FISIKA BIDANG RADIOGRAFI Level 2

Tujuan Instruksional Menyebutkan struktur atom dan inti atom Menyebutkan jenis-jenis radiasi partikel dan gelombang elektromagnetik Menyebutkan persamaan dan perbedaan sinar X dengan sinar gamma Menyebutkan sifat-sifat perambatan sinar x dan sinar gamma Menguraikan hubungan panjang gelombang dan energi sinar x dan sinar gamma Menyebutkan bentuk spektrum energi radiasi sinar x dan sinar gamma Menyebutkan hubungan intensitas radiasi dengan jarak Menguraikan proses peluruhan radiasi pengion Menyebutkan sumber radiasi alam dan buatan yang digunakan pada radiografi Menghitung aktivitas sumber radiasi gamma Menguraikan aktivitas spesifik radiasi gamma Menguraikan emisi spesifik radiasi gamma Menyebutkan tiga proses penyerapan radiasi sinar x dan sinar gamma oleh material Menguraikan hubungan koefisien absorbsi linier dengan HVL dan TVL Menyebutkan definisi built-up factor.

BAGIAN 2 SIFAT RADIASI

Struktur Atom Partikel Dasar Sub-Atom Atom terdiri atas 3 partikel dasar sub atom yaitu Elektron, masa sangat ringan, bermuatan listrik negatip Proton, masa lebih berat dari elektron, bermuatan listrik positip Netron, masa sedikit lebih berat dari proton, tidak bermuatan listrik

Struktur Atom Model Atom Proton dan netron membentuk inti atom Elektron berputar mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu Elektron Inti atom

Struktur Atom Identifikasi Unsur Jenis unsur ditentukan oleh jumlah proton yang ada di dalam inti atom. Misal, Semua atom yang mengandung 27 proton adalah atom dari unsur Cobalt Semua atom yang mengandung 77 proton adalah atom dari unsur Iridium

Struktur Atom Identifikasi Atom & Inti Atom Lambang Atom/ Inti Atom zXA atau X-A atau XA X = nama unsur Z = nomor atom, menunjukkan jumlah proton = jumlah elektron A = nomor masa, menunjukkan jumlah proton + netron Contoh Atom Berilium ------ lambang 4Be9 Jumlah proton = jumlah elektron = 4 Jumlah netron = 9 - 4 = 5

Struktur Atom Istilah lain dari Inti Atom Nuklida, istilah untuk menyatakan jenis inti atom suatu unsur Unsur yang sama dapat memiliki nuklida yang berbeda Contoh Unsur Irridium (Ir) dapat berupa nuklida 77Ir191 dan 77Ir192

Struktur Atom Istilah lain dari Inti Atom Isotop adalah nuklida-nuklida yang memiliki nomor atom sama dan nomor masa berbeda. Contoh Cobalt-59 (27Co59) dan Cobalt-60 (27Co60) adalah isotop dari unsur Cobalt Isobar adalah nuklida-nuklida dengan nomor masa sama tetapi berbeda nomor atomnya. 14Si31, 15P31, 16S31

Struktur Atom Istilah lain dari Inti Atom Isoton adalah nuklida-nuklida dengan jumlah netron yang sama tetapi berbeda nomor atomnya. Contoh, 12Mg26, 13Al27, 14Si28 Isomer adalah nuklida-nuklida yang memiliki nomor atom maupun nomor masa sama, tetapi memiliki tingkat energi berbeda. Contoh, 28Ni60 dan 28Ni60*

Radiasi Partikel dan Gelombang EM Apa yang dimaksud dengan RADIASI ? Radiasi adalah bentuk perambatan energi tanpa melalui perantara/ media. Contoh : CAHAYA

Radiasi Gelombang EM Cahaya merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang tampak. Selain cahaya, terdapat radiasi gelombang EM lain yang tidak tampak, yaitu Sinar Gamma Sinar X Sinar Ultraviolet Infra merah Gel. Radio Gel. Mikro

