Download - Aplikasi Elektronika Nuklir
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 1/24
Abstrak
Seperti yang telah diketahui, terdapat banyak radiasi nuklir berjenis pengion maupun
non-pengion yang dapat merusak kinerja sistem elektronika maupun komponen elektrikal yang
terdapat di dalamnya. Berdasarkan alasan tersebut, dibutuhkan sebuah aplikasi dari elektronika
nuklir yang dapat menghasilkan alat yang tangguh dari paparan radiasi maupun yang mampu
melindungi subjek pengguna sistem elektronika dan komponen elektrikal tersebut. Aplikasi
elektronika nuklir dalam teknologi luar angkasa mencakup banyak aspek dan hal, baik dalam hal
energi yang dapat digunakan dalam aplikasi ruang di mana misi yang unik persyaratan dan
kendala pada listrik daya dan manajemen termal menghalangi penggunaan sumber non-nuklir
maupun dalam aplikasi elektrikal yang digunakan untuk memnciptakan alat yang tangguh
terhadap paparan radiasi.
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 2/24
I. Pendahuluan
Dalam makalah ini, akan dikemukakan aplikasi dari elektronika nuklir dalam perkembangan
studi teknologi luar angkasa. Makalah ini akan menyampaikan dua pokok aplikasi tersebut, yaitu
dalam bidang energi nuklir dan dalam bidang alat elektronik yang tangguh terhadap paparan
radiasi jenis pengion.
* I. A. Sumber Listrik Tenaga Nuklir
Sumber Listrik Tenaga Nuklir untuk digunakan di luar angkasa telah dikembangkan dan
digunakan dalam aplikasi ruang di mana misi dengan persyaratan dan kendala pada daya listrik
dan manajemen termal menghalangi penggunaan sumber non-nuklir. Misi tersebut telah
menyertakan misi untuk batas luar tata surya, yang panel surya tidak cocok sebagai sumber
listrik karena durasi yang panjang dari misi-misi serta jarak yang jauh dari matahari.Menurut
pengetahuan saat ini, Sumber Listrik Tenaga Nuklir merupakan satu-satunya sumber listrik yang
layak sebagai energi pilihan untuk daya beberapa misi ruang angkasa dan secara signifikan
meningkatkan sumber lain. Beberapa misi yang sedang berlangsung dan akan datang tidak akan
mungkin terlaksana tanpa menggunakan Sumber Listrik Tenaga Nuklir.
* I. B. IC Memori Tangguh Radiasi
Saat ini peranti elektronik yang berbasis mikroprosesor dari perlengkapan sederhana
hingga alat yang berbasis kompleks. Semakin maju sebuah sistem, maka semakin besar
ketergantungannya pada sistem kinerja mikroprosesor yang digunakan. Dengan demikian
keggagalan kerja sistem mikroprosesor semakin dihindari karena hal itu akan mengakibatkan
gagalnya sistem kinerja keseluruhan alat. Dari percobaan yang telah diamati, alat berbasis MOS
(Metal-Oxide Semiconductor) sangat rawan terhadap tembusan radiasi, terutama radiasi neutron.
Radiasi merupakan salah satu aspek gagalnya satelit komunikasi Telstar-1 milik Amerika Serikat.
Hal ini membuat para ahli tersadar bahwa dibutuhkan material komponen yang tangguh terhadap
paparan radiasi.
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 3/24
Untuk mensimulasikan paparan radiasi yang mungkin terjadi di luar angkasa telah
dilakukan percobaan dengan menggunakan OKTAVIAN, akselerator jenis Cockroft-Walton tipe
D-T milik Osaka University. Generator neutron ini dirancang untuk menghasilkan ion dengan
harga kinetik sebesar 300 Kv dan mampu menghasilkan neutron dengan tenaga homogen sebesar
14 MeV.
II. Studi Pustaka
* II. A. Pengertian Neutron
Neutron atau netron adalah partikel subatomik yang tidak bermuatan (netral) dan
memilikimassa 940 MeV/c² (1.6749 × 10-27 kg, sedikit lebih berat
dari proton. Putarannya adalah ½.Inti atom dari kebanyakan atom (semua kecuali isotop
Hidrogen yang paling umum, yang terdiri dari sebuah proton) terdiri dari proton dan neutron. Di
luar inti atom, neutron tidak stabil dan memiliki waktu paruh sekitar 10 menit, meluluh dengan
memancarkan elektron dan antineutrino untuk menjadi proton. Metode peluruhan yang sama
( peluruhan beta) terjadi di beberapa inti atom. Partikel-partikel dalam inti atom biasanya adalah
neutron dan proton, yang berubah menjadi satu dan lainnya dengan pemancaran dan
penyerapan pion. Sebuah neutron diklasifikasikan sebagai baryon dan terdiri dari dua quark
bawah dan satu quark atas. Persamaan Neutron antibendanya adalah antineutron. Perbedaanutama dari neutron dengan partikel subatomik lainnya adalah mereka tidak bermuatan. Sifat
netron ini membuat penemuannya lebih terbelakang, dan sangat menembus, membuatnya sulit
diamati secara langsung dan membuatnya sangat penting sebagai agen dalam perubahan nuklir.
