Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ, UV) - электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и рентгеновским излучением (380 - 10 нм, 7,9·1014 - 3·1016 Герц).

Понятие об ультрафиолетовых лучах впервые встречается у индийского философа 13-го века в его труде. Атмосфера описанной им местности Bhootakasha содержала фиолетовые лучи, которые невозможно увидеть невооружённым глазом.

Вскоре после того, как было обнаружено инфракрасное излучение, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал поиски излучения и в противоположном конце спектра, с длиной волны короче, чем у фиолетового цвета.В 1801 году он обнаружил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Хлорид серебра белого цвета в течение нескольких минут темнеет на свету. Разные участки спектра по-разному влияют на скорость потемнения. Быстрее всего это происходит перед фиолетовой областью спектра. Тогда многие ученые, включая Риттера, пришли к соглашению, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света), и восстановительного (ультрафиолетового) компонента. В то время ультрафиолетовое излучение называли также актиническим излучением. Идеи о единстве трёх различных частей спектра были впервые озвучены лишь в 1842 году в трудах Александра Беккереля, Македонио Меллони и др.

Электромагнитный спектр ультрафиолетового излучения может быть по-разному поделен на подгруппы. Стандарт ISO по определению солнечного излучения (ISO-DIS-21348) даёт следующие определения:

Наименование	Аббревиатура	Длина волны в нанометрах	Количество энергии на фотон
Ближний		400 нм - 300 нм	3.10 - 4.13 эВ
Средний		300 нм - 200 нм	4.13 - 6.20 эВ
Дальний		200 нм - 122 нм	6.20 - 10.2 эВ
Экстремальный		121 нм - 10 нм	10.2 - 124 эВ
Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон		400 нм - 315 нм	3.10 - 3.94 эВ
Ультрафиолет B, средневолновой		315 нм - 280 нм	3.94 - 4.43 эВ
Ультрафиолет С, коротковолновой		280 нм - 100 нм	4.43 - 12.4 эВ

Ближний ультрафиолетовый диапазон часто называют «черным светом», так как он не распознаётся человеческим глазом, но при отражении от некоторых материалов спектр переходит в область видимого излучения.

Для дальнего и экстремального диапазона часто используется термин «вакуумный» (VUV), в виду того, что волны этого диапазона сильно поглощаются атмосферой Земли.

Биологические эффекты ультрафиолетового излучения в трёх спектральных участках существенно различны, поэтому биологи иногда выделяют, как наиболее важные в их работе, следующие диапазоны:

Ближний ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315-400 нм)

УФ-B лучи (UVB, 280-315 нм)

Дальний ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100-280 нм)

Практически весь UVC и приблизительно 90 % UVB поглощаются озоном, а также водяным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона UVA достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет UVA и в небольшой доле - UVB.

Несколько позже в работах (О. Г. Газенко, Ю. Е. Нефёдов, Е. А. Шепелев, С. Н. Залогуев, Н. Е. Панфёрова, И. В. Анисимова) указанное специфическое действие излучения было подтверждено в космической медицине. Профилактическое УФ облучение было введено в практику космических полётов наряду с Методическими указаниями (МУ) 1989 г. «Профилактическое ультрафиолетовое облучение людей (с применением искусственных источников УФ излучения)». Оба документа являются надёжной базой дальнейшего совершенствования УФ профилактики.

Воздействие ультрафиолетового излучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи к загару, приводит к ожогам.

Длительное воздействие ультрафиолетового излучения может способствовать развитию меланомы и преждевременному старению.

Ультрафиолетовое излучение неощутимо для глаз человека, но при интенсивном облучении вызывает типично радиационное поражение (ожог сетчатки).

Природные источники

Основной источник ультрафиолетового излучения на Земле - Солнце. Соотношение интенсивности излучения УФ-А и УФ-Б, общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли, зависит от следующих факторов:

от концентрации атмосферного озона над земной поверхностью (см. озоновые дыры)

от высоты Солнца над горизонтом

от высоты над уровнем моря

от атмосферного рассеивания

от состояния облачного покрова

от степени отражения УФ-лучей от поверхности (воды, почвы)

Благодаря созданию и совершенствованию искусственных источников УФ излучения, шедшими параллельно с развитием электрических источников видимого света, сегодня специалистам, работающим с УФ излучением в медицине, профилактических, санитарных и гигиенических учреждениях, сельском хозяйстве и т. д., предоставляются существенно большие возможности, чем при использовании естественного УФ излучения.

Существует ряд лазеров, работающих в ультрафиолетовой области. Лазер позволяет получать когерентное излучение высокой интенсивности. Однако область ультрафиолета сложна для лазерной генерации, поэтому здесь не существует столь же мощных источников, как в видимом и инфракрасном диапазонах. Ультрафиолетовые лазеры находят своё применение в мacc-спектрометрии, лазерной микродиссекции, биотехнологиях и других научных исследованиях.

Многие полимеры, используемые в товарах народного потребления, деградируют под действием УФ света. Для предотвращения деградации в такие полимеры добавляются специальные вещества, способные поглощать УФ, что особенно важно в тех случаях, когда продукт подвергается непосредственному воздействию солнечного света. Проблема проявляется в исчезновении цвета, потускнению поверхности, растрескиванию, а иногда и полному разрушению самого изделия. Скорость разрушения возрастает с ростом времени воздействия и интенсивности солнечного света.

