17 Februari 2015

Foto Rontgen dan Cara Kerja Sinar-X

Ads by Google

foto sinar-X

Alkisah, seorang fisikawan Jerman bernama Wilhelm Conrad Röntgen sedang melakukan eksperimen dengan berkas elektron dalam sebuah tabung pengosongan gas. Tiba-tiba dia mengamati peristiwa berpendarnya sebuah layar fluoresen miliknya yang kebetulan ada di dekat tabung pengosongan gas itu saat berkas elektron dinyalakan. Dalam keadaan normal, peristiwa pendaran layar fluoresen itu bukanlah sesuatu yang aneh, mengingat material fluoresens adalah material memang akan berpendar sebagai reaksi terhadap sebuah gelombang elektromagnetik. Tetapi, pada peristiwa yang dialami Röntgen tersebut, dia sebenarnya telah menutupi tabung pengosongan gasnya dengan sebuah karton yang cukup tebal dan diberi warna hitam. Asumsinya, dengan karton tebal hitam itu radiasi eletromagnet tidak dapat keluar karena diblok oleh karton tebal.

Röntgen mencoba menempatkan berbagai-bagai benda antara tabung dengan layar fluoresen. Hasilnya adalah layar masih tetap berpendar. Yang paling mengejutkan, Röntgen meminta istrinya menempatkan tangannya di antara tabung dan layar, dan hasilnya adalah sebuah siluet bayangan tulang tangannya, lengkap dengan cincin yang melingkar di jari manis Ny. Röntgen. Begitulah asal mula ditemukannya sebuah jenis sinar, yang oleh Röntgen disebutnya dengan sinar-X, yang memiliki arti penting dalam dunia kedokteran.

Sinar-X, yang ditemukan tanpa sengaja itu, digunakan untuk melakukan foto Röntgen di rumah sakit. Dengan foto itu, dokter dapat melihat menembus daging pasien untuk memeriksa bagian tulang yang patah atau retak, atau benda-benda yang mungkin menyangkut di tenggorokan pasien, dengan kemudahan yang luar biasa.

Apa itu sinar-X? Bagaimana bisa ia menembus bahan-bahan tertentu?


Sinar-X pada hakikatnya “bersaudara” dengan cahaya tampak. Yaitu cahaya yang menyebabkan kita dapat melihat sekeliling kita. Mereka adalah bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik dan kita tahu bahwa gelombang elektromagnetik ini terdiri atas paket-paket energi yang disebut foton. perbedaan antara sinar-X dengan cahaya tampak terletak pada energi foton yang menyusunnya, dan energi foton ini berkaitan dengan panjang gelombangnya. Energi foton sinar-X lebih besar dibandingkan energi foton cahaya tampak. Karena energi foton berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya, maka bisa dikatakan bahwa panjang gelombang foton sinar-X lebih pendek dibandingkan panjang gelombang foton cahaya tampak. Sayang sekali mata kita hanya mampu menangkap panjang gelombang tertentu yang kebetulan panjang gelombang tersebut hanya dimiliki oleh cahaya tampak sehingga kita tidak mampu melihat sinar-X itu.

Baik foton sinar-X maupun foton cahaya tampak, keduanya dihasilkan oleh perpindahan elektron dalam atom. Kita tahu bahwa elektron menempati tingkat-tingkat energi tertentu, yang kita sebut orbital, di sekeliling inti atomnya. Jika sebuah elektron jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, maka elektron ini harus mengeluarkan sejumlah energi tertentu, dan energi ini dilepaskan dalam bentuk foton. Besar energi foton yang terlepas bergantung pada seberapa dalam orbit yang dituju elektron tersebut.

bagaimana atom tereksitasi


Pada saat sebuah foton menumbuk atom lain, atom yang ditumbuk akan menyerap energi foton yang menumbuknya dan memicu sebuah elektron dalam atom tersebut untuk bergerak ke orbit yang lebih tinggi. Satu syarat yang harus dipenuhi untuk hal itu, yaitu energi foton yang menumbuk atom harus sama dengan selisih antara dua orbit elektron. Jika tidak demikian, foton tersebut tidak mampu menggeser elektron atom itu.





