2_fisika radiografi rev1

27
Courtesy of Baskan and Suparno 2 Fisika Bidang Radiografi 2.1 Struktur Atom Semua bahan (materi) yang ada di alam tersusun dari berjuta-juta molekul, sedangkan molekul terdiri atas beberapa unsur, dan unsur terdiri atas atom-atom. Atom dapat didefinisikan sebagai bagian terkecil dari suatu unsur yang masih memiliki sifat dasar unsur tersebut. Atom mempunyai ukuran sekitar 10 -10  m atau 1 angstrom ( 1 !). Atom terdiri atas " partikel dasar yaitu elektron, proton dan neutron. 1) #lektro n $itemukan pertama kali oleh %.%. &homson pada tahun 1'". #lektron mempunyai muatan listrik negatif sebesar 1, * 10 -1'  +oulomb dan mempunyai massa sebesar ',1 * 10 -"1  kg. ) roton $itemukan pertam a kali oleh +hadick pada ta hun 1'". roton mempunyai muatan listri k posi tif dan massa 1, * 10  /  kg. asanya jauh lebih besar dari elektron yaitu 1,2 * 10 -  kg. ") 3eutron $itemukan oleh +hadick pada tahun 1'". &idak bermuatan listrik, dan memiliki masa hampir sama dengan proton, 1,2 * 10 -  kg. roton dan neutron membentuk inti atom, dan elektron mengelilingi inti atom pada lintasan-lintasan tertentu. 4arena tersusun atas proton yang bermuatan negatip dan neutron yang tidak bermuatan listrik, maka inti atom bermuatan listrik positip. ada atom yang netral (stabil) jumlah elektron dan proton selalu sama, sedangkan jumlah neutron bisa berbeda. +ontoh atom yang sederhana adalah atom unsur 5elium (5e), 6isika 7idang 8adiografi 10

Upload: horascanman

Post on 21-Feb-2018

244 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 1/27

Courtesy of Baskan and Suparno

2

Fisika Bidang Radiografi

2.1 Struktur Atom

Semua bahan (materi) yang ada di alam tersusun dari berjuta-juta molekul, sedangkan

molekul terdiri atas beberapa unsur, dan unsur terdiri atas atom-atom. Atom dapat

didefinisikan sebagai bagian terkecil dari suatu unsur yang masih memiliki sifat dasar 

unsur tersebut. Atom mempunyai ukuran sekitar 10-10 m atau 1 angstrom ( 1 !).

Atom terdiri atas " partikel dasar yaitu elektron, proton dan neutron.

1) #lektron

$itemukan pertama kali oleh %.%. &homson pada tahun 1'". #lektron mempunyai

muatan listrik negatif sebesar 1, * 10-1' +oulomb dan mempunyai massa sebesar ',1 *

10-"1 kg.

) roton

$itemukan pertama kali oleh +hadick pada tahun 1'". roton mempunyai muatan

listrik positif dan massa 1, * 10 / kg. asanya jauh lebih besar dari elektron yaitu

1,2 * 10- kg.

") 3eutron

$itemukan oleh +hadick pada tahun 1'". &idak bermuatan listrik, dan memilikimasa hampir sama dengan proton, 1,2 * 10- kg.

roton dan neutron membentuk inti atom, dan elektron mengelilingi inti atom pada

lintasan-lintasan tertentu. 4arena tersusun atas proton yang bermuatan negatip dan

neutron yang tidak bermuatan listrik, maka inti atom bermuatan listrik positip. ada

atom yang netral (stabil) jumlah elektron dan proton selalu sama, sedangkan jumlah

neutron bisa berbeda. +ontoh atom yang sederhana adalah atom unsur 5elium (5e),

6isika 7idang 8adiografi 10

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 2/27

Courtesy of Baskan and Suparno

terdiri atas proton dan neutron didalam inti atom, dan elektron mengelilingi inti

atom, seperti ditunjukkan dalam gambar -1.

elektronInti atom

9ambar -1 : Struktur atom 5elium

%enis atom atau jenis unsur ditentukan oleh jumlah proton yang ada di dalam inti atom.

isal, semua atom yang mengandung proton adalah atom 5elium, semua atom yang

mengandung 2 proton adalah atom oksigen

;nsur dituliskan dengan lambang atomnya, misal unsur <ridium diberi lambang Ir,

unsur cobalt diberi lambang Co. Sedangkan penulisan jenis inti atom adalah nama unsur diikuti dengan nomor masanya, yaitu zX

A  atau XA atau X-A, dengan = (nomor atom)

adalah jumlah proton didalam nomor atom, A adalah nomor masa yang merupakan

 jumlah proton dan neutron. +ontoh,

Atom 7erylium mempunyai nomor atom (=) dan nomor masa (A) ', dapat ditulis

7e'. $ari penulisan tersebut dapat diketahui baha jumlah elektron , jumlah proton ,

 jumlah neutron ' / >.

 3uklida adalah istilah yang digunakan untuk menyatakan jenis inti atom. ;nsur yang

sama dapat memiliki nuklida yang berbeda. +ontoh, unsur <rridium (<r) dapat berupa

nuklida <r-1'1 dan <r-1'. 4arena itu nuklida atau jenis inti atom yang ada di alam jauh

lebih banyak daripada unsur. Sampai saat ini telah diketemukan 10 jenis unsur,

sedangkan jumlah nuklida lebih banyak dari itu. &erdapat beberapa istilah yang

 berhubungan dengan nuklida, antara lain :

-  Isotop adalah nuklida-nuklida yang memiliki nomor atom sama dan nomor masa

 berbeda. <sotop-isotop memiliki jumlah proton yang sama dalam intinya tetapi

6isika 7idang 8adiografi 11

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 3/27

Courtesy of Baskan and Suparno

 berbeda jumlah neutronnya. +ontoh, +obalt >' (+o>') dan +obalt 0 (+o0)

adalah isotop dari unsur +obalt. +o->' adalah inti stabil, sedangkan +o-0 adalah

inti tidak stabil.