Penelitian yang dilakukan Rutherford selain sukses mendapatkan beberapa hasil yang
memuaskan juga mendapatkan kejanggalan yaitu massa inti atom unsur selalu lebih besar
daripada massa proton di dalam inti atom. Rutherford menduga bahwa terdapat partikel lain di
dalam inti atom yang tidak bermuatan karena atom bermuatan positif disebabkan adanya proton
yang bermuatan positif. Adanya partikel lain di dalam inti atom yang tidak bermuatan dibuktikan
oleh James Chadwick pada tahun 1932. Chadwick melakukan penelitian dengan menembak
logam berilium menggunakan sinar alfa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa suatu partikel
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 4/24
yang tak bermuatan dilepaskan ketika logam berilium ditembak dengan sinar alfa dan partikel ini
disebut sebagai neutron.
Netron tak bermuatan dan bermassa 1 sma (pembulatan).
* II. B. Pengertian Radiasi
Dalam fisika, radiasi mendeskripsikan setiap proses di mana energi bergerak melalui
media atau melalui ruang, dan akhirnya diserap oleh benda lain. Orang awam sering
menghubungkan kata radiasi ionisasi (misalnya, sebagaimana terjadi pada senjata nuklir, reaktor
nuklir, dan zat radioaktif ), tetapi juga dapat merujuk kepada radiasi elektromagnetik (yaitu,
gelombang radio, cahaya inframerah, cahaya tampak, sinar ultra violet, dan X-ray), radiasi
akustik, atau untuk proses lain yang lebih jelas. Apa yang membuat radiasi adalah bahwa energi
memancarkan (yaitu, bergerak ke luar dalam garis lurus ke segala arah) dari suatu sumber.
geometri ini secara alami mengarah pada sistem pengukuran dan unit fisik yang sama berlaku
untuk semua jenis radiasi. Beberapa radiasi dapat berbahaya.
Beberapa jenis radiasi memiliki energi yang cukup untuk mengionisasi partikel. Secara
umum, hal ini melibatkan sebuah elektron yang 'terlempar' dari cangkang atom elektron, yang
akan memberikan muatan (positif). Hal ini sering mengganggu dalam sistem biologi, dan dapat
menyebabkan mutasi dan kanker .
Jenis radiasi umumnya terjadi di limbah radioaktif peluruhan radioaktif dan sampah.
Tiga jenis utama radiasi ditemukan oleh Ernest Rutherford, Alfa, Beta, dan sinar gamma. radiasi
tersebut ditemukan melalui percobaan sederhana, Rutherford menggunakan sumber radioaktif
dan menemukan bahwa sinar menghasilkan memukul tiga daerah yang berbeda. Salah satu dari
mereka menjadi positif, salah satu dari mereka bersikap netral, dan salah satu dari mereka yang
negatif. Dengan data ini, Rutherford menyimpulkan radiasi yang terdiri dari tiga sinar. Beliau
memberi nama yang diambil dari tiga huruf pertama dari abjad Yunani yaitu alfa, beta, dan
gamma.
* Radiasi alpha (α)
Peluruhan Alpha adalah jenis peluruhan radioaktif di mana inti atom memancarkan
partikel alpha, dan dengan demikian mengubah (atau 'meluruh') menjadi atom dengan nomor
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 5/24
massa 4 kurang dan nomor atom 2 kurang. Namun, karena massa partikel yang tinggi sehingga
memiliki sedikit energi dan jarak yang rendah, partikel alfa dapat dihentikan dengan selembar
kertas (atau kulit).
* Radiasi beta (β)Peluruhan beta adalah jenis peluruhan radioaktif di mana partikel beta (elektron atau
positron) dipancarkan. Radiasi beta-minus (β )terdiri dari sebuah elektron yang penuh energi.⁻
radiasi ini kurang ter ionisasidaripada alfa, tetapi lebih daripada sinar gamma. Elektron seringkali
dapat dihentikan dengan beberapa sentimeter logam. radiasi ini terjadi ketika peluruhan neutron
menjadi proton dalam nukleus, melepaskan partikel beta dan sebuah antineutrino.
Radiasi beta plus (β+) adalah emisi positron. Jadi, tidak seperti β , peluruhan β+ tidak ⁻
dapat terjadi dalam isolasi, karena memerlukan energi, massa neutron lebih besar daripadamassa proton. peluruhan β+ hanya dapat terjadi di dalam nukleus ketika nilai energi yang
mengikat dari nukleus induk lebih kecil dari nukleus. Perbedaan antara energi ini masuk ke
dalam reaksi konversi proton menjadi neutron, positron dan antineutrino, dan ke energi kinetik
dari partikel- partikel
* Radiasi gamma (γ)
Radiasi gamma atau sinar gamma adalah sebuah bentuk berenergi dari radiasi
elektromagnetik yang diproduksi oleh radioaktivitas atau proses nuklir atau subatomik lainnya
seperti penghancuran elektron- positron. Radiasi gamma terdiri dari foton dengan frekuensi lebih
besar dari 1019 Hz. Radiasi gamma bukan elektron atau neutron sehingga tidak dapat dihentikan
hanya dengan kertas atau udara, penyerapan sinar gamma lebih efektif pada materi dengan
nomor atomdan kepadatan yang tinggi. Bila sinar gamma bergerak melewati sebuah materi maka
penyerapanradiasi gamma proporsional sesuai dengan ketebalan permukaan materi tersebut.
