Sinar-X

Sinar-X atau sinar Röntgen adalah salah satu bentuk dari radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang berkisar antara 10 nanometer ke 100 pikometer (mirip dengan frekuensi dalam jangka 30 PHz to 60 EHz). Sinar-X umumnya digunakan dalam diagnosis gambar medis dan Kristalografi sinar-X. Sinar-X adalah bentuk dari radiasi ion dan dapat berbahaya.

Sinar X dalam Fisika - Sinar X ditemukan pada tanggal 8 November 1895 oleh Wilhelm Conrad Roentgen seorang profesor Fisika dan rektor Universitas Wurzburg di Jerman. Roentgen melakukan penelitian dengan menggunakan tabung sinar katoda. Dinamakan Sinar X karena “X” menyatakan besaran yang tidak diketahui. Atas penemuannya, Roentgen mendapatkan hadiah Nobel yang pertama dalam Fisika pada tahun 1901.

Gambar 1. Tabung Sinar – X

TERJADINYA SINAR-X

1.    Sinar X Karakteristik

Sinar X yang terbentuk melalui proses perpindahan elektron atom dari tingkat energi yang lebih tinggi menuju tingkat energi yang lebih rendah. Sinar X yang terbentuk melalui proses ini mempunyai energi yang sama dengan selisih energi antara kedua tingkat energi elektron tersebut.

2.    Sinar X Bremsstrahlung

Sinar X yang 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 filament dipercepat gerakannya menggunakan tegangan listrik berorde 102 – 106 Volt. 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 menumbuk target logam, maka sinar X akan terpancar dari permukaan logam tersebut. Sinar X yang terbentuk melalui proses ini mempunyai energi maksimal sama dengan energi kinetic elektron oada saat terjadinya perlambatan.

 

BERKAS SINAR-X DAN PEMBENTUKAN CITRA

Berkas sinar-X dalam penyebaranya dari sumber melalui suatu garis yang menyebar ke segala arah kecuali dihentikan oleh bahan penyerap sinar-X. Oleh karena itu, tabung sinar-X ditutup dalam suatu rumah tabung logam yang mampu menghentikan sebagian besar radiasi sinar-X, hanya sinar-X yang berguna dibiarkan keluar dari tabung melalui sebuah jendela/window. Sinar-X adalah foton foton yang mempunyai energi tinggi, karena elektron memancarkan energi maka energy kinetik elektron akan berkurang dan akhirnya akan kehilangan seluruh energi kinetiknya.

Jadi dalam proses ini akan terjadi spectrum kontinyu, spektrum tersebut mempunyai frekuensi cut off (batasan) atau panjang gelombang cut off yang tergantung pada potensial percepatan. Elektron-elektron yang ditembakan akan mengeksitasi elektron dalam atom target. Jika elektron yang ditembakkan cukup besar energinya maka akan mampu melepaskan elektron target dari kulitnya. Kemudian kekosongan kulit yang ditinggalkan elektron akan diisi oleh elektron yang lebih luar dengan memancarkan radiasi. Transisi ini akan menyebabkan sederet baris (garis-garis) spectrum yang dalam notasi sinar- X disebut garis-garis Kα, Kβ, Kγ dan seterusnya.

Pada sistem pencitraan sinar-X diperlukan tegangan tinggi, dengan tujuan agar dapat dihasilkan berkas sinar-X. Untuk itu rangkaian listriknya dirancang sedemikian rupa sehingga tegangan tingginya dapat diatur dengan rentang yang besar yaitu antara 30 Kv sampai 100 kV. Jika kVnya rendah maka sinar- X memiliki gelombang yang panjang sehingga akan mudah diserap oleh atom dari targed (anoda), kemudian disebut sebagai soft x-ray.

Radiasi yang dihasilkan dengan pengaturan tegangan yang cukup tinggi maka akan dihasilkan sinar-X dengan daya tembus yang besar dan panjang gelombang yang pendek. Sinar-X merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat menembus suatu bahan, tetapi hanya sinar-X yang mempunyai energi yang tinggi yang dapat menembus bahan yang dilaluinya, selain itu akan diserap oleh bahan tersebut. Sinar-X yang mampu menembus bahan itulah yang akan membentuk gambar atau bayangan.

Gambar 2. Foto Rontgen

FAKTOR-FAKTOR YANG BERPENGARUH PADA CITRA

1.    Pengaruh Arus (mA)

Arus akan berpengaruh pada intensitas sinar-X atau derajat terang/brightnees. Dengan peningkatan mA akan menambah intensitas sinar-X dan sebaliknya. Oleh sebab itu derajat terang dapat diatur dengan mengubah mA.

1.    Pengaruh jarak dan waktu pencitraan (exposure)

Di samping arus (mA) jarak dan waktu pencitraan juga berpengaruh pada intensitas. Waktu exposure yang lama juga akan meningkatkan intensitas dari sinar-X. Untuk itu dalam setiap pengoperasian pesawat sinar-X selalu dilakukan pengaturan waktu (S) dan arus (mA) atau biasa disebut dengan mAS yang bergantung pada obyek yang disinari. Jika tabung didekatkan pada obyek maka intensitas akan naik dan hasil gambar jelas dan terang. Sebaliknya jika tabung dijauhkan dari obyek maka intensitas akan menurun. Dari sini dapat disimpulkan bahwa cahaya dan sinar-X merambat dalam pancaran garis lurus yang melebar.

