## Analisis Luaran Radiasi Perangkat Sinar-X dengan Sumber Tabung Vakum Gammatron 2x2A
Samuel Gideon * , Taat Guswantoro
Prodi Pendidikan Fisika, Universitas Kristen Indonesia, Jln. Mayjend Sutoyo, No.2, Cawang, jakarta Timur, 13630
*e-mail: mysuperemail1988@gmail.com

## Abstract
An  x-ray  experiments  require  sophisticated  and  advanced  apparatus  which  is  very  expensive resulting some laboratories in universities have not been able to accommodate these stuffs. In fact, a simple and homemade X-ray apparatus may be designed easily and it is quite cheap even the rill x- ray  apparatus  that  equipped  by  many  vendors.  Basically,  x-ray  is  generated  from  x-ray  tube following two  mechanisms which  are  characteristics  x-ray  and  Bremstrahlung x-ray.  In  this  study, we  designed  a  simple  x-ray  apparatus  which  may  generate  Bremstrahlung  x-ray.  The  designed simple x-ray apparatus consists of 2x2A rectifier vacuum tube and 25 kV high voltage power supply. For radiation protection and dosimetry, we conducted the experiment in a lead-shielded bunker and used  Unfors  Raysafe  X2  as  well  as  Digilert  100  surveymeter.  We  measured  background  radiation dose of 0,49 μGy/h. From the designed simple x-ray testing experiment, we measured radiation dose of 0,49 μGy/h
Keywords : 2x2A rectifier vacuum tube, high voltage power supply, simple x-ray apparatus

