Pemanfaatan Sinar X

Pada kali ini saya akan membahas tentang pemanfaatan sinar x serta bagaimana efeknya

Sinar-X atau sinar Röntgen adalah salah satu bentuk dari radiasi elektromagnetikdengan panjang gelombang berkisar antara 10 nanometer ke 100 pikometer (sama dengan frekuensi dalam rentang 30 petahertz - 30 exahertz) dan memiliki energi dalam rentang 100 eV - 100 Kev. Sinar-X umumnya digunakan dalam diagnosisgambar medis dan Kristalografi sinar-X. Sinar-X adalah bentuk dari radiasi ion dan dapat berbahaya.

Sinar-X ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen pada tahun 1895. Sinar-X adalah pancaran gelombang elektromagnetik yang sejenis dengan gelombang listrik, radio, inframerah panas, cahaya, sinar gamma , sinar kosmik dan sinar ultraviolet tetapi dengan panjang gelombang yang sangat pendek. Penggunaan sinar-x adalah sesuatu yang penting untuk diagnosa gigi geligi serta jaringan sekitarnya dan pemakaian yang paling banyak pada diagnostic imaging system. 

Perbedaan antara sinar dengan sinar elektromagnetik lainnya terletak pada panjang gelombang dimana panjang gelombang pada Sinar-X lebih pendek yaitu :

1 A = 1/100.000.000 cm = 10-8 cm.

Sifat Sinar-X

Daya tembus → Sinar-X dapat menembus bahan atau massa yang padat dengan daya tembus yang sangat besar.

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.

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.

Fluoresensi → Sinar-X menyebabkan bahan-bahan tertentu seperti kalsium tungstat atau zink sulfide memendarkan cahaya (luminisensi).

Ionisasi → Efek primer dari Sinar-X apabila mengenai suatu bahan atau zat dapat menimbulkan ionisasi partikel-partikel atau zat tersebut.

Efek biologi → Sinar-X akan menimbulkan perubahan-perubahan biologi pada jaringan. Efek biologi ini yang dipergunakan dalam pengobatan radioterapi.

Terjadinya Sinar-X

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.

Di dalam tabung roentgen ada katoda dan anoda dimana pada tabung tersebut dalam keadaan vakum fungsinya agar elektron yang bergerak cepat dapat bergerak bebas dan tidak bertumbukan dengan elektron lain. kemudian pada tabung rontgen diberi sumber listrik untuk memanaskan katoda (filament) kira-kira lebih dari 20.0000C sampai menyala dengan mengantarkan listrik dari transformator, Karena panas maka electron-electron dari katoda (filament) terlepas, dengan memberikan tegangan tinggi maka electron-elektron dipercepat gerakannya menuju anoda (target), electron yang bergerak dengan kecepatan tinggi (karena ada beda potensial 1000 Kvolt) yang mengenai target anoda, electron tiba-tiba akan mengalami perlambatan saat mendekati target karena pengaruh gaya inti atom (target anoda) sehingga menimbulkan Sinar-X yang mana dinamakan Sinar-X Brehmsstrahlung, elektron-elektron mendadak dihentikan pada anoda (target) sehingga terbentuk panas (99%) dan Sinar-X (1%), Sinar X akan keluar dan diarahkan dari tabung melelui jendela yang disebut diafragma, panas yang ditimbulkan pada target (sasaran) akibat benturan elektron dihilangkan dengan radiator pendingin.

 

Keterangan gambar:

1. Katoda                     4. Keping wolfarm       7. Anoda

2. Filamen                    5. Ruang hampa           8. Diapragma

3. Bidang fokus           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.

A.     Interaksi Sinar-X dengan Bahan

Interaksi sinar-X dengan materi akan terjadi bila sinar-X yang dipancarkan dari tabung dikenakan pada suatu objek. Sinar-X yang terpancar merupakan panjang gelombang elektromagnetik dengan energi yang cukup besar. Gelombang elektromagnnetik ini dinamakan foton. Foton ini tidak bermuatan listrik dan merambat menurut garis lurus.

Bila sinar-X mengenai suatu objek, akan terjadi interaksi antara foton dengan atom-atom dengan objek tersebut. Interaksi ini menyebabkan foton akan kehilangan energi yang dimiliki oleh foton. Besarnya energi yang diserap tiap satuan massa dinyatakan sebagai satuan dosis serap, disingkat Gray. Dalam jaringan tubuh manusia, dosis serap dapat diartikan sebagai adanya 1 joule energi radiasi yang diserap 1 kg jaringan tubuh (BATAN).