- Isobar adalah nuklida-nuklida dengan nomor masa sama tetapi berbeda nomor 

atomnya. +ontoh, 1Si"1, 1>"1, 1S"1.

-  Isoton  adalah nuklida-nuklida dengan jumlah neutron yang sama tetapi berbeda

nomor atomnya. +ontoh, 1g, 1"Al, 1Si2.

-  Isomer adalah nuklida-nuklida yang memiliki nomor atom maupun nomor masa

sama, tetapi memiliki tingkat energi berbeda. +ontoh, 2 3i0  dan 2 3i0?, kedua

nuklida tersebut memiliki jumlah proton dan neutron yang sama tetapi tingkat

energinya berbeda, 2 3i0 berada pada keadaan dasar sedangkan 2 3i0? pada keadaan

tereksitasi.

2.2 Jenis Radiasi

8adiasi merupakan bentuk perambatan energi. isal, kaat piano yang bergetar 

memancarkan energi suara, disebut radiasi suara. +ahaya tampak merupakan energi

yang dipancarkan oleh matahari, disebut radiasi cahaya. 8adiasi suara maupun radiasi

cahaya tidak menimbulkan kerusakan pada media yang dilalui.

&erdapat jenis radiasi khusus yang dalam perambatannya mengionisasi media yang

dilalui, yang disebut radiasi pengion. &ermasuk dalam jenis radiasi pengion antara lain

radiasi alpha, radiasi beta, radiasi neutron, radiasi gamma, dan radiasi sinar-*. 8adiasi

alpha, beta dan neutron dikelompokkan sebagai radiasi partikel, sedangkan radiasi

gamma dan sinar-* dikelompokkan sebagai radiasi gelombang elektromagnetik.

2.2.1 Radiasi artikel

1) 8adiasi alpha

8adiasi alpha (α) merupakan partikel bermuatan listrik positip yang memiliki

 proton dan netron mirip atom 5elium, sehingga seringkali dinyatakan dengan

5e

.

6isika 7idang 8adiografi 1

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 4/27

Courtesy of Baskan and Suparno

Sifat-sifat radiasi alpha :

- 4ecepatan partikel α ber@ariasi antara 1100 hingga 110 kecepatan cahaya

- emiliki jarak jangkauan atau daya tembus sangat pendek, hanya beberapa

mm udara, bergantung pada energinya.

- $apat dibelokkan ketika melalui medan magnet atau medan listrik 

- $aya ionisasi partikel α  sangat besar, kurang lebih 100 kali daya ionisasi

 partikel β dan 10.000 kali daya ionisasi sinar γ .

) 8adiasi beta

8adiasi beta (β) merupakan partikel yang mirip dengan elektron, sangat ringan

dengan masa 0,000>> sma, dan memiliki muatan listrik sebesar 1, * 10-1'  +.

erbedaan antara elektron dengan beta adalah pada asal-usulnya, beta berasal dari

inti atom sedangkan elektron berasal dari kulit atom. &erdiri atas dua macam yaitu

 beta yang bermuatan listik negatip, disebut beta negatif, dan beta yang bermuatan

 positip, disebut positron.

Sifat-sifat radiasi beta :

- 4ecepatan partikel β berkisar antara 1100 hingga ''100 kecepatan cahaya.

- emiliki jangkauan lebih jauh daripada partikel α, di udara dapat beberapa cm.

- $apat dibelokkan oleh medan magnet atau medan listrik, dimana arah

 belokannya berlaanan antara beta negatip dan positron.

- $aya ionisasinya di udara 1100 kali dari partikel α.

-4arena sangat ringan, maka partikel β mudah sekali dihamburkan jika meleati

medium.

") 8adiasi 3eutron

<nti atom terdiri atas dua partikel yaitu proton dan neuron yang memiliki gaya ikat yang

sangat kuat. ada atom yang stabil perlu energi dari luar yang besar untuk memisahkan

kedua partikel tersebut. 3amun ada material tertentu yang dapat melepaskan neutronsecara spontan tanpa ada pasokan energi dari luar.

6isika 7idang 8adiografi 1"

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 5/27

Courtesy of Baskan and Suparno

 3eutron yang terlepas memiliki sifat dasar yang sama dengan neutron yang berada di

dalam inti atom yakni memiliki masa yang relatif besar dan tidak bermuatan listrik.

 3eutron yang terlepas dari inti atom memiliki energi kinetik yang cukup besar.

7erdasarkan besarnya energi yang dimiliki, nuetron dibagi atas neutron lambat, neutron

termal, neutron cepat.

2.2.2 Radiasi gelom!ang elektromagnetik 

Sinar-* dan sinar gamma keduanya adalah gelombang elektromagnetik, 4edudukan

sinar-* dan sinar gamma dalam spektrum gelombang elektromagnetik ditunjukkan

dalam gambar -.

#nergi foton, eB

6rekensi meningkat, panjang gelombang menurun

Sinargamma

10-' 10-2 10-. 10- 10-> 10- 10-" 10- 10-1 1 10 10 10"

<nfra merah ;ltra @iolet Sinar  Sinar 

kosmis

8adio +ahaya

9ambar - Spektrum gelombang elektromagnetik 

;mumnya sebuah gelombang, gelombang # memiliki panjang gelombang, frekensi,

dan amplitudo. anjang gelombang adalah jarak antara puncak gelombang, dinyatakan

dalam Angstrom (1 Ao  10-10 meter). 6rekensi gelombang merupakan banyaknya

gelombang yang melintasi suatu titik dalam setiap detik, dinyatakan dalam putaran

 perdetik atau 5ertD (5D). Sedangkan amplitudo adalah tinggi gelombang.

anjang gelombang dan frekensi saling berlaanan, jika panjang gelombangnya

 pendek maka frekensinya tinggi. anjang gelombang dan fekensi menentukan

 besarnya energi, yang dirumuskan dengan persamaan

6isika 7idang 8adiografi 1

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 6/27

Courtesy of Baskan and Suparno

λ 

ν 

ch#

h#

=

=

  (-1)

dimana E

h konstanta lanck, ,1> * 10-1> eB-detik (, * 10-" %s)

 ν  frekensi (5D)

λ  panjang gelombang

c kecepatan cahaya, ,''2 * 102 ms.

