PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT UJI PINHOLE DAN MULTIHOLE UNTUK PENGUKURAN DIMENSI FOCAL SPOT PESAWAT SINAR-X

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT UJI PINHOLE

DAN MULTIHOLE UNTUK PENGUKURAN DIMENSI FOCAL SPOT

PESAWAT SINAR-X

Djoko Marjanto

1

, Sigit Purnomo,

Etiko Puspo Rini

STTN-BATAN

Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55821

ABSTRAK

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT UJI PINHOLE DAN MULTIHOLE UNTUK PENGUKURAN DIMENSI FOCAL SPOT PESAWAT SINAR-X. Salah satu komponen penting pada

pesawat sinar X adalah focal spot. Focal spot dapat mempengaruhi kemampuan pesawat sinar-X dalam mendeteksi cacat-cacat bahan pada suatu radiograp. Ukuran focal spot dapat berubah dari ukuran fabrikasi atau rusak akibat umur pakai pesawat sinar-X dan akibat pendinginan yang tidak memadai. Focal spot perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui perubahan dimensi focal spot.tersebut Salah satu metode yang digunakan dalam pengujian dimensi focal spot adalah metode pinhole.yang dikembangkan menjadi multihole. Dalam metode ini, diperlukan alat uji pinhole maupun multihole yang standart agar dihasilkan nilai yang akurat. Penelitian ini membuat alat uji yang mengacu standart ASME V section 2 serta melakukan verivikasi dan analisis alat uji dari radiograp yang dihasilkan. Pembuatan alat menggunakan bahan dari Tungsten, sedangkan diverifikasi dengan pesawat sinar-X industri Rigaku Radioflex 250 EG-S3. Analisis dilakukan dengan memvariasi jarak FFD dan FHD serta variasi tegangan pada saat penyinaran. Dari hasil verifikasi,dan analisis alat uji dihasilkan error dibawah 3%, sedangkan toleransi yang diberikan standar ASME 5%. Alat uji yang dihasilkan berdimensi 15x15 cm dengan bentuk segi empat, berbahan tungsten, mempunyai 1 lubang pada alat uji pinhole dan 5 lubang pada alat uji multihole.

Kata kunci : Alat uji, Focal Spot, Pinhole, Multihole, Standar ASME V section 2 ABSTRACT

DESIGN AND MANUFACTURE OF PINHOLE AND MULTIHOLE TEST TOOL FOR THE MEASUREMENT OF FOCAL SPOT DIMENSIONS OF X-RAY MACHINES. An important component

in X-ray machine’s tube is focal spot. Function of focal spot will affect the ability of X-ray machines for detects subtle defect. Focal spot size can be changed from the previous size due to the life of X-ray machines and the poor cooling system. Testing should be conducted to determine changes in dimensions of focal spot. One of the methods used in testing is pinhole method. By using the pinhole method, standard pinhole and multihole test tool is required in order to get precise and accurate value. The purpose of this study is to make test tool in accordance with ASME V section 2 standard so that it can produce precise and accurate values in the measurement of focal spot’s dimensions of X-ray machines. Manufacture and design of test tools refers to ASME V section 2 standard and uses material from tungsten. Once created, test tool verified by the industrial Rigaku Radioflex 250 EG-S3 X-ray machines. Verification is done by varying distances FFD and FHD and voltage variations at the time of irradiation. From the results of verification, test tool generates error below 3% to fit the standards of ASME where a given tolerance level of 5%. The test tool dimensions is 15×15 cm with a rectangular shape, made of tungsten, has a hole on pinhole test tool and 5 holes on multihole test tool.

Keywords: Test tool, Focal Spot, Pinhole, Multihole, ASME V section 2 standard

PENDAHULUAN

Salah satu komponen penting pada tabung pesawat sinar X adalah bahan target atau focal spot. Informasi tentang dimensi focal spot sangat penting untuk diketahui oleh pengguna pesawat sinar-X,

karena focal spot merupakan salah satu parameter penting untuk kegiatan radiografi. Focal spot sangat berpengaruh pada ketajaman hasil gambar radiografi yang dihasilkan, sehingga focal spot akan menentukan kemampuan pesawat sinar-X dalam mendeteksi cacat pada radiograp.

