Sinar X

Spektrum sinar x

Sinar-X dihasilkan di suatu tabung sinar katode dengan pemanasan kawat pijar untuk menghasilkan elektron-elektron, kemudian electron-elektron tersebut dipercepat terhadap suatu target dengan memberikan suatu voltase, dan menembak target dengan elektron. Ketika elektron-elektron mempunyai energi yang cukup untuk mengeluarkan elektron-elektron dalam target, karakteristik spektrum sinar-X dihasilkan. Spektrum ini terdiri atas beberapa komponen-komponen, yang paling umum adalah Kα dan Kβ. Ka berisi, pada sebagian, dari Kα1 dan Kα2. Kα1 mempunyai panjang gelombang sedikit lebih pendek dan dua kali lebih intensitas dari Kα2. Panjang gelombang yang spesifik merupakan karakteristik dari bahan target (Cu, Fe, Mo, Cr). Disaring, oleh kertas perak atau kristal monochrometers, yang akan menghasilkan sinar-X monokromatik yang diperlukan untuk difraksi. Tembaga adalah bahan sasaran yang paling umum untuk diffraction kristal tunggal, dengan radiasi Cu Kα =05418Å. Sinar-X ini bersifat collimated dan mengarahkan ke sampel. Saat sampel dan detektor diputar, intensitas Sinar X pantul itu direkam. Ketika geometri dari peristiwa sinar-X tersebut memenuhi persamaan Bragg, interferens konstruktif terjadi dan suatu puncak di dalam intensitas terjadi. Detektor akan merekam dan memproses isyarat penyinaran ini dan mengkonversi isyarat itu menjadi suatu arus yang akan dikeluarkan pada printer atau layar komputer.

PROSEDUR DIFRAKSI SINAR-X

          Percobaan dengan menggunakan difraksi sinar X kebanyakan terbatas pada zat padat saja. Hasil yang paling baik akan diperoleh apabila digunakan satu kristal tunggal. Tetapi, percobaan difraksi sinar ini dapat pula dilakukan dengan menggunakan padatan dalam bentuk serbuk yang sebenarnya terdiri dari kristal-kristal yang sangat kecil. Atau dapat juga menggunakan padatan dalam bentuk kumparan yang biasa digunakan untuk menentukan struktur molekul yang mempunyai ukuran yang sangat besar, seperti DNA, protein, dan sebagainya. Alat yang digunakan untuk mengukur dan mempelajari difraksi sinar X dinamakan Goniometer. Pada metoda kristal tunggal, sebuah kristal yang berkualitas baik diletakkan sedemikian rupa sehingga dapat berotasi pada salah satu sumbu kristalnya. Ketika kristal itu diputar pada salah satu sumbu putar, seberkas sinar X monokromatik dipancarkan ke arah kristal. Ketika kristal berputar, perangkat-perangkat bidang yang ada dalam kristal berurutan akan memantulkan berkas sinar X. berkas sinar X yang dipantulkan ini kemudian direkam pada sebuah piringan fotografik. Jika yang digunakan piringan datar, akan diperoleh suatu pola seperti terlihan pada gambar dibawah ini. tetapi apabila yang digunakan adalah film fotografik yang lengkung berbentuk silinder dengan kristal yang diuji terletak ditengah silinder, maka akan diperoleh suatu deretan spot yang berbentuk garis lurus sehingga pengukuran akan menjadi semakin mudah

Contoh mesin sinar x

Sinar x tungsten

A. Tabung sinar-X

      Untuk pembuatan sinar-X diperlukan sebuah tabung rontgen hampa udara dimana terdapat elektron-elektron yang diarahkan dengan kecepatan tinggi (Rasad, 1992).

       Tabung sinar-X adalah bagian dari imaging system sinar-X yang jarang diperhatikan oleh radiografer. Struktur eksternal dari tabung sinar-X terdiri dari tiga bagian yaitu support structure, pelindung tabung, dan kaca atau metal pembungkus, sedangkan stuktur internal terdiri dari dua elektroda yang disebut anoda dan katoda (Bushong, 2001), sedang menurut Bushberg (2001), komponen utama tabung sinar-X adalah anoda, katoda, rotor/stator, metal atau gelas pembungkus, rumah tabung. Untuk gambaran diagnostik, elektron dari filament dipercepat kearah ke anoda oleh kilovolt peak (kVp) dengan rentang 20.000 sampai 150.000 V (20 sampai 150 kVp).