## PENDAHULUAN
Praktikum sinar-X memerlukan peralatan praktikum yang canggih dan pada kenyataannya  kebanyakan  dari  peralatan canggih  tersebut  harganya  sangat  mahal sehingga  beberapa  laboratorium  universitas belum  mampu  untuk  mengakomodasi praktikum  yang  memanfaatkan  sinar-X. Namun,  kesulitan  tersebut  menjadi  dapat terpecahkan  dari  adanya  sebuah  kompetisi musim  panas  bertajuk  karya  ilmiah  anak muda  di  Amerika  Serikat.  Dua  orang  anak muda  bernama  Matthew  Feddersen  and Blake Marggraff berhasil membuat perangkat sinar-X sederhana dan
memenangkan  kompetisi  tersebut.  Karya mereka  tersebut  telah  memungkinkan bahwa  perangkat  sinar-X  sederhana  dapat dirancang dengan mudah (bersifat homemade )  dan  dengan  harga  yang  relatif murah  bila  dibandingkan  harus  membeli  di vendor-vendor penyedia perangkat praktikum sinar-X.
Setiawan  et  al.  (2008)  melakukan pengembangan praktikum sebagai penunjang  mata  kuliah  Fisika  Modern dengan  rangkaian  ratemeter  digital  yang sudah  dilengkapi  dengan  timer  sebagai pengontrol/pengatur waktu pengukuran
untuk pencacah Geiger Muller di laboratorium  Fisika  UKSW.  Yuanita  et  al. (2015) melakukan pengembangan praktikum  sebagai  penunjang  mata  kuliah Fisika  Modern  di  Prodi  Pendidikan  Fisika FKIP Universitas Sriwijaya dengan memodifikasi  alat  sederhana  yang    dapat digunakan dalam kegiatan praktikum spektroskopi  menjadi  empat  percobaan sederhana  dengan  menggunakan  media praktikum  spektroskopi  yang  terbuat  dari karton  berbahan  keras  dan  keping  DVD sebagai  kisi  difraksi.  Departemen  Fisika dari  Massachusets  Institute  of  Technology menuliskan  eksperimen  sinar-X  dalam bentuk  jurnal  untuk  melakukan  investigasi terhadap  produksi  dan  penyerapan  sinar-X (2014:  1).  Pada  eksperimen  tersebut digunakan dua buah sumber yakni Amerisium  dan  Strontium  sebagai  sumber radiasi  serta  detektor  germanium  yang digunakan untuk mengukur spektrum sinar- X dari kedua sumber yang digunakan.
Pada umumnya, sinar-X dapat dihasilkan dari sinkrotron dan tabung sinar- X.  Namun,  banyak  aplikasi  sinar-X menggunakan  tabung  sinar-X  sebagai sumber  karena  intensitasnya  dapat  diatur- atur.  Komponen-komponen  utama  pada sebuah  tabung  sinar-X  adalah  sebuah sumber  listrik  bertegangan  rendah,  dua buah  elektroda  (katoda  dan  anoda),  sebuah
high  voltage generator  dan  sebuah  lubang ( window ).  Kawat  filamen  (katoda)  yang diberi  catu  daya  dari  sumber  listrik bertegangan  rendah  akan  (dalam  orde  volt) mengalami pemanasan sehingga mengeluarkan elektron secara  termal. Elektron-elektron ini selanjutnya dipercepat oleh high  voltage generator  bertegangan tinggi (dalam orde kilovolt) yang diberikan antara  anoda  dan  katoda.  Elektron-elektron yang  dipercepat  ini  (disebut  juga  elektron proyektil) membombardir anoda dan berinteraksi dengan atom-atom yang terdapat di permukaan material anoda. Pada saat menumbuk anoda elektron-elektron ini akan melepaskan energi kinetiknya. Sebagian  kecil  dari  energi  tersebut  (sekitar 1%)  berubah  menjadi  energi  gelombang elektromagnetik  yang  disebut  sinar-X, sedangkan  sebagian  besar  (sekitar  99%) dari  energi  kinetiknya  berubah  menjadi panas yang menumpuk pada anoda.
Gambar 1. Konstruksi sederhana tabung sinar-X (Podgorsak, 2005)
Ada  dua  tipe  kejadian  yang  terjadi  di dalam  proses  pembangkitan  sinar-X  di dalam  tabung  sinar-X,  yaitu  sinar-X Bremstrahlung  dan  sinar-X  karakteristik. Sinar-X  Bremstrahlung  merupakan  sinar-X yang  bersifat  kontinu  dan  terbentuk  ketika elektron  dengan  energi  kinetik  yang  sangat besar  berpindah  dari  katoda  ke  anoda kemudian berinteraksi dengan medan energi  pada  inti  atom  yang  terdapat  di dalam  material  anoda.  Ketika  elektron  ini cukup dekat dengan inti atom dan inti atom mempunyai medan energi yang cukup besar untuk  ditembus  oleh  elektron  proyektil, maka medan energi pada inti atom ini akan melambatkan  gerak  dari  elektron  proyektil. Melambatnya  gerak  dari  elektron  proyektil ini  akan  mengakibatkan  elektron  proyektil kehilangan energi dan berubah arah. Energi yang  hilang  dari  elektron  proyektil  inilah yang dikenal dengan sinar-X Bremsstrahlung (berasal dari Bahasa Jerman yang berarti ‘pengereman’).
Sinar-X karakteristik merupakan sinar-X  yang  bersifat  diskrit  dan  terbentuk ketika  elektron  proyektil  dengan  energi
kinetik  yang  tinggi    berinteraksi  dengan elektron  dari  tiap-tiap  kulit  atom  yang terdapat  di  dalam  material  anoda.  Elektron proyektil  ini  harus  mempunyai  energi kinetik yang cukup tinggi untuk melepaskan  elektron  pada  kulit  atom tertentu dari orbitnya (disebut juga peristiwa  eksitasi).  Saat  elektron  dari  kulit atom  ini  terlepas  dari  orbitnya  maka  akan terjadi  transisi  dari  orbit  luar  ke  orbit  yang lebih  dalam.  Energi yang dilepaskan  saat terjadi  transisi  inilah  yang  dikenal  dengan sinar-X karakteristik.

