Pemanasan Sekunder Reaksi Fusi Plasma dengan Menggunakan Radio Frequency
PEMANASAN SEKUNDER REAKSI FUSI PLASMA
DENGAN MENGGUNAKAN
RADIO FREQUENCY
FAHMI RAHMATIA
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pemanasan Sekunder
Reaksi Fusi Plasma dengan Menggunakan Radio Frequency adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, April 2015
Fahmi Rahmatia
NIM G74100026
ABSTRAK
FAHMI RAHMATIA. Pemanasan Sekunder Reaksi Fusi Plasma dengan
Menggunakan Radio Frequency. Dibimbing oleh ABD DJAMIL HUSIN.
Plasma merupakan bentuk ke-empat dari materi setelah padat, cair dan gas
yang terbentuk dari proses ionisasi gas. Plasma dapat digunakan dalam reaksi fusi,
yaitu reaksi penggabungan dua inti atom ringan menjadi inti atom yang lebih berat
sambil melepaskan energi. Untuk mendapatkan energi dari reaksi fusi, inti yang
akan direaksikan harus dipanaskan pada temperatur yang sangat ekstrem tingginya.
Salah satu cara agar dapat mencapai kondisi ini adalah memberikan pemanasan
tambahan atau pemanasan sekunder kepada plasma dalam reaksi fusi tersebut.
Nilai daya serap rata-rata ion Deuterium yang sesuai dengan selang nilai daya dari
data ITER adalah daya yang menggunakan frekuensi 50 MHz sampai dengan 60
MHz. Dengan menggunakan frekuensi 60 Hz diperoleh nilai daya rata-rata yang
diserap sebesar 1,235.10-12 W.
Kata kunci: gelombang radio, pemanasan sekunder, plasma, reaksi fusi
ABSTRACT
FAHMI RAHMATIA. Secondary of Plasma Heating in Fussion with Radio
Frequency. Supervised by ABD DJAMIL HUSIN.
Plasma is a form of fourth matter after solid, liquid and gas formed of
ionization process gas. Plasma can be used in fusion, that is reaction two
coalescing light nuclei into heavier nuclei while release energy. To get energy
from fusion, nuclei reaction will have to be heated in very high temperature. One
way to achieve this condition is give additional heating or warming secondary to
plasma in fusion. The average absorb power of ion Deuterium which is on ITER
intervals data is using frequency 50 MHz until 60 MHz. By using 60 MHz, this
equation can obtained the average value of absorb power about 1,235.10-12 W.
Keywords: fussion, plasma, radio frequency, secondary heating
PEMANASAN SEKUNDER REAKSI FUSI PLASMA
DENGAN MENGGUNAKAN
RADIO FREQUENCY
FAHMI RAHMATIA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2014 ini ialah Pemanasan
Sekunder Reaksi Fusi Plasma dengan Menggunakan Radio Frequency.
Terima kasih penulis ucapkan kepada
1. Kedua orang tua tercinta, Ayah Amril dan Ibu Nurhayati Wahab, kakak
Zaturrahmi M.Pd beserta abang Syatri S.E dan kakak Miftahul Hidayati
M.A serta adik tersayang Meily Fauziah dan seluruh keluarga besar
yang dengan sepenuh hati memberi kasih sayang, doa dan dukungan
2. Bapak Abd Djamil Husin, M.Si selaku dosen pembimbing yang selalu
memberikan arahan, motivasi dan dukungan dari awal sampai akhir
proses penelitian
3. Bapak Drs. M.N. Indro, M.Sc dan Bapak Heriyanto Syafutra, M.Si
selaku dosen penguji
4. Bapak Dr. Irzaman M.Si selaku dosen pembimbing akademik, segenap
dosen beserta staf tata usaha Departemen Fisika yang telah membantu
penulis selama berkuliah di Departemen Fisika
5. Teman sebimbingan Siska Clara Sari S.Si yang banyak membantu dan
memberi arahan. Sahabat-sahabat yang terus memberi semangat
GM_Bells, keluarga wisma Cendrawasih, Fisika 47 serta kakak-kakak
dan adik-adik Fisika angkatan 45, 46, 48.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2015
Fahmi Rahmatia
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
1
TINJAUAN PUSTAKA
2
Plasma
2
Reaksi Fusi
3
Pemanasan Plasma dan Radio Frequency Heating
4
METODE
5
Waktu dan Tempat Penelitian
5
Metode Penelitian
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
SIMPULAN DAN SARAN
5
11
Simpulan
11
Saran
11
DAFTAR PUSTAKA
12
LAMPIRAN
13
RIWAYAT HIDUP
15
DAFTAR TABEL
1 Jenis-jenis Radio Frekuensi
2 Konversi satuan eV
3 Besaran yang digunakan dalam perhitungan nilai daya rata-rata
4
14
14
DAFTAR GAMBAR
1 Ilustrasi Fase Materi Keempat Setelah Fase Padat, Cair dan Gas
2
DAFTAR LAMPIRAN
1 Data Konfigurasi Reaktor Fusi ITER
2 Konversi Satuan dan Perhitungan
13
14
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Konsumsi energi oleh manusia selalu bertambah seiring dengan
bertambahnya penghuni bumi dan meningkatnya kemampuan manusia dalam hal
teknologi. Melalui kemampuannya manusia selalu mencoba mencari alternatifalternatif penyelesaian dalam persoalan keberlangsungan hidupnya termasuk
dalam sektor energi. Teknologi energi terbarukan yang ramah lingkungan seperti
energi surya, air, angin, biomassa, dan geotermal terus dikembangkan, namun
masih dirasa kurang untuk memenuhi kebutuhan energi.
Salah satu solusi menjanjikan dari masalah krisis energi adalah dengan
melakukan reaksi fusi yaitu penggabungan dua atau lebih inti atom ringan menjadi
inti atom baru yang lebih berat dan disertai pembebasan energi yang lebih besar.
Reaksi fusi nuklir tergolong kepada reaksi yang bersih karena tidak menghasilkan
limbah yang radioaktif, sehingga menjadi pilihan yang sangat cocok untuk
kebutuhan energi saat ini. Reaksi fusi terjadi dalam satu bentuk materi yang
disebut dengan fasa plasma yaitu bentuk materi yang dicirikan dengan bentuk fisis
gas yang terionisasi.1
Untuk mendapatkan energi dari reaksi fusi, dibutuhkan beberapa kondisi
khusus diantaranya adalah temperatur yang sangat tinggi. Sampai saat ini masih
dicari metode yang tepat untuk dapat melakukan reaksi fusi pada plasma dengan
lebih mudah, salah satu caranya adalah dengan malakukan pemanasan sekunder
pada plasma sehingga dapat dicapai temperatur reaksi fusi dengan lebih cepat.
