Sejarah singkat ditemukannya sinar X :
Sinar
X pertama kali ditemukannya oleh Willhem Conrad Rontgen pada tahun
1895, beliau mengunakan tabung Geslier yaitu tabung yang terbuat dari
Glass Envelope yang didalamnya terdapat gas Argon atau Xenon yang jika
ada perbedaan potensial diantara anoda dan katoda maka gas –gas ini akan
terionisasi dan elektron-elektron akan membebaskan diri dari ikatan
atomnya. Elektron yang terdekat dengan anoda akan langsung ditarik
keanoda sehingga terjadi hole. Hole ini akan diisi oleh elektron
berikutnya, tempat yang ditinggalkan elektron ini akan menjadi hole lagi
dan terjadi pengisian lagi oleh elektron berikutnya, begitu seterusnya
sehingga akan terjadi estafet elektron dan terjadilah rangkaian tertutup
dan terjadilah arus elektron yang berkebalikan dengan arus listrik yang
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 diinti atom disebut
peristiwa Breamstrahlung dan apabila menabraknya dielektron dikulit 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 seatu gelombang elektromagnetik yang panjang gelombangnya
berbeda-beda. Gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 0,1 – 1
A inilah yang kemudian disebut sinar X atau sinar Rontgen. Tabung X ray
jenis pertama ini disebut Cold Chatoda Tube
Namun
pada perkembangan selanjutnya, pada tahun 1913, Collige menyempurnakan
penemuan Rontgen dengan memodifikasi tabung yang digunakan. Tabung yang
digunakan adalah tabung vakum yang didalamnya hanya terdapat 2 elektroda
yaitu anoda dan katoda. Tabung jenis ini kemudian disebut Hot Chatoda
Tube dan merupakan tabung yang dipergunakan untuk pesawat Rontgen
konvensional yang sekarang.
Cara kerja Hot katoda Tube :
Tabung
yang digunakan adalah tabung vakum yang didalamnya hanya terdapat 2
elektroda yaitu anoda dan katoda. Katoda / filamen tabung rontgen
dihubungkan ke transformator filamen. Transformator filamen ini akan
memberi supply sehingga mengakibatkan terjadinya pemanasan pada filamen
tabung rontgen, sehingga terjadi Thermionic Emission, dimana
elektron-elektron akan membebaskan diri dari ikatan atomnya, sehingga
akan banyak terjadi elektron bebas dan terbentuklah awan elektron.
Anoda
dan katoda di hubungkan 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 ( E = - d Φ / dt ). Dari proses ini
didapatkanlah tegangan tinggi yang akan disuplay ke elektroda tabung
rontgen.
Pada saat anoda mendapatkan polaritas + dan katoda mendapat polaritas - maka 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 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
diinti atom disebut peristiwa Breamstrahlung dan apabila menabraknya
dielektron dikulit 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 seatu gelombang
elektromagnetik yang panjang gelombangnya berbeda-beda. Gelombang
elektromagnetik dengan panjang gelombang 0,1 – 1 A inilah yang kemudian
disebut sinar X atau sinar Rontgen .
Blok diagram Pesawat roentgen konvensional
1. Blok Rangkaian Power Supply
Ragkaian
ini berfungsi untuk mendistribusikan tegangan pada seluruh rangkaian
pesawat sesuai yang dibutuhkan oleh masing-masing rangkaian. Rangkaian
ini terdiri dari :
1. Saklar.
Berfungsi untuk menghubungkan supply listik PLN dengan pesawat roentgen.
2. .Fuse / sekring
Berfungsi sebagai pengaman.
3. Voltage Compensator
Alat
yang berfungsi untuk mengkompensasi nilai tegangan yang diperlukan
pesawat jika terjadi penurunan atu kenaikan pada supply PLN Jika
tegangan naik kita harus menambah jumlah lilitan primer dengan memutar
selector voltage compensator dan jika tegangan turun kita harus
mengurangi jumlah lilitan primer dengan memutar selector voltage
compensator sehingga diperoleh perbandingan transformasi antara tegangan
dan jumlah lilitan primer dengan tegangan dan jumlah lilitan sekunder
adalah tetap dengan demikian diperoleh nilai tegangan pada setiap
lilitan akan tetap.
Perbandingan transformasi dapat dirumuskan :
E1 : N1 = E2 : N2
Dimana E1 = Tegangan di primer
N1 = Jumlah lilitan di primer
E2 = Tegangan di sekunder
N2 = Jumlah lilitan di sekunder
Contoh : E1 : N1 = E2 : N2
220 : 220 = 1 : 1
Jika
tegangan dari PLN stabil 220 v dan lilitan primer jumlahnya 220 maka
perbandingan output di sekunder = 1:1 maksudnya, pada setiap lilitan
terdapat 1 volt tegangan.
