SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT UJI PINHOLE DAN MULTIHOLE UNTUK PENGUKURAN DIMENSI FOCAL SPOT PESAWAT SINAR-X Djoko Marjanto1 , Sigit Purnomo, Etiko Puspo Rini STTN-BATAN Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55821
ABSTRAK PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT UJI PINHOLE DAN MULTIHOLE UNTUK PENGUKURAN DIMENSI FOCAL SPOT PESAWAT SINAR-X. Salah satu komponen penting pada pesawat sinar X adalah focal spot. Focal spot dapat mempengaruhi kemampuan pesawat sinar-X dalam mendeteksi cacat-cacat bahan pada suatu radiograp. Ukuran focal spot dapat berubah dari ukuran fabrikasi atau rusak akibat umur pakai pesawat sinar-X dan akibat pendinginan yang tidak memadai. Focal spot perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui perubahan dimensi focal spot.tersebut Salah satu metode yang digunakan dalam pengujian dimensi focal spot adalah metode pinhole.yang dikembangkan menjadi multihole. Dalam metode ini, diperlukan alat uji pinhole maupun multihole yang standart agar dihasilkan nilai yang akurat. Penelitian ini membuat alat uji yang mengacu standart ASME V section 2 serta melakukan verivikasi dan analisis alat uji dari radiograp yang dihasilkan. Pembuatan alat menggunakan bahan dari Tungsten, sedangkan diverifikasi dengan pesawat sinar-X industri Rigaku Radioflex 250 EG-S3. Analisis dilakukan dengan memvariasi jarak FFD dan FHD serta variasi tegangan pada saat penyinaran. Dari hasil verifikasi,dan analisis alat uji dihasilkan error dibawah 3%, sedangkan toleransi yang diberikan standar ASME 5%. Alat uji yang dihasilkan berdimensi 15x15 cm dengan bentuk segi empat, berbahan tungsten, mempunyai 1 lubang pada alat uji pinhole dan 5 lubang pada alat uji multihole. Kata kunci : Alat uji, Focal Spot, Pinhole, Multihole, Standar ASME V section 2
ABSTRACT DESIGN AND MANUFACTURE OF PINHOLE AND MULTIHOLE TEST TOOL FOR THE MEASUREMENT OF FOCAL SPOT DIMENSIONS OF X-RAY MACHINES. An important component in X-ray machine’s tube is focal spot. Function of focal spot will affect the ability of X-ray machines for detects subtle defect. Focal spot size can be changed from the previous size due to the life of X-ray machines and the poor cooling system. Testing should be conducted to determine changes in dimensions of focal spot. One of the methods used in testing is pinhole method. By using the pinhole method, standard pinhole and multihole test tool is required in order to get precise and accurate value. The purpose of this study is to make test tool in accordance with ASME V section 2 standard so that it can produce precise and accurate values in the measurement of focal spot’s dimensions of X-ray machines. Manufacture and design of test tools refers to ASME V section 2 standard and uses material from tungsten. Once created, test tool verified by the industrial Rigaku Radioflex 250 EG-S3 X-ray machines. Verification is done by varying distances FFD and FHD and voltage variations at the time of irradiation. From the results of verification, test tool generates error below 3% to fit the standards of ASME where a given tolerance level of 5%. The test tool dimensions is 15×15 cm with a rectangular shape, made of tungsten, has a hole on pinhole test tool and 5 holes on multihole test tool. Keywords: Test tool, Focal Spot, Pinhole, Multihole, ASME V section 2 standard
PENDAHULUAN Salah satu komponen penting pada tabung pesawat sinar X adalah bahan target atau focal spot. Informasi tentang dimensi focal spot sangat penting untuk diketahui oleh pengguna pesawat sinar-X, Djoko Marjanto, dkk
karena focal spot merupakan salah satu parameter penting untuk kegiatan radiografi. Focal spot sangat berpengaruh pada ketajaman hasil gambar radiografi yang dihasilkan, sehingga focal spot akan menentukan kemampuan pesawat sinar-X dalam mendeteksi cacat pada radiograp. 149
STTN-BATAN & PTAPB-BATAN
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Seiring dengan usia pakai dan sistemt pendinginan pesawat sinar-X yang kurang baik, ukuran focal spot dapat berubah dari ukuran awalnya. Perubahan ukuran atau kerusakan dimensi dapat disebabkan oleh target menerima panas yang cukup tinggi saat pengoperasian pesawat dan disipasi panas yang tidak mencukupi. Akibat perubahan dimensi focal spot tersebut akan berpengaruh pada ketajaman hasil gambar radiografi. Untuk memperoleh ketajaman yang terjaga, perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui perubahan dimensi focal spot tersebut. Salah satu metode yang digunakan dalam pengujian focal spot adalah metode pinhole. Pengujian menggunakan metode pinhole, diperlukan alat uji pinhole yang sesuai standar agar dihasilkan nilai yang tepat dan akurat. Untuk radiografi industri, standar yang digunakan adalah standart ASME V.
