Oleh: dianny | April 7, 2008

DIFRAKSI SINAR X

Sinar X

  • Merupakan radiasi elektromagnetik berenergi tinggi

  • Dihasilkan akibat interaksi antara berkas berkas elektron eksternal dengan elektron pada kulit atom.

  • Spektrum sinar x memiliki:

panjang gelombang antara10-5-1 nm,

frekuensi antara 1017-1020 Hz,

Energi antara 103-106 eV.

  • Panjang gelombnag Sinar X memiliki orde yang sama dengan jarak antara atom.

Prinsip difraksi Sinar X

  • Sinar X terpancar dari tabung Sinar X.

  • Difraksi sinar X yang konvergen diterima slit.

  • Sinar X diterima detektor,

diubah menjadi sinyal listrik.

  • Sinyal ini dihitung sebagai analisa pulsa tinggi.

Interaksi Sinar X dengan material

  1. Energi berkas Sinar X terserap oleh atom.

  2. Energi berkas Sinar X dihamburkan oleh atom

Difraksi Sinar X

  1. Proses hamburan sinar X oleh bahan kristal.
  2. Difraksi tergantung pada struktur kristal dan panjang gelombang.
    1. jika (λ) ukuran atom, tidak terjadi difraksi
    2. jika (λ) < ukuran atom, terjadi difraksi

    Difraksi Sinar X

    • Teknik yang digunakan dalam karakterisasi material.

    • Untuk mendapatkan informasi mengenai ukuran atom.

    Hukum Bragg

    n = 1,2,3,…. orde pertama, kedua, ketiga dst

    d jarak antara 2 bidang pantul yang berdekatan

    θ sudut antara sinar datang dan sinar pantul

    Interferensi konstruktif terjadi jika selisih lintasan antara dua sinar berurutan merupakan kelipatan dari panjang gelombangnya (λ)

    Karakterisasi XRD Kristal


Oleh: dianny | Maret 6, 2007

xrd

Wilhelm Rontgen ca. 1895. Inset: Radiograph tangan Nyonya Rontgen’s.

Bisakah pembaca bayangkan andaikata dunia tak punya alat Rontgen? Nyaris mustahil! Wilhelm Conrad Rontgen si penemu sinar X dilahirkan tahun 1845 di kota Lennep, Jerman. Dia peroleh gelar doktor tahun 1869 dari Universitas Zurich. Selama sembilan belas tahun sesudah itu, Rontgen bekerja di pelbagai universitas, dan lambat laun peroleh reputasi seorang ilmuwan yang jempol. Tahun 1888 dia diangkat jadi mahaguru bidang fisika dan Direktur Lembaga Fisika Universitas Wurburg. Di situlah, tahun 1895, Rontgen membuat penemuan yang membuat namanya kesohor.

Tanggal 8 Nopember 1895 Rontgen lagi bikin percobaan dengan “sinar cathode.” Sinar cathode terdiri dari arus electron. Arus diprodusir dengan menggunakan voltase tinggi antara elektrode yang ditempatkan pada masing-masing ujung tabung gelas yang udaranya hampir dikosongkan seluruhnya. Sinar cathode sendiri tidak khusus merembes dan sudah distop oleh beberapa sentimeter udara. Pada peristiwa ini Rontgen sudah sepenuhnya menutup dia punya tabung sinar cathode dengan kertas hitam tebal, sehingga biarpun sinar listrik dinyalakan, tak ada cahaya yang bisa terlihat dari tabung. Tetapi, tatkala Rontgen menyalakan arus listrik di dalam tabung sinar cathode, dia terperanjat melihat bahwa cahaya mulai memijar pada layar yang terletak dekat bangku seperti distimulir oleh sinar lampu. Dia padamkan tabung dan layar (yang terbungkus oleh barium platino cyanide) cahaya berhenti memijar. Karena tabung sinar cathode sepenuhnya tertutup, Rontgen segera sadar bahwa sesuatu bentuk radiasi yang tak kelihatan mesti datang dari tabung ketika cahaya listrik dinyalakan. Karena ini merupakan hal yang misterius, dia sebut radiasi yang tampak itu “sinar X.” Adapun “X” merupakan lambang matematik biasa untuk sesuatu yang tidak diketahui.

Tergiur oleh penemuannya yang kebetulan itu, Rontgen menyisihkan penyelidikan-penyelidikan lain dan pusatkan perhatian terhadap penelaahan hal-ihwal yang terkandung dalam “sinar X.” Sesudah beberapa minggu kerja keras, dia menemukan bukti-bukti lain seperti ini: (1) sinar X bisa membikin sinar pelbagai benda kimia selain “barium platinocyanide.” (2) sinar X dapat menerobos melalui pelbagai benda yang tak tembus oleh cahaya biasa. Khusus Rontgen menemukan bahwa sinar X dapat menembus langsung dagingnya tetapi berhenti pada tulangnya. Dengan jalan meletakkan tangannya antara tabung sinar cathode dan layar yang bersinar, Rontgen dapat melihat di layar bayangan dari tulang tangannya. (3) sinar X berjalan menurut garis lurus; tidak seperti partikel bermuatan listrik, sinar X tidak terbelokkan oleh bidang magnit.

Sinar X memberi sumbangan besar dan kemajuan dunia kedokteran
Bulan Desember 1895 Rontgen menulis kertas kerja pertamanya mengenai sinar X. Laporannya dalam waktu singkat menggugah perhatian dan kegemparan. Dalam tempo beberapa bulan, beratus ilmuwan melakukan penyelidikan sinar X, dan dalam tempo setahun sekitar 1000 kertas kerja diterbitkan tentang masalah itu! Salah seorang ilmuwan yang penyelidikannya langsung bersandar dari hasil penemuan Rontgen adalah Antoine Henri Becquerel. Orang ini, meskipun maksud utamanya menyelidiki sinar X, justru menemukan fenomena penting tentang radioaktivitas.

Secara umum, sinar X bekerja bilamana enerji tinggi elektron mengenai sasaran. Sinar X itu sendiri tidak mengandung elektron, tetapi gelombang elektron magnetik. Oleh karena itu pada dasarnya dia serupa dengan radiasi yang dapat terlihat mata (yaitu gelombang cahaya), kecuali panjang gelombang sinar X jauh lebih pendek.

Penggunaan sinar X yang paling dikenal –tentu saja– di bidang pengobatan dan diagnosa gigi. Penggunaan lain adalah di bidang radioterapi, di mana sinar X digunakan untuk menghancurkan tumor ganas atau mencegah pertumbuhannya.

Sinar X juga banyak digunakan di pelbagai keperluan industri. Misalnya, bisa digunakan buat ukur tebal sesuatu benda atau mencari kerusakan yang tersembunyi. Sinar X juga berfaedah di banyak bidang penyelidikan ilmiah, mulai dari biologi hingga astronomi. Khususnya, sinar X menyuguhkan para ilmuwan sejumlah besar informasi yang berkaitan dengan atom dan struktur molekul.

Kendati begitu, orang janganlah berlebih-lebihan menilai arti penting Rontgen. Memang benar, penggunaan sinar X membawa banyak manfaat, tetapi orang tidak bisa berkata dia telah merombak keseluruhan teknologi kita, seperti halnya penemuan Faraday atas pembuktian elektro magnetik. Begitu pula orang tidak bisa bilang penemuan sinar X benar-benar merupakan arti penting yang mendasar dalam teori ilmu pengetahuan. Sinar ultraviolet (yang panjang gelombangnya lebih pendek ketimbang cahaya yang tampak oleh mata) telah diketahui orang hampir seabad sebelumnya. Adanya sinar X –yang punya persamaan dengan gelombang ultraviolet, kecuali panjang gelombangnya masih lebih pendek– masih berada dalam kerangka fisika klasik. Di atas segala-galanya, saya pikir layak menempatkan arti penting Rontgen di bawah Becquerel yang penemuannya lebih punya makna penting yang mendasar.

Rontgen tak punya anak, karena itu dia dan istrinya mengangkat anak seorang gadis. Tahun 1901 Rontgen menerima Hadiah Nobel untuk bidang fisika, yang untuk pertama kalinya diberikan untuk bidang itu. Dia tutup usia di Munich, Jerman tahun 1923.
Advanced X-Ray Analysis

xrd 6000

http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=56
Kategori Kimia Analisis
Melihat Wajah Molekul dengan Sinar X
Oleh Silvia Iskandar

Kristalografi adalah cabang ilmu pengetahuan yang telah banyak menyumbangkan informasi mengenai struktur molekul, yang sangat diperlukan dalam melakukan berbagai penelitian. Informasi mengenai struktur molekul sangatlah berharga karena tanpa mengetahui wajah si molekul kita tidak mungkin bisa melakukan apa-apa terhadap molekul tersebut. Misalnya, untuk membuat obat, kita perlu mengetahui bagaimana struktur si molekul yang menjadi biang keladi secara mendetil supaya kita dapat menentukan struktur molekul obat yang tepat untuk “menangkap”, atau tepatnya, mengikat struktur si molekul jahat.

Cabang ilmu kristalografi dirintis oleh seorang mahasiswa muda Cambridge ketika masih berusia 22 tahun, Bragg muda, dan ayahnya, pada tahun 1912. Karena pada saat itu Bragg masih terlalu muda, dan ayahnya sudah bekerja sebagai dosen, orang selalu menyangka bahwa si ayahlah yang berperan besar dalam penemuan ini, suatu kesalahpahaman yang membuat si anak terobsesi untuk diakui dunia sampai akhir hayatnya.
Kita tidak mungkin dapat melihat sebuah atom dengan mikroskop apapun kalau kita menggunakan cahaya biasa karena besar sebuah benda haruslah paling tidak separuh dari panjang gelombang cahaya yang dipakai untuk melihatnya. Sinar X yang panjang gelombangnya hanya 10-12 meter memungkinkan kita untuk masuk ke dalam dunia molekuler. Gelombang sinar X yang mengenai sebuah benda akan terbelokkan dan gelombang yang terbelokkan ini akan saling berinteraksi. Gelombang-gelombang ini saling menguatkan maupun saling meniadakan satu sama lain, sehingga bila diproyeksikan ke sebuah layar akan tampaklah titik-titik, (di mana gelombang-gelombang saling menguatkan) dan selebihnya tidak terlihat apa-apa (di mana gelombang-gelombang saling meniadakan)

Peta kepadatan elektron
Bila sebuah kristal yang terdiri atas atom-atom yang tersusun rapi ditembak dengan sinar X, setiap atom yang ada akan membelokkan setiap gelombang sinar X yang mengenainya dan menghasilkan pola titik-titik yang dapat diartikan sebagai peta letak setiap atom dalam kristal tersebut. Kemudian dengan rumus transformasi Fourier, titik-titik yang tampaknya tak berarti ini kembali diubah menjadi kurva meliuk-liuk yang berlapis-lapis, yang disebut peta kepadatan elektron. Bentuk kurva inilah yang merupakan bentuk molekul yang kita selidiki. Rumus-rumus yang dipakai dalam kristalografi mungkin sulit dan memusingkan. Namun sebenarnya, prinsipnya sesederhana permainan bayang-bayang di dinding dengan jari yang sering kita lakukan pada saat mati lampu. ( ~u^).