Jika tegangan dari PLN naik menjadi 230 v dan lilitan primer 220, maka perbandingan output ¹ 1 : 1;
230 v : 220 ¹ 1 : 1
agar
diperoleh nilai tegangan setiap lilitan (pada output / sekunder) akan
tetap 1 : 1 maka kita harus menambah jumlah lilitan primer sebanyak 10
lilitan.
E1 : N1 = E2 : N2
230 v : 230 = 1 : 1
Maka perbandingan transformasi tetap.
Jika tegangan dari PLN turun menjadi 210 v dan jumlah lilitan primer tetap 220 maka perbandingan pada sekunder (output) ¹ 1 : 1
210 v : 220 ¹ 1 : 1
Agar
tetap diperoleh perbandingan transformasi 1 : 1 / tetap, maka kita
harus mengurangi jumlah lilitan primer sebanyak 10 lilitan.
210 v : 210 = 1 : 1
Maka diperoleh perbandingan transformasinya tetap.
1. Auto Trafo :
Alat
untuk memindahkan daya listrik dari satu rangkaian ke rangkaian lain
dengan cara menaikkan atau menurunkan tegangan keseluruh pesawat.
Autotrafo adalah transformator yang kumparan primer dan kumparan
sekundernya menjadi satu dalam satu core
2. Line Resistance ( R Mate)
Setiap
pesawat mempunyai hambatan atau R yang diberikan oleh pabrik, contohnya
pada pesawat shimadzu R=0,04-0,08Ω, resistance ini disebut R internal (
R pesawat ). Sehinnga R line adalah tahanan atur yang berfungsi untuk
mencocokkan tahanan pengkabelan dengan tahanan yang dibutuhkan pesawat.
R internal = R. mate (line) + R. Eksternal (pengkabelan).
3. Voltage Indicator :
Untuk mengetahui apa tegangan PLN mengalami kenaikan atau penurunan.
4. KVP selector Mayor
Untuk
memilih tegangan tinggi / memilih besarnya beda potensial antara anoda
dan katoda, yang besar selisih tiap terminal x 10 KV
5. KVP selector Minor
Untuk
memilih tegangan tinggi / memilih besarnya beda potensial antara anoda
dan katoda, yang besar selisih tiap terminalnya 1 KV
6. Voltage regulator :
Untuk memilih tegangan PLN 110/220/380 Vac tergangtung dengan pesawat yang digunakan dan dinegara mana.
2. Blok Rangkaian Pemanas Filamen.
Fungsinya
untuk memberikan catu daya dan mengatur besar arus pemanas filament
agar terjadinya termionic emission bisa di kendalikan sehingga jumlah
electron – electron bebas yang dihasilkan pada filament tabung rontgen
bisa dicontrol.
Rangkaian ini terdiri dari :
Ø Rangkaian Stabilisator Tegangan.
Fungsinya
untuk menstabilkan tegangan untuk rangkaian pemanas filament sehingga
pengaruh fluktuasi tegangan PLN tidak mengakibatkan kerusakan yang
signifikan pada filament tabung rontgen. Rangkaian ini terdiri lagi
kumparan primer yang kita sebut N1, kemudian kumparan sekunder yang terdiri dari N2 dan N3. N2 di paralel dengan C diseri dengan N3. Masukkan / input disebut Ek1 dan keluaran / output disebut Ek2.
Ada 3 kemungkinan keadaan pada stabilizer tegangan :
1. EK 1= EK 2 ( PLN Normal )
Tidak terjadi penaikan / penurunan tegangan PLN. Pada N2,tegangan mendahului arus sebesar 90o sedangkan pada C arus akan mendahului tegangannya rebasar 90o.
Sehingga pada tegangan C dan tegangan N2 akan mempunyai besar tegangan
yang sama (karena diparallel) tetapi fasenya akan berlawanan. Perbedaan
fasa ini menyebabkan terjadinya peniadaan impedansi antara R dan C
sehingga tegangan pada stabilisator tegangan adalah tegangan yang keluar
melewati R internal dan bukan R impedansi.
