Pengertian dan Manfaat Sinar x

SINAR-X

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

Sejarah penemuan sinar-X oleh Wilhelm Conrad Roentgen pada 8 Nopember 1895 tidak bisa terlepas dari penelitian sinar katoda. Sinar katoda timbul karena adanya lucutan listrik melalui gas di dalam tabung bertekanan rendah. Untuk menimbulkan bunga api listrik antara katoda dan anoda di udara pada tekanan 1 atmosfer (Atm) diperlukan beda tegangan listrik yang sangat besar, kira-kira 30.000 Volt/cm.

Peristiwa-peristiwa yang terjadi di dalam sinar katoda diselidiki oleh beberapa peneliti sekitar tahun 1870. Dengan menggunakan tabung khusus yang disebut tabung Crookes, William Crookes (1832-1919) memasang rintangan antara katoda dan dinding tabung yang dapat berpendar di depan katoda itu. Meskipun dari penelitian ini diketahui sinar katoda merambat lurus, Crookes belum berhasil mengidentifikasi apakah sinar katoda berupa partikel atau gelombang cahaya.

Penyelidikan yang lain berhasil mengungkapkan bahwa sinar katoda dibelokkan oleh medan magnet maupun medan listrik. Dengan bantuan sebidang tabir yang dilapisi sulfida seng yang dapat mengeluarkan pendar berwarna biru, akan terlihat perjalanan berkas sinar katoda yang membelok saat didekatkan sebuah magnet batang. Pembelokan ini juga terlihat bila sinar katoda dilewatkan di antara dua bidang kondensator bermuatan listrik. Dari penyelidikan ini dapat disimpulkan bahwa sinar katoda terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif. Inilah penelitian-penelitian awal yang membekali Roentgen ke arah penemuan sinar-X.

Minat yang besar untuk mendalami penelitian sinar katoda mendorong Roentgen mempersiapkan fasilitas untuk penelitian tersebut. Dalam suatu laboratorium yang luas, Roentgen memasang sebuah kumparan Ruhmkorff yang dilengkapi interuptor sehingga dapat membangkitkan bunga api listrik sepanjang 10-15 cm. Roentgen juga melengkapi peralatannya dengan tabung Hittorf-Crookes (tabung pelucutan), beberapa tabung Lenard, dan sebuah tabung yang baru diterima dari Muller-Unkel. Peralatan lain berupa pompa vakum Rap untuk menghampakan tabung-tabung tersebut.

Sinar-X diamati pertama kali oleh Roentgen pada 8 Nopember 1895, pada saat ia sedang bekerja dengan tabung Crookes di laboratoriumnya di Universitas Wurzburg. Dia mengamati nyala hijau pada tabung yang sebelumnya menarik perhatian Crookes. Roentgen selanjutnya mencoba menutup tabung itu dengan kertas hitam agar tidak ada cahaya tampak yang dapat lewat. Namun, ternyata masih sinar tidak tampak yang lewat.

Saat Roentgen menyalakan sumber listrik tabung untuk penelitian sinar katoda, ia mendapatkan ada sejenis cahaya berpendar pada layar yang terbuat dari barium platinosianida. Jika sumber listrik dipadamkan maka cahaya pendar pun hilang. Roentgen segera menyadari bahwa sejenis sinar yang tidak kelihatan telah muncul dari dalam tabung sinar katoda. Karena sebelumnya tidak pernah dikenal maka sinar ini diberi nama sinar-X. Untuk menghargai jasanya, sinar itu dinamakan juga sinar Roentgen.

Nyala hijau yang terlihat oleh Crookes dan Roentgen ternyata merupakan gelombang cahaya yang dipancarkan oleh dinding kaca tabung sewaktu elektron menabrak dinding itu. Pada saat yang bersamaan, elektron itu merangsang atom pada kaca untuk mengeluarkan gelombang elektromagnetik yang panjang gelombangnya sangat pendek, dalam bentuk sinar-X. Sejak saat itu, para ahli fisika mengetahui bahwa sinar-X dapat dihasilkan bila elektron dengan kecepatan yang sangat tinggi menabrak atom.

Tergiur oleh penemuannya yang tidak sengaja itu, Roentgen menyisihkan penyelidikan-penyelidikan lain dan memusatkan perhatiannya pada penyelidikan sinar-X. Dalam mempelajari sinar yang baru ditemukannya itu, Roentgen mendapatkan bahwa jika bahan yang tidak tembus oleh cahaya ditempatkan di antara tabung dan layar pendar, maka intensitas perpendaran pada layar itu berkurang, namun tidak hilang sama sekali. Hal ini menunjukkan bahwa sinar itu dapat menerobos bahan yang tidak tembus oleh cahaya biasa (cahaya tampak). Di samping itu, Roentgen juga bisa melihat bayangan tulang tangannya pada layar yang berpendar dengan cara menempatkan tangannya di antara tabung sinar katoda dan layar. Ia juga menemukan sinar-X dapat memendarkan berbagai senyawa kimia lain seperti senyawa calsium, kaca uranium, kalsit, serta batu garam. Hal lain yang dibuktikannya adalah sinar-X bukan partikel bermuatan karena berjalan melintasi garis lurus, tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.

