ANALISIS DAN PENGUJIAN KOMPONEN TABUNG SISTEMV AKUM MESIN BERKAS ELEKTRON 350 keY/tO mA

Darsono, Suprapto, Rany SaptaajiPusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Maju, Badan Tenaga Nuklir Nasional

ABSTRAKANALISIS DAN PENGUJIAN KOMPONEN TABUNG SISTEM VAKUM MESIN BERKAS ELEKTRON(MBE) 350 keV/IO mA. Komponen tabung sistem vakum MBE merupakan bagian yang dirancang dandikonstruksi menggunakan bahan dipasaran lokal dengan fasilitas yang ada di P3TM dan akan digunakanterutama untuk ruang vakum pada instalasi sistem vakum MBE. Salah satu faktor yang dapatmempengaruhi tingkat kevakuman ruang vakum adalah beban gas yaitu gas-gas yang diakibatkan olehperistiwa outgassing, penguapan permeasi dan kebocoran. Dengan memanasbersihkan (bake out) ruangvakum maka proses pelepasan gas dari dalam dan permukaan dinding akan lebih cepat, sehingga lajuoutgassing dan permeasi menjadi lebih besar. Dengan perlakuan demikian maka akan diperoleh tabungdengan kemampuan vakum yang lebih baik. Dari hasil perhitungan untuk gabungan ketiga komponenvakum(tabung sumber elektron-pemfokus I, pemfokus I/, elbow 90") tanpa memanasbersihkan diperoleh lajuoutgassing (Qc) 4,644 x 10-6 Torr liter/detik, permeasi (Qp) 4,923 x 10-6 Torr liter/detik, kebocoran (QJ1,691 x 10-9 Torr liter/detik, sehingga beban gas (Qo) 9,568 x 10-6 Torr liter/detik. Sedangkan denganmemanasbersihkan pada suhu 104,3 DC diperoleh (Qc) 2,276 x 10-$ Torr liter/detik, (Qp) 1,831 x 10.$ Torrliter/detik, (QJ 3,161 x 10-9 Torr liter/detik, dan (Qo) 4,108 x 10-$ Torr Iiter/detik. Dari hasil eksperimen,tingkat kevakuman akhir yang dapat dicapai oleh ketiga komponen tabung vakum tanpa memanasbersihkanadalah 3,375 x 10-6 Torr dalam waktu 5,33 jam dan setelah memanasbersihkan sampai suhu 104,3 DCmenjadi 2,25 x 10-6 Torr dalam waktu 4,25 jam. Sedangkan hasil pengujian gabungan ketiga komponenvakum di dalam sistem vakum MBE diperoleh tingkat kevakuman akhir 3,1 x 10.6 mbar (2,33.10-6 Torr).Komponen-komponen tabung vakum tersebut layak dan memadai digunakan sebagai bagian nlang vakumdalam instalasi sistem vakum MBE.

Kata kunci: tabung vakum, rancangbangun, mesin berkas elektron.

ABSTRACTTEST AND ANALYSIS OF TUBE COMPONENT OF ELECTRON BEAM MACHINE (EBM) 350 ke Y/I 0 iliA.Tube component is the one of the local component that is designed and constrocted using local materials inthe Center of Advanced Technology Research and Development, and used mainly for vacuum chamber ofEBM vacuum system. Gas load, product gases from out gassing process, permeation, evaporation andleakage, are factors that can affect the vacuum level of the vacuum chamber. By baking out the vacuumchamber, the releasing process from inside and wall surface will be faster, so that the out gassing andpermeation rate will increase. By applying baked out process the tube having better vacuum performancewere obtained. From the calculation results for the vacuum level chamber having volume of 9,859 liter andsurface area of 4004,45 cm1, without baking out the out gassing rate (QoJ was 4,644 x 10-6 Torr liter/sec.,permeation (Qp) was 4,923 x 10-6 Torr liter/sec., leakage (QJ was 1,691 x 10-9 Torr liter/sec, gas load(QaJ was 9,568 x 10-6 Torr liter/sec. By baking out at 104,3 DC we obtained (QoJ 2,276 x 10-' Torr liter/sec,(Qp) 1,831 x 10-' Torr liter/sec, (QJ 3,161 x 10-9 Torr liter/sec, and (QoJ 4,108 x 10-' Torr liter/sec. Theexperimental results indicated that the final vacuum level which can be obtained the tube component withoutbaking out was 3.375 x 10-6 Torr in 5.33 hours, and with baking out at 104,3 DC the vacuum level was 2,25x 10-6 Torr in 4,25 hours. Whereas the experimental results of vacuum components in EBM system to beobtained the vacuum were 3,1 x 10-6 mbar (2,33.10-6 Torr). Those result indicated that the tube componentsfulfill the requirement to be used for the vacuum chamber component in the vacuum system of EBM.

