1. 1.1 Radiasi Benda Hitam
Radiasi benda hitam menjadi fenomena awal munculnya teori
Kuantum. Yang pertama kali memperkenalkan Istilah “benda hitam” yaitu Gustav Robert
Kirchhoff (1824-1887) pada tahun 1862. Benda
hitam (blackbody) adalah sebutan untuk benda yang mampu menyerap dan melepaskan
kalor radiasi (radiasi termal) dengan baik. Radiasi termal yang diserap akan
dipancarkan kembali oleh benda hitam dalam bentuk radiasi gelombang
elektromagnetik, sama seperti gelombang radio ataupun gelombang cahaya. Untuk
zat padat dan cair, radiasi gelombangnya berupa spektrum kontinu, dan untuk gas
berupa spektrum garis. Sebenarnya secara teori dalam Fisika klasik, benda hitam
memancarkan setiap panjang gelombang energi yang mungkin agar energi dari benda
tersebut dapat diukur. Temperatur benda hitam itu sendiri berpengaruh terhadap
jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkannya.
Benda hitam ideal digambarkan oleh suatu rongga
hitam dengan lubang kecil sekali suatu
cahaya memasuki rongga itu melalui lubang tersebut, maka berkas itu akan
dipantulkan berkali-kali di dalam rongga tanpa sempat keluar lagi dari lubang.
Setiap kali dipantulkan, sinar akan diserap dinding-dinding berwarna hitam.Secara eksperimen,
grafik hubungan antara intensitas terhadap panjang gelombang yang dipancarkan
benda padat berpijar pada berbagai temperatur dinyatakan oleh grafik di bawah
ini.
Gambar1.1 Model rongga
yang berlubang dipanaskan dan grafik
hubungan antara intensitas terhadap panjang gelombang yang dipancarkan benda
padat berpijar pada berbagai temperatur
(Sumber : http://titan.bloomfield.edu)
1.2 Aplikasi dari Radiasi Benda Hitam
Aplikasi dari radiasi
benda hitam dalam kehidupan sehari-hari diantaranya sebagai berikut:
a.
Gejala
Pemanasan Global (Efek Rumah Kaca)
Efek rumah kaca (green house effect) yang
merupakan gejala pemanasan global adalah penerapan dari sifat radiasi benda
hitam yang merupakan gejala dari fisika kuantum yang juga merupakan bagian dari
fisika modern. Secara alamiah sinar matahari yang masuk ke bumi maka sebagaian
akan dipantulkan kembali oleh permukaan bumi ke angkasa dan sebagaian sinar
matahari yang dipantulkan itu akan diserap oleh gas-gas di atmosfer yang
menyelimuti bumi yang disebut gas rumah kaca, sehingga sinar tersebut
terperangkap dalam bumi, sehingga dapat menghangatkan seisi rumah kaca tersebut.
Gambar 1.2 : Efek Rumah Kaca
Analogi
sederhana untuk menggambarkan efek rumah kaca adalah ketika kita memarkir mobil
di tempat parkir terbuka pada siang hari. Ketika kita kembali ke mobil di sore
hari, biasanya suhu di dalam mobil lebih panas di bandingkan suhu di luar.
Karena sebagian energi panas dari matahari telah di serap oleh kursi, dashboard
dan karpet mobil. Ketika benda-benda tersebut melepaskan energi panas tersebut,
tidak semuanya dapat keluar melalui jendela tetapi sebagian di pantulkan
kembali.Penyebabnya adalah perbedaan panjang gelombang sinar matahari yang
memasuki mobil dan energi panas yang dilepaskan kembali oleh kursi.Sehingga
jumlah energi yang masuk lebih banyak dibandingkan energi yang dapat keluar.
Akibatnya kenaikan bertahap pada suhu di dalam mobil. Efek
rumah kaca telah meningkatkan suhu bumi rata-rata 1 hingga 5 derajat Celcius.