Pemanasan sekunder dilakukan untuk membantu pemanasan primer memperoleh
temperatur yang dibutuhkan dan menjaga kestabilan plasma. Terdapat beberapa
metode pemanasan sekunder, satu diantaranya adalah dengan menggunakan
gelombang radio atau Radio Frequency Heating.
Perumusan Masalah
Diperlukan pemanasan sekunder untuk meningkatkan suhu plasma, salah
satu metodenya adalah dengan menggunakan Radio Frequency Heating.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui daya yang diserap ion
karena pengaruh Radio Frequency Heating pada plasma.
2
TINJAUAN PUSTAKA
Plasma
Konsep tentang plasma pertama kali dikemukakan oleh Langmuir dan
Tonks pada tahun 1928. Mereka mendefinisikan plasma sebagai gas yang
terionisasi yang dikenal sebagai fase materi ke-empat setelah fase padat, cair, dan
fase gas.1
Plasma dapat terjadi ketika temperatur atau energi suatu gas dinaikkan
sehingga memungkinkan atom-atom gas terionisasi dan akan membuat gas
tersebut melepaskan elektron-elektronnya yang pada keadaan normal mengelilingi
inti.2
Gambar 1 Ilustrasi fase materi keempat setelah fase padat, cair dan gas
Ilustrasi pada Gambar 1 menunjukkan terbentuknya plasma dari proses
perubahan melalui urutan padat, cair, gas dan akhirnya plasma. Gambar tersebut
menunjukkan bahwa jika es (dalam wujud padat) mendapat energi, maka ia akan
mencair menjadi air pada suhu diatas 0oC. Jika air diberi energi maka setelah
melewati suhu 100oC air akan menjadi uap air dengan molekul H2O. Pemberian
energi terus menerus pada uap air akan memecahkan molekul H2 dan O2 sehingga
akhirnya molekul-molekul ini akan terionisasi menjadi ion-ion positif dan
elektron yang dalam keadaan tertentu dan ruang tertentu terjadi keseimbangan
antara ion dan elektron. Pada keadaan ini disebut plasma.3
3
Plasma terdiri dari partikel-partikel bermuatan listrik yang saling terikat
oleh gaya Coulomb sehingga memberikan sifat kolektif pada plasma. Sifat listrik
yang dimiliki plasma inilah yang membedakannya dengan fluida lain karena
muatan-muatan pada plasma saling berkumpul membangkitkan konsentrasi
muatan positif atau muatan negatif sehingga menghasilkan medan listrik. Selain
itu gerak dari muatan ini juga membangkitkan arus listrik dan medan magnet.4
Persamaan gelombang dan persamaan gerak satu dimensi pada plasma
didefinisikan sebagai berikut
(1)
(2)
Dimana
merupakan potensial gelombang,
merupakan amplitudo
potensial gelombang, adalah muatan partikel. Pada saat
, posisi partikel
adalah
dan kecepatan adalah
.5
Reaksi Fusi
Reaksi fusi pada dasarnya merupakan salah satu sumber energi alternatif
yang dapat dimanfaatkan menghadapi krisis energi yang terjadi akibat
perkembangan zaman. Reaksi fusi merupakan sebuah proses dimana dua inti atom
bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan disertai dengan pelepasan
energi. Reaksi fusi adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar, dan
bom meledak. Proses ini membutuhkan energi yang besar untuk menggabungkan
inti nuklir, bahkan elemen yang paling ringan, hidrogen. Tetapi reaksi fusi inti
atom yang ringan, yang membentuk inti atom yang lebih berat akan menghasilkan
energi yang lebih besar lagi dari energi yang dibutuhkan untuk
menggabungkannya.6
Reaksi fusi secara alamiah terjadi pada inti matahari, dimana salah satu
syarat terjadinya adalah suhu yang sangat tinggi yaitu sekitar 107 K. Reaksi fusi
di matahari dapat berlangsung karena temperatur dan tekanan di dalam inti
matahari yang sangat tinggi. Masalah utama reaktor fusi adalah mempertahankan
proses reaksi fusi yang membutuhkan kondisi sangat spesial, sementara kondisi
tersebut sangat mudah berubah.7
Contoh reaksi fusi adalah pembentukan partikel
dan
melalui
penggabungan dua deuterium.5
3
(3)
2
4
(4)
2
Energi yang dibebaskan pada reaksi fusi dari inti-inti ringan menjadi inti
berat sangat besar sehingga reaksi fusi nuklir menjadi alternatif sumber energi di
dunia.
Beberapa keuntungan reaksi fusi dibandingkan dengan reaksi fisi adalah:
1.
Reaksi fusi tidak menghasilkan zat radioaktif
2.
Energi yang dihasilkan dari reaksi fusi lebih besar
3.
Bahan bakar untuk reaksi fusi melimpah
4
Pemanasan Plasma dan Radio Frequency Heating
Pemanasan utama pada plasma disebut pemanasan primer, salah satu
pemanasan primer adalah Pemanasan Ohmic. Pemanasan Ohmic pada plasma
dapat terjadi karena adanya resistansi ketika arus mengalir pada plasma, sehingga
terjadi perubahan energi listrik menjadi energi termal dan menaikkan temperature
plasma. Ketika terjadi kenaikan temperatur sekitar jutaan Kelvin atau lebih,
plasma menjadi konduktor listrik yang sangat baik, hambatan menurun dan
pemanasan Ohmic tidak lagi berperan. Untuk memanaskan plasma dengan
temperatur yang lebih tinggi, pemanasan Ohmic ini harus diikuti dengan
pemanasan sekunder. Pemanasan sekunder digunakan untuk menaikkan suhu
plasma dan menjaga kestabilan kondisi tersebut.7
Beberapa jenis pemanasan sekunder, diantaranya adalah Magnetic
Compression, yaitu memberikan tekanan kepada partikel bermuatan pada plasma
yang terkungkung sehingga medan magnetnya menjadi lebih besar dan suhu
menjadi lebih tinggi. Contoh pemanasan sekunder lainnya adalah Neutral Beam
Injection, yaitu pemanasan dengan cara menembakkan partikel energi tinggi ke
dalam plasma sehingga menyebabkan terjadinya tumbukan antara ion-ion,
elektron dengan partikel energi tinggi ini. Selain itu, pemanasan sekunder yang
dapat digunakan adalah pemanasan sekunder dengan menggunakan Radio
Frekuensi.8
Pemanasan Radio Frekuensi mentransfer energi dari sebuah sumber
eksternal ke plasma melalui gelombang elektromagnetik. Ketika gelombang
elektromagnetik merambat melalui medan listrik plasma, gelombang akan
mempercepat gerak partikel bermuatan saling bertumbukan sehingga
menyebabkan kenaikan suhu pada plasma.