Key words: vacuum tube, constroction, electron beam machine.

-PENDAHULUAN bidang kedokteran MBE digunakan untuk sterilisasi

dan terapi kanker. Sedangkan di bidang industribanyak digunakan untuk peningkatan mutu produksi,rnisalnya proses vulkanisasi ban mobil, prosescuring and coating untuk kayu maupun kertasdekoratif, proses cross-/ingking pada kabel. Produk-produk industri yang dihasilkan dengan proses

esin berkas elektron (MBE) adalah salahsatu jenis akselerator yang digunakanuntuk mempercepat partikel elektron.

Aplikasi dan MBE telah menjamah berbagai bidangantara lain bidang industri clan kedokteran. Di

ANALISIS DAN PENGUJIAN KOMPONEN TABUNG SISTEMVAKUM MESIN BERKAS ELEKTRON 350keV/JOmA

Darsono, dkk.

irradiasi dengan MBE lebih unggul baik segi umurpemakaian, dan keramahan lingkungan.

Pusat Peneleitian dan PengembanganTeknologi Maju (P3TM)-BATAN Yogyakarta padasaat ini sedang melakukan penelitian danpengembangan teknologi aksselerator, salah satunyaadalah melakukan rancang bangun MBE 350 keV/lOmA. Dalam rancang bangun ini komponen-komponen MBE sebagian dibuat sendiri denganmenggunakan bahan yang ada dipasaran lokal dansebagian dibeli daTi luar negeri[I].

Dalam pengoperasian MBE agar berkaselektron daTi sumber elektron menuju ke target tidakmengalami gangguan, maka sepanjang lintasanberkas elektron harus divakumkan. Tingkatkevakuman yang diperlukan adalah dalam orde 10.6Torr. Sistem vakum MBE terdiri daTi pompavakum, ruang Vakum, tabung penghubung, lcran, dantera vakum. Pemilihan bahan terutama untuk bagianruang vakum harus rnemenuhi beberapa kriteriadiantaranya adalah laju outgassing dan permeasiyang rendah, ketahanan yang baik terhadap korosi,kekuatan mekanik yang bagus serta penguapan yangrendah pada kevakuman tinggi. Perrnasalahan yangtimbul adalah seberapa besar kontribusipengggunaan bahan yang ada dipasaran lokal (tipeSS yang diragukan) clan pengerjaan menggunakanfasilitas yang ada terhadap pencapaian tingkatkevakuman yang disyaratkan. Salah satu faktoryang dapat mempengaruhi tingkat kevakuman akhirruang vakum adalah beban gas yaitu gas-gas yangdiakibatkan oleh peristiwa outgassing, permeasi,penguapan, dan kebocoran. Untuk itu akandilakukan uji dan analisis terhadap komponentabung yang dibuat baik secara eksperlmen danperhitungan untuk menentukan apakah komponentabung yang dibuat dapat digunakan dalam instalasisistem vakum MBE 350 key/tO mA. Penelitianditekankan pada analisis basil eksperimen danperhitungan guna menentukan tingkat kevakumanakhir dan beban gas terhadap komponen tabungvakum. Komponen vakum terdiri daTi tabung sumberelektron-pemfokus I, tabung pemfokus II dan tabungelbow yang dirancang dan dikonstruksi mengguna-kan bahan lokal. Penelitian ini bertujuan untukmenentukan kelayakan komponen tabung vakumyang dibuat dengan bahan lokal untuk digunakandalam instalasi sistem vakum MBE 350 keV/lO mA.

dengan satuan yang disebut Torr, mbar atau Pascal(Pa). Kevakuman suatu sistem diklasifIkasikanmenurut tinggi rendalmya tekanan dan hubunganantara tekanan dengan kerapatan gas. Besar kecilnyaruang vakum akan berkaitan denganjumlah gas yangharus dipompa, dan beban gas yang dipompa tidakhanya sisa udara/gas yang ada dalam ruang vakum,tetapi ditambah oleh gas-gas yang rnasuk melaluidinding, setelah pemvakurnan mencapai kondisimantap (steady state).