"  energi (electron @olt),

Sifat-sifat sinar-* dan sinar gamma :- &idak tampak 

- &idak dapat dirasa

- $apat menyebabkan material terpendar, seperti pada material Dinc sulfide, calsium

tungstate, diamond, barium platinocyanide, dsb.

- erambat dalam kecepatan cahaya " * 102 mdetik 

- erusak sel hidup

- $apat menyebabkan ionisasi pada medium yang dilalui

- erambat pada garis lurus, dapat dipantulkan, dibiaskan, didifraksikan.

- <ntensitas radiasi memenuhi hukum perbandingan kuadrat terbalik, semakin jauh

 jarak dari sumber radiasi intensitasnya semakin menurun

- $apat menembus material yang tidak dapat ditembus oleh cahaya

- $apat menghitamkan film

- $apat diserap atau dihamburkan ketika menembus material.

2.# Sektrum Sinar X dan Sinar $amma

$ari seluruh gelombang #, sinar-* dan sinar gamma memiliki energi yang besar 

dibaah sinar kosmis, karena itu mampu menembus material. #nergi sinar-* dan sinar 

gamma biasanya dinyatakan dalam satuan 4eB (seribu elektron @olt) atau eB (satu

 juta elektron @olt). Satu elektron @olt adalah jumlah energi yang sama dengan energi

yang dipancarkan oleh sebuah elektron saat elektron tersebut meleati beda potensial 1

6isika 7idang 8adiografi 1>

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 7/27

Courtesy of Baskan and Suparno

Bolt. Sebagai contoh, jika 1 elektron dileatkan pada beda potensial 100 kB dari mesin

sinar-*, elektron akan mempunyai energi sebesar 100 ribu elektron @olt.

Sinar-* dan sinar gamma memiliki perbedaan pada asal-usulnya. Sinar-* dibangkitkan

dari hasil tumbukan elektron yang berkecepatan tinggi dengan bahan target. Sedangkan

sinar gamma dibangkitkan selama peluruhan radioaktif dari isotop yang tidak stabil.

Sinar X

Sinar-* terjadi sebagai hasil kon@ersi energi akibat tumbukan antara berkas elektron

 berkecepatan tinggi dengan bahan target.

&iga jenis energi dihasilkan ketika terjadi tumbukan antara elektron dengan target, yaitu

 panas sekitar ''F pada mesin sinar-* kon@ensional, sinar-* kontinyu (bremstrahlung),

sinar-* karakteristik.

 3 3

9ambar -" proses terbentuknya 7remstrahlung

7remstrahlung, terjadi ketika elektron menembus sampai dekat inti atom dan

mengalami pembelokan serta perlambatan oleh medan inti atom.

 3

6isika 7idang 8adiografi 1

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 8/27

Courtesy of Baskan and Suparno

9ambar - roses pembentukan sinar-* karakteristik 

Sinar-* karakteristik dihasilkan bila elektron yang menumbuk target melepaskan

elektron dari orbit bagian dalam atom target. Atom pada orbit yang lebih luar mengisi

kekosongan orbit tersebut sambil memancarkan sinar-* karakteristik.

4 α +u

4 β +u4 α 3i

4 β  3i

        <      n        t      e      n      s         i        t      a      s

anjang 9elombang

9ambar -> : Spektrum energi sinar-* tabung yang terdiri atas sinar-* kontinyu(7remstrahlung) dan sinar-* karakteristik 

 Bremstrahlung yang dibangkitkan dalam mesin sinar-* memiliki rentang energi yang

lebar, dan dapat dikatakan spektrumnya kontinyu. Sedangkan sinar-* karakteristik memiliki energi yang khas tetapi umumnya memiliki energi lebih rendah dan

intensitasnya lebih tinggi daripada bremstrahlung. 9ambar -> menunjukkan spektrum

 panjang gelombang sinar-* tabung dengan bahan target tembaga dan nikel, garis

lengkung menunjukkan spektrum bremstrahlung sedangkan garis lurus menunjukkan

spektrum sinar-* karakteristik. Sinar-* karakteristik dari bahan target tembaga dengan

nomor atom lebih besar memiliki energi lebih besar daripada sinar-* karakteristik dari

 bahan target nikel.

        <      n       t      e      n      s        i       t      a      s

anjang 9elombangλmin   λef 

6isika 7idang 8adiografi 1

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 9/27

Courtesy of Baskan and Suparno

9ambar -: Spektrum panjang gelombang sinar-* tabung setelah difilter 

Sinar-* karakteristik memiliki energi rendah, sehingga akan hilang dari spektrum sinar-

* setelah melalui filter. 9ambar - menunjukkan spektum panjang gelombang sinar-*

setelah difilter. anjang gelombang min (λmin) berhubungan dengan energi maksimum

sinar-*. 4etika tabung sinar-* diberi beda potensial sebesar B, maka besarnya energi

maksimum sinar-* adalah

Be#ma*  =   (-)

atau

min

ma*λ 

hchveV  E    === (-")

#nergi efektif sinar-* adalah energi sinar-* yang intensitasnya terbesar (maksimum).

<ntensitas maksimum terjadi pada panjang gelombang efektif 

min>,1   λ λ    ≅ef     (-)

7esarnya energi efektif dapat ditentukan dengan memasukkan persamaan - ke

 persamaan -1, diperoleh

1,>

## ma*

ef   ≅   (->)

+ontoh : %ika pada tabung sinar-* diterapkan beda potensial sebesar 120 4B, maka

spektrum sinar-* yang dihasilkan memiliki energi maksimum sebesar 120 4eB, danenergi efektif sinar-* adalah 1201,> 10 4eB.