Tabel 1 Jenis-jenis Radio Frekuensi.9
Mode
Rentang Frekuensi
Shear Alfven
Ion Cyclotron
Fast Alfven
Lower Hibrid
Electron Cyclotron
1 150 m
60 > λ > 5 m
30 > λ > 2.5 m
60 > λ > 12 cm
27 > λ > 0.1 cm
5
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret sampai bulan November
2014. Tempat penelitian dilakukan di Laboratorium Fisika Teori dan Komputasi
Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.
Metode Penelitian
Prosedur pengerjaan dalam penelitian ini adalah dengan memformulasikan
daya yang diserap ion saat diberi gangguan berupa Radio Frekuensi dengan
menggunakan beberapa metode diantaranya penggunakaan deret Taylor, fungsi
delta dan distribusi Maxwell-Boltzmann, selanjutnya mencari nilai daya tersebut
dengan frekuensi yang ditentukan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Plasma terbentuk karena pemanasan terus menerus yang menyebabkan
rusaknya energi ikat elektron dan inti atom sehingga elektron keluar dari
orbitalnya dan terpisah dengan inti atom. Reaksi fusi dengan menggunakan
plasma dinilai lebih baik karena plasma yang merupakan wujud gas yang
terionisasi mempunyai ion positif dan ion negatif yang sudah terpisah sehingga
energi yang dibutuhkan untuk melakukan reaksi fusi pada plasma lebih sedikit
jika dibandingkan dengan melakukan reaksi fusi dengan menembakkan ion-ion
yang akan direaksikan tersebut.
Plasma yang digunakan untuk melakukan reaksi fusi biasanya dikungkung
dalam suatu wadah yang diisolasi. Wadah tersebut diatur sedemikian rupa
berdasarkan sifat plasma yang bergerak dengan suhu tinggi agar tidak merusak
dinding wadah kungkungan tersebut. Penelitian para ilmuwan sampai saat ini
menganggap wadah kungkungan terbaik untuk reaksi fusi plasma adalah bentuk
donat yang dikontrol dengan memberikan medan magnet dan medan listrik untuk
mengatur gerak plasma bersuhu tinggi agar tidak menambah dan merusak dinding
wadah. Wadah seperti ini disebut dengan Tokamak.
Pemanasan primer pada plasma sebenarnya sudah mampu membuat reaksi
fusi berlangsung namun dengan suhu yang belum begitu tinggi dan kondisi suhu
serta tekanan yang mudah berubah-ubah dan tidak stabil. Dengan menambahkan
pemanasan sekunder, suhu dalam wadah kungkungan itu akan lebih tinggi dan
kondisi itu dapat berlangsung lebih lama atau lebih stabil. Pemanasan sekunder
dengan menggunakan gelombang radio yang berasal dari sumber eksternal dapat
mempercepat gerak partikel bermuatan sehingga meningkatkan kemungkinan
tumbukan antar partikel dan menyebabkan kenaikan suhu pada plasma.
Untuk mengidentifikasi pergerakan partikel pada plasma dengan
pemanasan sekunder menggunakan Radio Frekuensi dapat dilihat dari daya serap
ion pada plasma.
6
Fasa gelombang pada partikel dimisalkan sebagai
Turunan pertama dan kedua dari adalah
.
(5)
(6)
Substitusi Persamaan (2) yaitu persamaan gerak partikel pada plasma ke
Persamaan (6) sehingga diperoleh
(7)
Dengan mendefinisikan frekuensi sudut pantulan adalah
(8)
dan waktu pantulan
(9)
maka, Persamaan (7) menjadi seperti persamaan pendulum seperti dibawah ini
Dengan menggunakan Persamaan (9), diperoleh hubungan dengan
Agar persamaan diatas sama dengan nol,
dikeluarkan sehingga yang harus
diperhatikan adalah persamaan didalam kurung, yaitu
(10)
Selanjutnya Persamaan (10) diintegrasikan dengan faktor
persamaan diferensial yang nilainya adalah nol.
[
]
agar diperoleh
(11)
7
Persamaan diferensial diatas bernilai nol sehingga artinya
konstanta agar turunan terhadap adalah nol
adalah sebuah
(12)
(13)
Substitusi Persamaan (5) ke Persamaan (13),
dimisalkan dengan
diperoleh persamaan yang
(14)
dan fasa gelombang menjadi
(13)
Substitusi Persamaan (13) ke Persamaan (12), maka dihasilkan persamaan berikut
(16)
(17)
adalah energi kinetik dan
Dimana merupakan energi total,
adalah energi potensial gelombang.
Jika
, maka partikel akan terperangkap di dalam gelombang
yang dilaluinya. Namun, jika
partikel itu tidak terperangkap dan bergerak
terus menerus dalam arah yang sama. Nilai batas tersebut diperoleh dari nilai
terkecil dan nilai terbesar dari .
Untuk partikel yang tidak terperangkap di dalam gelombang mempunyai
energi kinetik yang jauh lebih besar dari pada energi potensial. Dengan
yang berbanding terbalik dengan amplitudo gelombang
dan
.
Kecepatan gerak partikel yang tidak terperangkap di dalam gelombang
dapat dituliskan sebagai berikut
(18)
Sehingga energi kinetiknya menjadi
[
]
(19)
8
Substitusi
persamaan berikut
Persamaan (12) ke Persamaan (19), sehingga diperoleh
λ
[
]
(20)
(21)
(22)
(23)
Substitusi Persamaan (10) ke Persamaan (23), maka laju energi kinetik terhadap
waktu menjadi
(24)
Berdasarkan Persamaan (12)
(
)
(25)
Substitusi Persamaan (17) ke Persamaan (25)
√
√
(26)
Menggunakan deret Taylor, Persamaan (26) dapat disederhanakan menjadi
persamaan
(27)
9
Integral Persamaan (27) dihasilkan persamaan
(28)
(29)
dimana fungsi
[
didefinisikan sebagai
]
(30)
(31)
[
]
(32)
(33)
Gunakan identitas
[
]
(
(34)
)
(35)
10
Dengan menggunakan fungsi delta
(36)
|
|
maka
(37)
∫
(38)
∫
∫
(39)
(40)
(41)
Plasma dianggap sebagai gas ideal sehingga berlaku persamaan distribusi
Maxwell-Boltzmann
(42)
(43)
Gunakan Persamaan (43) ke Persamaan (41)
(44)
dengan
merupakan suhu,dan
merupakan bilangan gelombang.
