Fisika Medis Indonesia: IONIZATION CHAMBER

IONIZATION CHAMBER

Oleh Berry Devanda

Radiasi yang mengionisasi setiap materi atau partikel yang dilaluinya disebut radiasi pengion (Ionizing Radiation). Sedangkan radiasi yang tidak menyebabkan terjadinya ionisasi disebut non Ionizing Radiation.

Radiasi pengion dibagi menjadi dua yaitu

1. Radiasi pengion secara langsung.

Radiasi ini disebabkan oleh partikel bermuatan seperti electron, proton, partikel α dan partikel berat

2. Radiasi pengion tak langsung

Radiasi ini disebabkan oleh partikel netral seperti photon (sinar-X dan sinar Gamma) dan neutron

Hal tersebut dapat dijelaskan dalam diagram berikut :

Partikel yang mengionisasi materi dalam lintasannya untuk menghasilkan pasangan ion dapat dideteksi dengan menggunakan alat seperti Ionization Chamber, Proportional Counter, Geiger Muller Counter, Film, Chemical Dosimeter, Scintillation Counter, Cerenkov Counter, Thermoluminesent Dosimeter dan Calorimeter. Tabel berikut menjelaskan berbagai macam alat deteksi beserta zat yang digunakan dan tipe keluarannya.

Detector yang menggunakan gas ada 3 yaitu, Ionization Chamber, Proportional Counter, Geiger Muller Counter atau disingkat Geiger Counter. Keluaran alat ini berbentuk elektrik atau beda tegangan (tinggi pulsa) detector yang menggunakan gas memiliki prinsip kerja yang pada dasarnya sama, yaitu ionisasi gas yang disebabkan oleh radiasi yang ditembakan ke tabung gas. Gas yang digunakan pada umumnya adalah gas-gas mulia seperti helium, argon, neon dan lain-lain. Penggunaan gas mulia ini karena merupakan gas yang paling stabil. Foton yang meradiasi gas dalam tabung menyebabkan terjadinya ionisasi menjadi electron (negative ion) dan positive ion. Dengan beda potensial tertentu ion positive akan tertarik ke katoda (-) dan ion negative akan tertarik ke anoda (+).

Hal yang membedakan ketiga detector ini adalah besar tegangan yang digunakan. Seperti yang ditunjukan oleh gambar berikut :

Ionization Chamber beroperasi pada beda potensial yang lebih rendah jika dibandingkan dengan Proportional Counter dan Geiger Counter. Pada gambar 2, terlihat bahwa jika tegangan yang terpasang tidak mencukupi angka tertentu, maka ion yang terbentuk karena radiasi akan menggabungkan diri lagi menjadi partikel gas.

PRINSIP KERJA IONIZATION CHAMBER

Pada saat ini, terdapat beberapa macam Ionization Chamber. Ionization Chamber yang banyak digunakan saat ini adalah yang menggunakan udara bebas sebagai gasnya. Ketika partikel radiasi ditembakan ke dalam tabung (chamber) ionisasi, misalkan partikel β, maka partikel tersebut akan mengionisasi gas yang terdapat dalam tabung. Proses tersebut akan menghasilkan ion positive dan ion negative. Seperti pada gambar 3. Dengan beda potensial tertentu maka Ion (-) akan tertarik ke Anoda (+) dan ion (+) akan tertarik ke katoda (-). Ion (+) bergerak lebih lambat karena lebih massif dari ion (-) atau electron.

PRINSIP KERJA IONIZATION CHAMBER

Jika tegangan yang diberikan terlalu rendah, maka beberapa electron dan ion (+) akan bergabung kembali (recombine) sebelum mencapai elektroda sehinggaion kembali menjadi molekul tak bermuatan. Dengan potensial tertentu maka akan terdeteksi arus dengan menyimpangnya jarum ampermeter. Arus yang terdeteksi biasanya sangat kecil, sekitar beberapa microampere, namun masih dapat terdeteksi.

Sebuah arus listrik adalah sebuah aliran electron pada kawat dalam sebuah rangkaian sederhana. Electron secara terus menerus berputar-putar dalam kawat rangkaian. Ketika electron meninggalkan satu bagian kawat maka akan segera digantikan oleh electron selanjutnya. sebenarnya, pada ionization chamber tidak terdapat ion atau electron. Namun proses radiasi dari sumberlah yang menyebabkan timbulnya ion tersebut dan tertarik ke elektroda sehingga dapat terdeteksi oleh Ampere meter. Sumber-sumber yang sangat radiokatif dapat menggantikan ion secara cepat sehingga menghasilkan arus yang besar. Demikian sebaliknya.

MENGHITUNG PULSA TEGANGAN

Tinggi pulsa tegangan yang dihasilkan oleh sebuah sumber bergantung pada jumlah pasangan ion yang dihasilkan dalam tabung (Chamber). Semakin banyak pasangan ion yang dihasilkan maka akan semakin besar pula pulsa tegangan yang terdeteksi. Selain itu, tinggi pulsa juga bergantung kepada besar kapasitansi C yang digunakan dalam alat Ionization Chamber.

Untuk menghitung pulsa tegangan digunakan persamaan berikut :

ΔV = Tinggi pulsa/tegangan yang dihasilkan (Volt)

Q = Muatan (Coulomb)

C = Kapasitansi (Farad)

n = Jumlah pasangan Ion yang terbentuk

e = Muatan 1 elektron (1,6 x 10^-19 C)

Contoh Soal :

Sebuah Partikel Beta 1 MeV dapat menimbulkan 5 x 10⁵ pasangan ion sebelum terhenti dalam Ionization Chamber yang berkapasitansi 1 pF. Berapakah tegangan yang dtimbulkan oleh partikel tersebut.