FISIKA SINAR-X,

PENGENALAN SINAR-X 

1.     Pengertian Sinar-X

Sinar –X adalah gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang 10^-8 -10^-12 m dan frekuensi sekitar 10¹⁶ -10²¹ Hz. Sinar ini dpat menembus benda-benda lunak seperti daging dan kulit tetapi tidak dapat menembus benda-benda keras seperti tulang, gigi, dan logam. Sinar-X sering di gunakan di berbagai bidang seperti bidang kedokteran, fisika, kimia, mineralogy, metarulugi, dan biologi.

2.     Sejarah Penemuan Sinar-X

Sinar-X ditemukan pertama kali oleh fisikawan berkebangsaan Jerman Wilhelm C. Roentgen pada tanggal 8 November 1895. Saat itu Roentgen bekerja menggunakan tabung. Dia mengamati nyala hijau pada tabung yang sebelumnya menarik perhatian Crookes. Roentgen selanjutnya mencoba menutup tabung itu dengan kertas hitam dengan harapan agar tidak ada cahaya tampak yang dapat lewat. Namun setelah ditutup ternyata masih ada sesuatu yang dapat lewat. Roentgen Menyimpulkan bahwa ada sinar-sinar tidak tampak yang mampu menerobos kertas hitam tersebut.

Pada saat Roentgen menyalakan sumber listrik tabung untuk penelitian sinar katoda, beliau mendapatkan bahwa ada sejenis cahaya berpendar pada layar yang terbuat dari barium platino cyanida yang kebetulan berada di dekatnya. Jika sumber listrik dipadamkan, maka cahaya pendar pun hilang. Roentgen segera menyadari bahwa sejenis sinar yang tidak kelihatan telah muncul dari dalam tabung sinar katoda. Karena sebelumnya tidak pernah dikenal, maka sinar ini diberi nama sinar-X. Namun untuk menghargai jasa beliau dalam penemuan ini maka seringkali sinar-X itu dinamai juga sinar Roentgen.

            Nyala hijau yang terlihat oleh Crookes dan Roentgen akhirnya diketahui bahwa sinar tersebut tak lain adalah gelombang cahaya yang dipancarkan oleh dinding kaca pada tabung sewaktu elektron menabrak dinding itu, sebagai akibat terjadinya pelucutan listrik melalui gas yang masih tersisa di dalam tabung. Pada saat yang bersamaan elektron itu merangsang atom pada kaca untuk mengeluarkan gelombang elektromagnetik yang panjang gelombangnya sangat pendek dalam bentuk sinar-X. Sejak saat itu para ahli fisika telah mengetahui bahwa sinar-X dapat dihasilkan bila elektron dengan kecepatan yang sangat tinggi menabrak atom.

            Tergiur oleh penemuannya yang tidak sengaja itu, Roentgen memusatkan perhatiannya pada penyelidikan sinar-X. Dari penyelidikan itu beliau mendapatkan bahwa sinar-X dapat memendarkan berbagai jenis bahan kimia. Sinar-X juga dapat menembus berbagai materi yang tidak dapat ditembus oleh sinar tampak biasa yang sudah dikenal pada saat itu. Di samping itu, Roentgen juga bisa melihat bayangan tulang tangannya pada layar yang berpendar dengan cara menempatkan tangannya di antara tabung sinar katoda dan layar. Dari hasil penyelidikan berikutnya diketahui bahwa sinar-X ini merambat menempuh perjalanan lurus dan tidak dibelokkan baik oleh medan listrik maupun medan magnet. Atas jasa-jasa Roentgen dalam menemukan dan mempelajari sinar-X ini, maka pada tahun 1901 beliau dianugerahi Hadiah Nobel Bidang Fisika yang untuk pertama kalinya diberikan dalam bidang ini. Penemuan Sinar-X ternyata mampu mengantarkan ke arah terjadinya perubahan mendasar dalam bidang kedokteran. Dalam kegiatan medis, Sinar-X dapat dimanfaatkan untuk diagnosa maupun terapi. Dengan penemuan sinar-X ini, informasi mengenai tubuh manusia menjadi mudah diperoleh tanpa perlu melakukan operasi bedah.

            Sinar-X dapat terbentuk apabila partikel bermuatan misalnya elektron oleh pengaruh gaya inti atom bahan mengalami perlambatan. Sinar-X yang tidak lain adalah gelombang elektromagnetik yang terbentuk melalui proses ini disebut sinar-X bremsstrahlung. Sinar-X yang terbentuk dengan cara demikian mempunyai energi paling tinggi sama dengan energi kinetik partikel bermuatan pada waktu terjadinya perlambatan.