Sejak Bragg muda dan ayahnya menerima Nobel pada tahun 1915, telah banyak perubahan dalam teknik kristalografi. Misalnya, untuk molekul-molekul yang sulit dikristalkan karena daya tarik antar atomnya yang lemah, telah dikembangkan metode lain yaitu NMR (Nuclear Magnetic Resonance – resonansi magnetis inti atom) yang sekarang juga tidak kalah populernya dalam menentukan struktur molekul. Synchrotron – sebuah rotor yang dapat berputar dengan kecepatan tinggi sambil melontarkan partikel-partikel atom yang bermuatan – digunakan untuk menghasilkan sinar X berenergi tinggi, yang dapat menghasilkan peta pola atom yang lebih jelas. Kristal pun sekarang dapat dibuat dengan menyemprotkan larutan dari molekul yang ingin kita selidiki ke sebuah panel yang super dingin, sehingga kita memperoleh bukan sebuah kristal, tapi selapis kristal yang peta atomnya jauh lebih mudah dipelajari.

Pada bulan Juli 2002, lebih dari 12,000 struktur protein telah terdaftar dalam Protein Data Bank. Suatu jumlah yang tidak tanggung-tanggung. Namun para ilmuwan kristalografi tidak puas hanya dengan melihat “wajah” para molekul yang digelutinya. Mereka juga ingin melihat wajah-wajah yang “ekspresif”, struktur molekul-molekul ini pada saat bekerja.

Berbagai reaksi kimia banyak melibatkan intermediate structure, yaitu struktur molekul yang hanya muncul sesaat dan kemudian hilang lagi. Untuk mengerti proses kimia secara keseluruhan, keberadaan molekul ini juga tidak kalah pentingnya dengan molekul hasil reaksi akhir, namun karena hidupnya yang sangat singkat, (yang selama beberapa picosecond, 10-12 detik), kita tidak mungkin dapat melihatnya dengan teknik kristalografi konvensional.

Dengan membiarkan reaksi berlangsung pada suhu yang serendah mungkin, kecepatan reaksi dapat diperlambat sedemikian rupa sehingga si molekul berumur pendek ini dapat dideteksi. Atau bisa juga dengan pembekuan reaksi secara mendadak, tepat pada saat intermediate structure ini terbentuk. Komposisi zat-zat yang direaksikan juga dapat diatur sehingga kesetimbangan reaksi bergeser dan intermediate structure ini banyak terbentuk.

Salah satu kristal myoglobin
Fotolisis merupakan teknik yang digunakan dalam penelitian myoglobin (protein yang mengikat oksigen dan menghantarkannya ke otot, kemudian mengangkut CO buangan) yang dilaporkan di Science bulan lalu. Laser yang ditembakkan ke kristal myoglobin memicu reaksi pelepasan CO oleh myoglobin. Tepat pada saat ini, sinar X ditembakkan dan gerakan myoglobin yang singkat pun diproyeksikan. Beberapa saat kemudian, sinar X kembali ditembakkan; hal ini diulang berkali-kali sehingga diperoleh banyak proyeksi gerakan myoglobin. Hasilnya, perubahan struktur myoglobin dapat dianimasikan, persis sama seperti film kartun: gambar-gambar diam yang diperlihatkan berurutan secara cepat membuat gambar itu tampak bergerak.

Kristalografi masa kini tidak hanya dapat “memotret” wajah molekul, tapi juga dapat “mem-videokan” senyumannya.

Referensi
SCIENCE Vol 300, 20 June 2003, p.1944-1947
X-ray Crystallography
Time-Resolved Macromolecular Crystallography

http://www.batan.go.id/infonuklir/Tips/tips_kes2.htm
RADIASI DI BIDANG KEDOKTERAN

Jika kita tidak tahu kegunaan praktis zat radioaktif dan radiasi yang dipancarkan oleh zat tersebut, kita tidak dapat membenarkan pembuatan dan penanganannya. Namun, sejak tabung sinar-X diciptakan pada tahun 1895 dan zat radioaktif alam ditemukan pada tahun 1896, manusia telah memanfaatkan radiasi dengan berbagai cara. Sebagian besar penerapan teknisnya didasarkan atas sifat sinar yang memancar dan zat radioaktif. Juga, menggunakan kemampuan radiasi yang amat kuat untuk membunuh sel. Sinar-X mirip sifatnya dengan radiasi gamma yang dipancarkan oleh inti. Sebutan sinar-X dan radiasi gamma mengungkapkan sumber radiasi. Radiasi gamma dihasilkan bila inti suatu zat radioaktif meluruh. Sebaliknya, sinar-X dihasilkan oleh sebuah tabung sinar-X yang tidak radioaktif. Tabung sinar-X dioperasikan dengan listrik dan sinar-X dapat dibuat dan dihentikan dengan tombol. Kapasitas sinar yang memancar dan sinar-X biasanya lebih lemah dan radiasi gamma. Jika kita membutuhkan radiasi yang lebih kuat daripada sinar-X untuk pengobatan, kita dapat menggunakan unit telekobal. Dalam hal inii sumber radiasi adalah suatu bahan radioaktif yang disebut kobal-60. Bahan inii disimpan dalam pelindung radiasi yang tertutup rapat. Dengan membuka celah pada pelindungnya, sinar radiasi dapat diarahkan ke benda yang diinginkan. Ada juga radioisotop-radioisotop lain selain kobal-60 yang bisa digunakan. Baik sinar-X dan radiasi gamma adalah radiasi elektromagnetik yang sama dengan gelombang radio, sinar radar. cahaya dan radiasi ultra violet (UV) tidak mempunyai massa. Namun, energi radiasi gamma dan sinar-X lebih tinggi daripada jenis radiasi elektromagnetik lain. Ketika seberkas cahaya terang menyinari seseorang, cahaya seluruhnya diserap dan menghasilkan suatu bayangan hitam. Tetapi, sinar-X sebagian menembus tubuh dan mengakibatkan suatu bayangan semu.

Bayangan yang dihasilkan oleh sinar-X memuat bidang gelap dan bidang terang, karena tulang dan jaringan tebal lebih efektif daripada otot dan lemak untuk menghalangi radiasi. Oleh karena itu film tidak tampak gelap di belakang tulang, tidak sebagaimana di belakang jaringan tipis. Jika sebuah film ditempatkan pada bayangan seorang pasien, film tersebut akan menghasilkan citra dari bagian dalam tubuh pasien misalnya, tulang akan tampak terang pada film. Jika seseorang perlu memeriksakan usus atau tulang rawannya yang secara normal tidak tampak secara jelas pada film, pasien itu harus menggunakan medium kontras baik dengan cara diminum atau melalui suntikan. Ketika medium ini masuk ke tempat yang akan disinari, radiasinya menurun dan memberikan citra organ tersebut lebih jelas pada gambar sinar-X. Di banyak negara, orang-orang mendapat pemeriksaan sinar-X secara rutin. Pemeriksaan dada dengan sinar-X mengungkapkan misalnya, penyakit tuberculosis dan penyakit paru-paru lainnya pada tahap awal, yang masih dapat disembuhkan. Demikian juga ratusan dan ribuan wanita diselamatkan dari efek buruk kanker payudara dengan bantuan mammography atau payudara disinari dengan sinar-X.

Sinar-X dan radiasi gamma juga digunakan dalam terapi, yaitu pengobatan terhadap penyakit. Pengobatan ini didasarkan pada kemampuan radiasi yang intensif untuk membunuh sel. Seringkali, radiasi dapat mematikan tumor yang bersifat ganas. Kadang-kadang radiasi digunakan untuk menggantikan pengobatan dan kadang-kadang digunakan untuk melengkapi/menyempurnakan pengobatan. Tumor yang ganas dikenai radiasi yang sangat kuat secara berulang-ulang, mungkin setiap hari, selama jangka waktu beberapa minggu. Radioterapi diberikan setiap hari dan berbagai arah dengan sinar radiasi yang difokuskan secara tepat. Dengan cara ini, tumor menjadi sasaran tembakan yang bersilangan dan menerima dosis radiasi yang sangat tinggi sementara jaringan-jaringan sehat di sekitarnya akan terkena radiasi dalam jumlah yang lebih sedikit. Kerusakan yang mungkin terjadi pada jaringan-jaringan sehat akan berangsur pulih pada saat pengobatan, sementara itu tumor yang ganas menjadi mati.

Adakalanya, sinar-X tidak cukup kuat sehingga dibutuhkan radiasi gamma yang lebih kuat. Maka alat yang digunakan adalah unit telekobal. Kadang-kadang hasil terbaik dicapai dengan radiasi beta. Radiasi beta dihasilkan oleh sebuah unit yang dinamakan betatron. Pada kasus khusus, sumber radiasi kecil yang kuat dimasukkan ke dalam tubuh dekat dengan sasaran yang akan diobati, dan dibiarkan untuk beberapa waktu. Produksi yang berlebihan dan hormon gondok dapat dikendalikan dengan cara pasien meminum suatu larutan yang mengandung iodium-131. lodium akan sampai pada kelenjar gondok dan memberikan radioterapi internal. Bahan obat­obatan radioaktif ini disebut preparat radiofarmaka.
Radiasi yang sangat intensif juga digunakan untuk sterilisasi alat-alat bedah dan obat-obat tertentu. Setiap kuman, bakteri dan mikroba mati oleh paparan radiasi yang cukup kuat dan lama. Teknik yang sama dapat diterapkan pada produk-produk makanan agar Iebih tahan lama. Namun, sampai sekarang konsumen secara psikologis menentang penggunaan radiasi, yang mencegah iradiasi makanan secara luas. Seorang pasien tidak menjadi radioaktif setelah pemeriksaan dengan sinar-X. Alat-alat bedah yang disterilisasi dengan radiasi tidak menjadi radioaktif. Demikian juga, produk makanan yang disinar dengan radiasi gamma tidak menjadi radioaktif pula.

Halaman Muka

http://www.kompas.com/teknologi/news/0411/09/140400.htm

Black hole atau lubang hitam ternyata memancarkan sinar-X dengan dua cara yang berbeda, demikian diungkapkan astronom Italia. Dengan mengerti perbedaan pemisahan komponen-komponen sinyal sinar-X itu, para ilmuwan akan bisa memahami bagimana black hole bekerja.

Sesungguhnya para ilmuwan telah menduga bahwa pancaran dan piringan materi yang mengelilingi black hole mengeluarkan pola radiasi berbeda. Namun ini adalah kali pertama observasi terhadap dua type sinar-X itu diungkapkan.

Black hole sendiri adalah monster yang penuh teka-teki. Objek ini tidak bisa diamati secara langsung, karena cahaya sekalipun tidak bisa menghindar dari gaya tarik gravitasinya. Tetapi para astronom bisa melihat radiasi kuat yang dipancarkan benda-benda ketika mereka tersedot ke inti black hole. Sinar-X adalah komponen paling jelas dari radiasi itu, yang dipancarkan material ketika mendekati ’event horizon’, titik dimana suatu benda tidak dapat lagi berbalik saat mendekati black hole.

Bila debu dan gas –yang terurai dari objek-objek angkasa– terhisap black hole, maka mereka akan membentuk piringan seperti donat dan mengelilingi black hole sebelum jatuh ke dalamnya. Tumbukan antar materi akan memanaskan ion dan elektron di piringan hingga suhu 10.000°C, dan menghasilkan pancaran sinar-X dalam proses tersebut.