Pada awal pemompaan, beban gas sesuaidengan volume ruangan yang divakumkan, biasanyamulai dari tekanan atmosflf bila sistem tersebutbelum divakumkan, namun bila sudah divakumkanterlebih dahulu tergantung daTi tingkat kevakumanyang telah dicapai pada awal pemvakurnan. Setelahpemvakun1an mencapai pada kondisi rnantap, bebangas diakibatkan oleh peristiwa outgassing, perrneasi,penguapan dan kebocoran. Bebag gas ini merupakanfaktor yang mempengaruhi tingkat kevakurnan akhirdisamping kernampuan pompa yang digunakan.

Outgassing (QD) atau pelepasan gas adalahgas yang disebabkan oleh adanya peristiwa difusid:m desorpsi. Difusi gas terjadi bila suaVlmolekuVatom gasmenempel pada perrnukaan yallgselanjutnya rnasuk ke dalam perrnukaan dindil1g, dansetelah divakum, molekuVatom gas tersebut keluarserta lepas daTi perrnukaan. Desorpsi terjadi bilasuatu molekuVatom gas menempel pada permukaantetapi tidak sampai rnasuk pada perrnukaan, yangselanjutnya bila divakumkan molekuVatom gastersebut lepas daTi perrnukaal1. Jumlah gas yangdisebabkan oleh outgassing ini tergantung padasuhu, besar ruang vakum, jenis bahan clanpengolahan perrnukaan bahan.

Laju outgassing dapat ditentukan denganpendekatan eksperirnen sesuai dengan persarnaansebagai berikuV2)

K.It

Kh = Ku + (1)

daD

( r - ( 112 1):112

h -h -2" (2)

TEOR! (3)1f h2

c;- = 5:76~~-~

Vakum berasal daTi bahasa latin vacua yangartinya ruangan tidak ada udara, sedangkan istilahtekniknya adalah suatu ruangan yang mempunyaikerapatan gas yang sangat rendah. Untukmenjelaskan keadaan vakum digunakan tekanan

2,79.10-3 ] TQo!?1-]1/2.1r

K, = (4)3600rl

2Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah TeknologiAkselerator dan AplikasinyaVol. 5. No.1. Oktober 2003.. 1 -10

Volume 5, Nomor J. Oktober 2003 ISSN 1411-1349

desossiasi gas; untuk gas-gas diatomik dalam logamj = 2 clan untuk semua gas dalam non logamj = I,

serta D Jb adalah konstanta penneasi (K). Besamyalaju penneasi yang terjadi (Qp) ditentukan dengan

persamaad2).

~ho

= 2,79.10-3 TK, Po (5)

(10)Qp = qp. A

Kebocoran (QJ pacta sistem vakum terjadi

pacta sambungan komponen-komponen yangdigunakan. Sambungan kornponen terbagi menjadidua jenis, yaitu sambungan tidak dapat dilepas (lasdan brazing) dan sambungan dapat lepas atausambungan dengan perapat (seal) logam atau viton.Besamya konduktansi dengan perapat vitonditentukan dengan persamaad2J.

dengan: Kh ada!ah !aju pe!epasan gas spesiflk pada hjam sete!ah pompa dioperasikan, k. !aju pe!epasangas spesifik sete!ah pompa dioperasikan se!arna 1jam, th waktu sete!ah pompa dioperasikan, rkonstanta yang berkaitan dengan bahan (y = 0,5 -

2), .,c konstanta waktu difusi, D( koefisien difusi, &0konstanta gas ketika th = 0, T suhu dinding pada saat

operasi, D( b konstanta perrneasi, h,; leba! dinding,Po tekanan parsia! gas di bagian luar dinding.

Sedangkan !aju outgassing outgassing (QD) ada!ah:

QD = qD.A (6)

C = 4[ i ]1/2A2 ~exp( - 3F

LwR,

dengan C konduktansi perapat (Udet), L panjang(cm), Lw luas kontak (cm1, F gaya pengencangan(kg), F/(Lw.R) disebut juga dengan indekspengencangan, R sealing factor. Besarnya lajukebocoran (QJ baik dengan perapat logam maupunviton untuk beda tekanan udara AP ditentukandengan persamaan:

clan qD = Kh, dengan A adalah luas pem1ukaan

ruang vakum.

