Gelombang Elektro Magnetik

1. 4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Prinsip Kerja Sinar-X
Tabung yang digunakan adalah tabung vakum yang di dalamnya
terdapat 2 elektroda yaitu anoda dan katoda. Katoda/filamen tabung
Roentgen dihubungkan ke transformator filamen. Transformator filamen
ini akan memberi supplai sehingga mengakibatkan terjadinya pemanasan
pada filamen tabung Roentgen, sehingga terjadi thermionic emission,
dimana elektron-elektron akan membebaskan diri dari ikatan atomnya,
sehingga terjadi elektron bebas dan terbentuklah awan-awan elektron.
Anoda dan katoda dihubungkan dengan transformator tegangan
tinggi 10 kV-150 kV. Primer HTT diberi tegangan AC (bolak-balik) maka
akan terjadi garis-garis gaya magnet (GGM) yang akan berubah-ubah
bergantung dari besarnya arus yang mengalir. Akibat dari perubahan
garig-garis gaya magnet ini akan menyebabkan timbulnya gaya gerak
listrik (GGL) pada kumparan sekunder, yang besarnya tergantung dari
setiap perubahan fluks pada setiap perubahan waktu. Dari proses ini
didapatkanlah tegangan tinggi yang akan disuplai ke elektroda tabung
Roentgen.
Elektron-elektron bebas yang ada disekitar katoda akan ditarik
menuju anoda, akibatnya terjadilah suatu loop (rangkaian tertutup) maka
akan terjadi arus elektron yang berlawanan dengan arus listrik yang

2. 5
kemudian disebut arus tabung. Pada saat yang bersamaan, elektron-
elektron yang ditarik ke anoda tersebut akan menabrak anoda dan ditahan.
Jika tabrakan elektron tersebut tepat di inti atom disebut peristiwa
breamstrahlung dan apabila menabraknya dielektron di kulit K, disebut
K karakteristik. Akibat tabrakan ini maka terjadi hole-hole karena
elektron-elektron yang ditabrak tersebut terpental. Hole-hole ini akan diisi
oleh elektron-elektron lain. Perpindahan elektron ini akan menghasilkan
suatu gelombang elektromagnetik yang panjang gelombangnya berbeda-
beda. Gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 0,1 – 1 A°
inilah yang kemudian disebut sinar X atau sinar Roentgen . ⁴
Gambar II.1 Blok Diagram Sinar-X ⁴
II.2 Interaksi Sinar-X dengan Bahan
Pada saat foton mengenai suatu bahan maka akan terjadi interaksi
yang mengakibatkan penyerapan atau penghamburan foton. Proses
penyerapan dan penghamburan akan berpengaruh pada pelemahan atau

3. 6
attenuasi dari foton tersebut yang disebabkan oleh kerapatan, ketebalan
dan nomor atom bahan yang dilalui. Apabila radiasi elektromagnetik
masuk ke dalam bahan , maka sebagian dari radiasi tersebut akan terserap
oleh bahan. Sebagai akibatnya, intensitas radiasi setelah memasuki bahan
penyerap lebih kecil dibandingkan intensitas semula.
Proses pelemahan radiasi elektromagnetik baik sinar-X maupun
sinar gamma dalam suatu bahan , maka akan terjadi pengurangan
intensitas memenuhi persamaan : ¹³
I = Io e ̶ µ
………………………………………(II.1)
Dimana intensitas radiasi elektromagnetik setelah melalui bahan
(I), intensitas radiasi elektromagnetik sebelum melalui bahan (Io),
koefisien serapan bahan bahan (µ) dan ketebalan bahan (x).¹³
II.2.1 Efek Fotolistrik
Pada penyinaran, energi radiasi akan diserap seluruhnya.
Energi yang diserap itu dipergunakan untuk mengeluarkan elektron
dari ikatan inti atom. Elektron yang terlepas itu disebut
fotoelektron. Proses pengeluaran elektron ini terjadi pada
penyinaran dengan energi foton yang rendah berkisar antara 0,01
MeV hingga 0,5 MeV.

