A. PENGERTIAN
SINAR-X
Sinar
X adalah pancaran gelombang elektromagnetik yang sejenis dengan gelombang
radio, panas, cahaya, dan sinar ultraviolet, Tetapi dengan panjang gelombang
yang sangat pendek. Sinar X bersifat heterogen, panjang gelombangnya bervariasi
dan tidak terlihat. Perbedaan antara sinar X dengan sinar elektromagnetik
lainnya juga terletak pada panjang gelombang, dimana panjang gelombang sinar X
sangat pendek, yaitu hanya 1/10.000 panjang gelombang cahaya yang kelihatan.
Karena panjang gelombang yang pendek itu, maka sinar X dapat menembus
benda-benda. (Sjahrial Rasad, 2005).
Sinar X juga mampu
mengionisasi atom dari materi yang dilaluinya, menjadikannya sebagai salah satu
bentuk dari radiasi elektromagnetik. Sinar X memiliki panjang mulai dari 0,01
sampai 10 nanometer dengan frekuensi mulai dari 30 petaHertz sampai 30 exaHertz
dan memiliki energi mulai dari 120 elektronVolt sampai 120 kilo elektronVolt.
Kemampuan Sinar X dalam menembus bahan dimanfaatkan dalam bidang medis dalam
Radiografi Diagnostik.
Catatan : semakin
tinggi energy suatu gelombang elektromagnetik, semakin pendek panjang gelombang
(ƛ) nya.
Gambar
1. Tingkat energi gelombang elektromagnetik
(PUSAT
PENDIDIKAN DAN PELATIHAN BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL(2006))
Sinar
X merupakan salah satu gelombang elaktromagnetik yang mempunyai energi relatif besar
sehingga daya tembusnya tinggi, bahkan dapat menembus lapisan logam.(Pusat
pendidikan dan pelatihan badan tenaga nuklir nasional:2006)
B. SEJARAH
DITEMUKANNYA SINAR-X
WILHELM CONRAD RONTGENsi penemu sinar x yang di lahirkan pad 27 maret
1845,di Lennep jerman adalahAnak seorang pedagang.Pada usia 3 tahun keluarganya
pindah ke APELDOORN Belanda.Ia kemudian masuk insitut Martinus Herman Van
Doorn.
Rontgen belajar Fisika
Universitas Utrecht tahun 1865.Ia kemudian masuk dalam jurusan Rekayasa Mekanik
di Politeknik zurich Swiss dan bekerja di laboratorium Kundt di bawah bimbingan
dosennya-Clausius. Rontgen memperoleh gelar PhD.tahun 1869, kemudian terbang ke
Prancis mengajar di Univesitas Strasbourg sebagai guru besar bidang Fisika. Tak
lama kemudian ia pindah ke Jerman tahun 1900 menjadi ketua jurusan Fisika
Universitas Munich atas permintaan khusus pemerintah
Provinsi Bavaria.
Karya pertamanya
dipublikasikan tahun 1870 tentang “panas gas yang spesifik”, kemudian disusul
karya tulis tentang “konduksi panas Kristal.Tanggal 8 November 1895 Rontgen
melakukan percobaan dengan “Cathode”, sinar Cathode terdiri atas arus elektron.
Arus diproduksi menggunakan voltase tinggi antara electrode yang ditempatkan
pada masing-masing ujung tabung gelas yang udaranya hampir di kosongkan
seluruhnya.