2. EK 1> EK 2 ( kenaikan tegangan PLN)
Karena
terjadi kenaikan tegangan PLN, maka tegangan pada N2 juga akan
mengalami kenaikan. Pada saat tersebut adalah masa transisi (perubahan),
dimana tegangan pada C masih tetap (tidak mengalami perubahan),
sehingga antara tegangan pada N dan tegangan pada C terjadi beda fase
sebesar IXN2 - IXC ( karena Xc lebih kecil ), sehingga besar keluaran pada N dan C (parallel) = IXN2 - IXC + I.R
3. Pada saat Ek1
Jika
tegangan diprimer Turín maka tegangan di sekunder juga akan ikut turun
(N2 dan N3 tegangannya akan turun). Meskipun tegangan di N2 turun tapi
tegangan di C tidak akan langsung turun, hal ini karena belum terjadi
stedy state sehingga antara teganagn di C dan N2 terjadi selisih fase
dimana tegangan di C akan lebih besar dari tegangan di N2.
maka pada E = IXC + IXN2 sehingga Ek2 = E + IXN3
Ø Space Charge Compensator
Alat
ini berfungsi untuk mengkompensasikan nilai arus tabung agar sesuai
dengan yang dipilih meskipun terjadi perubahan tegangan tinggi pada
tabung roentgen. Rangkaian ini berupa variable resistor (VR) yang
terdiri dari tap-tap, yang tiap tap-tapnya mempunyai nilai R yang
berbeda-beda.
Karakteristik tabung roentgen:
- Semakin tinggi tegangan maka arus akan semakin besar.
- Tabung roentgen hanya bekerja pada daerah space charge.
Selector
pada SCC ini digank dengan kvp selector moyar dengan maksud agar pada
saat kita memilih besar tegangan kita juga mengatur/memilih besarnya
nilai R pada SCC. Jika posisi kvp selector mayor pada pemilihan KV
tertinggi maka pada SCC nilai R nya akan pada posisi dengan nilai R
tertinggi begitu juga sebaliknya.Hal ini dimaksudkan supaya pada saat KV
naik maka SCC yang terdiri dari VR dan digank dengan KV selector, maka
nilai R pada SCC juga naik sehingga terjadi voltage drop yang besar pada
SCC dan mengakibatkan tegangan pada pemanas filamen berkurang, jadi
walaupun energi yang menarik elektron lebih kuat tetapi jumlah electron
yang ditarik sedikit maka nilai arus tabung yang terjadi sesuai dengan
yang telah ditentukan.. Kemudian pada saat KV turun maka nilai R space
charge compensator yang terdiri dari VR yang telah digank dengan KV
selector akan turun juga, sehingga terjadi voltage drop yang kecil pada
SCC dan mengakibatkan tegangan pada pemanas filamen bertambah / naik
sehingga awan elektron naik (semakin banyak) sehingga walaupun energi
yang menarik electron kecil tapi electron yang ditarik banyak maka nilai
arus tabung yang terjadi sesuai dengan
Ø mA control
Berfungsi
untuk mengatur arus pemanas filament yang kemudian akan digunakan
sebagai penentu besarnya arus tabung yang digunakan. Alat ini disambung
seri dengan trafo filament. Untuk memilih arus tabung kita sebenarnya
memilih nilai R nya untuk menentukan voltage drop pada VR. Semakin
besar pilihan mA maka pilihan tap tersebut berada pada posisi nilai R
yang paling kecil,sehingga voltage dropnya kecil. Dan semakin kecil mA
maka pilihan tap tersebut berada pada posisi nilai R paling besar. Arus
tabung ditentukan oleh besarnya tegangan pada trasformator filamen.
Tegangan transformator ini (EF) akan menentukan besarnya arus
transformator filamen ini (IF), semakin besar tegangan trafo filamen
semakin besar pula arus yang mengalir pada trafo filament,besarnya arus
trafo filamen ini akan menentukan banyaknya elektron bebas yang
dihasilkan. EF besar --> IF besar --> elektron bebas banyak -->
awan electron banyak. Jika R lebih tinggi, tegangan trafo filamen kecil
karena dengan tahanan lebih besar maka tegangan pada tegangan trafo
lebih kecil karena R tadi menyebabkan voltage drop yang lebih besar.
V = I x R . Tegangan pada filament = Tegangan awal – voltage drop.
Alat
yang berfungsi untuk memberikan pemanasan awal pada filamen tabung
rontgen agar terjadi pre heating sebelum expose berlangsung sehingga
filament tabung roentgen lebih awet. Alat ini terdiri dari R yang
dilengkapi yang dilengkapi dengan kontaktor yang digerakkan oleh delay
relay.
Cara
kerjanya adalah sebagai berikut, pada saat main swith ON, filament
tabung rontgen langsung mendapatkan tegangan dari transformator filament
tapi melewati stand by resistant sehingga tegangan yang mengalir bukan
tegangan normal. Pada saat expose, timer bekerja dan relay energice
bekerja sehingga kontaktor exposure swith terhubung dan kontaktor relay
di stand by resistant terhubung (di by pass ), sehingga tegangan akan
melewati kontaktor (bukan R lagi) sehingga tidak ada voltage drop
sehingga pemanasan filament pada tegangan normal.