Percobaan lainnya yang dilakukan oleh Roentgen adalah dengan meminta istrinya sendiri menjadi objek percobaan. Dengan memasang film fotografi di dalam kaset dan menempatkan tangan istrinya di antara kaset dan tabung sinar katoda, pada film akhirnya tercetak ruas-ruas tulang telapak tangan Ny. Roentgen yang memakai cincin. Setelah berbagai percobaan dilakukannya, pada 28 Oktober 1895, ia menyampaikan karya tulis ilmiahnya yang pertama tentang penemuan sinar-X itu pada perkumpulan fisika kedokteran di Wurzburg. Gambar tersebut adalah sebagai berikut:

Karya tulis ilmiah yang kedua tentang penemuan sinar-X diserahkan kepada Komisi Redaksi Perkumpulan Fisika Kedokteran pada 9 Maret 1896. Sebelumnya, pada 3 Maret 1896, Universitas Wurzburg mengangkatnya menjadi doktor kehormatan dalam ilmu kedokteran, meskipun pada waktu itu belum banyak orang yang menaruh harapan terhadap aplikasi praktis sinar-X dalam bidang kedokteran. Pada Nopember 1896, Roentgen mempresentasikan hasil penemuannya itu di depan perkumpulan fisika kedokteran Universitas Wurzburg.

Sifat gelombang sinar-x mula-mula ditegakkan oleh Barkla pada tahun 1906 yang menunjukkan polarisasinya. Pengaturan eksperimen Barkla disketsa dalam gambar sebagai berikut:

MEMBANGKITKAN GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK


Cepat Rambat Elektromagnetik
Fisikawan teori dari Skotlandia, James Clerk Maxwell mempelajari perubahan medan listrik dan medan magnet untuk menyatakan hubungan antara keduanya dalam persamaan matematis. Dari telaah teori tersebut, makwell menyimpulkan beberapa hal seperti berikut:
Medan listrik memancar dari muatan listrik.
Kutub-kutub magnet tidak ada yang terpisah.
Medan listrik dihasilkan oleh perubahan medan magnet.
Medan-medan agnet melingkar dihasilkan oleh perubahan-perubahan medan listrik dan arus-arus listrik.
Berdasarkan kerikulum tersebut, Maxwell mencoba menghitung cepat rambat gelombang elektromagnetik. Ia menemukan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik bernilai

c = √μoεo



Dengan: c adalah cepat rambat gelombang-gelombang elektromagnetik (m/s),
μo adalah permeabilitas vakum 4π x 10-7 Wb/(A.m)
εo adalah permitifitas vakum 8,85 x 10 -12 C2/(N.m2).
Apabila nilai μo dan εo kita masukkan kepersamaan (8-1), kita peroleh nilai c=2,99 * m/s. Nilai c sama dengan cepat rambat cahaya. Dengan berbekal analisis marematikanya, Makwell dengan penuh keyakinan menyatakan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.


Untuk membuktikan hipotesis Makwell tersebut, Heinrich Rudolph Hertz, seorang professor di politeknik Karlsruhe, Jerman, mencoba membangkitkan dan mendeteksi gelombang elektromagnetik dengan eksperimen.

Eksperimen Hertz

Peralatan eksperimen Hertz menggunakan kumparan induksi terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder. Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan. Kumparan sekunder dihubungkan dengan elektroda yang berjarak sangat dekat yang memungkinkan terjadinya percikan listrik. Hertz berasumsi bahwa jika hipotesis Makwell benar, berarti aka nada gelombang elektromagnetik yang merambat tiap kali terjadi percikan listrik. Untuk mendeteksi adanya gelombang ini, Hertz menggunakan loop kawat yang ujungnya diberi celah sangat sempit yang memungkinkan terjadinya percikan listrik.

Kedua elektroda yang dihubungkan dengan kumparan induksi merupakan perangkan pengirim gelombang (analogi dengan rangkaian LC). Sedangkan rangkaian tertutup (loop) ditekat elektroda bola tersebut merupakan rangkaian pendeteksinya.

Saat kumparan induksi diberi tegangan, kumparan akan memberikan muatan positif pada salah satu elektroda dan dan muatan negatif pada elektroda yang lain. Saat beda potensial antar kedua elektroda mencapai nilai tertentu, di celah antara kedua elektroda akan terjadi percikan api. Udara diantar elektroda terionisasi sehingga mudah menghantarkan muatan listrik. Terjadinya pelepasan atau lucutan muatan (discharge) akan membangkitkan getaran.

