Sabtu, Januari 23, 2010
Researchers build tiny batteries with viruses ( Peneliti dari MIT membuat baterai kecil dari virus )
MIT scientists have harnessed the construction talents of tiny viruses to build ultra-small "nanowire" structures for use in very thin lithium-ion batteries.
By manipulating a few genes inside these viruses, the team was able to coax the organisms to grow and self-assemble into a functional electronic device.
The goal of the work, led by MIT Professors Angela Belcher, Paula Hammond and Yet-Ming Chiang, is to create batteries that cram as much electrical energy into as small or lightweight a package as possible. The batteries they hope to build could range from the size of a grain of rice up to the size of existing hearing aid batteries.
Batteries consist of two opposite electrodes -- an anode and cathode -- separated by an electrolyte. In the current work, the MIT team used an intricate assembly process to create the anode.
Specifically, they manipulated the genes in a laboratory strain of a common virus, making the microbes collect exotic materials -- cobalt oxide and gold. And because these viruses are negatively charged, they can be layered between oppositely charged polymers to form thin, flexible sheets.
The result? A dense, virus-loaded film that serves as an anode.
A report on the work will appear in the April 7 issue of Science.
Belcher, the Germeshausen Professor of Materials Science and Engineering and Biological Engineering; Chiang, the Kyocera Professor of Materials Science and Engineering (MSE); and Hammond, the Mark A. Hyman Professor of Chemical Engineering (ChE), led a team of five additional researchers.
They are MSE graduate students Ki Tae Nam (the lead author), Dong-Wan Kim, Chung-Yi Chiang and Nonglak Meethong, and ChE postdoctoral associate Pil. J. Yoo.
In their research, the MIT team altered the virus's genes so they make protein coats that collect molecules of cobalt oxide, plus gold. The viruses then align themselves on the polymer surface to form ultrathin wires. Each virus, and thus the wire, is only 6 nanometers (6 billionths of a meter) in diameter, and 880 nanometers in length.
"We can make them in larger diameters," Belcher said, "but they are all 880 nanometers in length," which matches the length of the individual virus particles. And, "once we've altered the genes of the virus to grow the electrode material, we can easily clone millions of identical copies of the virus to use in assembling our batteries.
"For the metal oxide we chose cobalt oxide because it has very good specific capacity, which will produce batteries with high energy density," meaning it can store two or three times more energy for its size and weight compared to previously used battery electrode materials. And adding the gold further increased the wires' energy density, she added.
Equally important, the reactions needed to create nanowires occur at normal room temperatures and pressures, so there is no need for expensive pressure-cooking technology to get the job done.
The work is important, too, because energy density is a vital quality in batteries. A lack of energy density -- meaning the amount of charge a battery of a given size can usefully carry -- is what has hampered development of electric cars, since existing batteries are generally too heavy and too weak to compete with gasoline as an energy source. Still, battery technology is gradually being improved and may someday even become competitive as the price of oil escalates.
"The nanoscale materials we've made supply two to three times the electrical energy for their mass or volume, compared to previous materials," the team reported.
The researchers' work was spurred by "growing evidence that 'nanostructured' materials can improve the electrochemical properties of lithium-ion batteries," compared to more conventional batteries based on older technologies, the team wrote in Science.
But to create new battery materials, Belcher noted, special control is needed so just the right amounts of the exotic materials end up exactly where they belong. Cobalt oxide "has shown excellent electrochemical cycling properties, and is thus under consideration as an electrode for advanced lithium-ion batteries."
In earlier research, Belcher and colleagues learned they could exploit the abilities of microbes to recognize the correct molecules and assemble them where they belong.
A new means of inducing this order comes from self-assembly, a tool that is commonly used now in Hammond's lab. "By harnessing the electrostatic nature of the assembly process with the functional properties of the virus, we can create highly ordered composite thin films combining the function of the virus and polymer systems," Hammond said.
This work was funded by the Army Research Office Institute of Collaborative Biotechnologies, the Institute of Soldier Nanotechnologies and the David and Lucille Packard Foundation.
By manipulating a few genes inside these viruses, the team was able to coax the organisms to grow and self-assemble into a functional electronic device.
The goal of the work, led by MIT Professors Angela Belcher, Paula Hammond and Yet-Ming Chiang, is to create batteries that cram as much electrical energy into as small or lightweight a package as possible. The batteries they hope to build could range from the size of a grain of rice up to the size of existing hearing aid batteries.
Batteries consist of two opposite electrodes -- an anode and cathode -- separated by an electrolyte. In the current work, the MIT team used an intricate assembly process to create the anode.
Specifically, they manipulated the genes in a laboratory strain of a common virus, making the microbes collect exotic materials -- cobalt oxide and gold. And because these viruses are negatively charged, they can be layered between oppositely charged polymers to form thin, flexible sheets.
The result? A dense, virus-loaded film that serves as an anode.
A report on the work will appear in the April 7 issue of Science.
Belcher, the Germeshausen Professor of Materials Science and Engineering and Biological Engineering; Chiang, the Kyocera Professor of Materials Science and Engineering (MSE); and Hammond, the Mark A. Hyman Professor of Chemical Engineering (ChE), led a team of five additional researchers.
They are MSE graduate students Ki Tae Nam (the lead author), Dong-Wan Kim, Chung-Yi Chiang and Nonglak Meethong, and ChE postdoctoral associate Pil. J. Yoo.