ISSN 1978-0176

Seiring dengan usia pakai dan sistemt pendinginan pesawat sinar-X yang kurang baik, ukuran focal spot dapat berubah dari ukuran awalnya. Perubahan ukuran atau kerusakan dimensi dapat disebabkan oleh target menerima panas yang cukup tinggi saat pengoperasian pesawat dan disipasi panas yang tidak mencukupi. Akibat perubahan dimensi focal spot tersebut akan berpengaruh pada ketajaman hasil gambar radiografi. Untuk memperoleh ketajaman yang terjaga, perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui perubahan dimensi focal spot tersebut. Salah satu metode yang digunakan dalam pengujian

focal spot adalah metode pinhole.

Pengujian menggunakan metode pinhole, diperlukan alat uji pinhole yang sesuai standar agar dihasilkan nilai yang tepat dan akurat. Untuk radiografi industri, standar yang digunakan adalah standart ASME V.

TEORI Sinar-X

Untuk menghasilkan sinar-X perlu tiga persyaratan dasar, yaitu sumber elektron, pasokan listrik tegangan tinggi dan target.

Suatu berkas elektron menabrak target, akan berlangsung proses pembelokan (pengereman) elektron oleh medan inti yang akan menghasilkan sinar-X dengan energi kontinyu (bremstrahlung.[1]), dan tumbukan electron dengan electron kulit atom target, yang akan dipancarkan sinar-X karakteristik. Kualitas dan Kuantitas Sinar-X

Kualitas atau energi sinar-X menentukan kemampuan daya tembus pada materi yang dilaluinya yang ditentukan oleh energi elektron yang menumbuk target. Kuantitas atau intensitas sinar-X tergantung pada besarnya jumlah elektron yang menumbuk target. Kuantitas sinar-X dapat dikendalikan dengan mengatur besarnya arus tabung yang digunakan[2].

Focal Spot

Focal spot didefinisikan sebagai luasan daerah target pada anoda yang dikenai tumbukan elektron. Proyeksi dari focal spot terhadap sumbu tabung sinar-X dinamakan dengan focal spot efektif atau optical focus, sedangkan focal spot yang tegak lurus terhadap permukaan target dinamakan dengan

focal spot aktual.

Pengaruh Focal Spot Pada Ketidaktajaman Gambar

Penyebab utama terjadinya ketidaktajaman geometri dapat terjadi, karena focal spot tersusun

atas banyak sumber titik (focal spot adalah sumber radiasi berdimensi).[3] Sumber titik ini masing-masing membentuk gambar obyek pada tempat yang berbeda-beda, sehingga gambar obyek yang dibentuk setiap sumber titik tidak berada pada tempat yang sama pada film dan sebagian saling menumpuk seperti Gambar 1.

Gambar 1. Bayangan Tepi Obyek Oleh Sumber Titik Pada Kedua Ujung Focal Spot [4]

Pengujian Dimensi Focal Spot

Pengujian untuk menentukan dimensi focal

spot biasanya dilakukan dengan metode Pinhole Imaging. Dengan metode ini dapat diukur dimensi

(panjang dan lebar) suatu focal spot yang setelah melalui perhitungan, nilainya dapat dibandingkan dengan nilai yang tercantum pada alat. Selain itu, pegujian juga berguna untuk mengetahui terjadi kerusakan atau perubahan bentuk / cacat pada focal

spot[1].

Pinhole Dan Multihole

Pinhole alat ukur dimensi focal spot berupa

suatu lembaran tipis material dengan nilai atenuasitinggi untuksinar-gamma/sinar-X, yang mempunyai lubang kecil, yang dalam pemakaiannya ditempatkan di antara focal spot dan film. Sedangkan multihole adalah modifikasi dari

pinhole, dengan menambah beberapa lubang pada

jarak tertentu disekita pinhole lubang.

