SINAR-X DAN PENGGUNAANNYA

Sinar-X dan Penggunaannya 

--- Pemanfaatan teknologi hingga pada era saat ini sangat tinggi karena anomo masyarakat tentang kerja instan sangat tinggi. Hal ini menyebabkan industri dibidang teknologi berkembang pesat. Sl satu penggunaan teknologi saat ini adalah penggunaan 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 pikometer (sama dengan frekuensi dalam rentang 30 petahertz - 30 exahertz) dan memiliki energi dalam rentang 100 eV - 100 Kev. Sinar-X umumnya digunakan dalam diagnosis gambar medis dan Kristalografi sinar-X. Sinar-X adalah bentuk dari radiasi ion dan dapat berbahaya. (wikipedia)
Sinar-X adalah pancaran gelombang elektromagnetik yang sejenis dengan gelombang radio, cahaya tampak (visible light) dan sinar ultraviolet, tetapi dengan panjang gelombang yang sangat pendek yaitu hanya 1/10.000 panjang gelombang cahaya yang kelihatan. Karena panjang gelombangnya yang pendek, maka sinar-X dapat  menembus  bahan  yang  tidak  tertembus  sinar  yang  terlihat  (M.  Akhadi,  2001)
Proses Terjadinya Sinar-X dari Tabung Roentgen Katoda  (filamen)  dipanaskan  sampai enyala  dengan  mengalirkan  listrik   yng  berasal  dari  transformator  sehingga  elektron-elektron  dari  katoda  (filamen)  terlepas.  Sewaktu  dihubungkan  dengan  transformator  tegangan  tinggi,  elektron-elektron  akan  dipercepat  gerakannya  menuju  anoda  dan  dipusatkan  ke  alat  pemusat      focusing  cup).  Filamen  dibuat  relatif  negatif terhadap  sasaran  (target)  dengan memilih potensial tinggi, awan-awan elektron mendadak dihentikan pada sasaran  (target)  sehingga  terbentuk  panas  (>99%)  dan  sinar-X  (<1%).  Pelindung  (perisai)  timah  akan  mencegah  keluarnya sinar-X  dari  tabung,  sehingga  sinar-X  yang  terbentuk  hanya  dapat  keluar  melalui  jendela.  Panas  yang  tinggi  pada  sasaran  (target)  akibat  benturan  elektron  ditiadakan  oleh  radiator  pendingin.  Jumlah  sinar-X  yang  dilepaskan  setiap  satuan  waktu  dapat  dilihat  pada  alat  pengukur  miliampere  (mA),  sedangkan  jangka  waktu  pemotretan  dikendalikan  oleh  alat  pengukur  waktu.  Untuk  dapat  menghasilkan  sinax-X  maka  diperlukan  bagian-bagian  tabung  sinar-X  dan  faktor  pendukung  dalam  proses  pembangkitan.
Interaksi Sinar-X dengan Materi Interaksi  sinar-X  dengan  materi  mengakibatkan  kehilangan  energi  dari  sinar-X pada saat melewati materi (zat) terjadi karena tiga proses utama, yaitu:
Efek fotolistrik
Efek Compton
Efek produksi pasangan
Efek  fotolistrik  dan  Efek  Compton  timbul  karena  interaksi  antara    sinar-X  dengan  elektron-elektron  dalam  atom  dari materi  (zat)  itu,  sedang  efek  produksi  pasangan  timbul  karena  interaksi  dengan  medan  listrik  inti  atom  (Arif  Jauhari,  2008).
penggunaan sinar-x ini sangat banyak salah satu di bidang kedokteran yaitu teknologi Rongent (Radiograf). berikut penjelasan difraksi sinar x dalan bidang Radiologi

Radiologi diagnostik

Pesawat Sinar-X medis (foto Radiologi konvensional) memiliki prinsip penembusan gelombang elektromagnetik dari sumber cahaya ke tubuh manusia, lalu menembus hingga mencapai pelat film untuk menghasilkan gambar berupa citra tubuh manusia (foto roentgen).