atas banyak sumber titik (focal spot adalah sumber radiasi berdimensi).[3] Sumber titik ini masingmasing membentuk gambar obyek pada tempat yang berbeda-beda, sehingga gambar obyek yang dibentuk setiap sumber titik tidak berada pada tempat yang sama pada film dan sebagian saling menumpuk seperti Gambar 1.
TEORI Sinar-X Untuk menghasilkan sinar-X perlu tiga persyaratan dasar, yaitu sumber elektron, pasokan listrik tegangan tinggi dan target. Suatu berkas elektron menabrak target, akan berlangsung proses pembelokan (pengereman) elektron oleh medan inti yang akan menghasilkan sinar-X dengan energi kontinyu (bremstrahlung.[1]), dan tumbukan electron dengan electron kulit atom target, yang akan dipancarkan sinar-X karakteristik. Kualitas dan Kuantitas Sinar-X Kualitas atau energi sinar-X menentukan kemampuan daya tembus pada materi yang dilaluinya yang ditentukan oleh energi elektron yang menumbuk target. Kuantitas atau intensitas sinar-X tergantung pada besarnya jumlah elektron yang menumbuk target. Kuantitas sinar-X dapat dikendalikan dengan mengatur besarnya arus tabung yang digunakan[2]. Focal Spot Focal spot didefinisikan sebagai luasan daerah target pada anoda yang dikenai tumbukan elektron. Proyeksi dari focal spot terhadap sumbu tabung sinar-X dinamakan dengan focal spot efektif atau optical focus, sedangkan focal spot yang tegak lurus terhadap permukaan target dinamakan dengan focal spot aktual. Pengaruh Focal Spot Pada Ketidaktajaman Gambar Penyebab utama terjadinya ketidaktajaman geometri dapat terjadi, karena focal spot tersusun
STTN-BATAN & PTAPB BATAN
Gambar 1. Bayangan Tepi Obyek Oleh Sumber Titik Pada Kedua Ujung Focal Spot [4]
Pengujian Dimensi Focal Spot Pengujian untuk menentukan dimensi focal spot biasanya dilakukan dengan metode Pinhole Imaging. Dengan metode ini dapat diukur dimensi (panjang dan lebar) suatu focal spot yang setelah melalui perhitungan, nilainya dapat dibandingkan dengan nilai yang tercantum pada alat. Selain itu, pegujian juga berguna untuk mengetahui terjadi kerusakan atau perubahan bentuk / cacat pada focal spot[1]. Pinhole Dan Multihole Pinhole alat ukur dimensi focal spot berupa suatu lembaran tipis material dengan nilai atenuasitinggi untuksinar-gamma/sinar-X, yang mempunyai lubang kecil, yang dalam pemakaiannya ditempatkan di antara focal spot dan film. Sedangkan multihole adalah modifikasi dari pinhole, dengan menambah beberapa lubang pada jarak tertentu disekita pinhole lubang. Kelebihan penggunaaan multihole dibandingkan dengan pinhole adalah ketepatan penempatan lokasi pengukuran, dan data yang di dapatkan dapat diolah dengan metode statistik. Bahan pinhole dan multihole Bahan Pinhole/multihole dibuat dari salah satu bahan berikut: 1. Paduan 90% emas dan 10% platinum 2. Tungsten 3. Tungsten Karbid 4. Paduan Tungsten 150
Djoko Marjanto, dkk
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 5. Paduan Platinum dan 10% Iridium 6. Tantalum [5] Pada penelitian ini, bahan Pinhole/multihole dari bahan Tungten, yang mudah didapat di pasaran dengan harga yang dapat dijangkau. Tungsten adalah bahan yang sangat keras sehingga tidak mudah berubah bentuk dan tahan terhadap beban dan tekanan tinggi[6].