Описанный эффект известен как УФ старение и является одной из разновидностей старения полимеров. К чувствительным полимерам относятся термопластики, такие как, полипропилен, полиэтилен, полиметилметакрилат (органическое стекло), а также специальные волокна, например, арамидное волокно. Поглощение УФ приводит к разрушению полимерной цепи и потере прочности в ряде точек структуры. Воздействие УФ на полимеры используется в нанотехнологиях, трансплантологии, рентгенолитографии и др. областях для модификации свойств (шероховатость, гидрофобность) поверхности полимеров. Например, известно сглаживающее действие вакуумного ультрафиолета (ВУФ) на поверхность полиметилметакрилата.

Применение: Обеззараживание ультрафиолетовым (УФ) излучением, Стерилизация воздуха и твёрдых поверхностей, Дезинфекция питьевой воды, Химический анализ, УФ - спектрометрия, Анализ минералов, Качественный хроматографический анализ, Ловля насекомых, Искусственный загар и «Горное солнце», реставрация.

Применение ультрафиолетового излучения мы чаще всего наблюдаем в косметических и медицинских целях. Также ультрафиолетовое излучение используется при печати, при обеззараживании и дезинфекции воды и воздуха, при необходимости полимеризации и изменения физического состояния материалов.

Ультрафиолетовое излечение – это вид излучения, который имеет определенную длину волны и занимает промежуточное положение между рентгеновским и фиолетовой зоной видимого излучения. Такое излучение является невидимым для человеческого глаза. Однако благодаря своим свойствам, такое излучение получило очень широкое распространение и применяется во многих областях.

В настоящее время многие ученые целенаправленно изучают действие ультрафиолетового излучения на многие процессы жизнедеятельности, в том числе обменные, регуляторные, трофические. Известно, что ультрафиолетовое излучение благотворно воздействует на организм при некоторых заболеваниях и нарушениях, способствуя лечению . Именно поэтому оно получило широкое применение в области медицины.

Благодаря трудам многих ученых было изучено воздействие ультрафиолетового излучения на биологические процессы в организме человека, чтобы можно было этими процессами управлять.

Защита от ультрафиолетового излучения является необходимой в тех случаях, когда кожа подвергается длительному воздействию солнечных лучей.

Считается, что именно ультрафиолетовые лучи ответственны за фотостарение кожи, а также за развитие канцерогенеза, поскольку при их воздействии образуется много свободных радикалов , пагубно влияющих на все процессы в организме.
К тому же, при применении ультрафиолетового излучения весьма велик риск повреждения цепей ДНК, а это уже может привести к очень трагическим последствиям и возникновению таких страшных заболеваний, как рак и другие.

А вы знаете, какие могут быть полезны для человека? О таких свойствах, а также о свойствах, ультрафиолетового излучения, позволяющих использовать его в различных производственных процессах вы сможете узнать все из нашей статьи.

У нас также доступен обзор . Прочитайте наш материал и вы поймете все основные различия между естественными и искусственными источниками света.

Основным естественным источником такого вида излучения является Солнце . А среди искусственных различают несколько видов:

• Эритемные лампы (придуманы еще 60-х годах, используются, в основном, для компенсации недостаточности естественного ультрафиолетового излучения. Например, для предотвращения рахита у детей, для облучения молодого поколения сельскохозяйственных животных, в фотариях)
• Ртутно-кварцевые лампы
• Эксилампы
• Бактерицидные лампы
• Люминесцентные лампы
• Светодиоды

Множество ламп, излучающих в ультрафиолетовом диапазоне предназначены для освещения помещений и других объектов, а принцип их действия связан с ультрафиолетовым излучением, которое разными способами преобразуется в видимый свет .

Способы генерирования ультрафиолетового излучения:

• Температурное излучение (применяется в лампах накаливания)
• Излучение, создающееся благодаря движущимся в электрическом поле газам и парам металлов (применяется в ртутных и газоразрядных лампах)
• Люминесценция (применяется в эритемных, бактерицидных лампах)

Применение ультрафиолетового излучения в силу его свойств

Промышленность выпускает множество видов ламп для различных способов применения ультрафиолетового излучения:

• Ртутные
• Водородные
• Ксеноновые

Основные свойства УФ — излучения, которые обуславливают его применение:

• Высокая химическая активность (способствует ускорению многих химических реакций, а также ускорению биологических процессов в организме):
  Под воздействие ультрафиолетового излучения в коже образуется витамин D, серотонин, улучшается тонус и жизнедеятельность организма.
• Способность убивать различные микроорганизмы (бактерицидное свойство):
  Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения способствует дезинфекции воздуха, особенно в таких местах, где собирается много людей (больницы, школы, высшие учебные заведения, вокзалы, метро, большие магазины).
  Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением также пользуется большим спросом, поскольку дает неплохие результаты. При таком способе очистки вода не приобретает неприятный запах и вкус. Это великолепно подходит для очистки воды в рыбных хозяйствах, бассейнах.
  Часто используют метод ультрафиолетового обеззараживания при обработке хирургических инструментов .
• Способность вызывать люминесценцию некоторых веществ:
  Благодаря такому свойству эксперты-криминалисты обнаруживают следы крови на различных предметах. А также благодаря специальной краске можно обнаруживать меченые купюры, которые применяют в операциях по борьбе с коррупцией.

Применение ультрафиолетового излучения фото

Ниже приводим фотографии по теме статьи «Применение ультрафиолетового излучения». Для открытия галереи фотографий достаточно нажать на миниатюру изображения.

Ультрафиолет был открыт более 200 лет назад, но лишь с изобретением искусственных источников ультрафиолетового излучения человек смог использовать удивительные свойства этого невидимого света. Сегодня ультрафиолетовая лампа помогает бороться со многими заболеваниями и дезинфицирует, позволяет создавать новые материалы и используется криминалистами. Но для того чтобы приборы УФ спектра приносили пользу, а не вред, необходимо четко представлять, какими они бывают и для чего служат.