Dikenal beberapa posisi dalam foto radiologi kedokteran:
1. PA (Postero-Anterior) Sumber cahaya berada di belakang pasien, dan pelat film berada di bagian depan pasien. Posisi ini yang paling umum digunakan terutama untuk foto roentgen thorax (dada)
2. AP (Antero-Posterior) Sumber cahaya berada di depan pasien, dan pelat film berada di bagian belakang pasien. Biasanya digunakan pada pasien yang tidk mampu berdiri untuk mengambil posisi PA karena sakit yang dideritanya.
3. Lateral (Samping)
4. Lateral dekubitus
5. Oblik (miring)
(Wikipedia)

Read More »

Add Comment

Unknown Fisika inti, Fisika Modern, Fisika Partikel

DIFRAKSI ELEKTRON

Difraksi Elektron-----Dewasa ini dunia ilmu pengetahuan terutama pada cabang ilmu kuantum telah mengalami kemajuan pesat. Kemajuan ini berwal pada akhir abad ke 18  yang dimulai pada Percobaan Max Planck. Hingga saat ini konsep kuantum telah diterapkan diberbagai cabang ilmu sains. Salah satu konsep kuantum yang cukup berkembang adalah difraksi elektron. Konsep ini cukup sederhan dan serupa dengan percobaan difraksi cahaya.
Difraksi elektron dan percobaan Davisson-Germer adalah percobaan yang menampilkan sifat gelombang dari partikel. Percobaan pertama untuk mengamati difraksi dilakukan oleh CJ.Davisson dan L.H Germer di Bell Telephone Laboratories meyakinkan hipotesis de Broglie dengan menunjukkan berkas elektron terdifraksi jika berkas itu dihamburkan oleh kisi (segi empat kecil) atom yang teratur dari suatu kristal. Sebelum mengetahui bagaimana mekanisme percobaan Davisson-Germer terlebih dahulu kita pahami apa itu difraksi dan elektron.

Baca juga artikel tentang teori perambatan cahaya.

Secara umum, Difraksi Elektron adalah peristiwa penyebaran atau pembelokan cahaya pada saat melintas melalui celah atau ujung penghalang. Difraksi merupakan metode yang unggul untuk memahami apa yang terjadi pada level atomis dari suatu material kristalin. Sinar X, elektron dan neutron memiliki panjang gelombang yang sebanding dengan dimensi atomik sehingga radiasi sinar tersebut sangat cocok untuk menginvestigasi (penyelidikan dan penelitian tentang suatu masalah dengan cara mengumpulkan data di lapangan) material kristalin. Teknik difraksi mengeksploitasi (mengusahakan) radiasi yang terpantul dari berbagai sumber seperti atom dan kelompok atom dalam kristal.

Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e-. Elektron tidak memiliki komponen dasar atau pun substruktur apa pun yang diketahui, sehingga ia dipercayai sebagai partikel elementer. Elektron memiliki massa sekitar 1/1836 massa proton.
Eksperimen Difraksi Eleketron oleh Davisson dan Germer

Bentuk kisi yang dapat mendifraksikan elektron yaitu kisi yang memiliki keteraturan dan tersusun secara periodik, seperti halnya kisi pada kristal. Berkas sinar monokromatik yang jatuh pada sebuah kristal akan dihamburkan ke segala arah, akan tetapi karena keteraturan letak atom-atom, pada arah tertentu gelombang hambur itu akan berinterferensi konstruktif sedangkan yang lainnya berinterferensi destruktif.

Sebagaimana telah dijelaskan di atas syarat terjadinya difraksi adalah apabila panjang gelombang sinar sama dengan lebar celah/kisi difraksi dan perilaku gelombang ditunjukkan oleh beberapa gejala fisis, seperti interferensi dan difraksi. Namun manifestasi gelombang yang tidak mempunyai analogi dalam perilaku partikel newtonian adalah gejala difraksi.

Davisson dan Germer mempelajari elektron yang terhambur oleh kristal dengan menggunakan peralatan. Dengan mengamati energi elektron dalam berkas primer, sudut jatuhnya pada target, dan kedudukan detektor dapat diubah-ubah. Fisika klasik meramalkan bahwa elektron yang terhambur akan muncul dalam berbagai arah, dengan hanya sedikit kebergantungan dari intensitas terhadap sudut hambur dan lebih sedikit lagi dari energi elektron primer.

Manifestasi gelombang yang tidak mempunyai analogi dalam kelakuan partikel Newtonian ialah gejala difraksi. Dalam tahun 1927 Davisson dan Germer di Amerika Serikat dan dalam percobaanya Davisson dan Germer secara bebas meyakinkan hipotesis de Broglie dengan menunjukan berkas elektron terdifraksi bila berkas itu dihamburkan oleh kisi atom yang teratur dari suatu kristal.