5. Memproses film secara bersamaan untuk menghindari kesalahan. 6. Mengamati bayangan hasil penyinaran, apabila dimensinya belum dapat dibaca, maka dilakukan radiografi ulang dengan variasi jarak focal spot, alat uji dan film.
Error Atau Penyimpangan Persentase penyimpangan adalah salah satu metode untuk membandingkan nilai eksperimen dengan nilai yang diterima atau nilai literatur. Definisi dari persentase penyimpangan ditunjukkan rumus: Gambar 2. Skema Arah Sinar Melewati Alat Uji
presentase error = dengan NL = Nilai Literature NE = Nilai Experiment[7]
METODE PENELITIAN Pembuatan Alat Alat dibuat dengan melakukan pengeboran pada bahan tungsten. Langkah pembuatan alat: 1. Membuat rancangan alat uji yang sesuai dengan ASME V section 2 2. Memotong bahan dengan ukuran 15 × 15 cm 3. Membuat lubang tegaklurus dengan mata bor
ø=0,1 mm 4. Membuat lubang terusan pada sisi bawah dengan mata bor ø=0,45 mm sedalam 2,5 mm 5. Mengamati hasil lubang, jika sesuai makan melakukan verifikasi alat, Jika tidak sesuai maka dilakukan pengulangan pengeboran awal dengan ø 0,1 mm Verifikasi Alat Uji Langkah verifikasi alat dengan pengujian radiografi sebagai berikut: 1. Menyiapkan kelengkapan proses penyinaran pesawat sinar-X. 2. Memastikan pesawat sinar-X dalam kondisi siap untuk digunakan (Aging). 3. Membuat variasi jarak focal spot dengan film atau focal spot to film distance (FFD) dan jarak antara focal spot dengan alat uji atau focal spot holes distance (FHD). Tata letaknya dapat mengacu Gambar 2. 4. Memasang film dan melakukan penyinaran dengan variasi jarak focal spot, alat uji dan film.
Djoko Marjanto, dkk
7. Apabila bayangan hasil penyinaran dimensinya dapat dianalisis, maka melakukan percobaan selanjutnya dengan membuat variasi tegangan pesawat sinar-X pada tegangan 110 kV, 120 kV dan 140 kV. 8. Mengukur densitas film untuk memperoleh syarat penerimaan densitas.
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian dimensi focal spot diawali dengan percobaan pendahuluan. Percobaan pendahuluan dilakukan dengan membuat variasi jarak antara FHD (Focal spot Hole Distance) dan FFD (Focal spot Film Distance) untuk mendapatkan jarak yang sesuai agar diperoleh hasil bayangan yang tajam. Selain dari variasi jarak FHD dan FFD, dilakukan juga radiografi dengan variasi tegangan. Hal ini dimaksudkan agar didapatkan gambar dimensi bayangan focal spot sesuai densitas yang dipersyaratkan. Dari hasil pembuatan alat uji focal spot diperoleh bentuk: 1. Pinhole yang dibuat dari bahan tungsten yang mempunyai tebal 3 mm, berbentuk segiempat dengan ukuran 15×15 cm dan mempunyai satu lubang ditengahnya. Diameter lubangnya adalah 0,1 mm. Skema bentu k lubangnya seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Dimensi Lubang Tampak Samping
