Cara Menghitung Energi Sinar-X

Rumus umum untuk energi foton tunggal gelombang elektromagnetik seperti sinar-X diberikan olehpersamaan Planck​:

di mana energiEdalam Joule sama dengan produk konstanta Planckckh​ (6.626 × 10 ⁻³⁴ Js) dan frekuensiν(diucapkan "nu") dalam satuan s^-1. Untuk frekuensi tertentu dari gelombang elektromagnetik, Anda dapat menghitung energi sinar-X terkait untuk satu foton menggunakan persamaan ini. Ini berlaku untuk semua bentuk radiasi elektromagnetik termasuk cahaya tampak, sinar gamma, dan sinar-X.

•••Syed Hussain Ather

Persamaan Planck bergantung pada sifat gelombang cahaya. Jika Anda membayangkan cahaya sebagai gelombang seperti yang ditunjukkan pada diagram di atas, Anda dapat membayangkannya memiliki amplitudo, frekuensi, dan panjang gelombang seperti gelombang laut atau gelombang suara. Amplitudo mengukur ketinggian satu puncak seperti yang ditunjukkan dan umumnya sesuai dengan kecerahan atau intensitas gelombang, dan panjang gelombang mengukur jarak horizontal yang siklus penuh gelombang mencakup. Frekuensi adalah jumlah panjang gelombang penuh yang melewati suatu titik tertentu setiap detik.

•••Syed Hussain Ather

Sebagai bagian dari spektrum elektromagnetik, Anda dapat menentukan frekuensi atau panjang gelombang sinar-X jika Anda mengetahui salah satunya. Mirip dengan persamaan Planck, frekuensi iniνgelombang elektromagnetik berhubungan dengan kecepatan cahayac, 3x10^-8 m/s, dengan persamaan

di mana adalah panjang gelombang gelombang. Kecepatan cahaya tetap konstan dalam semua situasi dan contoh, sehingga persamaan ini menunjukkan bagaimana frekuensi dan panjang gelombang gelombang elektromagnetik berbanding terbalik satu sama lain.

Dalam diagram di atas, berbagai panjang gelombang dari berbagai jenis gelombang ditampilkan. Sinar-X terletak di antara sinar ultraviolet (UV) dan sinar gamma dalam spektrum sehingga sifat-sifat sinar-X dari panjang gelombang dan frekuensi berada di antara keduanya.

Panjang gelombang yang lebih pendek menunjukkan energi dan frekuensi yang lebih besar yang dapat menimbulkan risiko bagi kesehatan manusia. Tabir surya yang menghalangi sinar UV dan lapisan pelindung dan perisai timbal yang menghalangi sinar-X memasuki kulit menunjukkan kekuatan ini. Sinar gamma dari luar angkasa untungnya diserap oleh atmosfer bumi, mencegahnya membahayakan manusia.

Akhirnya, frekuensi dapat dikaitkan dengan periodeTdalam detik dengan persamaan

Sifat sinar-x ini juga dapat diterapkan pada bentuk lain dari radiasi elektromagnetik. Radiasi sinar-X khususnya menunjukkan sifat-sifat seperti gelombang ini, tetapi juga sifat-sifat seperti partikel.

Selain perilaku seperti gelombang, sinar-X berperilaku seperti aliran partikel seolah-olah gelombang tunggal sinar-X terdiri dari satu partikel demi satu yang bertabrakan dengan benda-benda dan, setelah bertabrakan, menyerap, memantulkan, atau melewati melalui.

Karena persamaan Planck menggunakan energi dalam bentuk foton tunggal, para ilmuwan mengatakan gelombang elektromagnetik cahaya "terkuantisasi" ke dalam "paket" energi ini. Mereka terbuat dari sejumlah foton tertentu yang membawa sejumlah energi diskrit yang disebut kuanta. Saat atom menyerap atau memancarkan foton, mereka, masing-masing, meningkatkan energi atau kehilangannya. Energi ini dapat berbentuk radiasi elektromagnetik.

Pada tahun 1923 fisikawan Amerika William Duane menjelaskan bagaimana sinar-X akan difraksi dalam kristal melalui perilaku seperti partikel ini. Duane menggunakan transfer momentum terkuantisasi dari struktur geometris kristal difraksi untuk menjelaskan bagaimana gelombang sinar-X yang berbeda akan berperilaku ketika melewati materi.

Sinar-X, seperti bentuk lain dari radiasi elektromagnetik menunjukkan dualitas gelombang-partikel yang memungkinkan para ilmuwan menggambarkan perilaku mereka seolah-olah mereka adalah partikel dan gelombang secara bersamaan. Mereka mengalir seperti gelombang dengan panjang gelombang dan frekuensi sambil memancarkan sejumlah partikel seolah-olah mereka adalah berkas partikel.