Sinar cathode ini tidak
khusus merembes dan sudah distop oleh beberapa sentimeter udara. Pada peristiwa
ini Rontgen sudah sepenuhnya menutup tabung sinar cathode dengan kertas hitam
tebal sehingga biarpun listrik dinyalakan, tak ada cahaya yang bisa terlihat
dari tabung.Akan tetapi, takkala Rontgen menyalakan arus listrik di dalam
tabung sinar cathode, dia terperanjat melihat bahwa cahaya mulai memijar pada
layar yang terletak dekat bangku seperti distimulir oleh sinar lampu.Dia
padamkan tabung dan layar (yang terbungkus barium platino cyanide).Lalu cahaya
berhenti memijar.Karena tabung sinar cathode sepenuhnya tertutup.Rontgen segera
sadar bahwa suatu bentuk radiasi yang tak kelihatan mesti datang dari tabung
ketika cahaya listrik dinyalakan.Karena ini merupakan hal yang misterius, dia
sebut radiasi yang tampak itu “sinar-X” yang merupakan lambang matematik biasa
untuk sesuatu yang tidak diketahui.Tergiur oleh penemuannya yang kebetulan itu,
Rontgen menyisihkan penyelidikan-penyelidikan lainnya dan ia pusatkan perhatian
terhadap penelaahan hal ihwal yang terkandung dalam “Sinar-X”. Sesudah beberapa
minggu bekerja keras, dia menemukan bukti-bukti lain sebagai berikut:
1) Sinar X bisa membuat sinar pelbagai benda kimia
selain brium platinocyanide.
2) Sinar X dapat menerobos lewat berbagai benda
yang tak tembus oleh cahaya biasa. Rontgen menemukan bahwa sinar-X dapat
menembus dagingnya, tetapi berhenti pada tulangnya. Dengan jalan meletakkan
tangannya antara tabung sinar cathode dan layar yang bersinar, Rontgen dapat
melihat di layar bayangan dari tulang tangannya.
3) Sinar X berjalan menurut garis lurus;
tidak seperti partikel bermuatan listrik, sinar X tidak terbelokkan oleh bidang
magnet. Bulan Desember 1895 Rontgen menulis kertas kerja pertamanya
mengenai sinar-X. Laporannya dalam waktu singkat menggugah perhatian dan
kegemparan. Dalam tempo beberapa bulan, banyak ilmuwan melakukan penyelidikan
sinar-X dan dalam tempo setahun sekitar 1000 kertas kerja diterbitkan tentang
masalah itu.
Salah seorang ilmuwan
yang penyelidikannya langsung pada hasil penemuan Rontgen adalah Antoine Henry
Becquerel.Orang ini meskipun maksud utamanya menyelidiki sinar-X, justru
menemukan fenomena penting tentang radioaktivitas.Secara umum sinar-X bekerja
bila energi tinggj elektron mengenai sasaran.Sinar-X itu sendiri tidak
mengandung elektron.Akan tetapi, gelombang yang dapat terlihat mata (yaitu
gelombang cahaya), kecuali panjang gelombang sinar-X jauh lebih pendek.
Sinar-X juga banyak dipergunakan
untuk keperluan industri, misalnya bisa digunakan untuk mengukur tebal suatu
benda atau mencari kerusakan yang tersembunyi.Sinar-X juga berfaedah pada
banyak bidang penyelidikan ilmiah, mulai dari biologi hingga astronomi. Sinar-X
menyuguhkan kepada para ilmuwan sejumlah besar informasi yang berkaitan dengan
atom dan struktur molekul
Rontgen tak mempunyai
anak karena itu dia dan istrinya, Anna Bertha Ludwig kemudian mengadopsi anak
seorang gadis, tahun 1901 Rontgen menerima hadiah Nobel bidang fisika yang
untuk pertama kalinya diberikan pada bidang itu. Dia tutup usia di Munich,
Jerman pada 10 Februari 1923.
C. PEMBAGIAN
SINAR-X
· Sinar-X Brehmsstrahlung
Electron dengan kecepatan tinggi (karena ada beda potensial 1000
Kvolt) yang mengenai target anoda, electron tiba-tiba akan mengalami pelemahan
yg sangat darastis oleh target sehingga menimbulkan sinar-x, sinar-x yg terjadi
dinamakan “sinar-x brehmsstrahlung” or “braking radiation”.
