Radioterapi - Interaksi Foton

    Radiasi yang membawa foton termasuk dalam radiasi pengion, radiasi tersebut dapat diklasifikasikan menjadi empat kategori :

1.      Karakteristik sinar X yaitu hasil dari transisi elektronik antar kulit atom.

2.      Bremsstrahlung yaitu hasil utama dari interaksi inti elektron coulomb.

3.      Sinar Gamma hasil dari transisi nuklir.

4.    Annihilation quantum (radiasi pemusnahan) hasil dari pemusnahan positron-elektron.

    Dalam menembus media penyerap, foton mungkin mengalami berbagai interaksi dengan atom medium, yang melibatkan penyerap atom secara keseluruhan, inti dari media penyerap, dan lektron orbital dari media penyerap.

Interaksi foton dengan inti atom dapat berupa:

·    Interaksi inti-foton langsung (fotodisintegrasi)

·    Interaksi antara foton dan medan elektrostatis dari inti (produksi pasangan).

Interaksi elektron orbital foton dicirikan sebagai interaksi antara elektron datang dan elektron pada material, interaksi tersebut dapat berupa:

·         Elektron yang terikat secara longgar (efek Compton, tripletproduksi)atau

·         Elektron yang terikat erat (efek fotolistrik).

Interaksi antara foton dan elektron yang terikat secara longgar dianggap sebagai interaksi antara foton dan gratis elektron. Foton yang telah berinteraksi dengan atom memiliki dua kemungkinan yaitu foton menghilang (diserap seluruhnya) dan sebagian dari nyaenergi ditransfer ke partikel bermuatan cahaya, foton tersebar dan dua hasil dimungkinkan yaitu foton yang dihasilkan memiliki energi yang sama dengan foton kejadian dan tidak ada partikel bermuatan cahaya dilepaskan dalam interaksi atau foton tersebar yang dihasilkan memiliki energi yang lebih rendah daripada foton insiden dan kelebihan energi ditransfer ke partikel bermuatan cahaya (elektron). Partikel bermuatan cahaya yang diproduksi di media penyerap melalui interaksi foton akan mengalami 2 kemungkinan yaitu menyimpan energinya ke medium melalui interaksi Coulomb dengan elektron orbital dari media penyerap (kehilangan tabrakan juga disebut sebagai kehilangan ionisasi), atau memancarkan energi kinetiknya melalui interaksi Coulomb denganinti dari media penyerap (kehilangan radiasi).

Beberapa faktor yang mempengaruhi radiasi foton diantaranya ialah koefisien atenuasi dan penampang yang digunakan untuk menjelaskan redaman sinar foton. Menurut jenis sasaran ada dua kemungkinaninteraksi foton dengan atom yaitu foton interaksi elektron orbital dan foton interaksi inti. 

Menurut jenis acara ada dua kemungkinan interaksi foton dengan atom: penyerapan foton secara lengkap dan hamburan foton. Dalam fisika medis, interaksi foton dibagi menjadi empat kelompok yaitu Interaksi yang sangat penting seperti efek fotolistrrik, hamburan compton oleh elektron bebas, dan produksi berpasangan (termasuk produksi triplet). Interaksi yang cukup penting seperti hamburan rayleigh, dan hamburan thomson oleh elektron bebas. Interaksi yang tidak terlalu penting yaitu reaksi fotonuklear. Interaksi yang dapat diabaikan seperti thomson dan compton berhamburan oleh nucleus, roduksi meson, dan amburan delbrück.

Jenis interaksi foton :

1. Interaksi elektron orbital

ü  dengan elektron terikat: Efek fotoelektri dan Hamburan Rayleigh

ü  dengan elektron "bebas": Thomson hamburan dan Hamburan Compton

ü  dengan bidang elektron Coulomb: Produksi triple

2. Interaksi inti foton

ü  dengan inti secara langsung: Fotodisintegrasi

ü  dengan bidang inti Coulomb: Produksi berpasangan

    Secara koheren (Hambuan Rayleigh) hamburan foton berinteraksi dengan suatu ikatan elektron orbital, yaitu dengan aksi gabungan dari seluruh atom . Peristiwa ini merupakan interaksi elastis dan foton pada dasarnya tidak kehilangan satupun dari energi dan tersebar hanya melalui sudut kecil. Tidak ada transfer energi yang terjadi dari foton ke partikel bermuatan penyerap, sehingga hamburan Rayleigh tidak berperan dalam koefisien energi transfer tetapi berkontribusi pada koefisien atenuasi.

Reaksi fotonuklear (fotodisintegrasi) merupakan reaksi yang terjadi akibat beberapa ineraksi seperti foton berenergi tinggi diserap oleh inti penyerap, sebuah neutron atau proton dipancarkan, dan atom penyerap diubah menjadi produk reaksi radioaktif. Probabilitas reaksi fotonuklear jauh lebih kecil dari padainteraksi atom foton lainnya; reaksi fotonuklear biasanya demikiandiabaikan dalam fisika medis. Kemungkinan foton menjalani salah satu dari berbagai macam itu fenomena interaksi dengan atom penyerap bergantung pada energi foton dan nomor atom Z penyerap.

    Dari penjelasan tentang interaksi foton di atas, secara umum dapat disimpulkan bahwa fek fotolistrik dapat terjadi dan mendominasi pada energi foton rendah, efek Compton mendominasi energi foton menengah, serta produksi pasangan mendominasi pada energi foton tinggi. Dalam efek fotolistrik, hamburan Compton dan produksi tripletl owongan diproduksi di cangkang atom melalui ejeksi elektron orbital. Kekosongan diisi dengan elektron orbital yang melakukan transisidari cangkang atom yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah. Transisi elektronik diikuti oleh emisi karakteristik sinar-x atau elektron Auger, proporsi yang diaturdengan hasil fluorescent. Produksi berpasangan dan produksi triplet diikuti oleh pemusnahan positron yang kehilangan hampir semua energi kinetiknyamelalui interaksi Coulomb dengan atom penyerap, dengan "bebas"elektron menghasilkan dua kuanta pemusnahan. Dua kuanta pemusnahan memiliki energi yang paling umum masing-masing 0,511 MeV, dan dipancarkan sekitar 180 derajat untuk memenuhi kekekalan momentum dan energi. Pemusnahan juga dapat terjadi dari positron yang energik dengan elektron.