Spektrum Gelombang EM Panjang Gelombang (meter) Energi (eV) 103 101 10-1 10-3 10-5 10-7 10-9 10-11 10-13 10-9 10-7 10-5 10-3 10-1 101 103 105 107 Gel. Radio Cahaya tampak Sinar X Sinar gamma Gel. Mikro Infra merah Ultraviolet Energi (eV) Panjang Gelombang (meter)

Radiasi Gelombang EM Diantara radiasi gelombang EM, sinar gamma dan sinar X memiliki energi yang besar sehingga mampu mengionisasi media yang dilalui, disebut radiasi pengion

Radiasi Partikel Terdapat jenis radiasi lain yang merupakan radiasi pengion, dan disebut sebagai radiasi partikel, yaitu: Radiasi Alpha Radiasi Beta Radiasi Netron

Sifat Radiasi Partikel Radiasi alpha Partikel bermuatan listrik positip, mirip inti atom helium Daya ionisasi sangat besar, daya tembus pendek Dapat dibelokkan oleh medan listrik atau medan magnet

Sifat Radiasi Partikel Radiasi Beta Partikel mirip elektron, sangat ringan Bermuatan listrik negatip, terdapat pula yang bermuatan positip disebut positron Daya ionisasinya besar, daya tembusnya terhadap material padat lebih besar daripada sinar alpha. Dapat dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet

Sifat Radiasi Partikel Radiasi netron Partikel tidak bermuatan listrik Netron mampu menembus unsur-unsur berat dengan mudah, dan dapat diserap oleh beberapa unsur ringan, terutama hydrogen. Dapat mengaktivasi bahan

Sinar X dan Sinar Gamma Persamaan dan Perbedaan Keduanya adalah gelombang elektromagnetik Perbedaan Asal usul Sinar X berasal dari luar inti atom, sedangkan sinar gamma berasal dari dalam inti atom

Sinar X dan Sinar Gamma Asal usul Sinar Gamma Sinar gamma dipancarkan dari bahan radioaktif, menyertai pancaran sinar alpha atau beta Bahan radioaktif atau sering disebut radioisotop adalah bahan yang inti atomnya tidak stabil akibat adanya perubahan jumlah proton atau netron.

Sinar X dan Sinar Gamma Asal usul Sinar X Sinar x terjadi karena adanya tumbukan antara elektron cepat dengan target. Terdapat 2 jenis sinar X Bremstrahlung (sinar X kontinyu) Sinar X karakteristik

Sinar X dan Sinar Gamma Asal usul Sinar X Bremstrahlung Elektron cepat menembus mendekati inti atom dan mengalami perlambatan tiba_tiba - N

Sinar X dan Sinar Gamma Asal usul Sinar X Sinar X Karakteristik Elektron cepat menumbuk elektron pada orbit (lintasan) atom bagian dalam - N

Sifat Sinar X dan Sinar Gamma Kecepatan rambat 3 x 108 Tidak tampak dan tidak dapat dirasa Mengionisasi medium yang dilalui Intensitas radiasi memenuhi hukum kuadrat terbalik Dapat diserap dan dihamburkan oleh material Merambat pada garis lurus Menembus material tebal yang tak dapat ditembus cahaya Menghitamkan film Memendarkan cahaya ketika mengenai bahan fluorescent

Panjang Gelombang dan Energi ---Parameter gelombang--- Jarak antar puncak gelombang Satuan, Angstrom (Ao) Frekwensi Jumlah gelombang per detik Putaran per detik (Hz) Amplitudo Tinggi gelombang

Panjang Gelombang dan Energi ---Parameter gelombang--- 8 putaran/detik 4 putaran/detik 2 putaran/detik λ Frekwensi berbanding terbalik dengan panjang gelombang

Panjang Gelombang dan Energi ---Energi Gelombang-- Energi dipengaruhi oleh frekwensi dan panjang gelombang Energi sebanding dengan frekwensi Energi berbanding terbalik dengan panjang gelombang Energi mempengaruhi daya tembus pada material Energi besar daya tembus besar