## METODE PENELITIAN
Dalam  penelitian  ini,  akan  diuji apakah  ada  atau  tidaknya  pancaran  radiasi dari perangkat sinar-X dengan menggunakan  detektor  radiasi . Komponen utama  dari  perangkat  sinar-X  yang  telah dirancang adalah high voltage power supply dan  tabung  sinar-X. High  voltage  power supply yang digunakan memiliki spesifikasi 25  kV  20  mA  DC  dan  diperlihatkan  pada Gambar 2. Tabung sinar-X yang digunakan adalah  tabung  vakum  penyearah  merk Gammatron  tipe  2x2A  dan  diperlihatkan pada Gambar 3.
Gambar 2. High voltage power supply
Gambar 3. Tabung vakum Gammatron 2x2A
Pengujian dilakukan di bunker Laboratorium  Fisika  Medis  Universitas Indonesia.  Bunker  tersebut  dilengkapi dengan tembok-tembok yang dilapisi dengan  timbal.  Selain  itu,  bunker  juga dilengkapi  dengan  pintu  geser  yang  juga
dilapisi dengan timbal. Eksperimen diawali dengan  merangkaikan high  voltage  power supply dengan  tabung  vakum  Gammatron 2x2A seperti pada Gambar 4.

## Gambar 4. Perangkat sinar-X
Kabel buaya berwarna hitam (terminal  negatif)  dijepitkan  pada  bagian anoda  tabung  yaitu  kepala  tabung  vakum Gammatron  2x2A  sedangkan  empat  kabel buaya  berwarna  merah  (terminal  positif) dijepitkan  pada  bagian  katoda  tabung  yaitu keempat  kaki  tabung  vakum  Gammatron 2x2A. Selanjutnya, adalah peletakan detektor  radiasi  di  sekitar  tabung.  Jenis
detektor  yang  digunakan  adalah  detektor Unfors  Raysafe  X2  (Gambar  5)  dan surveymeter  lingkungan  Digilert  100. Pemasangan  detektor  Unfors  Raysafe  X2 ditunjukkan  pada  Gambar  6  sedangkan surveymeter  lingkungan  diletakkan  tepat  di depan pintu geser.
Gambar 5. Detektor Unfors Raysafe X2

## Gambar 6. Posisi pemasangan detektor
Eksperimen  dilaksanakan  pertama kali dengan mencatat besarnya  radiasi  latar belakang  yang terukur dari detektor Unfors Raysafe X2. Selanjutnya, pengujian perangkat sinar-X dilakukan dengan menyalakan high voltage power supply dan besarnya  tegangan  diatur  pada  tegangan maksimum  yaitu  sebesar  25  kV.  Luaran radiasi  yang  terukur  dari  detektor  Unfors Raysafe X2 dicatat untuk semua posisi.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengukuran radiasi latar belakang  adalah  sebesar  0,49  μGy/jam. Hasil  pengukuran  keluaran  radiasi  yang terbaca  oleh  detektor  radiasi  setelah high voltage  power  supply dinyalakan  adalah sebesar  0,49  μGy/jam.  Nilai  tersebut ternyata sama dengan besarnya radiasi latar belakang yang berarti tidak ada radiasi yang keluar dari perangkat sinar-X yang dirancang.  Hal  tersebut  pertama-tama
kemungkinan  disebabkan  oleh  kurangnya energi  kinetik  elektron  yang  berasal  dari katoda  untuk  mendekati  medan  inti  di dalam  anoda  untuk  menghasilkan  sinar-X Bremstrahlung.  Tegangan  pemercepat  25 kV  yang  berasal  dari high  voltage  power supply belum  cukup  memberikan  energi pada  elektron  proyektil  termionik  katoda untuk mendekati medan inti di dalam anoda.
Penyebab  lainnya  adalah  penggunaan tabung  vakum  yang  kurang  tepat.  Tabung sinar-X  biasa  yang  digunakan  untuk membangkitkan  sinar-X  memiliki  filamen berpemanas yang dapat menghasilkan lebih banyak elektron sehingga dapat menghasilkan  lebih  banyak  intensitas  X- Ray. Namun, hal tersebut tidak berlaku jika tabung  yang  digunakan  adalah  jenis-jenis tabung  vakum  penyearah  termasuk  tipe 2X2A.  “Ganti  alasan  menjadi  penggunaan tabung  vakum  yang  kurang  tepat”. Proses pembangkitan  sinar-X  Bremstrahlung  pada
tabung  vakum  penyearah  tipe  2x2A  dapat terjadi  pada  dua  keadaan  yaitu  “keadaan panas”  dan  “keadaan  dingin”.  Keadaan panas adalah pembangkitan sinar-X dengan elektron  termionik,  dilakukan  dengan  cara menghubungkan salah satu kaki katoda (pin pemanas)  tabung  2x2A  dengan  tegangan searah  ( V DC )  yang  dapat  diperoleh  dari sumber tegangan V DC ataupun dari beberapa baterai AA. Sementara itu, satu kaki katoda yang  lainnya  disambungkan  ke  terminal positif high  voltage  power  supply dan anoda  disambungkan  ke  terminal  negatif high voltage power supply . Keadaan dingin adalah  pembangkitan  sinar-X  di  mana hanya  satu  kaki  katoda  tabung  2x2A disambungkan  ke  terminal  positif high voltage  power  supply dan  anoda  tabung 2x2A  disambungkan  ke  terminal  negatif high voltage power supply .