Dari 47% energi radiasi matahari yang diserap permukaan bumi, sekitar 23%
digunakan untuk menguapkan air yang terdapat dipermukaan bumi. Sekitar 10%
kembali dialirkan keangkasa dalam bentuk konduksi dan konveksi serta sekitar
14% dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromgnetik ke angkasa. Sinar
matahari yang memasuki permukaan bumi memiliki berbagai macam panjang
gelombang.
Sinar matahari
yang memasuki permukaan bumi memiliki berbagai macam panjang gelombang. Sinar
tampak berada pada panjang gelombang antara 400-700 nm, sinar inframerah pada
panjang gelombang diatas 700 nm dan sinar ultraviolet pada panjang gelombang
dibawah 400 nm.
Sinar matahari dengan panjang gelombang pendek, seperti
sinar ultraviolet dan sinar tampak, dengan mudah dapat menembus lapisan
atmosfer bumi. Ketika energi matahari ini memanaskan bumi, sebagian besar
energi dipancarkan kembali oleh bumi ke angkasa sebagai gelombang panjang.
Energi yang diserap dipantulkan kembali dalam bentuk radiasi infra merah oleh
awan dan permukaan bumi. Namun sebagian besar infra merah yang dipancarkan bumi
tertahan oleh awan dan gas CO2 dan gas lainnya, untuk dikembalikan ke permukaan
bumi. Sebenarnya dalam keadaan normal, efek rumah kaca diperlukan, untuk mempertahankan
panas di bumi. Tanpa adanya efek rumah kaca sama sekali, mungkin kondisi Bumi
akan seperti Mars, dimana kondisi di sana sangat dingin dan tidak memungkinkan
adanya kehidupan. Akibat dari ulah manusia menyebabkan naiknya konsentrasi gas
karbondioksida (CO2) dan gas-gas lainnya di atmosfer. Kenaikan konsentrasi gas
CO2 ini disebabkan oleh kenaikan pembakaran bahan bakar minyak (BBM), batu bara
dan bahan bakar organik lainnya yang melampaui kemampuan tumbuhan-tumbuhan dan
laut untuk mengabsorbsinya.
b. Penggunaan
Pakaian
Pada siang hari, kita akan merasa lebih nyaman memakai
baju berwarna putih daripada baju berwarna hitam, akan tetapi pada malam hari
yang dingin kita akan merasa lebih hangat apabila mengenakan baju berwarna
hitam dari pada baju berwarna putih. Hal itu menunjukkan bahwa permukaan yang
gelap merupakan penyerap dan pemancar kalor yang baik dan permukaan yang
berwarna putih atau mengkilap merupakan penyerap dan pemancar kalor yang buruk.
c. Panel Surya
Panel surya adalah suatu perangkat yang digunakan untuk
menyerap radiasi dari matahari. Panel surya terdiri dari wadah logam berongga
yang di cat hitam dengan panel depan terbuat dari kaca. Kalor radiasi dari
matahari diserap oleh permukaan hitam dan dihantarkan secara konduksi melalui
logam. Bagian dalam panel dijaga tetap hangat oleh efek rumah kaca, kemudian
sirkulasi air melalui wadah logam akan membawa kalor menjauh untuk dimanfaatkan
pada sistem pamanas air domestik dan untuk memanasi kolam renang.
Gambar 1.3 Panel Surya
ad. Mengukur Suhu
Matahari
Pada temperatur yang cukup tinggi,
secara alamiah di dalam bintang-bintang akan terjadi reaksi fusi, yakni
inti-inti ringan akan bergabung membentuk inti yang lebih berat. Melalui
serangkaian tahapan reaksi fusi, inti-inti atom hidrogen bergabung membentuk
inti helium. Proses penggabungan itu digunakan untuk membangkitkan energi di
dalam bintang-bintang tersebut.
Energi yang dihasilkan oleh matahari atau bintang
tersebut terdiri atas berbagai bentuk radiasi gelombang elektromagnetik yang
dapat diketahui melalui frekuensi atau panjang gelombangnya. Semua gelombang
elektromagnetik yang dipancarkan akan merambat dalam ruang angkasa dengan
kecepatan sama, yakni dengan kecepatan spektrum cahaya. Dengan meneliti
spektrum sebuah bintang, seorang astronom akan dapat mengetahui suhu bintang.