Meskipun sebagian besar material akan terseret ke dalam black hole, tapi beberapa akan terlempar ke luar akibat medan magnet yang amat kuat, sehingga menciptakan dua pancaran dalam arah berlawanan. Dalam pancaran itu, elektron berputar-putar melewati medan magnet dengan laju mendekati kecepatan cahaya, menghasilkan sinar-X serupa dengan gerakan maju mundur elektron dari pemancar radio yang menghasilkan gelombang radio.

Para astronom menduga piringan ini menghasilkan sinar-X dengan energi lebih rendah dibanding energi pada pancaran langsung. Tetapi tidak seorangpun bisa menunjukkan berasal dari sumber yang manakah sinar-X yang tertangkap di teleskop kita, apakah dari piringan atau pancaran langsung. “Belum ada yang bisa melihatnya sampai sekarang,” ujar Giorgio Palumbo, seorang astrofisikawan dari Universitas Bologna, Italia.
Pencernaan Kosmis

Palumbo dan rekannya, Paola Grandi, dari Italian National Research Council’s Cosmic Physics and Space Astrophysics Institute di Bologna, mempelajari data-data yang dikumpulkan wahana Italia-Belanda BeppoSAX antara tahun 1996 dan 2001. BeppoSAX berulang kali menunjuk pada sebuah black hole, disebut 3C273, di sebuah galaksi berjarak 3 milyar tahun cahaya dari Bumi.

Mereka menemukan bahwa komponen-komponen berbeda dari sinyal sinar-X black hole ternyata bervariasi dalam hal intensitas dalam dua jangka waktu berlainan. Dengan membandingkan data-data yang dikumpulkan selama beberapa tahun, mereka bisa mengungkapkan yang mana sinar-X yang dihasilkan dari piringan dan mana yang dari pancaran.

Para peneliti berharap temuan ini akan membantu astronom-astronom menginterprestasikan sinar-X yang berasal dari black hole lain, dan memahami kinerjanya, misalnya bagaimana perubahan pada piringan black hole akan mempengaruhi pancarannya. “Ini akan memberi petunjuk bagaimana sesungguhnya sebuah black hole mencerna materi dan meludahkannya,” kata Palumbo. (nature.com/wsn)

http://www.chem-is-try.org/?sect=profil&ext=14
Seorang Ibu yang serba bisa
Dorothy Crowfoot Hodgkin 1910-1994
Oleh Silvia Iskandar

Ibu beranak tiga ini, bukanlah seorang ibu biasa. Ia adalah wanita ketiga pemenang Nobel Kimia di tahun 1963 setelah Madam Curie dan anaknya Irene Juliot Curie, dan ia juga adalah wanita kedua yang menerima penghargaan Order of Merit dari Ratu Elizabeth II setelah Florence Nightingale.

Dorothy kecil sangatlah beruntung dilahirkan di tengah-tengah lingkungan elit akademis Inggris di perantauan. Ia lahir di Kairo, Mesir, yang pada waktu itu adalah jajahan Inggris, pada saat ayahnya bertugas di sana dan bekerja untuk Egyptian Education Service. Ibunya juga adalah seorang botanis dan ahli tekstil yang menghabiskan waktu luangnya untuk membuat ilustrasi tumbuhan.

Pada saat ayahnya bertugas di Sudan, Dr. A.F Joseph, seorang kawan dari orang tuanya memberinya bahan-bahan kimia untuk menganalisis ilmenite. Dan waktu itu Dorothy hanya berusia 10 tahun! Tidak jelas apakah pada saat itu Dorothy hanya iseng-iseng atau bukan, tapi dari sejak tahun 1800-an, memang, kimia, arkeologi, dan geologi adalah mainan baru orang-orang berduit.

Setelah tamat dari Somerville College, Oxford, Dorothy bekerja di laboratorium X-ray kristalografi di Cambridge University dan bersama J.D Bernal ia mengaplikasikan difraksi sinar X pada kristal protein, pepsin. Selain mengumumkan pola difraksi sinar X dari pepsin, mereka juga mengklaim bahwa untuk mempelajari kristal protein, kristal tersebut haruslah dipelajari di dalam larutan asalnya dan bukan dikeringkan seperti umumnya pada saat itu karena kristal protein kering menghasilkan pola difraksi yang susah ditafsirkan. Metode ini kemudian menjadi standar dalam mempelajari struktur biomolekul dengan sinar X.

Pada tahun 1934 Dorothy kembali ke almamaternya, Oxford University dan tetap bergumul dengan pola-pola difraksi sinar X untuk menentukan struktur biomolekul. Salah satu sukses terbesarnya dengan insulin dimulai kira-kira pada saat ini, suatu perjuangan panjang yang diakhiri dengan kemenangan besar 34 tahun kemudian.

Di dalam lingkungan universitas ia sempat dilarang menghadiri pertemuan-pertemuan penelitian yang diselenggarakan oleh klub pengajar kimia hanya karena ia seorang perempuan. Namun bakat dan kegigihannya jugalah yang akhirnya memberinya posisi yang kuat di lingkungan akademis yang masih didominasi kaum pria pada saat itu. Segera setelah Perang Dunia ke-2 dimulai, para dokter mulai kehabisan penicillin, antibiotik yang pada saat itu hanya bisa diperoleh dengan cara tradisional: bertanam jamur. Dengan bersenjatakan sinar-X, Dorothy berhasil menentukan struktur penicillin yang memungkinkan antibiotika ini diproduksi secara sintesis dengan skala besar. Ia menggunakan metode kristal isomorf, yaitu kristal yang salah satu atomnya diganti dengan atom yang lebih berat. Atom berat ini akan menghamburkan sinar-X yang datang lebih kuat daripada atom molekul protein itu sendiri. Dengan mendifraksikan sinar-X pada beberapa kristal isomorf yang posisi penggantian atom beratnya berbeda-beda, informasi dari beberapa gambar difraksi sinar-X yang terkumpul dapat disatukan untuk menentukan struktur molekul yang sebenarnya.

Pada tahun 1937 Dorothy menikah dengan Dr. Thomas Hodgkin, lagi-lagi seorang elit akademis, keponakan dari A.L Hodgkin, pemenang hadiah nobel untuk bidang kedokteran. Dorothy dan Thomas dianugerahi 3 orang anak, 2 putra dan seorang putri. Di samping kesibukannya mengajar, meneliti dan mendidik anak-anaknya, ia bahkan masih sempat untuk berpartisipasi dalam organisasi-organisasi kemanusiaan untuk perdamaian dunia. Ia mewarisi idealisme ibunya yang kehilangan 4 saudara laki-laki dalam perang.

Semua rekan-rekan kerjanya selalu menggunakan kata-kata tulus, sederhana penuh kasih, dan perhatian bila ditanya tentang dirinya. Rumahnya selalu terbuka untuk teman-teman dan pelajar-pelajar didiknya, yang membuatnya menjadi ibu tidak hanya untuk anak-anaknya sendiri tapi juga para mahasiswa-mahasiswa yang terpesona oleh ketajaman otaknya dan kelembutan hatinya. Salah satu anak didiknya adalah Margaret Thatcher, satu-satunya perdana menteri Inggris yang mempunyai gelar di bidang sains.

Begitu sederhana dan tulusnya jalan pikiran Dorothy, ia sempat tidak mendapat visa untuk masuk ke Amerika Serikat. Ini disebabkan oleh kegigihan sikapnya untuk mengikutsertakan ilmuwan-ilmuwan dari balik tirai besi: Uni Soviet, untuk turut berpartisipasi dalam konferensi-konferensi kristalografi. Hanya setelah dunia semakin mengakui hasil kerjanya dan Uni Soviet bubar pada tahun 1990, ia baru bisa memperoleh visa Amerika.

Dorothy Crowfoot, seolah tampak begitu sempurna. Ibu yang berhasil, ilmuwan yang brilian dan aktivis kemanusian yang vokal. Namun sesungguhnya semuanya itu ia jalani sambil berperang dengan penyakit rheumatoid arthritis yang melekat pada dirinya seumur hidup sejak didiagnosa pada usia 24 tahun. Walaupun masa tuanya dilalui dengan kaki dan tangan yang lumpuh, hal ini sama sekali tidak menghalangi aktivitasnya untuk terbang ke sana ke mari menghadiri simposium-simposium internasional.

Setelah menjalani hidup yang begitu sibuk dan menentukan struktur molekul penicillin, insulin, vitamin B-12 dan banyak protein lainnya, aktivitas Dorothy dihentikan total oleh sebuah serangan stroke pada tahun 1994.

http://64.233.183.104/search?q=cache:cQzfKDNv8GUJ:www.physics.its.ac.id/staf/suminar/xrd/Selintas%2520teori%2520difraksi%2520sinar-x.pdf+proses+difraksi+sinar+x&hl=id&gl=id&ct=clnk&cd=1&ie=UTF-8