(45)
Persamaan (45) merupakan persamaan untuk daya rata-rata yang diserap
oleh tiap ion pada plasma dengan menggunakan pemanasan sekunder berupa
Radio Frekuensi. Untuk mengetahui nilai daya rata-rata yang diserap plasma
dengan memasukkan frekuensi radio dapat digunakan tabel data konfigurasi
reaktor ITER (Lampiran 1) yang berfungsi sebagai sumber data penentu nilai
konstanta persamaan.
Menurut data ITER, daya rata-rata yang diserap ion Deuterium dalam 1020
partikel adalah 100-150 MW. Artinya untuk daya rata-rata yang diserap untuk
tiap-tiap ion berdasarkan data ITER adalah 1.10-12 W sampai 1,5.10-12 W. Dengan
11
menggunakan bagian dari Radio Frekuensi yaitu ICRF dengan frekuensi 5 MHz
sampai 60 MHz dan potensial amplitudo yang digunakan sekitar 35.103 V dapat
diperoleh nilai daya rata-rata yang diserap ion Deuterium yang berada dalam
rentang data ITER adalah pada frekuensi 50 MHz sampai 60 MHz. Pada frekuensi
60 MHz, nilai daya rata-rata yang diserap ion adalah sebesar 1,235.10-12 W. Nilai
daya ini merupakan nilai rataan yang diserap oleh ion pada plasma, artinya ada
ion-ion dengan temperatur lebih tinggi dan ada yang lebih rendah yang dalam
perumusannya menggunakan distribusi. Nilai ini sangat bergantung pada
frekuensi dan potensial amplitudo yang digunakan.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Pemanasan menggunakan Radio Frekuensi merupakan salah satu
pemanasan sekunder yang digunakan untuk melengkapi pemanasan primer agar
suhu plasma menjadi lebih tinggi. Diperoleh analisis persamaan daya rata-rata
yang diserap oleh ion pada plasma terhadap pemanasan sekunder menggunakan
Radio Frekuensi. Nilai daya rata-rata yang diserap ion Deuterium yang sesuai
dengan selang nilai daya dari data ITER adalah daya yang menggunakan frekuensi
50 MHz sampai dengan 60 MHz. Dengan menggunakan frekuensi 60 Hz
diperoleh nilai daya rata-rata yang diserap sebesar 1,235.10-12 W.
Saran
Untuk penelitian selanjutnya dapat diperhatikan pengaruh medan magnet
terhadap pemanasan plasma karena penelitian ini tidak memperhatikan pengaruh
medan magnet terhadap pemanasan tersebut.
12
DAFTAR PUSTAKA
1 Nur, M. Fisika Plasma dan Aplikasinya. Badan Penerbit Universitas
Diponegoro. Semarang. 2011
2 Kruer, William. The Physics of Laser Plasma Interactions. Addison-Wesley
Publishing Company. United States of America. 1998
3 Bellan, Paul M. Fundamentals of Plasma Physics. Pasadena. California.
2004
4 Parkolab, Miklos dan Edward T. Fusion Part B Magnetic Confinement.
Academy Press. New York. 1981
5 Krane, Kenneth S. Introductory Nuclear Physics. John Willey & Sons, Inc.
New York. 1988
6 Beiser, Arthur. Konsep Fisika Modern Edisi Keempat. Erlangga. Jakarta.
1992
7 Alwi, Muhammad M. [Skripsi]. Pemanasan Sekunder Plasma
Menggunakan Gelombang Mikro Untuk Reaksi Fusi Terkontrol. Program
Studi Fisika. FMIPA. IPB. 2008
8 Glasstone, Samuel. Ralph H Lovberg. Controlled Thermonuclear Reactions.
Van Nostrand Reinhold Company. United Stated State. 1960
9 Gautreau, Ronald. William Savin. Schaum’s Outlines Fisika Modern Edisi
Kedua. Erlangga: Jakarta. 1999
10 McCracken, Garry. Peter Stott. Fusion The Energy of The Universe.
Elsevier, Inc. USA. 2005
13
LAMPIRAN 1
Data-data Konstanta yang bersumber dari reaktor ITER (Internasional
Thermonuclear Experimental Reactor)
14
LAMPIRAN 2
Konversi satuan dan perhitungan
Tabel 2 Konversi satuan eV
Konversi
1 Joule
1 Hz
1 /m
1K
eV
6,25 x 1018
4,13 x 10-15
1,24 x 10-6
8,621 x 10-5
Tabel 3 Besaran yang digunakan dalam perhitungan nilai daya rata-rata
Berikut adalah contoh perhitungan daya serap rata-rata oleh tiap ion pada
plasma dengan menggunakan frekuensi 60 MHz
Besaran yang digunakan
Dalam SI
Dalam eV
-19
Muatan
3,2 x 10 C
104 V
Potensial Amplitudo
60 MHz
2,479 x 10-7
Frekuensi
5m
Panjang Gelombang
1,256 /m
1,0129 x 106
Bilangan Gelombang
3,344 x 10-27 kg
1875,58 x 106
Massa Deuterium
7
Suhu Ambang
40,6 10 K
35 x 103
Dengan memasukkan nilai dari besaran-besaran pada Tabel 3 ke
Persamaan (45) maka diperoleh nilai daya rata-rata yang diserap oleh tiap-tiap ion
Deuterium adalah 1,235.10-12 W.
15
RIWAYAT HIDUP
FAHMI RAHMATIA dilahirkan di Bukittinggi tanggal 20 Agustus 1992
dari pasangan Amril dan Nurhayati Wahab. Penulis merupakan alumni dari TK
Aisyiah II Bukittinggi, SD Negeri 10 ATTS Bukittinggi, MTsN 1 Model
Bukittinggi dan SMA Negeri 3 Bukittinggi. Pada tahun 2010 penulis lulus dari
SMA Negeri 3 Bukittinggi dan diterima di IPB melalui jalur Undangan Seleksi
Masuk IPB (USMI) dengan program studi Fisika. Selama masa perkuliahan
penulis menjadi Asisten Praktikum mata kuliah Fisika untuk mahasiswa Tingkat
Persiapan Bersama (TPB) selama dua tahun berturut-turut mulai tahun 2012
sampai tahun 2014. Selain itu penulis pernah menjadi Sekretaris Himpunan
Mahasiswa Fisika tahun 2013, Sekretaris Komisi III DPM G 2012, serta aktif
dalam Sanggar Sarumpun IPMM Bogor sebagai Manager.