Dinamakan setelah fisikawan Jerman Maxwell Planck, persamaan Planck menyatakan bahwa cahaya berperilaku seperti gelombang, cahaya juga menunjukkan sifat seperti partikel. Dualitas gelombang-partikel cahaya ini berarti bahwa, meskipun energi cahaya bergantung pada frekuensinya, ia masih datang dalam jumlah energi yang ditentukan oleh foton.

Ketika foton sinar-X bersentuhan dengan bahan yang berbeda, beberapa di antaranya diserap oleh bahan sementara yang lain melewatinya. Sinar-X yang melewati memungkinkan dokter membuat gambar internal tubuh manusia.

Kedokteran, industri dan berbagai bidang penelitian melalui fisika dan kimia menggunakan sinar-X dengan cara yang berbeda. Peneliti pencitraan medis menggunakan sinar-X dalam membuat diagnosis untuk mengobati kondisi di dalam tubuh manusia. Radioterapi memiliki aplikasi dalam pengobatan kanker.

Insinyur industri menggunakan sinar-X untuk memastikan logam dan bahan lain memiliki sifat yang sesuai yang diperlukan untuk tujuan seperti mengidentifikasi retakan pada bangunan atau membuat struktur yang dapat menahan sejumlah besar tekanan.

Penelitian sinar-X di fasilitas sinkrotron memungkinkan perusahaan memproduksi instrumen ilmiah yang digunakan dalam spektroskopi dan pencitraan. Sinkronisasi ini menggunakan magnet besar untuk membelokkan cahaya dan memaksa foton mengambil lintasan seperti gelombang. dipercepat dalam gerakan melingkar di fasilitas ini, radiasinya menjadi terpolarisasi linier untuk menghasilkan sejumlah besar kekuasaan. Mesin kemudian mengarahkan sinar-X ke akselerator dan fasilitas lain untuk penelitian.

Penerapan sinar-X dalam pengobatan menciptakan metode pengobatan yang benar-benar baru dan inovatif. Sinar-X menjadi bagian integral dari proses mengidentifikasi gejala di dalam tubuh melalui sifat non-invasifnya yang memungkinkan mereka mendiagnosis tanpa perlu secara fisik memasuki tubuh. Sinar-X juga memiliki keuntungan untuk memandu dokter saat memasukkan, melepas, atau memodifikasi perangkat medis di dalam pasien.

Ada tiga jenis utama pencitraan sinar-X yang digunakan dalam pengobatan. Yang pertama, radiografi, menggambarkan sistem kerangka dengan hanya sejumlah kecil radiasi. Yang kedua, fluoroskopi, memungkinkan para profesional melihat keadaan internal pasien secara real-time. Peneliti medis telah menggunakan ini untuk memberi makan pasien barium untuk mengamati cara kerja saluran pencernaan mereka dan mendiagnosis penyakit dan gangguan kerongkongan.

Terakhir, computed tomography memungkinkan pasien berbaring di bawah pemindai berbentuk cincin untuk membuat gambar tiga dimensi dari organ dan struktur internal pasien. Gambar tiga dimensi dikumpulkan bersama dari banyak gambar penampang yang diambil dari tubuh pasien.

Insinyur mekanik Jerman Wilhelm Conrad Roentgen menemukan sinar-X saat dia bekerja dengan tabung sinar katoda, perangkat yang menembakkan elektron untuk menghasilkan gambar. Tabung menggunakan amplop kaca yang melindungi elektroda dalam ruang hampa di dalam tabung. Dengan mengirimkan arus listrik melalui tabung, Roentgen mengamati bagaimana gelombang elektromagnetik yang berbeda dipancarkan dari perangkat.

Ketika Roentgen menggunakan kertas hitam tebal untuk melindungi tabung, ia menemukan bahwa tabung memancarkan cahaya neon hijau, sinar-X, yang dapat melewati kertas dan memberi energi pada bahan lain. Dia menemukan bahwa, ketika elektron bermuatan sejumlah energi akan bertabrakan dengan material, sinar-X dihasilkan.

Memberi nama mereka "sinar-X," Roentgen berharap dapat menangkap sifat misterius mereka yang tidak diketahui. Roentgen menemukan itu bisa melewati jaringan manusia, tapi tidak melalui tulang atau logam. Pada akhir tahun 1895, insinyur menciptakan gambar tangan istrinya menggunakan sinar-X serta gambar beban di dalam kotak, suatu prestasi penting dalam sejarah sinar-X.

Segera, para ilmuwan dan insinyur menjadi terpikat oleh sifat misterius sinar-X mulai mengeksplorasi kemungkinan penggunaan sinar-X. rontgen (R) akan menjadi unit pengukuran paparan radiasi yang sekarang tidak berfungsi yang akan didefinisikan sebagai jumlah paparan yang diperlukan untuk membuat satu unit muatan elektrostatik positif dan negatif tunggal untuk udara kering.