Davisson dan Germer mempelajari elektron yang terhambur oleh zat padat dengan memakai peralatan seperti di bawah ini

Di tengah-tengah percobaan tersebut terjadi suatu peristiwa yang memungkinkan udara masuk ke dalam peralatannya dan mengoksidasi permukaan logam. Menguasai oksida nikel murni, target itu dipanggang dalam oven bertemperatur tinggi. Setelah perlakuan itu, targetnya dikembalikan ke dalam peralatan dan dilakukan pengukuran lagi. Sekarang ternyata hasilnya sangat berbeda dari sebelum peristiwa itu terjadi : sebagai ganti dari variasi yang malar (continue) dari intensitas elektron yang tehambur terhadap sudut, timbul maksimum dan minimum yang jelas teramati, kedudukannya bergantung dari energi elektron.

Hipotesa de Broglie mendorong tafsiran bahwa gelombang elektron didifraksikan oleh target sama seperti sinar x didifraksikan oleh bidang–bidang atom dalam kristal. Tafsiran ini mendapat dukungan setelah disadari bahwa efek pemanasan sebuah blok nikel pada temperatur tinggi menyebabkan kristal individual kecil yang membangun blok tersebut bergabung menjadi kristal tunggal yang besar yang atom-atomnya tersusun dalam kisi yang teratur.

Untuk membuktikan bahwa hipotesa de Broglie penyebab dari hasil davisson dan germer, pada suatu percobaan tertentu berkas elektron 54eV diarahkan tegak lurus pada target nikel, dan maksimum yang tajam dalam distribusi elektron terjadi pada sudut 500 dari berkas semula. Sudut datang dan sudut hambur relatif terhadap suatu keluarga bidang (tersusun atas berkas elektron, bidang dan sudut) bragg ditunjukkan dalam gambar 1 keduanya bersudut 650. Jarak antara bidang dalam keluarga bidang yang bisa diukur melalui difraksi sinar x adalah 0,091 nm persamaan bragg untuk maksimum dalam pola difraksi.

Panjang gelombang yang dihitung sesuai dengan panjang gelombang yang diamati. Jadi eksperimen Davisson dan Germer menunjukkan bukti langsung dari Hipotesis de Broglie tentang sifat gelombang benda bergerak. Analisis eksperimen Davisson-Germer sebenarnya tidak langsung seperti yang ditunjukkan di atas karena energi elektron bertambah ketika elektron itu masuk ke dalam kristal dengan besar yang sama dengan besar fungsi kerja (work function) permukaan itu. Jadi kecepatan elektron dalam eksperimen lebih besar dalam kristal dan panjang gelombang de Broglie yang bersangkutan menjadi lebih kecil dari harga di luar kristal.

Komplikasi lainnya timbul dari inferensi antara gelombang yang didifraksikan oleh keluarga lain dari bidang bragg yang membatasi terjadinya maksimum dan minimum menjadi hanya kombinasi tertentu dari energy elektron dari sudut pandang sebagai pengganti dari setiap kombinasi yang memenuhi persamaan Bragg

Read More »

Add Comment

Unknown Fisika Modern, Fisika Partikel

MODEL REAKSI PADA PARTIKEL QUARK

Pada partikel elementer quark kita dapat mendeteksi terjadinya sebuah reaksi dan peluruhan. Semua reaksi dan peluruhan yang terjadi pada partikel dasar ini dapat kita pahami dengan model quark dan reaksi silang serta paruh dapat dihitung dan dibandingkan dengan hasil eksperimen. Dalam melakukan reaksi serta peluruhan dalam model quark ini, terdapat tiga aturan yang harus diperhatikan yaitu:
1.   Interaksi kuat tidak dapat mengubah sifat dasar quark.
2.  Pasangan quark dan anti-quark dapat dimusnahkan dan dapat diciptakan, dalam analogi sederhana seperti proses pembentukan dan pemusnahan foton.
3.  Interaksi lemah dapat mengubah sifat quark dengan melalui penyerapan atau emisi dari partikel Boson W±. 
Interaksi kuat dan lemah atau biasa disebut gaya nuklir kuat dan lemah merupakan dua dari empat interaksi dasar di alam semesta (gaya nuklir kuat, gaya nuklir lemah, gravitasi, dan gaya elektromagnetik). Gaya nuklir kuat adalah gaya dasar di alam semesta yang paling kuat dari empat gaya dasar di alam. Di mana ia menjaga quark  agar tetap terikat di dalam proton dan neutron, dan juga agar proton dan neutron tetap berada di dalam inti atom dan gaya nuklir lemah adalah salah satu dari empat gaya dasar di alam. Gaya nuklir lemah dikenal se­bagai perantara peluruhan radioaktif. Dalam model standar fisika partikel gaya ini adalah akibat pertukaran bozon W dan Z berat. Salah satu efeknya yang paling dikenal adalah peluruhan beta (emisi elektron atau positron oleh neutron dalam inti atom), dan radioaktivitas yang mengikutinya. Gaya ini disebut lemah karena kuat medan tipikalnya adalah 10−11 kali kekuatan gaya elektromagnetik dan 10−13 kali gaya nuklir kuat, saat semua gaya tersebut dibandingkan pada partikel-partikel yang saling berinteraksi dengan lebih dari satu cara. Meskipun begitu, gaya ini masih lebih kuat daripada gaya gravitasi.