DENGAN MENGGUNAKAN
RADIO FREQUENCY
FAHMI RAHMATIA
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pemanasan Sekunder
Reaksi Fusi Plasma dengan Menggunakan Radio Frequency adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, April 2015
Fahmi Rahmatia
NIM G74100026
ABSTRAK
FAHMI RAHMATIA. Pemanasan Sekunder Reaksi Fusi Plasma dengan
Menggunakan Radio Frequency. Dibimbing oleh ABD DJAMIL HUSIN.
Plasma merupakan bentuk ke-empat dari materi setelah padat, cair dan gas
yang terbentuk dari proses ionisasi gas. Plasma dapat digunakan dalam reaksi fusi,
yaitu reaksi penggabungan dua inti atom ringan menjadi inti atom yang lebih berat
sambil melepaskan energi. Untuk mendapatkan energi dari reaksi fusi, inti yang
akan direaksikan harus dipanaskan pada temperatur yang sangat ekstrem tingginya.
Salah satu cara agar dapat mencapai kondisi ini adalah memberikan pemanasan
tambahan atau pemanasan sekunder kepada plasma dalam reaksi fusi tersebut.
Nilai daya serap rata-rata ion Deuterium yang sesuai dengan selang nilai daya dari
data ITER adalah daya yang menggunakan frekuensi 50 MHz sampai dengan 60
MHz. Dengan menggunakan frekuensi 60 Hz diperoleh nilai daya rata-rata yang
diserap sebesar 1,235.10-12 W.
Kata kunci: gelombang radio, pemanasan sekunder, plasma, reaksi fusi
ABSTRACT
FAHMI RAHMATIA. Secondary of Plasma Heating in Fussion with Radio
Frequency. Supervised by ABD DJAMIL HUSIN.
Plasma is a form of fourth matter after solid, liquid and gas formed of
ionization process gas. Plasma can be used in fusion, that is reaction two
coalescing light nuclei into heavier nuclei while release energy. To get energy
from fusion, nuclei reaction will have to be heated in very high temperature. One
way to achieve this condition is give additional heating or warming secondary to
plasma in fusion. The average absorb power of ion Deuterium which is on ITER
intervals data is using frequency 50 MHz until 60 MHz. By using 60 MHz, this
equation can obtained the average value of absorb power about 1,235.10-12 W.
Keywords: fussion, plasma, radio frequency, secondary heating
PEMANASAN SEKUNDER REAKSI FUSI PLASMA
DENGAN MENGGUNAKAN
RADIO FREQUENCY
FAHMI RAHMATIA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2014 ini ialah Pemanasan
Sekunder Reaksi Fusi Plasma dengan Menggunakan Radio Frequency.
Terima kasih penulis ucapkan kepada
1. Kedua orang tua tercinta, Ayah Amril dan Ibu Nurhayati Wahab, kakak
Zaturrahmi M.Pd beserta abang Syatri S.E dan kakak Miftahul Hidayati
M.A serta adik tersayang Meily Fauziah dan seluruh keluarga besar
yang dengan sepenuh hati memberi kasih sayang, doa dan dukungan
2. Bapak Abd Djamil Husin, M.Si selaku dosen pembimbing yang selalu
memberikan arahan, motivasi dan dukungan dari awal sampai akhir
proses penelitian
3. Bapak Drs. M.N. Indro, M.Sc dan Bapak Heriyanto Syafutra, M.Si
selaku dosen penguji
4. Bapak Dr. Irzaman M.Si selaku dosen pembimbing akademik, segenap
dosen beserta staf tata usaha Departemen Fisika yang telah membantu
penulis selama berkuliah di Departemen Fisika
5. Teman sebimbingan Siska Clara Sari S.Si yang banyak membantu dan
memberi arahan. Sahabat-sahabat yang terus memberi semangat
GM_Bells, keluarga wisma Cendrawasih, Fisika 47 serta kakak-kakak
dan adik-adik Fisika angkatan 45, 46, 48.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2015
Fahmi Rahmatia
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
1
TINJAUAN PUSTAKA
2
Plasma
2
Reaksi Fusi
3
Pemanasan Plasma dan Radio Frequency Heating
4
METODE
5
Waktu dan Tempat Penelitian
5
Metode Penelitian
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
SIMPULAN DAN SARAN
5
11
Simpulan
11
Saran
11
DAFTAR PUSTAKA
12
LAMPIRAN
13
RIWAYAT HIDUP
15
DAFTAR TABEL
1 Jenis-jenis Radio Frekuensi
2 Konversi satuan eV
3 Besaran yang digunakan dalam perhitungan nilai daya rata-rata
4
14
14
DAFTAR GAMBAR
1 Ilustrasi Fase Materi Keempat Setelah Fase Padat, Cair dan Gas
2
DAFTAR LAMPIRAN
1 Data Konfigurasi Reaktor Fusi ITER
2 Konversi Satuan dan Perhitungan
13
14
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Konsumsi energi oleh manusia selalu bertambah seiring dengan
bertambahnya penghuni bumi dan meningkatnya kemampuan manusia dalam hal
teknologi. Melalui kemampuannya manusia selalu mencoba mencari alternatifalternatif penyelesaian dalam persoalan keberlangsungan hidupnya termasuk
dalam sektor energi. Teknologi energi terbarukan yang ramah lingkungan seperti
energi surya, air, angin, biomassa, dan geotermal terus dikembangkan, namun
masih dirasa kurang untuk memenuhi kebutuhan energi.
Salah satu solusi menjanjikan dari masalah krisis energi adalah dengan
melakukan reaksi fusi yaitu penggabungan dua atau lebih inti atom ringan menjadi
inti atom baru yang lebih berat dan disertai pembebasan energi yang lebih besar.
Reaksi fusi nuklir tergolong kepada reaksi yang bersih karena tidak menghasilkan
limbah yang radioaktif, sehingga menjadi pilihan yang sangat cocok untuk
kebutuhan energi saat ini. Reaksi fusi terjadi dalam satu bentuk materi yang
disebut dengan fasa plasma yaitu bentuk materi yang dicirikan dengan bentuk fisis
gas yang terionisasi.1
Untuk mendapatkan energi dari reaksi fusi, dibutuhkan beberapa kondisi
khusus diantaranya adalah temperatur yang sangat tinggi. Sampai saat ini masih
dicari metode yang tepat untuk dapat melakukan reaksi fusi pada plasma dengan
lebih mudah, salah satu caranya adalah dengan malakukan pemanasan sekunder
pada plasma sehingga dapat dicapai temperatur reaksi fusi dengan lebih cepat.