2.    Pengaruh Tegangan (kV)

Tegangan tinggi merupakan daya dorong elektron di dalam tabung dari katoda ke anoda. Supaya dapat menghasilkan sinar-X daya dorong ini harus kuat sehingga mampu menembus obyek. Dengan demikian perubahan kV sangat berpengaruh terhadap daya tembus sinar- X.

2.    Penyerapan Sinar-X

Penyerapan sinar-X oleh suatu bahan tergantung pada tiga faktor sebagai berikut :

1.    Panjang gelombang sinar-X

Jika kV rendah maka akan dihasilkan sinar-X dengan gelombang yang panjang dan sebaliknya dengan kV tinggi maka panjang gelombang sinar-X akan semakin pendek.

2.    Susunan obyek yang terdapat pada alur berkas sinar-X

Penyerapan sinar-X oleh suatu bahan juga tergantung pada susunan obyek yang dilaluinya, sedangkan susunan obyek tergantung pada nomor atom unsur, misalnya nomor atom alumunium lebih rendah dari nomor atom tembaga. Ternyata penyerapan sinar-X alumunium lebih rendah dari penyerapan sinar-X oleh tembaga. Timah hitam mempunyai nomor atom yang besar, maka daya serap terhadap sinar-X juga besar.

3.    Ketebalan dan kerapatan obyek

Bahan yang tebal akan lebih banyak menyerap sinar-X dibanding dengan bahan yang tipis, tentunya pada unsur yang sama. Penyerapan sinar-X oleh tubuh manusia pada proses photo Rontgen dapat dijelaskan sebagai berikut. Tubuh manusia dibentuk oleh unsur-unsur yang sangat komplek. Oleh sebab itu, penyerapan sinar-X oleh tubuh pada proses Rontgen tidak sama, misalnya tulang akan lebih banyak menyerap sinar-X dibanding dengan otot atau daging. Bagian tulang yang sakit atau daging akan lebih besar menyerap sinar-X dibanding kondisi normal. Usia juga akan menjadi penyebab perbedaan penyerapan sinar- X. Tulang orang tua yang telah kekurangan kalsium, maka penyerapan sinar-X akan berkurang dibanding tulang anak muda.

INSTRUMENTASI PESAWAT SINAR-X

Pesawat sinar-X adalah pesawat yang dipakai untuk memproduksi sinar-X. Untuk dapat menghasilkan suatu pencitraan sinar-X diperlukan beberapa instrumetasi yang baku sebagai berikut :

1. Tabung sinar-X

2. Trafo Tegangan Tinggi

3. Instrumentasi control

Instrumentasi kontrol terbagi menjadi 5 modul yaitu :

a. modul Power supplay (Catu daya DC )

b. modul pengatur tegangan (kV)

c. modul pengatur arus (mA)

d. modul pengatur waktu pencitraan (S)

e. modul Kendali sistem

f. catu daya AC dari sumber PLN.

Keadaan fisik dari Sinar X yang menjadi sifat-sifat dari Sinar-X antara lain adalah daya tembusnya besar dengan frekuensi yang tinggi, memiliki berkas sinar yang lurus dan koheren, dalam medan magnet maupun medan listrik tidak dibelokkan karena tidak bermuatan, dapat menghitamkan plat film, dan dapat menyebabakan bahan flouresens berpendar serta Sinar X dalam Fisika termasuk dalam Gelombang Elektromagnetik.Dalam perkembangannya, Sinar X telah banyak dimanfaatkan dalam berbagai bidang kehidupan manusia. Salah satunya adalah penggunaan Sinar X dalam bidang medis yaitu untuk proses foto Roentgen pada organ tertentu tubuh manusia atau terapi, seperti CT Scan untuk tubuh ataupun kepala. Selain itu Sinar X umumnya digunakan dalam diagnosis gambar medikal dan Kristalografi Sinar X.

Tahun 1895 itu Roentgen sendirian melakukan penelitian sinar X dan meneliti sifat-sifatnya. Pada tahun itu juga Roentgen mempublikasikan laporan penelitiannya. 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.

·         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).

Sinar X dalam Fisika adalah bentuk dari radiasi ion dan dapat berbahaya.  Tabung Sinar X terdiri dari sebuah tabung hampa yang diberi dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda serta filamen pemanas. Katoda yang telah dipanaskan akan melepas elektron-elektron. Akibatnya adanya beda potensial yang di berikan antara anoda dan katoda yang berasal dari sumber tegangan tinggi, maka elektron-elektron dari katoda akan tertarik ke anoda. Pada saat elektron-elektron menumbuk anoda, mereka diperlambat sehingga tenaga kinetiknya berubah menjadi panas dan Gelombang Elektromagnetik, yang tidak lain adalah Sinar X. Peritiwa tersebut sering dinamakan Bremstahlung.

Spektrum Sinar X yang dihasilkan oleh tabung sinar X terdiri atas dua bagian, yaitu bagian yang kontinue akibat gerakan elektron-elektron yang diperlambat dan bagian diskrit (tampak sebagai puncak-puncak spektrum) sebagai akibat elektron-elektron dari katoda ada yang menumbuk elektron atom anoda sehingga terpental meninggalkan lintasannya dan terjadilah kekosongan elektron pada kulit atom anoda tersebut (yang biasanya kebolehjadian paling besar, terjadi pada kulit bagian dalam). Kekosongan pada kulit atom-atom anoda tersebut akan segera diisi oleh elektron-elektron dari kulit sebelah luarnya, yang disertai oleh pancaran tenaga transisi sebagai Sinar X Karakteristik, dimana tenaganya atau panjang gelombangnya bersifat diskrit yang merupakan ciri atau karakter dari bahan anoda tersebut, sehingga biasa pula disebut Sinar X Karakteristik.