Penguapan (Qv) disebabkan adanya bahan-bahan di dalam sistem yang karena ketidakbersihanpem1ukaan atau di dalam sistem terdapat bahan yangmudah menguap pada tekanan rendah, misalnyaminyak, air clan lain sebagainya.

Beban gas akibat penguapan dapat dihtungdengan persamaan sebagai berikur2). dengan Vadalah volume gas akibat penguapan, W lajupenguapan bahan, N A bilangan Avogadro, P tekanandi ruang vakum, k konstanta Boltzman, M beratmolekul bahan clan T suhu ruang vakum.

QL = C. MQv = V A (7)

Dengan demikian besamya beban gas (Qa) untukkondisi mantap (steady state) adalah :clan

WNAkTMP (8)v = QG = QD + Q" + Qp + QL

Berdasarkan beban gas clan kecepatan pemompaanefektif maka tingkat kevakuman akhir yang dicapai(P u) dapat ditentukan dengan persamaan:

Pu = QG / Set

dengan: P" = tekanan akhir, QG = beban gas, Sq= kecepatan pompa efektif.

dengan V adalah volume gas akibat penguapan, Wlaju penguapan bahan, NA bilangan Avogadro, nkerapatan molekuVatom bahan yang menguap, Ptekanan di ruang vakum, k konstanta Boltzman, Mberat molekul bahan clan T suhu ruang vakum.

Permea~i (Qp) merupakan proses rnasuknyamolek'.ll-molekuVatom-atom gas daTi permukaanluar yang mempunyai tekanan atmosflf kepermukaan dalam yang meinpunyai tekanan lebihrendah, karena divakumkan. Laju permeasi spesiflk

(qp) dapat dihitung dengan persarnaan[2).TATA KERJA DAN PERCOBAAN

Konstruksi Komponen Tabung SistemVakum

Berdasarkan rancangan dasar sistem vakumMBE(3] komponen sistem vakum dari mans vakumhams dikonstruksi menggunakan bahan stainless

~

pIll - PIll= D b 1 2

I h (9)qp

dengan DJ adalah koefisien difusi, b konstantakelarotan, P / clan P 2 tekanan di sisi perinukaan luarclan dalam, h tebal dinding clan j konstanata

3ANALlSlS DAN PENGUJIAN KOMPONEN TABUNG SISTEMV AKUM MESIN BERKAS ELEKTRON 350 keY/In mA

Darsono. dkk.

dirancang clan dikonstruksi di P3TM denganmenggunakan bahan dipasaran lokal seperti terlihatpada Gambar 1 sid 3.

Mengingat fasilitas bengkel yang ada diP3TM maka pengerjaan komponen tabung sistemvakum dikerjakan dengan bali-bali, teliti clan tidaktergesa-gesa agar diperoleh kondisi presisi yangdikehendaki. Untuk pengelasan flange atau reducerke tabung menggunakan las argon clan dilakukandaTi bagian dalam komponen tabung. Untukmengurangi out gassing daTi komponen sistemvakum y..ng dibuat maka tabung bagian dalamdikorter (penghalusan).

steel (SS)-316L untuk komponen ruang vakum yang

berhubungan dengan magnet seperti Stalling horn,tabung pemfokus, tabung pengarah sedangkantabung lainnya dapat menggunakan SS 304. Disamping itu komponen ruang vakum ini hamsdikerjakan dengan mesin presesi tinggi. Bahanstainless steel yang ada dipasaran lokal kebanyakantanpa kode sertiflkasi yang jelas, sehingga sukaruntuk mendapatkan bahan yang mempunyaisertifikat.

Beberapa komponen tabung sistem vakumMBE seperti tabung sumber elektron-pemfokus I,tabung pemfokus II clan tabung elbow 90°, telah

..; .

H

i.

a..""'.'.'~-=-b~ ~ m~

.~ .il~.-!M-.~ ... -

-=-:..b~

Gambar 1. Tabung sumber elektron-pemfokus 1'21,

~Q ~I' .-t\ 0'°" .0. .100

---/;; =.,' ~---

.(!)""1=-:~I.-

0",

-r! .1II

Gambar 2. Tabung pemfokus W31.

