FISIKA PLASMA DAN APLIKASINYA

Abstract

Konsep tentang plasma merupakan penamaan untuk gas terionisasi pertama kali dikemukakan oleh Langmuir pada tahuan 1928. Penamaan plasma terhadap gas terionisasi ini terilhami oleh plasma darah karena beberapa sifat gas terionisasi hampir menyerupai plasma darah. Awal-awal penelitian yang mengarah pada penemuan konsep fase ke empat tentang materi yang disebut plasma adalah penelitian Langmuir terhadap atom dan molekul yang dipublikasikannya pada tahun 1919. Langmuir melanjutkan dengan penelitiannya bersama Tonks dan pada tahun 1924. Mereka menemukangelombangdensitaselektrondalam plasmayangdisebut Gelombang Langmuir. Penelitian dan kajian serta evaluasi tetang dinamika partikel, transpor partikel bermuatan, termodinamik dan sifat optik dari plasma dingin atau sering disebut plasma non ideal telah banyak dilakukan. Hasil penelitian tersebut dapat memberikan pengertian tentang perilaku materi pada keadaan plasma tersebut. Perkembangan penelitian tentang Plasma dari aspek fisika, kimia dan bantuan analitik matematika telah sangat berkembang baik secara teoritis dan eksperimen. Ketertarikan para fisikawan pada fisika plasma semakin bertambah setelah adanya perpaduan antara fisika nuklir dan astronomi. Denganbantuanfísikanuklir,bersinarnyabintang-bintang di jagat raya dapat dijelaskan dengan adanya reaksi penggabungan inti (reaksifusitermonuklir)yangterjaditerusmenerus dibintang-bintang tersebut. Reaksifusitermonuklirinilahtelahdicobauntukditiruuntuk menghasilkanenergi. Yanglebihmenariklagiadalahhampir99%alam semesta merupakan fase plasma. Plasma dapat ditemukan pada ruang antar bintang, pada atmosfer bintang (termasuk matahari). Di samping kajian-kajian Plasma fusi nuklir, dan plasma dalam alam semesta, kajian-kajian tentang plasma dingin sudah cukup berkembang dan mencakup wilayah aplikasi yang sangat luas. Pemanfaatan sains dan teknologi plasma mulai dari ruang-ruang sterilisasi medis, plasma telah difungsikan pula sebagai: pemotong, pelobang, penggunaan untuk las, sampai aplikasi untuk hiburan dimana plasma menjadi materi isian pada layar televisi dan lain sebagainya. Buku ini mencoba menerangkan dasar-dasar fisika plasma yang telah menjadi bahan pengajaran di Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika untuk tingkat strata 1, selama hampir 10 tahun terakhir. Pengertian-pengertian dasar tentang lucutan gas yang merupakanperistiwaawalterbentuknyaplasmadibahas dalambab1. Bab ini dilengkapi dengan ilustrasi dari percobaan-percobaan awal dalam bidang ionisasi gas. Bab 2 membahas tentang pengertian-pengertian dan konsep- konsep dasar plasma.Beberapajenisplasmajugadibahasdalambab ini. Bola Debye yang merupakan daerah ionisasi yang paling mendasar juga dibicarakan dalam bab ini. Ide tentang osilasi plasma dan frekuensinya mendapat penekanan tersendiri dalam bab ini. Dalam plasma telah terjadi ionisasi. Disisi lain juga terjadi rekombinasi. Peristiwaionisasidapatterjadikarenatumbukan. Kajian-kajiantentang tumbukan yang menyebabkan ionisasi yang terkait dengan energi yang dibutuhkan dibahas dalam bab 3. Bab 4 membahas interaksi antara partikel-pertikel bermuatan yang ada dalam plasma. Karena partikel tersebut bergerak dan saling bertumbukan satu dengan partikel bermuatan lain, yang berada dalam keadaan plasma. Tumbukan antar partikel bermuatan ini yang memungkinkan kondisi plasma dapat dipertahankan. Tumbukan partikel bermuatan adalah hasil dari gaya Coulomb range jauh dan dapat diasumsikan sebagai tumbukan elastis. Bab 5 dari buku ini membahas Hukum-hukum termodinamika dalam Plasma. Gas terionisasi ini memiliki hukum-hukum termodinamika yang sedikit berbeda dari gas. Dalam kesetimbangan termodinamika, gas dalam kondisi plasma mengenal kesetimbangan antara ion positif di suatu sisidenganionnegatifdanelektron disisilain.Kesetimbanganini dikenal dengan nama Kesetimbangan Saha. Untuk plasma dengan derajat ionisasi lemah, kesetimbangan termodinamika juga dapat ditinjau secara parsial. Bab ini membahas berbagai termodinamika secara parsial tersebut. Para fisikawan pada awalnya banyak yang tertarik dengan plasma untuk energi. Produksi energi di bintang-bintang dan matahari menjadi. acuan untuk mengembangkan energi dari plasma. Reaksi pengabungan ini atau sering dikenal dengan fusi termo nuklir merupakan harapan masa depan sumber energi. Dalam bab 6 dibahas plasma dan fusi termo nuklir. Bab ini memberikan gambaran bagaimana plasma dan fusi nuklir dapat menghasilkanlistrik. Dengan terbitnya buku ini penulis mengucapkan terimakasih pada semua pihak yang telah membantu secara aktif, khususnya kolega sesama dosen di Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Matematika Univeritas Diponegoro serta kolega pada Devisi Penelitian Fisika Plasma pada Kelompok Keahlian Fisika Radiasi. Terimakasih secara khusus saya sampaikan kepada isteri saya yang sering mengingatkan akanpenyelesaianbukuini. Sayaucapkanterimakasihkepadasaudara Taat Guswantoro, yang telah membantu menyiapkan gambar dan pengetikan koreksi dari buku ini. Akhirnya penulis menyadari, indahnya gading karena keretakannya, buku ini jauh dari sempurna, jadi jika para pengguna menemukan kesalahan baik secara teknis maupun konsep dapat memberikan masukan kepada penulis untuk perbaikan pada penerbitan berikutnya.