Tidak mendekat ke matahari atau bintang dengan berpedoman pada spektrum radiasi
benda hitam. Ada temperatur yang cukup tinggi, secara alamiah di dalam
bintang-bintang akan terjadi reaksi fusi, yakni inti-inti ringan akan bergabung
membentuk inti yang lebih berat. Melalui serangkaian tahapan reaksi fusi,
inti-inti atom hidrogen bergabung membentuk inti helium. Proses penggabungan
itu digunakan untuk membangkitkan energi di dalam bintang-bintang tersebut.
Energi yang
dihasilkan oleh matahari atau bintang tersebut terdiri atas berbagai bentuk
radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat diketahui melalui frekuensi atau
panjang gelombangnya. Semua gelombang elektromagnetik yang dpancarkan akan
merambat dalam ruang angkasa dengan kecepatan sama, yakni dengan kecepatan
spektrum cahaya Dengan meneliti spektrum sebuah bintang, seorang astronom akan
dapat mengetahui suhu bintang. Tidak mendekat ke matahari atau bintang dengan
berpedoman pada spektrum radiasi benda hitam. Pada siang hari, kita akan merasa
lebih nyaman memakai baju berwarna putih daripada baju berwarna hitam. Namun,
pada malam hari yang dingin kita akan merasa lebih hangat apabila mengenakan
baju berwarna hitam daripada baju berwarna putih. Hal itu menunjukkan bahwa
permukaan yang gelap merupakan penyerap dan pemancar kalor yang baik dan
permukaan yang berwarna putih atau mengkilap merupakan penyerap dan pemancar
kalor yang buruk.
e. Termos
Lapisan perak mengkilap mencegah perpindahan kalor secara
radiasi. Lapisan tersebut memantulkan radiasi kembali ke dalam termos. Dinding
gelas, sebagai konduktor jelek, tidak dapat memindahkan kalorRuang vakum antara
dua dinding mencegah perpindahan kalor, baik secara konveksi maupun
konduksi.Sumbat dibuat dari bahan isolator. Hal ini dilakukan dengan maksud
untuk mencegah agar konveksi dengan udara luar terjadi.Pada cuaca panas, kulit
kita berkeringat. Keringat ini menguap dan kalornya diambil dari tubuh kita
sendiri sehingga tubuh kita menjadi lebih dingin. Tidak seperti manusia, anjing
tidak memiliki kulit yang berkeringat. Ketika cuaca panas, anjing menjulurkan
lidahnya agar terjadi penguapan pada air ludahnya, dan tubuh anjing menjadi
lebih dinginMengapa air yang dingin dalam kendi (dibuat dari tanah liat) lebih
dingin daripada air yang disimpan dalam sebuah bejana plastik? Pada dinding
kendi terdapat pori-pori (celah-celah) yang kecil. Kalor yang diperlukan untuk
penguapan air itu diambil dari kendi dan air didalamnya. Ini menyebabkan air
dalam kendi lebih dingin atau karena tidak dapat meradiasikan kalor keluar
kendi.
1.
EFEK
FOTOLISTRIK DAN APLIKASINYA
2.1 Fenomena
Efek Fotolistrik
Efek fotolistrik
merupakan suatu fenomena terlepasnya elektron dari permukaan logam ketika logam
tersebut dikenai cahaya. Elektron yang dipancarkan ini disebut dengan elektron
foton (fotoelektron). Efek fotolistrik juga dapat diartikan sebagai pengeluaran elektron dari suatu permukaan
(biasanya logam) ketika dikenai, dan menyerap, radiasi elektromagnetik (seperti
cahaya tampak dan radiasi ultraungu) yang berada di atas frekuensi ambang
tergantung pada jenis permukaan.Pada awalnya Hertz mengamati dan kemudian menunjukkan bahwa
elektrode diterangi dengan sinar ultraviolet menciptakan bunga api listrik
lebih mudah. Penelitian lebih mendalam tentang fenomena efek foto listrik
dilakukan oleh Philip Lenar
Efek
fotolistrik membutuhkan foton dengan energi dari beberapa electronvolts sampai
lebih dari 1 MeV unsur yang nomor atomnya tinggi.Studi efek fotolistrik
menyebabkan langkah-langkah penting dalam memahami sifat kuantum cahaya,
elektron dan mempengaruhi pembentukan konsep Dualitas
gelombang-partikel.fenomena di mana cahaya mempengaruhi gerakan muatan listrik
termasuk efek fotokonduktif (juga dikenal sebagai fotokonduktivitas atau
photoresistivity ), efek fotovoltaik , dan efek fotoelektrokimia.