Что такое ультрафиолетовое излучение и каким оно бывает

Ты наверняка знаешь, что свет – это электромагнитное излучение. В зависимости от частоты цвет такого излучения изменяется. Низкочастотный спектр кажется нам красным, высокочастотный – синим. Если поднять частоту еще выше, то свет станет фиолетовым, а после совсем исчезнет. Точнее, исчезнет для твоего глаза. На самом деле излучение перейдет в область ультрафиолетового спектра, который мы не способны видеть из-за особенностей глаза.

Но если мы не видим ультрафиолетовый свет, то это не значит, что он на нас никак не воздействует. Ты же не будешь отрицать, что радиация безопасна, поскольку мы ее не можем увидеть. А радиация – не что иное, как такое же электромагнитное излучение, как свет и ультрафиолет, только более высокой частоты.

Но вернемся к ультрафиолетовому спектру. Он располагается, как мы выяснили, между видимым светом и радиационным излучением:

Зависимость типа электромагнитного излучения от его частоты

Отбросим свет с радиацией и рассмотрим ультрафиолетовое излучение поближе:

Разделение ультрафиолетового диапазона на поддиапазоны

На рисунке хорошо видно, что весь УФ диапазон условно делится на два поддиапазона: ближний и дальний. Но на этом же рисунке сверху мы видим деление на УФА, УФВ и УФС. В дальнейшем мы будем пользоваться именно таким разделением – ультрафиолет А, В и С, поскольку оно четко разграничивает степень воздействия излучения на биологические объекты.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Задать вопрос эксперту

Конечный участок дальнего диапазона никак не обозначен, поскольку не имеет особого практического значения. Воздух для ультрафиолетового излучения с длиной волны короче 100 нм (его еще называют жестким ультрафиолетовым) практически непрозрачен, поэтому его источники можно использовать только в вакууме.

Свойства ультрафиолета и воздействие его на живые организмы

Итак, в нашем распоряжении три ультрафиолетовых диапазона: А, В и С. Рассмотрим свойства каждого из них.

Ультрафиолет А

Излучение лежит в диапазоне 400 – 320 нм и называется мягким или длинноволновым ультрафиолетовым. Проникновение его в глубинные слои живых тканей минимально. При умеренном применении УФА не только не наносит вреда организму, но и полезен. Он укрепляет иммунитет, способствует выработке витамина D, улучшает состояние кожи. Именно под таким ультрафиолетом мы загораем на пляже.

Но при передозировке даже мягкий ультрафиолетовый диапазон может представлять определенную опасность для человека. Наглядный пример: добрался до пляжа, прилег на пару часиков и «сгорел». Знакомо? Безусловно. Но могло быть и еще хуже, если бы ты лежал часиков пять или с открытыми глазами и без качественных солнцезащитных очков. При длительном воздействии на глаза УФА способен вызвать ожог роговицы, а кожу сжечь буквально до волдырей.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Все вышесказанное справедливо и для других биологических объектов: растений, животных, бактерий. Именно умеренный УФА в значительной степени провоцирует «цветение» воды в водоемах и порчу продуктов, подстегивая рост водорослей и бактерий. Передозировка его чрезвычайно вредна.

Ультрафиолет В

Средневолновый ультрафиолет, занимающий диапазон 320 – 280 нм. Ультрафиолетовое излучение с такой длиной волны способно проникать в верхние слои живых тканей и вызывать серьезные изменения их структуры вплоть до частичного разрушения ДНК. Даже минимальная доза УФВ способна вызвать серьезный и довольно глубокий радиационный ожог кожи, роговицы и хрусталика. Серьезную опасность такое излучение также представляет для растений, а для многих видов вирусов и бактерий ввиду их небольших размеров УФВ вообще смертелен.

Ультрафиолет С

Самый коротковолновый и самый опасный для всего живого диапазон, в который входит ультрафиолетовое излучение с длиной волны от 280 до 100 нм. УФС даже в небольших дозах способно разрушать цепи ДНК, вызывая мутации. У человека, как правило, его воздействие вызывает рак кожи и меланому. Из-за способности достаточно глубоко проникать в ткани УФС может вызвать необратимый радиационный ожог сетчатки и глубокие повреждения кожного покрова.

Дополнительную опасность представляет способность ультрафиолетового излучения категории С ионизировать молекулы кислорода, находящиеся в атмосфере. В результате такого воздействия в воздухе образуется озон — трехатомный кислород, который является сильнейшим окислителем, а по степени опасности для биологических объектов относится к первой, самой опасной категории ядов.

Устройство ультрафиолетовой лампы

Человек научился создавать искусственные источники ультрафиолетового излучения, причем излучать они могут в любом заданном диапазоне. Конструктивно ультрафиолетовые лампы выполняются в виде колбы, заполненной инертным газом с примесью металлической ртути. По бокам колбы впаиваются тугоплавкие электроды, на которые подается напряжение питания прибора. Под действием этого напряжения в колбе начинается тлеющий разряд, который заставляет молекулы ртути испускать ультрафиолет во всех спектрах УФ диапазона.

Конструкция ультрафиолетовой лампы

Изготавливая колбу из того или иного материала, конструкторы могут отсекать излучение определенной длины волны. Так, лампа из эритемного стекла пропускает только ультрафиолетовое излучение типа А, увиолевая колба уже прозрачна для УФВ, но не пропускает жесткое излучение УФС. Если же колбу сделать из кварцевого стекла, то прибор будет излучать все три вида ультрафиолетового спектра – А, В, С.