Memproduksi gambar kerangka internal dan struktur organ manusia dan makhluk lain, ahli bedah dan medis peneliti menciptakan teknik inovatif untuk memahami tubuh manusia atau mencari tahu di mana peluru berada tentara yang terluka.

Pada tahun 1896, para ilmuwan sudah menerapkan teknik untuk mencari tahu jenis materi yang bisa dilewati sinar-X. Sayangnya, tabung yang menghasilkan sinar-X akan rusak di bawah sejumlah besar tegangan yang dibutuhkan untuk keperluan industri sampai 1913 tabung Coolidge dari fisikawan-insinyur Amerika William D. Coolidge menggunakan filamen tungsten untuk visualisasi yang lebih akurat di bidang radiologi yang baru lahir. Karya Coolidge akan membumikan tabung sinar-X dengan kuat dalam penelitian fisika.

Pekerjaan industri lepas landas dengan produksi bola lampu, lampu neon dan tabung vakum. Pabrik manufaktur menghasilkan radiografi, gambar sinar-X, tabung baja untuk memverifikasi struktur dan komposisi internalnya. Pada tahun 1930-an General Electric Company telah memproduksi satu juta generator sinar-X untuk radiografi industri. American Society of Mechanical Engineers mulai menggunakan sinar-X untuk menyatukan bejana tekan yang dilas.

Mengingat berapa banyak energi sinar-X yang dikemas dengan panjang gelombang pendek dan frekuensi tinggi, karena masyarakat merangkul sinar-X di berbagai bidang dan disiplin ilmu, Paparan sinar-X akan menyebabkan individu mengalami iritasi mata, kegagalan organ dan kulit terbakar, bahkan terkadang mengakibatkan kehilangan anggota badan dan hidup. Panjang gelombang spektrum elektromagnetik ini dapat memutuskan ikatan kimia yang akan menyebabkan mutasi pada DNA atau perubahan struktur molekul atau fungsi seluler pada jaringan hidup.

Penelitian terbaru pada sinar-X telah menunjukkan bahwa mutasi dan penyimpangan kimia ini dapat menyebabkan kanker, dan para ilmuwan memperkirakan 0,4% kanker di Amerika Serikat disebabkan oleh CT scan. Ketika sinar-X semakin populer, para peneliti mulai merekomendasikan tingkat dosis sinar-X yang dianggap aman.

Ketika masyarakat menerima kekuatan sinar-X, dokter, ilmuwan, dan profesional lainnya mulai mengungkapkan keprihatinan mereka tentang efek negatif sinar-X terhadap kesehatan. Ketika para peneliti mengamati bagaimana sinar-X akan melewati tubuh tanpa memperhatikan bagaimana caranya how gelombang khusus menargetkan area tubuh, mereka memiliki sedikit alasan untuk percaya bahwa sinar-X bisa berbahaya.

Terlepas dari implikasi negatif teknologi sinar-X pada kesehatan manusia, efeknya dapat dikendalikan dan dipertahankan untuk mencegah bahaya atau risiko yang tidak perlu. Sementara kanker secara alami mempengaruhi 1 dari 5 orang Amerika, CT scan umumnya meningkatkan risiko kanker sebesar 0,05 persen, dan beberapa peneliti berpendapat bahwa paparan sinar-X yang rendah bahkan mungkin tidak berkontribusi pada risiko individu kanker.

Tubuh manusia bahkan memiliki cara untuk memperbaiki kerusakan yang disebabkan oleh dosis rendah sinar-X, menurut sebuah penelitian. dalam American Journal of Clinical Oncology, menunjukkan bahwa pemindaian sinar-X tidak menimbulkan risiko yang signifikan pada semua.

Anak-anak berisiko lebih besar terkena kanker otak dan leukemia bila terkena sinar-X. Untuk alasan ini, ketika seorang anak mungkin memerlukan pemindaian sinar-X, dokter dan profesional lainnya mendiskusikan risikonya dengan wali dari keluarga anak untuk memberikan persetujuan.

Paparan sinar-X dalam jumlah tinggi dapat menyebabkan muntah, pendarahan, pingsan, kerontokan rambut, dan kerontokan kulit. Mereka dapat menyebabkan mutasi pada DNA karena mereka memiliki energi yang cukup untuk memutuskan ikatan antara molekul DNA.

Masih sulit untuk menentukan apakah mutasi pada DNA disebabkan oleh radiasi sinar-X atau mutasi acak dari DNA itu sendiri. Para ilmuwan dapat mempelajari sifat mutasi termasuk probabilitas, etiologi, dan frekuensinya untuk menentukan apakah pemutusan untai ganda pada DNA adalah hasil dari radiasi sinar-X atau mutasi acak DNA diri.