## KESIMPULAN
Dari eksperimen yang telah dilakukan, maka dapat  disimpulkan. Hasil pengukuran keluaran  radiasi  yang  terbaca  oleh  detektor radiasi  setelah high  voltage  power  supply dinyalakan  adalah  sebesar  0,49  μGy/jam. Nilai  tersebut  ternyata  sama  dengan besarnya radiasi latar belakang yang berarti tidak ada radiasi yang keluar dari perangkat sinar-X yang dirancang.

## DAFTAR PUSTAKA
Djamas,  D.  2012. Peningkatan  Mutu Perkuliahan  Fisika  Modern  Melalui
Penerapan Program Terpadu Interaktif . Jurnal Penelitian
Pembelajaran Fisika I. Hal 1-12. Emirhan,  M.  E.  2016. Design  and
Production  Benchtop  X-Ray  Imaging System . Department of Physics Engineering, Physics Engineering Programme, Istanbul Technical Universit.
Fuller,  H.Q.,  Fuller,  R.M.  &  Fuller,  R.G. Physics  Including  Human Applications Chapter  30  X  Rays .  Longman  Higher Education.
Gunawan  &  Liliasari.  2012. Model  Virtual Laboratory  Fisika  Modern  Untuk Meningkatkan Disposisi Berpikir Kritis Calon  Guru . Cakrawala  Pendidikan No.2 . Hal 186-199.
Gunawidjaja,  P.N  &  Suryantari,  R.  2012.
Pengajaran  Materi  Fisika  Modern Untuk  Mahasiswa  Fisika .  Lembaga Penelitian  dan  Pengabdian  kepada
Masyarakat Universitas Katolik
Parahyangan.
MIT  Department  of  Physics.  2014. X-Ray Physics .
Podgorsak,  E.  2005. Radiation  Oncology Physics: A Handbook for Teachers and
Students .  International  Atomic  Energy
Agency.
Setiawan,  A.,  Wahyuningsih,  T.E.  &
Rondonuwu, F.S. 2008. Desain
Ratemeter  Digital  Sebagai  Pencacah Geiger  Muller  Dengan  Mikrokendali AT89C51 .  Prosiding  Seminar  Nasional
Sains  dan  Pendidikan  Sains.  Fakultas Sains  dan  Matematika  UKSW.  Hal  1-
11.
Yuanita,  D.I.,  Akhsan,  H.  &  Wiyono,  K. 2015. Pengembangan Panduan
Praktikum  Spektroskopi  Pada  Mata Kuliah  Fisika  Modern.  Jurnal  Inovasi Dan  Pembelajaran  Fisika,  Vol.2  No.1. Hal 77-87.