Sinar x

PENGENALAN SINAR X-RAY
Kurniah K,Riska,Nurul Namira
Mahasiswa Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi
UIN Alauddin Makassar
Email : niakurniahk@gmail.com
Abstrak
          Radiasi sinar-X merupakan suatu gelombang elektromagnetik dengan gelombang pendek. Sinar-X dihasilkan dari tumbukan elektron berkecepatan tinggi dengan logam sasaran. Pada percobaan yang telah dilakukan, telah diperkenalkan mengenai beberapa alat yang digunakan pada percobaan sinar-X diantaranya X-ray basic unit 35 KV yang bisa digunakan untuk mengukur tekanan darah. DC amplifier dan DC constanter untuk mengukur tegangan, plug-in module with Mo-X-Ray tube, celah hamburan dan software X-ray yang digunakan. Berdasarkan hasil pengamatan yang dilakukan, karakteristik grafik yang diperoleh berbeda dengan grafik yang seharusnya. Ini dikarenakan adanya bagian alat X-ray yang mengalami kerusakan, yaitu kristal pada CU pecah, sehingga mempengaruhi hasil dari pengambilan data dan karakteristik grafik yang diinginkan.
Kata Kunci: Sinar X, Sinar katoda, Elektromagnet, dan Spektrum
I. PENDAHULUAN
A.    Latar Belakang
           Sinar-X adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang yang lebih pendek dari cahaya dan dihasilkan dengan memborbarding suatu target dengan elektron kecepatan tinggi. Target biasanya dibuat dari tungsten. Sinar-X adalah foton-foton berenergi tinggi (1–100 keV) dengan panjang gelombang dalam orde 1 Ǻ. Sinar-X dihasilkan dari penembakan suatu atom dengan elektron-elektron berenergi tinggi dengan cara memberi tegangan yang cukup besar. Elektronelektron ini  “menendang” elektron yang terikat pada inti atom, sehingga  terjadi kekosongan pada kulit atom. Kekosongan ini langsung diisi oleh elektron dari kulit atau orbital terluar. Pada saat  perpindahan transisi elektron dari kulit terluar ke kulit terdalam ini, dipancarkan tenaga yang merupakan gelombang elektromagnet yang disebut dengan sinar-X(Syamsul Bahri, 2005).
               Radiasi merupakan energi yang dipancarkan dalam bentuk partikel atau gelombang elektromagnetik atau cahaya (foton) dari sumber radiasi. Radiasi yang ditimbulkan dari tindakan medis yang berasal dari sumber buatan manusia, misalnya radiasi dari sinar X. Radiografi atau Roentgen sinar X termasuk ke dalam radiasi pengion yang merupakan sarana penunjang diagnositik yang sudah berkembang pesat. Dalam bidang medis penggunaan sinar X untuk pencitraan diagnostik telah digunakan selama lebih dari satu abad. Salah satu manfaat sinar X adalah dapat  mendeteksi penyakit kelainan organ dengan cepat melalui radiodiagnosa. Disamping memberikan manfaat bagi manusia, radiasi juga mengandung potensi bahaya (Fauziyah, Dwijananti, 2008).
B.     Rumusan Masalah
         Rumusam masalah pada percobaan ini adalah sebagai berikut :
a.       Bagaimana memahami prinsip tabung katoda.?
b.      Bagaimana  cara mengoperasikan x-ray 35 KV.?
c.       Bagaimana mengetahui spectrum intensitas radiasi polikromatik dari tabung x-ray dengan bantuan sebuah mikrokristal LiF.?
d.      Bagaimana menentukan dan memplot grafik intensitas dari Ka karakteristik  dan  radiasi Kb sebagai fungsi dari kedua arus dan tegangan anoda.?
e.    Bagaimana membandingkan hasil pengukuran dengan rumus intensitas teoritis.?
C.    Tujuan Percobaan
Tujuan percobaan pada praktikum ini adalah sebagai berikut :
a.       memahami prinsip tabung katoda
b.      untuk mengetahui cara mengoperasikan x-ray 35 KV
c.       mengetahui dan mencatat hasil spectrum intensitas radiasi polikromatik dari tabung x-ray dengan bantuan sebuah mikrokristal LiF
d.      menentukan dan memplot grafik intensitas dari Ka karakteristik dan radiasi Kb sebagai fungsi dari kedua arus dan tegangan anoda
e.       membandingkan hasil pengukuran dengan rumus intensitas teoritis
II.    TINJAUAN PUSTAKA
A.Sinar -X
Sinar-X ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen seorang berkebangsaan Jerman pada tahun 1895. Penemuanya diilhami  dari hasil percobaan percobaan sebelumnya antara lain dari J.J Thomson mengenai tabung katoda dan Heinrich Hertz tentang foto listrik. Kedua percobaan tersebut mengamati gerak electron yang keluar dari katoda menuju ke anoda yang berada dalam tabung kaca yang hampa udara. Pembangkit sinar-X berupa tabung hampa udara yang di dalamnya terdapat filamen yang juga sebagai katoda dan terdapat komponen anoda. Jika filamen dipanaskan maka akan keluar elektron dan apabila antara katoda dan anoda diberi beda potensial yang tinggi, elektron akan dipercepat menuju ke anoda. Dengan percepatan elektron tersebut maka akan terjadi tumbukan tak kenyal sempurna antara elektron dengan anoda, akibatnya terjadi pancaran radiasi sinar-X (suyatno, 2008).
Melalui generator yang membuat aliran listrik dengan potensial tinggi, logam pijar molybdenum memijar, pada saat tertentu logam pijar tersebut menghasilkan awan electron (logam pijar molybdenum disebut sebagai filamen) pada suhu tertentu serta saat tertentu pula electron electron tertarik ke anoda (anoda adalah unsur radioaktif barium platinum sianida atau tungsten carbide). Dengan kata lain bila anoda dibombardir oleh elektron, akan timbul pancaran sinar radiasi roentgen atau sinar x, keadaan ini terjadi pada tabung vakum Coolidge (trelia boel, 2009).
