LAPORAN

PRAKTIKUM FISIKA MODERN/EKSPERIMEN FISIKA

PENYERAPAN SINAR X

RAHMAWATI

3215071829

LABORATORIUM FISIKA MODERN/ EKSPERIMEN FISIKA

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

2011

A. Tujuan Eksperimen

1. Mengetahui karakteristik sinar-x

2. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi intensitas dan penyerapan sinar-x.

3. Menentukan energi yang diperlukan untuk menghasilkan sinar-x.

4. Mengetahui hubungan antara intensitas sinar-x dengan sudut hambur.

B. Manfaat Eksperimen

Manfaat dari Eksperimen ini adalah:

1. Dapat memahami karakteristik radiasi sinar x dan penggunaannya

2. Memanfaatkan karakteristik radiasi sinar x dalam kehidupan untuk mempermudah

pekerjaan manusia seperti contohnya dalam bidang kedokteran dan kesehatan

3. Menganalisis secara kualitatif gejala dan sifat-sifat radiasi sinar x serta

penyerapannya

4. Menentukan model eksperimen di atas untuk mengetahui pengaruh penyerapan

sinar x beberapa Kristal logam terhadap panjang gelombang

C. Landasan Teori

Pembangkit Sinar X

Sinar X ditemukan oleh Roentgen pada tahun 1895. Daya tembusnya yang luar biasa

merupakan ciri yang sangat menarik pada saat itu. Sinar x terjadi apabila satu berkas elektron

bebas berenergi kinetik tinggi mengenai logam. Biasanya permukaan logam dengan nomor

atom Z yang tinggi. Tempat dimana berkas elektron itu menumbuk logam merupakan sumber

sinar dengan daya tembus yang besar.

K adalah katoda yang dihubungkan dengan kutub negatif sumber tegangan tinggi.

Katoda dipanaskan dengan menggunakan filamen agar lebih mudah memancarkan elektron.

A merupakan anoda yang terbuat dari logam berat. Anoda dihubungkan dengan kutub positif

sumber tegangan tinggi. Beda potensial yang tinggi (beberapa kilo volt sampai dengan

seratus kilo volt) menyebabkan sesampainya di Anoda, elektron yang dipancarkan oleh

katoda memiliki energi kinetik yang sangat besar. Elektron-elektron inilah yang dalam

tumbukannya dengan Anoda menimbulkan pancaran sinar X oleh Anoda.

Katoda dan anoda ditempatkan dalam tabung gelas yang divakumkan (gambar 1.),

agar perjalanan elektron dari katoda ke anoda tidak mendapat gangguan. Anoda A

didinginkan dengan air untuk menyalurkan kelebihan kalor yang timbul karena benturan

berkas elektron dengan permukaan anoda. Jika pendinginan tak dilakukan suhu anoda akan

terus meningkat sampai terjadi peleburan.

Gambar 1. Merupakan diagram tabung sinar X. Dimana sebuah katoda dipanasi oleh

filamen berdekatan yang dilalui arus listrik sehingga menyediakan elektron terus menerus

dengan emisi termionik. Beda potensial yang tinggi (v) dipertahankan antara katoda dengan

target logam agar mempercepat electron ke arah target tersebut.

Roentgen melaporkan bahwa sinar X terbentuk di anoda apabila elektron yang

berenergi tinggi menumbuk permukaan anoda. Keadaan fisiknya dapat digambarkan sebagai

berikut :

Elektron berenergi tinggi sampai di permukaan logam, dan kemudian meneruskan

perjalanannya di dalam logam. Dipandang dari elektron yang datang. Zat dapat

merupakan susunan ion-ion berat dan lautan elektron bebas.

Interaksi antara elektron yang datang dengan susunan ion maupun larutan elektron logam

adalah interaksi elektromagnetik. Secara sederhana gaya interaksi yang terjadi dapat

dinamakan gaya tumbukan, dan interaksi tersebut disebut tumbukan.

