Download - Topik 1 Fisika Radiasi
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
1/17
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Penggunaan radiasi dalam dunia medis terutama dalam bidang kedokteran
gigi, semakin luas, namun, satu sisi juga berpotensi membahayakan. Pemahaman
mengenai dasar-dasar ilmu fisika radiologi dibutuhkan untuk mempelajari
mengenai hal-hal yang berhubungan dengan radiasi.
Radiasi adalah suatu emisi (pancaran) dan perambatan energi melalui materi
atau ruang dalam bentuk gelombang elektromagnetik dan atau partikel. Istilah
radiasi tentunya berubungan erat dengan radiologi. Radiologi adalah cabang ilmu
kedokteran yang menggunakan energi pengion dan bentuk-bentuk energi lainnya
(non pengion) dalam bidang diagnostik dan terapi, yang meliputi energi pengion
yang dihasilkan oleh generator atau bahan radioaktif seperti sinar-X, sinar gamma,
pancaran partikel pengion (elektron, neutron, positron dan proton). nergi bukan
pengion (non pengion) seperti ! gelombang ultrasonik, gelombang infra merah,
gelombang magnetik dan gelombang mikro. Pada pembahasan fisika radiologi
kali ini, kita anakan mmpelajari mengenai "inar-X.
1.2 Rumusan Masalah
#erikut beberapa rumusan masalah yang dipelajari mengenai fisika radiasi,
yakni !
a) $pa yang dimaksud dengan radiasi%
b) $pa itu sinar-X%
c) $pa saja yang berupa dasar fisika radiasi%
d) #agaimanakah struktur atom%
e) #agaimana mekanisme pergerakan atom yang menjadi dasar
pembentukan sinar%
f) $pa sajakah macam-macam sinar beserta sifatnya%
g) #agaimana mekanisme pembentukan sinar-X%
1.3 Tujuan Penulsan
1
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
2/17
&ujuan dari penulisan makalah mengenai fisika radiasi ini adalah untuk
dapat memahami dasar fisika radiasi dan memenuhi tugas mata kuliah Radiologi.
BAB II
I!I
2.1 Ra"as "an !nar#$
Radiasi adalah suatu emisi (pancaran) dan perambatan energi melalui materi
atau ruang dalam bentuk gelombang elektromagnetik dan atau partikel. Istilah
radiasi tentunya berubungan erat dengan radiologi. Radiologi adalah cabang ilmu
kedokteran yang menggunakan energi pengion dan bentuk-bentuk energi lainnya
(non pengion) dalam bidang diagnostik dan terapi, yang meliputi energi pengion
yang dihasilkan oleh generator atau bahan radioaktif seperti sinar-X, sinar gamma,
pancaran partikel pengion (elektron, neutron, positron dan proton). nergi bukan
2
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
3/17
pengion (non pengion) seperti ! gelombang ultrasonic, gelombang infra merah,
gelombang magnetic dan gelombang mikro.
"inar-X dan kemampuan mereka untuk menembus jaringan manusia
ditemukan oleh Roentgen pada tahun '*. +ia menyebut mereka sinar-X karena
sifatnya. "inar-X sebenarnya adalah suatu bentuk energi tinggi radiasi
elektromagnetik dan merupakan bagian dari spektrum elektromagnetik, yang juga
termasuk lo energi radio aes, teleisi dan cahaya tampak (lihat &abel .')
"inar-X digambarkan terdiri dari gelombang paket energi. "etiap paket yang
disebut foton dan adalah setara dengan satu kuantum energi. X-ray balok, sepertiyang digunakan dalam radiologi diagnostik, adalah terdiri dari jutaan foton
indiidu. /ntuk memahami produksi dan interaksi sinar-X pengetahuan dasar
fisika atom adalah hal penting untuk dipelajari.
2.2 At%m "an Bagan "ar At%m
$tom adalah blok pembangunan dasar dari materi. $tom terdiri dari partikel
asli yang disebut partikel fundamental dan diadakan bersama oleh kekuatan listrik
dan nuklir. $tom terdiri dari inti padat pusat terdiri dari proton dan neutron yang
dikelilingi oleh elektron dalam orbit atau kerang tertentu (lihat 0ambar. .').
3
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
4/17
1umlah proton ( nomor atom 2 3 ) dalam inti menentukan identitas suatu
elemen. 4asing-masing dari lebih dari '55 unsur memiliki nomor atom spesifik,
angka yang sesuai elektron orbital dalam keadaan dasar, dan kimia yang unik dan
sifat fisik. 6ampir seluruh massa atom terdiri dari proton dan neutron dalam inti.