Energi Sinar X dan Sinar Gamma Satuan Energi Energi sinar X dan Sinar gamma dinyatakan dengan eV → elektron volt KeV → kilo elektron volt = seribu eV MeV → Mega elektron volt = satu juta eV Pengertian 1 eV Jumlah energi yang sama dengan energi kinetik elektron saat elektron tersebut melewati beda potensial 1 Volt Contoh, 1 elektron melewati beda potensial 100 KV pada tabung sinar X, energi elektron tsb. Adalah 100 KeV

Spektrum Sinar X dan Sinar Gamma Spektrum Sinar X Intensitas Panjang Gelombang l min ef K a Cu b Ni Intensitas Panjang Gelombang Spektrum bremstrahlung adalah kontinyu Spektrum sinar X karakteristik adalah diskrit

Energi Sinar X dan Sinar Gamma Tegangan Puncak + V - KVp Tegangan untuk membangkitkan sinar X adalah gelombang sinus, nilainya selalu berubah Tegangan puncak adalah nilai tegangan maksimum, diberi lambang KVp (Kilo Volt peak) Tegangan yang diatur pada panel kontrol sinar X adalah nilai KVp

Energi Sinar X dan Sinar Gamma Energi Maksimum Jika pada tabung sinar X diterapkan suatu beda potensial, sinar X yang dihasilkan memiliki energi dari yang terendah sampai maksimum. Intensitas Panjang Gelombang l min ef Besarnya energi maksimum adalah Emax = e KVp Contoh Jika tegangan yang diterapkan 180 KVp, maka Emax = 180 KeV

Energi Sinar X dan Sinar Gamma Energi Efektif Energi efektif adalah energi dari berkas sinar X yang intensitasnya terbesar Energi efektif setiap mesin sinar X berbeda walaupun KVp sama Bergantung bentuk gelombang tegangan Umumnya, sekitar 66% dari Emax Contoh Jika tegangan yang diterapkan 180 KVp, maka Emax = 180 KeV Eeff = 66% . 180 = 120 KeV

Spektrum Sinar X dan Sinar Gamma Spektrum Sinar Gamma 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,01 0,02 0,03 0,04 0,06 0,1 Panjang Gelombang (Angstroms) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Energi (MeV) Intensitas Relatif Co-60 Ir-192 Spektrum sinar gamma adalah diskrit

Hukum Kuadrat Terbalik Intensitas Radiasi Intensitas berkas radiasi adalah jumlah radiasi dalam berkas dikalikan dengan energi setiap radiasi. Atau, energi per satuan luas per satuan waktu. Intensitas radiasi secara umum diukur dalam Roentgents per jam (R/jam).

Hukum Kuadrat Terbalik Hubungan Intensitas dan Jarak Pada jarak lebih jauh, intensitas radiasi terdistribusi pada area yang lebih luas, sehingga pada luasan yang sama intensitasnya lebih kecil.

Hukum Kuadrat Terbalik Hubungan Intensitas dan Jarak Intensitas radiasi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak, dirumuskan dengan persamaan Contoh Intensitas radiasi gamma pada jarak 10 meter adalah 4 mR/Jam. Berapa intensitas radiasi pada jarak 20 meter?

BAGIAN 3 RADIOAKTIVITAS

Peluruhan Radioaktif Peluruhan radioaktif adalah proses perubahan inti atom yang tidak stabil menjadi stabil. Radioaktivitas adalah fenomena (kejadian) peluruhan inti atom suatu unsur. Inti atom yang meluruh disebut radioisotop atau radionuklida.