-,

Gambar 3. Tabung penghubung elbow 90°111,

4Prosiding Pertemuan dan Presentasi I/miah Tekn%giAkse/erator dan AplikasinyaVol. 5. No. I. Oktober 2003: 1 -10~

.- I .:

! ':"..-"jC' ,I ~ '

'., I

Volume 5, Nomor I, Oktober 2003 /SSNI411-/349

Besamya kevakuman akhir (P u) dari rnasing-rnasing komponen dapat diprediksi apabila databeban gas (Qa) clan konduktasi (C) komponen ujiserta data kecepatan vakum daTi pompa vakum (Sp)diketahui seperti dinyatakan oleh rumusan berikut [4],

Pengujian Komponen Tabung SistemVakum

Untuk mengetahui kinerja komponen sistemvakum yang telah dibuat dilakukan pengujiandengan skema pengujian pada Gambar 4. Tujuanpengujian untuk mengetahui kevakuman akhir clankelayakan komponen sistem vakum yang dibuat.Pengujian untuk mendapatkan data kevakumanversus waktu pemvakuman daTi masing-masingkomponen sistem vakum }ang dibuat. Adapunparameter yang diamati adalah data kevakuman clanwaktu pemvakuman sistem vakum sebelum clansesudah Jilakukan bake out. Prosedur pengujianmeliputi pembersihan komponen, penginstalankomponen pada rangkaian pengujian, pengambilandata pada kondisi sebelum clan sesudah di bake outpada suhu tertentu. Pembersihan komponen meliputiperendaman dalam air diterjen sekitar 2 jam,pencucian dengan air mengalir, pengeringan denganhair dryer, pembersihan dengan kain halus yangdiberi aceton atau alkohol. Pengujian dilakukan perkomponen dan gabungan, sedangkan pengujianterakhir dilakukan pada sistem MBE.

(15)P = Qau

Besarnya Qa clan C dapat dihitung dari spesifikasibahan clan dimensi tabung. Sedangkan untuk analisisbeban gas dilakukan dengan cara perhitungan daridata-data basil pengujian rekayasa pemvakuman

gabungan ketiga komponen tabung (Gambar 4.),dimensi komponen-komponen tabung, clan beberapaasumsi data pustaka, serta gas yang dipompa adalahudara. Beban gas selama proses pemompaandiakibatkan oleh outgassing, penguapan, permeasiclan kebocoran. Dengan melakukan pembersihanpada setiap komponen tabung sebelum dilakukanpengujian, maka untuk kondisi tersebut beban gasakibat penguapan dapat dianggap tidak ada. Karenadalam setiap sambungan untuk pengujian komponentabung selalu menggunakan seal viton, maka bebangas akibat kebocoran ditentukan dengan perhitungandan dimensiflange, clan data teknis seal viton, sertadata pustaka.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Analisis Komponen Tabung

Gambar 4. lnstalasi pengujian komponen tabung.

5ANAL/SIS DAN PENGUJIAN KOMPONEN TABUNG SISTEMV AKUM MESIN BERKAS ELEKTRON 350 keV/IO mA

Darsono, dkk.

Data-data basil pengujian diambil pada suhuk~r clan rekayasa pelllvakurnan pada gabunganketiga konlponen tabung, yaitu: suhu karnar T (27 °c= 300 OK); suhu llleInanasbersihkan (bake out)mak.illlUlll T (104,3 °c = 377,3 OK); 8uhu akhirsete1ah lllcInanasbcrsthkan T (34,.1 °C = 307,5 8K).Tekanan di sisi luar ruang vakum P} (760 Torr) clantekanan di sisi dalanmya Pz (3,375 x 10-6 Torr)

tanpa llleInanasbersihkan clan P.? (5,625 x 10-6 Torr)dengan llleInanas-bersihkan serta kevakurnan akhirPu (2,25 x 10-6 Torr). Data-data pustaka adalah:konsentrasi gas hidrogen dalalll stainless steel ~ (0,4C1ll3 (STP)/C1ll3), konstanta bahan r (0,5); bilanganAvogadro NA (6,023 x 1023 lllolekuVlllo1), konstantaBo1tzlllan k (1,3805 x 10.23 JfK); koefisien sticking1(0,5); berat llloleku1 udara M (28,98 lllolekuVlllo1),tekanan parsial hidrogen Po (3,8 x 10-4 Torr); clankonstanta desosiasi j (2). Koefisien difusi D clankonstanta pem1easi K ditentukan dengan llleng-

ekstrapo1asi persaInaan garis yang dipero1eh daTidata-data difusivitas (Tabe1 1) daD pem1easi (Tabe12) hidrogen da1alll stainless steel 3098. Dari Tabel 1

diperoleh persaInaan garis:

dengan cara mengekstrapolasi persamaan 16, makauntukT=27°CnilaiD=4,825 x 10.10cm2/detl, T= 104,3 °c nilai D -= 1,881 X 10.9 cm2/ det clan T=34,5 °c nilai D = 5,506 x 10.lo.cm2/det.