1 gray =1 joule / kg

Interaksi radiasi dengan materi tergantung pada energi radiasi, Jika berkas sinar-X melalui bahan akan terjadi proses utama yakni:

1.      Efek foto listrik

Dalam proses foto listrik energi foton diserap oleh atom yaitu elektron, sehingga elektron tersebut dilepaskan dari ikatannya dengan atom. Elektron yang keluar dari atom disebut foton elektron. Peristiwa efek foto listrik ini terjadi pada energi radiasi rendah (E < 1 MeV ) dan nomor atom besar.

Bila foton mengenai elektron dalam suatu orbit dalam atom, sebagian energi foton (Q) digunakan untuk mengeluarkan elektron dari atom dan sisanya dibawa oleh elektron sebagai energi kinetik nya. Seluruh energi foton dipakai dalam proses tersebut:

E = hf = Q +Ek

Dengan:

Q = energi ikat elektron,

Ek = energi kinetik

E = energi (joule)

F = frekwensi (hertz)

h = konstanta plank (6,627 x 10-34 J.s)

Faktor-faktor yang mempengaruhi efek fotolistrik :

a.                        Nomor atom / ketebalan bahan yang dikenai

Jika nomor atom/ketebalan bahan yang dikenainya semakin tinggi sementara faktor lainnya tetap, maka kemampuan kejadian penyerapan fotolistrik akan bertambah

b.                       Enersi foton sinar-X yang mengenai bahan

Jika enersi foton sinar-X yang mengenai bahan semakin tinggi sementara faktor lainnya tetap, maka kemampuan menembus akan semakin besar, sehingga kemungkinan kejadian penyerapan foton listrik akan berkurang.

Dalam radiografi, tulang (calsium) akan lebih banyak menyerap enersi sinar-X bila dibandingkan dengan jaringan lunak yang terdiri dari otot dan lemak. Akibatnya jumlah enersi yang melewati jaringan lunak lebih banyak, yang mengenai film juga lebih banyak, sehingga gambar jaringan lunak pada fim lebih hitam.

Penyerapan pada tulang dan jaringan lunak :

• Pada eksposi diagnostik (40-100 KeV), kejadian fotolistrik pada tulang lebih kurang 7 kali lebih besar daripada kejadian fotolistrik pada jaringan lunak. 
•  Pada eksposi 60 kV, jaringan lunak tidak mampu lagi menyerap sinar-X, dan pada eksposi 120 kV ketas, tulang dan jaringan lunak sudah tidak dapat menyerap sinar-X

1.      Efek Compton

Penghamburan compton merupakan suatu tumbukan lenting sempurna antara sebuah foton dan sebuah elektron bebas. Dimana foton berinteraksi dengan elektron yang dianggap bebas (tenaga ikat elektron lebih kecil dari energi foton datang), seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini:

Dalam suatu tumbukan antara sebuah foton dan elektron bebas maka tidak mungkin semua energi foton dapat dipindahkan ke elektron jika momentum dan energi dibuat kekal. Hal ini dapat diperlihatkan dengan berasumsi bahwa reaksi semakin dimungkinkan. Jika hal itu memang benar, maka menurut hukum kekekalan semua energi foton diberikan kepada elektron dan didapatkan:

E = mc2

Menurut hukum kekekalan momentum, semua momentum foton (p) harus dipindahkan ke elektron, jika foton tersebut menghilang:

p = E = mv

                                                                         c

Dengan:

E = energi (Joule)

m = massa (Kg)

c = Kecepatan cahaya (m/dtk)

p = momentum

v = kecepatan elektron (m/dtk)

Faktor-faktor yang mempengaruhi efek Compton :

a.       Nomor atom/ketebalan bahan yang dikenai

   jika nomor atom/ketebalan bahan yang dikenai semakin tinggi sementara faktor yang lain tetap, maka kemampuan bahan dalam menghasilkan hamburan makin besar, sehingga kemungkinan kejadian hamburan Compton akan bertambah.

b.      Enersi foton sinar-X yang mengenai bahan

   Jika enersi foton yang mengenai sinar-X yang mengenai bahan semakin tinggi sementara faktor yang lain tetap, maka hamburan berantai (multiple) dapat terjadi, sehingga kemungkinan kejadian hamburan Compton akan meningkat.