1umlah proton dan jumlah neutron (7) dalam inti atom adalah massa atom ($).
Isotop adalah atom dengan nomor atom8jumlah proton (3) yang sama tetapi
nomor massa berbeda ($) dan berneda pula nomor neutron (7). Radioisotop
adalah isotop dengan inti tidak stabil yang mengalami disintegrasi radioaktif. 9itur
utama dari partikel atom.
Muatan "an Massa Partkel Pen&usun At%m
Partikel
4uatan 4assa
"atuan :oloumbRelatif terhadap
Proton
"atuan 0ram"atuan $4/
Proton ; ',< = '5-' ;' ',@
7eutron 5 5 ',?='5-? ',55>
4
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
5/17
lektron -',< = '5-' -' ,''='5- *,?
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
6/17
kuantum momentum sudut (l) menggambarkan bentuk orbital. "urat-surat s, p, d,
f, g, dan h digunakan untuk menggambarkan bentuk orbital dan sesuai dengan
nilai-nilai momentum sudut dari 5, ', , @, ?, dan *, masing-masing. Crbital s
adalah bola. Crbital s terlebih dahulu diisi setiap elemen. #erikutnya adalah tipe-
p orbital, yang bilobed dan berpusat pada inti. #oron adalah elemen terlebih dulu
mengandung elektron di orbital. #erikutnya adalah d-orbital, yang terdiri dari
empat lobus diatur di sekitar inti atau mereka bilobed dengan sebuah cincin.
"kandium adalah elemen terlebih dulu mengandung elektron di orbital iklan.
#ilangan kuantum magnetik (m) menggambarkan orientasi orbital dalam ruang.
+alam sebuah atom dengan elektron banyak aan elektron dari satu orbital yang
ditumpangkan dengan orang-orbital lainnya. &idak ada atom yang dikenal
memiliki lebih dari tujuh orbital. 6anya dua elektron dapat menempati orbital.
lektron menempati terlebih dahulu orbital yang berenergi rendah (#ilangan
kuantum utama terendah maka momentum sudut terendah). $khirnya, untuk '
elemen pertama, orbital mengisi pertama masing-masing orientasi yang tersedia
(m) satu per satu sehingga berputar mereka berpasangan.
+alam semua atom ada tarikan elektrostatik antara inti bermuatan positif
dan elektron sekitarnya bermuatan negatif di sekitarnya. 1umlah energi yang
dibutuhkan untuk menghilangkan elektron dari orbital yang diberikan harus
melebihi kekuatan tarik-menarik elektrostatik antara elektron dan inti yang disebut
energi ikat elektron-elektron (energi ionisasi) dan spesifik untuk setiap orbital dari
setiap elemen. lektron dalam orbital 's dari elemen tertentu memiliki energi ikat
terbesar karena mereka paling dekat dengan inti. nergi ikat dari elektron dalam
setiap orbital penurunan besar secara berurutan. /ntuk sebuah elektron untuk
berpindah dari orbital khusus ke orbital lain yang jauh dari inti, energi harus
diberikan dalam jumlah yang sama dengan perbedaan energi mengikat antara dua
orbital. "ebaliknya, dalam menggerakkan elektron dari orbital luar ke dekat inti,
energi hilang dan menyerah dalam bentuk radiasi elektromagnetik.
6
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
7/17
I%nsas
Aetika jumlah elektron dalam atom sama dengan jumlah proton dalam inti,
atom bermuatan netral. 1ika seperti sebuah atom kehilangan elektron, inti menjadi
ion positif dan elektron bebas ion negatif. Proses membentuk pasangan ion
disebut ionisasi. /ntuk mengionisasi atom memerlukan energi yang cukup untukmengatasi gaya elektrostatik yang mengikat elektron ke inti. nergi ikat elektron
terkait dengan nomor atom atom dan jenis orbital. 7omor atom yang besar (3
tinggi) memiliki proton lebih dalam inti dan mengikat elektron dalam setiap
orbital lebih erat daripada elemen dengan 3 kecil. +alam suatu atom, elektron di
orbital dalam terikat lebih kuat daripada orbital luar lebih jauh. lektron terikat
erat memerlukan energi sinar-= atau partikel berenergi tinggi untuk
menghapusnya, sedangkan elektron terikat longgar dapat digantikan oleh radiasi
ultraiolet. 7amun, radiasi nonionisasi, seperti cahaya tampak, inframerah, dan
radiasi gelombang mikro, dan gelombang radio tidak memiliki energi yang cukup
untuk memindahkan elektron terikat dari orbital mereka.