In their research, the MIT team altered the virus's genes so they make protein coats that collect molecules of cobalt oxide, plus gold. The viruses then align themselves on the polymer surface to form ultrathin wires. Each virus, and thus the wire, is only 6 nanometers (6 billionths of a meter) in diameter, and 880 nanometers in length.
"We can make them in larger diameters," Belcher said, "but they are all 880 nanometers in length," which matches the length of the individual virus particles. And, "once we've altered the genes of the virus to grow the electrode material, we can easily clone millions of identical copies of the virus to use in assembling our batteries.
"For the metal oxide we chose cobalt oxide because it has very good specific capacity, which will produce batteries with high energy density," meaning it can store two or three times more energy for its size and weight compared to previously used battery electrode materials. And adding the gold further increased the wires' energy density, she added.
Equally important, the reactions needed to create nanowires occur at normal room temperatures and pressures, so there is no need for expensive pressure-cooking technology to get the job done.
The work is important, too, because energy density is a vital quality in batteries. A lack of energy density -- meaning the amount of charge a battery of a given size can usefully carry -- is what has hampered development of electric cars, since existing batteries are generally too heavy and too weak to compete with gasoline as an energy source. Still, battery technology is gradually being improved and may someday even become competitive as the price of oil escalates.
"The nanoscale materials we've made supply two to three times the electrical energy for their mass or volume, compared to previous materials," the team reported.
The researchers' work was spurred by "growing evidence that 'nanostructured' materials can improve the electrochemical properties of lithium-ion batteries," compared to more conventional batteries based on older technologies, the team wrote in Science.
But to create new battery materials, Belcher noted, special control is needed so just the right amounts of the exotic materials end up exactly where they belong. Cobalt oxide "has shown excellent electrochemical cycling properties, and is thus under consideration as an electrode for advanced lithium-ion batteries."
In earlier research, Belcher and colleagues learned they could exploit the abilities of microbes to recognize the correct molecules and assemble them where they belong.
A new means of inducing this order comes from self-assembly, a tool that is commonly used now in Hammond's lab. "By harnessing the electrostatic nature of the assembly process with the functional properties of the virus, we can create highly ordered composite thin films combining the function of the virus and polymer systems," Hammond said.
This work was funded by the Army Research Office Institute of Collaborative Biotechnologies, the Institute of Soldier Nanotechnologies and the David and Lucille Packard Foundation.
Batu mirah (Ruby) adalah batu mulia jenis mineral corundum sama seperti batu mulia sapphire. Namanya berasal dari kata Yunani “ruber” yang artinya merah. Batu mirah atau ruby terbuat dari alumunium oxide dan warna merahnya diakibatkan adanya campuran dari chromium. Nilai keras batu mirah adalah 9 dalam daftar keras Mohs dan berat jenisnya 3,99 sampai 4.
Warna batu mirah tidak selalu merah tetap tetapi ada juga yang berwarna merah kekuning-kuningan atau jingga, merah keungu-unguan ataupun merah muda, tetapi dari semua itu yang paling berharga atau dicari yaitu merah. Pada dasarnya corundum murni tidak berwarna, semua warna pada batu permata disebabkan oleh unsur kimiawi lainnya yang bergabung saat proses kristalisasi terjadi. Batu mirah yang berkualitas tinggi bisa menyaingi intan dalam segi harga dikarenakan mereka lebih langka dari intan. Jika batu mirah dipanaskan sampai dengan 1000 celsius maka warnanya akan menjadi merah muda dan akan balik seperti warna semula lagi (merah) kalau sudah dingin. Salah satu batu mirah yang paling hebat berasal dari Birma, yaitu “Lord of the Rubies” yang besarnya sebesar telur burung merpati.
Dalam dunia perdagangan batu mulia sudah tidak heran lagi jika kita mendengar batu-batu mulia sengaja dipanaskan untuk merubah atau memperindah batu-batu tersebut seperti warnanya, kilauannya, pembentukkannya dan lain-lain. Diperkirakan 90% dari batu-batu mirah atau safir akan melalui proses tersebut, suatu proses yang permanen dan telah diterima di setiap perdagangan batu mulia. Walaupun proses ini bisa merubah batu yang tidak berharga menjadi batu yang mahal harganya tetapi tindakan ini amat beresiko karena perbuatan tersebut bisa mengakibatkan batu ini rusak, retak, pecah dan dalam kejadian tertentu warna dari batu-batu tersebut malah hilang.
Kegunaan atau manfaat
Selain batu intan batu mirah juga banyak dijadikan barang pemberian untuk para wanita idaman atau kekasih sebagai simbol asmara yang kekal. Batu mirahpun banyak dipercayai sebagai batu yang bisa memberi hoki atau melindungi harta si pemilik, membuat pemiliknya makin bergaya dan percaya diri, menyembuhkan penyakit-penyakit tertentu seperti lemah syahwat dan memiliki segi-segi mistik yaitu mengusir hal-hal negative atau pengaruh jahat (warnanya dipercayai akan berubah menjadi gelap jika ada kejadian buruk akan datang).