4. 7
Gambar II.2 Efek Fotolistrik ⁴
Radiasi elektromagnetik dengan energi fotonnya kecil akan
berinteraksi dengan elektron-elektron yang berada di orbit luar
atom. Semakin besar energi foton maka elektron-elektron yang
berada pada orbit lebih dalam akan dilepaskan. Efek fotolistrik ini
umumnya banyak terjadi pada materi dengan nomor atom yang
besar, seperti pada tembaga (Z=29) atau timah hitam (Z=82).
= ₀ + ..………………….. (II.2)
= − ₀ ..……………….......(II.3)
= ℎ − ℎ ₀ …………………….(II.4)
= ℎ − ℎ ₀ ….…………………(II.5)
Energi foton datang (hf) sebagian besar berpindah ke
elektron fotolistrik dalam bentuk energi kinetik elektron. Dimana
energi kinetik (Ek), konstanta Planck (h) = 6,63 x 10⁻³⁴ J.s, energi
ambang ( ₀). ⁵

5. 8
II.2.2 Efek Compton
Energi radiasi hanya sebagian saja diserap untuk
mengeluarkan elektron dari atom (fotoelektron) sedangkan sisa
energi akan terpancar sebagai hamburan radiasi dengan energi
yang lebih rendah daripada energi semula. Elektron itu dilepaskan
dari ikatan inti atom dan bergerak dengan energi kinetik disertai
foton lain dengan energi lebih rendah dibandingkan foton datang.
Foton lain itu disebut foton hamburan dengan energi hf dan
terhambur dengan sudut θ terhadap arah foton datang. Efek
Compton terjadi pada elektron-elektron bebas atau terikat secara
lemah pada penyinaran dengan energi radiasi yang lebih tinggi
yaitu berkisar antara 200-1.000 KeV. ⁵
Gambar II.3 Efek Compton ⁶
Dalam hamburan Compton, energi foton datang yang
diserap atom diubah menjadi energi kinetik elektron dan foton
hamburan yang berenergi lebih rendah. Elektron selanjutnya akan

6. 9
kehilangan energinya melalui proses ionisasi atom bahan.
Perubahan panjang gelombang foton dari λ foton primer menjadi λ'
foton hamburan adalah : ¹³
∆ = λ′
− ……………………..(II.6)
= (1 − cos ф) ……..………………(II.7)
= ₀
(1 − cosф) ………….………….(II.8)
Dimana konstanta Planck (h) = 6,63 x 10⁻³⁴ J.s, massa diam
elektron (m₀) = 0,000549 sma, kecepatan cahaya (c) = 3 x 10⁸ m/s
dan sudut hamburan (θ). ¹⁶
II.3 Proses Terjadinya Radiografi
Bayangan laten yang terbentuk pada film Roentgen (radiografi)
dihasilkan oleh berkas sinar-X sesudah menembus objek mengenai film
atau berasal dari berkas cahaya tampak yang dihasilkan pada proses emisi
cahaya dari interaksi radiasi sinar-X dengan lembar penguat.
Berkas radiasi sinar-X yang mengenai objek sebagian diserap oleh
objek dan sisanya diteruskan (menembus objek). Berkas cahaya yang
diteruskan tersebut mengenai emulsi film sehingga terbentuk bayangan
objek. Berkas cahaya sinar-X yang menembus objek akan diserap oleh
lembar penguat dan dipancarkan kembali dalam bentuk cahaya tampak.
Berkas cahaya tampak tersebut selanjutnya mengenai emulsi film sehingga
terbentuk bayangan laten. ¹

7. 10
II.4 Lembar Penguat
II.4.1 Pengertian Lembar Penguat
Lembar penguat merupakan alat yang terbuat dari kardus
berlapis fosfor. Diletakkan dalam kaset berhadapan langsung
dengan film. Lembar penguat berfungsi mengubah sinar-X menjadi
cahaya tampak dan cahaya tampak tersebut akan berinteraksi
dengan film sehingga membentuk bayangan laten. Bila memakai
film emulsi tunggal, digunakan sebuah lembar penguat yang
berhadapan dengan sisi emulsi film, sedangkan pada film emulsi
ganda digunakan dua buah lembar penguat yang masing-masing
berhadapan dengan kedua permukaan film. ⁷
II.4.2 Prinsip Kerja Lembar Penguat
Foton sinar-X yang mengenai kristal fosfor, dapat
menghasilkan beribu foton cahaya yang diemisikan kristal fosfor.
Proses perubahan sinar-X menjadi cahaya tampak oleh screen
disebut dengan luminisensi (perpendaran cahaya). Energi radiasi
diserap (penyerapan fotolistrik oleh atom-atom dari material
fosfor). Ada dua jenis luminisensi : ³
a. Fosforisensi, yaitu cahaya yang dipancarkan setelah terjadinya
penyerapan energi dari radiasi gelombang pendek (sinar-X),
pemancaran akan diteruskan walaupun radiasi gelombang
pendek sudah berhenti menyinarinya. Istilah ini disebut after