1.    Katoda

       Sumber elektron tabung sinar-X adalah dari katoda, yaitu dari filament yang berbentuk helical terbuat dari kawat tungsten yang dikelilingi olehfocusing cup. Filament circuit memberikan voltase kurang lebih 10 V kepada filament, memproduksi arus hingga 7A melewati filament (Bushberg, 2001).Sudut negatif dari tabung sinar-X yang terdiri dari filament dan focusing cup. Filament adalah sebuah coil dari kawat yang biasanya mempunyai panjang kira-kira 1 atau 2 cm dan berdiameter kira-kira 2 mm. Filament biasanya terbuat dari tungsten. Tungsten memberikan emisi panas yang lebih tinggi dan mempunyai titik lebur yang lebih tinggi dibandingkan logam-logam yang lain (Bushong, 2001). Pada Focusing cup, sebelum semua elektron bergerak dari katoda menuju katoda, sinar elektron cenderung menyebar keluar karena penolakan elektrostatik (Bushong, 2001).                              

2.    Anoda

            Anoda adalah sebuah target logam electrode yang mempunyai potensial positif. Elektron-elektron membentur lapisan anoda membentuk suatu energi yang sebagian besar energi menjadi energi panas dengan sedikit mengemisikan sinar-X (Bushberg, 2001).

        Anoda merupakan bagian positif dari tabung sinar-X. terdapat dua tipe anoda, yaitu anoda stationery atau anoda diam dan anoda berputar ataurotating anode (Bushong, 2001), serupa dengan yang dikumukakan Bushberg (2001), tabung sinar-X mempunyai bentuk anoda diam dan anoda berputar. Bentuk sederhana dari tabung sinar-X adalah stationary anode atau anoda diam. Anoda ini terbuat dari tungsten yang ditempelkan pada blok tebaga pada anoda.

Anoda mempunyai tiga fungsi dalam tabung sinar-X:

1)    Menerima pancaran elektron dari katoda, menginduksikan elektron tersebut malalui tabung yang dihubungkan kabel dan kembali pada bagian tegangan tinggi tabung dari pesawat sinar-X.

2)    Anoda sebagai support mekanik dari target.

3)    Anoda sebagai radiator suhu yang baik.

             Sudut target adalah sudut yang dibentuk oleh permukaan target dengan garis vertikal, sudut yang biasa digunakan dalam tabung sinar-X adalah antara 7-20 derajat. Rata-rata dalam diagnostik adalah 17 derajat dari garis vertikal (Carroll, 1987). Sedangkan menurut (Bushberg, 2001) sudut anoda didefinisikan sebagai sudut dari permukaan target terhadap bidang pertengahan dari sinar-X. Sudut anoda pada tabung sinar-X mempunyai rentang 7 hingga 20 derajat dan umumnya memakai kemiringan sudut 12 sampai 17 derajat.

B.     Produksi Sinar-X

        Sinar-X diproduksi dari perpindahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain. Elektron yang bergerak cepat mempunyai energi kinetik dan energi kinetik tersebut diubah menjadi energi panas dan energi radiasi ketika elektron tersebut secara tiba-tiba terhenti oleh target.

           Dalam pembentukan sinar-X diagnostik sebagian besar menjadi energi panas (kira-kira 99%) dan sebagian kecil (kira-kira 1%) menjadi sinar-X (Bushong, 2001).

             Suatu tabung pesawat roentgen mempunyai beberapa persyaratan, yaitu: mempunyai sumber elektron, gaya yang mempercepat gerakan elektron, lintasan elektron yang bebas dalam ruang hampa udara, alat pemusat berkas elektron, dan penghenti elektron (Rasad, 1992).

1.      Proses Terjadinya Sinar-X

Menurut Rasad (1992), proses terjadinya sinar-X adalah sebagai berikut:

a.    Katoda (filament) dipanaskan lebih dari 2000oC sampai menyala menggunakan aliran listrik yang berasal dari transformator.

b.    Karena panas, elektron-elektron dari katoda terlepas.

c.     Sewaktu dihubungkan dengan transformator tegangan tinggi, elektron-elektron akan dipercepat gerakanya menuju anoda menggunakan alat pemusat (focusing cup).

d.    Filament dibuat relatif negatif terhadap target sehinnga terbentuk panas >99% dan sinar-X <1%.

e.    Pelindung atau perisai timah akan mencegah keluarnya sinar-X dari tabung sehingga sinar-X yang     terbentuk hanya dapat keluar melalui jendela tabung.

f.   Panas yang tinggi pada target akibat benturan elektron diminimalisasi oleh radiator pendingin.