Pada waktu muatan (electron) yang bergerak dengan kecepatan tinggi (mengalami
percepatan), karena adanya beda potensial, muatan (electron) akan memancarkan
radiasi elektromagnetik dan ketika energy electron cukup tinggi maka radiasi
elektromagnetik tersebut dalam range sinar-x.Sinar-x jenis ini tidak
dipergunakan untuk XRD (X-Ray Difraction)
· Sinar-x karakteristik
Electron dari katoda yang bergerak dengan percepatan yg cukup
tinggi, dapat mengenai electron dari atom target (anoda) sehingga
menyebabkan electron tereksitasi dari atom, kemudian electron lain yang berada
pada sub kulit yang lebih tinggi akan mengisi kekosongan yang ditinggalkan oleh
electron tadi, dengan memancarkan sinar-x yang memiliki energy sebanding dengan
level energy electron. Karena sinar-X karakteristik memiliki Panjang gelombang
tertentu yang dapat difilter, maka jenis ini banyak diaplikasikan untuk XRD
(X-RAy Diffraction) dalam menentukan struktur material.
D. SIFAT-SIFAT
SINAR-X
Sinar x mempunyai beberapa sifat fisikyaitu daya tembus,
pertebaran, penyerapan, efek fotografik, fluoresensi, ionisasi dan efek
biologik, selain itu, sinar x tidak dapat dilihat dengan mata, bergerak lurus
yang mana kecepatannya sama dengan kecepatan cahaya, tidak dapat difraksikan
dengan lensa atau prisma tetapi dapat difraksikan dengan kisi kristal. Dapat
diserap oleh timah hitam, dapat dibelokkan setelah menembus logam atau benda
padat mempunyai frekuensi gelombang yang tinggi.
a) Daya tembus
Sinar x dapat menembus bahan atau massa yang padat dengan daya
tembus
yang
sangat besar seperti tulang dan gigi.Makin tinggi tegangan tabung (besarnya KV)
yang digunakan, makin besar daya tembusnya.Makin rendah berat atom atau
kepadatan suatu benda, makin besar daya tembusnya.
a. Sifat
ini dimanfaatkan untuk kepentingan diagnostik dan terapi
b. Daya
tembus sinar-x tidak dipengaruhi oleh bukan sifat fisis objek akan tetapi
dipengaruhi oleh beberap faktor :
1. Energi
sinar-x
2. Kosentrasi
atau densitas dari objek yang ditembus, Makin
banyak sinar-x yang menembus objek maka makin banyak sinar-x sampai ke film
maka makin hitam film.
3. Nomer
Atom bahan
4. Tebal bahan yang dilalui
b) Pertebaran
Apabila berkas sinar x melalui suatu bahan atau suatu zat, maka
berkas sinar
tersebut
akan bertebaran keseluruh arah, menimbulkan radiasi sekunder (radiasi hambur)
pada bahan atau zat yang dilalui. Hal ini akan menyebabkan terjadinya gambar
radiograf dan pada film akan tampak pengaburan kelabu secara menyeluruh. Untuk
mengurangi akibat radiasi hambur ini maka diantara subjek dengan diletakkan
timah hitam (grid) yang tipis.
c) Penyerapan
Sinar x dalam radiografi diserap oleh bahan atau zat sesuai dengan
berat atom
atau
kepadatan bahan atau zat tersebut. Makin tinggi kepadatannya atau berat atomnya
makin besar penyerapannya.
d) Fluoresensi
Sinar x menyebabkan bahan-bahan tertentu seperti kalsium tungstat
atau zink sulfide
memendarkan cahaya (luminisensi). Luminisensi ada 2 jenis yaitu :
1) Fluoresensi,
yaitu memendarkan cahaya sewaktu ada radiasi sinar x saja.
2) Fosforisensi,
pemendaran cahayaakan berlangsung beberapa saat walaupun radiasi sinar x sudah
dimatikan (after – glow).
e) Ionisasi
Efek primer dari sinar x apabila mengenai suatu bahan atau zat
dapatmenimbulkan ionisasi partikel-partikel atau zat tersebut.
f) Efek
Biologi
Sinar x akan menimbulkan perubahan-perubahan
biologi pada jaringan. Efekbiologi ini yang dipergunakan dalam pengobatan
radioterapi.