1.2
Aplikasi
dari
Efek Fotolistrik
Aplikasi dari
efek fotolistrik dalam kehidupan sehari-hari diantaranya sebagai berikut:
a. Dubbing Film
Menggunakan bantuan peralatan elektronika saat itu, suara dubbing film
direkam dalam bentuk sinyal optik di sepanjang pinggiran keping film. Pada saat
film diputar, sinyal ini dibaca kembali melalui proses efek fotolistrik dan
sinyal listriknya diperkuat dengan menggunakan amplifier tabung sehingga
menghasilkan film bersuara.
Gambar 2.1 Dubbing-Film
b. Tabung
foto-pengganda (photomultiplier tube)
Dengan menggunakan tabung ini, hampir semua spektrum radiasi
elektromagnetik dapat diamati. Tabung ini memiliki efisiensi yang sangat
tinggi, bahkan ia sanggup mendeteksi foton tunggal sekalipun. Dengan
menggunakan tabung ini, kelompok peneliti Superkamiokande di Jepang berhasil
menyelidiki massa neutrino yang akhirnya dianugrahi hadiah Nobel pada tahun
2002. Di samping itu, efek fotolistrik eksternal juga dapat dimanfaatkan untuk
tujuan spektroskopi melalui peralatan yang bernama photoelectron spectroscopy
(PES).
Gambar 2.2
Photomultiplier Tube
c. Diode laser
Photo
Foto-diode atau
foto-transistor yang bermanfaat sebagai sensor cahaya berkecepatan tinggi.
Bahkan, dalam komunikasi serat optik transmisi sebesar 40 Gigabite perdetik
yang setara dengan pulsa cahaya sepanjang 10 pikodetik (10-11 detik) masih
dapat dibaca oleh sebuah foto-diode. Foto-transistor yang sangat kita kenal
manfaatnya dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik melalui efek
fotolistrik internal. Sebuah semikonduktor yang disinari dengan cahaya tampak
akan memisahkan elektron dan hole. Kelebihan elektron di satu sisi yang
disertai dengan kelebihan hole di sisi lain akan menimbulkan beda potensial
yang jika dialirkan menuju beban akan menghasilkan arus listrik.
Gambar 2.3
Diode Laser Photo
d. Sel Surya
(Solar Cell)
Sel surya yang sangat kita kenal
manfaatnya dapat mengubah energi matahari menjadi energy listrik melalui efek
fotolistrik internal. Sebuah semikonduktor yang disinari dengan cahaya tampak
akan memisahkan elektron dan hole.
Kelebihan elektron di satu sisi yang disertai dengan kelebihan hole di
sisi lain akan menimbulkan beda potensial yang jika dialirkan menuju beban akan
menghasilkan arus listrik.
Gambar 2.4 Sel Surya
Sebuah sel surya adalah sebuah alat
yang mengubah energi sinar matahari langsung menjadi listrik oleh efek
fotovoltaik. Kadang-kadang istilah sel surya digunakan untuk perangkat
dirancang secara khusus untuk menangkap energi dari sinar matahari, sedangkan
istilah sel fotovoltaik digunakan ketika sumber cahaya berada unspecified.
Sidang sel digunakan untuk membuat panel surya, modul surya, atau fotovoltaik
array. Fotovoltaik adalah bidang teknologi dan penelitian yang berkaitan dengan
penerapan sel surya dalam menghasilkan listrik untuk penggunaan praktis. Energi
yang dihasilkan dengan cara ini adalah contoh dari energi matahari.
