Perbandingan Ketahanan Panas Focus Spot Area 0,3 mm Tabung SinarX Single Phasa pada High Speed Rotation dengan Low Speed Rotation Rentang Uji 50-150 MA Vidya Ikawati Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon Jl. Perjuangan No.17 Cirebon e-mail address:
[email protected] Abstract Tabung Sinar-X memiliki fungsi pencipta foton yang diberikan kepada tubuh saat melakukan pencitraan medik. Namun dalam penggunaanya, anoda tabung ini memiliki kapasitas panas akibat rotasinya yang berpengaruh pada FSAnya. Panas pada FSA akan mengakibatkan adanya resiko rusak tabung. Resiko ini dihitung dengan membandingkan kecepatan putaran tinggi dan kecepatan putaran rendah dari anodanya. Sehingga dapat diambil nilai rentang tinggi radiasi (dalam MA) yang boleh diberikan selama tabung beroperasi. Pada paper ini, diambil rentang uji 50-150 MA dan menggunakan FSA sebesar 0,3 mm. Keywords : sinar-x, FSA, single phasa, MA, HU I. Pendahuluan Radiasi sinar x diproduksi dari perubahan elektron ke foton dengan mengikutsertakan perubahan energy[1]. Perubahan energi ini terjadi pada tube sinar x. Tube ini menerima energi listrik dan merubahnya menjadi dua bentuk: radiasi sinar-x dan panas. Panas ini yang sebenarnya tidak diinginkan dari proses produksi sinar x. Oleh karena itu, tube sinar-x didesain untuk memaksimalkan produksi sinar x dan mendisipasi panas sekecil mungkin. Tabung terdiri dari dua elemen: sebuah katoda dan sebuah anoda. Ketika terjadi perpindahan elektron dari katoda ke anoda, elektron tersebut kehilangan energi. Anoda adalah tempat dimana sinar-x diproduksi. Anoda ini adalah perak besar yang dihubungkan dengan rangkaian listrik kutub positif. Anoda memiliki dua fungsi, pertama mengkonversi energi menjadi sinar x, kedua, untuk mendisipasi panas yang terjadi ketika terjadinya tembakan elektron.
II. Faktor Pemicu Panas Tabung Sinar-X Ada tiga faktor yang mempengaruhi timbulnya panas pada anoda sinar-x, yaitu: 1. Nilai Efektif Kilo Voltage, yaitu nilai yang dipengaruhi dari hasil Voltase yang diberikan pada tungsen tabung sinar-x. Diketahui bahwa tungsen tabung sinar-x terbuat dari material. Atom-atom penyusun material inilah yang akan ditumbuk oleh elektron yang jatuh ke anoda. Setiap atom memiliki nomer atom (Z) yang berisi proton dan netron. Tumbukan antara netron dan elektron ini akan melepaskan foton dengan bentuk dan panjang gelombang tertentu. Pada studi ini digunakan tungsten Molybdenum. Anoda
molybdenum memproduksi dua karakteristik energi sinar-x yaitu, Radiasi K-alpha sebesar 17,9 KeV dan K-beta pada 19,5 KeV[2]. 2. MA, atau disebut sebagai MA, atau disebut sebagai aliran arus listrik dari katoda ke anoda. Kenaikan nilai MA berbanding terbalik dengan kenaikan KV. 3. Waktu, semakin lama waktu penyinaran, maka akan semakin besar jumlah pemanasan. Hal ini bisa menyebabkan anoda berputar.
