK VALIDASI SIMULASISISTEM MAGNET SIKLOTRON PROTON 13 MeV. Telah dilakukan pembuatanminiatur medan pole magnet untuk validasi simulasi sistem magnet siklotron proton 13MeV, menggunakan bahan dari baja lunak. Elektromagnet ini pada ujung pole magnetdibagi 8 bagian lembah dan bukit selang-seling untuk menghasilkan medan magnetyang berbeda. Pembuatan medan pole magnet ini untuk mencocokan dengan hasilsimulasi rancangan sistem magnet siklotron 13 Me V. Siklotron ini memerlukan kuatmedan magnet rata rata 1.275 T yang pada tiap bagian kuat medan magnetnyaberbeda. Sehingga berkas ion yang melewati medan magnet akan terfokus sebelummenumbuk target. Pole magnet permukaannya berbentuk lingkaran dengan diameter100 mm dan jarak pole 32 mm. Elektro pole miniatur garis tengah hanya sepersepuluhdari diameter yang dirancang yaitu 960 mm. Dengan demikian magnet siklotronmemerlukan tegangan 60 V dengan arus 200 A. Untuk Elektromagnet miniatur jikaoperasi penuh memerlukan arus 10 A dengan tegangan 30 V menghasilkan kuatmedan 0.3 T. Untuk mengukur kuat medan magnet digunakan tesla meter dan untukmengukur kurva hubungan posisi pada pole magnet dengan kuat medan magnetdigunakan penggeser arah X dan Y dari mesin bubut mini. Hasil peng ukuran kuatmedan dengan berbagai posisi lurus, miring dan melingkar menunjukkan kurve pengukuran hampir sama dengan kurva hasil simulasi menggunakan program opera 3Dmodul Tasca.

Kata kunci : pembuatan, miniatur, pole magnet.

ABSTRACT

FABRICA TlON OF MINIATURE MAGNETIC MAGNET POLE FOR VALIDATESIMULA TlON OF MAGNETIC CYCLOTRON PROTON 13MeV. A fabrication of

miniature magnetic pole field has been made to validate the simulation system 13MeVmagnet of proton cyclotron using mild steel material. This electromagnet ofmagnetic pole at the end of the magnetic pole is divided into 8 parts of the valley andthe hill interval to produce different magnetic field. Pole magnetic field fabrication ismeet to match the design of the system simulation results 13 Me V cyclotron magnet.This requires strong cyclotron magnetic field average at 1.275T magnetic fieldstrength of each piece was different. So that the ion beam passing through a magneticfield. Will befocused before mashing target. The surface of magnetic pole is circularwith a diameter of 100 mm and 32 mm pole spacing. Miniature of electrical polediameter is only one-tenth the diameter of 960 mm designed this requires current 10 Awith voltage 30 V to produce field strength of 0.3 T. To measure the magnetic fieldstrength tesla meter is used and to measure the relationship curve in pole positionwith a magnetic field strength magnets cylinder directions X and Y the used mini lathe.Field strength measurement results with a straight, oblique and circular position shownearly equal to curve simulation results using a 3D module Tasca opera program.Key words: fabrication, magnet pole, miniature

Subroto I dkk. ISSN 1410 - 8178 Buku II hal. 257

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, Rabu 11 September 2013

PENDAHULUAN

©>batan

Siklotron merupakan peralatan yang berfungsiuntuk menghasilkan radio isotop yang dapatdimanfaatkan dalam dunia kedokteran. Radio isotopini sebagai penelusur pada alat CT Scan. Dengandemikian dapat mendeteksi kanker pada tubuhmanusia secara dini. Siklotron bekerja denganmempercepat ion positip atau negatip secaraperiodik menggunakan tegangan bolak balik RFyang dipasang pada dua elektrode berongga dalamruang hampa, sehingga ion akan dengan mudahmelintas tanpa hambatan(l). Pada siklotron gerakpartikel bermuatan adalah melingkar. Gerakmelingkar ini dari lintasan ion hanya berjari jarikeeil dan semakin lama lintasan ion akan semakin

besar. Semakin besar jarijari lintasan semakin besartenaga berkas ion tersebut. Gerakan melingkar dariberkas ion karena dibelokkan oleh medan magnetyang tegak lurus mengenai berkas ion.