Prinsip kerja sel surya adalah:
Cahaya yang
jatuh pada sel surya menghasilkan elektron yang bermuatan positif dan “hole”
yang bermuatan negatif. Elektron dan “hole” mengalir membentuk arus listrik.
Sel surya merupakan sebuah piranti yang mampu mengubah secara langsung energi
cahaya menjadi energi listrik. Proses pengubahan energi ini terjadi melalui
efek fotolistrik. Efek fotolistrik adalah peristiwa terpentalnya sejumlah
elektron pada permukaan sebuah logam ketika disinari seberkas cahaya. Gejala
efek fotolistrik dapat diterangkan melalui teori kuantum Einstein. Menurut
teori kuantum Einstein, cahaya dipandang sebagai sebuah paket energi (foton)
yang besar energinya bergantung pada frekuensi cahaya. Pada sel surya energi
foton akan diserap oleh elektron sehingga elektron akan terpental keluar
menghasilkan arus dan tegangan listrik. Sel surya atau sel photovoltaic, adalah
sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah-besar dioda p-n
junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi
listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek photovoltaic. Bidang riset
berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photovoltaics. Sel surya memiliki
banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari
grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi,
kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel
surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter
ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net metering.
3. SINAR X DAN
APLIKASINYA
Pada
tahun 1895 sinar X ditemukan oleh seorang ilmuwan yang berasal dari jerman
yang bernama Wilhelm Conrad Rontgent. Spektrum sinar x berada pada daerah cahaya tidak tampak
(invisible), dengan panjang gelombang sangat pendek atau memiliki frekuensi
yang sangat tinggi, sehingga sinar x memiliki daya tembus tinggi. Sinar X merupakan suatu bentuk radiasi elektromagnetik yang
memiliki panjang gelombang berkisar antara 0,01 hingga 10 nanometer dan
memiliki frekuensi antara 1016 hingga 1021 Hz.
Cara kerja sinar x adalah sebagai berikut :
Sinar X lulus dengan mudah melalui udara dan jaringan
lunak tubuh. Ketika mereka menemukan bahan lebih padat, seperti tulang, tumor,
atau fragmen logam, mereka harus berhenti. Diagnostik sinar x yang dilakukan
dengan posisi bagian tubuh yang akan diperiksa antara sinar terfokus sinar x
dan sebuah film piring berisi. Proses ini tidak menimbulkan rasa sakit. Semakin
besar kepadatan materi bahwa sinar x melalui, sinar lebih banyak diserap. Jadi
tulang menyerap lebih banyak sinar x dari otot atau lemak, dan tumor dapat
menyerap sinar lebih x dari jaringan di sekitarnya. Sinar x yang melalui mogok
tubuh plat fotografi dan berinteraksi dengan molekul perak pada permukaan film.
Setelah pelat film selesai diproses,
bahan padat seperti tulang muncul sebagai putih, sedangkan jaringan lebih
lembut muncul sebagai warna abu-abu, dan airspaces terlihat hitam. Seorang ahli
radiologi adalah seorang dokter terlatih untuk menafsirkan diagnostik sinar x,
meneliti gambar dan laporan ke dokter yang memerintahkan tes. Plain film sinar
x biasanya mengambil hanya beberapa menit untuk melakukan dan dapat dilakukan
di rumah sakit, pusat radiologi, klinik, dokter atau dokter gigi kantor, atau
di samping tempat tidur dengan mesin x-ray portabel. Penggunaan sinar-X
berkontribusi banyak dalam berbagai bidang diantaranya adalah sebagai berikut :
a.
Bidang Kesehatan
Pada bidang
kesehatan sinar X atau juga
disebut sebagai radiasi rontgen ini digunakan untuk membantu dokter untuk
melihat bagian dalam tubuh tanpa harus melakukan pembedahan.
Gambar 3.1 Foto organ tubuh hasil
penyinaran Sinar X
Penggunaan X-ray atau sinar x ini hanya dilakukan untuk membantu dalam diagnosis medis
seseorang agar tidak menimbulkan resiko yang justru membahayakan bagi
kesehatan. Beberapa manfaat Sinar X dalam dunia kesehatan, antara lain :
1.
