199 Adidradjat - Cara Kerja Pesawat Sinar-X

CARA KERJA PESAWAT SINAR-X

PELATIHAN UJI KESESUAIAN PESAWAT SINAR-X

22 26 APRIL 2013

BALAI PENDIDIKAN DAN PELATIHAN BADAN PENGAWAS TENAGA NUKLIR

JAKARTA

Cara Kerja Pesawat Sinar-X

DAFTAR ISI

halaman

BAB I

PENDAHULUAN

3

BAB II

PROSES TERJADINYA SINAR-X .

4

BAB III

KOMPONEN UTAMA PESAWAT SINAR-X

6

BAB IV

KUANTITAS DAN KUALITAS BERKAS SINAR-X

12

BAB V

GRAFIK RATING TABUNG SINAR-X ..

14

BAB VI

RANGKUMAN

15

Pelatihan Uji Kesesuaian Pesawat Sinar-X tanggal 22 26 April 2013

2

Badiklat BAPETEN


BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Keberhasilan pelaksanaan suatu uji kesesuaian ditentukan oleh beberapa faktor salah satunya adalah pemahaman dari personil penguji tentang cara kerja pesawat sinar-X yang akan diuji. Prinsip kerja dan cara kerja pesawat sinar-X sampai terbentuknya citra dari benda yang dilewati sinar-X/difoto sangat diperlukan bagi personil penguji dalam memvariasikan atau merekayasa variable-variabel seperti tegangan tabung, arus tabung, waktu eksposi atau jarak fokus ke obyek. Variasi variabel dalam metode uji yang bertujuan untuk menilai kesesuaian parameter uji terhadap kriteria keberterimaan diharapkan tidak mengganggu atau mengurangi unjuk kerja pesawat apalagi sampai berakibat terjadi kerusakan pesawat sinar-X yang sedang diuji. Pengetahuan cara kerja pesawat sinar-X juga menjadi bekal bagi personil penguji untuk menganalisis kesesuaian suatu parameter uji dan member rekomendasi perbaikan yang tepat.

Tujuan Pembelajaran

1. Kompetensi Dasar

Setelah mengikuti mata pelajaran ini setiap peserta pelatihan akan mampu untuk menguraikan cara kerja pesawat sinar-X konvensional untuk radiografi.

2. Indikator Keberhasilan

Setelah mengikuti mata pelajaran ini setiap peserta pelatihan akan mampu:

1. Menguraikan proses terjadinya sinar-X dalam tabung sinar-X;

2. Menguraikan empat komponen utama pesawat sinar-X;

3. Menjelaskan kualitas dan kuantitas berkas sinar-X;

4. Menerapkan grafik rating tabung sinar-X dalam melakukan eksposi.


3

Badiklat BAPETEN


BAB II

PROSES TERJADINYA SINAR-X

Bagian pesawat sinar-X yang menjadi sumber radiasi adalah tabung insersi yang terdapat di dalam wadah tabung sinar-X. Model tabung insersi beserta bagian-bagiannya dari suatu pesawat sinar-X ditunjukkan pada Gambar II.1

.

Gambar II.1. Tabung Insersi Pesawat Sinar-X

Di dalam tabung insersi terdapat filamen yang juga sebagai katoda dan target yang juga sebagai anoda. Tabung pesawat sinar-X dibuat hampa udara agar elektron yang berasal dari filamen tidak terhalang oleh molekul udara dalam perjalanannya menuju anoda. Sinar-X terjadi apabila pada filamen dialirkan arus listrik yang cukup besar, maka filamen menjadi berpijar sehingga elektron terlepas dari atom filamen dan membentuk kabut elektron di sekitar filamen. Jika antara katoda dan anoda diberi beda potensial yang tinggi maka elektron dalam kabut elektron tadi akan bergerak ke anoda dengan kecepatan tinggi. Arus elektron ini disebut arus tabung. Apabila arus elektron menumbuk target di anoda, pada pesawat sinar-X konvensional, elektron tersebut sebagian besar akan berubah bentuk menjadi energi lain yaitu panas sedangkan sebagian kecil sekitar 1% akan berubah menjadi sinar-X.

