Simulasi Desain Buncher 67 MHz untuk Siklotron 30 MeV

Abstract

Penelitian ini dilatarbelakangi oleh pengembangan siklotron 30 MeV berfrekuensi 67 MHz di Pusat Riset Teknologi Akselerator (PRTA) BRIN yang menggunakan sumber ion eksternal untuk menghasilkan berkas ion H- secara kontinu. Karena siklotron hanya dapat menerima partikel pada rentang fase pemercepatan yang sangat sempit, injeksi berkas kontinu secara langsung akan menyebabkan hilangnya sebagian besar partikel akibat menabrak dinding. Untuk mengatasi masalah efisiensi transmisi tersebut, dirancanglah sebuah komponen RF Buncher yang berfungsi memodulasi energi partikel sehingga mengubah berkas kontinu menjadi paket-paket terstruktur yang tiba tepat pada fase akselerasi yang diinginkan. Tahap penelitian dimulai dengan perhitungan teoretis analitis sebagai acuan dasar desain, yang menggunakan energi kinetik awal berkas sebesar 25 keV dan frekuensi kerja 67 MHz. Selanjutnya, perangkat lunak CST Studio Suite digunakan untuk merancang pemodelan 3D geometri Buncher, memvalidasi frekuensi resonansi menggunakan Frequency Domain Solver, dan memetakan distribusi potensial listrik menggunakan Electrostatic Solver. Simulasi dinamika berkas kemudian dilakukan menggunakan perangkat lunak SIMION untuk melacak lintasan partikel secara longitudinal dan transversal guna mengevaluasi efisiensi pengelompokan (bunching) serta sebaran emitan pada berbagai variasi geometri dan kondisi tegangan. Berdasarkan hasil optimasi simulasi, diperoleh spesifikasi geometri Buncher paling optimal dengan lebar celah 5 mm, diameter bukaan (aperture) 15 mm, dan panjang 60 mm. Kondisi operasional yang paling ideal dicapai menggunakan tegangan 565 volt, fase awal 25°, titik konvergensi 500 mm, dan sudut divergensi 0,5°. Pada konfigurasi ini, Buncher berhasil mengelompokkan partikel dengan tingkat efisiensi transmisi mencapai 53,8% saat tiba di titik inflektor pada jarak 1200 mm. Berkas termodulasi secara presisi dengan deviasi energi maksimal sekitar ±328 eV terhadap energi awal 25 keV, dengan kualitas emitan transversal yang tetap stabil. Simulasi elektromagnetik turut memvalidasi bahwa distribusi medan listrik berhasil terfokus pada celah akselerasi dalam orde 10^5 V/m, dan distribusi potensial listriknya mampu menciptakan gradien tegangan yang ideal untuk memaksimalkan proses pemadatan partikel sebelum masuk ke siklotron.