Untuk dapat membelokkan berkas ion padasiklotron 13 MeV, memerlukan medan magnet ratarata 1.275 T. Selain memerlukan medan magnetyang kuat juga luas permukaan .pole magnet yangluas sekitar 0.75 m2 dengan diameter 0.96 m. Poleelektromagnet memerlukan rangka yang cukupbesar dengan panjang 2,56 m lebar 1,66 mini barukerangkanya, sedangkan kumparan elektromagnetyang dibuat dari kawat 1,2 em denganjumlah lilitan256, akan memerlukan tempat kumparan lebar 19,2em tinggi 19,2 cm(2.3}

Berkas ion yang berputar melingkar didalam elektroda berongga dari sumber ion sampaiekstraktor jaraknya bisa mencapai ratusan meter,sehingga berkas ion menjadi semakin jauh darisumber ion akan semakin menyebar. Untuk itudiperlukan medan magnet pemfokus yaitu denganmembuat pole magnet berbentuk lembah dan bukitmasing masing berjumlah empat selang seling.Sebelum membuat suatu alat terse but ada baiknyadilakukan suatu simulasi untuk mendapatkanperkiraan hasil yang diinginkan. Dengan demikianpembuatan suatu alat tidak gagal total. Tetapi hanyamemperbaiki sebagian kedl dari kesalahan.Program opera 3D modul Tosca adalah programyang dapat digunakan untuk simulasi distribusimedan magnet. distribusi medan listrik atausimulasi histerisis suatu bahan.

Sambil dirancang sistem magnet dengandimensi yang cukup besar, dibuat jugaelektromagnet miniatur dengan kuat medan 0.3 Tdan dengan dimensi sepersepuluhnya. Denganmengukur beberapa titik celah kedua pole magnetmenggunakan Tesla meter secara melintang padatengah melintang pinggir dan melingkar, maka akandiketahui kebenaran simulasi yang dilakukan

Vacuum

ctmmber

FIf}.1:ov» sectionIfIrou:;h" 'cIassicill' qW!r0ll Rg. Z: A sin1fiJ1iedp/dn •••• v d d cy<Jotron.

shoI~ moste55ff11IJInxnpciJl'lIls

TEORI DAN TAT A KERJA

Sebelum membuat model pole magnetminiatur, terlebih dahulu digambar pole magnetminiatur mirip yang akan digunakan untuk siklotron13 MeV. Untuk siklotron 13 MeV diameter polemagnet 0.96 meter, sedangkan untuk pole rniniaturhanya 10 em. Bagian bukit mempunyai susdut 44°lebih sempit 2° dibandingkan bagian lembah yangsudutnya mempunyai 46° Selisih tinggi antaralembah dengan bukit adalah 2 mm. Pada tengahpole dibuat lembah dengan diameter 1 em, sehinggamedan magnet lebih rendah dibanding dengansekitarnya, sehingga gerak melingkar berkas ionlebih besar.

Menurut rancangan pole magnetsiklotron13 MeV bentuk bukit pada ujungnyabergerigi semakin lebar. Untuk membuat bagianbukit bergerigi memerlukan mesin frais yangdikendalikan computer. Sehingga dikerjakan olehbengkel luar. Untuk keperluan ini dikerjakan dibengkel PTAPB saja, sehingga bentuk pada bagianbukit dibuat lurus saja.

Data yang dimaksukkan ke program Toscaadalah diameter pole 10 em saja, tebal kerangka3cm, panjang kerangka 35 em, lebar kerangka 30cmjarak pole 3.2 em, arus kumparan elektromagnetlA.

Pole magnet yang dibentuk lembah danbukit dibuat dari electromagnet NMR mini dengankuat medan magnet 0.3 T. Pada bagian pole yangberjumlah 2 buah berbentuk silinder diameter 10em, panjang 10.5 em dibuat lembah dengan sudut46° sedalam 2 mm menggunakan mesin frais. Padatengah dibuat juga lembah dengan diameter 1 emsedalam 2 mm.