Peluruhan Radioaktif Mode Peluruhan Emisi partikel alpha Emisi partikel beta Emisi positron Tangkapan elektron Emisi sinar gamma (foton) Pembelahan (fisi) spontan Al

Peluruhan Radioaktif Mode Peluruhan Emisi alpha Inti atom yang memancarkan alpha akan kehilangan dua proton dan dua neutron serta membentuk nuklida baru. Contoh Uranium-238 yang berubah menjadi nuklida baru Thorium-234. 92U238 ---- 90Th234 + 2He4 Al

Peluruhan Radioaktif Mode Peluruhan Emisi Partikel Beta Dalam proses peluruhan beta terjadi perubahan neutron menjadi proton di dalam inti atom. Contoh Posphor-32 yang berubah menjadi nuklida baru Sulfur-32 15P32 ---- 16S32 + -1e0 Al

Peluruhan Radioaktif Mode Peluruhan Emisi Positron Positron merupakan hasil transformasi inti dimana proton menjadi netron. Contoh Oksigen-15 mengalami peluruhan dengan memancarkan positron dan membentuk nuklida baru Nitrogen-15 8O15 ---- 7N15 + +1e0 Al

Peluruhan Radioaktif Mode Peluruhan Tangkapan Elektron Proton didalam inti atom dapat menangkap elektron orbit (pada kulit K) untuk membentuk netron baru ditulis dengan persamaan Al

Peluruhan Radioaktif Mode Peluruhan Peluruhan Sinar Gamma Sinar gamma dihasilkan karena tingkat energi inti atom tidak berada pada keadaan dasar. Pancaran radisi gamma mengikuti peluruhan alpha, beta, atau tangkapan elektron. Pancaran gamma yang menyertai alpha Contoh, Radium-226 menjadi Radon-222 88Ra226 ---- 86Rn222* + 2He4 86Rn222* ---- 86Rn222 +  Al

Peluruhan Radioaktif Mode Peluruhan Peluruhan Sinar Gamma Pancaran radiasi gamma yang menyertai beta Misal, Isotop Cobalt-60 yang meluruh menjadi Nikel-60 Isotop Iridium-192 yang meluruh menjadi Platinum-192. 27Co60 ---- 28Ni60* + -1e0 28Ni60* ---- 28Ni60 +  77Ir192 ---- 78Pt192* + -1e0 78Pt192* ---- 78Pt192 +  Al

Peluruhan Radioaktif Mode Peluruhan Peluruhan Sinar Gamma Pancaran radiasi gamma yang menyertai tangkapan elektron Misal, Isotop Iridium-192 yang meluruh menjadi Osmium-192 77Ir192 + -1e0 ---- 76Os192* 76Os192* ---- 76Os192 +  Al

Peluruhan Radioaktif Mode Peluruhan Fisi Spontan Fisi spontan adalah pembelahan inti atom yang disertai dengan pancaran radiasi netron tanpa adanya pasokan netron dari luar. Isotop yang dapat mengalami pembelahan spontan adalah Californium 252 (Cf-252). Cf-252 adalah pemancar alpha, namun setiap 313 transformasi alpha mengalami 10 pembelahan inti Al

Sumber Radioaktif Alam dan Buatan Bahan radioaktif alam adalah bahan yang secara alamiah memancarkan radiasi akibat tidak seimbangnya gaya tolak elektrostatis proton dengan gaya tarik inti netron Contoh : Radium-226 (Ra-226) Al

Sumber Radioaktif Alam dan Buatan Bahan radioaktif buatan adalah bahan radioaktif yang dibuat dari bahan yang memiliki inti atom stabil Contoh : Cobalt 60, Irridium 192, Thulium 170, Ytterbium 169, Selenium 75, Cesium-137 Cara pembuatan : Reaksi fisi dalam reaktor nuklir Aktivasi netron dalam reaktor nuklir Menembaki inti atom stabil dengan partikel bermuatan didalam mesin pemercepat partikel seperti akselerator dan siklotron Al

Aktivitas Aktivitas radiasi adalah jumlah peluruhan per satuan waktu Curie (Ci) Bequerel (Bq) --- satuan internasional (SI) Peluruhan/ detik 1 Bq = 1 peluruhan/ detik 1 Ci = 37 x 109 Bq

Aktivitas Aktivitas adalah fungsi waktu A(t) Ao Ao/2 Ao/4 Ao/8 T1/2 2T1/2 3T1/2 Waktu

