Akselerator yaitu Pesawat sinar-X pada umumnya memproduksi sinar-X energi berorde kilo elektron Volt (KeV). Untuk mendapat sinar-X dengan energi yang sangat tinggi biasanya digunakan alat pemercepat partikel atau akselerator. Akselerator adalah alat yang dipakai untuk mempercepat gerak partikel bermuatan seperti elektron, proton, inti-inti ringan dan inti atom lainnya. Mempercepat gerak partikel bertujuan agar partikel tersebut bergerak dengan cepat sehingga memiliki energi kinetik yang sangat tinggi. Untuk mempercepat gerak partikel ini diperlukan medan listrik ataupun medan magnet. Akselerator gerak pertama kali dikembangkan oleh dua orang fisikawan Inggris yaitu J.D. Cockroft dan E.T.S.Walton. Di Laboratorium Cavendish Universitas Cambrigde pada tahun 1929 atas jasanya-jasanya mereka dianugerahi hadiah Nobel bidang fisika pada tahun 1951. Akselerator partikel biasanya dipakai untuk penelitian fisika energi tinggi dengan cara menabrakkan partikel berkecepatan sangat tinggi ke target tertentu namun ada beberapa jenis akselerator partikel yang dirancang untuk memproduksi radiasi berenergi tinggi untuk keperluan radioterapi. Akselerator digunakan untuk menghasilkan sinar-x dengan energi yang tinggi dengan menggunakan tabung betaron dan sinkrotron.
2.7.1 Tabung Betatron
Tabung Betatron merupakan bagian dari pesawat LINAC. Betatron pertama kali diperkenalkan pada tahun 1941 oleh Donald William Kerts dari Universitas Illinois Amerika Serikat. Penamaan Betatron mengacu pada jenis sinar radioaktif sinar beta yang merupakan aliran elekton yang berkecepatan tinggi. Betatron terdiri atas tabung kaca hampa udara berbentuk cincin raksasa yang diletakkan diantara dua kutub magnet yang sangat kuat. Elektron akselerator pada prinsipnya adalah suatu tabung sinar-X berukuran sangat besar. Penyuntik berupa filamen panas yang berperan sebagai pemancar elektron dipasang untuk menginjeksi aliran elektron ke dalam tabung pada sudut tertentu. Setelah elektron disuntikkan ke dalam tabung ada dua gaya yang akan bekerja pada elektron tersebut.
Gaya yang pertama, membuat elektron bergerak mengikuti lengkungan tabung. Di dalam medan magnet partikel akan bergerak melingkar. Gaya yang kedua, berperan mempercepat gerak elektron hingga kecepatannya semakin tinggi. Melalui gaya yang kedua ini elektron memperoleh energi kinetik yang sangat besar. Dalam waktu sangat singkat elektron akan bergerak melingkar di dalam tabung beberapa ribu kali. Apabila energi kinetik elektron telah mencapai nilai tertentu elektron dibelokkan dari jalur lengkungannya sehingga dapat menabrak target secara langsung yang berada di tepi ruangan. Dari proses tabrakan ini pancaran sinar-X berenergi sangat tinggi karena sebagian besar akselerator dapat mempercepat elektron hingga energinya mencapai 20 Mega elektron Volt (MeV). Betatron memiliki kelemahan karena mesin itu memerlukan magnet berukuran sangat besar guna mendapatkan perubahan fluks yang diperlukan untuk mempercepat elektron.
2.7.2 Sinkrotron Elektron
Untuk mengatasi kelemahan ini diperkenalkan jenis akselerator elektron lainnya yang menggunakan magnet yang berbentuk cincin yang diberi nama Sinkrontron elektron. Alat ini berfungsi sebagai pemercepat elektron yang mampu menghasilkan elektron dengan energi kinetik lebih besar dibandingkan Betatron. Elektron dengan energi antara 50-100 KV dipancarkan dari filamen untuk selanjutnya dipercepat di dalam alat. Pada saat akhir proses percepatan, elektron ditabrakkan menuju sasaran sehingga dihasilkan sinar-X dengan energi dan intensitas tinggi.
Akselerator Linear adalah alat terapi radiasi eksternal yang paling umum digunakan untuk pasien yang terkena cancer. Linear Accelerator digunakan untuk mengobati semua lokasi badan yang terkena kanker. Menyampaikan high-energy sinar-X yang sama dosisnya kepada daerah tumor pasien. Alat ini digunakan tidak hanya dalam terapi radiasi eksternal tetapi juga untuk Radio Surgery Stereotactic dan Badan Streotactic Radioterapi yang serupa menggunakan gamma. Sinar Rontgen ini dapat menghancurkan sel kanker selagi melingkupi jaringan normal. Aplikasi LINAC Akselerator Linear pertama kali diperkenalkan oleh R. Wideroe di Swiss pada tahun 1929, namun unjuk kerjanya pada saat itu kurang memuaskan. LINAC mempunyai kelebihan dan kekurangan dibandingkan dengan akselerator magnetik. Ukuran alat dan biaya yang
diperlukan untuk mengoperasikan LINAC kira-kira proposional dengan energi akhir partikel yang dipercepat, sedangkan pada akselerator magnetik tenaga yang diperlukan akan lebih tinggi untuk menghasilkan energi akhir partikel yang sama besarnya. Oleh sebab itu untuk mendapatkan partikel berenergi sangat tinggi, LINAC akan lebih ekonomis dibandingkan akselerator magnetik. Disamping itu penyuntikan partikel yang akan dipercepat dalam akselerator magnetik sangat sulit dilakukan sedang pada LINAC partikel dalam bentuk berkas terkolimasi secara otomatis terpencar ke dalam tabung akselerator.