Dalam sisi astrology, zodiac dan hadiah pernikahan
Batu mirah dijadikan batu khusus atau batu yang cocok untuk pemberian di hari peringatan perkawinan yang ke 40. Dalam dunia astrology atau perbintangan batu mirah adalah batu untuk orang yang lahir di bulan Juli (sama halnya dengan bunga larkspur atau bunga dolphin) dan batu mirah dihubungkan dengan zodiac Scorpio, Capricorn dan Cancer.
Mencari untung dari berlian, ruby, zamrud dan batu lainnya?
Bagaimana membangun bisnis dari batu-batuan dari nol tanpa pengalaman dan modal?
Temukan caranya disini
Jenis batu-batuan lainnya antara lain:
Batu Garnet (Batu Biduri Delima) Batu Amethyst (Batu Kecubung Kasihan) Batu Aquamarine (Batu Biru Laut) Batu Intan (Berlian) Batu Zamrud Batu Mutiara Batu Mirah (Ruby) Batu Peridot Batu Safir Batu Opal (Batu Kalimaya) Batu Topaz (Batu Ratna Cempaka) Batu Pirus (Turquoise) Batu Giok Batu Darah Batu Biduri Bulan (Moonstone) Batu Chrysoberyl Batu Yakut (Zircon) Batu Tourmaline Batu Amber (Barnsteen) Batu Spinel Batu Jenis lain-lainnya.
Jumat, Januari 22, 2010
Teori Waktu dari Einstein
Pernah merasa waktu berjalan cepat atau terasa begitu lambat? Seperti saat waktu berlalu begitu cepat ketika Anda sedang bersama teman- teman atau saat waktu terasa begitu lambat ketika Anda terjebak dalam hujan. Tapi Anda tidak bisa mempercepat atau memperlambat waktu kan?
Waktu selalu berjalan dalam kecepatan yang konstan. Einstein tidak berpikir demikian. Ide dia adalah semakin kita mendekati kecepatan cahaya, semakin lambat waktunya relatif dibandingkan kondisi orang yang tidak bergerak. Dia menyebutnya melambatnya waktu karena gerakan. Tidak mungkin, kamu bilang? Oke, bayangkan ini. Kamu berdiri di bumi, memegang jam. Teman baikmu ada di dalam roket dengan kecepatan 250.000 km/detik. Temanmu juga memegang sebuah jam. Kalau kamu bisa melihat jam yang dibawa temanmu, kamu akan melihat bahwa jam itu tampak berjalan lebih lambat daripada jam kamu. Sebaliknya temanmu akan merasa jam yang ia bawa berjalan biasa2 aja (tidak melambat), dia pikir malah jam kamu yang tampak berjalan lebih lambat.
Masih bingung? Ingat, Einstein butuh 8 tahun untuk menemukan hal ini. Dan dia dianggap jenius. Einstein memberikan contoh untuk menunjukan efek perlambatan waktu yang dia sebut “paradoks kembar”. Seperti permainan penjelajah waktu. Mari kita mencobanya dengan menganggap ada 2 orang kembar bernama Eyne dan Stine. Dua2nya kita anggap berumur 10 tahun. Eyne memutuskan dia sudah bosan di bumi dan perlu liburan. Dia mendengar bahwa ada hal yang menarik di sistem bintang Alpha3, yang berjarak 25 tahun cahaya. Stine yang harus mengikuti ujian matematika minggu depan, harus tinggal di rumah untuk belajar. Jadi Eyne berangkat sendiri. Ingin sampai secepatnya di sana, dia memutuskan untuk berjalan dengan kecepatan 99,99% kecepatan cahaya. Perjalanan ke sistem bintang itu bolak balik membutuhkan waktu 50 tahun. Apa yang terjadi ketika Eyne kembali? Stine sudah 60 tahun, tapi Eyen masih berumur 10 ½ tahun. Bagaimana mungkin? Eyne sudah pergi selama 50 tahun tapi hanya bertambah umur ½ tahun! Hey, apakah Eyne baru saja menemukan mata air awet muda!
Ide Einstein tentang waktu yang melambat tampak benar dan semua adalah teori, tapi bagaimana kamu tahu kalau dia benar? Salah satu cara adalah dengan naik roket dan memacu roket itu mendekati kecepatan cahaya. Tapi sampai saat ini, kita belum bisa melakukannya. Tapi ada satu cara untuk mengetestnya. Bagaimana kita tahu kalau Einstein tidak salah? Percobaan ini mungkin bisa memberikan penjelasan atas idenya. Jam atom adalah jam yang sangat akurat, bisa mengukur satuan waktu yang sangat kecil. Sepersejutaan detik bisa diukur. Di tahun 1971, ilmuwan menggunakan jam ini untuk mengetest ide Einstein. Satu jam atom diset di atas bumi, dan satu lagi dibawa keliling dunia menggunakan pesawat jet dengan kecepatan 966 km/jam. Pada awalnya kedua jam itu diset agar menunjukan waktu yang sama. Apa yang terjadi ketika jam dibawa mengelilingi dunia dan kemudian kembali ke titik di tempat jam satunya lagi berada? Sesuai perkiraan Einstein, kedua jam itu sudah tidak menunjukan waktu yang sama. Jam yang sudah dibawa keliling dunia, menunjukan keterlambatan waktu seperberapa juta detik!