2.3 Mekansme Pergerakan At%m &ang Menja" Dasar Pem(entukan !nar
7
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
8/17
lektron berkecepatan tinggi membombardir target (0ambar .@) yang
terlibat dalam dua jenis utama tabrakan dengan atom tungsten!
F &abrakan penghasil Panas (6eat-producing collisions)
F X-ray yang memproduksi tabrakan. (X-ray-producing collisions)
a. Ta(rakan Penghasl Panas )Heat#Pr%"u*ng +%lls%ns,
'. elektron yang masuk dibelokkan oleh aan tungsten elektron kulit terluar,
dengan kecil kehilangan energi, dalam bentuk panas (0ambar .?$).
. Para bertabrakan elektron masuk dengan luar shell tungsten elektron
menggusur itu bahkan shell lebih perifer (eksitasi) atau menggusur itu dari
atom (ionisasi), lagi dengan kerugian kecil energi dalam bentuk panas
(0ambar .?#).
(. $#Ra& -ang Memr%"uks Ta(rakan
'. lektron yang masuk menembus kulit luar elektron dan leat dekat inti
atom tungsten. Gang masuk elektron dramatis melambat dan dibelokkan
oleh inti dengan kerugian besar energi yang dipancarkan dalam bentuk
sinar-X (0ambar .*$).
. Para bertabrakan elektron masuk dengan kelopak tungsten elektron
menggusur ke sebuah kulit terluar (eksitasi) atau menggusur itu dari atom
(ionisasi), dengan kerugian besar energi dan emisi berikutnya dari sinar-X
(0ambar ,*#).
8
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
9/17
2./ Ber(aga Ma*am !nar (eserta !0atn&a
a. !nar# )Al0a,
"inar H tidak lain adalah inti atom helium (6e?). Partikel yang terdiri
dari ? buah nukleon i.e proton dan netron, bermassa ? sma. "ifat-
sifat!
'. Partikel alfa tidak mengalami pembelokan karena massa partikel
alfa lebih besar dari massa elektron
. +aya tembus di udara ? cm, tidak tembus kertas
@. +apat menghitamkam film. 1ejak partikel dalam bahan radioaktif
berupa sinar lurus.
?. Radiasi sinar mempunyai daya tembus terlemah dibandingkan
dengan sinar dan sinar
*. Radiasi sinar ini mempunyai daya ionisasi paling kuat
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
10/17
4erupakan partikel yang dilepas atau terbentuk pada suatu nukleon inti,
dapat berupa elektron bermuatan negatif (negatron),elektron bermuatan
positif (positron) atau elektron cupture (penangkapan elektron).
'. "inar tidak lain ialah partikel elektron
. Radiasi sinar mempunyai daya tembus lebih besar dari pada H
tetapi lebih kecil dari pada (+aya tembus '55 X partikel alfa)
@. 4enyebabkan atom yang dileati terionisasi
?. "inar dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet
*. Aecepatan partikel berharga antara 5,@ c dan 5,> c
. 1ejak yang berbelok-belok disebabkan hamburan yang dialami oleh
elektron di dalam atom
*. !nar# ) amma,
4erupakan hasil disintegrasi inti atom yang memancarkan sinar alfa dan
terbentuk inti baru dengan tingkat energi agak tinggi, kemudian transisi
ke tingkat energi yang lebih rendah dengan memancar sinar gamma.
'. 4empunyai daya tembus paling besar
. &idak dibelokkan di dalam medan magnetik
@. "inar- memerlukan radiasi elektromagnetik dengan panjang
gelombang lebih pendek
?. 9oton- tidak banyak berinteraksi dengan atom suatu bahan dalam
interaksinya
2.4 Mekansme Pem(entukan !nar#$
"inar-X dihasilkan ketika energi elektron kecepatan tinggi membombardir
bahan target dan dibaa tiba-tiba untuk beristirahat. 6al ini terjadi
dieakuasi di dalam amplop kaca kecil yang disebut tabung "inar-X. (lihat
0ambar. .).
10
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
11/17
Fitur utama dan persyaratan dari suatu Tabung Sinar-X
Katoda (negatif) terdiri filamen tungsten yang dipanaskan, yang
menyediakan sumber elektron.
Anoda (positif) terdiri dari target (sepotong kecil tungsten) yang di atur
menjadi ajah siku blok tembaga (copper block) besar untuk
memungkinkan pembuangan panas yang efisien.
Perangkat fokus (focusing device) bertujuan mengalirkan elektron difocal
spotpada target. "ebuah tegangan tinggi (kilooltage, kJ) yang terhubung antara katoda
dan anoda mempercepat elektron dari filamen negatif ke target positif. Ini
kadang-kadang disebut sebagai kJp atau puncak kilooltage
"ebuah arus (milliamperage, m$) mengalir dari katoda ke anoda. Ini
adalah ukuran dari jumlah elektron yang dipercepat.