Untuk menyelidiki penyebab dan
gejala pada penyakit pasien / mendiagnosa suatu penyakit.
2.
Dapat membantu mengkonfirmasi ada
atau tidaknya suatu penyakit atau cedera pada seorang pasien.
3.
Sinar-X lembut digunakan untuk
mengambil gambar foto yang dikenal sebagai radiograf. Sinar-X boleh menembusi
badan manusia tetapi diserap oleh bahagian yang lebih tumpat seperti tulang.
Gambar foto sinar-X digunakan untuk mengesan kecacatan tulang, mengesan tulang
yang patah dan menyiasat keadaan organ-organ dalam badan.
4.
Ahli radiologi menggunakan
pemindaian sinar-X untuk menghasilkan gambar struktur internal tubuh pasien
melalui suatu alat Radiograf. Hal ini memungkinkan berbagai diagnosa seperti
patah tulang, adanya tumor, dan bahkan melihat saluran pencernaan dapat
dilakukan dengan lebih akurat. Dengan menggunakan ‘ruang ion’ yang terletak
antara pasien dan film sinar-X, ahli radiologi dapat mengatur jumlah paparan
radiasi yang diemisikan ke pasien.
5.
Untuk melihat kondisi tulang,
gigi serta organ tubuh yang lain tanpa melakukun pembedahan yang dikenal dengan
nama Foto Rontgen.
6.
Sinar-X keras digunakan untuk
Radioterapi. Radioterapi adalah suatu pengobatan yang menggunakan sinar pengion
yang banyak dipakai untuk menangani penyakit kanker.
7.
X-rays pada CT Scanning
menghasilkan kualitas gambar yang lebih jelas untuk mendiagnosis objek tiga
dimensi tanpa bayangan dari organ lain yang dicitrakan.
a.
Bidang Perindustrian
Sinar X juga dapat digunakan untuk menunjang kegiatan-kegiatan industri,
diantaranya adalah:
1.
Membantu untuk melacak
kerusakan-kerusakan seperti retak dan aus dalam komponen mesin-mesin industri
yang mungkin tidak terdeteksi.
2.
Sebagai alat mesin mikroskopis
3.
Memperbaiki retakan / kerusakan
pada mesin-mesin industri
4.
Menghilangkan bakteri berbahaya
dari produk kalengan makanan laut dan produk lainnya.
5.
Untuk memantau kualitas produk
yang dihasilkan oleh sebuah industri.
6.
Memeriksa kecacatan dalam
struktur binaan atau bahagian-bahagian dalam mesin dan engine.
7.
Memeriksa rekahan dalam pipa
logam, dinding konkrit dan dandang tekanan tinggi.
8.
Memeriksa retakan dalam struktur
plastik dan getah.
9.
Menyelidiki struktur hablur dan
jarak pemisahan antara atom-atom dalam suatu bahan hablur.
b.
Bidang Keamanan/Security
Sinar X digunakan untuk membantu mendeteksi ada atau tidaknya sebuah
ancaman bahaya di suatu tempat. Misalnya di Bandara, sinar X dapat membantu
melihat ada atau tidaknya barang-barang berbahaya bawaan calon penumpang
pesawat.
Gambar
3.2 Penggunaan Sinar X mendeteksi barang di bandara
·
Barang yang akan
diperiksa masuk ke dalam terowongan (tunel) sistim pemeriksaan melalui ban
berjalan (konveyor belt).
·
Barang-barang yang
akan diperiksa akan dideteksi oleh sejumlah light barrier pada saat barang
tersebut masuk ke dalam terowongan.
·
Sensor mendeteksi
adanya barang masuk dan sensor akan mengirim signal ke unit pengontrol guna
mengaktifkan sinar – x.
·
Sinar – x akan
menembus barang yang berada diban berjalan (konveyor belt) sebagai bagian dari
proses pemeriksaan.
·
Barang yang akan
diperiksa akan menyerap sinar yang dipancarkan oleh pembangkit (x ray
generator).