Kamu mungkin bertanya kenapa kok bedanya begitu kecil? Pertanyaan yang bagus! Yah, 966 km/jam cukup cepat, tapi masih belum mendekati kecepatan cahaya. Untuk melihat perbedaan waktu yang signifikan, kamu harus melaju dengan sangat lebih cepat.
Waktu selalu berjalan dalam kecepatan yang konstan. Einstein tidak berpikir demikian. Ide dia adalah semakin kita mendekati kecepatan cahaya, semakin lambat waktunya relatif dibandingkan kondisi orang yang tidak bergerak. Dia menyebutnya melambatnya waktu karena gerakan. Tidak mungkin, kamu bilang? Oke, bayangkan ini. Kamu berdiri di bumi, memegang jam. Teman baikmu ada di dalam roket dengan kecepatan 250.000 km/detik. Temanmu juga memegang sebuah jam. Kalau kamu bisa melihat jam yang dibawa temanmu, kamu akan melihat bahwa jam itu tampak berjalan lebih lambat daripada jam kamu. Sebaliknya temanmu akan merasa jam yang ia bawa berjalan biasa2 aja (tidak melambat), dia pikir malah jam kamu yang tampak berjalan lebih lambat.
Masih bingung? Ingat, Einstein butuh 8 tahun untuk menemukan hal ini. Dan dia dianggap jenius. Einstein memberikan contoh untuk menunjukan efek perlambatan waktu yang dia sebut “paradoks kembar”. Seperti permainan penjelajah waktu. Mari kita mencobanya dengan menganggap ada 2 orang kembar bernama Eyne dan Stine. Dua2nya kita anggap berumur 10 tahun. Eyne memutuskan dia sudah bosan di bumi dan perlu liburan. Dia mendengar bahwa ada hal yang menarik di sistem bintang Alpha3, yang berjarak 25 tahun cahaya. Stine yang harus mengikuti ujian matematika minggu depan, harus tinggal di rumah untuk belajar. Jadi Eyne berangkat sendiri. Ingin sampai secepatnya di sana, dia memutuskan untuk berjalan dengan kecepatan 99,99% kecepatan cahaya. Perjalanan ke sistem bintang itu bolak balik membutuhkan waktu 50 tahun. Apa yang terjadi ketika Eyne kembali? Stine sudah 60 tahun, tapi Eyen masih berumur 10 ½ tahun. Bagaimana mungkin? Eyne sudah pergi selama 50 tahun tapi hanya bertambah umur ½ tahun! Hey, apakah Eyne baru saja menemukan mata air awet muda!
Ide Einstein tentang waktu yang melambat tampak benar dan semua adalah teori, tapi bagaimana kamu tahu kalau dia benar? Salah satu cara adalah dengan naik roket dan memacu roket itu mendekati kecepatan cahaya. Tapi sampai saat ini, kita belum bisa melakukannya. Tapi ada satu cara untuk mengetestnya. Bagaimana kita tahu kalau Einstein tidak salah? Percobaan ini mungkin bisa memberikan penjelasan atas idenya. Jam atom adalah jam yang sangat akurat, bisa mengukur satuan waktu yang sangat kecil. Sepersejutaan detik bisa diukur. Di tahun 1971, ilmuwan menggunakan jam ini untuk mengetest ide Einstein. Satu jam atom diset di atas bumi, dan satu lagi dibawa keliling dunia menggunakan pesawat jet dengan kecepatan 966 km/jam. Pada awalnya kedua jam itu diset agar menunjukan waktu yang sama. Apa yang terjadi ketika jam dibawa mengelilingi dunia dan kemudian kembali ke titik di tempat jam satunya lagi berada? Sesuai perkiraan Einstein, kedua jam itu sudah tidak menunjukan waktu yang sama. Jam yang sudah dibawa keliling dunia, menunjukan keterlambatan waktu seperberapa juta detik!
Kamu mungkin bertanya kenapa kok bedanya begitu kecil? Pertanyaan yang bagus! Yah, 966 km/jam cukup cepat, tapi masih belum mendekati kecepatan cahaya. Untuk melihat perbedaan waktu yang signifikan, kamu harus melaju dengan sangat lebih cepat.
Dasyatnya Elektromagnetik
Begitu dahsyatnya sehingga para ilmuwan di NASA (National Aeronautics and Space Admistration) mulai berpikir untuk memanfaatkannya sebagai tenaga yang bisa ‘melemparkan’ pesawat luar angkasa ke luar atmosfer bumi! Kenapa sampai muncul ide ini? Bukankah mesin roket yang biasanya digunakan untuk mengirim pesawat-pesawat ke luar bumi sudah cukup berhasil? Sebenarnya semua mesin roket yang sudah digunakan maupun yang sedang dikembangkan saat ini tetap membutuhkan bahan khusus sebagai pendorongnya. Bahan-bahan propellant ini bisa berupa bahan kimia seperti yang sudah banyak digunakan, bisa juga berupa hasil reaksi fusi nuklir yang teknologinya dikembangkan di awal abad 21 ini. Ada lagi berbagai teknologi inovatif seperti light propulsion dan antimatter propulsion.
Penggunaan propellant ini sebenarnya sangat membatasi kecepatan dan jarak maksimum yang dapat dicapai pesawat. Karena itulah muncul ide untuk mengirimkan pesawat luar
angkasa menggunakan teknologi yang sama sekali tidak melibatkan propellant. Sistem apa yang bisa ‘melemparkan’ pesawat yang begitu besar dan berat ke luar angkasa tanpa menggunakan propellant sama sekali? Hanya Elektromagnetika yang bisa menjawabnya!