§ Sifat-sifat
sinar X (dr.J.F.Gabriel:1988)
1.
Menghitamkan plat potret (film)
2.
Mengionisasi gas
3.
Menembus beberapa zat
4.
Menimbulkan flurosensi
5.
Merusak jaringan.
§ Sifat-sifat
sinar X (Kardiawarman, Ph. D:1996)
1. tidak
dapat dilihat oleh mata, bergerak dalam lintasan lurus, dan dapat mempengaruhi
film fotografi sama seperti cahaya tampak.
2. daya
tembusnya lebih tinggi dari pada cahaya tampak, dan dapat menembus tubuh manusia,kayu,
beberapa lapis logam tebal.
3. dapat
digunakan untuk membuat gambar bayangan sebuah objek pada film fotografi (radiograf).
4. sinar-x
merupakan gelombang elektromagnetik dengan energi E = hf.
5. orde
panjang gelombang sinar-x adalah 0,5-2,5Ǻ. (sedangkan orede panjang gelombanguntuk
cahaya tampak = 6000 Ǻ). Jadi letak sinar-x dalam diagram spektrum gelombang elektromagnet
adalah antara sinar ultra violet dan sinar gama.
6. satuan
panjang gelombang sinar-x sering dinyatakan dalam dua jenis satuan yaitu angstroom
(Ǻ) dan satuan sinar-x (X Unit = XU). 1 kXU = 1000 XU =
1,00202 Ǻ.
7. Persamaan
gelombang untuk medan listrik sinar-x yang terpolarisasi bidang adalah Ë= A sin
(x/ƛ-ft) = A sin (kx-ωt).
Intensitas sinar-x adalah dE/dt (rata-rata aliran energi persatuan waktu) per
satu satuan luas yang tegak lurus arah rambat. Nilai rata-rata intensitas sinar-x
ini adalah berbanding lurus dengan A2. Satuan intensitas adalah 
(x/ƛ-ft) = A sin (kx-ωt).
Intensitas sinar-x adalah dE/dt (rata-rata aliran energi persatuan waktu) per
satu satuan luas yang tegak lurus arah rambat. Nilai rata-rata intensitas sinar-x
ini adalah berbanding lurus dengan A2. Satuan intensitas adalah
E. PROSES
TERBENTUKNYA SINAR-X
§ Proses
terbentuknya sinar X (Sjahrial Rasad, 2005)
Dalam urutan
prosesnya adalah sebagai berikut:
1. dihubungkan
dengan transformator tegangan tinggi, elektron-elektron akan dipercepat
gerakannya menuju anoda dan dipusatkan kealat pemusat (focusing cup)
2. Filamen
dibuat relatif negative terhadap sasaran (target) dengan memilih potensial
tinggi.
3. Awan-awan
katoda (filament) dipanaskan (lebih dari 20.000°c) sampai menyala dengan
mengalirkan listrik yang berasal dari transformator.
4. Karena
panas, electron-elektron dari katode (filament) terlepas.
5. Sewaktu
electron mendadak dihentikan pada sasaran (target) sehingga terbentuk panas
(>99%) dan sinar X (<1%).
6. Pelindung
(perisai) timah akan memecah keluarnya sinar X dari tabung. Sehingga sinar X
yang terbentuk hanya dapat keluar melalui jendela.
7. Panas
yang tinggi pada sasaran (target) akibat benturan electron ditiadakan oleh
radiator oendingin (Sjahrial Rasad, 2005).
Gambar 2 Skema tabung sinar-X (Hoxster:1982)
Keterangan
gambar:
1.
Katoda 4. Keping wolfarm 7. Anoda
2.
Filamen 5.
Ruang hampa 8. Diapragma
3.
Bidangfokus 6. Selubung 9. Berkas sinar guna
Prinsip
kerja dari pembangkit sinar-X dapat dijelaskan sebagai berikut, beda potensial
yang diberikan antara katoda dan anoda menggunakan sumber yang bertegangan
tinggi. Produksi sinar-X dihasilkan dalam suatu tabung berisi suatu
perlengkapan yang diperlukan untuk menghasilkan sinar-X yaitu bahan penghenti
atau sasaran dan ruang hampa.