8. 11
glow. Waktu terjadinnya pencahayaan lebih besar dar 10⁻⁸
detik.
b. Fluoresensi, yaitu cahaya yang dipancarkan setelah terjadi
penyerapan energi dari radiasi gelombang pendek, cahaya
dipancarkan hanya selama adanya radiasi gelombang pendek
tersebut. Waktu terjadinnya pencahayaan kurang dari 10⁻⁸
detik. ⁸
Ketika sinar-X mengenai butiran fosfor akan memendarkan
cahaya, kerapatan lapisan fosfor juga terdapat celah antar butiran
fosfor lainnya sehingga radiasi akan melewati celah tersebut yang
juga akan memendarkan cahaya pada lapisan lembar penguat
berikutnya. Elektron yang terlepas meninggalkan pita valensi
menuju pita konduksi. Pada posisi ini elektron memasuki energi
yang lebih tinggi. Material fosfor yang tidak murni menghasilkan
luminisensi yang cenderung memiliki kekuatan menarik elektron
kembali ke pita valensi. Karena energinya cukup tinggi maka
X-ray
Gambar II.4 Proses Terjadinya Fluoresensi ⁹

9. 12
terjadi lompatan elektron dari energi tinggi ke daerah energi
rendah. Pada saat terjadi lompatan energi terebut terjadilah
pelepasan energi foton cahaya, sebagai bentuk pencahayaan
fluoresensi.
II.4.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Lembar
Penguat
a. Komposisi Fosfor
Komposisi yang diproduksi dengan baik tentu akan
menghasilkan efisiensi pencahayaan yang baik pula. Pemakaian
jenis fosfor yang berbeda pada lembar penguat akan
mempengaruhi kecepatannya.
b. Ketebalan Lapisan Fosfor
lapisan fosfor lebih tebal akan menghasilkan lembar penguat
lebih cepat karena menyerap banyak foton sinar-X dari pada
lapisan tipis, tetapi lapisan tebal akan menyebabkan
pengurangan ketajaman gambar yang tercatat pada film.
c. Ukuran Kristal Fosfor
Semakin besar ukuran kristal fosfor, semakin besar pula
penyerapan yang terjadi maka semakin banyak cahaya yang
dipancarkan setiap adanya interaksi dengan energi gelombang
sinar-X, semakin besar pula kecepatan pada lembar penguat.
Lembar penguat kecepatan tinggi ukuran kristalnya ± 8 mikro
sedangkan kecepatan rendah ukuran kristalnya ± 4 mikro.

10. 13
d. Adanya Lapisan Pemantul / Penyerap
Lapisan pemantul berfungsi memantulkan cahaya kembali ke
arah permukaan lembar penguat untuk membantu proses
pembentukan gambar sehingga menambah kecepatan tetapi
mengurangi resolusi gambar. Lapisan penyerap memiliki sifat
yang berlawanan dengan lapisan pemantul. Berfungsi
mengontrol penyebaran cahaya, menyerap cahaya hamburan
sehingga dapat menigkatkan ketajaman gambar.
e. Pemilihan Nilai Tegangan Tabung
Tegangan tabung merupakan beda potensial antara katoda dan
anoda di dalam tabung yang diperlukan untuk memindahkan
satuan muatan yaitu untuk menerik elektron dari filament ke
permukaan target anoda. Menggunakan nilai tegangan tabung
tinggi (kV) maka faktor penguatnya akan naik sehingga lembar
penguat memperoleh penguatan yang maksimum. ¹⁰ ¹
II.4.4 Kecepatan Lembar Penguat
Kecepatan lembar penguat adalah kemampuan lembar
penguat dalam mengubah energi sinar-X menjadi cahaya tampak
pada eksposi yang diperlukan untuk menghasilkan densitas pada
radiografi. Jenis lembar penguat menurut kecepatannya dibagi
menjadi tiga :