  

Gambar. Eksitasi elektron sinar-X

Ketika terjadi perlambatan dan menimbulkan sinar-X, sinar-X yang terjadi umumnya memiliki energi yang berbeda-beda sesuai dengan energi kinetik elektron pada saat terbentuknya sinar-X dan juga bergantung pada arah pancarannya.

                       

                        Gambar. Proses pembentukan sinar-X memakai tabung katoda-anoda

            Sinar-X dapat juga terbentuk dalam proses perpindahan elektron-elektron atom dari tingkat energi yang lebih tinggi menuju ke tingkat energi yang lebih rendah, misalnya dalam proses lanjutan efek fotolistrik. Sinar-X yang terbentuk dengan cara seperti ini mempunyai energi yang sama dengan selisih energi antara kedua tingkat energi yang berkaitan. Karena energi ini khas untuk setiap jenis atom, sinar yang terbentuk dalam proses ini disebut sinar-X karakteristik, kelompok sinar-X demikian mempunyai energi farik. Sinar-X karakteristik yang timbul oleh berpindahnya elektron dari suatu tingkat energi menuju ke lintasan k, disebut sinar-X garis K, sedangkan yang menuju ke lintasan l, dan seterusnya. Sinar-X bremsstrahlung dapat dihasilkan melalui pesawat sinar-X atau pemercepat partikel.
            Pada dasarnya pesawat sinar-X terdiri dari tiga bagian utama, yaitu tabung sinar-X, sumber tegangan tinggi yang mencatu tegangan listrik pada kedua elektrode dalam tabung sinar-X, dan unit pengatur. Bagian pesawat sinar-X yang menjadi sumber radiasi adalah tabung sinar-X. Didalam tabung pesawat sinar-X yang biasanya terbuat dari bahan gelas terdapat filamen yang bertindak sebagai katode dan target yang bertindak sebagai anode. Tabung pesawat sinar-X dibuat hampa udara agar elektron yang berasal dari filamen tidak terhalang oleh molekul udara dalam perjalanannya menuju ke anode. Filamen yang di panasi oleh arus listrik bertegangan rendah (If) menjadi sumber elektron. Makin besar arus filamen IF, akan makin tinggi suhu filamen dan berakibat makin banyak elektron dibebaskan persatuan waktu.

            Elektron yang dibebaskan oleh filamen tertarik ke anode oleh adanya beda potensial yang besar atau tegangan tinggi antara katode dan anode yang dicatu oleh unit sumber tegangan tinggi (potensial katode beberapa puluh hingga beberapa ratus kV atau MV lebih rendah dibandingkan potensial anode), elektron ini menabrak bahan target yang umumnya bernomor atom dan bertitik cair tinggi (misalnya tungsten) dan terjadilah proses bremsstrahlung. Khusus pada pemercepat partikel energi tinggi beberapa elektron atau partikel yang dipercepat dapat agak menyimpang dan menabrak dinding sehingga
menimbulkan bremsstrahlung pada dinding. Beda potensial atau tegangan antara kedua elektrode menentukan energi maksimum sinar-X yang terbentuk, sedangkan fluks sinar-X bergantung pada jumlah elektron persatuan waktu yang sampai ke bidang anode yang terakhir ini disebut arus tabung It yang sudah barang tentu bergantung pada arus filamen It. Namun demikian dalam batas tertentu, tegangan tabung juga dapat mempengaruhi arus tabung. Arus tabung dalam sistem pesawat sinar-X biasanya hanya mempunyai tingkat besaran dalam milliampere (mA), berbeda dengan arus filamen yang besarnya dalam tingkat ampere.

  Gambar: Penemu sinar-X

3.     Cara Kerja Sinar-X

            Pada aplikasinya, penciptaan sinar-x tak lagi mengandalkan mekanisme tabung crookes, melakinkan dengan menggunakan pesawat sinar-x modern. Pesawat sinar-x modern pada dasarnya membangkitkan sinar-x dengan mem’bombardir’ target logam dengan elektron berkecepatan tinggi. Elektron yang berkecepatan tinggi tentunya memiliki energi yang tinggi, dan karenanya mampu menembus elektron-elektron orbital luar pada materi target hingga menumbuk elektron orbital pada kulit k (terdekat dengan inti).