Pemanfaatan sinar-X di bidang kedokteran nuklir merupakan salah satu cara untuk meningkatkan kesehatan masyarakat.  Aplikasi ini telah cukup beragam mulai dari radiasi untuk diagnostic, pemeriksaan sinar-X gigi dan penggunaan radiasi sinar-X untuk terapi. Radioterapi adalah suatu pengobatan yang menggunakan sinar pengion yang banyak dipakai untuk menangani penyakit kanker. Alat diagnosis yang banyak digunakan di daerah adalah pesawat sinar-X (photo Rontgen) yang berfungsi untuk photo thorax, tulang tangan,kaki dan organ tubuh yang lainnya. Alat terapi  banyak terdapat di rumah sakit-rumah sakit perkotaan karena membutuhkan daya listrik yang cukup besar. Di negara maju, fasilitas kesehatan yang menggunakan radiasi sinar-X telah sangat umum dan sering digunakan. (suyatno, 2008).
B.Sifat-sifat sinar-X
Pancaran sinar-X dapat diperolehi daripada sejenis alat elektronik yang dinamakan tiub x-ray. Daripada kajian ahli sains didapati sinar-X mempunyai sifat-sifat tertentu yang dapat dibahagikan kepada sifat biasa dan sifat khas.Sinar-X bergerak laju  dan lurus.Tidak boleh difokus oleh kanta atau cermin dan tidak boleh dipesong oleh medan magnet sekitar arah tuju yang dilaluinya.Mematuhi peraturan ‘Hukum Kuasa Dua Songsang’ iaitu keamatan sinar berubah dengan kuasa dua songsang jarak daripada punca pancaran.Kesan pendarcahaya - memberikan kesan cahaya kepada sebatian kimia seperti zink sulfida, kalsium tungstat dan barium platinosiamida.Kesan fotografi - memberikan penghitaman kepada filem apabila didedah kepada sinar-X.Kesan pengionan - alur sinar-X yang lintas melalui gas memindahkan tenaganya kepada molekul-molekul yang seterusnya akan berpecah kepada zarah yang bercas positif dan negatif.Kesan biologi - sinar-X bertindak dengan kesemua tisu hidup yang terdapat dalam badan(Anonim,2018).
C. Tabung sinar x
Tabung sinar x terdiri dari tabung gelas hampa udara, elektroda positif disebut anoda dan elektroda positif disebut katoda. Katoda dibalut dengan filament, bila diberi arus beberapa mA bisa melepaskan elektron. Dengan memberi tegangan tinggi antara anoda dan katoda maka elektron katoda ditarik ke anoda. Arus elektron ini dikonsentrasikan dalam satu berkas dengan bantuan sebuah silinder (focusing cup). Antikatoda menempel pada anoda dibuat dari logam dengan titik permukaan lebih tinggi, berbentuk cekungan seperti mangkuk. Waktu elektron dengan kecepatan tinggi di dalam berkas tersebut menumbuk antikatoda, terjadilah sinar x. Makin tinggi nomor atom katoda maka makin tinggi kecepatan elektron, akan makin besar daya tembus sinar x yang terjadi. Antikatoda umumnya dibuat dari tungsten, sebab elemen ini nomor atomnya tinggi dan titik leburnya juga tinggi (34000C) hanya sebagian kecil energi elektron yang berubah menjadi sinar x kurang dari 1% pada tegangan 100 kV dan sebagian besar berubah menjadi panas waktu menumbuk antikatoda. Panas yang tinggi pada tabung didinginkan dengan menggunakan pendingin minyak emersi / air(Anonim,2018).
D.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 yang 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-xjenis ini tidak dipergunakan untuk XRD (X-Ray Difraction). 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 mengisikekosongan 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(Anonim,2018)
E.Produksi dan Prinsip Dasar Penggambaran Sinar-X
Sinar-X atau sinar Rontgen ditemukan oleh W.C. Rontgen pada tahun 1895 merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang sangat pendek (1 Ǻ = 10-8 cm), sehingga mempunyai daya tembus yang tinggi. Sinar-X dapat pula terbentuk melalui proses perpindahan elektron atom dari tingkat energi yang lebih tinggi menuju ke tingkat energi yang lebih rendah. Sinar-X yang terbentuk melalui proses ini mempunyai energi sama dengan selisih energi antara kedua tingkat energi elektron tersebut. Karena setiap jenis atom memiliki tingkat-tingkat energi elektron yang berbeda-beda, maka sinar-X yang terbentuk dari proses ini disebut sinar-X karakteristik yang mempunyai spectrum energi adalah diskrit. Proses terjadinya radiasi sinar-X karakteristik (Sumber : The Essential Physics of Medical Imaging, Busberg,2002,hal 101) 6 Sinar-X dapat diproduksi dengan jalan menembaki target logam dengan elektron cepat dalam suatu tabung vakum sinar katoda. Elektron sebagai proyektil dihasilkan dari pemanasan filament yang juga berfungsi sebagai katoda. Elektron dari filamen dipercepat gerakannya, elektron yang bergerak sangat cepat itu akhirnya ditumbukkan ke target logam bernomor atom tinggi dan suhu lelehnya juga tinggi. Target logam ini sekaligus juga berfungsi sebagai anoda. Ketika elektron berenergi tinggi itu menabrak target logam, maka sinar-X akan terpancar dari permukaan logam tersebut yang dikenal dengan sinar-X Bremstrahlung. Sinar-X yang terbentuk melalui proses ini mempunyai energi maksimal sama dengan energi kinetik elektron pada saat terjadinya perlambatan. Sinar-X bremstrahlung mempunyai spektrum kontinu(Busberg,2002:101)