 5ubungan antara λ  dan V  adalah konstan, sehingga persamaan (-") menjadiE

kilovolt 

nm

,1=λ  (-)

kilovolt  A   V o

,1

=λ  (-)

6isika 7idang 8adiografi 12

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 10/27

Courtesy of Baskan and Suparno

&abel .1 hubungan antara panjang gelombang, tegangan tabung sinar-C dan energi

foton sinar-*.

anjang gelombang sinar-* (λ) &egangan tabung

sinar-*, (kB)

#nergi foton

sinar-*, (keB)Ao nm1 0,1 1, 1,

0,1 0,01 1 10,01 0,001 1, B 1, B0,001 0,0001 1, B 1, B

Sebagai elektron yang kehilangan energi pada target, sinar-* memancarkan energi

dengan berkas yang lebar yang dikenal sebagai berkas kontinyu, putih dan radiasi

 bremstrahlung. ada radiografi, berkas sinar-C menggunakan sinar yang kontinyu.

Sinar gamma

Sinar-γ   adalah gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh peluruhan isotop

radioaktif dengan energi sekitar 100 keB hingga 1 eB lebih atau dengan panjang

gelombang antara 0,01 hingga 0,001 Angstrom. <sotop yang paling umum digunakan

dalam dunia radiografi diantaranya +obalt (+o-0), <ridium (<r-1'), +esium (+s-1"),

Gtterbium (Gb-1') and &hulium (&m-10). 4arakteristik dari masing-masing isotop

radioaktif terdapat pada bab ".

Halaupun ada beberapa sinar-γ  dengan energi yang berbeda dipancarkan oleh suatu

isotop tetapi sinar-γ  adalah monokromatik. Sebagai contoh, peluruhan radioaktf +o-0

yang memancarkan sinar gamma 0,"1 eB dan 1,1 eB serta 1,"" eB and atom

cobalt berubah menjadi isotop 2 3i0.

%umlah dari peluruhan per satuan aktu pada isotop radioaktif berkurang secaraeksponensial terhadap aktu dan ini dirumuskan dalam bentukE

)e*p()'".0

e*p(   t nt 

nnoot 

  Λ−=−=τ 

(-2)

dimana, nt , no  adalah jumlah peluruhan masing-masing pada saat t   t   dan t   0,

sedangkan τ  adalah aktu paroh isotop radioaktif dan Λ adalah konstanta peluruhan.

6isika 7idang 8adiografi 1'

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 11/27

Courtesy of Baskan and Suparno

9ambar - : Spektrum energi sumber radiasi gamma +o-0 dan <r-1'

8adiasi sinar gamma memiliki spektrum yang diskrit dan khas. 9ambar -

menunjukkan spektrum yang khas dari energi sinar gamma <r-1' dan +o-0. $ari

gambar tersebut tampak baha +o-0 selalu memancarkan dua sinar gama yang

energinya cukup besar, satu sinar gamma energinya 1,1 eB, dan sinar gamma kedua

energinya 1,"" eB. <r-1' memancarkan radiasi dengan banyak energi. 3amun untuk 

keperluan radiografi yang diperhatikan adalah energi 0,"1 eB, 0, eB, dan 0,0

eB.

7eberapa keuntungan dalam penggunaan isotop radioaktif sebagai sumber dari sinar-C

energi tinggiE sumber radiasinya terpadu (rapi) dan alatnya mudah dibaa, bebas dari

sumber tegangan listrik and pendingin, secara relatif ongkosnya lebih murah, dan

monokromatis. Sedangkan salah satu kekurangannya karena menggunakan panjang

gelombang (λ) yang lebih pendek, maka dalam aplikasinya, film radiograf yang

dihasilkan mengalami kontras yang rendah dibandingkan dengan sinar-C. 5al yang lain,

apabila intensitasnya rendah maka memerlukan aktu penyinaran yang panjang. Selain

itu pula sumber radiasi isotop ini mengalami peluruhan sehingga perlu diganti pada saat

aktifitasnya kecil dan ini tidak bisa dihentikan begitu saja sehingga perlu penanganan

yang aman dan handal dalam mengganti sumber radiasi.

6isika 7idang 8adiografi 0

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 12/27

Courtesy of Baskan and Suparno

2.% &ukum 'uadrat (er!alik 

<ntensitas radiasi didefinisikan sebagai energi per satuan luas per satuan aktu.

<ntensitas radiasi pada suatu titik dipengaruhi oleh jarak titik tersebut terhadap sumber 

radiasi. erubahan intensitas berbanding terbalik terhadap kuadrat jarak, artinya bila

 jarak dinaikan kali maka pada luasan yang sama intensitas berkurang menjadi I dari

intensitas semula. rinsip tersebut dinamakan hukum perbandingan kuadrat terbalik 

(inverse suare la!), diilustrasikan pada gambar -2.

r 1

A

7

+1

+

9ambar -2. Skema diagram hukum kuadrat terbalik 

ada ilustrasi tersebut diasumsikan baha intensitas radiasi yang dipancarkan olehsumber dipertahankan tetap dan radiasi yang menembus celah 7 mencakup area yang

luasnya cm pada permukaan media perekam +1 yang berjarak 1 cm dari sumber.

%ika media perekam dipindahkan pada + yang berjarak cm dari sumber, berkas sinar 

* akan mencakup area yang luasnya 1 cm, yakni kali lebih luas dari pada +1.

$engan demikian, intensitas radiasi per 1 cm pada +1 hanya I dari intensitas radiasi

 pada +.