·
Sinar yang
dipancarkan akan mengenai detektor-detektor yang ada pada dua sisi terowongan.
·
Sinar yang berbentuk
kipas akan menembus object yang berada di atas ban berjalan (konveyor belt)
seoptong demi sepotong dan signal gambar yang diterima oleh detektor-detektor
kemudian akan dikumpulkan bagian perbagian dan kan membetuk sebuah fixel pada
layar monitor.
a.
Bidang Riset Alamiah dan Ilmu Pendidikan
Sinar X juga
dapat dimanfaatkan pada berbagai riset alamiah dan ilmu pendidikan diantaranya
adalah:
1.
Sinar X dapat digunakan untuk
mempelajari struktur yang terdapat pada sebuah senyawa / benda.
2.
Digunakan oleh lembaga- lembaga
akademik dan non akademik yang berhubungan dengan ilmu pengetahuan dan
pengajaran. Beberapa diantaranya yang menggunakan adalah fakultas kedokteran,
fakultas teknik sipil, fakultas geologi dan beberapa pendidikan lainnya.
b.
Bidang Pertanian
Manfaat sinar X dalam bidang pertanian digunakan untuk menciptakan bibit
unggul yang berkualitas. Selain itu juga dapat digunakan untuk membantu
pemupukan. Manfaat
sinar utraviolet dalam bidang pertanian
sebagai salah satu bahan proses pembuahan di padukan dengan sinar x akan
membantu mendapatkan hasil produksi yang lebih baik.
c.
Bidang Kesenian
Sinar X juga dapat membantu bidang kesenian, diantaranya adalah untuk mengesahkan apakah suatu lukisan atau objek seni purba itu benar atau tiruan. Selain itu karya seni menggunakan sinar x mampu menghasilkan gambar yang indah.
4. EFEK COMPTON
Pada
tahun 1923 ditemukan bahwa sinar-x dihamburkan oleh electron bebas dimana
panjang gelombang sinar x hamburan lebih panjang dari sinar x sebelum
berinteraksi dengan electron bebas tersebut, peristiwa tersebut dinamakan
pergerseran Compton. Efek
ini ditemukan oleh Arthur Holly Compton.
Jika sejumlah elektron yang dipancarkan ditembak dengan sinar-X, maka sinar-X
ini akan terhambur. Hamburan sinar-X ini memiliki frekuensi yang lebih kecil
daripada frekuensi semula.
Gambar 4.1 Hamburan Compton
Percobaan
Compton cukup sederhana yaitu sinar X monokromatik (sinar X yang memiliki panjang gelombang
tunggal) dikenakan pada keping tipis berilium sebagai sasarannya. Kemudian
untuk mengamati foton dari sinar X dan elektron yang terhambur dipasang
detektor. Sinar X yang telah menumbuk elektron akan kehilangan sebagian
energinya yang kemudian terhambur dengan sudut hamburan sebesar θ terhadap arah semula. Berdasarkan
hasil pengamatan ternyata sinar X yang terhambur memiliki panjang
gelombang yang lebih besar dari panjang gelombang sinar X semula. Hal ini dikarenakan sebagian
energinya terserap oleh elektron. Jika energi foton sinar X mula-mula hf dan energi foton sinar X yang terhambur menjadi (hf – hf’)
dalam hal ini f > f’,
sedangkan panjang gelombang yang terhambur menjadi tambah besar yaitu λ2
> λ1.
Konsep
hamburan Compton diterapkan pada Teleskop Pencar Compton yang berkembang
menjadi Comptel (Compton Telescope) serta Spektroskopi gamma.
a. Teleskop
Compton (Comptel)
Teleskop
pencar Compton biasanya memiliki dua tingkat instrumen. Pada
tingkat atas, sinar gamma Compton menyebarkan kosmik dari sebuah elektron dalam
suatu sintilator. Foton tersebar kemudian bergerak
kebawah ketingkat kedua bahan sintilator yang benar-benar menyerap
foton tersebar. Comptel
merupakan bentuk perkembangan dari teleskop pencar Compton. Prinsip kerja
Comptel :
Sebuah foton
masuk dari atas dan menyebarkan Compton di lapisan deteksi pertama (biru)
kemudian sebagian diserap dalam lapisan kedua (hijau). Area efektif yang dapat
dideteksi oleh teleskop pencar Compton relatif kecil, karena hanya sejumlah
kecil insiden sinar gamma Compton tersebar ditingkat atas. Resolusi energi
untuk detektor ini cukup baik 5-10%, dibatasi oleh ketidakpastian dalam
pengukuran energi yang disimpan oleh setiap lapisan.