Berdasarkan proses terjadinya sinar-X dibagi menjadi dua macam, yaitu :

1. Sinar-X Bremsstrahlung adalah istilah dalam bahasa Jerman yang berarti radiasi pengereman. Elektron sebagai partikel bermuatan listrik yang


4

Badiklat BAPETEN


bergerak dengan kecepatan tinggi, apabila melintas dekat ke inti suatu atom, maka gaya tarik elektrostatik inti atom yang kuat akan menyebabkan elektron membelok dengan tajam. Peristiwa itu menyebabkan elektron kehilangan energinya dengan memancarkan radiasi elektromagnetik yang dikenal sebagai sinar-X bremsstrahlung..

2. Sinar-X kharakteristik, terjadi akibat tumbukan berkas elektron cepat dengan elektron orbit dari atom target, sehingga secara alamiah terjadi proses perpindahan elektron atom dari tingkat energi yang lebih tinggi menuju ke tingkat energi yang lebih rendah sembari melepaskan sinar-X

karakteristik.

Sinar-X bremsstrahlung mempunyai spektrum energi kontinyu yang lebar,

sementara spektrum energi dari sinar-X karakteristik adalah diskrit.


5

Badiklat BAPETEN


BAB III

KOMPONEN UTAMA PESAWAT SINAR-X

Pesawat sinar-X ditemukan oleh Wilhelm Conrad Roentgen yang berkebangsaan Jerman. Roentgen dilahirkan pada tanggal 27 Maret 1845 di Lennep di daerah sungai Ruhr Jerman. Gambar skematik suatu pesawat sinar-X radiografi ditunjukkan pada gambar III.1.

Gambar III.1. Skema Pesawat Sinar-X

Pesawat sinar-X atau pesawat Rontgen adalah suatu alat yang digunakan untuk melakukan diagnosa medis dengan menggunakan sinar-X. Sinar-X yang dipancarkan dari tabung insersi diarahkan pada bagian tubuh yang akan didiagnosa. Berkas sinar-X tersebut akan menembus dan melewati bagian tubuh kemudian akan ditangkap oleh film, sehingga terbentuk citra dari bagian tubuh yang disinari. Pesawat sinar-X terdiri dari sistem dan subsistem sinar-X atau komponen. Sistem sinar-X adalah seperangkat komponen untuk menghasilkan radiasi dengan cara terkendali. Sedangkan subsistem berarti setiap kombinasi dari dua atau lebih komponen sistem sinar-X.

Komponen utama pesawat sinar-X adalah :

1. Tabung insersi

2. Wadah Tabung


6

Badiklat BAPETEN


3. Generator

4. Kolimator

Di dalam komponen tabung insersi dan perangkat-perangkat yaitu:

1. Katoda / elektroda negatif (sumber elektron)

2. Anoda / elektroda positif (acceleration potential)

3. Focusing cup

4. Rotor atau stator (target device)

5. glass metal envalope (vacum tube)

6. Oil

7. Window

wadah tabung terdapat

Gambar III.2. Tabung Sinar-X

1. Katoda

Katoda terbuat dari nikel murni dimana celah antara 2 batang katoda disisipi kawat pijar (filamen) yang menjadi sumber elektron pada tabung sinar-X. Filamen terbuat dari kawat wolfram (tungsten) digulung dalam bentuk spiral. Bagian yang mengubah energi kinetik elektron yang berasal dari katoda adalah sekeping logam wolfram yang ditanan pada permukaan anoda. Arus yang diberikan pada tabung sinar-X dalam kisaran milliamper (mA) berfungsi untuk memijarkan filamen sehingga terbentuk kabut elektron pada filamen. Selanjutnya beda potensial dalam kisaran kiloVoltage (kV) berfungsi memberikan energi kinetik pada elektron-elektron tersebut.

2. Anoda

Anoda atau elektroda positif biasa juga disebut sebagai target jadi anoda disini berfungsi sebagai tempat tumbukan elektron. Ada dua macam anoda yaitu anoda diam dan anoda putar. Sudut anoda (anoda angel) adalah sudut pada permukaan bidang target yang dapat dijadikan pusat sumbu sinar-X yang terbentuk pada bidang atau area terbentuknya sinar-X. Besarnya sudut anoda untuk radiografi umum biasanya berkisar antara 12o 15o. Permukaan anoda/target yang miring akan mengarahkan berkas sinar-X menuju window. Sudut anoda juga mempengaruhi profil berkas sinar-X yang disebut sebagai efek heel (heel effect). Efek heel membuat intensitas radiasi yang mengenai obyek datar berbeda-beda, bagian obyek dengan arah mendekati anoda intensitas radiasinya realtif lebih rendah daripada bagian yang mendekati katoda.