Kelebihan penggunaaan multihole

dibandingkan dengan pinhole adalah ketepatan penempatan lokasi pengukuran, dan data yang di dapatkan dapat diolah dengan metode statistik. Bahan pinhole dan multihole

Bahan Pinhole/multihole dibuat dari salah satu bahan berikut:

1. Paduan 90% emas dan 10% platinum 2. Tungsten

3. Tungsten Karbid 4. Paduan Tungsten

5. Paduan Platinum dan 10% Iridium 6. Tantalum [5]

Pada penelitian ini, bahan Pinhole/multihole dari bahan Tungten, yang mudah didapat di pasaran dengan harga yang dapat dijangkau. Tungsten adalah bahan yang sangat keras sehingga tidak mudah berubah bentuk dan tahan terhadap beban dan tekanan tinggi[6].

Error Atau Penyimpangan

Persentase penyimpangan adalah salah satu metode untuk membandingkan nilai eksperimen dengan nilai yang diterima atau nilai literatur. Definisi dari persentase penyimpangan ditunjukkan rumus: presentase error = dengan NL = Nilai Literature NE = Nilai Experiment[7] METODE PENELITIAN Pembuatan Alat

Alat dibuat dengan melakukan pengeboran pada bahan tungsten. Langkah pembuatan alat:

1. Membuat rancangan alat uji yang sesuai dengan ASME V section 2

2. Memotong bahan dengan ukuran 15 × 15 cm 3. Membuat lubang tegaklurus dengan mata bor

ø

=0,1 mm

4. Membuat lubang terusan pada sisi bawah dengan mata bor

ø=

0,45 mm sedalam 2,5 mm

5. Mengamati hasil lubang, jika sesuai makan melakukan verifikasi alat, Jika tidak sesuai maka dilakukan pengulangan pengeboran awal dengan ø 0,1 mm

Verifikasi Alat Uji

Langkah verifikasi alat dengan pengujian radiografi sebagai berikut:

1. Menyiapkan kelengkapan proses penyinaran pesawat sinar-X.

2. Memastikan pesawat sinar-X dalam kondisi siap untuk digunakan (Aging).

3. Membuat variasi jarak focal spot dengan film atau focal spot to film distance (FFD) dan jarak antara focal spot dengan alat uji atau

focal spot holes distance (FHD). Tata letaknya

dapat mengacu Gambar 2.

4. Memasang film dan melakukan penyinaran dengan variasi jarak focal spot, alat uji dan film.

5. Memproses film secara bersamaan untuk menghindari kesalahan.

6. Mengamati bayangan hasil penyinaran, apabila dimensinya belum dapat dibaca, maka dilakukan radiografi ulang dengan variasi jarak focal spot, alat uji dan film.

Gambar 2. Skema Arah Sinar Melewati Alat Uji

7. Apabila bayangan hasil penyinaran dimensinya dapat dianalisis, maka melakukan percobaan selanjutnya dengan membuat variasi tegangan pesawat sinar-X pada tegangan 110 kV, 120 kV dan 140 kV. 8. Mengukur densitas film untuk memperoleh

syarat penerimaan densitas.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian dimensi focal spot diawali dengan percobaan pendahuluan. Percobaan pendahuluan dilakukan dengan membuat variasi jarak antara FHD (Focal spot Hole Distance) dan FFD (Focal

spot Film Distance) untuk mendapatkan jarak yang

sesuai agar diperoleh hasil bayangan yang tajam. Selain dari variasi jarak FHD dan FFD, dilakukan juga radiografi dengan variasi tegangan. Hal ini dimaksudkan agar didapatkan gambar dimensi bayangan focal spot sesuai densitas yang dipersyaratkan.

Dari hasil pembuatan alat uji focal spot diperoleh bentuk:

1. Pinhole yang dibuat dari bahan tungsten yang mempunyai tebal 3 mm, berbentuk segiempat dengan ukuran 15×15 cm dan mempunyai satu lubang ditengahnya. Diameter lubangnya adalah 0,1 mm. Skema bentu k lubangnya seperti pada Gambar 3.

ISSN 1978-0176

2. Multihole yang dibuat dengan bahan tungsten yang mempunyai tebal 3 mm.

Multihole berbentuk segiempat dengan

ukuran 15×15 cm dan mempunyai 5 lubang dengan diameter setiap lubangnya adalah 0,1 mm dan jarak center to center lubangnya adalah 1 mm

Bayangan hasil pengujian radiografi ditunjukkan pada Gambar 4, Hasil pengujian dengan variasi jarak FFD pada Tabel 1 dan Tabel 2.