Besar induktansi kumparan dan kapasitasnya kapasitor cukup kecil. Untuk rangkaian LC pada peralatan Hertz, frekuensi getaran yang dihasilkan sangat tinggi mendekati 100 MHz. Dengan percobaannya ini Hertz telah mendemonstrasikan bahwa getaran arus induksi dalam loop kawat penerima dihasilkan oleh gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh loop pengirim.

Dalam percobaannya, Hertz juga berhasil mengukur cepat rambat gelombang elektromagnetik yang sesuai dengan nilai yang diperoleh oleh Makwell. Dengan demikian, hasil percobaan Hertz mendukung sepenuhynya hipotesis Makwell tentang gelombang elektromagnetik.

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Gelombang Radio

Gelombang radio mengirimkan suara music atau percakapan gambar, dan data tanpa terlihat mata manusia dalam jarak yang mungkin mencapai jutaan kilometer. Hal ini terjadi tiap hari dalam berbagai cara. Meskipun tak terlihat dan tak terdeteksi oleh manusia, gelopmbang radio benar-benar telah mengubah cara hidup masyarakat. Jika kita berbicara tentang teknologi wireless (nirkabel), semuanya menggunakan gelombang radio untuk media komunikasi. Gelombang radio dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer diatmonfer bumi sehingga memungkinkannya ditransmisikan dalam jarak jauh.

Beberapa penggunaan gelombang radio yang lain, misalnya telepon nirkabel (cordless phone), jaringan nirkabel, mainan dengan radio kontrol, telopon seluler, GPS (Gelombang Positioning Syistem), dan walkie talkie.
Dalam system pentiaran radio (radio broadcasting), gelombang radio digunakan untuk membawa sinyal suara (audio) dari stasiun pemancar radio ke pesawat penerima radio. System penelaan (tuning) pada pesawat radio di rumah-rumah penduduk akanmenyeleksi gelombang radio dari pemancar radio berdasarkan frekuensinya. Setelah gelombang radio dengan frekuensi tertentu dipilih, system rangkaian elektronik pada pesawat penerima radio akan mengambil sinyal audio yang dibawa oleh gelombang radio tersebut akan mengirimkannya ke sisem output sebagai suara pada speaker pesawat penerima radio tersebut.

Distasiun permancar radio, gelombang radio dihasilkan oleh muatan-miatan listrik yang dipercepat melalui kayat penghantar. Muatan listrik dibangkitkan oleh isolator. Sebelum dipancarkan melalui antena pemancar, gelombang radio terlebih dulu dimodulasikan (dipaketkan) dengan sinyal audio. Gelombang radio yang membawa sinyal audio ini yang akan ditransmisikan melalui antenna pemancar. Dalam hal ini gelombang radio berfunfsi sebagai gelombang pembawa (carrier wave) yang membawa sinyal audio.
Ada dua cara modulasi gelombang radio yaitu modulasi amplitude (amplitude modulation =AM) dan modulasi frekuensi (frequency modulation =FM). Dengan system AM, gelombang audio dibawa oleh gelombang radio sebagai perubahan amplitudo. Sedangkan dalam FM, siya audio dibawa oleh gelombang radio sebagai perubahan frekuensi. Perhatikan ilustrasi pada gambar 8.7
Penggunaan pemancar AM memiliki keuntungan yaitu dapat menjangkau seluruh tempat dimuka bumi karana gelombangnya dapat dipantulkan kembali kepermukaan bumi oleh laisan ionosfir , cukup baik sebagai pembawa informasi /berita. Sedangkan kerugianya adalah sinyalnya udah terganggu oleh dejala listrik dilapisan iomosfir. (misalnya ada petir dan hujan). Gangguan listrik tersebut menimbulkan drau pada suara yang diterima. Gelombang radio AM memiliki jangkauwan frekuensi sekitar 104 hingga 109 Hz
Penggunaan pemancar FM juga memiliki keuntungan, yaitu dapat digunakan untuk komunikasi antarsatelit karana gelombangnya mampu menembus lapisan ionosfir , suaranya jernih cocok ntuk meyiarkan music. Sedangkan kelemahanya adalah sulitnya menjangkau tempat yang jauh, kelemahan ini diatsi dengan penggunaan stasiun relai (penghubung).
Gelombang Mikro