Pengetahuan tentang efek heel sangat bermanfaat dalam penempatan detektor pada saat pelaksanaan uji kesesuaian.

Gambar III.3. Ilustrasi Efek Heel

3. Foccusing cup

Fucusing cup ini sebenarnya terdapat pada katoda yang berfungsi sebagai alat untuk mengarahkan elektron secara konvergen ke target agar elektron tidak terpancar ke mana-mana.

4. Rotor atau stator

Rotor atau stator ini terdapat pada bagian anoda yang berfungsi sebagai alat untuk memutar anoda. Rotor atau stator ini hanya terdapat pada tabung sinar-X yang menggunakan anoda putar.

5. Glass metal envalope (vacum tube)

Glass metal envalope atau vacum tube adalah tabung yang gunanya membukus komponen-komponen penghasil sinar x agar menjadi vacum atau kata lainnya menjadikannya ruangan hampa udara.

6. Oil

Oil ini adalah komponen yang cukup penting ditabung sinar-X karena saat elektron-elektron menabrak target pada anoda, energi kinetik elekron yang berubah menjadi sinar-X hanyalah 1% selebihnya berubah menjadi panas mencapai 2000 0C, jadi di sinilah peran oil sebagai pendingin tabung sinar-X.


8

Badiklat BAPETEN


7. Window

Window atau jendela adalah tempat keluarnya sinar-X. Window terletak di bagian bawah tabung. tabung bagian bawah di buat lebih tipis dari tabung bagian atas hal ini dikarenakan agar sinar-X dapat keluar.

Pesawat sinar-X mempunyai sejumlah komponen yang menata kembali, mengendalikan, dan menyimpan energi listrik sebelum digunakan ke tabung sinar-X. Komponen-komponen tersebut secara kolektif dinyatakan sebagai catu daya atau pembangkit (generator). Fungsi utama dari generator adalah untuk menjadikan operator dapat mengendalikan 3 (tiga) parameter kuantifikasi yaitu tegangan tabung (kV), arus tabung (mA) dan waktu paparan (s). Generator

memiliki fungsi sebagai berikut :

1. Menaikkan tegangan listrik (menghasilkan kV);

2. Mengkonversi arus listrik bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC);

3. Mengubah bentuk gelombang (filter);

4. Menyimpan energi (untuk pesawat sinar-X mobile);

5. Mengendalikan tegangan tabung (kilovoltage-kV);

6. Mengendalikan arus tabung (milliampere-mA); dan

7. Mengendalikan waktu paparan (exposure time).II.

Saat ini ada empat jenis generator pesawat sinar-X yaitu single phase,

three phase, high frequency dan constans potential. Tegangan ripple untuk masing-masing jenis generator ditunujkan pada gambar III.3.

Gambar III.4. Sinyal Generator Pesawat Sinar-X


9

Badiklat BAPETEN


Komponen lainnya adalah Kolimator. Kolimator merupakan salah satu bagian dari pesawat sinar-X yang memiliki fungsi untuk pengaturan besarnya ukuran lapangan radiasi. Kolimator memiliki beberapa komponen yaitu lampu kolimator, plat timbal pembentuk lapangan, meteran untuk mengukur jarak dari fokus ke detektor atau ke film, tombol untuk menghidupkan lampu kolimasi, dan filter Aluminium (Al) dan/atau tembaga (Cu) sebagai filter tambahan. Setiap pesawat sinar-X dapat memiliki bentuk dan disain kolimator yang berbeda namun secara garis besar komponen kolimator seperti yang sudah disebutkan.

Gambar III.5. Kolimator Pesawat Sinar-X

Selain ke-empat komponen diatas juga terdapat komponen lain yang tak kalah pentingnya dalam beroperasinya pesawat sinar-X yaitu, sistem kontrol yang berfungsi mengatur dan mengendalikan operasi pesawat sinar-X dalam menghasilkan kuantitas dan kualitas sinar-X, meja pasien, bucky, film dan tiang penyangga tabung.

