Tabung Sinar-X

Tabung Sinar-X

Gambar : tabung sinar-x

Tabung sinar-X adalah ruang hampa yang terbuat dari kaca tahan panas yang merupakan tempat sinar-X diproduksi. Tabung sinar x adalah komponen yang utama yang ada pada pesawat sinar-x.

v Syarat-syarat terjadinya sinar-x pada tabung adalah

1.      Sumber Elektron

2.      Gaya pemercepat elektron

3.      Ruang yang hampa udara

4.      Alat pemusat berkas elektron

5.      Benda penghenti gerakan elektron/target

v Komponen-komponen utama tabung sinar x adalah

1.    Katoda / elektroda negatif (sumber elektron)

2.    Anoda / elektroda positif (acceleration potential)

3.    Focusing cup

4.    Rotor atau stator (target Device)

5.    Glass metal envalope (vacum tube)

6.    Oil

7.    Window

A.   katoda

Katoda terbuat dari nikel murni dimana celah antara 2 batang katoda disisipi kawat pijar (filamen) yang menjadi sumber elektron pada tabung sinar-X. Filamen terbuat dari kawat wolfram (tungsten) digulung dalam bentuk spiral. Bagian yang mengubah energi kinetik elektron yang berasal dari katoda adalah sepotong logam wolfram yang ditanan pada permukaan anoda. Arus yang diberikan pada tabung sinar-X dalam kisaran milliamper (mA) berfungsi untuk memijarkan filamen sehingga terbentuk awan elektron pada filamen. Selanjutnya beda potensial dalam kisaran KiloVoltage (KV) berfungsi memberikan energi kinetik pada elektron-elektron tersebut.

B.        Anoda

Anoda atau elektroda positif biasa juga disebut sebagai target jadi anoda disini berfungsi sebagai tempat tumbukan elektron. Ada 2 macam anoda yaitu anoda diam dan anoda putar. Anoda angel (sudut anoda) adalah sudut pada permukaan bidang target yang dapat dijadikan pusat sumbu sinar yang terbentuk pada bidang atau area terbentuknya sinar-x.

Optimal anoda angle tergantung pada aplikasi klinis pemeriksaan:

1. Small anoda angle 7-9 derajat digunakan untuk ukuran objek pemeriksaan yang membutuhkan small field-of-view (FOV) image reseptor misalnya pada pesawat sinar-x untuk cineradiography dan pesawat angiographic dimana pada pesawat ini ada keterbatasan image intensifier (II) diameter hanya maksimal 23 cm.

2.   Large anoda angle 12-15 derajat digunakan untuk general radiographic

C.   Foccusing cup

Fucusing cup ini sebenarnya ada pada katoda yang berfungsi sebagai alat untuk mengarahkan elektron secara konvergen ke target agar elektron tidak terpancar ke mana-mana.

D.       Rotor atau stator

Rotor atau stator ini terdapat pada bagian anoda yang berfungsi sebagai alat untuk memutar anoda. Rotor atau stator ini hanya ada pada tabung sinar x yang menggunakan anoda putar.

E.        glass metal envalope (vacum tube)

Glass metal envalope atau vacum tube adalah tabung yang gunanya membukus komponen penghasil sinar x agar menjadi vacum atau kata lainnya membuat ruang hampa udara.

F.         Oil

Oil ini adalah komponen yang cukup penting ditabung sinar x karena saat elektron-elektron menabrak target pada anoda, energi kinetik elekron yang berubah menjadi sinar-X hanyalah ≤ 1% sisanya berubah menjadi panas mencapai 2000 0C, jadi disinalah peran oil sebagai pendingin tabung sinar x .

G.       Window

Window atau jendela adalah tempat keluarx sinar x. window terletak di bagian bawah tabung. tabung bagian bawah di buat lebih tipis dari tabung bagian atas hal ini di karenakn agar sinar x dapat keluar.

(Fisikanesia). Petir adalah aliaran muatan listrik di udara bertekanan satu atmosfer. Agar dapat menembus udara dengan tekanan itu, diperlukan kuat medan listrik yang besarnya 30.000 V / cm. Di dalam tabung bertekanan kurang dari 1 atmosfer, aliran muatan listrik dapat terjadi pada kuat medan listrik kurang dari 30.000 V / cm. Tahun 1855, H. Geissler berhasil menemukan teknik penghampaan atau pemvakuman udara, sehingga tekanan dalam tabung menjadi sangat rendah, sampai pada tekanan 0,01% dari tekanan udara normal, yang berarti sama dengan 0,00001 atmosfer. Penemuan Geissler ini sangat berguna bagi perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya.

Penemuan Geissler selanjutnya digunakan oleh Julius Plocker untuk melakukan percobaan. Sebuah tabung berisi gas diberi elektroda positif (anoda) dan elektroda negatif (katoda) pada ujung-ujungnya. Jika elektroda-elektroda dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi molekul-molekul gas akan ter-ionkan menjadi muatan positif dan muatan negatif. Peristiwa ini sering disebut stripping gas (discharge). Adapun instrumen yang digunakan sering disebut tabung lucutan.