11. 14
a. Kecepatan Tinggi
Mempunyai butiran-butiran fosfor yang lebih besar sehingga
gambaran yang dihasilkan memiliki detail yang rendah tetapi
hanya membutuhkan sedikit nilai eksposi yang dapat
menghitamkan film. Jadi dapat mengurangi dosis radiasi pada
pasien dan ini bisa digunakan pada pemeriksaan pelvis, kepala
dan abdomen.
b. Kecepatan Sedang
Jenis lembar penguat ini memiliki butiran fosfor yang sedang
sehingga memberikan perbandingan yang baik antara
kecepatan dan detail yang sedang.
c. Kecepatan Rendah
Lembar penguat dengan kecepatan rendah terdiri dari butiran
butiran fosfor yang kecil sehingga dapat menghasilkan
gambaran detail yang tinggi, tetapi untuk menghasilkan
kehitaman tertentu yang dihasilkan lembar penguat kecepatan
tinggi membutuhkan sedikit eksposi maka dengan
menggunakan kecepatan rendah membutuhkan banyak eksposi.
Dosis radiasi tidak terlalu dipertimbangkan serta bagian tubuh
yang diperiksa, misalnya pemeriksaan ekstremitas. ⁸
II.4.5 Jenis-Jenis Bahan Lembar Penguat
Tidak semua fosfor berluminisensi menghasilkan warna
yang sama. Hal ini penting menyangkut aplikasi dalam radiografi.

12. 15
Ada fosfor yang digunakan dalam bentuk murninya dan ada
beberapa fosfor yang membutuhkan pengaktif untuk
berluminisensi. Pengaktif meningkatkan kemampuan fluoresensi
juga mempengaruhi warna cahaya yang dipancarkan. Syarat utama
bahan dasar lembar penguat mempunyai spesifikasi koefisien serap
yang tinggi, biasanya bahan dengan nomor atom yang tinggi dan
mempunyai after glow yang singkat.
a. Calsium Tungsten
Calsium tungsten dapat berluminisensi tanpa pengaktif.
Memancarkan cahaya ultraviolet bila terkena radiasi
gelombang pendek. Maksimum fluoresensi sekitar 420 nm.
Namun jenis fosfor ini sudah jarang digunakan lagi karena
efisiensi mengubah sinar-X ke cahaya hanya berkisar 5% jika
dibandingkan dari fosfor jenis rare earth sekitar 15%.
b. Barium Fluorochloride
Jika dibandingkan dengan calcium tungsten maka barium
fluorochloride mengabsorbsi sinar-X lebih banyak atau dengan
kata lain koefisien absorbsinya lebih tinggi, selain itu barium
fluorochloride lebih efisien dalam mengkonversikan sinar-X
menjadi cahaya. Diaktifkan dengan europium. Sinar yang
dihasilkan ultraviolet dan biru dengan panjang gelombang
sampai 380 nm.

13. 16
c. Rare Earth
Materi fosfor yang secara alamiah jumlahnya sangat terbatas.
Rare earth merupakan material fosfor efisiensi yang tinggi
dalam menyerap berkas sinar-X menjadi cahaya tampak
sehingga banyak dipakai sebagai bahan baku lembar penguat
radiografi. Pencahayaannya menghasilkan empat kali lebih
besar dari bahan lembar penguat calsium tungsten. Fosfor rare
earth dibagi dalam tiga jenis, yaitu :
1. Gadolinium oxysulphide, diaktifkan oleh terbium.
2. Lantanum oxysulphide, diaktifkan oleh terbium.
3. Ytrium oxybromide, diaktifkan oleh telerium.
Lanthanum oxysulphide, lanthanum oxysulphide, dan
ytrium soxybromide dengan pengaktif terbium dan telerium
akan mengemisikan sinar warna hijau dengan panjang
gelombang antara 625-550 nm. ⁹ ⁸
II.4.6 Struktur Lembar Penguat
Gambar II.5 Struktur Lembar Penguat ¹¹

14. 17
Lapisan penguat memiliki struktur yang tersusun atas
beberapa lapisan secara berturut - turut sebagai berikut.
a. Lapisan Supercoat
Lapisan supercoat terbuat dari bahan selulosa asetat yang tipis
dan kuat, tebalnya sekitar 5-10 µm. Fungsinya untuk
melindungi seluruh permukaan lapisan bahan fluoresensi, serta
tahan terhadap goresan.
b. Lapisan Phosphor Layer
Lapisan ini mengandung kristal bahan fluoresensi yang diikat
oleh suatu bahan tebalnya sekitar 100-200 µm. Bahan
fluoresensi yang dapat digunakan adalah kalsium tungsten,
barium lead sulfat atau rare earth.
c. Lapisan Substratum
Digunakan untuk menempelkan lapisan fosfor dengan lapisan
dasar. Lapisan ini dibuat setipis mungkin untuk menghasilkan
perlekatan yang cukup antara kedua lapisan. Tebalnya sekitar
10-20 µm. Ada 2 jenis lapisan substratum yaitu lapisan
reflektive dan lapisan absorptive. Lapisan reflektif berfungsi
untuk memantulkan kembali cahaya menuju ke film.
Sedangkan bila menggunakan lapisan absorptive cahaya akan
diserap oleh zat warna pada lapisan ini.