"ebuah lead casing di sekitarnya yang menyerap "inar-X yang tidak
diinginkan sebagai tindakan proteksi radiasi sejak "inar-X dipancarkan ke
segala arah. 4inyak (oil)disekitarnya, memfasilitasi pembuangan panas.
Pertimbangan praktis
Produksi sinar-X dapat diringkas sebagai urutan kejadian berikut!
' 9ilamen dipanaskan secara elektrik dan aan elektron terbentuk sekitar di
sekitar filamen.
11
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
12/17
&egangan tinggi (beda potensial) menyebrangi tabung mempercepat
elektron pada kecepatan sangat tinggi menuju anoda
@ Perangkat fokus (focusing device) membidik aliran elektron di tempat
fokus (focal spot) pada target.
? lektron membombardir target dan dibaa tiba-tiba untuk beristirahat.
* nergi yang hilang oleh elektron ditransfer menjadi panas (sekitar K)
atau sinar-X ("ekitar 'K).
< Panas yang dihasilkan akan dihapus dan hilang oleh blok tembaga (copper
block) dan minyak sekitarnya.
> "inar-X yang dipancarkan ke segala arah dari target, dan dipancarkan
melalui jendela kecil di dalam lead casing membuat berkas cahaya(beam) yang digunakan untuk tujuan diagnostik.
Interaksi Atomik
+alam penghasilan sinar-X, proses elektron berkecepatan tinggi
membombardir target (0ambar .@) yang terlibat dalam dua jenis utama tabrakan
dengan atom tungsten!
F &abrakan penghasil Panas (6eat-producing collisions)
F X-ray yang memproduksi tabrakan. (X-ray-producing collisions)
12
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
13/17
7amun, dari sumber lain, menyatakan baha ada dua type kejadian yang terjadi
di dalam proses menghasilkan foton sinar-X yaitu, sinar-X #remstrahlung dan
sinar-X karakteristik. +imana interaksi itu terjadi saat elektron proyektil
menumbuk target ( :arlton, ' !'
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
14/17
Sinar-X Bremstrahlung
Aetika elektron ini cukup dekat dengan inti atom dan inti atom
mempunyai medan energi yang cukup besar untuk ditembus oleh elektron
proyektil, maka medan energi pada inti atom ini akan melambatkan gerak
dari elektron proyektil. 4elambatnya gerak dari elektron proyektil ini akan
mengakibatkan elektron proyektil kehilangan energi dan berubah arah.
nergi yang hilang dari elektron proyektil ini dikenal dengan photon sinar
LX bremstrahlung.
2 !nar#$ 5arakterstk
"inar-X karakteristik terjadi ketika elektron proyektil dengan energi
kinetik yang tinggi berinterkasi dengan elektron dari tiap-tiap kulit atom.
lektron proyektil ini harus mempunyai energi kinetik yang cukup tinggi
untuk melepaskan elektron pada kulit atom tertentu dari orbitnya. "aat
elektron dari kulit atom ini terlepas dari orbitnya maka akan terjadi transisi
dari orbit luar ke orbit yang lebih dalam.
14
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
15/17
Sinar-X Karakteristik
nergi yang dilepaskan saat terjadi transisi ini dikenal dengan photon
sinar-X karakteristik. nergi photon sinar-X karakteristik ini bergantungpada besarnya energi elektron proyektil yang digunakan untuk melepaskan
elektron dari kulit atom tertentu dan bergantung pada selisih energi ikat
dari elektron transisi dengan energi ikat elektron yang terlepas tersebut.
15
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
16/17
BAB III
PENUTUP
3.1 5esmulan
Pada kesimpulan bahasan kali ini, dalam mempelajari radiasi, khususnya
sinar-X, penting untuk dipelajari terlebih dahulu dasar fisika radiasi. Pemaparan
terdiri dari mengenai apa yang dimaksud dengan radiasi, apa itu sinar-X, apa saja
yang berupa dasar fisika radiasi, bagaimana struktur atom, bagaimana pergerakan
atom, macam-macam sinar, dan bagaimana pembentukan sinar-X.
.
16
-
7/24/2019 Topik 1 Fisika Radiasi
17/17
DA6TAR PU!TA5A
:urry III, &homas. " and 1ames . '5. Christensen's h!sics of "iagnostik
#adiolog!. &e=as.
Mhite ":, Pharoah 41. 55?. $ral radiolog! ! Principles and Interpretation.*th
ed. 7e +elhi ! 4osby.
17