Difraksi Sinar-X
Copyright – Suminar Pratapa 2004BAB I – PRINSIP-PRINSIP DIFRAKSI SINAR-XI. PENDAHULUANSejarah mengenai difraksi sinar-x telah berjalan hampir satu abad ketika tulisan inidisusun. Tahun 1912 adalah awal dari studi intensif mengenai difraksi sinar-x. Dimulai daripertanyaan M. van Laue kepada salah seorang kandidat doktor P.P. Ewald yang dibimbing A.Sommerfeld, W. Friedrich (asisten riset Sommerfeld) menawari dilakukannya eksperimenmengenai ‘difraksi sinar-x’. Pada saat itu eksperimen mengenai hamburan sinar-x sudahdilakukan oleh Barkla. Laue mengawali pekerjaannya dengan menuliskan hasil pemikiranteoretiknya dengan mengacu pada hasil eksperimen Barkla. Laue berargumentasi, ketikasinar-x melewati sebuah kristal, atom-atom pada kristal bertindak sebagai sumber-sumbergelombang sekunder, layaknya garis-garis pada geritan optik (optical grating). Efek-efekdifraksi bisa jadi menjadi lebih rumit karena atom-atom tersebut membentuk pola tigadimensi. Eksperimen difraksi sinar-x yang pertama dilakukan oleh Herren Friedrich danKnipping menggunakan kristal tembaga sulfat dan berhasil memberikan hasil pola difraksipertama yang kemudian menjadi induk perkembangan difraksi sinar-x selanjutnya.Difraksi sinar-x merupakan proses hamburan sinar-x oleh bahan kristal. Pembahasanmengenai difraksi sinar-x mencakup pengetahuan yang berhubungan dengan hal-hal berikutini:1. pembentukan sinar-x2. hamburan (scattering) gelombang elektromagnetik3. sifat kekristalan bahan (kristalografi)Dengan demikian, difraksi sinar-x adalah topik lanjut di bidang fisika (atau kimia) yangmemerlukan pengetahuan dasar yang cukup banyak dan komplek. Untuk itulah tulisan inidisusun menurut urutan tersebut di atas dengan asumsi bahwa pembaca sudah memiliki dasaryang cukup mengenai gelombang, optika dan fisika zat padat. Bahasan mengenai prinsipkristalografi diberikan secara ringkas mengingat penekanan pembahasan pada buku ini adalahpada difraksi sinar-x. Pembaca yang berminat disarankan membaca buku-buku mengenaikristalografi seperti Introduction to Crystallography karya Donald E. Sands.II. SINAR-XPenemuan sinar-x memiliki sejarah yang, tentu saja, lebih panjang. Tahun 1895, W.C.Röntgen menghasilkan penemuan yang sangat vital dalam perkembangan sains modern.Röntgen menemukan sejenis radiasi yang keluar dari sebuah tabung muatan (discharge tube),yang karena misteriusnya diberi nama sinar-x. Menariknya, sinar-x ditemukan sebelumditemukannya elektron oleh J.J. Thomson. Skema tabung sinar-x pertama diperlihatkan pada
——————————————————————————–
Page 2
Difraksi Sinar-XCopyright – Suminar Pratapa 2004Gambar 1.1. Sedangkan Gambar 1.2 menunjukkan foto tabung sinar-x sebenarnya. Sinar-xpada tabung muatan ini terbentuk dengan cara pemberian beda tegangan pada elektroda-elektroda tabung yang menghasilkan ‘sinar elektron’ yang ditumbukkan ke bahan tertentu(pada masa itu dinamakan anticathode, anti-katoda). Anti-katoda menjadi sumber sinar-x,yang pada saat itu belum diketahui mekanisme sebab pembentukannya.Sejalan perkembangan ilmu pengetahuan diketahui bahwa sinar-x adalah radiasielektromagnetik transversal, seperti cahaya tampak, tetapi dengan panjang gelombang yangjauh lebih pendek. Jangkau panjang gelombangnya tidak terdefinisi dengan jelas tetapidiperkirakan mulai dari panjang gelombang cahaya ungu hingga sinar gamma yangdipancarkan oleh bahan-bahan radioaktif. Pembaca dipersilakan mengacu pada buku-bukuFisika Modern. Dalam kristalografi, panjang gelombang yang digunakan berkisar antara 0.5hingga 2.5Å (Guinier 1963). Penting untuk diketahui bahwa gelombang elektromagnetikmemiliki interpretasi ganda: sebagai gelombang dan sebagai partikel. Pembahasan difraksisinar-x banyak menggunakan sinar-x yang membawa sifat gelombang.Gambar 1.1. Skema tabung pembentuk sinar-x (Bragg, Phillips & Lipson 1975).Gambar 1.2. Tabung sinar-x pada awal pembuatannya (Bragg, Phillips & Lipson 1975).
——————————————————————————–
Page 3
Difraksi Sinar-XCopyright – Suminar Pratapa 2004Karena berupa gelombang elektromagnetik, sinar-x menjalar pada medium apapundengan kecepatan yang hampir tetap, yaitu setara dengan kecepatan cahaya di dalam vakum(≈ 3.0×108m/s); dengan perbedaan selalu kurang dari 0.01%. Dengan demikian, sinar-x,secara praktis, tidak terdeviasi oleh refraksi. Indeks refraksinya hanya sedikit lebih kecildaripada satu (0.99999, Guinier 1963).Karena selalu menjalar sepanjang garis lurus, sinar-x tidak dapat dibelokkan oleh lensa.Namun, sinar-x dapat dipantulkan oleh cermin – sehingga ada cermin sinar-x. Dari teorimengenai optik geometri diketahui bahwa bila sebuah berkas menjalar yang di udara bertemudengan permukaan sebuah medium padat dengan indeks n kurang dari satu, maka peristiwapantulan sempurna (total reflection) bisa terjadi saat sudut datang cukup kecil. Sudut kritisuntuk sinar-x berorde 10 – 30′ (tugas Anda untuk menghitungnya!).Awal ditemukannya difraksi sinar-x (secara teori maupun eksperimen – lihat Pengantar)memberikan ilustrasi bahwa secara prinsip sifat-sifat gelombang sinar-x dan interaksinyadengan material dapat dimanfaatkan untuk mengeksplorasi ‘keadaan mikroskopik’ material-material yang memiliki keteraturan susunan atom. Dari sinilah kemudian berkembang ilmuanalisis sinar-x (X-Ray Analysis), yang meliputi spektroskopi, difraksi, refleksi, polarisasi dansebagainya. Ada bagian di mana sinar-x menjadi objek eksperimen, ada pula bagian di manasinar-x dimanfaatkan untuk membantu menunjukkan sifat-sifat material. Salah satu contohdari yang terakhir adalah penggunaan sinar-x dalam difraksi yang bertujuan membantumenunjukkan sifat-sifat dasar material kristal. Oleh sebab itu, tidak mengherankan biladifraksi sinar-x merupakan salah satu metode standar dalam karakterisasi material.III. INTERAKSI SINAR-X DAN MATERIALAda dua proses yang terjadi bila seberkas sinar-x ditembakkan ke sebuah atom: (1)energi berkas sinar-x terserap oleh atom, atau (2) sinar-x dihamburkan oleh atom. Dalamproses yang pertama, berkas sinar-x terserap atom melalui Efek Fotolistrik yangmengakibatkan tereksitasinya atom dan/atau terlemparnya elektron-elektron dari atom. Atomakan kembali ke keadaan dasarnya dengan (1) memancarkan elektron (melalui Auger effect),atau (2) memancarkan sinar-x floresen yang memiliki panjang gelombang karakteristik atomtereksitasinya. Pada proses yang kedua, ada bagian berkas yang mengalami hamburan tanpakehilangan kehilangan energi (panjang gelombangnya tetap) dan ada bagian yang terhamburdengan kehilangan sebagian energi (Hamburan Compton). Hamburan Compton dinamakanjuga hamburan tak-koheren.Jadi serapan total sinar-x terjadi karena efek fotolistrik dan hamburan tak-koheren.Namun, hamburan tak-koheren memiliki efek menyeluruh yang dapat diabaikan, kecualiuntuk radiasi dengan panjang gelombang pendek yang mengenai material dengan berat atomrendah.
——————————————————————————–
Page 4
Difraksi Sinar-XCopyright – Suminar Pratapa 2004Dalam interaksinya dengan material, sinar-x juga dapat mengalami polarisasi linier(seperti halnya cahaya tampak), baik parsial maupun total. Dengan demikian berkas sinar-xterpolarisasi dapat diperoleh dengan cara hamburan dan untuk sudut hamburan 90°, polarisasilengkap terjadi, yaitu komponen vektor medan listrik tegaklurus bidang yang dibentuk berkasdatang dan berkas terhambur.Berkas hamburan sinar-x oleh material yang dapat diukur adalah intensitas. Intensitasberkas sinar-x yang mendekati paralel adalah fluks energi yang melewati satu satuan luasantertentu per satuan waktu. Untuk gelombang planar monokromatik, intensitas sebandingdengan kuadrat amplitudo getaran. Intensitas radiasi yang dihasilkan oleh sumber titik (atausumber kuasi-titik) pada arah tertentu adalah energi yang dipancarkan per detik per satuansudut ruang pada arah itu. Dalam pengukuran intensitas mutlak, cara termudah adalah denganmenentukan jumlah foton teremisi atau tertangkap (detektor) per satuan waktu, bisa persatuan luas atau per satuan sudut ruang. Berikut ini uraian ringkas mengenai penentuan intensitas hamburan yang dihitung darihamburan oleh sebuah elektron. Intensitas total dari sebuah sampel adalah perkalian jumlahelektron dalam sampel dengan intensitas hamburan per elektron.IV. HAMBURAN SINAR-XPerhatikan gambar 1.3. I0adalah intensitas berkas datang tak terpolarisasi yangmenjalar pada arah-X, dengan E0adalah komponen vektor medan listriknya dan ν adalahfrekuensinya. Berkas sinar-x datang menumbuk sebuah elektron bebas pada posisi (0,0,0).Yang akan ditentukan adalah intensitas radiasi terhambur pada titik P yang berjarak R darielektron pada sudut φ terhadap sumbu-X. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan teorihamburan klasik. Titik P berada di bidang XY. Berkas datang memiliki komponen vektormedan listrik yang besarnya sama pada arah Y dan Z. Tumbukan oleh berkas sinar-x denganelektron berakibat pada berpindahnya energi dari berkas sinar-x datang ke elektron sehinggaelektron dipercepat. Akibat percepatan yang dialaminya, menurut teori elektromagnetikklasik, elektron memancarkan radiasi elektromagnetik. Medan listrik dari radiasi ini adalah(Warren 1969):Gambar 1.3. Hamburan klasik oleh seberkas sinar-x tak-terpolarisasi oleh sebuah elektron.
——————————————————————————–
Page 5
Difraksi Sinar-XCopyright – Suminar Pratapa 2004Rcqa2sinαε =(1.1)dengan q adalah muatan elektron, c kecepatan cahaya dan asinα adalah komponen percepatanelektron yang menimbulkan medan listrik (Gambar 1.4). Dengan mempertimbangkan duakomponen medan listrik, dapat diketahui+=2cos122424202φRcmeEE(1.2)Intensitas berkas terhambur (dalam satuan cgs) adalah+==2cos182242402φπRcmeIEcI(1.3)Persamaan (1.3) dinamakan Rumus Thomson. Pada jarak beberapa sentimeter dari sebuahelektron, rasio I/I0berorde 10-26; kecil untuk bisa diukur. Namun, bila jumlah elektron padasebuah sampel kira-kira 1020, maka radiasi terhambur bisa dikatakan ‘lebih terukur’.Gambar 1.4. Medan listrik ε yang dihasilkan oleh muatan q yang dipercepat dengan percepatan amenurut teori elektromagnetik klasik.Bahasan berikut berkaitan dengan intensitas hamburan dari beberapa titik pusat. Untukpersoalan ini, perhatikan gambar 1.5. Berkas sejajar dengan komponen medan listrik E1, E2,E3,…Endatang menuju beberapa titik hamburan 1, 2, 3,…n. Ximenyatakan jarak mukagelombang (wave front) w ke titik pengamatan P. Bila frekuensi radiasi dan panjanggelombangnya adalah ν dan λ, medan listrik terhambur oleh pusat n adalah−=λππνεnnnXtE22cos(1.4)Dengan mengambil bentuk kompleks persamaan (1.4), dapat diperlihatkan bahwa2E=∗εε(1.5)Intensitas pada titik pengamatan adalah π82cEI =.