Elektromagnetika merupakan penggabungan listrik dan magnet. Sewaktu kita mengalirkan listrik pada sebuah kawat kita bisa menciptakan medan magnet. Listrik dan magnet benar-benar tidak terpisahkan kecuali dalam superkonduktor tipe I yang menunjukkan Efek Meissner (bahan superkonduktor dapat meniadakan medan magnet sampai pada batas tertentu). Ini bisa dibuktikan dengan cara meletakkan kompas di dekat kawat tersebut. Jarum penunjuk pada kompas akan bergerak karena kompas mendeteksi adanya medan magnet. Elektromagnetika
sudah banyak dimanfaatkan dalam membuat mesin motor, kaset, video, speaker (alat pengeras suara), dan sebagainya. Sekarang giliran proyek luar angkasa yang ingin memanfaatkan kedahsyatannya!
David Goodwin dari Office of High Energy and Nuclear Physics di Amerika adalah orang yang mengusulkan ide electromagnetic propulsion ini. Saat sebuah elektromagnet didinginkan sampai suhu sangat rendah terjadi sesuatu yang ‘tidak biasa’. Jika kita mengalirkan listrik pada magnet yang super dingin tersebut kita bisa mengamati terjadinya getaran (vibration) selama beberapa nanodetik (1nanodetik = 10-9 detik) sebelum magnet itu menjadi superkonduktor. Menurut Goodwin, walaupun getaran ini terjadi hanya selama beberapa nanodetik saja, kita tetap dapat memanfaatkan keadaan unsteady state (belum tercapainya keadaan tunak) ini. Jika getaran-getaran yang tercipta ini dapat diarahkan ke satu arah yang sama maka kita bisa mendapatkan kekuatan yang cukup untuk ‘melempar’ sebuah pesawat ruang angkasa. Kekuatan ini tidak hanya cukup untuk ‘melempar’ secara asal-asalan, tetapi justru pesawat ruang angkasa bisa mencapai jarak maksimum yang lebih jauh dengan kecepatan yang lebih tinggi dari segala macam pesawat yang menggunakan propellant.
Untuk menerangkan idenya, Goodwin menggunakan kumparan kawat (solenoid) yang disusun dari kawat magnet superkonduktor yang dililitkan pada batang logam berbentuk silinder. Kawat magnetik yang digunakan adalah logam paduan niobium dan timah. Elektromagnet ini menjadi bahan superkonduktor setelah didinginkan menggunakan helium cair sampai temperatur 4 K (-269oC). Pelat logam di bawah solenoida berfungsi untuk memperkuat getaran yang tercipta. Supaya terjadi getaran dengan frekuensi 400.000 Hz, perlu diciptakan kondisi asimetri pada medan magnet. Pelat logam (bisa terbuat dari bahan logam aluminium atau tembaga) yang sudah diberi tegangan ini diletakkan secara terpisah (isolated) dari sistem solenoida supaya tercipta kondisi asimetri.
Selama beberapa mikrodetik sebelum magnet mulai berosilasi ke arah yang berlawanan, listrik yang ada di pelat logam harus dihilangkan. Tantangan utama yang masih harus diatasi adalah teknik untuk mengarahkan getaran-getaran yang terbentuk pada kondisi unsteady ini supaya semuanya bergerak pada satu arah yang sama. Untuk itu kita membutuhkan alat
semacam saklar (solid-state switch) yang bisa menyalakan dan mematikan listrik 400.000 kali per detik (yaitu sesuai dengan frekuensi getaran). Solid-state switch ini pada dasarnya bertugas untuk mengambil energi dari keadaan tunak dan mengubahnya menjadi pulsa listrik kecepatan tinggi (dan mengandung energi tinggi) sampai 400.000 kali per detiknya.
Energi yang digunakan untuk sistem elektromagnetik ini berasal dari reaktor nuklir (300 kW) milik NASA. Reaktor ini menghasilkan energi panas melalui reaksi fisi nuklir. Reaksi fisi nuklir ini melibatkan proses pembelahan atom yang disertai radiasi sinar gamma dan pelepasan kalor (energi panas) dalam jumlah sangat besar. Reaktor nuklir yang menggunakan ¾ kg uranium (U-235) bisa menghasilkan kalor yang jumlahnya sama dengan kalor yang dihasilkan oleh pembakaran 1 juta galon bensin (3,8 juta liter). Energi panas yang dihasilkan
reaktor nuklir ini kemudian dikonversi menjadi energi listrik yang bisa digunakan untuk sistem electromagnetic propulsion ini. Ketika digunakan dalam pesawat luar angkasa, ¾ kg uranium sama sekali tidak memakan tempat karena hanya membutuhkan ruangan sebesar bola baseball. Dengan massa dan kebutuhan ruang yang jauh lebih kecil dibandingkan mesin roket yang biasanya digunakan untuk mengirim pesawat ke luar angkasa, pesawat yang menggunakan sistem elektromagnetik ini dapat mencapai kecepatan maksimal yang jauh lebih tinggi
sehingga bisa mencapai lokasi yang lebih jauh pula.
