Глубокий ультрафиолет¶

Глубокий ультрафиолет — диапазон электромагнитного излучения с длиной волны от 100 до 280 нм, соответствующий области UVC в спектре ультрафиолетового излучения. В зарубежной литературе для этого диапазона также используется термин «далёкий ультрафиолет» (far UV). Излучение данного диапазона обладает высокой энергией фотонов и практически полностью поглощается атмосферой Земли, что определяет его специфические свойства и сферы применения.

¶Физические свойства

Глубокий ультрафиолет занимает промежуточное положение между вакуумным ультрафиолетом (10–100 нм) и средневолновым ультрафиолетом UVB (280–315 нм). Энергия фотонов в этом диапазоне составляет от 4,4 до 12,4 эВ, что достаточно для разрыва химических связей в органических молекулах и ионизации ряда атомов.

Ключевой особенностью диапазона является сильное поглощение излучения кислородом и озоном в атмосфере. Из-за этого глубокий ультрафиолет не достигает поверхности Земли естественным образом, а его распространение в воздушной среде ограничено расстоянием в несколько метров. Для передачи излучения на значительные расстояния требуется вакуумная среда или заполнение камер инертными газами, например азотом или аргоном.

¶Источники излучения

¶Естественные источники

Основным естественным источником глубокого ультрафиолета является Солнце, однако из-за поглощения атмосферой этот диапазон не наблюдается на поверхности планеты. В верхних слоях атмосферы, на высоте более 30 км, солнечное излучение данного диапазона присутствует в значительных количествах. Также излучение возникает в плазме, например в молниях и полярных сияниях.

¶Искусственные источники

К искусственным источникам глубокого ультрафиолета относятся:

• эксимерные лампы (KrCl, XeBr), излучающие на длинах волн 207 и 222 нм;
• ртутные лампы низкого давления (основная линия 185 нм);
• газоразрядные источники на основе дейтерия (115–400 нм);
• светодиоды на основе нитрида алюминия и его сплавов с галлием (210–280 нм);
• лазеры на свободных электронах и синхротронные источники.

¶Применение

¶Обеззараживание и стерилизация

Глубокий ультрафиолет обладает выраженным бактерицидным действием. Излучение с длиной волны около 254 нм повреждает ДНК микроорганизмов, вызывая образование тиминовых димеров, что приводит к гибели бактерий, вирусов и грибов. Технология используется для обеззараживания воды, воздуха и поверхностей в медицинских учреждениях, пищевой промышленности и системах водоснабжения.

В 2010-х годах были разработаны эксимерные лампы с длиной волны 222 нм, которые, по данным исследований, менее опасны для кожи и глаз человека, что открыло возможность применения в присутствии людей. Однако безопасность таких источников продолжает изучаться, и стандарты для их массового использования ещё не полностью разработаны.

¶Полупроводниковая литография

В микроэлектронике глубокий ультрафиолет используется в фотолитографии для создания интегральных микросхем. Излучение с длиной волны 248 нм (KrF-лазеры) и 193 нм (ArF-лазеры) применяется для переноса рисунка на фоторезист. Технология иммерсионной литографии с длиной волны 193 нм долгое время оставалась основой производства микросхем с нормами до 7 нм.

¶Научные исследования

В спектроскопии глубокий ультрафиолет применяется для изучения электронной структуры материалов, анализа состава атмосферы планет и исследования плазменных процессов. Диапазон 100–200 нм используется в астрофизике для наблюдения горячих звёзд и межзвёздной среды с помощью орбитальных телескопов.

¶Криминалистика и материаловедение

Излучение применяется для обнаружения следов биологических жидкостей, проверки подлинности документов и банкнот, а также для анализа дефектов в оптических материалах и покрытиях.

¶Биологическое действие и безопасность

Глубокий ультрафиолет представляет опасность для живых организмов. Прямое воздействие на кожу вызывает эритему и повреждение ДНК, а на глаза — фотокератит. Однако из-за сильного поглощения атмосферой естественный риск облучения на открытом воздухе отсутствует. При работе с искусственными источниками требуется защита: экранирование, использование специальных очков и ограничение времени экспозиции.

¶Ограничения и перспективы

Основным ограничением применения глубокого ультрафиолета является его малая проникающая способность в воздушной среде. Это требует размещения источников в непосредственной близости от обрабатываемого объекта или создания вакуумных камер. Перспективным направлением считается разработка компактных светодиодов UVC-диапазона, которые позволят создавать портативные устройства обеззараживания с низким энергопотреблением.