Dart Tabet 2 dtperoteh persamaan garis:

K= X 10.11 x exp (0,017 x 7) (17)

Dengan tara mengekstrapolasi persamaan 17, makauntuk T = 27 °c nilai K = 1,582 X 10.11, T = 104,3

°c nilaiK=5,889xIO.lldanT=34,5°C nilaiK=1,798 x 10.11, Dimana nilai konstanta kelarutan :

b = KID(18)

Sehingga didapatkan konstanta kelarutan b = 0,033pada suhu VoC, b = 3,131 X 10-2 paJa suhu 104,3°c dan b = 3,625 X 10-2 pada suhu 34,5 °C.

Sedangkan dimensi-dimensi tabung sumberelektron-pemfokus I (Gambar 1), tabung pemfokusII (Gambar 2) dan tabung elbow (Gambar 3)ditunjukkan pada Tabel3.

Dengan persarnaan-persarnaan 1 sampai 6dan 9 sampai 11 dapat dihitung beban gas padakondisi mantap (steady state) dan hasilnyaditunjukkan pada Tabel 4.

D = 3 X 10.10x exp (0,0176 x 1) (16)

Tabell. Difusivitas hidrogen dalam stainless steeI309S[SJ.

Tabel 2. Permeasi hidrogen dalam stainless steel309S[S].

Tabel3. Dimensi komponen tabung vakum danflange.

dengan Dj = diameter dalam tabung, L = panjang tabung, V = volume tabung, A = luas permukaan

dalam tabung.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiah TeknologiAkselerator dan AplikasinyaVol. 5, No. I, Oktober 2003.. ]-]0

6

Volume 5, Homor J. Oktober 2003 ISSNJ4IJ-J349

Hasil perhitungan menunjukkan bahwa padasuhu karnar (sebelum dipanasbersihkan) beban gas(QG) 9,568.10-6 Torr 1 /det clan kevakurnan akhir(Pu) 3,375.10-6 Torr. Sedangkan saat dipanas-bersihkan bebr.n gas (QG) 4,108.10.5 Torr 1 /det clankevakllman akhir (Pu) 5,625.10-6 Torr. Setelahpernanasbersihkan dirnatikan clan hampir mencapaisuhu karnar (34,5 °C) didapatkan beban gas (QG)1,102.10.5 Torr 1 /det clan kevakurnan akhir (Pu)2,25.10-6 Torr. Hal ini disebabkan karena koefisiendifusi (D) clan konstanta permeasi (K) gas di dalambahan dipengaruhi oleh suhu, maka denganbertambahnya suhu mernanasbersihkan, lajuoutgassing (QD) clan permeasi (Qp) akan sernakinbesar, sedangkan laju kebocoran (QJ selaindipengaruhi oleh suhu juga dipengaruhi olehtekanan. Saat proses mernanasbersihkan padakondisi optimum menyebabkan laju outgassingpaling besar, sehingga beban gas menjadi besar clantingkat kevakurnan turun. Setelah mernanasbersihkandihentikan clan mencapai suhu karnar, lajuoutgassing turun dengan tajam sehingga beban gasturun clan kevakuman akhir naik.

Pengujian komponen-komponen tabung padasuhu kamar dilakukan secara bertahap mulai dantabung sumber elektron-pemfokus I, tabungpemfokus II, tabung elbow clan gabungan ketigakomponen tabung. Hasil pengujian ditunjukkan padaTabe15.