151
STTN-BATAN & PTAPB-BATAN
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 2. Multihole yang dibuat dengan bahan tungsten yang mempunyai tebal 3 mm. Multihole berbentuk segiempat dengan ukuran 15×15 cm dan mempunyai 5 lubang dengan diameter setiap lubangnya adalah 0,1 mm dan jarak center to center lubangnya adalah 1 mm Bayangan hasil pengujian radiografi ditunjukkan pada Gambar 4, Hasil pengujian dengan variasi jarak FFD pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Dari data yang diperoleh dapat dilakukan perhitungan ukuran dimensi focal spot yang sebenarnya. Hasil pengukuran pada dimensi sisi A harus dikalikan faktor koreksi 0,7 untuk menentukan dimensi sisi A yang sebenarnya, sedangkan hasil pengukuran pada dimensi sisi B sudah mewakili dimensi yang sebenarnya[5]. Hasil pengukuran dimensi focal spot yang sebenarnya ditunjukkan Tabel 3 dan Tabel 4. Tabel 3. Hasil Perhitungan Dimensi Focal Spot Yang Sebenarnya, Alat Uji Pinhole Nama Film PSO PDO PTO PEO PLO
Gambar 4. Dimensi Radiograph Hasil Pengujian Tabel 1. Hasil Bayangan Dimensi Focal Spot Menggunakan Pinhole pada KV 120 Kode Film PSO PDO PTO PEO PLO
FFD (mm) 260 390 520 650 780
M=FHD:FFD 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5
A’ (mm) 3,3 6,0 9,0 11,6 15
B’ (mm) 2,2 4,2 6,15 8,0 10,5
FFD (mm)
M=FHD:FFD
MSO
260
1:1
MDO
390
1:2
MTO
520
1:3
MEO
650
1:4
MLO
780
1:5
No Lubang 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
STTN-BATAN & PTAPB BATAN
A’ (mm) 2,8 3 2.9 3 3 5.9 6 5.7 6 5.9 8.8 8.8 8.1 8 8.7 11 11 11.4 11.8 11.7 13.7 13.8 14 15 13.8
B’ (mm) 2 2 2 1.9 2 4.2 4 3.9 4.1 4 6.1 5.6 5.8 5.6 6.1 8 7.9 8 8 8 9.7 9.8 10.3 10 10.4
M 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5
Ug (mm) 0,023 0,0155 0,0116 0,0093 0,0077
A (mm) 2,07 2,02 2,06 2,03 2,08
B (mm) 1,97 2,02 2,01 1,99 2,08
Tabel 4. Hasil Perhitungan Dimensi Focal Spot Yang Sebenarnya, Alat Uji Multihole Nama FFD Film (mm)
MSO
Tabel 2. Hasil Bayangan Dimensi Focal Spot Menggunakan Multihole Pada KV 120 Kode Film
FFD (mm) 260 390 520 650 780
MDO
MTO
MEO
MLO
M
Ug No A’ B’ (mm) Lubang (mm) (mm) 1 1,94 1,98 2 2,08 1,98 0,02 260 1:1 3 2,01 1,98 3 4 2,08 1,88 5 2,08 1,98 Rata - Rata 2,03 1,96 1 2,06 2,09 2 2,06 1,99 0,01 390 1:2 3 1,99 1,94 55 4 2,09 2,04 5 2,09 1,99 Rata - Rata 2,06 2,01 1 2,05 2,03 2 2,05 1,86 0,01 520 1:3 3 2,03 2,03 16 4 1,86 1,86 5 1,89 1,93 Rata- Rata 1,97 1,94 1 1,92 2 2 1,92 1,97 0,00 650 1:4 3 1,99 2 93 4 2,06 2 5 2,05 2 Rata - Rata 1,99 1,99 1 1,92 1,94 2 1,93 1,96 0,00 780 1:5 3 1,96 2,06 77 4 2,1 2 5 1,93 2,08 Rata - Rata 1,97 2,01
Perbesaran yang menghasilkan ba-yangan terbaik dalam penentuan dimensi focal spot adalah tampilan bayangan yang berbentuk bujur sangkar.