Radiasi non-ionisasi, sebaliknya, mengacu pada jenis radiasi yang tidak membawa energi yang
cukup per foton untuk mengionisasi atom atau molekul. Ini terutama mengacu pada bentuk
energi yang lebih rendah dari radiasi elektromagnetik (yaitu, gelombang radio, gelombang
mikro, radiasi terahertz, cahaya inframerah, dan cahaya yang tampak). Dampak dari bentuk
radiasi pada jaringan hidup hanya baru-baru ini telah dipelajari. Alih-alih membentuk ion
berenergi ketika melewati materi, radiasi elektromagnetik memiliki energi yang cukup hanya
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 6/24
untuk mengubah rotasi, getaran atau elektronik konfigurasi valensi molekul dan atom. Namun
demikian, efek biologis yang berbeda diamati untuk berbagai jenis radiasi non-ionisasi
* Radiasi Neutron
Radiasi Neutron adalah jenis radiasi non-ion yang terdiri dari neutron bebas. Neutron ini bisamengeluarkan selama baik spontan atau induksi fisi nuklir, proses fusi nuklir, atau dari reaksi
nuklir lainnya. Ia tidak mengionisasi atom dengan cara yang sama bahwa partikel bermuatan
seperti proton dan elektron tidak (menarik elektron), karena neutron tidak memiliki muatan.
Namun, neutron mudah bereaksi dengan inti atom dari berbagai elemen, membuat isotop yang
tidak stabil dan karena itu mendorong radioaktivitas dalam materi yang sebelumnya non-
radioaktif. Proses ini dikenal sebagai aktivasi neutron.
* Radiasi elektromagnetik Radiasi elektromagnetik mengambil bentuk gelombang yang menyebar dalam udara kosong atau
dalam materi. Radiasi EM memiliki komponen medan listrik dan magnetik yang berosilasi pada
fase saling tegak lurus dan ke arah propagasi energi. Radiasi elektromagnetik diklasifikasikan ke
dalam jenis menurut frekuensi gelombang, jenis ini termasuk (dalam rangka peningkatan
frekuensi): gelombang radio,gelombang mikro, radiasi terahertz, radiasi inframerah, cahaya yang
terlihat, radiasi ultraviolet, sinar-X dan sinar gamma. Dari jumlah tersebut, gelombang radio
memiliki panjang gelombang terpanjang dan sinar gamma memiliki terpendek. Sebuah jendela
kecil frekuensi, yang disebut spektrum yang dapat dilihat atau cahaya, yang dilihat dengan mata
berbagai organisme, dengan variasi batas spektrum sempit ini. Radiasi membawa energi dan
momentum, yang dapat disampaikan ketika berinteraksi dengan materi.
* Cahaya
Cahaya adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang yang terlihat oleh mata manusia
(sekitar 400-700 nm), atau sampai 380-750 nm. Lebih luas lagi, fisikawan menganggap cahaya
sebagai radiasi elektromagnetik dari semua panjang gelombang, baik yang terlihat maupun tidak.
* Radiasi termal
Radiasi termal adalah proses dimana permukaan benda memancarkan energi panas dalam bentuk
gelombang elektromagnetik . Radiasi infra merah dari radiator rumah tangga biasa atau pemanas
listrik adalah contoh radiasi termal, seperti panas dan cahaya yang dikeluarkan oleh sebuah bola
lampu pijar bercahaya. Radiasi termal dihasilkan ketika panas dari pergerakan partikel
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 7/24
bermuatan dalam atom diubah menjadiradiasi elektromagnetik . Gelombang frekuensi yang
dipancarkan dari radiasi termal adalah distribusi probabilitas tergantung hanya pada suhu, dan
untuk benda hitam asli yang diberikan oleh hukum radiasi Planck . hukum Wien memberikan
frekuensi paling mungkin dari radiasi yang dipancarkan, dan hukum Stefan-Boltzmann
memberikan intensitas panas.
* II. C. Perkembangan Teknologi Nuklir
Teknologi nuklir adalah teknologi yang melibatkan r eaksi dari inti atom (inti=nuclei).
Teknologi nuklir dapat ditemukan pada bebagai aplikasi, dari yang sederhana seperti detektor
asap hingga sesuatu yang besar seperti reaktor nuklir . Kejadian pada kehidupan sehari-hari,
fenomena alam, jarang sekali berkaitan dengan reaksi nuklir. Hampir semuanya melibatkan
gravitasi dan elektromagnetisme. Keduanya adalah bagian dari empatgaya dasar dari alam, dan
bukanlah yang terkuat. Namun dua lainnya, gaya nuklir lemah dan gaya nuklir kuat adalah gaya
yang bekerja pada range yang pendek dan tidak bekerja di luar inti atom. Inti atom terdiri dari
muatan positif yang sesungguhnya akan saling menjauhi jika tidak ada suatu gaya yang
menahannya.
Henri Becquerel di tahun 1896 meneliti fenomena fosforesensi pada garam uranium
ketika ia menemukan sesuatu yang akhirnya disebut dengan radioaktivitas. Ia, Pierre Curie, dan
Marie Curie mulai meneliti fenomena ini. Dalam prosesnya, mereka mengisolasi unsur radium
yang sangat radioaktif. Mereka menemukan bahwa material radioaktif memproduksi gelombang
yang intens, yang mereka namai dengan alfa, beta, dan gamma. Beberapa jenis radiasi yang
mereka temukan mampu menembus berbagai material dan semuanya dapat menyebabkan
kerusakan. Seluruh peneliti radioaktivitas pada masa itu menderita luka bakar akibat radiasi,
yang mirip dengan luka bakar akibat sinar matahari, dan hanya sedikit yang memikirkan hal itu.