III.  METODOLOGI PENELITIAN
A.    Waktu dan Tempat Penelitian
Percobaan ini dilaksanakan pada hari Rabu tanggal 11 Januari 2019 di Laboratorium Fisika Modern, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar.
B.     Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam percobaan ini yaitu X-ray basic unit 35 KV, goniometer untuk X-ray unit 35 KV , LIF (Lithium Fluorid Cristal), celah hamburan dan data cable 2 x SUB-D serta plug/socket, 9 pole. Sedangkan bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu plug-in module with Mo-X-Ray dan kabel penghubung.
C.    Prosedur Kerja
Prosedur kerja yang dilakukan dalam percobaan ini yaitu sebagai berikut:
1.      Merangkai X-Ray sesuai rangkaian dasar X-Ray, dapat dilihat pada gambar (1):
                           
                                      Gambar (1): Rangkaian Dasar X-Ray
2.      Kemudian menghubungkan X-Ray dengan sumber tegangan
3.      Memasang X-Ray plug Mo pada X-Ray Basic Unit 35 kV
4.      Memasang celah hamburan
5.      Mengatur kV dan mAs pada X-ray Basic Unit
6.      Mengamati pola difraksi yang terjadi.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A.    Hasil Pengamatan
Hasil pengamatan yang diperoleh  pada percobaan ini adalah sebagai berikut :
         
        
                         

                        

                 

                 

                 

                

                 

                    

                    

                  

                 

                
              

           

           

       

       

          

        

        

        

        

       


          




