Fisika Radiasi

SINAR X

DEFINISI dan SEJARAH
Sinar X adalah salah satu radiasi gelombang elektromagnetik buatan yang memiliki panjang gelombang sangat pendek 10-7m s/d 10–9 m sehingga memiliki daya tembus yang tinggi terhadap material yang dilaluinya.
Radiasi dibagi menjadi 2 jenis :
1. Radiasi Pengion
2. Radiasi Non Pengion
• Pada tahun 1895, Roentgen (Wilhelm Conrad Roentgen, Jerman, 1845-1923), seorang profesor fisika dan rektor Universitas Wuerzburg di Jerman melakukan penelitian tabung sinar katoda. Ia membungkus tabung dengan suatu kertas hitam agar tidak terjadi kebocoran fotoluminesensi dari dalam tabung ke luar. Lalu ia membuat ruang penelitian menjadi gelap. Pada saat membangkitkan sinar katoda, ia mengamati sesuatu yang di luar dugaan. Pelat fotoluminesensi yang ada di atas meja mulai berpendar di dalam kegelapan. Walaupun dijauhkan dari tabung, pelat tersebut tetap berpendar. Dijauhkan sampai lebih 1 m dari tabung, pelat masih tetap berpendar. Roentgen berpikir pasti ada jenis radiasi baru yang belum diketahui terjadi di dalam tabung sinar katoda dan membuat pelat fotoluminesensi berpendar. Radiasi ini disebut sinar-X yang maksudnya adalah radiasi yang belum diketahui.
Tahun 1895 itu Roentgen melakukan penelitian sinar-X untuk mengetahui sifat-sifatnya. Berikut ini adalah sifat-sifat sinar-X:
• Sinar-X dipancarkan dari tempat yang paling kuat tersinari oleh sinar katoda.
• Intensitas cahaya yang dihasilkan pelat fotoluminesensi, berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titik terjadinya sinar-X dengan pelat fotoluminesensi. Meskipun pelat dijauhkan sekitar 2 m, cahaya masih dapat terdeteksi.
• Sinar-X dapat menembus buku 1000 halaman tetapi hampir seluruhnya terserap oleh timbal setebal 1,5 mm.
• Pelat fotografi sensitif terhadap sinar-X.
• Ketika tangan terpapari sinar-X di atas pelat fotografi, maka akan tergambar foto tulang tersebut pada pelat fotografi. Skema peralatan ditampilkan pada Gambar 2. Foto tulang tangan yang diambil pada saat itu ditampilkan pada Gambar 3.
• Lintasan sinar-X tidak dibelokkan oleh medan magnet (daya tembus dan lintasan yang tidak terbelokkan oleh medan magnet merupakan sifat yang membuat sinar-X berbeda dengan sinar katoda).

SPEKTRUM GELOMBANG SIFAT SIFAT SINAR X
1. Daya tembus
Sinar X dapat menembus bahan atau massa yang padat
2. Penyebaran
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
3. Penyerapan ( Absorbtion )
Sinar x dalam radiografi diserap oleh bahan atau zat sesuai dengan berat atom atau kepadatan bahan atau zat tersebut.
4. Fluoresensi
Sinar x menyebabkan bahan-bahan tertentu seperti kalsium tungstat atau zink sulfide memendarkan cahaya (luminisensi).
5. Ionisasi
Sinar x apabila mengenai suatu bahan atau zat dapat menimbulkan ionisasi partikel-partikel atau zat tersebut
6. Efek Biologi
Sinar x akan menimbulkan perubahan-perubahan biologi pada jaringan. Efek biologi ini yang dipergunakan dalam pengobatan radioterapi
7. Fotografi
Sinar X dapat menghitamkan film

PROSES PEMBANGKITAN SINAR X
Syarat syarat terjadinya sinar X :
• Adanya emisi elektron yang didapat dari pemanasan filament
• Beda potensial yang tinggi.
• Focusing Cup,untuk mengarahkan arah laju elektron
• Ada target, material khusus untuk tumbukan elektron
• Lintasan elektron Hampa Udara
Penjelasan Singkat
• Filament pada katoda dipanaskan sehingga terbentuk emisi elektron.Saat tegangan tinggi di alirkan pada kutub anoda dan katoda,maka elektron akan bergerak ke arah anoda dan menumbuk target.Hasil tumbukan ini mengakibatkan terjadinya beberapa reaksi sehingga 99% energi dikonversi menjadi panas dan 1% menjadi sinar X.
• Laju elektron diarahkan dengan focusing cup
• Lintasan elektron harus hampa udara
1. Pemanasan Filament 
Pemanasan filament akan menghasilkan emisi elektron.Arus pemanasan filament (Ih) biasanya berkisar 2A – 9A
2. Tegangan Tinggi (KV)
Tegangan tinggi pada anoda (+) dan katoda (-) berkisar antara 40KV-150 KV.Tegangan ini berfungsi untuk menarik elktron dari katoda ke anoda.
3. Rotary anoda
Saat elektron akan menumbuk target pada anoda, anoda berotasi untuk memberikan spot / titik tumbuk yang merata.
4.Tabung sinar X harus hampa udara,agar elektron bisa melintas dari katoda menuju anoda
5. Karena 99% energi hasil tumbukan elektron diubah menjadi panas,maka tabung X Ray dilapisi dengan gelas envelope dan oli pendingin untuk sirkulasi panas dan isolasi terhadap tegangan tinggi yang ada pada anoda dan katoda.
Interaksi Materi
Saat elektron bertumbukan dengan material khusus pada target,akan terjadi proses yang menghasilkan radiasi:
1. Proses eksitasi
2. Proses Bremstrahlung 
Proses Eksitasi
• Proses eksitasi adalah proses berpindahnya elektron ke kulit yang lebih luar, proses ini akan diikuti oleh proses de-eksitasi yaitu berpindahnya elektron dari kulit yang lebih luar mengisi posisi kosong yang ditinggalkan elektron tersebut.
• Pada proses de-ekitasi ini akan diikuti dengan memancarkan radiasi sinar-x karakteristik
Proses Bremsstrahlung
• Apabila elektron yang bergerak mengenai suatu atom,maka secara tiba2 laju elektron diperlambat secara drastis oleh atom tersebut sehingga mengubah arah lajunya.Saat proses perlambatan ini,elektron melepaskan energi berupa sinar X Bremstrahlung
• Makin besar nomor atom bahan penyerap akan menghasilkan fraksi sinar-x bremsstrahlung yang lebih besar

PARAMETER UTAMA DALAM PROSES PEMBANGKITAN X RAY
Tegangan Tabung (kV)
• Mempercepat elektron menuju katoda.
• Semakin tinggi tegangan yang diberikan akan semakin tinggi daya tembus sinar-x terhadap objek.
Arus Tabung 
• Filamen (katoda) adalah sebagai sumber emisi elektron yang dipengaruhi oleh besarnya arus filamen (Ih) yang diberikan, makin tinggi arus maka jumlah elektron akan semakin banyak pula.
• Intensitas sinar-x yang dihasilkan akan berbanding lurus dengan jumlah elektron yang menumbur target per detik.
• Intensitas sinar-x yang dihasilkan berbanding lurus dengan besarnya arus tabung (mA)
Material Target (anoda)
• Material pembentuk target (anoda) akan sangat mempengaruhi jumlah sinar-x per unit yang dihasilkan
• Material juga akan mepengaruhi sinar-x type mana yang akan dihasilkan (karakteristik atau bremsstrahlung)