Sebelum pesawat sinar-X dioperasikan maka perlu diatur parameter-parameternya antara lain tegangan tabung melalui kVp selector, arus tabung melalui mA control dan waktu eksposi melalui timer. Besaran hasil pengaturan akan ditampilkan di display pada panel kontrol. Panel kontrol dilengkapi dengan alat yang menunjukkan parameter penyinaran dan kondisi yang meliputi tegangan tabung, arus tabung, waktu penyinaran, penyinaran integral dalam miliamper detik (mAs), pemilihan teknik, persesuaian mekanisme bucky, dan indikator input listrik.

Pengaturan tegangan melalui sebuah trafo variabel atau auto transformator. Keluaran trafo variabel berupa tegangan rendah antara 120 Volt sampai 240 Volt. Tegangan hasil seting ini masuk ke dalam lilitan primer trafo High Voltage (HV) dan keluarannya dari HV berupa tegangan tinggi yang siap dimasukkan kedalam tabung. Hasil seting tegangan akan tampil pada display. Nilai tegangan hasil seting yang ditampilkan pada display merupakan tegangan kerja tabung untuk menghasilkan sinar-X.


10

Badiklat BAPETEN


Pengatur Arus Tabung (mA kontrol) yang masuk ke tabung akan memanaskan filamen sehingga menghasilkan elektron cepat (elektron yang bergerak dari katoda ke anoda). Besar kecil arus yang masuk harus diatur untuk menentukan intensitas sinar-X yang dikeluarkan oleh tabung. Arus hasil seting itu akan menghidupkan filamen dalam tabung yang selanjutnya akan menghasilkan elektron. Nilai arus hasil seting yang ditampilkan pada display merupakan besaran arus tabung untuk menghasilkan sinar-X.

Pengatur waktu paparan (timer) Waktu eksposi ditentukan oleh timer, pada pesawat sinar-X konvensional digunakan timer dengan sistem mekanik. Ketepatan sistem mekanik biasanya kurang karena adanya gesekan gesekan yang menghambat kerja timer, sehingga tingkat presisinya rendah. Hal ini akan mempengaruhi hasil sinar-X yang dikeluarkan tabung. Panel kontrol harus sesuai dengan penyinaran sinar-X secara otomatis, sesudah beberapa waktu tertentu atau secara otomatis pada keadaan apapun, dengan menggerakkan kembali panel kontrolnya. Apabila pengatur waktu yang secara mekanis tersedia, penyinaran yang diulang tidak dimungkinkan tanpa pengaturan kembali waktu penyinaran. Pengatur waktu (timer) harus mampu menghasilkan kembali waktu penyinaran yang singkat secara tepat dengan selang waktu maksimum yang tidak lebih dari 5 detik. Alat penyinaran harus dibuat sebaik mungkin, sehingga penyinaran tambahan tidak terjadi.


11

Badiklat BAPETEN


BAB IV

KUANTITAS DAN KUALITAS BERKAS SINAR-X

Kuantitas dan kualitas sinar-X tergantung pada pengaturan parameter tegangan, arus dan waktu eksposi. Kuantitas dan kualitas sinar-X tergantung dari elektron yang dihasilkan filamen dan energi sinar-X yang dihasilkan dari pengaturan tegangan tinggi. Secara sederhana, kuantitas sinar-X berhubungan dengan intensitas radiasi yang sebanding dengan arus tabung (mAs) sedangkan kualitas sinar-X berhubungan dengan energi sinar-X yang tergantung pada tegangan tabung (kVp).

Kuantitas atau intensitas radiasi sinar-X radiodiologi diagnostik berbanding lurus dengan arus tabung (mAs). Pesawat sinar-X yang andal tingkat linearitas (koefisien linearitas) antara intensitas radiasi dan arus tabung mendekati satu.

Pemberian filter di salah satu sisi mengakibatkan pengurangan kuantitas sinar-X dan di sisi lainnya terjadi penguatan kualitas sinar X.

Gambar IV.1. Kurva Spektrum Sinar-X

Gambar IV.1. menunjukkan efek filter 0.05 mm Mo (Molybdenum) pada spektrum sinar-X 35 kV (garis putus = tanpa filter, dan garis kontinu = dengan filter).

