Simulasi Gerakan Partikel Bermuatan dalam Pengaruh Bentuk Medan Magnetik untuk Memprediksi Fenomena-Fenomena Dasar dalam Reaktor Fusi-Magnetik

LEBEN ASA, Dr. Ir. Andang Widiharto, MT.;Dr.-Ing.Sihana

2015 | Skripsi | S1 TEKNIK NUKLIR

Telah dibuat kode simulasi untuk menginvestigasi fenomena-fenomena dasar dalam reaktor fusi magnetik. Simulasi dilakukan dengan mencari solusi numerik dari persamaan gaya Lorentz menggunakan Runge Kutta Cash-Karp yang dilengkapi dengan pengatur ukuran langkah adaptif. Kode simulasi dibuat menggunakan bahasa pemrograman C++, sementara pengolahan dan visualisasi data dilakukan dengan bahasa pemrograman Python. Bentuk medan magnetik yang ditinjau terdiri dari medan magnetik homogen, medan magnetik dengan gradien tegak lurus terhadap garis medan, medan magnetik dengan gradien sejajar terhadap garis medan dan medan magnetik dengan komponen poloidal. Hasil simulasi gerakan partikel pada medan magnetik homogen menunjukkan fenomena gerak giro, yaitu gerakan partikel menspiral di sepanjang garis medan. Hasil simulasi medan magnetik bergradien tegak lurus garis medan menunjukkan fenomena $\nabla B$ \textit{drift}, yaitu pergeseran pusat giro ke arah tegak lurus terhadap arah gradien dan arah garis medan. Hasil simulasi tiga jenis medan magnetik bergradien sejajar garis medan menunjukkan fenomena cermin magnetik, yaitu pembalikan arah partikel di titik-titik cermin. Hasil simulasi medan magnetik dengan komponen poloidal berhasil mereplikasi dua fenomena dalam tokamak, yaitu fenomena \textit{banana orbit} dan \textit{passing orbit}.

A simulation code to investigate basic phenomena in magnetic fusion reactor had been developed. Simulation was performed by seeking numerical solution from Lorentz force equation using Runge Kutta Cash-Karp method with adaptive step-size control. The simulation had been developed in C++ compiler, while data processing and visualization were conducted using Python programming language. Magnetic field profile which were investigated are homogen magnetic field, magnetic field with perpendicular gradient against field line, magnetic field with parallel gradient against field line, and magnetic field with poloidal component. Simulation of charged particle motion within homogen magnetic field resulted in gyro motion phenomena, where charged particles spiraling along magnetic line. Simulation of magnetic field with perpendicular gradient resulted in $\nabla B$ drift phenomena, where particle's gyro center drifted with direction perpendicular against direction of gradient and field line. Simulation of three kind magnetic field with parallel gradient resulted in mirror effect, where particle's motion direction were reversed at mirror points. Simulation of magnetic field with poloidal component managed to replicate two phenomena in tokamak: banana orbit and passing orbit.

Kata Kunci : simulasi, fusi, tokamak, C++, Python, medan magnetik