Все лампы ультрафиолетового света являются газоразрядными и должны включаться в сеть через специальное пускорегулирующее устройство (ЭПРА). В противном случае тлеющий разряд в колбе мгновенно перейдет в неуправляемый дуговой.

Электромагнитное (слева) и электронное пускорегулирующие устройства для газоразрядных ламп ультрафиолетового света

Важно! Лампы накаливания с синим баллоном, которые мы часто используем для прогревания при ЛОР заболеваниях, не являются ультрафиолетовыми. Это обычные лампочки накаливания, а синяя колба служит лишь для того, чтобы ты не получил тепловой ожог и не повредил глаза ярким светом, держа довольно мощную лампу у самого лица.

Рефлектор Минина не имеет никакого отношения к ультрафиолетовому излучению и комплектуется обычной лампой накаливания из синего стекла

Применение УФ ламп

Итак, ультрафиолетовые лампы существуют, и мы даже знаем, что у них внутри. Но для чего они нужны? Сегодня приборы ультрафиолетового света широко используются как в быту, так и на производстве. Вот основные области применения УФ ламп:

1. Изменение физических свойств материалов . Под действием ультрафиолетового излучения некоторые синтетические материалы (краски, лаки, пластики и пр.) могут менять свои свойства: твердеть, размягчаться, менять цвет и другие физические характеристики. Живой пример – стоматология. Специальная фотополимерная пломба пластична до тех пор, пока врач после ее установки не осветит полость рта мягким ультрафиолетовым светом. После такой обработки полимер становится прочнее камня. В косметических салонах тоже используют специальный гель, твердеющий под УФ лампой. С его помощью, к примеру, косметологи наращивают ногти.

После обработки ультрафиолетовой лампой мягкая, как пластилин, пломба приобретает исключительную прочность

2. Криминалистика и уголовное право . Полимеры, способные светиться в ультрафиолете, широко используются для защиты от подделки. Для интереса попробуй осветить купюру ультрафиолетовой лампой. Таким же образом можно проверить купюры почти всех стран, подлинность особо важных документов или печатей на них (так называемая защита «Цербер»). Криминалисты пользуются ультрафиолетовыми лампами для обнаружения следов крови. Она, конечно, не светится, зато полностью поглощает ультрафиолетовое излучение и на общем фоне будет казаться абсолютно черной.

Элементы защиты купюр, печатей и паспорта (Беларусь), видимые только в ультрафиолетовом излучении

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Если ты смотрел фильмы про криминалистов, то наверняка заметил, что в них кровь под УФ лампой вопреки вышесказанному мной светится сине-белым. Чтобы достичь такого эффекта, специалисты обрабатывают предполагаемые пятна крови специальным составом, который взаимодействует с гемоглобином, после чего начинает флюоресцировать (светиться в ультрафиолетовом излучении). Такой метод не только более нагляден для зрителя, но и более эффективен.

3. При дефиците естественного ультрафиолета . Польза ультрафиолетовой лампы спектра А для биологических объектов была открыта почти одновременно с ее изобретением. При недостатке естественного ультрафиолетового излучения страдает иммунитет человека, кожа приобретает нездоровый бледный оттенок. Если растения и комнатные цветы выращивать за оконным стеклом или под обычными лампами накаливания, то и они чувствуют себя не лучшим образом – плохо растут и часто болеют. Все дело в отсутствии ультрафиолетового излучения спектра А, недостаток которого особенно вреден для детей. Сегодня УФА лампы используют для укрепления иммунитета и улучшения состояния кожи повсеместно, где не хватает естественного света.

Использование ультрафиолетовых ламп спектра А для восполнения дефицита естественного ультрафиолета

На самом деле приборы, служащие для восполнения дефицита естественного ультрафиолетового света, излучают не только ультрафиолет А, но и В, хотя доля последнего в общем излучении чрезвычайно мала — от 0,1 до 2-3 %.

4. Для дезинфекции . Все вирусы и бактерии – тоже живые организмы, к тому же они настолько малы, что «перегрузить» их ультрафиолетовым светом совсем несложно. Жесткий ультрафиолет (С) в состоянии проходить некоторые микроорганизмы буквально насквозь, разрушая их структуру. Таким образом, лампы спектра В и С, получившие название антибактериальных или бактерицидных, можно использовать для обеззараживания квартиры, общественных заведений, воздуха, воды, предметов и даже для лечения вирусных инфекций. При использовании ламп УФС дополнительным дезинфицирующим фактором выступает озон, о котором я писал выше.

Использование ультрафиолетовых ламп для дезинфекции и антибактериальной обработки

Ты наверняка слышал такой медицинский термин, как кварцевание. Эта процедура – не что иное, как обработка предметов или тела человека строго дозированным жестким ультрафиолетовым излучением.

Основные характеристики источников ультрафиолетового излучения

Какими характеристиками УФ лампы нужно руководствоваться, чтобы при ее использовании получить максимальный эффект и не нанести вреда здоровью своему и окружающих? Вот основные из них:

1. Диапазон излучения.
2. Мощность.
3. Назначение.
4. Срок службы.

Излучаемый диапазон

Это основной параметр. В зависимости от длины волны ультрафиолет действует по-разному. Если УФА опасен лишь для глаз, и при правильном использовании не представляет серьезной угрозы для организма, то УФВ в состоянии не только испортить глаза, но и спровоцировать глубокие, порой необратимые ожоги на коже. УФС отлично дезинфицирует, но может представлять смертельную опасность для человека, поскольку излучение такой длины волны разрушает ДНК и образует ядовитый газ озон.