            Elektron yang tertumbuk akan terpental dari orbitnya, meninggalkan hole pada tempatnya semula. Hole yang ditinggalkannya itu akan diisi oleh elektron dari kulit luar dan proses itu melibatkan pelepasan foton (cahaya elektromagnetik) dari elektron pengisi tersebut. Foton yang keluar itulah yang kemudian disebut sinar-x, dan keseluruhan proses terbentuknya sinar-x melalui mekanisme tersebut disebut mekanisme sinar-x karakteristik.
            Adapun mekanisme lain yang mungkin terjadi adalah emisi foton yang dialami oleh elektron cepat yang dibelokkan oleh inti atom target atas konsekuensi dari interaksi coulomb antara inti atom target dengan elektron cepat. Proses pembelokkan ini melibatkan perlambatan dan karenanya memerlukan emisi energi berupa foton. Mekanisme ini disebut bremsstrahlung (bahasa jerman dari ‘radiasi pengereman’).

    

Gambar. Proses produksi sinar-X

            Seperti terlihat pada gambar ilustrasi, beda potensial antara anoda dan katoda dibuat sedemikian rupa sehingga mencapai angka yang cukup untuk membuat elektron melompat dengan kecepatan tinggi setelah katoda diberi energy (biasanya 1000 volt). Setelah elektron pada katoda melompat dan menghantam filamen pada anoda, terjadilah sinar-x yang terjadi dengan mekanisme sinar-x karakteristik ataupun bremsstrahlung. Karena filamen pada anoda dimiringkan ke bawah, foton sinar-x akan menuju ke bawah, keluar dari pesawat sinar-x lalu melewati jaringan yang dipotret. Bayangan/citra pun terbentuk pada film yang diletakkan di bawahnya.

Aplikasi Sinar-X Dalam Kehidupan Sehari-Hari

1.     Bidang Kesehatan

·        Sinar-X energirendah digunakan untuk mengambil gambar foto yang dikenal sebagai radiograf. Sinar-X bisa menembus tubuh manusia tetapi diserap oleh bagian yang lebih padat seperti tulang.

 

Gambar foto sinar-X digunakan untuk memperlihatkan kecacatan tulang, mengdeteksi tulang yang patah dan memperlihatkan keadaan organ-organ dalam tubuh.

·        Sinar-X keras digunakan untuk memusnahkan sel-sel kanker. Cara ini dikenal sebagai radioterapi.

2.     Dalam Bidang Perindustrian

·      Mengetahui kecacatan dalam struktur binaan atau bagian-bagian dalam mesin dan engine.

·      Memperbaiki rekahan dalam pipa logam, dinding konkrit dan tekanan tinggi.

·      Memeriksa retakan dalam struktur plastik dan getah.

3.     Dalam Bidang Penyelidikan

·        Sinar-X digunakan untuk menyelidik struktur hablur dan jarak pemisahan antara atom-atom dalam suatu bahan hablur.

4.     Kegunaan lainnya

·        Sinar-X digunakan untuk mengesahkan sama ada suatu lukisan atau objek seni purba itu benar atau tiruan.

·        Di lapangan kapal terbang, sinar-X lembut digunakan untuk memeriksa barang-barang dan beg penumpang.

Efek Yang Ditimbulkan Dari Sinar-X

            Efek merugikan tersebut berupa kerontokan rambut dan kerusakan kulit. Pada tahun 1897 di Amerika Serikat dilaporkan adanya 69 kasus kerusakan kulit yang disebabkan oleh sinar-X, sedang pada tahun 1902 angka yang dilaporkan meningkat menjadi 170 kasus. Pada tahun 1911 di Jerman juga dilaporkan adanya 94 kasus tumor yang disebabkan oleh sinar-X. Meskipun beberapa efek merugikan dari sinar-X dan gamma telah teramati, namun upaya perlindungan terhadap bahaya penyinaran sinar-X dan gamma belum terfikirkan. Marie Curie, penemu bahan radioaktif Po dan Ra meninggal pada tahun 1934 akibat terserang oleh leukemia. Penyakit tersebut besar kemungkinan akibat paparan radiasi karena seringnya beliau berhubungan dengan bahan-bahan radioaktif.

Efek lainnya yaitu :

·        Pemusnahan sel-sel dalam tubuh.

·        Perubahan struktur genetik suatu sel.

·        Penyakit kanser darah.

·         Kesan-kesan buruk seperti rambut rontok, kulit menjadi merah dan berbisul

http://hadirwong.blogspot.com/2009/12/manfaat-sinar-x.html