 

Gambar 1. Proses pemancaran hadron.    Gambar 2.    
Pada kedua gambar merupakan proses pemancaran had\on yang terjadi saat reaksi berlangsung. Proses tabrakan e+ dengan e- (pemusnahan elektron dan positron) akan menghasilkan partikel quark q dan anti-quark  yang saling tegak lurus dan menghasilkan hadron. Pada gambar 2, partikel quark q akan memancarkan gluon yang manghasilkan hamburan hadron.
Agar dapat dengan meudah memahami proses reaksi maka perhatikan struktur reaksi sederhana pada gambar di bawah ini.
  
 
                           (a)                                                     (b)   
Gambar 3. Struktur quark pada reaksi (a) p + π+ →  ++ + π0 dan (b) p + π → ∑+ + K+ (notasi hadron)
Struktur reaksi pada gambar di atas merupakan dua reaksi yang berbeda. Pada gambar a, kita ketahui bahwa reaksi yang berlangsung yaitu;
uud +  u → u  + uuu
pada proses reaksi di atas terdapat proses pemusnahan pasangan   dan pembentukan pasangan   yang dapat dituliskan d +   → u +  . Namun pada perubahan tersebut tidak nampak adanya hadron yang dihasilkan sehingga dengan mengubah   menjadi pasangan   maka reaksi yang dihasilkan adalah d +    → s +  . Hasil tersebut mengubah model reaksi yang ada menjadi uud +  u → uus +   dan menghasilkan parikel barion dan meson.  Pada prose perubahan d +   → u +   terdapat gluon yang bertindak sebagai exchange  d +   → gluon → u +  . Gluon merupakan  partikel dasar yang menjadi exchange untuk gaya yang kuatantar partikel quark.
Pada kasus lain seperti pada gambar 4 di bawah ini, terlihat adanya proses pemusnahan elektron-positron yang kemudian menghasilkan partikel quark jenis up, anti-up, down, dan anti-down.
 
Gambar 4. Reaksi e+  + e-  → po → π+ + π-.
Masing-masing dari jenis partikel quark ini berinteraksi satu sama lain dengan pasangannya. interaksi lemah yang ditimbulkan oleh foton sehingga menghasilkan π+ dan π-. Pada reaksi ini terdapat sebuah meson ρo yang bernilai ρo = (  )/ .

Untuk lebih jelasnya Download di sini

Read More »

Add Comment

Unknown Fisika Modern, Fisika Partikel

PERBEDAAN ATOM, MOLEKUL, DAN ION

A. Atom

Dunia Kimia berdasarkan teori atom, satuan terkecil materi adalah atom. Materi didefinisikan sebagai kumpulan atom. Atom adalah komponen terkecil unsure yang tidak akan mengalami perubahan dalam reaksi Kimia. Semua atom terdiri atas komponen yang sama, sebuah inti dan electron. Diameter inti sekitar 10^–15hingga 10^–14  m, yakni sekitar 1/10 000 besarnya atom. Lebih dari 99 % massa atom terkonsentrasi di inti. Inti terdiri atas proton dan neutron, dan jumlahnya  menentukan sifat unsur.

Massa proton sekitar 1,67 x 10^–27 kg dan memiliki muatan positif, 1,60 x 10^–19  C (Coulomb). Muatan ini adalah satuan muatan listrik terkecil dan disebut muatan listrik elementer. Inti memiliki muatan listrik positif yang jumlahnya bergantung pada jumlah proton yang dikandungnya. Massa neutron hampir sama dengan massa proton, tetapi neutron tidak memiliki muatan listrik. Elektron adalah partikel dengan satuan muatan negatif, dan suatu atom tertentu mengandung sejumlah . Elektron yang sama dengan jumlah proton yang ada di inti atomnya. Jadi atom secara listrik bermuatan netral. Sifat partikel-partikel yang menyusun atom dirangkumkan di Tabel di bawah ini.
 