С другой стороны, спектр УФА абсолютно бесполезен в качестве антибактериального средства. Пользы от такой лампы, к примеру, при очистке воздуха от микробов, практически не будет. Более того, некоторые виды бактерий и микрофлоры станут еще активнее. Таким образом, выбирая УФ лампу, необходимо четко представлять для чего она будет использоваться и какой спектр излучения она должна иметь.

Мощность

Имеется в виду сила создаваемого лампой УФ потока. Она пропорциональна потребляемой мощности, поэтому при выборе прибора ориентируются обычно на данный показатель. Бытовые ультрафиолетовые лампы обычно не превышают мощности 40-60, профессиональные устройства могут иметь мощность до 200-500 Вт и более. Первые обычно имеют низкое давление в колбе, вторые – высокое. Выбирая излучатель для тех или иных целей, нужно четко представлять, что в плане мощности больше — не всегда значит лучше. Для получения максимального эффекта излучение прибора должно быть строго дозированным. Поэтому при покупке лампы обращайте внимание не только на ее назначение, но и на рекомендуемую площадь помещения или производительность прибора, если он служит для очистки воздуха или воды.

Назначение и конструкция

По своему назначению ультрафиолетовые лампы делятся на бытовые и профессиональные. Вторые обычно имеют большую мощность, более широкий и жесткий спектр излучения и сложны по конструкции. Именно поэтому они требуют для своего обслуживания квалифицированного специалиста и соответствующих знаний. Если ты собираешься покупать ультрафиолетовую лампу для домашнего использования, то от профессиональных устройств лучше отказаться. В таком случае велика вероятность, что лампа, скорее, навредит, чем принесет пользу. Особенно это касается приборов, работающих в диапазоне УФС, излучение которых является ионизирующим.

По типу конструкции ультрафиолетовые лампы делятся на:

1. Открытые . Эти приборы излучают ультрафиолет непосредственно в окружающую среду. При неправильном применении представляют наибольшую опасность для организма человека, но позволяют провести качественное обеззараживание помещения, включая воздух и все находящиеся в нем предметы. Лампы открытой или полуоткрытой (узконаправленного излучения) конструкции используются также для медицинских целей: лечения инфекционных заболеваний и восполнения дефицита ультрафиолета (фитолампы, солярии).

Использование бактерицидных ламп для антибактериальной обработки помещений

2. Рециркуляторы или приборы закрытого типа. Лампа в них находится за полностью непрозрачным кожухом, а УФ изучение воздействует только на рабочую среду – газ или жидкость, прогоняемую специальным насосом сквозь облучаемую камеру. В быту рециркуляторы обычно используются для бактерицидной обработки воды или воздуха. Поскольку устройства не излучают ультрафиолет, при правильном использовании они полностью безопасны для человека и могут использоваться в его присутствии. Рециркуляторы могут быть как бытового, так и промышленного назначения.

Рециркулятор – стерилизатор для воды (слева) и для воздуха

3. Универсальные. Приборы этого типа могут работать как в режиме рециркуляции воздуха, так и прямого излучения. Конструктивно выполнены как рециркулятор с раскладным кожухом. В собранном виде это обычный рециркулятор, с открытыми шторками – бактерицидная лампа открытого типа.

Универсальная бактерицидная лампа в режиме рециркулятора (слева)

Срок службы

Поскольку принцип работы и конструкция ультрафиолетовой лампы сходны с принципом и устройством люминесцентного осветительного прибора, логично предположить, что сроки службы у них одинаковы и могут достигать 8 000–10 000 ч. На практике это не совсем так. В процессе работы лампа «стареет»: ее световой поток уменьшается. Но если в обычной осветительной лампе этот эффект заметен визуально, то УФ лампу «на глаз» проверить невозможно. Поэтому производитель ограничивается гораздо меньшим сроком работы: от 1 000 до 9 000 часов в зависимости от мощности лампы, ее назначения и, конечно, качества материалов, комплектующих и бренда.

Если в паспорте на устройство не указана периодичность замены ламп или заявлен максимальный срок 20 тысяч часов и более, то от покупки такого устройства стоит отказаться. Также должна насторожить и слишком низкая стоимость прибора. Скорее всего, это низкокачественный товар либо вовсе подделка.

Ультафиолетовый диапазон электромагнитного излучения располагается за фиолетовым (коротковолновым) краем видимого спектра.

Ближний ультрафиолет от Солнца проходит сквозь атмосферу. Он вызывает на коже загар и необходим для выработки витамина D. Но чрезмерное облучение чревато развитием рака кожи. УФ излучение вредно для глаз. Поэтому на воде и особенно на снегу в горах обязательно нужно носить защитные очки.

Более жесткое УФ излучение поглощают в атмосфере молекулы озона и других газов. Наблюдать его можно только из космоса, и поэтому его называют вакуумным ультрафиолетом.

Энергии ультрафиолетовых квантов достаточно для разрушения биологических молекул, в частности ДНК и белков. На этом основан один из методов уничтожения микробов. Считается, что пока в атмосфере Земли не было озона, поглощающего значительную часть ультрафиолета, жизнь не могла выйти из воды на сушу.

Ультрафиолет испускают объекты с температурой от тысяч до сотен тысяч градусов, например, молодые горячие массивные звезды. Однако УФ излучение поглощается межзвездными газом и пылью, поэтому часто нам видны не сами источники, а подсвеченные ими космические облака.

Для сбора УФ излучения используют зеркальные телескопы, а для регистрирации служат фотоэлектронные умножители, а в ближнем УФ, как и в видимом свете - ПЗС-матрицы.

Источники

Свечение возникает, когда заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с молекулами атмосферы Юпитера. Большинство частиц под действием магнитного поля планеты входит в атмосферу вблизи ее магнитных полюсов. Поэтому сияние возникает в относительно небольшой области. Аналогичные процессы идут на Земле и на других планетах, обладающих атмосферой и магнитным полем. Снимок получен космическим телескопом «Хаббл» .