Setelah pole magnet dibentuk bukit danlembah sedalam 2 mm, maka seluruh komponenelektromagnet dipasang termasuk 2 kornponenelektromagnet. Kumparan electromagnet dialiri arusstabil I A diamati arusnya menggunakanamperemeter digital. Untuk mengukur kuat medanmagnet digunakan Tesla meter digital 7,5 digit,sehingga sangat teliti. Probe Tesla meter dipasang

Buku II hal. 258 ISSN 1410 - 8178 Subroto, dkk

~

batan

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan ProsesBahanYogyakarta, Rabu, 11 September 2013

pada bekas mesin bubut mini yang dapat menggeserke arab X dan ke arah Y seeara halus.

Langkah kerja yang dilakukan :1. Mempelajari sistem kerja masing-masing

komponen.2. Mempelajari gambar kerja.3. Melakukan penginventarisan alat4. Menyususun reneana langkah-Iangkah

pembuatan.5. Melakukan reneana penginstalasian.6. Meneari penyebab terjadinya kendala

penyetelan.7. Menentukan bagjan yang harus diprioritaskan

dikerjakan terlebih dahulu8. Melakukan pengukuran dan penggambaran

terhadap bagian-bagian yang akan dikerjakan.9. Pelaksanaan pembuatan bagian-bagianl

komponen yang dibuat.10. Melakukan penginstalasian11. Melakukan uji eoba12. Evaluasi hasil uji eoba

Bahan dan Alat

Bahan dan Alat yang digunakan adalah :1. Besi lunak

2. Oli pelumas

Mesin dan Alat yang digunakanMesin dan Alat yang digunakan untuk

pembuatan yaitu Mesin Bubut dan Mesin Frais.

Alat yang digunakan adalah :

1. Mistar/penggaris.2. penyiku sudut eombinasi3. erespenlpenggores.4. sepidol/alat tulis5. dan kapurlgaris pedoman

Data yang dimasukkan ke program Toseaadalah diameter pole 10 em, tebal kerangka 3 em,panjang kerangka 35 em, lebar kerangka 30 em,jarak pole 3,2 em, arus kumparan elektromagnet 1A. Pengukuran lurus dengan x 5 em y 0 em, x 5 emy I em, x 5 em y 2.5 em, x 5 em y 4.5 em.Pengukuran miring x-5 em y 1 em, x -5 em y 6 em .Pengukuran melingkar pada diameter 40 mm dandiameter 8 em.

Gambar 2. Hasil pembuatan Hill dan Valley

L.

Gambar 3. Hasil pembuatan Hill dan Valley

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada saat melakukan pembuatan valley(lembah), kesulitan timbul diberbagai tempatterutama pada saat pengefraisan pembuatan antarahill yang satu dengan hill berikutnya, Mesin fraisyang kita miliki dengan ukuran yang lebih keeil daribenda kerja yang dikerjakan, sehingga tanggem/penjepit tidak mampu untuk mengerjakan pekerjaanterse but, agar benda kerja tidak bergerak dan tetapsesuai dengan posisi yang semestinya, denganukuran bahan yang jauh lebih besar dari ukurankapasitas mesin yang dimiliki, maka diperlukan alatuntuk membantu menjepit benda kerja tersebut,dengan menggunakan alat bantu tanggem/penjepityang dilengkapi dengan klem pengunci untukmengatur posisi sudut valley. Sudut valley dansudut hill posisinya selang-seling, sehingga padasaat pengefraisan diperbatasan antara hill dan valleyharus ekstra hati-hati eara pengoperasian mesinfrais dalam pemakanan penyayatannya terutamapisau frais yang berputar tidak boleh mengenai garisbatas hill (puneak). Ukuran puneak kurang besarminiatur medan pole magnet untuk validasi simulasisistem magnet siklotron proton 13 MeV, terdapatberbagai kesulitan yang terjadi dilapangan sepertimisalnya pembuatan lembah (valley). sehinggatidak mampu untuk mengerjakan pekerjaan agarbenda kerja tidak bergerak dan tetap sesuai denganposisi yang semestinya. Setelah dilakukanpenyelesaian dan pengeeekan ukuran masing­masing bagian, meliputi ukuran puneak, lembahmaupun ketebalan dan kehalusan yang sesuaidengan persyaratan, dilanjutkanpemasanganldiinstal dengan komponen yang lain.Komponen yang telah dibuat satu persatu dipasangseluruhnya termasuk 2 kumparan elektromagnet