Dalam pengujian ini dilakukan rekayasapemvakurnan dengan cara memanasbersihkan (bakeout) komponen tabung, mulai dan tabung sumberelektron-pemfokus I, tabung pemfokus II, tabungpenghubung elbow clan gabungan ketiga komponentabung. Tujuan rekayasa pemvakuman adalah untukmendapatkan hasil pengujian komponen tabungdalam pencapaian tingkat kevakuman akhir yanglebih baik dibandingkan dengan hasil pengujianpada suhu kamar. Hasil pengujian diperoleh denganmengamati perubahan tekanan menggunakan meterpenning untuk setiap perubahan suhu. Karenapenyambungan komponen menggunakan seal viton,suhu mernanasbersihkan komponen tabungdilakukan di bawah 150 °C.

Tabel 5. Basil pengujian kevakuman sebelum daD sesudah dipanasbersihkan.

Tanpa pemanas Dengan pemanasJenis tabung Tekanan

akhir (Torr)Suhu (OC)Lama vakum

(Jam)Tekanan

akhir (Torr)Lama vakum

(Jam)Tabung sumber elek-tron-pemfokus- I. 3 X 10-64,50 2,25 X 10.64,30 115,0

3 X 10-6

6 X 10-6

3,375 X 10-6

3 X 10-6

2,625 X 10-6

2,25 X 10.6

Tabung pemfokus-li. 4,27

5,25

5,33

3,92

5,00

4,25

105,9

129,3

104,3

Tabung elbow.

Gabungan ketiga ta-bung.

ANAL/SIS DAN PENGUJIAN KOMPONEN TABUNG SISTEMVAKUM MESIIV BERKAS ELEKTRON 350 keV/IO mA

Darsono, dkk.

ISSN 1411-1349Volume.5. Nomor J, Oktober2003

150 200, 250 300 350 400 450 500 5'50 600 ~50

Gambar 5. Grafik hubungan antara suhu (T) dengan konstanta permeasi (K).

Dari basil pengujian rekayasa pemvakuman,terlihat bahwa tekanan akhir yang dapat dicapaicenderung mengecil dengan waktu pemompaan yangrelatif lebih singkat. Selama mendapat perlakuanpanas, pergerakan atom-atom saling menjauhi danjarak rata-rata antar atom menjadi lebih besar,akibatnya proses pelepasan gas dati dalam danpermukaan dinding ruang vakum relatif lebih cepat,sehingga laju outgassing spesiflk menjadi lebihbesar. Ketika memanasbersihkan dihentikan dansuhunya menuju suhu kamar, laju outgassingspesifik menurun drastis, dan kevakuman akhir yangdapat dicapai naik dengan cepat. Pada saat yangbersamaan peristiwa permeasi dan kebocoranmelalui seal terns berlangsung.

Dan hasil pengujian menunjukkan bahwadengan memanasbersihkan maka proses pelepasangas dari dalam clan permukaan dinding akan semakincepat sehingga laju outgassing clan permeasimenjadi lebih besar. Waktu pemvakuman komponensistem vakum yang dipanasbersihkan lebih cepatdari yang tidak dipanas besihkan. Adapun tingkatkevakuman akhir yang dapat dicapai gabunganketiga komponen vakum meliputi tabung sumber

elektron-pemfokus I, pemfokus II dall elbow adalah3,375 x 10-6 Torr dalam waktu 5,33 jam dttn setelahdipanasbersihkan sampai suhu 104,3 °c; tingkatkevakwnan menjadi 2,25 x 10-6 Torr dalam waktu4,25 jam. Sedangkan untuk pengujian akhirkomponen vakum setelah diinstal pada sistem MBE,hasilnya ditunjukkan pada Tabel 6.

Pengujian ini dilakukan selama 142 jamoperasi, dengan hasil tingkat kevakuman akhil 3,1 x10-6 mbar. Berdasarkan basil pengujian menunjuk-kan bahwa pada awal pemvakuman, kenaikkankevakuman secara tajam. Namun setelah mencapaikevakuman 8,1.10-6 mbar kenaikkan kevakumansangat lambat, karena hampir mendekati ke-setimbangan atau kondisi mantap (steady state).Tingkat kevakunlan naik terhadap waktu pem-vakwnan sampai mencapai kondisi mantap yaitupada kevakuman 3,1.10-6 mbar.

Tingkat kevakuman ini sudah memenuhisyarat untuk instalasi sistem vakum MBE, sehinggadapat dikatakan bahwa komponen sistem vakumyang dibuat di P3TM dapat digunakan untuk MesinBerkas Elektron.