B Pembahasan
Pada eksperimen yang  dilakukan, telah diperkenalkan mengenai beberapa komponen yang digunakan pada percobaan sinar-X diantaranya X-ray basic unit 35 KV yang bisa digunakan untuk mengukur tekanan darah. DC amplifier dan DC constanter untuk mengukur tegangan, plug-in module with Mo-X-Ray tube, celah hamburan dan  software X-ray yang digunakan. Pada eksperimen ini digunakan Lithium fluoride  yang merupakan senyawa anorganik dengan rumus kimia LiF. Senyawa aini berwarna bening, strukturnya padat, transisinya menjadi berwarna putih dengan mengurangi ukuran kristalnya. Meskipun tidak berbau, lithium fluoride memiliki rasa pahit-garam. Strukturnya analog dengan natrium klorida, tetapi jauh lebih sedikit larutdalam air. Hal ini terutama digunakan sebagai komponen dari garam cair. Pembentukan  LiF melepaskan salah satu energi tertinggi per massa reaktan. Lithium Fluoride (LiF) memiliki indeks bias terendah dari semua bahan inframerah pada umumnya. LiF jugamemiliki transmisi UV tertinggi dari bahan apapun.
Berdasarkan hasil pengamatan, karakteristik grafik yang diperoleh berbeda dengan grafik yang seharusnya. Hal ini dikarenakan adanya bagian alat X-ray yang mengalami kerusakan, yaitu tidak adanya monokristal yang digunakan pada x-ray basic unit. Sehingga tidak dapat dibandingkan hasil yang diperoleh dengan teori.dimana Berdasarkan persamaan Bragg, jika seberkas sinar-X di jatuhkan pada sampel kristal,maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar-X yang memiliki panjang gelombang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal tersebut. Sinar yang dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian diterjemahkan sebagai sebuah puncak difraksi. Makin banyak bidangkristal yang terdapat dalam sampel, makin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya.

V.    KESIMPULAN DAN SARAN
A.    Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa : .
1.     Prinsip kerja tabung katoda adalah filamen yang diberi catu daya dari sumber tegangan rendah (V) akan mengeluarkan elektron  secara termal. Elektron-elektron ini selanjutnya dipercepat oleh tegangan tinggi yang timbul antara anoda dan katoda, sehingga mereka memperoleh energy kinetic yang sangat besar. Pada saat menumbuk anoda elektron-elektron ini akan melepaskan energi kinetiknya. Sebagian kecil dari energy tersebut berubah menjadi energi gelombang elektromagnetik yang disebut sinar x, sedangkan sebagian besar dari energi kinetic itu berubah menjadi panas yang menumpuk pada anoda.
2.     Cara pengoperasian x-ray yaitu awalnya x-ray dihubungkan dengan sumber tegangan kemudian memasang x-ray plug Mo atau plug Cu kemudian memasang celah hamburan dan mengatur kV dan mAs pada x-ray dan melihat pola difraksi yang dihasilkan
3.  Lithium Fluoride (LiF) memiliki indeks bias terendah dari semua bahan inframerah pada umumnya. LiF jugamemiliki transmisi UV tertinggi dari bahan apapun.
4.  Berdasarkan grafik yang diperoleh, k menghasilkan grafik yang mempunyai perbedaan cukup signifikan  dengan  teori
5.  Tidak  adanya monokristal yang digunakan pada x-ray basic unit. Sehingga tidak dapat dibandingkan hasil yang diperoleh dengan teori.
B.     Saran
Saran yang dapat disampaikan pada percobaan ini yaitu sebaiknya perangkat dari sinar X yang rusak  tersebut diganti sehingga karakteristik sinar x dapat terbentuk dan data yang diperoleh lebih akurat.




DAFTAR PUSTAKA
Anonim,2018.sinar x. http://agenacemaxsjateng..com/2013/04/sejarah-bahaya-dan-kegunaan-sinar-x-ray.html#sthash.GvfDqRJo.dpuf(diakses pada tanggal 11 januari 2019)
Boel, Trelia. 2009. Dental Radiologi Prinsip Dan Teknik. Medan: USU press
Dwijananti dan Fauziyah, 2013.” Pengaruh Radiasi Sinar X Terhadap Motilitas     Sperma Pada Tikus Mencit (Mus Muculus)”, Jurnal Pendidikan Fisika                 Indonesia 9 (2013) 93-98
Suyatno, Ferry, 2008. “Aplikasi Radiasi Sinar-X Di Bidang Kedokteran Untuk Menunjang   Kesehatan Masyarakat”, Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir, ISSN 1978-0176
Syamsul Bahri, 2005.” Variasi tegangan pemercepat  terhadap spekrum sinar-X untuk       absorber Cu dan Al”, Jurnal Gradien Vol.1 No.1 Januari 2005 : 6-9