Pada bahagian 3 penulis telah membincangkan mengenai tiub magnetron yang digunakan secara meluas dalam pembinaan radar dan ketuhar gelombang mikro. Untuk bahagian ini (bahagian 4), penulis akan meneruskan perbincangan kepada satu lagi jenis tiub hampagas yang dinamakan tiub sinar X.
Tiub sinar X ialah salah satu daripada jenis-jenis tiub hampagas, yang berfungsi sebagai penghasil sinar X. Tiub ini berevolusi dari tiub sinar katod, iaitu jenis tiub hampagas yang paling awal dicipta.
Sumber: http://www.orau.org/ptp/collection/xraytubescoolidge/Ttube.htm
Sejarah
Ketika Wilhelm Roentgen, saintis Jerman sedang mengkaji mengenai tiub sinar katod, beliau mendapati sejenis sinaran dihasilkan apabila anod (tempat di mana elektron berhenti, atau terminal positif bekalan kuasa) ditukarkan kepada logam-logam tertentu.
Beliau memerhatikan bahawa sinaran tersebut berupaya menghasilkan cahaya apabila ia menghentam bahan fosfor (English-phosphorescent material) dan mampu menembusi tisu-tisu badan tetapi tidak tulang temulang, membolehkan ‘bayang-bayang’ tulang tangan beliau ‘dirakam’ pada satu kepingan bahan fosfor.
Beliau menamakan sinaran yang baru ditemui itu sebagai sinar X, di mana X ialah simbol matematik yang merujuk kepada sesuatu yang asing atau tidak diketahui.
Sinar X digunakan dalam bidang perubatan bagi mengimbas struktur tulang seseorang pesakit bagi memudahkan doktor membuat penelitian terhadap keadaan dalaman tulang dan mengesan kerosakan seperti keretakan, kepatahan dan sebarang keganjilan yang disebabkan oleh faktor-faktor genetik dan sebagainya.
Frekuensi sinar X yang berbeza-beza apabila menghentam sasaran yang berlainan jenis membolehkan ia digunakan bagi menentukan kandungan dan binaan satu-satu molekul dan atom dalam suatu bahan, seperti kaedah yang digunakan oleh ahli kimia iaitu kristalograf sinar X (English-x-ray crystallography).
Sifat-sifat dan bahaya sinar X.
Sinar X ialah sejenis gelombang elektromagnet yang dihasilkan apabila elektron yang berkelajuan tinggi dibiarkan menghentam sasaran logam. Sinar X juga terhasil dalam kuantiti yang sedikit apabila elektron menghentam sasaran bukan logam, seperti elektron dalam senapang elektron dalam peti televisyen.
Dalam rajah juzuk gelombang elektromagnet di bawah, sinar X memiliki frekuensi yang lebih tinggi dari cahaya nampak tetapi lebih rendah dari frekuensi sinar gamma dari reputan radioaktif.
Sinar X tidak boleh dilihat manusia, tetapi ia berperlakuan sepertimana cahaya nampak. Maka, sinar X bergerak lurus, dan boleh dipantulkan. Ia juga boleh dibiaskan (English-refracted) dan dibelaukan (English-diffracted).
Sinar X juga boleh mengeluarkan elektron dari sebarang molekul dan atom jika ia menghentamnya, maka ia tergolong dalam jenis-jenis sinaran yang mengionkan (English-ionising radiation), bersama-sama sinar gamma (English-gamma ray). Semua sinaran mengionkan boleh menyebabkan kanser (English-carcinogen), kebakaran tisu (English-tissue burn), dan kerosakan gen (English-gene damage) dengan mengionkan DNA. Oleh itu, sinar X amat berbahaya jika ia dikendalikan oleh seseorang yang bukan pakar dan tidak berpengalaman.
Seorang pengeksperimen sinar X tidak semestinya selamat ketika mengendalikan sinar X meskipun dia menggunakan kepingan plumbum bagi menghalang sinar X daripada merambat kepadanya. Ini kerana sinar ini berperlakuan seperti cahaya, boleh dipantulkan dari satu arah ke arah yang lain dan juga boleh dibelau dan diserakkan, menyebabkan ia mudah tersebar ke semua arah.
Wilhelm Roentgen juga dikatakan meninggal dunia setelah menderita kesakitan yang dikatakan berpunca daripada pendedahan terhadap sinar X berlebihan ketika beliau melakukan ujikaji di makmalnya.
Bagi mengelakkan sinaran ini dari mengenai manusia dan makhluk lain, pengujikaji dan ahli fizik biasanya menghalakan sinaran ini yang berlebihan ke arah langit atau ke bumi secara menegak.
Kebakaran tisu berpunca dari sinar X berlebihan
Sumber: http://web.princeton.edu/sites/ehs/radiation/Xraytraining/RigakuMiniflexPrism.htmPenghasilan sinar X
Bagaimanakah hentaman elektron boleh menghasilkan gelombang? Berikut ditunjukkan perumpamaan bagi menggambarkan fenomena ini;
[Buka sendiri pada tab baru untuk pembesaran]
Gelombang sinar X terhasil sebagai tenaga berlebihan akibat dari perlanggaran elektron ke atas sasaran logam. Dalam proses ini, tenaga pergerakkan elektron ditukarkan kepada tenaga haba dan gelombang sinar X.
Ini kerana menurut Hukum Termodinamik Kedua tenaga mesti terpecah dua; satu kepada tenaga yang bermanfaat dan satu lagi kepada tenaga yang tidak bermanfaat. Dalam kes tiub sinar X, tenaga bermanfaat ialah gelombang sinar X, iaitu tenaga yang kita mahukan. Gelombang sinar X merangkumi kira-kira beberapa peratusan kecil dari gelombang pemberhentian yang dinamakan bremmstrahlung.
Merujuk kepada rajah di atas juga, tenaga sinar X boleh diumpamakan sebagai tenaga bunyi akibat perlanggaran sebuah kereta dengan dinding. Dalam kes perlanggaran kereta, tenaga pergerakan kereta ditukarkan kepada tenaga haba, tenaga mekanikal yang merosakkan kereta dan dinding dan juga tenaga bunyi.
Rajah di bawah pula menunjukkan sebuah rajah binaan tiub sinar X dalam bentuk yang lebih mudah difahami:
[Buka sendiri pada tab lain untuk pembesaran]
Filamen dipanaskan oleh bekalan kuasa dari bateri untuk mengeluarkan elektron darinya. Sumber arus terus bervoltan tinggi dibekalkan bagi menghasilkan upaya negatif pada plat bersebelahan filamen, dan upaya positif pada plat yang jauh dari filamen.
Elektron ditolak menjauhi plat yang berkeupayaan negatif kerana elektron bercas negatif (cas negatif yang bersentuhan akan menolak dan menjauhi satu sama lain) dan ditarik oleh plat yang berkeupayaan positif (cas negatif akan tertarik ke atas cas positif). Akibatnya, elektron dipecutkan dari plat berkeupayaan negatif ke plat berkeupayaan positif.
Elektron yang dipecutkan ini akan berlanggar pada satu lapisan logam di plat berkeupayaan positif, lalu menghasilkan sinar X.
Pada bahagian seterusnya penulis akan menerangkan jenis lain tiub hampagas iaitu tetrod, pentod dan triod.