Plocker menghampakan tabung lucutan. Kemudian memberi tegangan tinggi pada kedua elektrodanya. Amperemeter dipasang untuk memantau arus. Karena tidak ada gas di dalamnya, maka diharapkan tidak ada arus yang mengalir. Ternyata hasilnya lain, yaitu ada arus. Yang lebih mengherankan lagi, dinding tabung di belakang anoda berpendar mengeluarkan cahaya hijau pucat. Plocker tidak dapat menjelaskan kedua peristiwa itu.

Pada tahun 1875, Sir William Crookes berusaha menyelidiki sifat-sifat sinar kehijauan itu Ia menggunakan tabung yang dibelokkan tegak lurus. Sinar kehijauan muncul pada bagian tabung yang langsung berhadapan dengan katoda. Akhirnya, ia menyimpulkan bahwa ada sesuatu yang keluar dari katoda. Eugene Goldstein menamakannya sinar katoda.

Penelitian selanjutnya terhadap sinar katoda, akhirnya ditemukan sifat-sifat sinar katoda, yaitu:

Tidak tergantung pada material / bahan katoda. Sifat ini tidak berubah ketika katoda diganti dengan bahan-bahan yang berbeda;

Merambat lurus. Ketika diberi penghalang, ternyata menghasilkan bayangan dibelakangnya;

·          Dapat dibelokkan oleh medan listrik;

·          Dapat dibelokkan oleh medan magnet;

·          Dapat menyebabkan terjadinya reaksi kimia, misalnya dapat mengubah warna garam perak;

·          Dapat memendarkan sulfida seng dan barium platina sianida;

·          Dapat menghasilkan panas;

·          Dapat menghilangkan pelat foto

·          Dapat menghasilkan sinar X

Karena dapat dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet, maka sinar katoda adalah partikel bermuatan listrik, tepatnya bermuatan listrik negatif yang selanjutnya diberi nama elektron. Silahkan lanjut ke Contoh Penerapan Teknologi Tabung sinar katoda.

1.2 Proses terjadinya sinar x adalah sebagai berikut:

a.     katoda (filament) dipanaskan (besar dari 20.0000C) sampai menyala dengan mengalirkan listrik yang berasal dari transformator.

b.      Karena panas electron-elektron dari katoda (filamen) lewatkan.

c.     Sewaktu dihubungkan dengan transformator tegangan tinggi, elektron-elektron gerakannya dipercepat menuju anoda yang berbasis di focusing cup.

d.    Awan-awan elektron mendadak dihentikan pada target (sasaran) sehingga terbentuk panas (99%) den sinar x (1%)

e.     Pelindung (perisai) timah akan mencegah keluarnya sinar x, sehingga sinar x yang terbentuk hanya dapat keluar melalui jendela.

f.      Panas yang tinggi pada target (sasaran) akibat benturan electron dihilangkan dengan radiator pendingin.

Ringkasan terjadinya sinar x, melalui generator yang membuat aliran listrik dengan potensial tinggi, logam pijar molybdenum memijar, pada saat tertentu logam pijar tersebut menghasilkan awan elektron (logam pijar molybdenum disebut sebagai filamen) pada suhu tertentu serta saat tertentu pula electron-elektron tertarik ke anoda (anoda adalah unsur radioaktif barium platina sianida atau tungsten carbide). Dengan kata lain bila anoda dibombardir oleh electron, akan timbul pancaran sinar radiasi Roentgen atau sinar x, kondisi ini terjadi di dalam tabung vakum Coolidge.

1.3      Terbentuknya Sinar-X pada Pesawat Sinar-X

Untuk kebutuhan diagnostik sendiri, citra (image) sinar-X diperoleh pada permukaan film fotografi. Citra terbentuk karena terjadi perbedaan intensitas sinar-X yang datang (sampai) ke film setelah di'lewat'kan melalui bagian tubuh yang difoto. Bagian tubuh yang lebih rapat dan mengandung unsur kimia tertentu dapat bereaksi dengan sinar-X dan menyebabkan kuantitas sinar-X yang sampai ke film menjadi berkurang. Contoh kasusnya adalah pada pemotretan organ tulang. Tulang mengadung banyak unsur kimia kalsium (Ca) dan unsur kalsium menyerap banyak partikel sinar-X sehingga menyebabkan berkurangnya sinar-X yang tiba di film pada daerah yg terhalangi tulang tersebut. Hasilnya adalah citra berwarna putih sebagai gambaran tulang pada film, sedangkan organ lainnya akan dilewatkan begitu saja dan menghitamkan film.

Sebuah foto sinar-X (radiograf) diambil oleh Rontgen

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').

Ilustrasi proses terbentuknya sinar-X baik Bremsstrahlung maupun sinar-X karakteristik.