Elektron
bebas terjadi karena emisi dari filamen yang dipanaskan. Dengan sistem fokus,
elektron bebas yang dipancarkan terpusat menuju anoda. Gerakan elektron ini
akan dipercepat dari katoda menuju anoda bila antara katoda dan anoda diberi
beda potensial yang cukup besar.
Gerakan
elektron yang berkecepatan tinggi dihentikan oleh suatu bahan yang ditempatkan
pada anoda. Tumbukan antara elektron dengan anoda ini menghasilkan sinar-X,
pada tumbukan antara elektron dengan sasaran akan ada energi yang hilang. Energi
ini akan diserap oleh sasaran dan berubah menjadi panas sehingga bahan sasaran
akan mudah memuai. Untuk menghindarinya bahan sasaran dipilih yang berbentuk
padat. Bahan yang biasa digunakan sebagai anoda adalah platina, wolfram, atau
tungsten.
Untuk
menghasilkan energi sinar-X yang lebih besar, tegangan yang diberikan ditingkatkan
sehingga menghasilkan elektron dengan kecepatan yang lebih tinggi. Dengan
demikian energi kinetik yang dapat diubah menjadi sinar-X juga lebih besar.
§
Sinar-X dari proses kejadiannya,
dikelompokan menjadi 2 yaitu :
1. Sinar-X Brehmsstrahlung
Gambar
3.Proses pembentukan sinar X bremsstarhlung.
Electron
dengan kecepatan tinggi (karena ada beda potensial 1000 Kvolt) yang mengenai
target anoda, electron tiba-tiba akan mengalami pelemahan yg sangat darastis
oleh target sehingga menimbulkan sinar-x, sinar-x yg terjadi dinamakan “sinar-x
brehmsstrahlung” or “braking radiation”. Pada waktu
muatan (electron) yang bergerak dengan kecepatan tinggi (mengalami percepatan),
karena adanya beda potensial, muatan (electron) akan memancarkan radiasi
elektromagnetik dan ketika energy electron cukup tinggi maka radiasi elektromagnetik
tersebut dalam range sinar-x.Sinar-x jenis ini tidak dipergunakan untuk XRD
(X-Ray Difraction)
2. Sinar-x karakteristik
Gambar
4. Proses pembentukan sinar X karakteristik.
Electron
dari katoda yang bergerak dengan percepatan yg cukup tinggi, dapat mengenai
electron dari atom target (anoda) sehingga menyebabkan electron
tereksitasi dari atom, kemudian electron lain yang berada pada sub kulit yang
lebih tinggi akan mengisi kekosongan yang ditinggalkan oleh electron tadi,
dengan memancarkan sinar-x yang memiliki energy sebanding dengan level energy
electron. Karena sinar-X karakteristik memiliki Panjang gelombang tertentu yang
dapat difilter, maka jenis ini banyak diaplikasikan untuk XRD (X-RAy
Diffraction) dalam menentukan struktur material
§ Syarat
Terjadinya Sinar X
1)
Ruang yang vacuum (hampa udara)
Pembentukan sinar x juga membutuhkan ruang vakum atau hampa udara.
Proses pembentukan harus dalam ruang vakum karena jika keadaan tidak vakum,
maka ketika elektron bergerak akan ada unsur atau partikel lain yang
menghalangi lintasan elektron menuju target yang bisa menyebabkan perubahan
arah elektron sehingga tidak menumbuk target atau berkurangnya kecepatan
elektron karena terhambat sehingga energi yang seharusnya dipancarkan besar
akan menjadi kecil. Maka dari itu, semua proses pembentukan dan komponen
pembangkit sinar x harus dalam ruang vakum
2)
Beda potensial yang tinggi
Setelah elektron bebas terkumpul, maka elektron perlu digerakkan
dengan sangat cepat menuju target. Elektron harus bergerak sangat cepat karena
energi sinar x yang akan dipancarkan elektron bergantung pada kecepatannya.