Spektrum energi sinar-X (bremstrahlung) bersifat kontinyu dengan berkas lebar atau berenergi banyak. Pesawat sinar-X radiodiagnostik yang dioperasikan pada tegangan tabung 60 kV menghasilkan sinar-X dengan energi dari 0 keV sampai dengan 60 keV. Oleh karena itu untuk menilai energi sinar-X yang berenergi banyak tersebut diperlukan suatu besaran yang dapat menormalisasi nilai-nilai energi tersebut. Energi atau kualitas sinar-X meningkat akan meningkatkan daya penetrasinya, sehingga prinsip daya penetrasi inilah yang digunakan sebagai besaran kualitas sinar-X dan normalisasi energi sinar-X kontinyu. Nilai kualitas sinar-X dinyatakan dalam besaran HVL (half value layer),


12

Badiklat BAPETEN


biasanya dengan satuan mmAl. Jadi HVL adalah besarnya ketebalan filter (aluminium) yang dapat mengurangi intensitas radiasi sinar-X pada setting pengaturan pesawat tertentu menjadi separohnya.

HVL menjadi besaran yang umum dipakai untuk menilai kualitas berkas sinar-X kontinyu. Nilai HVL naik daya penetrasinya meningkat. Pada penggunaan radiologi diagnostik nilai HVL yang tinggi mengindikasikan intensitas sinar-X dengan energi rendah sedikit sehingga sinar-X yang berinteraksi pada di permukaan kulit pasien juga menjadi sedikit, karena daya penetrasi tinggi. Artinya, HVL semakin tinggi dosis permukaan kulit pasien semakin rendah. Suatu pesawat sinar-X dinilai andal dan layak digunakan jika nilai HVL pada tegangan tertentu tidak kurang dari nilai keberterimaannya, misalnya untuk 80 kVp nilai HVL 2,3 mmAl (tidak boleh kurang dari 2,3 mmAl).


13

Badiklat BAPETEN


BAB V

GRAFIK RATING TABUNG SINAR-X

Pada Bab II telah dijelaskan bahwa sebagian besar energi listrik pada pesawat sinar-X konvensional berubah menjadi panas, dan hanya sebagian sangat kecil yaitu paling besar 1% saja yang berubah menjadi sinar-X. Panas merupakan musuh utama tabung sinar-X. Nilai parameter dari tegangan tabung (kV), arus tabung (mA), dan waktu paparan (s) yang boleh digunakan direkomendasikan melalui grafik rating tabung sinat-X. Grafik rating tergantung pada ukuran fokus (focal spot). Contoh grafik rating tabung sinar-X ditunjukkan pada gambar V.1.

Gambar V.1. Grafik Rating Tabung Sinar-X

Grafik rating tabung sinar-X, memberi rekomendasi kondisi operasi pesawat sinar-X, sesuai dengan kemampuan disipasi panas target demi menjamin tabung sinar-X tetap awet. Setiap tipe pesawat sinar-X memiliki rating tabung yang spesifik, grafik rating tabung sinar-X biasanya dicantumkan dalam buku manual operasi atau pada spesifikasi teknik pesawat sinar-X.

Selain mematuhi grafik rating dalam melakukan eksposi, juga perlu memperhatikan selang waktu eksposi jika akan melakukan eksposi berulang-ulang seperti pada saat melakukan uji kesesuaian agar target anoda tidak kelebihan panas (overheated). Selang waktu yang cukup paling tidak dapat memberi waktu bagi permukaan target untuk menyalurkan panas ke badan anoda, anoda sempat memancarkan panas ke oli pendingin ataupun ke pembungkus tabung dan wadah tabung sempat memancarkan panas ke udara lingkungan.


14

Badiklat BAPETEN


BAB VI

RANGKUMAN

1. Sinar-X pada pesawat radiologi diagnostik terbentuk pada tabung insersi saat terjadi proses pelepasan energi kinetik elektron karena pengaruh dari gaya tarik elektrostatis inti atom target.

2. Komponen utama pesawat sinar-X tabung sinar-X adalah generator, tabung insersi, wadah tabung dan kolimator.

3. Kuantitas atau intensitas sinar-X berbanding lurus dengan arus tabung (mAs)

4. Kualitas dan daya tembus sinar-X dengan spectrum kontinyu dinyatakan dalam nilai HVL.

5. Grafik rating tabung sinar-X merekomendasikan parameter tegangan tabung (kV), arus tabung (mA), dan waktu paparan (s) pada saat mengoperasikan pesawat sinar-X.

--oo--


15

Badiklat BAPETEN

199 Adidradjat - Cara Kerja Pesawat Sinar-X

Documents

Transcript of 199 Adidradjat - Cara Kerja Pesawat Sinar-X