Ø Filament limiter (mA limiter)
Alat
yang berfungsi untuk membatasi mengalirnya arus filamen, maksudnya agar
tegangan pemanas filamen di atas sesuai dengan kemampuan kapasitas
filamen tabung rontgen sehingga pemberian tegangan tersebut memberi
pemanasan yang normal. Pengunaan filament limiter ini akan lebih terasa
terutama pada tabung rontgen yang mengunakan double focus, yaitu focus
besar dan focus kecil yang masing-masing dilengkapi filament limiter
sendiri. Untuk yang large focus nilai tahanan limiternya kecil,
sedangkan untuk yang small focus nilai tahanan limiternya besar yang
diatur sekali pada waktu perakitan.
Ø Trafo filament
Berfungsi
untuk step down filament, biasanya tegangan yang digunakan adalah
tegangan 110 volt menjadi 12 v/18 v tergantung spesifikasi tabung.
Ø Filamen tabung rontgen
Berfungsi sebagai sumber elektron dan juga sebagai katoda..
Terdiri dari bahan Tungsten yang mempunyai titik lebur yang tinggi 3600 oC dengan nomor atom 74. Filamen ini berfungsi sebagai sumber elektron dan juga sebagai katoda
Katoda / filament terbagi 2, yaitu :
a. Katoda Direct
Disebut juga katoda langsung yaitu filament yang sekaligus berfungsi sebagai katoda
a. Katoda Indirect
Disebut
juga katoda tak langsung yaitu filament hanya berfungsi sebagai sumber
elaktron sedangkan katodanya dipisah (didepan filament), katodanya bias
terhubung dengan transformator filament atau dengan sumber lain.
Pada
katoda juga dipasang Focussing Cup yaitu alat yang menyerupai mangkok
untuk mengfokuskan jalannya electron dari anoda ke katoda.
Katoda juga bisa berupa :
a. Single focus
b. Double focus
Maksud digunakannya double focus agar dapat melayani pengunaan mA(arus) yang berbeda-beda.
1. Blok Rangkaian Tegangan Tinggi
Pada
rangkaian ini terdapat trafo tegangan tinggi yang berfungsi untuk
memberikan beda potensial antara anoda dan katoda dimana anoda harus
selalu mendapat polaritas positif dan katoda harus selalu mendapat
polaritas negatif agar elektron-elektron bebas yang ada disekitar katoda
dapat ditarik ke anoda.
Transformator
adalah alat yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan
dari satu rangkaian kerangkaian lain. Bila transformator tersebut untuk
menaikkan tegangan disebut transformator step up ( pada HTT )dan apabila
untuk menurunkan tegangan disebut transformator step down ( pada trafo
filamen ). transformator step up mempunyai jumlah lilitan sekunder lebih
banyak dari pada jumlah lilitan primernya sedangkan transformator step
down mempunyai jumlah lilitan sekunder lebih sedikit dari pada jumlah
lilitan primernya. Pada HTT jenis transformator yang digunakan adalah
step up dan perbandingan transformasinya bisa mencapai 1 : 1000 atau
tergantung dari desain pabrik pembuatan. Bila pada kumparan primer
dialiri arus bolak balik ( AC ) maka akan timbul garis-garis gaya magnet
yang berubah-ubah tergantung dari besarnya arus yang mengalir.
Perubahan garis-garis gaya magnet ini akan menyebabkan terjadinya gaya
gerak listrik ( ggl ) pada lilitan sekundernya, yang besarnya bergantung
dari perubahan fliks pada setiap perubahan waktu.
4.Blok rangkaian tabung rontgen
Merupakan
sebuah tabung diode yaitu tabung vakum yang terdiri dari dua
elektrode, yaitu anode dan katode. X ray tube adalah tempat
berlangsungnya proses terbentuknya sinar x.
~ Pesawat dengan 1 unit x ray tube over table untuk pemotretan tunggal disebut “Pesawat Rontgen 1 examination”
~ Pesawat rontgen yang memiliki x ray tube over table dan under table disebut 2 Examination.
Ada 2 macam x ray tube :
- x ray tube over table à berada diluar patient table
- x ray tube under table à berada di bawah universal patient table
5. Blok tangkaian timer
Timer berfungsi untuk menentukan lamanya proses penyinaran
Terdapat 4 jenis timer yaitu:
1) Timer Mekanik
Cara kerja:
1. menetukan
lamanya penyinaran dengan menarik valve p kearah searah jarum jam,
dalam waktu yang bersamaan jarum penahan PA lepas hingga gigi gergaji W
akan ikut berputar kekanan (searah jarum ajm) kontaktor C dari normally
open menjadi close.