——————————————————————————–
Page 6
Difraksi Sinar-XCopyright – Suminar Pratapa 2004Gambar 1.5. Hamburan berkas datang paralel oleh beberapa pusat hamburan.Kenyataannya, hamburan yang terjadi di dalam material yang ditembaki dengan sinar-xbukan hanya hamburan koheren (dengan energi tidak berubah) seperti di atas, tetapi jugahamburan tak-koheren yang diakibatkan oleh Efek Compton. Perlu juga dicatat bahwa,menurut teori kuantum, hamburan oleh sebuah elektron bebas hanya terjadi melalui EfekCompton. Namun, hamburan oleh elektron pada sebuah atom tentu saja tidak mengikutihukum ini; hamburan koheren masih mungkin terjadi. Berikut ini adalah beberapa aspekmengenai intensitas hamburan yang disimpulkan dari perhitungan mekanika kuantum:(1) hamburan koheren dan Compton terjadi bersama-sama;(2) Intensitas hamburan total per elektron diberikan oleh Rumus Thomson [persamaan(1.3)];(3) Intensitas hamburan koheren adalahIfIkoh2=(1.6)dengan f dinamakan faktor struktur sebuah elektron. Penjelasan mengenai faktorstruktur ini akan diberikan pada bagian berikut ini.V. DIFRAKSI SINAR-XDifraksi sinar-x oleh sebuah materi terjadi akibat dua fenomena: (1) hamburan oleh tiapatom dan (2) interferensi gelombang-gelombang yang dihamburkan oleh atom-atom tersebut.Interferensi ini terjadi karena gelombang-gelombang yang dihamburkan oleh atom-atommemiliki koherensi dengan gelombang datang dan, demikian pula, dengan mereka sendiri.Perhitungan interferensi gelombang dapat dijelaskan sebagai berikut. Pandang seberkassinar-x paralel dan sebuah pusat hamburan O (Gambar 1.6). Bila tEπν2cos0adalah amplitudo komponen medan listrik pada O, amplitudo padasebuah titik berjarak r dari O adalah
——————————————————————————–
Page 7
Difraksi Sinar-XCopyright – Suminar Pratapa 2004Gambar 1.6. Interferensi dua gelombang dari dua pusat hamburan.( )[]φπν−−=crtfEE2cos0(1.7)dengan f disebut faktor hamburan, yaitu rasio antara amplitudo terhambur dan amplitudodatang. Secara umum, f tergantung pada sudut 2θ antara kedua radiasi. Besaran φ adalahpergeseran fase hamburan. Bila digunakan notasi kompleks,( )[]( )[]( )[]crcrtiftfEE−−=−−=πνφφπν2cosexp2cos0(1.8)Besaran( )φif−exp(1.9)dinamakan faktor hamburan kompleks.Bila pusat hamburan adalah sebuah elektron bebas, maka φ = 90°. Keadaan yang sama,secara umum, ditemukan pada hamburan dengan atom sebagai pusatnya. Gelombangterhambur memiliki fase yang berlawanan dengan gelombang datang.Kembali ke Gambar 1.6, sekarang akan dibahas radiasi resultan yang terhambur olehdua sumber hamburan O dan M. Diasumsikan bahwa pergeseran fase φ oleh kedua atomsama. Bila kedua atom identik, memang demikian keadaannya, namun hal yang sama jugaterjadi pada kebanyakan kasus di mana kedua atom berbeda. Beda fase antara keduagelombang terpancar tergantung pada posisi O dan M. Muka-muka gelombang datang danterhambur yang melewati O adalah (π0) dan (π). Panjang lintasan sinar yang melewati M lebihbesar sebanyak nMmM +=∆, dengan m dan n adalah proyeksi O pada sinar datang danterhambur yang melalui M. Arah sinar datang dan terhambur akan didefinisikanmenggunakan vektor-vektor satuan S dan S0. Panjang mM dan nM adalah
——————————————————————————–
Page 8
Difraksi Sinar-XCopyright – Suminar Pratapa 2004OMSOMS0⋅−=⋅=nMmMSehingga )(0S-SOM ⋅−=+=∆nMmM, dan beda fase keduanya adalahλπλπϕ)(220S-SOM ⋅⋅−=∆=(1.10)Didefinisikan vektor λ)(0S-Ss =yang memiliki peran besar dalam teori hamburan.Vektor ini akan dibahas lebih mendalam pada bagian berikut ini. Perhatikan Gambar 1.7.Vektor s memiliki arah sama dengan ON yang memotong sudut yang dibentuk oleh S dan -S0.Panjangnya adalah ( )()[]2/sin20SS,λ=s. Bila sudut hamburan ()0SS,sama dengan 2θ,makaλθsin2=s(1.11)Figure 1.7. Definisi dari λ)(0S-Ss =.Karena beda fase hanya tergantung pada vektor s, perhitungan interferensi tidaktergantung secara eksplisit pada S, S0dan λ, melainkan pada kombinasisS-S0=λ)(. Pentingnya s menjadikan lebih nyamannya membuat sebuah ruang baru yangdinamakan ruang resiprokal (reciprocal space) yang setiap titiknya berhubungan dengansebuah vektor s yang merupakan vektor posisi titik tersebut. Intensitas terhambur punsekarang dapat dinyatakan sebagai I(s).
——————————————————————————–
Page 9
Difraksi Sinar-XCopyright – Suminar Pratapa 2004VI. SYARAT DIFRAKSIRepresentasi matematis syarat terjadinya difraksi diberikan oleh Hukum BraggλθnsindBhkl=2dengan dhkladalah jarak antar-bidang (interplanar spacing) (hkl) untuk sebuah kristal, θBadalah sudut Bragg dan λ adalah panjang gelombang radiasi. Hukum Bragg dapat dikatakansebagai representasi non-vektorial dua dimensi sebagai syarat terjadinya difraksi.Di samping representasi dalam bentuk Hukum Bragg, terjadinya difraksi harusmemenuhi 3 persamaan Laue yang dinyatakan dengan’l)(‘k)(‘h)(=⋅=⋅=⋅302010aS-SaS-SaS-SλλλTiga persamaan Laue bukan ‘sesuatu yang lain’ dalam konteks syarat terjadinyadifraksi dipandang dari bahasan Hukum Bragg. Ketiga persamaan tersebut hanyalahrepresentasi vektorial tiga dimensi dari syarat difraksi. (Tugas: buktikan bahwa tigapersamaan Bragg akan mereduksi menjadi Hukum Bragg untuk kristal bidang).Daftar Pustaka:Bragg, L., Phillips, D. & Lipson, H. S. (1975), The development of x-ray analysis, Bell,London.Guinier, A. (1963), X-ray diffraction in crystals, imperfect crystals and amorphous bodies,W.H. Freeman, San Francisco.Warren, B. E. (1969), X-ray diffraction, Addison-Wesley Pub. Co, Massachussetts.
——————————————————————————–
Page 10
Difraksi Sinar-XCopyright – Suminar Pratapa 2004DEMONSTRASI: SIMULASI DAN ANIMASI1Untuk memahami difraksi, pertama perhatikan apa yang terjadi pada sebuah gelombangyang berinteraksi dengan sebuah partikel. Partikel menghamburkan berkas datang ke segala arahsecara seragam (lihat video). Bila seberkas sinar diarahkan ke sebuah material kristal, berkashamburan pada arah-arah tertentu bisa dijumlahkan dan bisa jadi saling menguatkan sehinggamenghasilkan berkas difraksi (lihat video).Untuk mempelajari kristal diperlukan pengetahuan mengenai kristalografi. Salah satukomponen kristalografi adalah pengindeksan bidang dan arah kristal, yang wujudnya kemudiandisebut indeks Miller. Salah satu contoh wujud indeks Miller untuk arah dan bidang kristal kubikditunjukkan pada Gambar berikut.Arah dan bidang kristal.Pemahaman yang benar mengenai geometri difraksi memerlukan pengetahuan mengenaibagaimana gelombang-gelombang radiasi (sinar-x, elektron atau netron) saling menjumlahkan bilaterdapat beda fase antara gelombang-gelombang tersebut. Dua gelombang dengan amplitudo danfrekuensi yang sama dapat saling menambahkan dengan variasi penguatan yang tergantung padabeda fase antara keduanya. Peristiwa penambahan dua gelombang ini dinamakan superposisi.Animasi superposisi dua gelombang ditunjukkan oleh video.Berikut adalah uraian mengenai difraksi oleh sekumpulan atom yang berada pada satulapisan dengan susunan yang teratur (lihat gambar). Seberkas sinar koheren diarahkan ke atom-atom tersebut pada sudut θIN. Sebagian sinar berinteraksi dengan atom-atom dan dihamburkan kesegala arah (kebanyakan sinar ditransmisikan). Pada gambar, perhatikan dua gelombang tehamburA dan B. Keduanya sefase, saling menguatkan untuk menghasilkan berkas difraksi hanya bilakeduanya menempuh jarak yang sama, atau x = y. Ini terjadi hanya untuk gelombang-gelombangterhambur dengan sudut hamburan θOUT= θIN. Jadi berkas difraksi dari sebaris atom-atomdihasilkan oleh semua gelombang terhambur yang sudut hamburnya sama dengan sudut berkasdatang. Hal ini terjadi untuk sembarang panjang gelombang.Selanjutnya perhatikan baris-baris yang memuat atom-atom dengan penempatan yangteratur, yang menggambarkan keadaan material kristal sebenarnya. Telah diketahui sebelumnyabahwa berkas difraksi dari sebaris atom-atom memenuhi θOUT= θIN. Masalah yang dihadapidalam hamburan oleh kristal adalah jarak antar baris berapa yang bisa menghasilkan gelombang1dari berbagai sumber.
——————————————————————————–
Page 11
Difraksi Sinar-XCopyright – Suminar Pratapa 2004terhambur sefase ketika berinteraksi dengan baris-baris berisi atom-atom (bisa juga masalah yangdiangkat adalah pada sudut berapa akan diperoleh hamburan sefase). Sebagai ilustrasi, perhatikantiga baris atom-atom (dua dimensional) seperti ditunjukkan pada Gambar . Gelombang C dan Ddihamburkan oleh atom-atom pada dua baris yang bersebelahan dan berjarak d. Keduagelombang sefase hanya bila panjang lintasan tambahan gelombang D terhadap C (= x + y) samadengan kelipatan panjang gelombang.Hamburan dan difraksi oleh (atas) sebaris dan (bawah) beberapa baris atom-atom.Persamaan yang menyatakan selisih panjang lintasan ini menyatakan Hukum Bragg:λθ ndyx==+sin2Syarat terjadinya berkas difraksi ini tergantung pada panjang gelombang λ; jarak antarbidang atom-atom, d; dan sudut berkas datang, θ. Syarat ini biasa dinamakan Hukum Bragg:θλsin2dn =Untuk pasangan nilai d dan λ tertentu, ada beberapa nilai θ yang memenuhi terjadinyadifraksi.Meninjau sebuah kristal dari kisinya, bisa ditunjukkan adanya banyak bidang berbedadengan jarak antar bidang yang berbeda hanya pada satu kisi tersebut (lihat animasi dan Gambar).Sulit membayangkan bagaimana seberkas gelombang memasuki sebuah kristal dengan demikianbanyak himpunan bidang berlainan yang sudut terhadap berkas datangnya juga beragam sertajarak antar bidangnya pun berbeda-beda. Mana di antara bidang-bidang tersebut yang, kalau ada,memenuhi Hukum Bragg? Untuk menjelaskan hal ini diperlukan pengetahuan mengenai reciprocallattice, yang merupakan sebuah ‘besaran panjang’ yang dibangun di ruang resiprokal (reciprocalspace). Rincian penjelasan mengenai ruang ini diberikan pada kuliah Fisika Zat Padat.