Gambar 4. Dimensi Radiograph Hasil Pengujian Tabel 1. Hasil Bayangan Dimensi Focal Spot

Menggunakan Pinhole pada KV 120

Kode Film FFD (mm) M=FHD:FFD A’ (mm) B’ (mm) PSO 260 1:1 3,3 2,2 PDO 390 1:2 6,0 4,2 PTO 520 1:3 9,0 6,15 PEO 650 1:4 11,6 8,0 PLO 780 1:5 15 10,5

Tabel 2. Hasil Bayangan Dimensi Focal Spot Menggunakan Multihole Pada KV 120

Kode Film FFD (mm) M=FHD:FFD No Lubang A’ (mm) B’ (mm) MSO 260 1:1 1 2,8 2 2 3 2 3 2.9 2 4 3 1.9 5 3 2 MDO 390 1:2 1 5.9 4.2 2 6 4 3 5.7 3.9 4 6 4.1 5 5.9 4 MTO 520 1:3 1 8.8 6.1 2 8.8 5.6 3 8.1 5.8 4 8 5.6 5 8.7 6.1 MEO 650 1:4 1 11 8 2 11 7.9 3 11.4 8 4 11.8 8 5 11.7 8 MLO 780 1:5 1 13.7 9.7 2 13.8 9.8 3 14 10.3 4 15 10 5 13.8 10.4

Dari data yang diperoleh dapat dilakukan perhitungan ukuran dimensi focal spot yang sebenarnya. Hasil pengukuran pada dimensi sisi A harus dikalikan faktor koreksi 0,7 untuk menentukan dimensi sisi A yang sebenarnya, sedangkan hasil pengukuran pada dimensi sisi B sudah mewakili dimensi yang sebenarnya[5].

Hasil pengukuran dimensi focal spot yang sebenarnya ditunjukkan Tabel 3 dan Tabel 4.

Tabel 3. Hasil Perhitungan Dimensi Focal Spot Yang Sebenarnya, Alat Uji Pinhole

Nama Film FFD (mm) M Ug (mm) A (mm) B (mm) PSO 260 1:1 0,023 2,07 1,97 PDO 390 1:2 0,0155 2,02 2,02 PTO 520 1:3 0,0116 2,06 2,01 PEO 650 1:4 0,0093 2,03 1,99 PLO 780 1:5 0,0077 2,08 2,08

Tabel 4. Hasil Perhitungan Dimensi Focal Spot Yang Sebenarnya, Alat Uji Multihole

Nama Film FFD (mm) M Ug (mm) No Lubang A’ (mm) B’ (mm) MSO 260 1:1 0,02 3 1 1,94 1,98 2 2,08 1,98 3 2,01 1,98 4 2,08 1,88 5 2,08 1,98 Rata - Rata 2,03 1,96 MDO 390 1:2 0,01 55 1 2,06 2,09 2 2,06 1,99 3 1,99 1,94 4 2,09 2,04 5 2,09 1,99 Rata - Rata 2,06 2,01 MTO 520 1:3 0,01 16 1 2,05 2,03 2 2,05 1,86 3 2,03 2,03 4 1,86 1,86 5 1,89 1,93 Rata- Rata 1,97 1,94 MEO 650 1:4 0,00 93 1 1,92 2 2 1,92 1,97 3 1,99 2 4 2,06 2 5 2,05 2 Rata - Rata 1,99 1,99 MLO 780 1:5 0,00 77 1 1,92 1,94 2 1,93 1,96 3 1,96 2,06 4 2,1 2 5 1,93 2,08 Rata - Rata 1,97 2,01

Perbesaran yang menghasilkan ba-yangan terbaik dalam penentuan dimensi focal spot adalah tampilan bayangan yang berbentuk bujur sangkar.