Fenomena baru mengenai radioaktivitas diketahui sejak adanya paten di dunia kedokteran
yang melibatkan radioaktivitas. Secara perlahan, diketahui bahwa radiasi yang diproduksi oleh
peluruhan radioaktif adalah radiasi terionisasi. Banya peneliti radioaktif di masa lalu mati karena
kanker sebagai hasil dari pemaparan mereka terhadap radioaktif. Paten kedokteran mengenai
radioaktif kebanyakan telah terhapus, namun aplikasi lain yang melibatkan material radioaktif
masih ada, seperti penggunaan garam radium untuk membuat benda-benda yang berkilau.
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 8/24
Sejak atom menjadi lebih dipahami, sifat radioaktifitas menjadi lebih jelas. Beberapa inti
atom yang berukuran besar cenderung tidak stabil, sehingga peluruhan terjadi hingga selang
waktu tertentu sebelum mencapai kestabilan. Tiga bentuk radiasi yang ditemukan oleh Becquerel
dan Curie temukan juga telah dipahami; peluruhan alfa terjadi ketika inti atom melepaskan
partikel alfa, yaitu dua proton dan dua neutron, setara dengan inti atom helium; peluruhan beta
terjadi ketika pelepasan partikel beta, yaitu elektron berenergi tinggi; peluruhan gamma
melepaskan sinar gamma, yang tidak sama dengan radiasi alfa dan beta, namun merupakan
radiasi elektromagnetik pada frekuensi dan energi yang sangat tinggi. Ketiga jenis radiasi terjadi
secara alami, dan radiasi sinar gamma adalah yang paling berbahaya dan sulit ditahan.
Fisi
Pada radiasi nuklir alami, hasil sampingannya sangat kecil dibandingkan dengan inti dimana mereka dihasilkan. Fisi nuklir adalah proses pembelahan inti menjadi bagian-bagian yang
hampir setara, dan melepaskan energi dan neutron dalam prosesnya. Jika neutron ini ditangkap
oleh inti lainnya yang tidak stabilm inti tersebut akan membelah juga, memicu reaksi berantai.
Jika jumlah rata-rata neutron yang diepaskan per inti atom yang melakukan fisi ke inti atom lain
disimbolkan dengan k , maka nilai k yang lebih besar dari 1 menunjukkan bahwa reaksi fisi
melepaskan lebih banyak neutron dari pada jumlah yang diserap, sehingga dapat dikatakan
bahwa reaksi ini dapat berdiri sendiri. Massa minimum dari suatu material fisi yang mampu
melakukan reaksi fisi berantai yang dapat berdiri sendiri dinamakan massa kritis.
Ketika neutron ditangkap oleh inti atom yang cocok, fisi akan terjadi dengan segera, atau inti
atom akan berada dalam kondisi yang tidak stabil dalam waktu yang singkat.
Ketika ditemukan pada masa Perang Dunia II, hal ini memicu beberapa negara untuk memulai
program penelitian mengenai kemungkinan membuat bom atom, sebuah senjata yang
menggunakan reaksi fisi untuk menghasilkan energi yang sangat besar, jauh melebihi peledak
kimiawi (TNT, dsb). Proyek Manhattan, dijalankan oleh Amerika Serikat dengan bantuan Inggris
dan Kanada, mengembangkan senjata fisi bertingkat yang digunakan untuk melawan Jepang di
tahun 1945. Selama proyek tersebut, reaktor fisi pertama dikembangkan, meski awalnya
digunakan hanya untuk pembuatan senjata dan bukan untuk menghasilkan listrik untuk
masyarakat.
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 9/24
Namun, jika neutron yang digunakan dalam reaksi fisi dapat dihambat, misalnya
dengan penyerap neutron, dan neutron tersebut masih menjadikan massa material nuklir berstatus
kritis, maka reaksi fisi dapat dikendalikan. Hal inilah yang membuat reaktor nuklir dibangun.
Neutron yang bergerak cepat tidak boleh menabrak inti atom, mereka harus diperlambat,
umumnya dengan menabrakkan neutron dengan inti dari pengendali neutron sebelum akhirnya
mereka bisa dengan mudah ditangkap. Saat ini, metode seperti ini umum digunakan untuk
menghasilkan listrik.
Fusi
Jika inti atom bertabrakan, dapat terjadi f usi nuklir . Proses ini akan melepas atau
menyerap energi. Ketika inti atom hasil tabrakan lebih ringan dari besi, maka pada umumnya
fusi nuklir melepaskan energi. Ketika inti atom hasil tabrakan lebih berat dari besi, maka padaumumnya fusi nuklir menyerap energi. Proses fusi yang paling sering terjadi adalah pada
bintang, yang mendapatkan energi dari fusi hidrogen dan menghasilkan helium. Bintang-bintang
juga membentuk unsur ringan seperti lithium dan kalsium melalui stellar nucleosynthesis. Sama
halnya dengan pembentukan unsur yang lebih berat (melalui proses-S) dan unsur yang lebih
berat dari nikel hingga uranium, akibat supernova nucleosynthesis, proses-R .