Subroto I dkk. ISSN 1410 - 8178 Buku II hal. 259

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, Rabu 11 September 2013

~

batan

dengan menggunakan petunjuk urutan langkah kerjayang ada sesuai gambar.Penginstalasian/pemasangan telah selesai,dilakukan ujicoba pengukuran medan miniatur polemagnet ini untuk mencocokkan dengan hasilsimulasi rancangan sistem magnet siklotron 13MeV. Siklotron ini memerlukan kuat medan magnetrata-rata 1.275 T, yang pada tiap bagian kuat medanmagnet berbeda, hasil pengukuran tersebutdievaluasi menunjukan kurva hampir sarna tetapikedua puncak kanan dan kiri tingginya hampirsarna, pada simulasi puncak kiri hasilnya terlihatjelas lebih tinggi, hal ini disebabkan karena ketidakhomogenan medan, sehingga pada bagian kirimemang menghasilkan medan yang lebih tinggi.Dengan demikian perbedaan tinggi kedua puncakhanya selisih sedikit.

yoke coil ionsource\ 1-

beam

Gambar 4. Susunan komponen

KESIMPULAN

Dari hasil pembuatan miniatur medan polemagnet untuk validasi simulasi sistem magnetsiklotron proton 13 MeV, yang dibuat dengan bajalunak dikerjakan menggunakan mesin bubut danfrais dapat disimpulkan:1. Pembuatan medan magnet dengan menggunakan

baja lunak yang dikerjakan dengan mesin bubutdan mesin frais dapat diselesaikan dengan baik.

2. Hasil simulasi pada pengukuran modellurus danmelingkar menunjukkan kurva yang smetris,sedangkan hasil pengukuran tidak simetris.

3. Hasilnya telah dapat digunakan sesuai rencana,diujicoba menggunakan metoda pengukuranmedan magnet dengan model lurus. miring danmelingkar menunjukan kurvahubungan antaraposisi probe Teslameter dengan medan magnethampir sarna dengan hasil simulasi.

UCAPAN TERIMAKASIH

Pada kesempatan ini penulis sampaikanucapan terimakasih yang sebesar besamya kepada.1. Kepala balai Elektro Mekanik yang memberi

kepercayaan kepada penulis dan kawan-kawansebagai pelaksana pembuatan miniatur medanpole magnet untuk validasi simulasi sistemmagnet siklotron proton 13 MeV.

2. Kepala kelompok Konstruksi dan PerawatanMesin yang telah banyak memberi pengarahandan membantu menyiapkan barang dan alatuntuk menyelesaikan pekerjaan terse but.

Semoga amal baik dari Bapak-bapakmendapatkan imbalan yang lebig baik dari TuhanYang Maha Esa.

DAFTAR PUSTAKA

1. EANTHOKHIM,TFUJISA WA,.KUMASA."Magnet system forPET " for cyclotron based on permanentmagnet" .Proceeding of RUP AC,Novosibirk,2006.

2. HW KIM, BN LEE. HJ CHOI" Magnetdesign of 4 MeVcyclotron for BNCT .. Journalof koreanPhyical society Vol 59No.2 August2011.

3. S.DEWAN, R HOLMES, K RENINGER."High Power Switchmode power converters forthe 1.4 GeV PS boosterbeem transfer line at

cern". Proceeding of EPAC Vienna, Austria.2000.

Tanya Jawab

Syarip~ Apakah sudah ada spektek dari alat yang dibuat?~ Kenapa dipilih ukuran sebesar tersebut?

Subroto~ Spektek dari alat yang dibuat sudah ada dan

lengkap, sehingga bisa diproduksi di manasaja.

~ Dipilih ukuran sebesar itu untuk menyesuaikanbahan yang dimiliki di PTAPB.

Tanya Jawab

Nugroho L~ Tujuan penelitian adalah pembuatan miniatur

medan pole magnet. kenapa dalam prosespembuatan tidak menggunakan peralatan/ mesinyang memadai?Subroto~ Untuk sementara ini dicoba menggunakan

fasilitas yang ada cuma ada kesu/itan disaatproses pembuatan, tapi hasilnya sudah bisadigunakan dan mendekati sempurna tapi yangdipakai untuk sebenarnya dibuat diluarlpihakketiga.

Buku Il hal. 260 ISSN 1410 - 8178 Subroto, dkk