Menurut Goodwin pesawat dengan teknologi elektromagnetik ini dapat mencapai titik heliopause yang merupakan tempat pertemuan angin yang berasal dari matahari (solar wind) dengan angin yang berasal dari bintang di luar sistem tatasurya kita (interstellar solar wind). Heliopause terletak pada jarak sekitar 200 AU (Astronomical Unit) dari matahari. 1 AU merupakan jarak rata-rata bumi dari matahari yaitu sekitar 1,5.108 km. Planet terjauh dalam sistem tatasurya kita saja hanya berjarak 39,53 AU dari matahari. Semua pesawat luar angkasa yang menggunakan propellant tidak bisa mencapai jarak sejauh itu!
Tentu saja pesawat yang dipersenjatai elektromagnetik yang dahsyat ini masih sangat jauh dari sistem ideal yang kita inginkan. Karena walaupun pesawatnya bisa mencapai kecepatan sangat tinggi, kecepatan itu masih sangat kecil dibandingkan kecepatan cahaya (300.000 km per detik). Kecepatan maksimum yang bisa dicapai sistem ini masih di bawah 1% kecepatan cahaya. Padahal bintang yang terdekat dengan sistem tatasurya kita berada pada jarak lebih dari 4 tahun cahaya (1 tahun cahaya = 300.000 km/detik x 60 detik/menit x 60 menit/jam x 24 jam/hari x 365 hari/tahun = 9,4608.1012 km). Perjalanan terjauh yang pernah ditempuh manusia adalah 400.000 km (yaitu perjalanan ke bulan).
Jika kita ingin mengirim pesawat tanpa awak pun kita masih membutuhkan ratusan tahun sebelum pesawat tersebut bisa mencapai bintang terdekat. Itu pun karena pesawatnya menggunakan teknologi elektromagnetik! Dengan pesawat yang menggunakan propellant bahan kimia kita baru bisa mencapai bintang terdekat dalam waktu puluhan ribu tahun. Jika kita ingin mencapai bintang terdekat dalam waktu lebih cepat seperti dalam film Star Trek kita membutuhkan teknologi yang bisa melampaui kecepatan cahaya. Selama teknologi itu masih
belum bisa dikembangkan, kita bisa memanfaatkan dulu teknologielektromagnetik yang ternyata memberikan alternatif yang cukup menjanjikan walaupun belum bisa mewujudkan impian kita untuk menjelajahi jagad raya.
2719 Views | 10 Komentar | Rating:
Penggunaan propellant ini sebenarnya sangat membatasi kecepatan dan jarak maksimum yang dapat dicapai pesawat. Karena itulah muncul ide untuk mengirimkan pesawat luar
angkasa menggunakan teknologi yang sama sekali tidak melibatkan propellant. Sistem apa yang bisa ‘melemparkan’ pesawat yang begitu besar dan berat ke luar angkasa tanpa menggunakan propellant sama sekali? Hanya Elektromagnetika yang bisa menjawabnya!
Elektromagnetika merupakan penggabungan listrik dan magnet. Sewaktu kita mengalirkan listrik pada sebuah kawat kita bisa menciptakan medan magnet. Listrik dan magnet benar-benar tidak terpisahkan kecuali dalam superkonduktor tipe I yang menunjukkan Efek Meissner (bahan superkonduktor dapat meniadakan medan magnet sampai pada batas tertentu). Ini bisa dibuktikan dengan cara meletakkan kompas di dekat kawat tersebut. Jarum penunjuk pada kompas akan bergerak karena kompas mendeteksi adanya medan magnet. Elektromagnetika
sudah banyak dimanfaatkan dalam membuat mesin motor, kaset, video, speaker (alat pengeras suara), dan sebagainya. Sekarang giliran proyek luar angkasa yang ingin memanfaatkan kedahsyatannya!
David Goodwin dari Office of High Energy and Nuclear Physics di Amerika adalah orang yang mengusulkan ide electromagnetic propulsion ini. Saat sebuah elektromagnet didinginkan sampai suhu sangat rendah terjadi sesuatu yang ‘tidak biasa’. Jika kita mengalirkan listrik pada magnet yang super dingin tersebut kita bisa mengamati terjadinya getaran (vibration) selama beberapa nanodetik (1nanodetik = 10-9 detik) sebelum magnet itu menjadi superkonduktor. Menurut Goodwin, walaupun getaran ini terjadi hanya selama beberapa nanodetik saja, kita tetap dapat memanfaatkan keadaan unsteady state (belum tercapainya keadaan tunak) ini. Jika getaran-getaran yang tercipta ini dapat diarahkan ke satu arah yang sama maka kita bisa mendapatkan kekuatan yang cukup untuk ‘melempar’ sebuah pesawat ruang angkasa. Kekuatan ini tidak hanya cukup untuk ‘melempar’ secara asal-asalan, tetapi justru pesawat ruang angkasa bisa mencapai jarak maksimum yang lebih jauh dengan kecepatan yang lebih tinggi dari segala macam pesawat yang menggunakan propellant.