Aktivitas Dua bahan radioaktif berbeda memiliki aktivitas sama, apakah jumlah radiasi yang dipancarkan sama? Satu inti atom Cobalt 60 yang meluruh selalu memancarkan dua radiasi gamma 1,17 MeV 1,33 MeV Satu inti atom Irridium 192 yang meluruh hanya memancarkan satu radiasi gamma Terdapat 24 energi gamma yang mungkin Yang diperhatikan 0,31 MeV, 0,47 MeV, dan 0,60 MeV

Waktu Paro Waktu paro (T½) didefinisikan sebagai selang waktu yang dibutuhkan agar aktivitas suatu radioaktif menjadi separuhnya. Isotop Waktu paro (T1/2) Ytterbium 169 (Yb-169) Iridium 192 (Ir-192) Selenium 75 (Se-75) Thulium 170 (Tm-170) Cobalt 60 (Co-60), Cesium 137 (Cs-137) Radium 226 (Ra-226) 32 hari 74,3 hari 120 hari 130 hari 5,27 tahun 30,1 tahun 1620 tahun

Waktu Paro Perhitungan Aktivitas Hubungan waktu paro dengan aktivitas Contoh Sumber radiasi Ir-192 memiliki aktivitas 40 Ci. Anggap bahwa waktu paro sumber tersebut adalah 75 hari, berapa aktivitas sumber tersebut 150 hari yang akan datang? Aktivitas sumber Ir-192 pada hari ini adalah 50 Ci, berapa aktivitas sumber tersebut 75 hari yang lalu?

Aktivitas Spesifik Aktivitas spesifik adalah aktivitas per gram bahan radioaktif Satuan Ci/ gram Bq/gram

Aktivitas Spesifik Pentingnya aktivitas spesifik Aktivitas spesifik tinggi menghasilkan dimensi sumber kecil, ketajaman gambar film baik Aktivitas spesifik tinggi menghasilkan keluaran sumber lebih baik karena penyerapan diri terhadap radiasi rendah

Aktivitas Spesifik Aktivitas untuk sumber radioaktif murni, yang tidak campur dengan isotop lain dari unsur yang sama (carrier-free radioisotope) Aktivitas spesifik berbanding terbalik dengan waktu paro

Aktivitas Spesifik Aktivitas spesifik sumber radioaktif buatan Tergantung pada Fluks reaktor nuklir Waktu lamanya material diiradiasi dalam reaktor Karakteristik dari material yang diiradiasi seperti berat atom dan tampang lintang

Emisi Spesifik Sinar Gamma Emisi spesifik sinar gamma adalah intensitas radiasi pada satu satuan jarak dari sumber titik satu satuan aktivitas RHM, singkatan Roentgens Hour Meter, merupakan ukuran keluaran sumber sinar gamma Emisi spesifik = Nilai RHM per Curie = Faktor gamma Satuan R m2/jam Ci

Emisi Spesifik Sinar Gamma Hubungan faktor gamma, intensitas, aktivitas, dan jarak Contoh : Uji radiografi menggunakan sumber Ir-192 dengan aktivitas 50 Ci. Berapa intensitas radiasi pada jarak 100 meter dari sumber tersebut? Untuk memperkirakan aktivitas sumber Ir-192, dilakukan pengukuran intensitas radiasi pada jarak 50 mm , hasil pengukuran menunjukkan nilai 5 mR/Jam. Berapa besarnya aktivitas sumber tersebut?