6isika 7idang 8adiografi 1

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 13/27

Courtesy of Baskan and Suparno

Secara matematis, hukum perbandingan kuadrat terbalik dapat dirumuskan dengan

 persamaan

(1

(

(

(

1

<

<=

  (-')

5ukum kuadrat terbalik sangat penting dalam radiografi baik untuk kepentingan

 proteksi radiasi maupun untuk perhitungan penyinaran teknik radiografi.

2.) Radioakti*itas

2.).1 +eluruan Radioaktif 

<nti atom yang tidak stabil secara spontan akan berubah menjadi inti atom stabil diiringi

dengan pancaran radiasi pengion. <nti atom yang dapat memancarkan radiasi disebut

radioisotop atau radionuklida, dan proses perubahan inti atom yang tidak stabil menjadi

stabil dinamakan peluruhan radioaktif. 6enomena peluruhan atom-atom suatu unsur 

 baik yang terjadi secara alami atau dibuat dinamakan radioakti@itas.

<nti atom yang tidak stabil akan mengalami satu atau lebih mode peluruhan berikut ini,

yaitu :

- #misi partikel alpha

- #misi partikel beta

- #misi positron

- &angkapan elektron

-#misi sinar gamma (foton)

- embelahan (fisi) spontan

(1) #misi artikel Alpha

#misi alpha terjadi pada inti atom yang memiliki perbandingan netron terhadap proton

rendah. 8adionuklida yang melakukan peluruhan alpha akan kehilangan dua proton dan

dua neutron serta membentuk nuklida baru.  +ontoh isotop yang memancarkan alpha

adalah uranium-"2 yang berubah menjadi nuklida baru thorium-".

6isika 7idang 8adiografi

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 14/27

Courtesy of Baskan and Suparno

';"2  ---- '0&h" J 5e

() #misi artikel 7eta

$alam proses peluruhan beta terjadi perubahan neutron menjadi proton di dalam inti

atom, sehingga dapat dikatakan baha emisi beta terjadi pada isotop yang memiliki

kelebihan netron. +ontoh, posphor-" mengalami peluruhan dan memancarkan partikel

 beta menjadi nuklida baru sulfur-",

1>" ---- 1S" J -1e0 

(") #misi ositron

ada kondisi dimana perbandingan netron terhadap proton terlalu rendah sedangkan

emisi alpha tidak terjadi, inti atom dapat memancarkan positron dalam menuju

kesetabilannya. ositron adalah partikel beta yang bermuatan positip. ositron

merupakan hasil transformasi inti dimana proton menjadi netron. +ontoh, Kksigen-1>

mengalami peluruhan dengan memancarkan positron dan membentuk nuklida baru

nitrogen-1>,

2K1>

 ----  31>

 J J1e0

 

() &angkapan elektron

<nti atom yang menuju kesetabilannya membentuk netron baru dapat meluruh dengan

memancarkan positron. 3amun jika kondisi untuk pancaran positron tidak terpenuhi,

maka proton didalam inti atom dapat menangkap elektron orbit (pada kulit 4) untuk 

membentuk netron baru, ditulis dengan persamaan

ν +→+n5e

1

0

1

1

0

1-

(>) Sinar gamma

Sinar gamma merupakan pancaran energi gelombang elektromagnetik yang dihasilkan

karena tingkat energi inti atom tidak berada pada keadaan dasar. ancaran radisi gamma

tidak berdiri sendiri, tetapi mengikuti mekanisme peluruhan alpha, beta, atau tangkapan

elektron.

ancaran radiasi gamma yang menyertai alpha misalnya terjadi pada 8adium- yangmeluruh menjadi isotop baru 8adon-.

6isika 7idang 8adiografi "

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 15/27

Courtesy of Baskan and Suparno

228a  ---- 28n? J α 

28n? ---- 28n J γ 

ancaran radiasi gamma yang menyertai beta misalnya terjadi pada isotop +obalt-0

yang meluruh menjadi 3ikel-0, isotop <ridium-1' yang meluruh menjadi latinum-

1'.

+o0 ---- 2 3i0? J β- 

2 3i0? ---- 2 3i

0 J γ 

<r 1' ---- 2t1'? J β- 

2t1'? ---- 2t1' J γ 

<ridium-1' dalam menuju kestabilannya mengalami dua jenis peluruhan yaitu

 peluruhan dengan memancarkan beta menjadi latinum-1' dan peluruhan dengan

menangkap elektron pada lintasan 4 menjadi Ksmium-1' (Ks1'). 4edua peluruhan

tersebut disertai dengan pancaran radiasi gamma, tetapi energi gamma sebagai akibat

tangkapan elektron sangat kecil sehingga tidak menjadi perhatian dalam radiografi.

() 6isi spontan

6isi spontan adalah pembelahan inti atom yang disertai dengan pancaran radiasi netron

tanpa adanya pasokan netron dari luar. <sotop yang dapat mengalami pembelahan

spontan adalah +alifornium > (+f->). +f-> sebenarnya adalah pemancar alpha,

namun setiap "1" transformasi alpha mengalami 10 pembelahan inti.

2.).2 Akti*itas Radiasi

Akti@itas radiasi didefinisikan sebagai jumlah peluruhan yang terjadi dalam satu detik.

Akti@itas radiasi dinyatakan dalam satuan +urie (+i). Sumber radiasi dikatakan

memiliki akti@itas 1 +urie apabila dalam satu detik terdapat " milyar inti atom

radioaktif yang menjadi stabil, dapat ditulis dengan

1 +i " * 10' peluruhan per detik 

6isika 7idang 8adiografi

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 16/27

Courtesy of Baskan and Suparno

$alam sistem satuan internasional (S<) akti@itas radiasi dinyatakan dalam 7ecLuerel

(7L) dimana

1 7L 1 peluruhan per detik 

Akti@itas radiasi berkurang secara eksponensial terhadap aktu, dirumuskan dengan

 persamaan

o  e A A

  ⋅−⋅=

  λ    (-10)

di mana A adalah akti@itas pada saat t, sedangkan A0  adalah akti@itas mula-mula, λ

adalah konstanta peluruhan.