2. setelah sesuai waktu yangn ditetapkan, misalnya sampai 0,3 detik jarum PA mengunci roda gigi W.
3. sementyara
preparation selesai, yaitu kV, mA dan waktu telah ditetapkan maka PB
SWE ditekan, sehingga akan ada arus yang mengalir dari power supply
menuju kontaktor C ke PB SWE kemabli ke relay S, kembali ke power
supply.
4. sehingga
akan menyebabkan relay s energized dan menarik kontak SW3 hingga
rangkaian power supply dan rangkaian tegangan tinggi terhubung dan
menyebabkan expose (penyinaran) dimulai.
5. sementara
PB ditekan, maka akan menekan jarum valve PA sehingga terlepas dari
penguncian, gigi gergaji mulai berputar kea rah kiri (berlawanan jarum
jam).
Setelah
waktu 0,3 detik tadi, valve sampai pada posisi nol. Maka valve akan
menyentuh kontaktor C hingga membuka kembali. Dengan membukanya
kontaktor C, relay S energized, kontaktor SW3 membuka kembali, sehingga
akan memutuskan hubungan antara rangakian Power Supply dengan rangakaian
transformator tegangan tinggi hingga proses expose terhenti.
2) Timer Elektrik
Cara kerja :
1. menetukan
lamanya penyinaran dengan memutar knop K yang diikuti lengan A kearah
kiri (berlawanan jarum jam), misalnya 0,5 detik, dan plat bsi D2 kearah
kiri.
2. pada saat itu motor M telah berputar hingga memutar plat D1 kearah kanan (searah jarum jam).
3. saat
preparation selesai, yaitu kV, mA, waktu telah ditetapkan maka PB SWE,
terminal 1 terhubung dengan terminal 2, terminal 3 terhubung dengan
terminal 4.
4. dengan
terhubungnya terminal 1 dan terminal 2, maka dari Power Supply akan
mengalir arus (menuju relay S) kembali ke power supply, sehingga relay S
energized. Dengan energizednya relay, maka plat D2 akan menempel dengan
plat D1. sehingga plat D2 bergerak kekanan, diikuti lengan A dan knop
K.
5. pada
waktu yang bersamaan, ada arus yang mengalir dari power supply menuju
ke kontaktor 3-4 lalu ke kontak lalu ke relay SW dan kemudian kembali ke
power supply.
3) Timer elektronik
Cara kerja:
1. kita menentukan lamanya penyinaran waktu yang ada, T= R.C
2. SWE
ditekan ke posisi on, sehingga terjadi pengisian kondensator dengan
arah arus dari terminal(+)→SWR→kondensator C→terminal 1. sementara itu,
kontak SWS (bawah) akan close (karena digank dengan SWE), sehingga relay
SA akan energized, kontaktor SW3A menutup, sehingga rangkaian power
supply dan rangkaian HTT akan terhubung dan expose akan berlangsung.
3. berlangsungnya
expose berbarengan dengan pengisian kondensator, sehingga saat muatan
kondensator penuh (time konstan 63%, karena merupakan fungsi linier
setiap perubahan waktu), yang merupakan tegangan “critical gride”, maka
pada posisi 63% itu maka relay SB akan bekerja.
4. dengan
berubahnya thyratron, maka arus mengalir ke relay SB sehingga relay SB
akan bekerja, dengan bekerjanya relay SB maka kontaktor SW3 membuka.
5. membukannya SW3 menyebabkan terputusnya power supply dengan HTT.
4.Timer Automatic
Cara kerja :
1. menetukan lamanya waktu penyinaran = R.C
2. pada
saat PB SWE ditekan maka akan ada arus yang mengalir dari power supply
menuju terminal 7,5,6,8 SW3 lalu menuju kumparan primer HTT dan kembali
ke supply.
3. maka
akan ada arus yang mengalir pada sekunder trafo tegangann tinggi dengan
arah arus : Rectifier menuju kapasitor. Sehingga kapasitor akan terisi
penuh sebesar 0,63 C.
4. setelah kapasitor terisi penuh, maka Thirytron akan mendapat tegangan sehingga akan mengaktifkan relay S1.
5. dengan
aktifnya Relay S1, maka kontaktor SW3 akan terbuka. Sehingga tidak ada
arus yang mengalir pada primer trafo tegangan tinggi.
6. prose penyinaran telah selesai.