Atom-atom kulit tubuh kita menyerap foton cahaya tampak dengan sangat baik. Energi yang dimiliki oleh foton cahaya tampak tersebut klop dengan selisih tingkat energi antar atom-atom penyusun kulit kita. Untuk jenis gelombang elektromagnetik lain, misalnya gelombang radio energi yang dimiliki oleh foton-fotonnya tidak mencukupi untuk dapat membuat elektron atom tubuh berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Itulah sebabnya gelombang radio akan menembus hampir semua material. Sinar-X juga mampu menembus banyak material (bahan) tetapi bukan karena energi yang dimilikinya kurang, melainkan karena energi yang dimiliki oleh foton-fotonnya justru sangat besar. Energi foton sinar-X bahkan bisa menyebabkan elektron atom terlempar keluar dari atom. Beberapa energi dari foton sinar-X dapat memisahkan elektron dari atom, dan sisanya menyebabkan elektron melayang di udara. Atom yang lebih besar lebih mudah menyerap foton sinar-X, karena atom yang lebih besar tersebut memiliki selisih tingkat-tingkat energi yang lebih besar pula. Sedangkan atom-atom yang lebih kecil, dimana selisih antara tingkat-tingkat energi elektronnya (orbit) kecil, lebih sulit menyerap sinar-X; yang berarti lebih mudah ditembus sinar-X.

Lapisan kulit kita yang lunak tersusun atas atom-atom yang kecil, sehingga tidak dapat menyerap sinar-X atau meneruskan sinar-X dengan baik. Atom-atom kalsium yang merupakan atom penyusun tulang kita memiliki atom yang jauh lebih besar sehingga atom-atom tersebut menyerap sinar-X sehingga tulang sulit ditembus sinar-X. Untuk menggunakan sinar-X dalam melakukan foto Rontgen dalam bidang kedokteran, diperlukan alat pemancar sinar-X. Bagaimana pemancar sinar-X ini bekerja?

Cara Kerja Mesin Sinar-X


cara kerja mesin sinar-X untuk foto Rontgen
Bagian utama dari mesin sinar-X adalah sepasang elektrode, yaitu katode dan anode, yang ditempatkan dalam sebuah tabung kaca yang divakumkan. Katode terbuat dari sebuah filamen yang dipanaskan, seperti yang biasa ditemukan pada lampu pijar model lama. Arus listrik pada mesin pemancar sinar-X dilewatkan melalui filamen ini sehingga filamen tersebut menjadi panas. Akibatnya, elektron-elektron terpancar dari permukaan filamen tersebut. Anode yang bermuatan positif, dibuat dari bahan tungsten berbentuk lingkaran datar, menarik elektron-elektron tersebut membentuk berkas elektron dari katode ke anode dalam tabung.

Antara katode dan anode diberi beda potensial yang sangat besar, sehingga berkas elektron mengalir dalam tabung dengan energi yang sangat tinggi. Ketika elektron berenergi tinggi ini menumbuk atom tungsten di anode, sebuah elektron yang berada pada orbit yang relatif rendah dari atom tungsten tersebut akan terlempar meninggalkan tempatnya. Elektron lain yang berada di orbit yang lebih tinggi akan segera jatuh mengisi tempat kosong di orbital yang lebih rendah yang telah ditinggalkan elektron. Karena elektron jatuh dari orbital yang lebih tinggi ke orbital yang lebih rendah, maka dalam proses ini akan dilepaskan foton. pada peristiwa ini, elektron yang jatuh tersebut berasal dari tingkat energi yang jauh lebih tinggi, sehingga foton yang dihasilkan juga merupakan foton dengan energi yang cukup tinggi, yaitu foton-foton sinar-X.

mekanisme atom memancarkan foton
Sumber gambar: HowStuffWorks
 Elektron yang bebas juga dapat menghasilkan foton tanpa menumbuk sebuah atom. Hal ini terjadi karena sebuah inti atom yang menarik elektron yang bergerak bebas akan menyebabkan elektron yang bergerak tersebut akan mengalami perlambatan. Perlambatan atau pengurangan kecepatan tersebut terjadi dengan cara yang cukup cepat. Perubahan kecepatan ini akan menyebabkan dilepaskannya energi dalam bentuk foton sinar-X.