5ubungan antara akti@itas dengan aktu dapat dinyatakan dengan kur@a seperti terlihat

 pada gambar "-1.

A(t)

Ao

Haktu

Ao

Ao

Ao2

&1 &1 "&1

9ambar "-1. Akti@itas radioaktif sebagai fungsi dari aktu

2.).# aktu +aro

Haktu paro (&M) didefinisikan sebagai selang aktu yang dibutuhkan agar akti@itas

suatu radioaktif menjadi separuhnya. Setiap radionuklida mempunyai aktu paro yang

unik dan tetap. Sebagai contoh, +o-0 mempunyai aktu paro >," tahun dan <r-1'

adalah > hari.

6isika 7idang 8adiografi >

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 17/27

Courtesy of Baskan and Suparno

 3ilai aktu paro suatu radionuklida dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini.

λ=

)'",0&M   (-11)

&abel "-1 menunjukkan aktu paro beberapa isotop yang sering digunakan dalamradiografi.

&abel "-1 Haktu paro radioisotop

Isoto aktu aro (1/20

8adium (8a-)

+esium 1" (+s-1")

+obalt 0 (+o-0),

&hulium 10 (&m-10)

<ridium 1' (<r-1')

10 tahun

"0 tahun

>," tahun

1"0 hari

> hari

2.).% Akti*itas Sesifik 

Akti@itas spesifik ( Asp ) didefinisikan sebagai akti@itas dari satu gram Dat radioaktif,

 biasanya dinyatakan dalam satuan +igram.

;nsur yang memiliki aktu paro pendek umumnya memiliki akti@itas spesifik yanglebih besar daripada unsur yang aktu paronya lebih lama. 5ubungan ini dapat

ditunjukkan dalam persamaan -1.

   

  

    

  

 =

=

! A

 "  "

1

sp

spsp

100,

&

'",0A

 3A   λ 

  (-1)

 3sp adalah jumlah atom dalam satu gram Dat radioaktif, sedang A adalah nomor massa.

Sebagian besar radioaktif buatan diproduksi dalam reaktor nuklir dengan cara

menembaki atom stabil dengan neutron. 4husus untuk isotop yang demikian, akti@itas

spesifik dapat diprediksi dengan persamaan :

( )t&0,'"

spsp   e1fN 3A  −−=   (-1")

6isika 7idang 8adiografi

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 18/27

Courtesy of Baskan and Suparno

$engan 3sp adalah jumlah atom stabil per gram bahan target, f adalah fluks neutron

yang ditembakkan yaitu neutron per centimeter persegi per detik (n cm -s-1), σ  adalah

tampang lintang neutron atau probabilitas penyerapan neutron oleh inti atom target

(cm), t lamanya aktu irradiasi, & aktu paro radioaktif yang dihasilkan.

2. Interaksi radiasi dengan material

2..1 Interaksi +artikel Bermuatan

<nteraksi partikel bermuatan berbeda antara partikel berat bermuatan seperti alpha,

 proton dan partikel ringan bermuatan seperti beta (elektron) dan positron. 4ehilangan

energi dari partikel berat bermuatan ke suatu material yang dilaluinya berlangsung

melalui tumbukan tidak elastis dengan elektron luar atom material tersebut. Apabila

 perpindahan energi cukup besar maka terjadi ionisasi, namun apabila perpindahan

energi kecil hanya terjadi eksitasi.

roses ionisasi adalah terlepasnya elektron dari lintasan atom sehingga atom tersebut

kekurangan elektron. 4ekosongan elektron biasanya diisi oleh elektron dari lintasan

yang lebih luar sambil memancarkan radiasi sinar-* karakteristik. roses eksitasi adalah

 perpindahan elektron dari lintasan atom bagian dalam ke lintasan lebih luar yang

memiliki tingkat energi lebih besar.

ada interaksi partikel ringan bermuatan dengan material, kehilangan energinya

disebabkan karena dua hal, yaitu proses ionisasi bila energi elektron rendah dan proses

 bremstrahlung untuk elektron yang energinya tinggi.

2..2 Interaksi sinar atau sinar gamma

enyerapan radiasi sinar * dan sinar gamma berbeda dengan radiasi alpha dan beta.

8adiasi alpha dan beta mempunyai jangkauan tertentu dalam material, sehingga dapat

terserap habis di dalam material tersebut. Sedangkan pada interaksi sinar * dan gamma

dengan material, sebagian radiasi diserap, sebagian dihamburkan, dan sebagian lainditransmisikan menembus material.

6isika 7idang 8adiografi

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 19/27

Courtesy of Baskan and Suparno

10 +en3eraan radiasi

Ada dua kemungkinan yang terjadi ketika radiasi sinar * atau sinar gamma menembus

material, yaitu sebagian berinteraksi dan sebagian lain tidak berinteraksi dengan

material tersebut. robabilitas radiasi tidak berinteraksi dengan material adalah sebesar

 "e   µ −

= p

$engan demikian, jika terdapat radiasi sinar * atau sinar gamma yang intensitasnya < 1

menembus benda uji setebal *, maka intensitas radiasi yang tidak berinteraksi adalah

 "e

  µ −=   1   <<   (-1)

dimana * adalah tebal material yang ditembus radiasi dalam satuan jarak (mm atau cm),

µ  adalah koefisien absorbsi linear (dalam mm-1  atau cm-1). 8adiasi yang tidak 

 berinteraksi merupakan radiasi transmisi yang dalam radiografi disebut sebagai radiasi

 primer, merupakan bagian radiasi yang berguna dalam pembentukan bayangan

radiografi. Sedangkan radiasi yang berinteraksi merupakan radiasi yang mengalami

 proses penyerapan.

enyerapan radiasi adalah fenomena hilangnya sebagian intensitas radiasi ketika radiasi

sinar * atau sinar gamma menembus material. Seberapa besar terjadinya penyerapan

radiasi bergantung pada kualitas radiasi, tebal material, rapat jenis dan nomor atom

material.

enyerapan radiasi ketika melalui material terjadi karena tiga proses, yaitu efek 

fotolistrik, efek compton, dan efek produksi pasangan.