Pemanasan sekunder dilakukan untuk membantu pemanasan primer memperoleh
temperatur yang dibutuhkan dan menjaga kestabilan plasma. Terdapat beberapa
metode pemanasan sekunder, satu diantaranya adalah dengan menggunakan
gelombang radio atau Radio Frequency Heating.
Perumusan Masalah
Diperlukan pemanasan sekunder untuk meningkatkan suhu plasma, salah
satu metodenya adalah dengan menggunakan Radio Frequency Heating.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui daya yang diserap ion
karena pengaruh Radio Frequency Heating pada plasma.
2
TINJAUAN PUSTAKA
Plasma
Konsep tentang plasma pertama kali dikemukakan oleh Langmuir dan
Tonks pada tahun 1928. Mereka mendefinisikan plasma sebagai gas yang
terionisasi yang dikenal sebagai fase materi ke-empat setelah fase padat, cair, dan
fase gas.1
Plasma dapat terjadi ketika temperatur atau energi suatu gas dinaikkan
sehingga memungkinkan atom-atom gas terionisasi dan akan membuat gas
tersebut melepaskan elektron-elektronnya yang pada keadaan normal mengelilingi
inti.2
Gambar 1 Ilustrasi fase materi keempat setelah fase padat, cair dan gas
Ilustrasi pada Gambar 1 menunjukkan terbentuknya plasma dari proses
perubahan melalui urutan padat, cair, gas dan akhirnya plasma. Gambar tersebut
menunjukkan bahwa jika es (dalam wujud padat) mendapat energi, maka ia akan
mencair menjadi air pada suhu diatas 0oC. Jika air diberi energi maka setelah
melewati suhu 100oC air akan menjadi uap air dengan molekul H2O. Pemberian
energi terus menerus pada uap air akan memecahkan molekul H2 dan O2 sehingga
akhirnya molekul-molekul ini akan terionisasi menjadi ion-ion positif dan
elektron yang dalam keadaan tertentu dan ruang tertentu terjadi keseimbangan
antara ion dan elektron. Pada keadaan ini disebut plasma.3
3
Plasma terdiri dari partikel-partikel bermuatan listrik yang saling terikat
oleh gaya Coulomb sehingga memberikan sifat kolektif pada plasma. Sifat listrik
yang dimiliki plasma inilah yang membedakannya dengan fluida lain karena
muatan-muatan pada plasma saling berkumpul membangkitkan konsentrasi
muatan positif atau muatan negatif sehingga menghasilkan medan listrik. Selain
itu gerak dari muatan ini juga membangkitkan arus listrik dan medan magnet.4
Persamaan gelombang dan persamaan gerak satu dimensi pada plasma
didefinisikan sebagai berikut
(1)
(2)
Dimana
merupakan potensial gelombang,
merupakan amplitudo
potensial gelombang, adalah muatan partikel. Pada saat
, posisi partikel
adalah
dan kecepatan adalah
.5
Reaksi Fusi
Reaksi fusi pada dasarnya merupakan salah satu sumber energi alternatif
yang dapat dimanfaatkan menghadapi krisis energi yang terjadi akibat
perkembangan zaman. Reaksi fusi merupakan sebuah proses dimana dua inti atom
bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan disertai dengan pelepasan
energi. Reaksi fusi adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar, dan
bom meledak. Proses ini membutuhkan energi yang besar untuk menggabungkan
inti nuklir, bahkan elemen yang paling ringan, hidrogen. Tetapi reaksi fusi inti
atom yang ringan, yang membentuk inti atom yang lebih berat akan menghasilkan
energi yang lebih besar lagi dari energi yang dibutuhkan untuk
menggabungkannya.6
Reaksi fusi secara alamiah terjadi pada inti matahari, dimana salah satu
syarat terjadinya adalah suhu yang sangat tinggi yaitu sekitar 107 K. Reaksi fusi
di matahari dapat berlangsung karena temperatur dan tekanan di dalam inti
matahari yang sangat tinggi. Masalah utama reaktor fusi adalah mempertahankan
proses reaksi fusi yang membutuhkan kondisi sangat spesial, sementara kondisi
tersebut sangat mudah berubah.7
Contoh reaksi fusi adalah pembentukan partikel
dan
melalui
penggabungan dua deuterium.5
3
(3)
2
4
(4)
2
Energi yang dibebaskan pada reaksi fusi dari inti-inti ringan menjadi inti
berat sangat besar sehingga reaksi fusi nuklir menjadi alternatif sumber energi di
dunia.
Beberapa keuntungan reaksi fusi dibandingkan dengan reaksi fisi adalah:
1.
Reaksi fusi tidak menghasilkan zat radioaktif
2.
Energi yang dihasilkan dari reaksi fusi lebih besar
3.
Bahan bakar untuk reaksi fusi melimpah
4
Pemanasan Plasma dan Radio Frequency Heating
Pemanasan utama pada plasma disebut pemanasan primer, salah satu
pemanasan primer adalah Pemanasan Ohmic. Pemanasan Ohmic pada plasma
dapat terjadi karena adanya resistansi ketika arus mengalir pada plasma, sehingga
terjadi perubahan energi listrik menjadi energi termal dan menaikkan temperature
plasma. Ketika terjadi kenaikan temperatur sekitar jutaan Kelvin atau lebih,
plasma menjadi konduktor listrik yang sangat baik, hambatan menurun dan
pemanasan Ohmic tidak lagi berperan. Untuk memanaskan plasma dengan
temperatur yang lebih tinggi, pemanasan Ohmic ini harus diikuti dengan
pemanasan sekunder. Pemanasan sekunder digunakan untuk menaikkan suhu
plasma dan menjaga kestabilan kondisi tersebut.7
Beberapa jenis pemanasan sekunder, diantaranya adalah Magnetic
Compression, yaitu memberikan tekanan kepada partikel bermuatan pada plasma
yang terkungkung sehingga medan magnetnya menjadi lebih besar dan suhu
menjadi lebih tinggi. Contoh pemanasan sekunder lainnya adalah Neutral Beam
Injection, yaitu pemanasan dengan cara menembakkan partikel energi tinggi ke
dalam plasma sehingga menyebabkan terjadinya tumbukan antara ion-ion,
elektron dengan partikel energi tinggi ini. Selain itu, pemanasan sekunder yang
dapat digunakan adalah pemanasan sekunder dengan menggunakan Radio
Frekuensi.8
Pemanasan Radio Frekuensi mentransfer energi dari sebuah sumber
eksternal ke plasma melalui gelombang elektromagnetik. Ketika gelombang
elektromagnetik merambat melalui medan listrik plasma, gelombang akan
mempercepat gerak partikel bermuatan saling bertumbukan sehingga
menyebabkan kenaikan suhu pada plasma.