Oleh: dianny | Februari 28, 2007

NUCLEAR MEDICINE

t2goanimebeautythanks_vi.gif 
Nuclear Medicine: 
Medicine For Today And The Future
  

Abdul Waris
Dept. of Physics,  

Institute of  
Technology  
Bandung
Dept. of Nuclear Engineering, Tokyo Institute of Technology
  

Abstrak
  

Nuclear science and technology plays an important role in society
today. In medicine, radioisotopes are extensively used for imaging,
diagnostic and therapeutics. This paper introduces what called nuclear
medicine and reviews some recent developments on this interdisciplinary
field..
  


  

1. Pengantar
  

Disadari atau tidak, ilmu dan teknologi nuklir memainkan peranan
yang sangat penting dalam kehidupan manusia sekarang, jauh lebih
besar dari sekedar sebagai sumber energi listrik yang dihasilkan
dari pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). Hasil survei ekonomi
di Amerika Serikat tahun 1992 menunjukkan bahwa, profit ekonomi yang
diperoleh dari pekerjaan yang berhubungan dengan pemanfaatan ilmu
dan teknologi nuklir di bidang kesehatan, manufaktur, penelitian,
radiasi makanan, pengolahan limbah, transportasi, dan sejenisnya,
mencapai 4-5 kali lebih besar dari benefit ekonomi yang dihasilkan
oleh PLTN 1).
  

Memasuki abad ke-21 ini peranan tersebut akan makin dominan seiring
dengan kemajuan baik dalam ilmu dan teknologi nuklir itu sendiri
maupun pengaruh kemajuan bidang-bidang lain. Karena banyak persoalan-
persoalan interdisiplin yang hanya bisa dipecahkan dengan melibatkan
teknologi nuklir. Pada kesempatan ini penulis mencoba memperkenalkan
suatu bidang interdisiplin dari hasil simbiosis antara teknologi
nuklir dan biologi yang kemudian melahirkan bidang lain yang dikenal
dengan kedokteran nuklir (KN). Tulisan ini hanyalah merupakan studi
literatur belaka.
  

2. Apa itu Kedokteran Nuklir?
  

Menurut Society of Nuclear Medicine (SNM), kedokteran nuklir adalah
bidang keahlian dalam kedokteran yang menggunakan isotop radioaktif
secara aman, tanpa sakit, dan murah, baik untuk pencitraan maupun
untuk pencegahan dan pengobatan penyakit 2). Jadi ada 2 fokus utama
dalam KN. Yang bertama adalah pencitraan organ tubuh. Pencitraan
disini unik karena bisa menggambarkan fungsi dan struktur organ tubuh
sekaligus. Dengan cara ini dapat diperoleh informasi medis tanpa
melalui operasi, yang dengan cara lain mungkin tidak bisa dilakukan,
membutuhkan operasi atau biaya diagnosa yang lebih mahal. Karena
kemampuan untuk menggambarkan fungsi dan struktur organ (bukan struktur
saja), maka banyak penyakit yang bisa dideteksi lebih dini, dengan
demikian pengobatannyapun menjadi lebih efektif.
  

Pencegahan dan pengobatan penyakit merupakan fokus utama yang lain
dari kedokteran nuklir. Beberapa penyakit yang lazim diobati dengan
terapi kedokteran nuklir adalah thyroid (kelenjar gondok), prostate
cancer (kanker prostat), hyperthyroidism, cancer bone pain, polycythaemia
(kelainan sel darah merah dan kenaikan jumlah darah) dan leukemia
(kenaikan jumlah sel darah putih) serta banyak penyakit lainnya.
Untuk Eropa terapi KN bahkan sudah lazim diterapkan dalam pengobatan
arthritis (radang sendi). Aplikasi secara klinis dari isotop radioaktif
dimulai tahun 1937 untuk penanganan penderita leukemia di University
of California di Berkeley.
  

3. Kedokteran Nuklir vs Kedokteran Konvensional
  

Beberapa kelebihan KN terhadap prosedur kedokteran konvensional adalah
sebagai berikut:
  

a. Prosedur-prosedur KN tidak sakit dan tidak membutuhkan anesthesia.
  

b. Prosedur-prosedur KN sangat aman dan hemat biaya
  

c. Jumlah radiasi yang digunakan dalam prosedur-prosedur KN adalah
sebanding dan bahkan lebih kecil dari yang diterima pasien jika menggunakan
diagnosis sinar-X.
  

Ketiga hal di atas dapat dijelaskan kurang-lebih sebagai berikut:
Penggunaan isotop radioaktif dalam KN (diistilahkan dengan radiopharmaceutical,
kadang radio-nuklida atau tracer) dapat dengan cara in vivo, yakni
sejumlah radiopharmaceutical dimasukkan secara langsung ke dalam
tubuh pasien, atau secara in vitro, dimana diagnosa dilakukan dalam
test tube. Dalam prosedur in vivo, radiopharmaceutical dapat bekerja
sama dan tidak dianggap sebagai benda asing oleh tubuh manusia. Mengapa
demikian? Karena radiopharmaceuticals itu sendiri adalah unsur-unsur
(baca elemen) yang terdapat dalam tubuh manusia. Bedanya kedalam
unsur tersebut telah ditambahi dengan sedikit (<10-6M) radiopharmaceutical
dari unsur yang sama. Seperti kita ketahui isotop-isotop dari suatu
unsur memiliki sifat kimia yang 100% sama. Sebagai ilustrasi kita
ambil contoh unsur yodium (I, iodine). Sejak tahun 1915 telah diketahui
bahwa dalam tubuh manusia I berakumulasi dalam kelenjar gondok. Terdapat
sekitar 40 isotop I dan satu-satunya isotop yang stabil (non-radioaktif)
adalah 127I. Salah satu isotop radioaktif dari yodium, 123I, memiliki
waktu-paroh pendek (T1/2 =13 jam) dan memancarkan radiasi sinar-g
dengan dosis rendah adalah sangat optimal untuk pencitraan kelenjar
gondok. Isotop yang lain, 131I merupakan pemancar sinar-b dengan
waktu-paroh yang lebih panjang (T1/2 = 8 hari) dan dapat mentransfer
radiasi dalam jumlah besar ke sel-sel tumor dengan meninggalkan kerusakan
sangat kecil pada jaringan di sekitarnya 3).
  

Dalam prosedur in vitro, radioimmunoassay (RIA) merupakan tipe khusus
prosedur in vitro yang mengkombinasi penggunaan radio-nuklida dengan
antibody untuk mengukur level hormon, vitamin dan obat dalam darah
pasien.
  

d. Prosedur-prosedur KN adalah yang paling aman diantara prosedur
pencitraan untuk diagnosa yang ada.
  

e. Tersedia hampir 100 prosedur pencitraan dalam KN.
  

f. Pencitraan dengan prosedur in vivo dalam KN adalah eksklusif karena
bisa memberikan informasi tentang fungsi dan morfologi dari organ
yang dipelajari sekaligus. Hal ini sangat berbeda dengan prosedur
radiologi biasa (sinar-X), computed tomography (CT) maupun nuclear
magnetic resonance imaging (MRI) yang hanya bisa menggambarkan stuktur/anatomi
saja.
  

4. Kedokteran Nuklir untuk PENCITRAAN
  

Ada beberapa teknik pencitraan yang ditawarkan oleh KN. Peralatan
utama yang lazim digunakan dalam pencitraan KN adalah Gamma Camera.
Gamma Camera adalah detector yang dikembangkan oleh Hal Anger (1958)
untuk pencitraan dan studi fungsional.
  

Dalam pencitraan planar KN, konsentrasi radiopharmaceutical dalam
suatu bagian volume tertentu dari tubuh dipetakan ke dalam citra
2-D. Studi dinamik dapat dilakukan dengan akusisi dari deretan cepat
citra-citra planar, yang diikuti oleh pendefinisian bagian yang ingin
diamati dan pemrosesan komputer.
  

Akusisi radial sekitar obyek dan rekonstruksi memungkinkan pemetaan
tomografi yang dapat direkam. Metodologi ini, ketika digunakan bersama
single-photon detection dikenal dengan single-photon emission computerized
tomography (SPECT) dan memberikan kontras yang lebih baik dibanding
citra planar. Dengan tersedianya gamma camera yang dapat berputar
dengan harga yang terjangkau telah memungkinkan SPECT dipakai secara
meluas dalam KN. Peralatan pencitraan yang lain yang paling handal
tapi masih relatif mahal adalah positron emission tomography (PET)
scanner. PET adalah teknik diagnosa dan investigasi yang memungkinkan
studi in vivo kuantitatif dari jaringan metabolisme lokal, biokimia
dan farmakologi. PET tidak menggunakan metode tidak langsung atau
parameter fisik untuk mempelajari fungsi suatu organ atau untuk memperoleh
visualisasinya. PET mencakup detekti, visualisasi dan kuantisasi
dari distribusi radioaktif dari molekul-molekul pemancar positron
yang menyusun suatu fungsi biologis. Karenanya PET memberikan representasi
hidup dari obyek yang sedang dipelajari.
  

5. Kedokteran Nuklir untuk Diagnosa Penyakit
  

Suatu citra dalam KN adalah pemetaan dari distribusi radiopharmaceutical
selama set waktu akusisi data. Syarat utama dalam pencitraan KN adalah
radiopharmaceutical tidak boleh termetabolis atau terbawa saat akusisi
data. Hal ini penting untuk pencitraan 3-D yang menggunakan SPECT.
Syarat lain bagi suatu radiopharmaceutical yang ideal adalah memiliki
energi sinar-g yang sedang, stabil secara kimiawi, spesifik untuk
suatu jaringan, bisa merefleksikan status fisiologi dari jaringan
target sehingga bila terjadi kelainan dengan cepat dapat diidentifikasi.
Tabel 1 mentabulasi beberapa radiopharmaceutical dan aplikasinya
dalam diagnosa penyakit. Dari Tabel 1 ini jelas terlihat bahwa untuk
diagnosa dalam KN, penggunaan 99mTc sangat dominan. 99mTc (T1/2 =
6 jam) dapat diperoleh dari peluruhan 99Mo (T1/2 = 67 jam). Semua
isotop Tc adalah radioaktif dengan 99Tc (T1/2 = 2.1 x 105 tahun)
sebagai isotop dengan waktu paroh paling panjang.
  

Flouro-deoxi-glucose yang ditempelkan/ditandai (labeled) dengan 18F
(18FDG) merupakan isotop yang paling sering digunakan dalam labeling
molekul yang digunakan dalam PET dengan tujuan untuk lokalisasi dan
evaluasi aktivitas metabolisme. Disamping 18FDG, banyak molekul yang
diberi label dengan pemancar positron dan telah dipakai secara luas
dalam studi metabolisme.
  

Tabel 1. Important radiopharmaceuticals and diagnostic application
in nuclear medicine4)
  

Radioisotope
Diagnostic application
  

99mTc
Thyroid scintigraphy; brain-blood barrier; blood pool
  

Renal function; renal imaging
  

Liver and spleen; lymphatic imaging
  

Hepatobiliary scintigraphy; bone metastases, fractures
  

Myocardial imaging
  

Lung perfusion
  

Lung ventilation
  

123I
Thyroid function
  

D2 receptor studies
  

Neurocrest tumours
  

Tumour imaging
  

133Xe
Lung ventilation
  

81mKr
Lung ventilation
  

67Ga
Infection, inflammation; sarcoidosis;lymphoma
  

201Tl
Myocardial perfusion; tumour scintigraphy
  

111In
Tumour scintigraphy (prostate, colon, etc)
  

  

6. Kedokteran Nuklir untuk TERAPI Penyakit
  

Terapi metabolis menggunakan radio-nuklida merupakan? metode yang
ampuh untuk pengobatan kanker. Dosis radiasi untuk jaringan target
dipilih secara selektif melalui mekanisme sistematis, dan tidak menyebar
(non-invasive). Hal ini dapat direncanakan secara seksama karena
biasanya didahului dengan studi perunutan (tracer study) sehingga
kemungkinan penerimaan (uptake) dan penyimpanan (retention) dalam
tomur telah dipelajari lebih dulu.
  