Hamburan Compton pada tulang dan pada jaringan lunak :

•       Jika nomor atom tulang lebih tinggi daripada nomor atom jaringan lunak, maka hamburan

lebih banyak terjadi pada tulang dibandingkan dengan jaringan lunak.

•       Pada eksposi diagnostik, mulai 40 kV perbedaan hamburan pada tulang dan jaringan lunak signifikan, makin mendekati sampai pada 85 kV, selanjutnya hamburan pada tulang dan jaringan lunak akan sama besar.

Jumlah kejadian fotolistrik dan Compton pada kV diagnostik :

1.      Diawali dari nilai kV 50 hingga 120, kejadian fotolistrik main menurun jumlahnya.

2.      Sementara pada rentang yang sama, makin meningkat nilai kV kejadian Compton juga semakin meningkat.

Efek kejadian fotolistrik dan Compton :

•       Peristiwa fotolistrik dan Compton  pada hakekatnya melepaskan elektron dari orbit atom

bahan yang dikenainya.

•       Apabila elektron yang terlepas berasal dari orbit dalam, maka akan diikuti dengan peristiwa transisi, yang mengakibatkan terjadinya sinar-X karakteristik.

Contoh pada atom karbon.

Bahan karbon banyak digunakan dalam radioogi diagnostik untuk membuat peralatan seperti kaset, meja pemeriksaan, dan lain-lain. Atom karbon yang dikenai enersi penyinaran diagnostik, dapat melepas elektron dari orbit dalam, diikuti transisi dan mengakibatkan terjadinya foton karakteristik.

Berikut hasil pemotretan dengan rontgen…

Pemanfaatan Sinar-X dalam Dunia Medis

Radiasi sinar-X merupakan suatu gelombang elektromagnetik dengan gelombang pendek. Sinar-X mempunyai daya tembus yang cukup tinggi terhadap bahan yang dilaluinya. Dengan demikian sinar-X dapat dimanfaatkan sebagai alat diagnosis dan terapi di bidang kedokteran nuklir. Pemanfaatan sinar-X di bidang kedokteran nuklir merupakan salah satu Cara untuk meningkatkan kesehatan masyarakat. Aplikasi ini telah cukup beragam mulai dari radiasi untuk diagnostik, 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 atau kaki dan organ tubuh yang lainnya. Radiasi di bidang kedokteran membawa manfaat yang cukup nyata bagi yang menggunakannya. Dengan radiasi suatu penyakit atau kelainan organ tubuh dapat lebih awal kita diketahui dan pendeteksiannya lebih teliti.

Bahaya Sinar-X

1. Bila sinar-x mengenai tubuh manusia akan menyebabkan jaringan kulit menjadi mengering, jaringan tulang akan keropos dan sel telur perempuan akan mati, sehingga menyebabkan mandul.

2. Radiasi dari sinar-x ini bukanlah penyakit, akan tetapi dampak radiasi ini akan menurunkan tingkat stamina dan kekebalan tubuh seseorang.

3. Sinar-x yang dipaparkan kepada wanita hamil dapat berpotensi menimbulkan keguguran, atau cacat janin, termasuk malformasi, pertumbuhan terlambat, terbentuk kanker pada usia dewasanya, atau kelainan lainnya.

4. Penahanan sinar-X

Apabila partikel beta berkecepatan tinggi melaju menembus materi, maka intensitas sinar-X yang diperoleh dari pemancaran akan menjadi besar dan sebanding dengan nomor atom target. Semakin tinggi energi sinar-X, maka semakin besar penyebarannya ke arah depan. Energi sinar-X sebanding dengan arah penyebarannya. Pada zat radioaktif tertentu sinar-X dapat terbentuk di dalam zat itu sendiri. Sehingga pada zat radioaktif tersebut diperlukan penahan untuk sinar-X terutama pada jenis zat radioaktif pemancar radiasi beta berenergi tinggi yang juga disertai dengan pemancaran radiasi gamma. Dari hal tersebut, dapat diketahui bahwa untuk bahan penahan zat radioaktif yang dapat memancarkan radiasi beta berenergi tinggi, sebaiknya digunakan timbal yang memiliki lapisan materi bernomor atom kecil di bagian dalamnya misalnya plastik atau aluminium

catatan penulis:

radiasi yang berbahaya bukan dari sinar x saja tetapi banyak peralatan yang kita gunakan sehari-hari yang mengeluarkan radiasi seperti handphone ,laptop, bahkan lampu