mekanisme pelepasan foton melalui peristiwa pengereman elektron
Sumber gambar: HowStuffWorks

Peristiwa tumbukan yang sangat kuat dalam proses pembentukan sinar-X akan menimbulkan panas. Untuk menghindari terjadinya pelelehan pada anode akibat panas ini, pada mesin pemancar sinar-X terdapat sebuah motor yang memutar anode. Dengan demikian, berkas elektron tidak selalu menumbuk bagian anode yang sama. Selain itu dalam mesin juga terdapat minyak pendingin yang berfungsi menyerap panas.

Di sekeliling alat penghasil sinar-X ini, dipasangi sebuah penghalang tebal dari bahan timbal. Ini untuk menjaga agar sinar-X tidak keluar memancar ke segala arah. Untuk menyalurkan berkas sinar-X yang dihasilkan, dibuat sebuah lubang kecil di bagian lapisan penghalang tersebut. Sebelum sinar-X ini mengenai tubuh pasien yang akan difoto, sinar-X ini akan melewati sejumlah penyaring (filter) sesuai dengan kebutuhan.

Sebuah kamera di sisi lain pasien akan merekam pola sinar-X yang melewati tubuh pasien. Kamera sinar-X ini menggunakan teknologi film yang sama dengan kamera film biasa (bukan kamera digital). Bedanya adalah reaksi kimia pada film foto disebabkan oleh sinar-X bukan sinar cahaya tampak seperti pada kamera film biasa.

Umumnya dokter menggunakan secara langsung hasil foto Rontgen tersebut dalam bentuk film negatif. Anda pernah melihat film negatif dan cara kerjanya bukan? Kita biasa menyebut film negatif tersebut dengan istilah klise foto. Pada film negatif ini, bagian yang terkena banyak cahaya akan tampak lebih hitam dibandingkan dengan bagian yang lebih sedikit dikenai cahaya. Benda-benda yang keras, seperti tulang, akan tampak putih pada film sedangkan benda-benda yang lebih lunak, misalnya kulit, akan tampak hitam atau abu-abu.

Berbahayakah sinar-X bagi tubuh kita?


Sinar-X merupakan sebuah perangkat penting dalam dunia kedokteran karena memungkinkan seorang dokter seorang pasien tanpa harus membedahnya. Akan jauh lebih mudah dan aman untuk memeriksa sebuah tulang dengan menggunakan sinar-X ketimbang membedah kulit dan daging untuk memeriksa tulang tersebut.

Namun demikian, sinar-X yang berlebihan akan membahayakan tubuh kita. radiasi sinar-X merupakan salah satu jenis radiasi ionisasi, yaitu radiasi yang dapat menyebabkan atom mengalami ionisasi. Jika sebuah cahaya normal mengenai atom, cahaya tersebut tidak dapat mengubah atom yang dikenainya secara signifikan. Lain halnya jika sinar-X yang mengenai sebuah atom. Jika sinar-X menumbuk sebuah atom, elektron atom tersebut dapat terlempar keluar meninggalkan atom sehingga membentuk ion, yaitu atom yang bermuatan listrik. Elektron yang terlempar menjadi bebas dan dapat menumbuk atom lainnya sehingga menghasilkan lebih banyak ion lagi.

Ion bermuatan listrik ini dapat menghasilkan reaksi kimiawi yang tidak biasa dalam sel. Bahkan dapat merusak rantai DNA kita. sel yang mengalami kerusakan DNA akan mengalami kematian atau mengalami mutasi. Semakin banyak DNA yang mati, maka tubuh akan menimbulkan berbagai jenis penyakit. Jika DNA mengalami mutasi, sel-sel dapat mengalami kanker, dan kanker ini dapat menyebar. Jadi, meskipun sinar-X ini sangat berarti dalam dunia medis, Anda harus berhati-hati agar tidak terlalu sering melakukan foto Röntgen!

Sumber: www.howstuffworks.com

2 komentar :

  1. Please note down your source. This was translated from HowStuffWorks, wasn't it?

    BalasHapus
  2. Yup, you are right... Thank for reminding :)

    BalasHapus