INTERAKSI FOTON DENGAN MATERIAL Bagian 4 INTERAKSI FOTON DENGAN MATERIAL

Penyerapan Radiasi 1, 4, 5 radiasi diserap - + e 1 2 3 4 5 1, 4, 5 radiasi diserap 2, 3 radiasi transmisi, radiasi primer yang tidak mengalami perubahan energi

Penyerapan Radiasi Penyerapan radiasi adalah fenomena hilangnya sebagian intensitas radiasi ketika radiasi sinar x atau sinar gamma menembus material Proses penyerapan radiasi meliputi Efek fotolistrik Efek Compton Efek produksi pasangan

Penyerapan Radiasi Efek fotolistrik Terjadi pada energi 10 Kev – 500 Kev

Penyerapan Radiasi Efek Compton Terjadi pada energi 0,1 – 3 MeV

Penyerapan Radiasi Produksi Pasangan Terjadi pada energi lebih dari 1,02 MeV Elektron dan positron bergabung menghasilkan 2 foton dgn energi 0,51 MeV

Penyerapan Radiasi Hasil Penyerapan Radiasi Penyerapan radiasi mengakibatkan ionisasi, terutama efek fotolistrik dan Compton. Ionisasi adalah fenomena terlepasnya elektron dari atom. Ion adalah atom, molekul, atau partikel bermuatan listrik. Ionisasi menghasilkan pasangan ion, yaitu ion positip dan ion negatip. Pada proses fotolistrik dan Compton, elektron bebas yang terlepas adalah ion negatip, sedangkan atom yang ditinggalkan oleh elektron adalah ion positip.

Penyerapan Radiasi Akibat Penyerapan Radiasi Penyerapan radiasi mengakibatkan Ionisasi Radiasi sekunder Ionisasi adalah fenomena terlepasnya elektron dari atom. Ion adalah atom, molekul, atau partikel bermuatan listrik. Ionisasi menghasilkan pasangan ion, yaitu ion positip dan ion negatip. Pada proses fotolistrik dan Compton, elektron bebas yang terlepas adalah ion negatip, sedangkan atom yang ditinggalkan oleh elektron adalah ion positip.

Penyerapan Radiasi Akibat Penyerapan Radiasi Radiasi sekunder yang dihasilkan pada proses penyerapan radiasi Radiasi hamburan pada efek compton Radiasi anihilasi pada efek produksi pasangan

Koefisien Absorbsi Probabilitas penyerapan radiasi oleh material ditunjukkan oleh besaran yang disebut koefisien absorbsi linear (). Dipengaruhi oleh panjang gelombang (energi) radiasi nomor atom material rapat jenis material

HVL dan TVL Radiasi primer Radiasi hamburan - + e I1 I2

Half Value Layer Ketebalan material yang dapat menurunkan intensitas menjadi setengah dari intensitas semula Energi (KVp) HVL (mm) Timbal Concrete Besi (steel) 100 120 125 150 200 250 Se-75 Ir-192 Cs-137 Co-60 0,27 - 0,28 0,30 0,52 0,88 1 5 6,5 12,7 16 20 22,4 25 28 30 43,2 48 62 2,5 3,6 5,1 6,4 8 13 21

Half Value Layer Dalam hubungannya dengan HVL, rumus atenuasi dapat ditulis menjadi Contoh 1 Radiasi gamma dari sumber Ir-192 menembus baja dengan ketebalan 26 mm. Jika nilai HVL adalah 13 mm. Berapa persen intensitas radiasi yang menembus material tersebut? Berapa persen intensitas radiasi yang diserap?

Tenth Value Layer Ketebalan material yang dapat menurunkan intensitas menjadi sepersepuluh dari intensitas semula

Tenth Value Layer Dalam hubungannya dengan TVL, rumus atenuasi dapat ditulis menjadi Contoh Intensitas radiasi pada jarak tertentu dari sumber Co-60 adalah 10 mR/jam. Berapa tebal Pb yang harus digunakan untuk perisai agar pada lokasi tersebut intensitas radiasi menjadi 2,5 mR/jam? Diketahui nilai TVL Pb adalah 12,7 mm.

Build–up Factor I1 B = build up factor I2 Radiasi hamburan + - + e Radiasi primer Radiasi hamburan + I1 I2 B = build up factor

Build–up Factor Build-up factor Perbandingan antara intensitas radiasi aktual yang menembus material, yaitu radiasi primer dan hamburan, terhadap intensitas radiasi primer Perbandingan antara intensitas radiasi hasil pengukuran terhadap intensitas radiasi hasil perhitungan