Приемники

Космический телескоп «Хаббл»

Обзоры неба

Обзор построен орбитальной ультрафиолетовой обсерваторией Extreme Ultraviolet Explorer (EUVE, 1992–2001). Линейчатая структура изображения соответствует орбитальному движению спутника, а неоднородность яркости отдельных полос связана с изменениями в калибровке аппаратуры. Черные полосы - участки неба, которые не удалось пронаблюдать. Незначительное число деталей на этом обзоре связано с тем, что источников жесткого ультрафиолета относительно мало и, кроме того, ультрафиолетовое излучение рассеивается космической пылью.

Земное применение

Установка для дозированного облучения тела ближним ультрафиолетом для загара. Ультрафиолетовое излучение приводит к выделению в клетках пигмента меланина, который меняет цвет кожи.

Медики делят ближний ультрафиолет на три участка: UV-A (400–315 нм ), UV-B (315–280 нм ) и UV-C (280–200 нм ). Самый мягкий ультрафиолет UV-A стимулирует освобождение меланина, запасенного в меланоцитах - клеточных органеллах, где он вырабатывается. Более жесткий ультрафиолет UV-B запускает производство нового меланина, а также стимулирует выработку в коже витамина D. Модели соляриев различаются по мощности излучения в этих двух участках УФ-диапазона.

В составе солнечного света у поверхности Земли до 99% ультрафиолета приходится на участок UV-A, а остальное - на UV-B. Излучение в диапазоне UV-C обладает бактерицидным действием; в солнечном спектре его намного меньше, чем UV-A и UV-B, кроме того, большая его часть поглощается в атмосфере. Ультрафиолетовое излучение вызывает иссушение и старение кожи и способствует развитию раковых заболеваний. Причем излучение в диапазоне UV-A увеличивает вероятность самого опасного вида рака кожи - меланомы.

Излучение UV-B практически полностью блокируется защитными кремами, в отличие от UV-A, которое проникает через такую защиту и даже частично через одежду. В целом считается, что очень небольшие дозы UV-B полезны для здоровья, а остальной ультрафиолет вреден.

Ультрафиолетовое излучение применяется для определения подлинности денежных купюр. В купюры впрессовываются полимерные волокна со специальным красителем, который поглощает ультрафиолетовые кванты, а потом испускает менее энергичное излучение видимого диапазона. Под действием ультрафиолета волокна начинают светиться, что и служит одним из признаков подлинности.

Ультрафиолетовое излучение детектора невидимо для глаза, синее свечение, заметное при работе большинства детекторов, связано с тем, что применяемые источники ультрафиолета излучают также и в видимом диапазоне.

И фиолетовый), ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение, не видимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн λ 400-10 нм. Вся область ультрафиолетового излучения условно делится на ближнюю (400-200 нм) и далёкую, или вакуумную (200-10 нм); последнее название обусловлено тем, что ультрафиолетовое излучение этого участка сильно поглощается воздухом и его исследование производят с помощью вакуумных спектральных приборов.

Ближнее ультрафиолетовое излучение открыто в 1801 году немецким учёным Н. Риттером и английским учёным У. Волластоном по фотохимическому действию этого излучения на хлористое серебро. Вакуумное ультрафиолетовое излучение обнаружено немецким учёным В. Шуманом при помощи построенного им вакуумного спектрографа с флюоритовой призмой (1885-1903) и безжелатиновых фотопластинок. Он получил возможность регистрировать коротковолновое излучение до 130 нм. Английский учёный Т. Лайман, впервые построив вакуумный спектрограф с вогнутой дифракционной решёткой, регистрировал ультрафиолетовое излучение с длиной волны до 25 нм (1924). К 1927 году был изучен весь промежуток между вакуумным ультрафиолетовым излучением и рентгеновским излучением.

Спектр ультрафиолетового излучения может быть линейчатым, непрерывным или состоять из полос в зависимости от природы источника ультрафиолетового излучения (см. Спектры оптические). Линейчатым спектром обладает УФ-излучение атомов, ионов или лёгких молекул (например, H 2). Для спектров тяжёлых молекул характерны полосы, обусловленные электронно-колебательно-вращательными переходами молекул (см. Молекулярные спектры). Непрерывный спектр возникает при торможении и рекомбинации электронов (см. Тормозное излучение).

Оптические свойства веществ.

Оптические свойства веществ в ультрафиолетовой области спектра значительно отличаются от их оптических свойств в видимой области. Характерной чертой является уменьшение прозрачности (увеличение коэффициента поглощения) большинства тел, прозрачных в видимой области. Например, обычное стекло непрозрачно при λ < 320 нм; в более коротковолновой области прозрачны лишь увиолевое стекло, сапфир, фтористый магний, кварц, флюорит, фтористый литий и некоторые другие материалы. Наиболее далёкую границу прозрачности (105 нм) имеет фтористый литий. Для λ < 105 нм прозрачных материалов практически нет. Из газообразных веществ наибольшую прозрачность имеют инертные газы, граница прозрачности которых определяется величиной их ионизационного потенциала. Самую коротковолновую границу прозрачности имеет гелий - 50,4 нм. Воздух непрозрачен практически при λ < 185 нм из-за поглощения кислородом.