Tabel 1. Sifat paertikel penyusun atom

Jumlah proton dalam inti disebut nomor atom dan jumah proton dan neutron disebut nomor massa. Karena massa proton dan neutron hampir sama dan massa elektron dapat diabaikan dibandingkan massa neutron dan proton, massa suatu atom hampir sama dengan nomor massanya. 
Bila nomor atom dan nomor massa suatu atom tertentu dinyatakan, nomor atom ditambahkan di kiri bawah symbol atom sebagai subscript, dan nomor massa di kiri atas sebagai superscript. Misalnya untuk atom karbon dinyatakan sebagai  12^C6 karena nomor atom adalah 6 dan nomor massanya adalah 12. Kadang hanya nomor massanya yang dituliskan, jadi sebagai 12^C. Jumlah proton dan elektron yang dimiliki oleh unsure menentukan sifat Kimia unsure. Jumlah neutron mungkin bervariasi. Suatu unsure tertentu akan selalu memiliki nomor atom yang sama tetapi mungkin memiliki jumlah neutron yang berbeda-beda. Varian-varian ini disebut isotop. Sebagai contoh hydrogen memiliki isotop yang dituliskan di tabel berikut.
 
Tabel 2. Istop-isotop Hidrogen
Banyak unsur yang ada alami di alam memiliki isotop-isotop. Beberapa memiliki lebih dari dua isotop. Sifat kimia isotop sangat mirip, hanya nomor massanya yang berbeda.

B Molekul

Komponen independen netral terkecil materi disebut molekul. Molekul monoatomik terdiri datu atom (misalnya, Ne). Molekul poliatomik terdiri lebih banyak atom (misalnya, CO2). Jenis ikatan antar atom dalam molekul poliatomik disebut ikatan kovalen. Salah satu alasan mengapa mengapa diperlukan waktu yang lama sampai teori atom diterima dengan penuh adalah sebagai berikut. Dalam teorinya Dalton menerima keberadaan molekul (dalam terminologi  modern) yang dibentuk oleh kombinasi atom yang berbeda-beda, tetapi ia tidak tidak menerima ide molekul diatomik untuk unsur seperti oksigen, hidrogen atau nitrogen yang telah diteliti dengan intensif waktu itu. Dalton percaya pada apa yang disebut “prinsip tersederhana” dan berdasarkan prinsip ini, ia secara otomatis mengasumsikan bahwa unsur seperti hidrogen dan oksigen adalah monoatomik.
Kimiawan Perancis Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) mengusulkan hukum reaksi gas yang menyatakan bahwa dalam reaksi gas, perbandingan volume adalah bilangan bulat. Teori atom Dalton tidak memberikan rasional hukum ini. Di tahun 1811, kimiawan Italia Amedeo Avogadro (1776-1856) mengusulkan unsur gas seperti hidrogen dan oksigen yang bukan monoatomik tetapi diatomik. Lebih lanjut, ia juga mengusulkan bahwa pada temperatur dan tekanan tetap, semua gas dalam volume tertentu mengandung jumlah partikel yang sama. Hipotesis ini awalnya disebut hipotesis Avogadro, tetapi kemudian disebut hukum Avogadro. Hukum Avogadro memberikan dasar penentuan massa atom relatif, yakni massa atom (secara nal disebut berat atom). Pentingnya massa atom ini lambat disadari. Kimiawan Italia Stanislao Cannizzaro (1826-1910) menyadari pentingnya hipotesis Avogadro dan validitasnya di International Chemical Congress yang diselenggarakan di Karlsruhe, Germany, di tahun 1860, yang diadakan utuk mendiskusikan kesepakatan internasional untuk standar massa atom. Sejak itu, validitas hipotesis Avogadro secara perlahan diterima.

C. Ion

Atom atau kelompok atom yang memiliki muatan listrik disebut ion. Kation adalah ion yang memiliki muatan positif, anion memiliki muatan negatif. Tarikan listrik akan timbul antara kationdan anion. Dalam kristal natrium khlorida (NaCl), ion natrium (Na+) dan ion khlorida (Cl-) diikat dengan tarikan listrik. Jenis ikatan ini disebut ikatan ion .

Pada dasarnya, perbedaan antara atom, molekul, dan ion adalah penyusun masing-masing. hal inilah yang membedakan mereka. perbedaan ini juga memudah kita untuk menganalisis sifat dari berbagai unsur yang telah diketahui.

baca juga artikel tentang: Pengertian Reaksi Inti dan Reaksinya, Partikel Alfa

Read More »

Add Comment

Unknown Fisika inti, Fisika Modern, Fisika Partikel