152
Djoko Marjanto, dkk
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Hal ini terkait bahwa focal spot yang diuji berbentuk bujur sangkar. Dari berbagai kategori di atas, yang memenuhi adalah film PDO dan PEO pada pengujian dengan pinhole dan film MEO pada pengujian dengan multihole. Film PEO dan MEO menggunakan perbesaran yang sama yaitu 4 kalinya sehingga perbandingan tersebut dinilai paling baik karena menghasilkan bentuk bayangan terbaik dalam pengujian focal spot. Hasil perhitungan, didapatkan nilai error pada alat uji pinhole sebesar 3% untuk dimensi sisi A dan 0,5% untuk dimensi sisi B. Sedangkan pada alat uji multihole nilai errornya adalah 0,2% untuk dimensi sisi A dan 0,9% untuk sisi dimensi sisi B. Variasi lain yang diberikan adalah variasi tegangan (kV) pesawat. Variasi tegangan dimaksudkan untuk memperoleh densitas yang dipersyaratkan, antara 1 sampai 3,6. Pengukuran densitas penting dilakukan, karena standar densitas pembacaan film radiografi dapat diterima. Dari Tabel 5 dan Tabel 6 terlihat bahwa densitas tiap hole untuk setiap kondisi penyinaran tidak seragam. Nilai densitas pada film dengan alat uji pinhole dan multihole memenuhi syarat densitas, yaitu 1 sampai 3,6. Sehingga ukuran dimensi bayangan dari penyinaran yang menghasilkan densitas tersebut dapat digunakan sebagai data penelitian. Tabel 5. Hasil Pengukuran Densitas Menggunakan Pinhole Pada FFD 650 mm KV 110 120 140
Nama Film V U W
Densitas 2,29 3,05 2,82
Tabel 6. Hasil Pengukuran Densitas Menggunakan Multihole Pada FFD 650 mm KV
Nama Film
110
X
120
Y
140
Z
Djoko Marjanto, dkk
No Lubang 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan, disimpulkan bahwa telah dibuat alat uji pinhole dan multihole yang dapat digunakan untuk mengukur dimensi focal spot pesawat sinar-X industri dengan error dibawah 3% sehingga alat uji ini memenuhi standar ASME dimana toleransi yang diberikan yaitu 5%. Alat uji tersebut mempunyai spesifikasi sebagai berikut: Bentuk Bahan Konstruksi Alat Uji Pinhole Dimensi Berat Konstruksi
Alat Uji Multihole Dimensi Berat
Lubang Diameter Lubang Panjang Lebar Bentuk Bahan Lubang Diameter Lubang Panjang Lebar
Segi empat Tungsten tebal 3 mm Satu 0,1 mm 15 cm 15 cm 503 gr Segi empat Tungsten tebal 3 mm 5 0,1 mm 15 cm 15 cm 503 gr
Saran 1. Perlu dibuat alat penunjang berupa dudukan alat uji (pinhole camera) untuk mengatur posisi alat uji secara mekanik pada saat pengujian dimensi focal spot 2. Perlu dilakukan pengujian focal spot secara berkala untuk mengetahui kondisi focal spot yang ada.
Densitas 2,19 2,54 2,27 2,27 2,43 2,95 2,92 2,87 2,89 2,95 2,52 2,84 2,48 2,76 2,75
DAFTAR PUSTAKA 1. Anonim, Obyek Inspeksi, http://ansn.bapeten.go.id, diakses pada tanggal 06 Maret 2012 pada jam 11.53 WIB. 2. Pusdiklat-BATAN, 2008, Radiografi Level I– Teknik Radiografi, Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN), Jakarta. 3. Anonim, Radiography in Modern Insdustry, Kodak. . 4. Pusdiklat-BATAN, 2001, NDT Umum, Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN), Jakarta. 5. American Society of Mechanical Engineers, 2007, ASME Section V Divisoin 2: RADIOGRAPHIC EXAMINATION, The American Society of Mechanical Engineering, New York.
153
STTN-BATAN & PTAPB-BATAN
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 6. Anonim, Properties of Tungsten, http://www.tungsten.com, diakses pada tanggal 01 Agustus 2012 pada jam 08.44 WIB. 7. Anonim, Angka Penting dan Pengolahan Data, http://sitrampil.ui. ac.id, diakses pada 01 Agustus 2012 pukul 09.16 WIB.
STTN-BATAN & PTAPB BATAN
154
Djoko Marjanto, dkk