8Prosiding Pertemuan dan Presentasi I/miah Teknologi

Ah'elerator dan Aplikasinya

Vol. 5. No. /. Oklober 2003: 1- 10

Volume 5, Nomor I, Oktober 2003 ISSN/4/I-/349

fabel6. Hasil pengujian kevakuman komponen vakum pad a sistem MBE.

No.

Tanggal25 -3 -2003

Jam

10.0012.0014.0015.00

07.4509.1511.0013.1515.1507.4510.0013.0015.1508.0011.0013.0015.0015.1508.00

Tekanan (mbar)

26-3-2003

27-3-2003

28-3-2003

1,1.10-l8,1.10-6

6,9.10-6

5,7.10-6

3,6.10-6

3,4.10-63,4.10.63,4.10-6

3,4.10-63,4.10-6

3,3.10-6

3,2.10-6

3,2.10-6

3,2.10.63,2.10.63,2.10.63,2.10-6

3,2.10-6

3,1.10.6

2.3.4.

5.6.7.8.9.

10.11.12.13.14.15.16.17.18.19. 31-3-2003

61OOSO'J

.5, 005(XS .

c .4.00s0s.Ii

.r: 3.00600r; ..~ .

~ 2. OOBOOO'

.~

1,006005~ (:0:) 6!iQI~ -m 2SO ;ro 3~ . 4:X) 4~ !OO

Suhu.T.(Cj

Gambar 6. Grafik hubungan antara suhu (T) dengan difusivitas (D).

,.

Hasil perhitungan beban gas untuk gabunganketiga komponen vakum pada kondisi tanpadipanasbersihkan adalah (QG) = 9,568 x 10-6

Torr 1./det. sedangkan setelah dipanasbersihkan

KESIMPULAN

Dan analisis daD pengujian komponen tabungsistem v~kum Mesin Berkas Elektron 350 ke VIIOmA, diperoleh kesimpulan :

9ANALISIS DAN PENGUJIAN KOMPONEN TABUNG SISTEMV AKUM MESIN BERKAS ELEKTRON 350 ke V/I 0 mA

Darsono. dkk.

Volume 5. Nomor J. Oklober 2003 /SSN /4//-/349

ACUANpada T = 104,3 °C ada1ah (Qa)= 4,108 x 10.s

Torr 1./det.

2. Tingkat kevakuman akhir yang dapat dicapaigabungan ketiga komponen tabung vakum ada1ah3,375 x 10-6 Torr da1am waktu 5,33 jam, daDsete1ah dipanasbersihkan sampai suhu 104,3 °cmenjadi 2,25 x 10.6 Torr da1am waktu 4,25 jam.Sedangkan basil pengujian kornponen vakumselama 142 jam pacta sistem MBE dicapaikevakuman akhir 3,1 x 10-6 mbar (2,33.10.6

Torr).

3. Hasil pengujian daD ana1isis ini menunjukkanbahwa komponen-komponen tabung yangdirancang clan dikonstruksi dengan bahan lokalmenggw1akan fasilitas yang acta di P3TM-BA TAN Yogyakarta layak clan memadaidigw1akan untuk instalasi sistem vakum MBE350 keV/10 mA.

[1] AMINJOYO, S., SUDJATf\10KO, danPUDJORAHARDJO, D.S., Rencana Pem-bangunan Laboratorium Berbasis Akseleratordi PPPTM-BATAN Yogyakarta, SeminarTeknologi Akselerator dan Aplikasinya,PPPTM-BATAN, Yogyakarta, 1998.

[2] ROTH, A., Vacuum Technology, Nort-HolandPublishing Company, New York, 1979.

[3] DARSONO, SUPRAPTO, dan DJASIMAN,Dasar Disain Sistem Vakum Mesin BerkasElektron (MBE) , Seminar Sehari PerancanganMBE 500 keV/10 mA, PPPTM-BATAN,Yogyakarta, 1996.

[4] ROL P.K., Pengantar Teknik Vakum,diterjemahkan oleh Peter Soedojo, GadjahMada University Press, YogJ'akarta, 1997.

[5] PERKINS, W.G., Permeation and Outgassingof Vacuum Materials, Journal Vacuum ScienceTechnology, Vol. 10, No.4, American VacllumSociety, USA, 1973.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi I/miah TeknologiAkselerator dan AplikasinyaVol. 5. No.1, Ok/abeT 2003: 1 -/0