Коэффициент отражения всех материалов (в том числе металлов) уменьшается с уменьшением длины волны излучения. Например, коэффициент отражения свеженапылённого алюминия, одного из лучших материалов для отражающих покрытий в видимой области спектра, резко уменьшается при λ < 90 нм (рис. 1) . Отражение алюминия значительно уменьшается также вследствие окисления поверхности. Для защиты поверхности алюминия от окисления применяются покрытия из фтористого лития или фтористого магния. В области λ < 80 нм некоторые материалы имеют коэффициент отражения 10-30% (золото, платина, радий, вольфрам и др.), однако при λ < 40 нм и их коэффициент отражения снижается до 1% и меньше.

Источники ультрафиолетового излучения.

Излучение накалённых до 3000 К твёрдых тел содержит заметную долю ультрафиолетового излучения непрерывного спектра, интенсивность которого растет с увеличением температуры. Более мощное ультрафиолетовое излучение испускает плазма газового разряда. При этом в зависимости от разрядных условий и рабочего вещества может испускаться как непрерывный, так и линейчатый спектр. Для различных применений ультрафиолетового излучения промышленность выпускает ртутные, водородные, ксеноновые и другие газоразрядные лампы, окна которых (либо целиком колбы) изготовляют из прозрачных для ультрафиолетового излучения материалов (чаще из кварца). Любая высокотемпературная плазма (плазма электрических искр и дуг, плазма, образующаяся при фокусировке мощного лазерного излучения в газах или на поверхности твёрдых тел, и так далее) является мощным источником ультрафиолетового излучения. Интенсивное ультрафиолетовое излучение непрерывного спектра испускают электроны, ускоренные в синхротроне (синхротронное излучение). Для ультрафиолетовой области спектра разработаны также оптические квантовые генераторы (лазеры). Наименьшую длину волны имеет водородный лазер (109,8 нм).

Естественные источники ультрафиолетового излучения - Солнце, звёзды, туманности и другие космические объекты. Однако лишь длинноволновая часть ультрафиолетового излучения (λ > 290 нм) достигает земной поверхности. Более коротковолновое ультрафиолетовое излучение поглощается озоном, кислородом и другими компонентами атмосферы на высоте 30-200 км от поверхности Земли, что играет большую роль в атмосферных процессах. Ультрафиолетовое излучение звёзд и других космических тел, кроме поглощения в земной атмосфере, в интервале 91,2-20 нм практически полностью поглощается межзвёздным водородом.

Приёмники ультрафиолетового излучения.

Для регистрации ультрафиолетового излучения при λ > 230 нм используются обычные фотоматериалы. В более коротковолновой области к нему чувствительны специальные маложелатиновые фотослои. Применяются фотоэлектрические приёмники, использующие способность ультрафиолетового излучения вызывать ионизацию и фотоэффект: фотодиоды, ионизационные камеры, счётчики фотонов, фотоумножители и др. Разработан также особый вид фотоумножителей - каналовые электронные умножители, позволяющие создавать микроканаловые пластины. В таких пластинах каждая ячейка является каналовым электронным умножителем размером до 10 мкм. Микроканаловые пластины позволяют получать фотоэлектрические изображения в ультрафиолетовом излучении и объединяют преимущества фотографических и фотоэлектрических методов регистрации излучения. При исследовании ультрафиолетового излучения также используют различные люминесцирующие вещества, преобразующие ультрафиолетовое излучение в видимое. На этой основе созданы приборы для визуализации изображений в ультрафиолетовом излучении.

Применение ультрафиолетового излучения.

Изучение спектров испускания, поглощения и отражения в УФ-области позволяет определять электронную структуру атомов, ионов, молекул, а также твёрдых тел. УФ-спектры Солнца, звёзд и др. несут информацию о физических процессах, происходящих в горячих областях этих космических объектов (см. Ультрафиолетовая спектроскопия, Вакуумная спектроскопия). На фотоэффекте, вызываемом ультрафиолетовым излучением, основана фотоэлектронная спектроскопия. Ультрафиолетовое излучение может нарушать химические связи в молекулах, в результате чего могут происходить различные химические реакции (окисление, восстановление, разложение, полимеризация и так далее, см. Фотохимия). Люминесценция под действием ультрафиолетового излучения используется при создании люминесцентных ламп, светящихся красок, в люминесцентном анализе и люминесцентной дефектоскопии. Ультрафиолетовое излучение применяется в криминалистике для установления идентичности красителей, подлинности документов и тому подобное. В искусствоведении ультрафиолетовое излучение позволяет обнаружить на картинах не видимые глазом следы реставраций (рис. 2) . Способность многих веществ к избирательному поглощению ультрафиолетового излучения используется для обнаружения в атмосфере вредных примесей, а также в ультрафиолетовой микроскопии.

Мейер А., Зейтц Э., Ультрафиолетовое излучение, пер. с нем., М., 1952; Лазарев Д. Н., Ультрафиолетовая радиация и ее применение, Л. - М., 1950; Samson I. A. R., Techniques of vacuum ultraviolet spectroscopy, N. Y. - L. - Sydney, ; Зайдель А. Н., Шрейдер Е. Я., Спектроскопия вакуумного ультрафиолета, М., 1967; Столяров К. П., Химический анализ в ультрафиолетовых лучах, М. - Л., 1965; Бейкер А., Беттеридж Д., Фотоэлектронная спектроскопия, пер. с англ., М., 1975.

Рис. 1. Зависимости коэффициента отражения r слоя алюминия от длины волны.

Рис. 2. Спектры действия ультр. изл. на биообъекты.

Рис. 3. Выживаемость бактерий в зависимости от дозы ультрафиолетового излучения.

Биологическое действие ультрафиолетового излучения.