Tentu saja, proses alami dari astrofisika ini bukanlah contoh dari teknologi nuklir. Karena
daya dorong energi yang tinggi dari inti atom, fusi sulit untuk dilakukan dalam keadaan
terkendali (contoh: bom hidrogen). Fusi terkontrol bisa dilakukan dalam akselerator partikel,
yang merupakan cara bagaimana unsur sintetis dibuat. Namun fusi nuklir konvensional tidak
menghasilkan energi secara keseluruhan, mempercepat partikel dalam jumlah sedikit
membutuhkan energi lebih banyak dari pada total energi yang dihasilkan dari fusi nuklir.
Kesulitan teknis dan teoritis menghalangi pengembangan teknologi fusi nuklir untuk kepentingan
sipil, meski penelitian mengenai teknologi ini di seluruh dunia terus berlanjut sampai sekarang.
Fusi nuklir mulai diteliti pada tahap teoritis ketika Perang Dunia II, ketika para peneliti
Proyek Manhattan yang dipimpin oleh Edward Teller menelitinya sebagai metode pembuatan
bom. Proyek ini ditinggalkan setelah menyimpulkan bahwa hal ini memerlukan reaksi fisi untuk
menyalakan bom. Hal ini terus terjadi hingga pada tahun 1952, peledakkan bom hidrogen
pertama dilakukan. Disebut bom hidrogen karena memanfaatkan reaksi antara deuterium dan
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 10/24
tritium, isotop dari hidrogen. Reaksi fusi menghasilkan energi lebih besar per satuan massa
material dibandingkan reaksi fisi, namun lebih sulit menjadikannya bereaksi secara berantai.
III. Analisis dan Hasil Analisis
Dalam Bab ini, akan membahas mengenai analisis perkembangan aplikasi Elektronika
Nuklir dalam Teknologi Luar Angkasa, baik dalam Energi maupun Komponen Elektrikal.
III. A. Analisa Perkembangan Pemakaian Sumber Listrik Tenaga Nuklir dalam Perangkat
Teknologi Luar Angkasa
Pengembangan dan penggunaan sumber listrik tenaga nuklir di ruang angkasa telah
memungkinkan umat manusia untuk memperluas visi ke daerah yang tidak akan mungkin terjadi
dengan sumber daya non - nuklir. Misalnya, dalam daerah dingin yang kaya akan radiasi
di luar angkasa. Bahkan apabila terlalu dekat ke Matahari, lingkungan dapat terlalu keras atau
tidak ramah bagi sumber daya yang lebih konvensional. Seperti daerah kutub yang dingin yang
berpotensi sulit untuk mengoperasikan sumber daya non - nuklir dalam jangka waktu yang lama.
Percobaan serius yang menggunakan energi potensial yang sangat besar dari inti Nukleus
dimulai di Amerika Serikat tak lama setelah berakhirnya Perang Dunia II. Pada suatu waktu
ketika potensi penuh dari sumber listrik yang lebih konvensional dan sistem propulsi belum
sepenuhnya tergali, sistem nuklir menjanjikan keuntungan dalam membuka batas luar
angkasa. Studi-studi awal mengidentifikasi dua jenis sumber tenaga nuklir berpotensi, yaitu:
sumber daya radioisotop dan reaktor nuklir Dengan kemajuan teknologi yang lebih konvensional
seperti sel surya dan baterai itu lebih menguntungkan untuk menggunakan teknologi tersebut
untuk penerbangan angkasa pertama, terutama karena misi awal berada di orbit Bumi dan
durasinya cukup pendek.
Namun, NASA dan pendahulunya Nasional Penasehat Komite Aeronautics (NACA)
menyadari sejak awal terhadap kebutuhan untuk sistem nuklir di luar angkasa. Selama PerangDingin, Departemen Pertahanan Amerika Serikat juga menyadari keuntungan yang melekat pada
sistem nuklir, terutama ketahanan mereka terhadap penanggulangan jenis tertentu.
Setelah studi misi awal ini, Komisi Energi Atom Amerika Serikat (USAEC), dimulai pada tahun
1951, diminta untuk melakukan beberapa penelitian tentang penggunaan radioisotop dan reaktor
nuklir untuk pesawat ruang angkasa. Setelah studi ini diselesaikan, KC Jordan dan JH Birden,
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 11/24
dua peneliti yang bekerja di Laboratorium Monsanto Research Corporation, membangun
pembangkit termoelektrik radioisotop pertama (RTG) pada tahun 1954. Meskipun ini pertama
kali, RTG mampu memproduksi 1,8 MWe daya yang menunjukkan kelayakan
kopling radioisotop dengan sistem konversi tipe termokopel.
Pada tahun 1958, peneliti di Labotarium Fisika Terapan, Johns Hopkins University
mengilhami ide satelit navigasi berdasarkan pada teknologi Doppler sebagai bagian dari satelit
navigasi APL yang diusulkan Sistem Navigasi Angkatan Laut . Teknologi satelit navigasi yang
dikembangkan di bawah program Transit sekarang digunakan di Global Positioning Sistem
(GPS). Sementara sel surya dan baterai menjadi sumber listrik sistem satelit navigasi ini, JHU /
APL menerima tawaran dari USAEC untuk memiliki sumber tenaga radioisotop tambahan,
dilambangkan dengan singkatan SNAP- 3B, untuk satelit Transit 4A dan Transit 4B . Dan dengan
tindakan itu menegaskan bahwa era sumber listrik tenaga nuklir untuk luar angkasa benar-
benar diluncurkan.