Untuk menerangkan idenya, Goodwin menggunakan kumparan kawat (solenoid) yang disusun dari kawat magnet superkonduktor yang dililitkan pada batang logam berbentuk silinder. Kawat magnetik yang digunakan adalah logam paduan niobium dan timah. Elektromagnet ini menjadi bahan superkonduktor setelah didinginkan menggunakan helium cair sampai temperatur 4 K (-269oC). Pelat logam di bawah solenoida berfungsi untuk memperkuat getaran yang tercipta. Supaya terjadi getaran dengan frekuensi 400.000 Hz, perlu diciptakan kondisi asimetri pada medan magnet. Pelat logam (bisa terbuat dari bahan logam aluminium atau tembaga) yang sudah diberi tegangan ini diletakkan secara terpisah (isolated) dari sistem solenoida supaya tercipta kondisi asimetri.
Selama beberapa mikrodetik sebelum magnet mulai berosilasi ke arah yang berlawanan, listrik yang ada di pelat logam harus dihilangkan. Tantangan utama yang masih harus diatasi adalah teknik untuk mengarahkan getaran-getaran yang terbentuk pada kondisi unsteady ini supaya semuanya bergerak pada satu arah yang sama. Untuk itu kita membutuhkan alat
semacam saklar (solid-state switch) yang bisa menyalakan dan mematikan listrik 400.000 kali per detik (yaitu sesuai dengan frekuensi getaran). Solid-state switch ini pada dasarnya bertugas untuk mengambil energi dari keadaan tunak dan mengubahnya menjadi pulsa listrik kecepatan tinggi (dan mengandung energi tinggi) sampai 400.000 kali per detiknya.
Energi yang digunakan untuk sistem elektromagnetik ini berasal dari reaktor nuklir (300 kW) milik NASA. Reaktor ini menghasilkan energi panas melalui reaksi fisi nuklir. Reaksi fisi nuklir ini melibatkan proses pembelahan atom yang disertai radiasi sinar gamma dan pelepasan kalor (energi panas) dalam jumlah sangat besar. Reaktor nuklir yang menggunakan ¾ kg uranium (U-235) bisa menghasilkan kalor yang jumlahnya sama dengan kalor yang dihasilkan oleh pembakaran 1 juta galon bensin (3,8 juta liter). Energi panas yang dihasilkan
reaktor nuklir ini kemudian dikonversi menjadi energi listrik yang bisa digunakan untuk sistem electromagnetic propulsion ini. Ketika digunakan dalam pesawat luar angkasa, ¾ kg uranium sama sekali tidak memakan tempat karena hanya membutuhkan ruangan sebesar bola baseball. Dengan massa dan kebutuhan ruang yang jauh lebih kecil dibandingkan mesin roket yang biasanya digunakan untuk mengirim pesawat ke luar angkasa, pesawat yang menggunakan sistem elektromagnetik ini dapat mencapai kecepatan maksimal yang jauh lebih tinggi
sehingga bisa mencapai lokasi yang lebih jauh pula.
Menurut Goodwin pesawat dengan teknologi elektromagnetik ini dapat mencapai titik heliopause yang merupakan tempat pertemuan angin yang berasal dari matahari (solar wind) dengan angin yang berasal dari bintang di luar sistem tatasurya kita (interstellar solar wind). Heliopause terletak pada jarak sekitar 200 AU (Astronomical Unit) dari matahari. 1 AU merupakan jarak rata-rata bumi dari matahari yaitu sekitar 1,5.108 km. Planet terjauh dalam sistem tatasurya kita saja hanya berjarak 39,53 AU dari matahari. Semua pesawat luar angkasa yang menggunakan propellant tidak bisa mencapai jarak sejauh itu!
Tentu saja pesawat yang dipersenjatai elektromagnetik yang dahsyat ini masih sangat jauh dari sistem ideal yang kita inginkan. Karena walaupun pesawatnya bisa mencapai kecepatan sangat tinggi, kecepatan itu masih sangat kecil dibandingkan kecepatan cahaya (300.000 km per detik). Kecepatan maksimum yang bisa dicapai sistem ini masih di bawah 1% kecepatan cahaya. Padahal bintang yang terdekat dengan sistem tatasurya kita berada pada jarak lebih dari 4 tahun cahaya (1 tahun cahaya = 300.000 km/detik x 60 detik/menit x 60 menit/jam x 24 jam/hari x 365 hari/tahun = 9,4608.1012 km). Perjalanan terjauh yang pernah ditempuh manusia adalah 400.000 km (yaitu perjalanan ke bulan).
Jika kita ingin mengirim pesawat tanpa awak pun kita masih membutuhkan ratusan tahun sebelum pesawat tersebut bisa mencapai bintang terdekat. Itu pun karena pesawatnya menggunakan teknologi elektromagnetik! Dengan pesawat yang menggunakan propellant bahan kimia kita baru bisa mencapai bintang terdekat dalam waktu puluhan ribu tahun. Jika kita ingin mencapai bintang terdekat dalam waktu lebih cepat seperti dalam film Star Trek kita membutuhkan teknologi yang bisa melampaui kecepatan cahaya. Selama teknologi itu masih
belum bisa dikembangkan, kita bisa memanfaatkan dulu teknologielektromagnetik yang ternyata memberikan alternatif yang cukup menjanjikan walaupun belum bisa mewujudkan impian kita untuk menjelajahi jagad raya.