"fek fotolistrik 

ada proses fotolistrik energi radiasi diserap semuanya oleh elektron pada lintasan atom

lebih dalam. Sebagian energi digunakan untuk melepaskan elektron dari orbitnya

(sekitar 0 eB) dan sisanya merupakan energi gerak elektron. #lektron yang dilepaskan

dalam proses ini, disebut fotoelektron. #fek fotolistrik efektif terjadi jika radiasi

 berinteraksi dengan elektron yang memiliki ikatan kuat dan tidak terjadi jika

 berinteraksi dengan elektron bebas. 4arena itu efek fotolistrik terjadi pada energi sinar *antara 10 4eB dan >00 4eB, dan lebih banyak terjadi pada material dengan nomor atom

6isika 7idang 8adiografi 2

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 20/27

Courtesy of Baskan and Suparno

(=) yang besar. Sebagai contoh efek fotolistrik lebih banyak terjadi pada timah hitam

(=2) daripada tembaga (=').

-

--

-

----

JJ

JJ

J

-

6oton datang

#lektron terlepas

9ambar "- rinsip terjadinya efek fotolistrik 

"fek Comton

#fek +ompton terjadi pada rentang energi antara 0,1 / " eB. ada efek +ompton foton

 berinteraksi dengan elektron terluar dari atom, sebagian dari energi foton digunakan

untuk melepaskan elektron dari orbitnya dan sisanya dihamburkan pada sudut tertentu.

8adiasi hamburan akan bergerak terus dan mengalami beberapa efek compton sebelum

akhirnya diserap menjadi efek fotolistrik. 7esar energi radiasi hamburan adalah

O)+os(1#1,'1

##

P

P

−+=   (-1>)

dengan # energi radiasi hamburan, #γ  energi radiasi foton mula-mula, θ sudut hambur.

6isika 7idang 8adiografi '

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 21/27

Courtesy of Baskan and Suparno

-

--

-

--

--

JJ

JJ

J

-6oton datang

#lektron terlepas

-8adiasi hamburan

θ

9ambar "-2 rinsip terjadinya efek +ompton

"fek roduksi asangan

#fek produksi pasangan terjadi pada energi lebih dari 1.0 eB. #nergi foton yang

tinggi dapat menyebabkan interaksi dengan inti atom, menghasilkan pasangan elektron

(beta) dan positron. asa hidup positron sangat pendek dan segera lenyap karena

 bergabung dengan elektron dan membentuk dua buah foton yang masing-masing

 berenergi 0,>1 e@.

-

--

-

--

--

JJ

JJ

J

-

6oton datang#lektron terlepas

J

,ositron terlepas

9ambar "-' : rinsip produksi pasangan

20 'oefisien a!sor!si

robabilitas penyerapan radiasi oleh material ditunjukkan oleh besaran yang disebut

koefisien absorbsi linear (µ). 3ilai koefisien yang besar berarti memiliki kemampuan

6isika 7idang 8adiografi "0

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 22/27

Courtesy of Baskan and Suparno

yang besar untuk menyerap radiasi, dengan demikian jumlah radiasi yang

ditransmisikan menjadi kecil. 3ilai koefisien absorbsi linear dipengaruhi oleh panjang

gelombang (energi) radiasi, nomor atom material, dan rapat jenis material, secara

matematis dinyatakan dengan"" DQ k R  =   (-1)

dengan λ  adalah panjang gelombang radiasi, D adalah nomor atom material, dan k 

adalah tetapan yang bergantung pada rapat jenis material. 8adiasi dengan panjang

gelombang yang besar (energi rendah) akan diserap dengan jumlah yang lebih besar 

dibanding radiasi lebih tinggi. $emikian juga, material dengan nomor atom tinggi akan

menyerap radiasi lebih banyak daripada yang memiliki nomor atom rendah.

9ambar "-10 menunjukkan hubungan antara energi radiasi dengan koefisien absorbsi

linear material besi. $ari gambar tampak baha semakin besar energi nilai koefisien

semakin menurun dan meningkat kembali secara gradual setelah melampaui energi 1

eB.

4.1 1 14 144

1

14

144

1444

µ (cm-1)

#nergi (0eB)

&otal

6oto listrik 

+ompton

,roduksi pasangan

9ambar "-10 4oefisien absorbsi linier besi

4oefisien absorbsi total merupakan penjumlahan dari koefisien absorbsi masing-masing

efek fotolistrik, compton dan produksi pasangan. ana dari ketiga efek tersebut paling

dominan tergantung pada rentang energi foton dan jenis materialnya. ada energi

dibaah 100 4eB penyerapan radiasi yang dominan adalah efek foto listrik. ada energi

6isika 7idang 8adiografi "1

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 23/27

Courtesy of Baskan and Suparno

yang biasa digunakan dalam radiografi, yaitu antara 100 4eB sampai 1 eB, yang

dominan adalah efek compton sehingga pada rentang energi tersebut banyak terjadi

radiasi hamburan oleh efek compton. robabilitas terjadinya efek compton semakin

menurun dengan meningkatnya energi, sehingga jumlah radiasi hamburan juga

menurun. $iatas 1 eB efek produksi pasangan adalah proses dominan. ada rentang

energi ini terbentuk radiasi sekunder hasil penggabungan elektron dan positron,

yangmana jumlahnya semakin meningkat dengan meningkatnya energi.

#0 &alf-*alue la3er &560

5alf @alue layer (5B) adalah ketebalan material yang dapat menurunkan intensitas

menjadi setengah dari intensitas semula. $engan memasukkan < <o ke dalam

 persamaan -10, maka diperoleh

R

0.)'"5BS  =   (-1)

Seperti halnya koefisien absorbsi, 5B merupakan karakteristik material yang nilainya

 bergantung pada energi radiasi dan jenis material. &abel "-1 menunjukkan nilai 5B

dari material besi (steel), timbal, dan concrete untuk berbagai energi radiasi.