Keberhasilan suatu terapi menggunakan radio-nuklida bergantung pada
baik dan terpilihnya konsentrasi serta lamanya penyimpanan radio-
nuklida oleh tumor dengan penerimaan minimal pada jaringan normal
sekitarnya.
  

Sekarang ini banyak sekali radiopharmaceuticals yang bisa mendeteksi
tumor dengan mekanisme target yang berbeda. Deposisi dari radio-nuklida
dalam hubungan dengan inti sel yang akan diiradiasi sangat penting
dalam pemilihan label sesuai dengan selang energi efektif dari partikel
beta. Table 2. menggambarkan penggunaan isotop radioaktif untuk terapi
berbagai penyakit.
  

Laporan terbaru dari Nature Medicine menunjukkan bahwa isotop yodium
berpeluang untuk dimanfaatkan dalam terapi kanker payudara (breast
cancer) 5).
  

Tabel 2. Therapeutic applications of radioisotopes 4)
  

Radioisotope
Therapeutic application
  

131I
Thyrotoxicosis; thyroid cancer and thyroid metastasis
  

Neuroblastome; pheochromocytoma; paraganglioma
  

89Sr
Terminal bone pain; bone metastases (palliation)
  

90Y
Synoviorthesis (knee); malignant pleural/peritoneal effusions
  

32P
Polycythemia vera rubra; essential thrombocythemia
  

186Re
Synoviorthesis (medium-size joints)
  

Bone metastases (palliation)
  

131I
  

90Y
  

67Cu
A variety of tumours
  

  

7. PENUTUP
  

Tidak dapat dipungkiri bahwa ilmu dan teknologi nuklir memainkan
peranan yang sangat penting dalam kehidupan manusia sekarang. Kedokteran
nuklir sebagai salah satu turunan dari teknologi nuklir menjadi salah
satu indikator bagi peran tersebut. Kedokteran nuklir yang merupakan
hasil usaha multidisiplin yang mencakup fisiologi, instrumentasi,
radiofarmasi, matematika modeling, ilmu komputer, radiobiologi,
proteksi radiasi, statistik dan aplikasi klinik akan terus berkembang
sejalan dengan perkembangan bidang-bidang ilmu penopangnya. Semoga
tulisan ini bisa menjadi pengantar diskusi dalam seminar on air ini.
  

  

Reference:
  

Graham J, Progress in Nuclear Energy, 32, 225 (1998)
Society of Nuclear Medicine, http://www.snm.org/
Sattelberger, A. P., et. al., Nature Biotechnology, 17, 849 (1999)
De Lima, J. J. P., Eur. J. Phys, 19, 485 (1998)
Gilbert, H. D., et. al., Nature Medicine, 6, 859 (2000)

 

 

 

Oleh: dianny | Februari 28, 2007

ELEKTRONIKA

face.jpg

ELEKTRONIKA

Elektronika adalah ilmu yang mempelajari alat listrik yang dioperasikan dengan cara mengontrol aliran elektron atau partikel bermuatan listrik lainnya dalam suatu alah seperti katup termionik dan semikonduktor. Ilmu yang hanya mempelajari alat-alat seperti itu dianggap cabang dari fisika, dan desain dan pembuatan sirkuit elektronik untuk menyelesaikan berbagai masalah praktis adalah bagian dari teknik elektro dan teknik komputer.

Komponen-komponen listrik terdiri dari:

A.KOMPONEN AKTIF 1.TRANSISTOR

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, pemotong (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya.

Cara kerja semikonduktor

Pada dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus listrik.

Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (charge carriers). Sehingga, air murni dianggap sebagai isolator. Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir, karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah non-konduktor (isolator), karena pembawa muatanya tidak bebas.

Silikon murni sendiri adalah sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik akan memberikan elektron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk.

Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan “lubang” (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal silikon.

Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole).

Dapat disimak bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya.

Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut.

Jumlah doping yang diperlukan sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap atom. Dalam metal, untuk mengubah metal menjadi isolator, pembawa muatan harus disapu dengan memasang suatu beda tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari yang mampu menghancurkannya. Namun, dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah tegangan yang diperlukan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar semikonduktor dapat dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal adalah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping dapat dirubah menjadi isolator, sedangkan metal tidak.

Gambaran di atas menjelaskan konduksi disebabkan oleh pembawa muatan, yaitu elektron atau lubang, namun dasarnya transistor bipolar adalah aksi kegiatan dari pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi daerah depletion zone. Depletion zone ini terbentuk karena transistor tersebut diberikan tegangan bias terbalik, oleh tegangan yang diberikan di antara basis dan emiter. Walau transistor terlihat seperti dibentuk oleh dua diode yang disambungkan, sebuah transistor sendiri tidak bisa dibuat dengan menyambungkan dua diode. Untuk membuat transistor, bagian-bagiannya harus dibuat dari sepotong kristal silikon, dengan sebuah daerah basis yang sangat tipis.

Cara kerja transistor

Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.

Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.

FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang lebih lanjut.

Jenis-jenis transistor

PNP P-channel

NPN N-channel

BJT JFET

BJT

BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B).

Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau hFE. β biasanya berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT.

FET

FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah dioda dengan kanal (materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini membuat N-channel JFET menjadi sebuah versi solid-state dari tabung vakum, yang juga membentuk sebuah dioda antara antara grid dan katode. Dan juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di “depletion mode”, keduanya memiliki impedansi input tinggi, dan keduanya menghantarkan arus listrik dibawah kontrol tegangan input.

FET lebih jauh lagi dibagi menjadi tipe enhancement mode dan depletion mode. Mode menandakan polaritas dari tegangan gate dibandingkan dengan source saat FET menghantarkan listrik. Jika kita ambil N-channel FET sebagai contoh: dalam depletion mode, gate adalah negatif dibandingkan dengan source, sedangkan dalam enhancement mode, gate adalah positif. Untuk kedua mode, jika tegangan gate dibuat lebih positif, aliran arus di antara source dan drain akan meningkat. Untuk P-channel FET, polaritas-polaritas semua dibalik. Sebagian besar IGFET adalah tipe enhancement mode, dan hampir semua JFET adalah tipe depletion mode.

B.KOMPONEN PASIF 1.Kondensator

Kondensator (Capasitor) adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad. Ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Kondensator kini juga dikenal sebagai “kapasitor”, namun kata “kondensator” masih dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya. Kebanyakan bahasa dan negara yang tidak menggunakan bahasa Inggris masih mengacu pada perkataan bahasa Italia “condensatore”, seperti bahasa Perancis condensateur, Indonesia dan Jerman Kondensator atau Spanyol Condensador.

Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.

Lambang kondensator (mempunyai kutub positif dan negatif) pada skema elektronika. Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau dan lainnya seperti tablet atau kancing baju yang sering disebut kapasitor (capacitor).

Lambang kapasitor (tidak mempunyai kutub) pada skema elektronika. Namun kebiasaan dan kondisi serta artikulasi bahasa setiap negara tergantung pada masyarakat yang lebih sering menyebutkannya. Kini kebiasaan orang tersebut hanya menyebutkan salah satu nama yang paling dominan digunakan atau lebih sering didengar. Pada masa kini, kondensator sering disebut kapasitor (capacitor) ataupun sebaliknya yang pada ilmu elektronika disingkat dengan huruf (C).

Satuan dalam kondensator disebut Farad. Satu Farad = 9 x 1011 cm² yang artinya luas permukaan kepingan tersebut menjadi 1 Farad sama dengan 106 mikroFarad (µF), jadi 1 µF = 9 x 105 cm².

Satuan-satuan sentimeter persegi (cm²) jarang sekali digunakan karena kurang praktis, satuan yang banyak digunakan adalah:

1 Farad = 1.000.000 µF (mikro Farad)

1 µF = 1.000.000 pF (piko Farad)

1 µF = 1.000 nF (nano Farad)

1 nF = 1.000 pF (piko Farad)

1 pF = 1.000 µµF (mikro-mikro Farad)

Adapun cara memperluas kapasitor atau kondensator dengan jalan:

Menyusunnya berlapis-lapis.

Memperluas permukaan variabel.

Memakai bahan dengan daya tembus besar.

Berdasarkan kegunaannya kondensator kita bagi dalam:

Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah)

Kondensator elektrolit (Electrolite Condenser = Elco)

Kondensator variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah)

2.RESISTORSebuah resistor sering disebut werstan, tahanan atau penghambat, adalah suatu komponen elektronik yang dapat menghambat gerak lajunya arus listrik.Resistor disingkat dengan huruf “R” (huruf R besar). Satuan resistor adalah Ohm, yang menemukan adalah George Ohm (17871854), seorang ahli fisika bangsa Jerman. Tahanan bagian dalam ini dinamai konduktansi. Satuan konduktansi ditulis dengan kebalikan dari Ohm yaitu mho.Kemampuan resistor untuk menghambat disebut juga resistensi atau hambatan listrik. Besarnya diekspresikan dalam satuan Ohm. Suatu resistor dikatakan memiliki hambatan 1 Ohm apabila resistor tersebut menjembatani beda tegangan sebesar 1 Volt dan arus listrik yang timbul akibat tegangan tersebut adalah sebesar 1 ampere, atau sama dengan sebanyak 6.241506 × 1018 elektron per detik mengalir menghadap arah yang berlawanan dari arus.

Hubungan antara hambatan, tegangan, dan arus, dapat disimpulkan melalui hukum berikut ini, yang terkenal sebagai hukum Ohm:

di mana V adalah beda potensial antara kedua ujung benda penghambat, I adalah besar arus yang melalui benda penghambat, dan R adalah besarnya hambatan benda penghambat tersebut.

Berdasarkan penggunaanya, resistor dapat dibagi:

  1. Resistor Biasa (tetap nilainya), ialah sebuah resistor penghambat gerak arus, yang nilainya tidak dapat berubah, jadi selalu tetap (konstan). Resistor ini biasanya dibuat dari nikelin atau karbon.
  2. Resistor Berubah (variable), ialah sebuah resistor yang nilainya dapat berubah-ubah dengan jalan menggeser atau memutar toggle pada alat tersebut. Sehingga nilai resistor dapat kita tetapkan sesuai dengan kebutuhan. Berdasarkan jenis ini kita bagi menjadi dua, Potensiometer, rheostat dan Trimpot (Trimmer Potensiometer) yang biasanya menempel pada papan rangkaian (Printed Circuit Board, PCB).
  3. Resistor NTC dan PTS, NTC (Negative Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas. Sedangkan PTS (Positife Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akan bertambah besar bila temperaturnya menjadi dingin.
  4. LDR (Light Dependent Resistor), ialah jenis Resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar, sedangkan cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil.