15. 18
d. Lapisan Base
Lapisan dasar yang berfungsi sebagai penyokong untuk lapisan
lain. Terbuat dari polyester, cardboard dan plastik. Tebalnya
sekitar 200-400 µm. Sifatnya tidak mempengaruhi bahan
fluoresensi, tidak berkerut dan tembus sinar-X. ⁶ ⁷
II.5 Faktor Intensifikasi
Faktor intensifikasi adalah perbandingan antara eksposi yang
dibutuhkan untuk menghasilkan densitas tertentu pada film tanpa
menggunakan lembar penguat dengan eksposi yang dibutuhkan pada film
yang menggunakan lembar penguat untuk menghasilkan densitas yang
sama. Secara matematis dituliskan sebagai berikut : ¹
( ) =
Eksposi dengan IS
Radiografi memerlukan lembar penguat, yang berfungsi sebagai lembar
penguat gambar melalui proses pencahayaan akibat penyinaran. Bila
memakai lembar penguat dapat menghemat nilai penyinaran disamping
menghasilkan kualitas gambar yang lebih baik. Proses yang demikian
disebut intensifikasi gambar. Dengan demikian apabila menggunakan
lembar penguat memerlukan faktor intensifikasi, yaitu nilai perbandingan
antara penyinaran tanpa menggunakan lembar penguat dengan penyinaran
dengan menggunakan lembar penguat. ⁸ ¹
Lembar penguat dengan ukuran kristal fosfor yang besar banyak
menyerap radiasi bila dibandingkan dengan kristal ukuraan kecil, sehingga

16. 19
faktor intensifikasi dari lembar penguat dengan ukuran kristal besar adalah
tinggi tetapi kualitas gambarnya kurang baik. Jumlah kristal fosfor
bilamana banyak dalam perunit volume maka faktor intensifikasinya
tinggi. Kualitas radiasi bila menggunakan kV tinggi maka faktor
intensifikasinya juga akan naik.
II.6 Pengaruh Lembar Penguat Terhadap Radiografi dan Tegangan
Tabung
Lembar penguat dapat mempercepat proses terjadinya energi sinar-
X menjadi cahaya tampak, karena foton sinar-X dapat menghasilkan 80-90
foton cahaya, perubahan ini mempercepat proses penyinaran film, sekitar
95% kepadatan gambar akan terbentuk dari foton cahaya yang dikeluarkan
oleh lembar penguat, karena lebih banyak cahaya yang dikeluarkan dari
lembar penguat. Alasan menggunakan lembar penguat untuk penyinaran
radiografi adalah mengurangi dosis pasien. ⁵ ³
Dalam nilai kecepatan lembar penguat yang bervariasi akan
berpengaruh terhadap kontras radiografi yang memungkinkan waktu
eksposi singkat sehingga mengurangi artefak akibat pergerakan objek,
selain itu dapat menghemat dan mengurangi beban kerja terhadap tabung
pesawat sinar-X. ³
II.7 Stepwedge
Stepwedge merupakan benda berbentuk kotak bertingkat terbuat
dari aluminium mempunyai ketebalan 2 mm yang paling tipis bertambah
2 mm pada step berikutnya pada setiap tingkat sampai step yang paling

17. 20
tebal. Tujuannya untuk mengetahui intensitas radiasi yang ditransmisikan
ke film atau variasi intensitas radiasi yang ditransmisikan ke film.
Step yang paling tipis menerima radiasi lebih banyak yang sampai
ke film karena tingkat penyerapannya rendah. Nilai kehitaman film sangat
bergantung pada intensitas radiasi setelah melewati step. Semakin tipis
suatu step maka gambaran pada film semakin hitam dan semakin tebal
suatu step gambaran pada film semakin putih. Untuk menghasilkan kurva
karakteristik dengan menganalogikan konversi dari tingkat ketebalan.
Gambar II.6 Stepwedge ¹²