Tabel 1 Jenis-jenis Radio Frekuensi.9
Mode
Rentang Frekuensi
Shear Alfven
Ion Cyclotron
Fast Alfven
Lower Hibrid
Electron Cyclotron
1 150 m
60 > λ > 5 m
30 > λ > 2.5 m
60 > λ > 12 cm
27 > λ > 0.1 cm
5
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret sampai bulan November
2014. Tempat penelitian dilakukan di Laboratorium Fisika Teori dan Komputasi
Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.
Metode Penelitian
Prosedur pengerjaan dalam penelitian ini adalah dengan memformulasikan
daya yang diserap ion saat diberi gangguan berupa Radio Frekuensi dengan
menggunakan beberapa metode diantaranya penggunakaan deret Taylor, fungsi
delta dan distribusi Maxwell-Boltzmann, selanjutnya mencari nilai daya tersebut
dengan frekuensi yang ditentukan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Plasma terbentuk karena pemanasan terus menerus yang menyebabkan
rusaknya energi ikat elektron dan inti atom sehingga elektron keluar dari
orbitalnya dan terpisah dengan inti atom. Reaksi fusi dengan menggunakan
plasma dinilai lebih baik karena plasma yang merupakan wujud gas yang
terionisasi mempunyai ion positif dan ion negatif yang sudah terpisah sehingga
energi yang dibutuhkan untuk melakukan reaksi fusi pada plasma lebih sedikit
jika dibandingkan dengan melakukan reaksi fusi dengan menembakkan ion-ion
yang akan direaksikan tersebut.
Plasma yang digunakan untuk melakukan reaksi fusi biasanya dikungkung
dalam suatu wadah yang diisolasi. Wadah tersebut diatur sedemikian rupa
berdasarkan sifat plasma yang bergerak dengan suhu tinggi agar tidak merusak
dinding wadah kungkungan tersebut. Penelitian para ilmuwan sampai saat ini
menganggap wadah kungkungan terbaik untuk reaksi fusi plasma adalah bentuk
donat yang dikontrol dengan memberikan medan magnet dan medan listrik untuk
mengatur gerak plasma bersuhu tinggi agar tidak menambah dan merusak dinding
wadah. Wadah seperti ini disebut dengan Tokamak.
Pemanasan primer pada plasma sebenarnya sudah mampu membuat reaksi
fusi berlangsung namun dengan suhu yang belum begitu tinggi dan kondisi suhu
serta tekanan yang mudah berubah-ubah dan tidak stabil. Dengan menambahkan
pemanasan sekunder, suhu dalam wadah kungkungan itu akan lebih tinggi dan
kondisi itu dapat berlangsung lebih lama atau lebih stabil. Pemanasan sekunder
dengan menggunakan gelombang radio yang berasal dari sumber eksternal dapat
mempercepat gerak partikel bermuatan sehingga meningkatkan kemungkinan
tumbukan antar partikel dan menyebabkan kenaikan suhu pada plasma.
Untuk mengidentifikasi pergerakan partikel pada plasma dengan
pemanasan sekunder menggunakan Radio Frekuensi dapat dilihat dari daya serap
ion pada plasma.
6
Fasa gelombang pada partikel dimisalkan sebagai
Turunan pertama dan kedua dari adalah
.
(5)
(6)
Substitusi Persamaan (2) yaitu persamaan gerak partikel pada plasma ke
Persamaan (6) sehingga diperoleh
(7)
Dengan mendefinisikan frekuensi sudut pantulan adalah
(8)
dan waktu pantulan
(9)
maka, Persamaan (7) menjadi seperti persamaan pendulum seperti dibawah ini
Dengan menggunakan Persamaan (9), diperoleh hubungan dengan
Agar persamaan diatas sama dengan nol,
dikeluarkan sehingga yang harus
diperhatikan adalah persamaan didalam kurung, yaitu
(10)
Selanjutnya Persamaan (10) diintegrasikan dengan faktor
persamaan diferensial yang nilainya adalah nol.
[
]
agar diperoleh
(11)
7
Persamaan diferensial diatas bernilai nol sehingga artinya
konstanta agar turunan terhadap adalah nol
adalah sebuah
(12)
(13)
Substitusi Persamaan (5) ke Persamaan (13),
dimisalkan dengan
diperoleh persamaan yang
(14)
dan fasa gelombang menjadi
(13)
Substitusi Persamaan (13) ke Persamaan (12), maka dihasilkan persamaan berikut
(16)
(17)
adalah energi kinetik dan
Dimana merupakan energi total,
adalah energi potensial gelombang.
Jika
, maka partikel akan terperangkap di dalam gelombang
yang dilaluinya. Namun, jika
partikel itu tidak terperangkap dan bergerak
terus menerus dalam arah yang sama. Nilai batas tersebut diperoleh dari nilai
terkecil dan nilai terbesar dari .
Untuk partikel yang tidak terperangkap di dalam gelombang mempunyai
energi kinetik yang jauh lebih besar dari pada energi potensial. Dengan
yang berbanding terbalik dengan amplitudo gelombang
dan
.
Kecepatan gerak partikel yang tidak terperangkap di dalam gelombang
dapat dituliskan sebagai berikut
(18)
Sehingga energi kinetiknya menjadi
[
]
(19)
8
Substitusi
persamaan berikut
Persamaan (12) ke Persamaan (19), sehingga diperoleh
λ
[
]
(20)
(21)
(22)
(23)
Substitusi Persamaan (10) ke Persamaan (23), maka laju energi kinetik terhadap
waktu menjadi
(24)
Berdasarkan Persamaan (12)
(
)
(25)
Substitusi Persamaan (17) ke Persamaan (25)
√
√
(26)
Menggunakan deret Taylor, Persamaan (26) dapat disederhanakan menjadi
persamaan
(27)
9
Integral Persamaan (27) dihasilkan persamaan
(28)
(29)
dimana fungsi
[
didefinisikan sebagai
]
(30)
(31)
[
]
(32)
(33)
Gunakan identitas
[
]
(
(34)
)
(35)
10
Dengan menggunakan fungsi delta
(36)
|
|
maka
(37)
∫
(38)
∫
∫
(39)
(40)
(41)
Plasma dianggap sebagai gas ideal sehingga berlaku persamaan distribusi
Maxwell-Boltzmann
(42)
(43)
Gunakan Persamaan (43) ke Persamaan (41)
(44)
dengan
merupakan suhu,dan
merupakan bilangan gelombang.