При действии на живые организмы ультрафиолетовое излучение поглощается верхними слоями тканей растений или кожи человека и животных. В основе биологического действия ультрафиолетового излучения лежат химические изменения молекул биополимеров. Эти изменения вызываются как непосредственным поглощением ими квантов излучения, так и (в меньшей степени) образующимися при облучении радикалами воды и других низкомолекулярных соединений.

На человека и животных малые дозы ультрафиолетового излучения оказывают благотворное действие - способствуют образованию витаминов группы D (см. Кальциферолы), улучшают иммунобиологические свойства организма. Характерной реакцией кожи на ультрафиолетовое излучение является специфическое покраснение - эритема (максимальным эритемным действием обладает ультрафиолетовое излучение с λ = 296,7 нм и λ = 253,7 нм), которая обычно переходит в защитную пигментацию (загар). Большие дозы ультрафиолетового излучения могут вызывать повреждения глаз (фотоофтальмию) и ожог кожи. Частые и чрезмерные дозы ультрафиолетового излучения в некоторых случаях могут оказывать канцерогенное действие на кожу.

В растениях ультрафиолетовое излучение изменяет активность ферментов и гормонов, влияет на синтез пигментов, интенсивность фотосинтеза и фотопериодической реакции. Не установлено, полезны ли и тем более необходимы ли для прорастания семян, развития проростков и нормальной жизнедеятельности высших растений малые дозы ультрафиолетового излучения. Большие дозы ультрафиолетового излучения, несомненно, неблагоприятны для растений, о чём свидетельствуют и существующие у них защитные приспособления (например, накопление определённых пигментов, клеточные механизмы восстановления от повреждений).

На микроорганизмы и культивируемые клетки высших животных и растений ультрафиолетовое излучение оказывает губительное и мутагенное действие (наиболее эффективно ультрафиолетовое излучения с λ в пределах 280-240 нм). Обычно спектр летального и мутагенного действия ультрафиолетового излучения примерно совпадает со спектром поглощения нуклеиновых кислот - ДНК и РНК (рис. 3, А) , в некоторых случаях спектр биологического действия близок к спектру поглощения белков (рис. 3, Б) . Основная роль в действии ультрафиолетового излучения на клетки принадлежит, по-видимому, химическим изменениям ДНК: входящие в её состав пиримидиновые основания (главным образом тимин) при поглощении квантов ультрафиолетовое излучение образуют димеры, которые препятствуют нормальному удвоению (репликации) ДНК при подготовке клетки к делению. Это может приводить к гибели клеток или изменению их наследственных свойств (мутациям). Определённое значение в летальном действии ультрафиолетового излучения на клетки имеют также повреждение биолеских мембран и нарушение синтеза различных компонентов мембран и клеточной оболочки.

Большинство живых клеток может восстанавливаться от вызываемых ультрафиолетовым излучением повреждений благодаря наличию у них систем репарации. Способность восстанавливаться от повреждений, вызываемых ультрафиолетовым излучением, возникла, вероятно, на ранних этапах эволюции и играла важную роль в выживании первичных организмов, подвергавшихся интенсивному солнечному ультрафиолетовому облучению.

По чувствительности к ультрафиолетовому излучению биологические объекты различаются очень сильно. Например, доза ультрафиолетового излучения, вызывающая гибель 90% клеток, для разных штаммов кишечной палочки равна 10, 100 и 800 эрг/мм 2 , а для бактерий Micrococcus radiodurans - 7000 эрг/мм 2 (рис. 4, А и Б) . Чувствительность клеток к ультрафиолетовому излучению в большой степени зависит также от их физиологического состояния и условий культивирования до и после облучения (температура, состав питательной среды и др.). Сильно влияют на чувствительность клеток к ультрафиолетовому излучению мутации некоторых генов. У бактерий и дрожжей известно около 20 генов, мутации которых повышают чувствительность к ультрафиолетовому излучению. В ряде случаев такие гены ответственны за восстановление клеток от лучевых повреждений. Мутации других генов нарушают синтез белка и строение клеточных мембран, тем самым повышая радиочувствительность негенетических компонентов клетки. Мутации, повышающие чувствительность к ультрафиолетовому излучению, известны и у высших организмов, в том числе у человека. Так, наследственное заболевание - пигментная ксеродерма обусловлено мутациями генов, контролирующих темновую репарацию.

Генетические последствия облучения ультрафиолетовым излучением пыльцы высших растений, клеток растений и животных, а также микроорганизмов выражаются в повышении частот мутирования генов, хромосом и плазмид. Частота мутирования отдельных генов, при действии высоких доз ультрафиолетового излучения, может повышаться в тысячи раз по сравнению с естественным уровнем и достигает нескольких процентов. В отличие от генетического действия ионизирующих излучений, мутации генов под влиянием ультрафиолетового излучения возникают относительно чаще, чем мутации хромосом. Благодаря сильному мутагенному эффекту ультрафиолетовое излучение широко используют как в генетических исследованиях, так и в селекции растений и промышленных микроорганизмов, являющихся продуцентами антибиотиков, аминокислот, витаминов и белковой биомассы. Генетическое действие ультрафиолетового излучения могло играть существенную роль в эволюции живых организмов. О применении ультрафиолетового излучения в медицине см. Светолечение.

Самойлова К. А., Действие ультрафиолетовой радиации на клетку, Л., 1967; Дубров А. П, Генетические и физиологические эффекты действия ультрафиолетовой радиации на высшие растения, М., 1968; Галанин Н. Ф., Лучистая энергия и ее гигиеническое значение, Л., 1969; Смит К., Хэнеуолт Ф., Молекулярная фотобиология, пер. с англ., М., 1972; Шульгин И. А., Растение и солнце, Л., 1973; Мясник М. Н., Генетический контроль радиочувствительности бактерий, М., 1974.