Penelitian
teleskop Compton pada saat ini menekankan pada cara pelacakan elektron tersebar
ditingkat atas, sehingga solusi lengkap untuk lintasan masuk dari sinar gamma
dapat ditentukan. Hal ini memungkinkan Comptel memiliki pendekatan analisis
data lebih konvensional.
b. Spektroskopi
gamma
Sinar gamma
ini dihasilkan oleh suatu bahan radioaktif. Sinar gamma adalah termasuk sinar
yang tidak dapat dilihat oleh mata, untuk itu perlu adanya detektor. Detektor
yang digunakan adalah NaI (Tl). Apabila sinar gamma mengenai detektor NaI(Tl)
maka akan terjadi tiga efek, yaitu efek fotolistrik, efek compton dan bentukan
pasangan. Efek fotolistrik terjadi apabila ada sinar gamma yang mengenai
elektron di kulit K dari sebuah atom maka
elektron tersebut akan kosong sehingga akan diisi oleh elektron dari kulit yang
lain, transisi ini yang menyebabkan terjadinya efek fotolistrik. Efek compton
adalah efek yang terjadi apabila sinar gamma mengenai elektron bebas atau
elektron terluar dari suatu atom yang dianggap daya ikatnya sangatlah kecil
sehingga sama dengan elektron bebas. Apabila sinar gamma memancar ke elektron bebas
ini maka akan terjadi hamburan, yang disebut hamburan compton. Sedangkan Efek
bentukan pasangan terjadi ketika sinar gamma melaju di dekat inti atom sehingga
akan terbentuk pasangan positron dan elektron, syaratnya tenaga sinar haruslah
cukup. Dari ketiga efek tersebut, efek comptonlah yang paling kuat hal ini
diakibatkan karena tenaga yang digunakan untuk melepas elektron juga yang lebih
besar. Dan dari ketiga efek tersebut menghasilkan sintilasi atau pancaran
cahaya, pancaran cahaya ini akan diteruskan ke fotokatoda yang dapat
menguraikan cahaya ini menjadi elektron-elektron. Elektron ini masih lemah maka
harus dikuatkan lagi dayanya oleh pre amplifier, dan dikuatkan tinggi pulsa
dengan amplifier. Lalu elektron tadi dimasukkan ke PMT yang terdiri dari tegangan
bertingkat dan banyak katoda, keluaran dari PMT menjadi berganda. Kemudian
melalui counter nilai cacahnya dapat diketahui. Dalam spektroskopi gamma juga
dicari resolusi tenaganya, semakin kecil resolusinya semakin bagus data yang
diperoleh, semakin besar resolusinya maka semakin tidak valid data yang
diperoleh.
Referensi :
Forum Sains Online. 2015. Efek Compton . [Online]
Tersedia : http:fisika-online1.blogspot.com/2015/07/efek-compton.html [21 Oktober 2016]
Learningcomfortability.
2011. Aplikasi konsep Fisika modern [Online] Tersedia
:http://learningcomfortability.blogspot.co.id/2011/10/aplikasi-konsep-fisika-modern.html
[21 Oktober 2016]
Phinaka. 2015.
Hasil Karya Sinar-X. [Online] Tersedia :
http://princessphinaka.blogspot.co.id/ [21 Oktober
2016]
Ramliyana.
2013. Radiasi Benda Hitam dan aplikasinya. [Online] Tersedia : http://ramliyana-fisika.blogspot.co.id/2013/04/radiasi-benda-hitam-dan-penerapannya.html
[21 Oktober 2016]