2719 Views | 10 Komentar | Rating:
Spektroskopi Gamma
Sinar gamma sebenarnya hampir sama dengan sinar X , hanya saja sinar X lebih lemah. Sinar gamma ini dihasilkan oleh suatu bahan radioaktif. Sinar gamma adalah termasuk sinar yang tidak dapat dilihat oleh mata, untuk itu perlu adanya detektor. Detektor yang digunakan adalah NaI (Tl), detektor ini juga digunakan untuk sinar x, hanya saja detektor untuk gamma lebih tebal sedikit. Cara kerja dari detektor ini adalah sebagai berikut :
Apabila sinar gamma mengenai detektor NaI(Tl) maka akan terjadi tiga efek, yaitu efek fotolistrik, efek compton dan bentukan pasangan. Efek fotolistrik terjadi apabila ada sinar gamma yang mengenai elektron d kulit K dari sebuah atom maka elektron tersebut akan kosong sehingga akan diisi oleh elektron dari kulit yang lain, transisi ini yang menyebabkan terjadinya efek fotolistrik. Efek compton adalah efek yang terjadi apabila sinar gamma (dalam hal ini) mengenai elektron bebas atau elektron terluar dari suatu atom yang dianggap daya ikatnya sangatlah kecil sehingga sama dengan elektron bebas. Apabila sinar gamma memancar ke elektron bebas ini maka akan terjadi hamburan, yang disebut hamburan compton. Sedangkan Efek bentukan pasangan terjadi ketika sinar gamma melaju di dekat inti atom sehingga akan terbentuk pasangan positron dan elektron, syaratnya tenaga sinar haruslah cukup.
Dari ketiga efek tersebut, efek comptonlah yang paling kuat hal ini diakibatkan karena tenaga yang digunakan untuk melepas elektron juga yang lebih besar. Dan dari ketiga efek tersebut menghasilkan sintilasi atau pancaran cahaya, pancaran cahaya ini akan diteruskan ke fotokatoda yang dapat menguraikan cahaya ini menjadi elektron -elektron. Elektron ini masih lemah maka harus dikuatkan lagi dayanya oleh pre amplifier, dan dikuatkan tinggi pulsa dengan amplifier. Lalu elektron tadi dimasukkan ke PMT yang terdiri dari tegangan bertingkat dan banyak katoda, keluaran dari PMT menjadi berganda. Kemudian melalui counter nilai cacahnya dapat diketahui.
Yang perlu diketahui bahwa dalam spektroskopi gamma juga dicari resolusi tenaganya. Ternyata semakin kecil resolusinya semakin bagus data yang diperoleh, semakin besar resolusinya maka semakin tidak valid data yang diperoleh. Pola berfikirnya adalah sebagai berikut : dari data cacah nanti akan dapat dibuat grafik, dari grafik itu akan terlihat puncak-puncak gunung. Apabila resolusinya besar maka bisa saja didapat satu puncak gunung, eh ternyata didalamnya banyak punca-puncak yang tidak terbaca. Berarti resolusi besar belum tentu baik lho.
Sumber: Ortec dan berbagai sumber.
Apabila sinar gamma mengenai detektor NaI(Tl) maka akan terjadi tiga efek, yaitu efek fotolistrik, efek compton dan bentukan pasangan. Efek fotolistrik terjadi apabila ada sinar gamma yang mengenai elektron d kulit K dari sebuah atom maka elektron tersebut akan kosong sehingga akan diisi oleh elektron dari kulit yang lain, transisi ini yang menyebabkan terjadinya efek fotolistrik. Efek compton adalah efek yang terjadi apabila sinar gamma (dalam hal ini) mengenai elektron bebas atau elektron terluar dari suatu atom yang dianggap daya ikatnya sangatlah kecil sehingga sama dengan elektron bebas. Apabila sinar gamma memancar ke elektron bebas ini maka akan terjadi hamburan, yang disebut hamburan compton. Sedangkan Efek bentukan pasangan terjadi ketika sinar gamma melaju di dekat inti atom sehingga akan terbentuk pasangan positron dan elektron, syaratnya tenaga sinar haruslah cukup.
Dari ketiga efek tersebut, efek comptonlah yang paling kuat hal ini diakibatkan karena tenaga yang digunakan untuk melepas elektron juga yang lebih besar. Dan dari ketiga efek tersebut menghasilkan sintilasi atau pancaran cahaya, pancaran cahaya ini akan diteruskan ke fotokatoda yang dapat menguraikan cahaya ini menjadi elektron -elektron. Elektron ini masih lemah maka harus dikuatkan lagi dayanya oleh pre amplifier, dan dikuatkan tinggi pulsa dengan amplifier. Lalu elektron tadi dimasukkan ke PMT yang terdiri dari tegangan bertingkat dan banyak katoda, keluaran dari PMT menjadi berganda. Kemudian melalui counter nilai cacahnya dapat diketahui.
Yang perlu diketahui bahwa dalam spektroskopi gamma juga dicari resolusi tenaganya. Ternyata semakin kecil resolusinya semakin bagus data yang diperoleh, semakin besar resolusinya maka semakin tidak valid data yang diperoleh. Pola berfikirnya adalah sebagai berikut : dari data cacah nanti akan dapat dibuat grafik, dari grafik itu akan terlihat puncak-puncak gunung. Apabila resolusinya besar maka bisa saja didapat satu puncak gunung, eh ternyata didalamnya banyak punca-puncak yang tidak terbaca. Berarti resolusi besar belum tentu baik lho.
Sumber: Ortec dan berbagai sumber.
Langganan:
Postingan (Atom)