III. A. 1. Transit A dan Transit B
Transit 4A diluncurkan pada tanggal 29 Juni 1961 dan segera diikuti oleh peluncuran
Transit 4B pada 15 November 1961. Tujuan dari kedua misi adalah (1) untuk melakukan uji coba
navigasi dan demonstrasi; (2) untuk meningkatkan pemahaman efek dari refraksi ionosfer padagelombang radio, dan (3) untuk meningkatkan pengetahuan tentang
bentuk bumi dan medan gravitasi. Kedua pesawat ruang angkasa bertemu semua peluncuran.
Setiap 2,1 kg SNAP-3B RTG (satu per pesawat ruang angkasa) menghasilkan sekitar 2,7 We di
awal misi dari panas radioisotop sumber yang menyediakan tenaga panas sekitar 52,5
Wt. Sementara tingkat daya terlihat rendah, baik RTGs melayani untuk mengisi ceruk kritis
dengan memperdayai osilator kristal yang merupakan jantung dari sistem elektronik
digunakan untuk pelacakan Doppler-shift. Selain itu, RTGS memperdayai multiplier, modulator
fasa, dan 54 - dan 324-MHz power amplifier. Saat kegagalan berbagai komponen mengganggu
kinerja analisis penuh RTG, ada cukup data dari pengukuran lain yang menunjukkan bahwa
kedua RTG beroperasi jauh melampaui prediksi hidup mereka, yaitu lima tahun.
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 12/24
III. A. 2. Transit 5 BN-1 dan Transit 5 BN-2
Berdasarkan kinerja yang sukses dari RTG SNAP-3B pada satelit Transit 4A dan Transit
4B, JHU / APL memiliki kepercayaan diri untuk mendesain dan meluncurkan dua satelit navigasi
yang murni bertenaga nuklir (transit 5 BN-1 dan Transit 5 BN-2). Setiap satelit digunakan
sumber listrik RTG baru yang lebih tinggi, SNAP-9A.Setiap 12.3 kg SNAP-9A dirancang untuk menyediakan 25 We di 6 nominal V untuk lima
tahun di ruang angkasa setelah satu tahun penyimpanan di bumi. Satelit Transit 5 BN-1
diluncurkan pada 28 September 1963 dari Vandenberg Air Force Base (VAFB) di California.
Satelit Transit 5 BN-2 diluncurkan kurang lebih dua bulan kemudian pada tanggal 6 Desember
1963. Salah satu tujuan dari satelit Transit BN-5 ialah untuk menyediakan sarana yang
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 13/24
memungkinkan kapal Angkatan Laut Amerika Serikat menavigasi tempat di mana saja di dunia.
Karena beberapa masalah elektronik, Transit 5 BN-1 hanya mencapai sedikit dari tujuan itu,
namun, JHU / APL melaporkan bahwa semua konsep navigasi satelit APL telah divalidasi
menggunakan Satelit 5 BN-1.
Dalam ringkasan laporan, JHU / APL menyatakan bahwa Satelit 5 BN-1 adalah satelit
bumi buatan pertama yang menggunakan energi nuklir sebagai sumber listrik utama. Dalam
perannya sebagai pelopor satelit nuklir, 5 BN-1 menunjukkan kesederhanaan yang ekstrim
dengan generator termoelektrik dapat diintegrasikan ke dalam desain, tidak hanya untuk
memberikan listrik tetapi juga untuk membantu dalam kontrol termal.
Transit 5 BN-2 dilaporkan dapat mencapai semua tujuan peluncuran dan digambarkan oleh
JHU / APL sebagai "yang pertama yang benar-benar operasional navigasi satelit ".
III. A. 3 Satelit Triad
Satelit TRIAD yang diluncurkan pada tanggal 2 September 1972 dari VAFB adalah yang
pertama dalam serangkaian pesawat ruang angkasa eksperimental atau operasional yang
dirancang untuk perbaikan uji terbang ke Sistem Satelit Navigasi Angkatan Laut. Sumber listrik
utamanya adalah Transit RTG yang memberikan kekuatan minimum 30 We dan setelah lima
tahun minimal 3 V. Empat solar sel panel dan 6-Ah baterai nikel-kadmium diberikan sebagai
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 14/24
sumber listrik tambahan. 13.6-kg RTG Transit menggunakan SNAP-19 sumber panas radioisotop
ditambah dengan panel termoelektrik ringan yang menggunakan teknologi timbal-telluride.
Akibatnya, sumber panas diradiasikan ke panel sehingga RTG tersebut tidak harus sealed. JHU /
APL melaporkan bahwa semua satelit TRIAD dan teknologi eksperimen luar angkasa sedang
diujicobakan dan satelit TRIAD merupakan tujuan jangka pendek yang yang telah dilakukan.
Saat telemetri hilang kontak sekitar sebulan dengan misi tersebut, otomatis menghalangi
pengukuran kekuatan RTG Transit.