Hal ini terkait bahwa focal spot yang diuji berbentuk bujur sangkar. Dari berbagai kategori di atas, yang memenuhi adalah film PDO dan PEO pada pengujian dengan pinhole dan film MEO pada pengujian dengan multihole. Film PEO dan MEO menggunakan perbesaran yang sama yaitu 4 kalinya sehingga perbandingan tersebut dinilai paling baik karena menghasilkan bentuk bayangan terbaik dalam pengujian focal spot.

Hasil perhitungan, didapatkan nilai error pada alat uji pinhole sebesar 3% untuk dimensi sisi A dan 0,5% untuk dimensi sisi B. Sedangkan pada alat uji multihole nilai errornya adalah 0,2% untuk dimensi sisi A dan 0,9% untuk sisi dimensi sisi B.

Variasi lain yang diberikan adalah variasi tegangan (kV) pesawat. Variasi tegangan dimaksudkan untuk memperoleh densitas yang dipersyaratkan, antara 1 sampai 3,6. Pengukuran densitas penting dilakukan, karena standar densitas pembacaan film radiografi dapat diterima.

Dari Tabel 5 dan Tabel 6 terlihat bahwa densitas tiap hole untuk setiap kondisi penyinaran tidak seragam. Nilai densitas pada film dengan alat uji pinhole dan multihole memenuhi syarat densitas, yaitu 1 sampai 3,6. Sehingga ukuran dimensi bayangan dari penyinaran yang menghasilkan densitas tersebut dapat digunakan sebagai data penelitian.

Tabel 5. Hasil Pengukuran Densitas Menggunakan

Pinhole Pada FFD 650 mm

KV Nama Film Densitas 110 V 2,29 120 U 3,05 140 W 2,82

Tabel 6. Hasil Pengukuran Densitas Menggunakan

Multihole Pada FFD 650 mm KV Nama Film No Lubang Densitas 110 X 1 2,19 2 2,54 3 2,27 4 2,27 5 2,43 120 Y 1 2,95 2 2,92 3 2,87 4 2,89 5 2,95 140 Z 1 2,52 2 2,84 3 2,48 4 2,76 5 2,75

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan, disimpulkan bahwa telah dibuat alat uji pinhole dan

multihole yang dapat digunakan untuk mengukur

dimensi focal spot pesawat sinar-X industri dengan

error dibawah 3% sehingga alat uji ini memenuhi

standar ASME dimana toleransi yang diberikan yaitu 5%.

Alat uji tersebut mempunyai spesifikasi sebagai berikut:

Alat Uji

Pinhole

Konstruksi

Bentuk Segi empat Bahan Tungsten tebal 3 mm Lubang Satu Diameter Lubang 0,1 mm Dimensi Panjang 15 cm Lebar 15 cm Berat 503 gr Alat Uji Multihole

Konstruksi Bentuk Segi empat Bahan Tungsten tebal 3 mm Lubang 5 Diameter Lubang 0,1 mm Dimensi Panjang 15 cm Lebar 15 cm Berat 503 gr Saran

1. Perlu dibuat alat penunjang berupa dudukan alat uji (pinhole camera) untuk mengatur posisi alat uji secara mekanik pada saat pengujian dimensi focal spot

2. Perlu dilakukan pengujian focal spot secara berkala untuk mengetahui kondisi focal spot yang ada.

DAFTAR PUSTAKA

1. Anonim, Obyek Inspeksi,

http://ansn.bapeten.go.id, diakses pada tanggal 06 Maret 2012 pada jam 11.53 WIB. 2. Pusdiklat-BATAN, 2008, Radiografi Level I–

Teknik Radiografi, Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN), Jakarta.

3. Anonim, Radiography in Modern Insdustry, Kodak. .

4. Pusdiklat-BATAN, 2001, NDT Umum, Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN), Jakarta. 5. American Society of Mechanical Engineers,

2007, ASME Section V Divisoin 2: RADIOGRAPHIC EXAMINATION, The American Society of Mechanical Engineering, New York.

ISSN 1978-0176

6. Anonim, Properties of Tungsten,

http://www.tungsten.com, diakses pada tanggal 01 Agustus 2012 pada jam 08.44 WIB. 7. Anonim, Angka Penting dan Pengolahan

Data, http://sitrampil.ui. ac.id, diakses pada 01 Agustus 2012 pukul 09.16 WIB.