Gelombang mikro merupakan gelombang radio dengan prekuensi palingtinggi sekitar 3 GHz. Gelombang mikro ini dimanfaatkan pada pesawat RADAR
(radio detection and ranging). Radar digunakan untuk mendeteksi adanya objek tertentu. Pesawar RADAR ini banyak digunakan membantu keamaan pendaratan pesawat terbang Komersial maupun untuk kepentingan militel.
Pesawat RADAR mempunyai antenna yang berfungsi sebagai pemancar dan penerima gelombang. Antenna ini terus berputar sambil memancarkan gelombang mikro. Gelombang mikro yangmengenai objek akan dipantulkan kembali dan ditangkap system antenna RADAR. Sistem RADAR biasanya dilengkapi dengan layar untuk menunjukkan lokaso objek yang terdeteksi secara visual
(gambar 8.8b) jika selang waktu antara pengiriman pulsa kesasaran / target dan diterimanya pulsa pantulan adalah ∆t arak sasaran kepusat RADAR adala maka :
s= (c x ∆t)/2

Sinar Intra Merah

Sinar intramerah ditemukan oleh William Herschel pada tahun 1800. Sinar ini memiliki jangkauan frekuensi antara 1011 Hz hingga 1014 Hz. Getaran electron-elektron dalam atom dapat memancarkan gelombang elektromagnetik pada frekuensi khas dalam daerah inframerah. Salah satu penggunaan popular dari radiasi inframerah pada saat ini adalah remote control untuk peralatan elektronik seperti TV, AC, dan VCD. Unit remote control berkomunikasi dengan peralatan elektronik melalui radiasi yang dihasilkan oleh dioda pancar cahaya (LED)

Sinar intramerah juga digunakan pada kamera untuk menangkap gambar dalam lingkungan yang gelap. Peralatan tersebut bisa digunakan untuk kepentingan militer. Dewasa ini kamera inframerah juga digunakan dalam pembuatan film ataupun program intertainment di televisi. Leser inframerah juga digunakan dalam system barcode, baik dibidang perdagangan maupun database kesehatan.

Cahaya Tampak

Cahaya tampak merupakan bentuk radiasi elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang cahaya tampak bervariasi tergantung pada warnanya, mulai dari panjang gelombang kira-kira 440 nm (cahaya ungu) hingga 700 nm (cahaya merah). Cahaya tampak digunakan dalam system komunikasi menggunakan serat optic sebagai pembawa sinyal komunikasi yang dipandu leser.

Sinar ultraviolet

Sinar ultraviolet merupakan elekromagnetik dengan rentang frekuensi antara 1015 Hz hingga1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombang 10-8sampai 10-7 Sinar ultraviolet dapat dihasilkan oleh atom dan molekul dalm nyala listrik.

Sinar matahari juga merupakan sumber sinar ultraviolet y6ang merangsang badan kita menghasilkan vitamin D yang kita perlukan untuk kesehatan tulang. Akan tetapi , jika anda terlalu dering terkena paparan sinar ultraviolet, kulit anda akan hitam terbakar dan bisa juga terkena kanker kulit.

Sinar ulotraviolet memiliki energi kimia yang dapat memandarkan bahan kimia seperti barium-platina-sianida. Karakteristik ini dimanfaatkan untuk berbagai hal, seperti misalnya didunian perbankan. Saat anda mengambil uang di bank, teller bank akan menyinari buku tabungan anda untuk memastikan kesamaan tangan anda di slip penarikan dengan tanda tangan di buku tabungan anda.Sinar ultraviolet juga dapat digunakan untuk memeriksa keaslian uang kertas.

Sinar- X

Sinar-x berada di rentang frekuensi antar 10-16 Hz hingga 1020Hz atau daerah panjang gelombang antara 10-15 cm hingga10-16 cm. karena gelombangnya pendek, sinar-x dihasilkan oleh electron-elektron yang terletak di bagian dalam kulit atom. Di samping itu\, sinar-x juga dapat dihasilkan saat elektron berkecepataan tinggi menumbuk logam.

Sinar-x ini benyak digunakan dalam bidang ke dokteran untuk memotret kedudukan tulang atau organ dalam tubuh manusia . menkipun besar menfaatya, penggunaan sinar-x harus memperhatikan prosedur keadaan pasien. Karana daya tembusnya cukup besar, jaringan tubuh manusia dapat rusak terkena paparan sinar-x terlalu lama. Oleh karana itu, pemancaran sinar-x pada pasien diusahakan sesingkat mungkin.

Sinar Gamma

Sinar gamma di temukan pertama kali oleh Ernest Rutherford sinar gamma memiliki rentang frekuensi antara 1020 Hz hingga 1025 Hz atau gelombang antara antara 10-15 cm hingga 10-10 cm. Di antara anggota spektrunm elektromagnetik, sinar gamma dihasilkan oleh atom-atom yang tidak setabil yaitu pada proses reaksi inti. Tingkat rediaksinya dipantau oleh tabung Geiger-Miller sebagai detektor sinar gamma.

Di bidang kedokteran, sinar gamma digunakan untuk membunuh sel kanker, tumor, dan menangani gangguan pada tubuh manusia. Sinar gamma juga dapat digunakan untuk sterilisasi alat-alat kedokteran atau deteksi retekan pada pipa baja.