Gambar 1. Faktor Pemicu Panas Tabung Sinar-X III. Produksi Panas Tabung Sinar-X Panas tercipta di Focal Spot Area (FSA) dengan melakukan tembakan elektron dari katoda ke anoda. Dari seluruh energi elektron yang dikeluarkan dari konsumsi listrik di katoda, hanya 1% yang dirubah menjadi energi foton sinar-x. Oleh karena itulah, dalam paper ini diasumsikan seluruh energi elektron dari katoda akan dihitung sebagai produksi panas di FSA. Kuantitas panas FSA dapat dihitung sebagai berikut[3]:
Panas ( J ) = wxKV p xMAS .....(1) Heat Unit = 1,4 xPanas ..........(2) Dimana:
w = 0,71 ( Single Phasa ) KV p = Kilovoltpeak ( KV ) MAS = arus elektron( MA) Kapasitas panas pada FSA tabung sinar-x telah diberikan oleh manufaktur pembuat tabung tersebut (dijelaskan pada tabel di bawah ini).kurva itu menunjukkan nilai maksimum kilovoltpeak
dengan MAS yang diperbolehkan dilakukan dengan waktu penyinaran tertentu tanpa terjadi resiko overload (terlalu panas). Untuk FSA 0,3 mm dengan High Speed Rotation dan Low Speed Rotation, didapat tabel berikut: Tabel 1. Nilai KVp untuk 50-150 MA pada High Speed Rotation (HSR) dan Low Speed Rotation (LSR) MA 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50
KVp HSR 78 81 78 97 105 114 129 144 >150 >150 >150
KVp LSR <50 <50 51 55 60 68 73 82 95 110 133
Dalam paper ini, penulis mengasumsikan nilai di atas 150 MA adalah 150 MA dan kurang dari 50 MA adalah 50 MA, maka dengan persamaan (1), maka dapat dihitung kapasitas panas dari 50150 MA adalah sebagai berikut:
Tabel 2. Nilai Kapasitas Panas Yang Terhitung MA 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
HSR (HU) 7455 8946 10437 11928 13419 14910 16401 17892 19383 20874 22365
LSR (HU) 6610,1 6560,4 6610,1 6520,64 6530,58 6759,2 6560,4 6560,4 6590,22 6958 7455
Dari tabel tersebut dapat dibuat grafik sebagai berikut.
Gambar 2. Grafik Perbandingan Nilai Kapasitas Panas HSR dan LSR Untuk menganalisis grafik 2 di atas, penulis akan memberikan penjelasan batasan kapasitas panas yang diperbolehkan pada tabung sinar-x. Menurut Sprawls, kapasitas panas yang diperbolehkan pada tabung sinar-X adalah sebesar 90.000 Heat Unit. Pada gambar di bawah ini, selama 3,5 menit tabung sinar-x mengalami masa relaksasi dari bekerja, tabung tersebut akan melepaskan sebesar 30.000 Heat Unit. Artinya setelah tabung mengalami pemakaian hingga 6-7 menit, tabung harus diistirahatkan selama 3,5 menit untuk mencapai nilai 65.000 Heat Unit.
Gambar 3. Grafik Pemanasan dan Pendinginan Tabung Sinar-X Single Phasa[3]
IV. Kesimpulan dan Diskusi Dari gambar 2 dapat disimpulkan bahwa nilai kapasitas panas dengan rotasi dengan kecepatan tinggi akan selalu naik secara linier naik dengan kenaikan nilai MA. Sedangkan untuk rotasi dengan kecepatan rendah, nilai kapasitas panas stabil di angka 5000-6000 HU. Dengan ini
disimpulkan bahwa ketahanan panas rotasi kecepatan rendah lebih baik daripada rotasi kecepatan tinggi. Hal ini disebabkan karena tumbukan elektron di anoda tabung akan lebih stabil dibandingkan dengan tumbukan dengan rotasi tinggi. Dari sini dapat disimpulkan pula, rotasi yang tinggi pada anoda tabung, tidak menjamin nilai output MA yang tinggi. Hal ini disebabkan, menurut penulis, sinar-x adalah foton yang keluar dari FSA adalah foton yang telah melampaui tresshold energi bundling elektron (K-Alpha dan KBetha) pada peristiwa bremstahlung. Oleh karena itu, kecepatan tumbukan hanya mempengaruhi nilai momentum elektron, namun tidak mempengaruhi nilai frekuensi foton. Karena nilai energi foton harus melebihi nilai energi kinetik elektron, hf > 1 / 2mv 2 , maka nilai kelebihan momentum hanya ditransfer sebagai tambahan energi panas yang terjadi di anoda. Anoda yang lebih cepat panas, akan memberikan konduksi panas yang lebih cepat ke FSA tabung. Sementara menurut Sprawls, relaksasi tabung harus dilakukan setelah tabung mencapai batas minimum 65.000 HU dan maksimum 90.000 HU. Sedangkan dari hasil HU yang terhitung pada paper ini, dari 50-150 MA, HU tertinggi hanya dicapai pada sekitar 22.300 HU. Artinya, baik dengan rotasi tinggi ataupung rendah, nilai MA untuk penyinaran boleh ditingkatkan lagi dosisnya jika dibutuhkan adanya nilai ketajaman citra gambar misalnya pada MRI di kelenjar atau jaringan otak. V. Referensi 1. Mould, R.F. 1981. Radiotherapy Treatment Planning. Adam Hilger Ltd, Brisbol in collaboration with the Hospital Physicits Association. 2. Handbook of Radiotherapy Physics, Theory and Practice. 2007. New York and London: Taylor and Francis. 3. Sprawls, Perry.1993. Physical Prinsiples of Medical Imaging Second Edition. Medical Physics Publishing. Madison.