Dalam tumbukan tersebut elektron berenergi tinggi kehilangan energinya sedikit demi

sedikit, karena tumbukan itu terjadi secara berangkai. Energi elektron ini diubah menjadi

pancaran elektromagnet karena elektron mengalami perlambatan, dan sebagian menjadi

energi getar kisi ion dalam kristal. Bagian yang akhir ini menyebabkan meningkatnya

suhu anoda. Dan terjadi pancaran electromagnet yang disebut sinar X.

Panjang gelombang sinar X tersebar meliputi spektrum yang bersifat kontinu karena

prosesnya beruntun. Artinya spektrum yang terlihat mencakup berbagai tumbukan sekaligus

secara suksesis setiap elektron kehilangan energinya melalui tumbukan-tumbukan berangkai.

Sifat – sifat Sinar X

Gambar 1. Tabung Sinar X

1) Sinar X dipancarkan dari tempat yang paling kuat tersinari oleh sinar katoda.

2) Intensitas cahaya yang dihasilkan pelat fotoluminesensi, terbalik dengan kuadrat jarak

antara titik terjadinya sinar X dengan pelat fotoluminesensi. Meskipun pelat dijauhkan

sekitar 2m. Cahaya masih dapat terdeteksi.

3) Sinar X dapat menembus buku 1000 halaman. Tetapi hampir seluruhnya teserap oleh

timbale setebal 1,5 mm.

4) Sinar X dapat menghitamkan plat fotografi

5) Lintasan Sinar X tidak dibelokkan oleh medan magnet

Spektrum Sinar X

Panjang gelombang terpendek min spektrum sinar X diperoleh pada beda potensial

tertentu V0. Tinjau sebuah elektron yang sampai di anoda setelah melampaui beda potensial

V0. Energi kinetik elektron tersebut adalah :

K = e V0 (3.1)

Dengan berpijak pada teori kuantum Einstien, bahwa sinar x merupakan suatu gumpalan

energi elektromagnetik dengan energi E yang memenuhi :

E = hn = hc/λ (3.2)

Andaikan bahwa ada kemungkinan, melalui suatu mekanisme tertentu, seluruh energi kinetik

elektron pada saat menumbuk katoda semuanya dan tanpa kecuali menjadi suatu foton sinar

X. dalam hal ini maka :

K = E atau hc/ = e V0 (3.3)

Sehingga diperoleh :

λ = hc/e . 1/ V0 (3.4)

Apabila panjang gelombang minimum min dinyatakan dalam meter dan V0 dalam volt

maka :

(3.5)

Model interaksi antara elektron dengan materi yang menghasilkan spektrum sinar X

yang kontinu adalah sebagai berikut :

Interaksi utama adalah antara elektron yang berenergi tinggi dengan inti-inti atom dalam

anoda.

λmin = 12,42 . 10 -17 V0

Dalam interaksi tersebut bekerja gaya-gaya elektromagnetik. Karena gaya tersebut

elektron mengalami percepatan dan memancarkan radiasi. Radiasi elektromagnetik

karena elektron yang dipercepat.

Spektrum sinar X kontinu yang diperoleh dengan mekanisme tersebut di atas juga

disebut dengan brehmesstrahlung (bahasa Jerman brehms : rem, strahlung : sinar) karena

terjadi melalui pengereman elektron dalam zat padat. Brehmsstrahlung dapat dianggap

sebagai kebalikan dari efek foto listrik (elektron kehilangan energinya kemudian timbul

foton).

Spektrum kontinu murni diperoleh apabila beda potensial antara katoda dan anoda

dalam tabung sinar X tidak terlalu tinggi. Ujung paling kiri dari spektrum tersebut (panjang

gelombang 0) dengan mekanisme seluruh energi kinetik elektron berubah menjadi sebuah

foton dengan energi E = hc/0.

