Page 2
8 –
Suyati dan Mukhlis Akhadi
Buletin ALARA Vol. 2 No. 2, Desember 1998
anatomi maupun fisiologi, pada
mulanya
merupakan obyek yang tidak dapat dilihat secara
langsung oleh mata. Namun dengan ditemukannya
sinar-X, tubuh manusia ternyata dapat diubah
menjadi obyek yang transparan. Sinar-X mampu
membedakan kerapatan dari berbagai jaringan
dalam tubuh manusia yang dilewatinya. Dengan
penemuan sinar-X ini, informasi mengenai tubuh
manusia menjadi mudah diperoleh tanpa perlu
melakukan operasi bedah.
Masyarakat mulai
percaya pada kemampuan sinar-X ketika Roentgen
mempertontonkan gambar foto telapak tangan dan
jari-jari istrinya yang memakai cincin yang dibuat
menggunakan sinar-X [5].
Proses pembuatan gambar anatomi tubuh
manusia dengan sinar-X dapat dilakukan pada
permukaan film fotografi. Gambar terbentuk karena
adanya perbedaan intensitas sinar-X yang mengenai
permukaan film setelah terjadinya penyerapan
sebagian sinar-X oleh bagain tubuh manusia. Daya
serap tubuh terhadap sinar-X sangat bergantung
pada kandungan unsur-unsur yang ada di dalam
organ. Tulang manusia yang didominasi oleh unsur
Ca mempunyai kemampuan menyerap yang tinggi
terhadap sinar-X. Karena penyerapan itu maka
sinar-X yang melewati tulang akan memberikan
bayangan gambar pada film yang berbeda
dibandingkan bayangan gambar dari organ tubuh
yang hanya berisi udara seperti paru-paru, atau air
seperti jaringan lunak pada umumnya.
PROSES TERBENTUKNYA SINAR-X
Dalam perkembangan berikutnya, sinar-X dibangkitkan dengan jalan menembaki target logam dengan elektron cepat dalam suatu tabung vakum sinar katoda [6]. Elektron sebagai proyektil dihasilkan dari pemanasan filamen yang juga berfungsi sebagai katoda. Elektron dari filamen dipercepat gerakannya menggunakan tegangan
listrik berorde 10
- 10
6Volt. 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, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1: Proses terbentuknya sinar-X
Elektron sebagai partikel bermuatan listrik
yang bergerak dengan kecepatan tinggi, apabila
melintas dekat ke inti suatu atom, maka gaya tarik
elektrostatik inti atom yang kuat akan menyebabkan
elektron membelok dengan tajam. Peristiwa itu
menyebabkan
elektron kehilangan energinya
dengan memancarkan radiasi elektromagnetik yang
dikenal sebagai sinar-X bremsstrahlung [7]. Total
bremsstrahlung per atom kira-kira berbanding lurus
dengan (Z/m)
2
, dengan Z adalah nomor atom bahan
penyerap dan m adalah massa partikel bermuatan.
Karena bergantung dengan faktor (1/m)
2
, maka jumlah bremsstrahlung dapat diabaikan
keberadaannya untuk semua partikel kecuali
elektron, karena harga m untuk elektron yang sangat
rendah sehingga nilai (1/m)
2
sangat tinggi.
Untuk berkas elektron yang datang menuju
target tipis, fraksi dari energi elektron yang diubah
menjadi sinar-X bremsstrahlung (f) adalah [7] :
f ˜ 7 x 10
-4
Z E
k
(1)
dengan : Z adalah nomor atom bahan penyerap
dan E
k
adalah energi berkas dalam MeV.
Berdasarkan persamaan (1), 1 MeV berkas elektron
akan kehilangan sekitar 6 % energinya menjadi
Page 3
Mengukur kualitas radiasi keluaran pesawat sinar-X
– 9
Buletin ALARA Vol. 2 No. 2, Desember 1998
sinar-X jika berkas tersebut diserap oleh timbal (Z =
82). Fraksi bremsstrahlung yang terbentuk menjadi
kecil apabila berkas elektron diserap oleh bahan
bernomor atom rendah. Fraksi energi elektron yang
berubah menjadi bremsstrahlung hanya 0,4 % jika
diserap oleh aluminium (Z = 13).
Sinar-X dapat pula terbentuk melalui proses
perpindahan elektron atom dari tingkat energi yang
lebih tinggi menuju ke tingkat energi yang lebih
rendah [1,2,6]. Adanya tingkat-tingkat energi dalam
atom dapat digunakan untuk menerangkan terjadi-
nya spektrum sinar-X dari suatu atom. 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.
Sinar-X karakteristik terjadi karena elektron
atom yang berada pada kulit K terionisasi.
Kekosongan kulit K ini segera diisi oleh elektron
dari kulit di atasnya. Jika kekosongan pada kulit K
diisi oleh elektron dari kulit L, maka akan dipancar-
kan sinar-X karakteristik K
a
. Jika kekosongan itu
diisi oleh elektron dari kulit M, maka akan
dipancarkan sinar-X karakteristik K
ß
. Jadi sinar-X
karakteristik timbul karena adanya transisi elektron
dari tingkat energi lebih tinggi ke tingkat energi
yang lebih rendah seperti ditunjukkan pada Gambar
2. Sinar-X bremsstrahlung mempunyai spektrum
energi kontinyu yang lebar, sementara spektrum
energi dari sinar-X karakteristik adalah diskrit
berupa dua buah garis tajam seperti ditunjukkan
pada Gambar 3.
ENERGI SINAR-X
Kualitas ataupun energi sinar-X umumnya
dinyatakan dalam bentuk nilai tegangan yang
digunakan dalam tabung pesawat. Semakin besar
tegangan tabung akan semakin tinggi energi sinar-X
yang dipancarkannya. Misalnya tabung yang
dioperasikan pada tegangan puncak 100.000 Volt,
biasanya dinyatakan dengan kVp = 100 kV. Energi
maksimum sinar-X yang dihasilkan oleh pesawat
tersebut adalah 100 keV. Namun hanya sebagian
kecil keluaran sinar-X yang mencapai energi
tersebut, sedang sebagian besarnya memiliki energi
yang lebih rendah [6,7]. Tabung sinar-X merupakan
contoh paling sederhana tentang jenis pemercepat
partikel tunggal. Dalam tabung ini elektron yang
dipancarkan oleh filamen panas dipercepat melalui
tabung hampa menuju target tungsten atau wolfram
(W) yang diberi beda potensial positif tinggi
terhadap sumber elektron.
Gambar 2 : Proses terbentuknya sinar-X
karakteristik
Gambar 3 : Spektrum energi Sinar-X
Pada saat berkas elektron menabrak target,
sebagian besar energi elektron hilang dalam bentuk
panas, sebagian energi lainnya hilang untuk
Tidak ada komentar:
Posting Komentar