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 15/24
III. A. 4 Eksperimen Reaktor Ruang Angkasa SNAPSHOT
Reaktor nuklir pertama untuk yang direncanakan untuk beroperasi di luar angkasa
diluncurkan oleh Angkatan Udara Amerika Serikat dari VAFB pada 3 April 1965. Reaktor, yang
diberi nama SNAP-10A, dibangun di atas warisan dari program reaktor SNAP sebelumnya,
khususnya, SNAP-2 dan SNAP-10. SNAPSHOT, nama percobaan itu, adalah tes dari
pengoperasian sebuah ruang reaktor otomatis. Kebutuhan daya untuk 435 kg SNAP-10A
menghasilkan setidaknya 500 We untuk satu tahun. Gambar 7 adalah konsepsi seni reaktor
SNAP-10A yang digabungkan dengan pesawat ruang angkasa Agena. Setelah melewati 1288 km
sampai 1.307 km orbit yang aman, reaktor nuklir itu dimulai dan dioperasikan. Semua berjalan
baik hingga 43 hari sampai kegagalan regulator tegangan dalam pesawat luar angkasa Agena
menyebabkan penghentian operasi sumber daya. Namun demikian, SNAP-10A menunjukkan
bahwa sangat layak untuk mengoperasikan secara jarak jauh reaktor nuklir berbasis pendinginan
logam cair di luar angkasa. Kemampuan SNAP-10A untuk beroperasi tanpa pengawasan selama
satu tahun ditunjukkan dalam tes di bumi yang identik dengan tes penerbangan reaktor.
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 16/24
III. A. 5 Satelit Meterologikal Nimbus - 3
Program pembangunan SNAP-9A berpindah ke program peningkatan teknologi SNAP-19
menjadi dasar untuk misi pertama NASA ke luar planet. Nimbus-3 adalah satelit cuaca Amerika
Serikat pertama untuk membuat pengukuran global siang dan malam dari suhu luar angkasa di
berbagai tingkat atmosfer. Gambar 8 adalah konsepsi desain dari satelit meteorologi Nimbus-3
yang menunjukkan dua RTG SNAP-19 dipasang ke dasar platform. Selain dua RTG SNAP-19,
Nimbus-3 dialiri sel surya. Tujuan dari pemasangan dua RTG SNAP-19 adalah untuk
memberikan 50 We ke tempat daya regulasi setelah satu tahun di orbit.
Kedua 13.4 kg RTG menghasilkan 56,4 We (49,4 We yang dapat digunakan) pada
peluncuran dan 47 We satu tahun kemudian. Tenaga nuklir ini terdiri dari sekitar 20 persen dari
total daya yang dikirim ke tempat regulasi daya selama waktu tersebut, yang memungkinkan
sejumlah percobaan sounder athmosperic yang sangat penting untuk beroperasi penuh di waktu
siklus. Tanpa RTG, total daya yang dikirim akan jatuh di bawah garis beban sekitar minggu
kedua.
III. A. 6 Percobaan Permukaan Bulan (Apollo)
Tenaga nuklir di bulan menyediakan sejumlah keuntungan yang penting, terutama
kemampuan untuk memberikan tenaga penuh sepanjang 14 hari di bumi. Ini adalah salah satu
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 17/24
faktor yang menyebabkan NASA memilih daya RTG untuk perusahaan Percobaan Permukaan
Bulan Apollo (ALSEPs). Tujuan program termasuk ialah untuk memperoleh data ilmiah yang
membantu dalam menentukan struktur internal dan komposisi permukaan bulan dan komposisi
atmosfir bulan. Lima ALSEP ditempatkan di bulan, dimulai dengan misi Apollo12 (lihat Gambar
9) yang ALSEP diakuisisi mulai tanggal 19 November 1969. Awak Apollo 11 dikerahkan sebagai
pelopor dari ALSEP, yang dikenal sebagai Percobaan Ilmiah Apollo Awal (EASEP). Sumber
listrik untuk EASEP yang digunakan ialah sel surya dan dua 15-Wt radioisotop pemanas unit
(Rhus).
Daya untuk setiap ALSEP disediakan oleh RTG baru yang didesain bersama SNAP-
27 yang (lihat Gambar 10). Syarat daya 19,6 kg RTG adalah untuk menyediakan
setidaknya 63,5 We di 16 V DC untuk setelah satu tahun pendaratan di bulan
(untuk Apollo 17, syarat daya-nya adalah 69 We setelahdua tahun pendaratan). Lima RTG
SNAP-27 ALSEP (Apollo 12, 14, 15, 16, 17) berhasil melebihi syarat misi mereka di baik
perihal daya dan umur hidup yang memungkinkan Stasiun ALSEP mengumpulkan data ilmiah
jangka panjang di bulan.
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 18/24
III. B Analisa Perkembangan Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Komponen Elektronik
Teknologi Luar Angkasa
Saat ini kebanyakan IC memori dirancang dengan struktur dasar MOS, yang
keunggulannya terletak rendahnya daya yang diperlukan, ukuran yang ideal serta fabrikasi yang
snagta mudah. Pada sel memori, terdapat terminal gate, drain dan source. Sednagkan porsi
terbesar terletak di substrate yang merupakan badan memori. Porsi yang berada di bawah gate
terdapat silikon dioksida yang berfungsi untuk mengisolasi terminal - terminal tersebut. Pabila
terminal gate diberi tegangan positif (High) maka di bawah bagian interface lapisan silikon
dioksida dan silikon terbentuk lapisan pengosongan dan penumpukan elektron yang bernama
channel. Lapisan channel ini bersifat menghantarkan dengan daya hantar tergantung pada daya
tegangan dalam gate. Sheingga apabila source di-ground-kan, maka keluaran transistor yakni
terminal drain akan dalam keadaan rendah (Low). Sebaliknya apabila gate tidak diberi tegangan
maka channel tersebut lenyap dan hubungan antara drain dan source terputus.