Apabila beda potensial sangat tinggi sekali maka akan terlihat puncak-puncak yang

tajam tersuperposisi pada spektrum kontinu tersebut. Puncak-puncak tersebut tidak berasal

dari proses yang menghasilkan brehmsstrahlung melainkan berasal dari suatu proses

pemulihan ke keadaan semula dari suatu atom, dimana sebuah elektron kembali menduduki

tempat semula yang menjadi kosong karena posisi tersebut telah terlempar oleh elektron

cepat yang datang dari katoda.

Dalam proses pemulihan ini dipancarkan foton dengan panjang gelombang di daerah

sinar X. elektron yang terlempar adalah elektron atom yang letaknya dekat dengan inti atom.

Sinar-sinar ini dinamakan radiasi karakteristik, setiap logam memiliki perangkatnya sendiri-

sendiri. Perangkat radiasi karakteristik ini sangat penting dalam bidang sinar X.

Elektron di dalam atom terbatas geraknya pada lintas-lintas edar tertentu seperti

planet-planet mengelilingi matahari. pada suatu lintas edar tertentu elektron terkait pada inti

melebihi energi ikat. Energi total pada suatu lintas edar adalah jumlah aljabar dari energi ikat

elektrostatik dan energi kinetik.

Apabila elektron luar berenergi tinggi menumbuk elektron yang terkait pada atom,

dan melemparkannya ke luar maka kedudukan dalam lintas edar menjadi kosong.

Kekosongan ini mengundang elektron lain untuk menduduki lowongan tersebut. Dilihat dari

sudut atom maka elektron bebas yang akan terikat menjadi planet atom, akan kehilangan

energi totalnya. Besarnya energi total ini di suatu lintas edar mencirikan lintas edar dari atom

tersebut.

Dalam proses pemulihan ini energi yang “hilang” (energi total elektron) akan

terpancar sebagai foton dengan energi tertentu. Berbagai lintas edar masing-masing memiliki

harga fotonnya tersendiri. Karena itu radiasinya dinamakan radiasi kharakteristik. Sinar

karakteristik dalam spektrum sinar X mengingatkan teori Bohr tentang terkuantisasinya lintas

edar dalam suatu atom.

D. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut:

X-ray unit 1 buah

Gerger muller 1 buah

Counter Tube 1 buah

Absoption set for X-ray 1 buah

Screened cable 300 nm 1 buah

E. Cara Kerja

Langkah – langkah dalam praktikum ini adalah sebagai berikut:

1. Menyusun peralatan sesuai dengan gambar

2. Mengatur sudut mulai dari 0 E - 90 E dengan interval 1 E , pada sudut hambur 2θ.

3. Menetapkan potensial awal yaitu pada tegangan 15 Kv

4. Menembakkan sinar alfa ke Kristal KBR dengan sudut teratur.

5. Mencatat intensitas yang dihasilkan

6. Menentukan titik puncak tertinggi dari intensitas yang didapat.

7. Mengulangi percobaan dengan tegangan 20 Kv dan 25 Kv untuk sudut-sudut yang

memiliki intensitas puncak tertinggi saja pada percobaan dengan 15 Kv.

F. Tabel Pengamatan

Data sudut hambur 2θ dan intensitas yang dihasilkan pada tegangan 15 Kv.

2θ( ͦ ) I 2θ( ͦ ) I 2θ( ͦ ) I0 31 611 32 622 33 633 34 644 35 655 36 666 37 677 38 688 39 699 40 7010 41 71

11 42 7212 43 7313 44 7414 45 7515 46 7616 47 7717 48 7818 49 7919 50 8020 51 8121 52 8222 53 8323 54 8424 55 8525 56 8626 57 8727 58 8828 59 8929 60 9030

Data sudut hambur 2θ yang mengalami kenaikan (peak to peak) dengan intesitas

yang dihasilkan

V = 20 Kv V= 25 Kv2θ( ͦ ) I1 I2 Rata I 2θ( ͦ ) I1 I2 Rata I

25 2528 2851 5157 5790 90