(45)
Persamaan (45) merupakan persamaan untuk daya rata-rata yang diserap
oleh tiap ion pada plasma dengan menggunakan pemanasan sekunder berupa
Radio Frekuensi. Untuk mengetahui nilai daya rata-rata yang diserap plasma
dengan memasukkan frekuensi radio dapat digunakan tabel data konfigurasi
reaktor ITER (Lampiran 1) yang berfungsi sebagai sumber data penentu nilai
konstanta persamaan.
Menurut data ITER, daya rata-rata yang diserap ion Deuterium dalam 1020
partikel adalah 100-150 MW. Artinya untuk daya rata-rata yang diserap untuk
tiap-tiap ion berdasarkan data ITER adalah 1.10-12 W sampai 1,5.10-12 W. Dengan
11
menggunakan bagian dari Radio Frekuensi yaitu ICRF dengan frekuensi 5 MHz
sampai 60 MHz dan potensial amplitudo yang digunakan sekitar 35.103 V dapat
diperoleh nilai daya rata-rata yang diserap ion Deuterium yang berada dalam
rentang data ITER adalah pada frekuensi 50 MHz sampai 60 MHz. Pada frekuensi
60 MHz, nilai daya rata-rata yang diserap ion adalah sebesar 1,235.10-12 W. Nilai
daya ini merupakan nilai rataan yang diserap oleh ion pada plasma, artinya ada
ion-ion dengan temperatur lebih tinggi dan ada yang lebih rendah yang dalam
perumusannya menggunakan distribusi. Nilai ini sangat bergantung pada
frekuensi dan potensial amplitudo yang digunakan.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Pemanasan menggunakan Radio Frekuensi merupakan salah satu
pemanasan sekunder yang digunakan untuk melengkapi pemanasan primer agar
suhu plasma menjadi lebih tinggi. Diperoleh analisis persamaan daya rata-rata
yang diserap oleh ion pada plasma terhadap pemanasan sekunder menggunakan
Radio Frekuensi. Nilai daya rata-rata yang diserap ion Deuterium yang sesuai
dengan selang nilai daya dari data ITER adalah daya yang menggunakan frekuensi
50 MHz sampai dengan 60 MHz. Dengan menggunakan frekuensi 60 Hz
diperoleh nilai daya rata-rata yang diserap sebesar 1,235.10-12 W.
Saran
Untuk penelitian selanjutnya dapat diperhatikan pengaruh medan magnet
terhadap pemanasan plasma karena penelitian ini tidak memperhatikan pengaruh
medan magnet terhadap pemanasan tersebut.
12
DAFTAR PUSTAKA
1 Nur, M. Fisika Plasma dan Aplikasinya. Badan Penerbit Universitas
Diponegoro. Semarang. 2011
2 Kruer, William. The Physics of Laser Plasma Interactions. Addison-Wesley
Publishing Company. United States of America. 1998
3 Bellan, Paul M. Fundamentals of Plasma Physics. Pasadena. California.
2004
4 Parkolab, Miklos dan Edward T. Fusion Part B Magnetic Confinement.
Academy Press. New York. 1981
5 Krane, Kenneth S. Introductory Nuclear Physics. John Willey & Sons, Inc.
New York. 1988
6 Beiser, Arthur. Konsep Fisika Modern Edisi Keempat. Erlangga. Jakarta.
1992
7 Alwi, Muhammad M. [Skripsi]. Pemanasan Sekunder Plasma
Menggunakan Gelombang Mikro Untuk Reaksi Fusi Terkontrol. Program
Studi Fisika. FMIPA. IPB. 2008
8 Glasstone, Samuel. Ralph H Lovberg. Controlled Thermonuclear Reactions.
Van Nostrand Reinhold Company. United Stated State. 1960
9 Gautreau, Ronald. William Savin. Schaum’s Outlines Fisika Modern Edisi
Kedua. Erlangga: Jakarta. 1999
10 McCracken, Garry. Peter Stott. Fusion The Energy of The Universe.
Elsevier, Inc. USA. 2005
13
LAMPIRAN 1
Data-data Konstanta yang bersumber dari reaktor ITER (Internasional
Thermonuclear Experimental Reactor)
14
LAMPIRAN 2
Konversi satuan dan perhitungan
Tabel 2 Konversi satuan eV
Konversi
1 Joule
1 Hz
1 /m
1K
eV
6,25 x 1018
4,13 x 10-15
1,24 x 10-6
8,621 x 10-5
Tabel 3 Besaran yang digunakan dalam perhitungan nilai daya rata-rata
Berikut adalah contoh perhitungan daya serap rata-rata oleh tiap ion pada
plasma dengan menggunakan frekuensi 60 MHz
Besaran yang digunakan
Dalam SI
Dalam eV
-19
Muatan
3,2 x 10 C
104 V
Potensial Amplitudo
60 MHz
2,479 x 10-7
Frekuensi
5m
Panjang Gelombang
1,256 /m
1,0129 x 106
Bilangan Gelombang
3,344 x 10-27 kg
1875,58 x 106
Massa Deuterium
7
Suhu Ambang
40,6 10 K
35 x 103
Dengan memasukkan nilai dari besaran-besaran pada Tabel 3 ke
Persamaan (45) maka diperoleh nilai daya rata-rata yang diserap oleh tiap-tiap ion
Deuterium adalah 1,235.10-12 W.
15
RIWAYAT HIDUP
FAHMI RAHMATIA dilahirkan di Bukittinggi tanggal 20 Agustus 1992
dari pasangan Amril dan Nurhayati Wahab. Penulis merupakan alumni dari TK
Aisyiah II Bukittinggi, SD Negeri 10 ATTS Bukittinggi, MTsN 1 Model
Bukittinggi dan SMA Negeri 3 Bukittinggi. Pada tahun 2010 penulis lulus dari
SMA Negeri 3 Bukittinggi dan diterima di IPB melalui jalur Undangan Seleksi
Masuk IPB (USMI) dengan program studi Fisika. Selama masa perkuliahan
penulis menjadi Asisten Praktikum mata kuliah Fisika untuk mahasiswa Tingkat
Persiapan Bersama (TPB) selama dua tahun berturut-turut mulai tahun 2012
sampai tahun 2014. Selain itu penulis pernah menjadi Sekretaris Himpunan
Mahasiswa Fisika tahun 2013, Sekretaris Komisi III DPM G 2012, serta aktif
dalam Sanggar Sarumpun IPMM Bogor sebagai Manager.