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 19/24
Sebuah percobaan dilakukan untuk menghilangkan derau pada IC memori yang
disebabkan oleh radiasi neutron di luar angkasa. Percobaan ini dilakukan oleh Prof. Ir. Sunarno,
M.Eng., Ph.D. pada tahun 1996. Dengan menggunakan metode in-situ, beberapa IC Memori
ditembakkan radiasi neutron dengan kisaran daya 14 MeV pada akselerator Oktavian.
Pada percobaan ini, sampel IC diletakkan di dekat target akselerator yang berupa
lempeng logam tritium. Ketika generator ion diaktifkan maka berkas ion deuteron dengan tenaga
kinetik kisaran 240 KeV memancar di dalam tabung hampa dan menumbuk target yang berada di
ujung pipa vakum. Sebagaimana yang telah dikemukakan sebelumnya, neutron - neutron hasil
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 20/24
reaksi fusi ini bila menembus IC memori dan berhasil menubruk atom silikon akan menghasilkan
reaksi :
Jika ion - ion hasil reaksi inti inimenembus lapisan depletion layer transistor MOS yang
terdapat dalam IC memori, akan terjadi gangguan keseimbanganmuatan listrik akibat kehadiran
electron-hole akibatnya tegangan pada daerah tersebut akan turun sesaat sebanding dengan
jumlah muatan yang terkumpul pada elektroda - elektroda lapisan pengosongan. Hal inilah yang
menyebabkan derau pada IC memori yang mengakibatkan soft-error pada perangkat teknologi
luar angkasa. Karena hal itu dibutuhkan IC Memori yang tangguh terhadap radiasi.
IV. Kesimpulan
Aplikasi elektronika nuklir dalam kemajuan teknologi luar angkasa terbukti berperan
amat penting, baik dalam bidang energi dimana nuklir digunakan sebagai bahan baku sumber
listrik bagi perangkat - perangkat teknologi luar angkasa (Amerika Serikat) maupun dalam
aplikasi elektronika yang bertujuan untuk mencegah derau yang diakibatkan oleh radiasi neutron
di luar angkasa. Hasil analisa menunjukkan bahwa kemajuan aplikasi elektronika nuklir sangat
pesat, dan menghasilkan beberapa informasi penting seperti berikut :
1. Selama hampir 45 tahun, sumber tenaga nuklir teknologi luar angkasa Amerika Serikat
telah terbukti sebagai sumber energi listrik yang terbukti aman, terpercaya, kokoh,
berumur panjang. Sejak 1961, Amerika Serikat telah berhasil meluncurkan 42 sumber
tenaga nuklir (41 radioisotop thermoelectric generator dan satu reaktor nuklir) pada 24
misi ruang angkasa bersama dengan ratusan unit pemanas radioisotop (Rhus).
2. SNAP-10A ruang reaktor sistem tenaga nuklir menunjukkan kelangsungan hidup
otomatis yang dikontrol, reaktor yang berbasis pendinginan cairan logam untuk aplikasi
luar angkasa.
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 21/24
3. Generator termoelektrik radioisotop telah memungkinkan beberapa misi ilmiah yang
paling menantang dan menarik dalam sejarah manusia.
4. Secara umum, RTG, dari yang pertama SNAP-3B ke GPHS-RTG telah melebihi mereka
persyaratan misi dengan memberikan daya pada atau di atas yang dibutuhkan dan di luar
masa misi yang direncanakan. Jelas ruang tenaga nuklir telah memungkinkan umat
manusia untuk memasuki batas akhir.
5. Neutron hasil reaksi fusi yang biasanya terdapat secara alamiah di ruang angkasa,
walaupun tidak bermuatan tetapi karena adanya daya tembus dan energinya yang besar,
di samping ukurannya yang sangat kecil mampu menimbulkan reaksi inti di dalam
komponen elektronika yang ditembusnya, hal ini menimbulkan derau dan soft-error.
Daftar Pustaka
Sunarno, T. Iida, J. Dathemici, H. Miyazaki, A. Takahashi (1993), Soft-Error On Memory ICs
Induced by D-T Neutrons. Journal of Nuclear Science and Technology, Vol 30, No 2, pp-
107-115
Sunarno (1995), Studies on Soft-Error on Memory ICs Induced by Fusion Neutrons , Doctor Dissertation, Osaka University, Japan
http://id.wikipedia.org/wiki/Neutron
http://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi
http://id.wikipedia.org/wiki/Teknologi_nuklir
http://www.fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/lib-www/la-pubs/00326408.pdf
http://www.iaea.org/
http://www.fas.org/nuke/space/iaea-space.pdf
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 22/24
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 23/24
Tugas Akhir Elektronika Nuklir
Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan
Teknologi Ruang Angkasa
diajukan untuk memenuhi nilai mata kuliah Elektronika Nuklir
disusun oleh
Helmi Tanthawi (10/297386/TK/36269)
Prodi Teknik NuklirJurusan Teknik Fisika
Fakultas Teknik
Universitas Gajah Mada
Yogyakarta
2011
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa
5/6/2018 Aplikasi Elektronika Nuklir - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aplikasi-elektronika-nuklir 24/24
Helmi Tanthawi – Aplikasi Elektronika Nuklir dalam Perkembangan Teknologi Ruang Angkasa