LINAC dapat dipakai untuk mempercepat partikel hingga berenergi di atas 1 BeV. Betatron praktis tidak mungkin mencapai energi setinggi ini karena
memerlukan magnet berukuran sangat besar. 2.7.3 Prinsip Kerja dari LINAC
LINAC semula dipakai untuk mempercepat partikel bermuatan positif seperti proton, namun setelah berbagai modifikasi mesin dapat pula dipakai untuk mempercepat partikel bermuatan negatif seperti elektron. Dalam hal ini elektron yang dipercepat mampu bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Elektron dengan energi 2 MeV bergerak dengan kecepatan 0,98c dengan c adalah kecepatan cahaya. Jika elektron berenergi tinggi itu ditabrakkan pada target dari logam berat maka dari pesawat LINAC akan dipancarkan sinar-X berenergi tinggi. Radioterapi dapat juga dilakukan dengan menggunakan elekron berenergi tinggi. Elektron yang dipercepat dalam LINAC dapat langsung dimanfaatkan untuk radioterapi tanpa harus ditabrakkan terlebih dahulu dengan logam berat. Jadi LINAC dapat juga berperan sebagai sumber radiasi partikel berupa elektron cepat yang dapat dimanfaatkan untuk radioterapi tumor. LINAC dalam aplikasinya menggunakan teknologi gelombang mikro yang juga digunakan untuk radar. Gelombang mikro ini dimanfaatkan untuk mempercepat elektron dalam akselerator yang disebut “Wave Guide” hal tersebutlah yang kemudian mengijinkan elektron bertumbukan dengan heavy metal target. Hasil dari tumbukan antara elektron dan metal adalah high energy X-rays yang dihasilkan oleh metal target. High energy X-rays tersebut kemudian akan diatur untuk kemudian diberikan pada pasien tumor dan diatur keluarannya dari mesin yang disesuaikan dengan keadaan dari pasien. Sinar yang keluar dari bagian accelerator disebut sebagai gantry yang berotasi di sekeliling pasien. Pasien ditempatkan
pada kursi pengobatan yang dapat bergerak ke segala arah agar dapat dipastikan pemberian radiasi dalam posisi yang tepat. Radiasi dikirim melalui kursi pengobatan. LINAC yang merupakan akselerator dengan partikel lurus mengandung unsur-unsur:
1. Sumber partikel
Tergantung pada partikel yang sedang bergerak. Proton yang dihasilkan dalam sumber ion memiliki desain yang berbeda. Jika partikel lebih berat harus dipercepat misalnya ion uranium.
2. Sebuah sumber tegangan tinggi untuk injeksi awal partikel.
3. Sebuah ruang hampa pipa vakum. Jika perangkat digunakan produksi sinar-X untuk pemeriksaan atau terapi pipa mungkin hanya 0,5 sampai 1,5 meter sedangkan perangkat yang akan diinjeksi bagi sebuah sinkrotron mungkin sekitar sepuluh meter panjangnya. Serta jika perangkat digunakan sebagai akselerator utama untuk investigasi partikel nuklir mungkin beberapa ribu meter. 4. Dalam ruang, elekrik elektroda silinder terisolasi ditempatkan yang panjangnya
bervariasi dengan jarak sepanjang pipa. Panjang elektroda ditentukan oleh frekuensi dan kekuatan sumber daya penggerak serta sifat partikel yang akan dipercepat dengan segmen yang lebih pendek di dekat sumber dan segmen lagi dekat target.
5. Satu atau lebih sumber energi frekuensi radio. Sebuah akselerator daya yang sangat tinggi akan menggunakan satu sumber untuk elektroda masing-masing. Sumber harus beroperasi pada level daya yang tepat, frekuensi dan fase yang sesuai dengan jenis partikel dipercepat untuk mendapatkan daya perangkat maksimum.
6. Sebuah sasaran yang tepat. Pada kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Peningkatan kecepatan tambahan akan menjadi kecil dengan energi yang muncul sebagai penigkatan massa partikel. Dalam bagian-bagian dari akselerator hal ini terjadi, panjang elektroda tabung akan hampir berjalan konstan.
7. Tambahan elemen lensa magnetis atau elektrostatik. Untuk memastikan bahwa sinar tetap di tengah pipa dan elektodanya.
8. Akselerator yang sangat panjang akan menjaga keselarasan tepat komponen mereka melalui penggunaan sistem servo dipandu oleh sinar laser.