Untuk menggerakkan electron yang dibutuhkan adalah beda potensial yang tinggi.
Pada dasarnya elektron adalah partikel bermuatan negatif, maka target Anoda
perlu diberi tegangan positif yang tinggi agar dapat menarik elektron. Hal ini
bekerja seperti layaknya magnet, dua kutub yang berlainan akan saling tarik
menarik. Begitu juga dengan daya tarik muatan, jika muatan berbeda, akan
terjadi daya tarik antar partikel. Dengan hal ini, kita dapat mengatur seberapa
cepat elektron bergerak dengan mengatur tegangan tabung.Semakin tinggi
tegangannya, maka semakin cepat juga elektron bergerak, dan makin kuat daya
tembusnya.
3)
Sumber electron
Setiap materi terdiri dari atom, dan setiap atom memiliki elektron
yang mengelilingi nukleus.Dalam hal ini, filamen adalah sebagai sumber
elektron.Umumnya Logam dipilih sebagai filamen karena unsur logam memiliki
banyak elektron yang mengorbit di kulit atomnya.Yang perlu dilakukan adalah
melepaskan elektron yang mengorbit tersebut sehingga menjadi elektron bebas. Dengan
mengalirkan arus pada filamen, maka akan terjadi efek emisi termionis yang
menyebabkan elektron terlepas dari kulit atom.
4)
Target tumbukan
Filamen pada Katoda harus memilik sifat sebagai berikut:
- Memiliki Fungsi Kerja yang rendah
- Memiliki titik lebur (Melting Point) yang
tinggi
- Memiliki ketahanan mekanis yang tinggi
Umumnya Tungsten
digunakan sebagai bahan filamen karena Tungsten memiliki titik lebur yang
tinggi (3370°C), fungsi kerja 4,52 eV yang tidak terlalu tinggi untuk Tabung
Röntgen, dan strukturnya yang solid memiliki daya tahan mekanis yang tinggi.
Nomor Atom Tungsten juga tinggi (74), yang artinya banyak elektron yang
mengorbit inti atomnya, sehingga mudah dilepaskan
5)
Focusing
Hal terakhir yang perlu diperhatikan adalah target tumbukan atau
Anoda. Anoda disini bekerja sebagai material untuk berinteraksi dengan elektron
dan sebagai bahan penarik elektron karena diberi tegangan yang tinggi. Ketika
elektron bebas menumbuk target Anoda, maka sinar x akan dihasilkan, baik melalui
proses Bremsstrahlung atau proses Sinar X Karakteristik. Secara umum, ketika
elektron menabrak target, elektron akan memancarkan foton sinar x. Target Anoda
umumnya juga terbuat dari Tungsten karena ketahanan mekanisnya yang tinggi,
serta didukung beberapa material lain seperti Rhenium, Molybdenum, dan Grafit
untuk meningkatkan ketahanan mekanis target, dan meningkatkan daya dissipasi
panas target.
DAFTAR PUSTAKA
§
Akhadi Mukhlis. 1997. Dasar-dasar
Proteksi Radiasi. Jakarta: PT Rineka Cipta.
§
Gabriel.F.J.dr. 2006. Fisika
Kedokteran. Denpasar: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
§
Kardiawarman, Ph. D. 1996. Makalah
Sinar-X . Bandung:
§
Pusdiklat-BATAN. 2006. Dasar Fisika
Radiasi Bidang Radiodiagnostik . Jakarta: Pusat
Pendidikan Dan Pelatihan Badan Tenaga
Nuklir Nasional.
§ Rasad
Syahriar, Krtoleksono Sukonto, Ekayuda Iwan. 2005. Radiologi Diagnostik.
Jakarta: Gaya Baru.
§
Superinfo300396. 2012. Makalah sinar-X.
ini sumbernya darimana ya?
BalasHapusKeren mas artikelnya, tapi boleh tau sumbernya gak ? Untuk kuliah
BalasHapus