&abel - 3ilai 5B beberapa material

#nergi (4Bp)5B (mm)

&imbal +oncrete 7esi (steel)100101>1>000

>0"00

00 (<r-1')1000

000 (+o-0)

0,-

0,20,"00,>

0,221,,>,'

1,>

1,-

,0,,>

,2",1",",

-,>-

",>,1

,-

2,'1,>0,"

#0 Build-u fa7tor

8adiasi yang dapat menembus material sebenarnya tidak hanya radiasi transmisi (radiasi

 primer) tetapi juga radiasi hamburan (radiasi sekunder), khususnya pada material yang

6isika 7idang 8adiografi "

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 24/27

Courtesy of Baskan and Suparno

tebal. $engan memperhitungkan radiasi hamburan, intensitas radiasi yang menembus

material dapat ditulis dengan persamaan

 "e

  µ −=   1   <7<   (-12)

7 adalah build#up factor , didefinisikan sebagai perbandingan antara intensitas radiasi

aktual yang menembus material terhadap intensitas radiasi primer. Build#up factor  juga

dapat diartikan sebagai perbandingan antara intensitas radiasi hasil pengukuran terhadap

intensitas radiasi hasil perhitungan.

6atian Soal

.1. Atom tersusun atas partikel-partikel berikut ini, kecuali

a. #lektron

 b. roton

c. 3etron

d. artikel beta

.. 7agian dari atom yang tidak bermuatan listrik adalah

a. #lektron

 b. roton

c. 3etron

d. artikel alpha

.". $alam sistem identifikasi atom, nomor masa atom (A) menunjukkan

a. %umlah elektron

 b. %umlah proton

c. %umlah elektron dan protond. %umlah proton dan netron

.. %umlah muatan positip pada inti atom sama dengan

a. %umlah elektron

 b. %umlah proton

c. %umlah netron

d. 7erat atom

6isika 7idang 8adiografi ""

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 25/27

Courtesy of Baskan and Suparno

.>. Atom-atom dari unsur yang sama memiliki jumlah netron berbeda disebut

a. <sobar  

 b. <sotop

c. <soton

d. <somer 

.. Gangmana dari jenis radiasi berikut ini yang memiliki daya ionisasi terbesarT

a. artikel alpha

 b. artikel beta

c. 3etron

d. Sinar * dan sinar gamma

 

.. Gangmana dari gelombang elektromagnetik berikut ini yang memiliki panjang

gelombang terbesar 

a. Sinar *

 b. ;ltra @iolet

c. +ahaya tampak 

d. <nfra merah 

.2. #lektron berkecepatan tinggi yang menembus medan inti atom mengalami

 perlambatan tiba-tiba dan melepaskan energi dalam bentuk 

a. Sinar * karakteristik 

 b. 7remstrahlung

c. Sinar gamma

d. artikel beta

.'. <ridium-1' (<r 1') dalam menuju stabil menjadi platinum-1' (2t1')

memancarkan radiasi gamma dan radiasi

a. Alpha

 b. 7eta

c. ositron

d. 3etron

 

6isika 7idang 8adiografi "

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 26/27

Courtesy of Baskan and Suparno

.10. 7esaran radiasi mana dari berikut ini yang mengikuti hukum perbandingan

kuadrat terbalik 

a. Akti@itas

 b. Akti@itas spesifik 

c. <ntensitas

d. #nergi

.11. 7esaran radiasi gamma mana dari berikut ini yang nilainya tidak bergantung pada

aktuT

a. Akti@itas

 b. Akti@itas spesifik 

c. <ntensitas

d. #nergi

.1. Anggap baha aktu paro <r-1' adalah > hari. 7erapa akti@itas <r-1' pada >

 bulan yang lalu jika saat ini akti@itasnya 1,> +i.T

a. > +i

 b. ,> +ic. >0 +i

d. ",1> +i

.1". Akti@itas spesifik cobalt-0 yang dibuat dari cobalt->' dengan reaktor nuklir 

 bergantung pada

a. amanya aktu material cobalt->' diiradiasi dalam reaktor 

 b. 3omor atom material +o->'c. 6lu* sinar gamma yang dipaparkan +o-0

d. 3ilai modulus Goung dari material +o->'

.1. 7aja setebal 1,2 mm dipapari dengan sumber <r-1'. %ika 5B baja adalah 2,'

mm, berapa persen intensitas radiasi yang diserap oleh material tersebut

a. 1,>F

 b. >F

c. >0F

6isika 7idang 8adiografi ">

7/24/2019 2_Fisika Radiografi Rev1

http://slidepdf.com/reader/full/2fisika-radiografi-rev1 27/27

Courtesy of Baskan and Suparno

d. >F

.1>. ada proses interaksi fotolistrik dihasilkan

a. ancaran elektron

 b. ancaran sinar * karakteristik 

c. ancaran foton sekunder 

d. Semua jaaban benar 

.1. roses interaksi +ompton ditandai dengan

a. &idak adanya radiasi sekunder yang dihasilkan

 b. &idak ada perpindahan energi pada saat interaksi

c. enghasilkan pasangan elektron-positron

d. Ada perpindahan sebagian energi saat tumbukan

.1. roduksi pasangan terjadi bila foton memiliki rentang energi

a. 0,0> sampai 0,1 eB

 b. "0 sampai >0 eB

c. 1,0 eB atau lebih besar d. 0,1 sampai 1,0 eB

.12. enyerapan sinar gamma ketika melalui material bergantung pada

a. 3omor atom, rapat jenis dan tebal material

 b. 3ilai modulus Goung material

c. 3ilai ratio oisson material

d. 3ilai akti@itas spesifik sumber