Gelang Warna pada Resistor

Pada Resistor biasanya memiliki 4 gelang warna, gelang pertama dan kedua menunjukkan angka, gelang ketiga adalah faktor kelipatan, sedangkan gelang ke empat menunjukkan toleransi hambatan.Berikut Gelang warna dimulai dari warna Hitam, Coklat, Merah, Jingga, Kuning, Hijau, Biru, Ungu (violet), Abu-abu dan Putih.Sedangkan untuk gelang toleransi hambatan adalah: Coklat 1%, Merah 2%, Hijau 0,5%, Biru 0,25%, Ungu 0,1%, Emas 5% dan Perak 10%. Kebanyakan gelang toleransi yang dipakai oleh umum adalah warna Emas, Perak dan Coklat.

Warna Gelang Pertama Gelang Kedua Gelang Ketiga (multiplier) Gelang ke Empat (toleransi) Temp. Koefisien

Hitam

0

0

×100

Coklat

1

1

×101

±1% (F)

100 ppm

Merah

2

2

×102

±2% (G)

50 ppm

Jingga

3

3

×103

15 ppm

Kuning

4

4

×104

25 ppm

Hijau

5

5

×105

±0.5% (D)

Biru

6

6

×106

±0.25% (C)

Ungu

7

7

×107

±0.1% (B)

Abu-abu

8

8

×108

±0.05% (A)

Putih

9

9

×109

Emas

×0.1

±5% (J)

Perak

×0.01

±10% (K)

Polos

±20% (M)

Oleh: dianny | Februari 28, 2007

Cacat Mata

471.jpg

Cacat Mata 

  • Mata normal (emetrop)

ü      Titik dekat 25 cm dan titik jauh tak hingga

  • Rabun Jauh (Miop)

ü      Titik dekatnya 25 cm dan titik jauh <

ü      Seseorang bisa melihat dalam jarak dekat tapi jika jarak jauh kurang jelas

ü      Lensa mata tidak dapat memipih sehingga bayangan benda yang sangat jauh terbentuk di depan Retina.

ü      Menggunakan kacamata berlensa cekung.

ü      Penyebab bola mata yang terlalu lonjong atau kelengkungan lensa mata yang terlalu besar.

ü      Jika titik jauh pada rabun jauh PR, maka kekuataan lensanya

 

  • Rabun Dekat (Hipermetrop)

ü      Titik dekat > 25 cm dan titik jauh

ü      Mata dapat melihat benda yang berjarak jauh dengan jelas akan tetapi melihat tidak jelas pada benda yang berjarak dekat.

ü      Lensa mata tidak dapat mencembung sehingga bayangan benda terbentuk dibelakang retina.

ü      Menggunakan kacamata berlensa cembung.

ü      Penyebab bola mata yang terlalu pipih atau kelengkungan lensa mata yang tidak cukup besar.

ü      Kekuatan lensa

ü      PP : jarak dekat mata.

ü      Titik dekat mata normal = 25 cm = 0.25 m.

ü     

ü      m  atau  cm

·        Presbiop (mata tua)

ü      Terjadi pengurangan kemampuan berakomodasi mata karena factor usia lanjut.

ü      Titik dekat > 25 cm dan titik jauh

ü      Menggunakan kacamata rangkap ( lensa cekung dan lensa cembung )

ü      Bagian atas lensa cembung bagian bawah lensa cekung.

 A

igmatisme

ü      Terjadi akibat bentuk kornea mata yang tidak sferis (berbentuk bola)

ü      Benda titik nampak bergaris-garis sedangkan benda bergaris-garis dilihat baik hanya pada arah tertentu saja.

ü      Menggunakan kacamata silindris.

Oleh: dianny | Januari 15, 2007

Lanjutan Catatan Fisika Zat Padat II

pnstruct.gif

Gambar 1.b

dan

diffbasicfig.png 

gambar 1.c

yang ketinggalan.

Untuk menyederhanakan pembahasan hanya sambungan-tegak (aburpt junction) untuk menggambarkan fenomena fisis. pada kenyataan tidak dapat dibuat suatu sambungan-tegak karena ketidakmurnian di daerah sambungan (junction) terjadi difusi. sifat listrik yang paling menarik pada daerah sambungan (junction) beda potensial (potential difference) yang terjadi meskipun pada saat kesetimbangan. Potensial tersebut disebut dengan potensial kontak (contact potential) biasanya pada rentangan suhu antara 0,1 – 1,0 eV. Untuk menjelaskan bagaimana potensial kontak terjadi, maka dianalisa sambungan p-n pada saat awal akan digabungkan. konsentrasi muatan bebas (elektron) pada bahan semikonduktor tipe-n jumlahnya konstan, dan juga konsentrasi muatan bebas (hole) pada bahan semikonduktor tipe-p jumlahnya juga konstan. Bila kedua bahan semikonduktor tersebut digabungkan, maka elektron dari  semikonduktor tipe n akan berdifusi ke tipe-p, sedangkan hole dari semikonduktor tipe p akan berdifusi ke tipe n. Muatan bebas berdifusi karena adanya gradien konsentrasi muatan besar pada daerah sambungan. Gradien konsentrasi muatan ini menyebabkan arus gradien. Oleh karena itu seperti ditunjukkan pada gambar 1.a elektron berdifusi ke p dan hole berdifusi ke n.

Arus difusi tidak berlanjut terus, karena semakin banyak elektron berdifusi ke bahan tipe-p, bahan tersebut mendapatkan muatan negatif. Gejala ini diperkuat dengan hole yang meninggalkan daerah tipe-p berdifusi ke daerah tipe-n. Efek dari arus difusi ini adalah bahwa daerah tipe-p menjadi bermuatan lebih negatif dibandingkan dengan daerah tipe-n. Sebagai akibatnya akan timbul beda potensial yang disebut dengan “potensial kontak” (contact potential).

Gambar 2 menunjukkan posisi dari pita konduksi dan pita valensi dekat dengan daerah sambungan (junction). Karena transfer muatan, energi pada daerah tipe-p naik dibandingkan pasda daerah tipe-n. Daerah tipe-p mendapatkan muatan negatif. Bila potensial kontak adalah φ,perbedaan energi antara sisi tipe-p dan sisi tipe-n adalah eφ. Dalam fisika zat padat bahwa energiyang diplot adalah energi electron dan karena elektron bermuatan negatif maka akan diikuti bahwa sisi tipe p mempunyai energi elektron lebih tinggi dibandingkan sisi tipe n seperti digambarka pada gambar 2.

img004.gif

nina.ecse.rpi.edu/shur/Ch3/sld004.htm

Adanya potensial kontak akan melawan aliran arus difusi. Sebetulnya kenyataanya ada medan listrik -dφ/dx yang terjadi di bagian sambungan yang akan menghalangi difusi lanjutan dari elektron dan hole.Seperti yang disajikan pada gambar 2,elektron di dalam pita konduksi pada sisi tipe-n, hanya elektron-elektron yang mempunyai energi kinetik lebih besar dari potensial penghalang (barrier) φ akan berdifusi ke sisi tipe p. Dengan transfer muatan akan menurun sampai terjadi keseimbangan elektron yang mengalir dari sisi tipe-p ke sisi tipe-n. Fluks tersebut disebut dengan fluk generasi (generaion flux). Fenomenanya dapat dijelaskan sebagai berikut:

Pada sisi tipe-p, elektron dan hole tercipta terus-menerus karena generasi thermal (thermal generation). Laju generasi elektron hole tergantung dari temperratur. Pada saat yang bersamaan elektron dan hole tersebut saling merekombinasi. bagaimanapun pada suhu tertentu terdapat sejumlah elektron dan hole. Konsentrasinya (elektron dan hole) tergantung dari konsentrasi impurity (ketidakmurnian). Elektron pada sisi tipe-p mengalir sebagai fluk elektron ke sisi tipe-n. Ketika elektron mencapai daerah sambungan (junction), maka elektron akan mengalir ke sisi tipe n karena medan listrik mencapai daerah sambungan (junction).Dengan hanya melihat aliran elektron saja maka dapat 2 fluks yang mengalir melewati sambungan (junction) :

1. Arus dari sisi tipe-n ke sisi tipe-p yang disebabkan konsentrasi elektron yang besar pada sisi tipe-n disebut fluk rekombinasi (recombination flux) Jnr (karena adanya elektron yang mengalir ke daerah sisi tipe-p dan terjadi rekombinasi dengan hole).

2. Fluk generasi (generation flux) Jng yang mengalir sisi tipe-p ke tipe-n dan disebabkan karena generasi.

Catatan Fisika Zat Padat II

Jurusan Fisika FMIPA UNS

Dosen:Ir. Ari Handono Ramelan, Msc, PhD

Piranti Elektronik (Devices) Berbasis Semikonduktor

Pada catatan kuliah ini akan dibahas masalah penerapan dari prinsip-prinsip semikonduktor untuk piranti elektronik. Perkembangan yang berhasil dari piranti elektronik ini (seperti transistor) telah mendorong untuk melakukan kajian dalam bidang material semikonduktor, fisika zat padat dan ilmumaterial. kajian semikonduktor yang dimulai awal tahun 1950 juga telah memperluas pendalaman tentang struktur bahan. Pertama akan dibahas tentang sifat-sifat sambungan p-n (p-n junction) dan menjelaskan sifat-sifat penguatannya. Dari gabungan bahan semikonduktor tipe p dan tipe n dapat ditunjukkan oleh transistor sebagai penguat (amplifier). Kaiatannya dengan aplikasi praktek, transistor adalah piranti zat padat yang paling penting. Sedangkan piranti gelombang mikro (mikrowave). yang operasinya menggunakan prinsip konduktivitas diferensial negatif (khususnya tunnel dan Gunn), juga akan dibahas laser semikonduktor dan piranti semikonduktor yang lainnya.

Sambungan p-n : Penguat (Amplifier)

Sambungan p-n adalah suatu bahan yang terdiri 2 jenis kristal semikonduktor yaitu semikonduktor tie p dan semikonduktor tipe n yang digabungkan menjadi satu ( seperti yang disajikan pada gambar 1.a)

screen21.gif

http://www.acsu.buffalo.edu/…/screen21.gif
(a)

gambar 1. (a) Sambungan p-n (b) Sambungan bertingkat (c) Sambungan Tegak

Bagian semikonduktor tipe n (donor) adalah suatu material semikonduktor yang didadah (doped) dengan atom golongan V, sedangkan bagian semikonduktor tipe-p (akseptor) adalah suatu material semikonduktor yang didadah (doped) dengan atom golongan III. Variasi kosentrasi donor dan akseptor ( Nd dan Na) pada daerah sambungan (junction ) dan sekitarnya ditampilkan pada gambar 1.b. Daerah sambungan (junction) yang mana konsentrasi muatan (carrier) bervariasi secara gradual disebuta dengan ” graded junction“. Sedangkan daerah sambungan (junction) yang mana konsentrasinya muatannya berubah diskontinu disebut dengan ” abrupt junction” seperti disajikan pada gambar 1.c. Konsentrasi donor adalah konstan Nd di bahan semikonduktor tie n dan nilai Nd = 0 pada bahan semikonduktor tipe p. konsentrasi akseptor Na sebaliknya.

Oleh: dianny | Desember 28, 2006

Hello world!

Welcome to WordPress.com. This is your first post. Edit or delete it and start blogging!

Kategori