УФ-излучение

УФ-излучение (ультрафиолетовое излучение, УФ, UV) — это электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым светом и рентгеновским излучением. Длина волны УФ-излучения составляет от 10 до 400 нм, что короче видимого света, но длиннее рентгеновских лучей. УФ-излучение невидимо для человеческого глаза, но оказывает значительное биологическое и химическое воздействие на живые организмы и материалы. Основным естественным источником УФ-излучения является Солнце, однако существуют и многочисленные искусственные источники, используемые в науке, промышленности, медицине и быту.

История открытия и изучения

Открытие ультрафиолетового излучения связано с именем немецкого физика Иоганна Вильгельма Риттера. В 1801 году, экспериментируя с хлоридом серебра, он обнаружил, что за фиолетовой областью солнечного спектра существует невидимое излучение, которое вызывает почернение соли быстрее, чем видимый свет. Риттер назвал это излучение «деоксидирующими лучами», однако термин «ультрафиолетовый» (от лат. ultra — сверх, за пределами) был предложен позднее.

В XIX веке изучение УФ-излучения носило в основном физический характер. В 1852 году Джордж Стокс описал явление флуоресценции, вызванной УФ-светом. В 1878 году русский физик Пётр Николаевич Лебедев получил УФ-излучение с помощью электрической дуги. В начале XX века, с развитием квантовой физики, была установлена корпускулярно-волновая природа УФ-излучения, а также его роль в фотохимических процессах. В 1901 году немецкий физик Филипп Ленард создал первую ртутную лампу, ставшую источником интенсивного УФ-излучения. В 1920-х годах были открыты бактерицидные свойства коротковолнового УФ-излучения, что привело к его использованию для стерилизации.

Физическая природа и классификация

УФ-излучение представляет собой электромагнитные волны, энергия которых достаточна для ионизации атомов и молекул (в коротковолновой части) или для возбуждения электронных переходов (в длинноволновой части). В зависимости от длины волны и биологического воздействия, УФ-излучение подразделяют на три основных диапазона:

УФ-A (UVA, длинноволновое): 315–400 нм. Наиболее мягкий и распространённый тип. Составляет около 95% УФ-излучения, достигающего поверхности Земли. Проникает глубоко в кожу, вызывая фотостарение и пигментацию. Используется в соляриях и фототерапии.
УФ-B (UVB, средневолновое): 280–315 нм. Более энергичное, частично поглощается озоновым слоем. Вызывает загар, солнечные ожоги и синтез витамина D в коже. Является основным фактором риска развития рака кожи.
УФ-C (UVC, коротковолновое): 100–280 нм. Наиболее опасное излучение, полностью поглощаемое атмосферой Земли (озоновым слоем и кислородом). Обладает сильным бактерицидным действием, используется для обеззараживания воды и воздуха. Искусственные источники УФ-C (например, ртутные лампы) представляют серьёзную опасность для глаз и кожи.

Иногда выделяют также вакуумный ультрафиолет (VUV, 10–200 нм), который распространяется только в вакууме, и экстремальный ультрафиолет (EUV, 10–124 нм), используемый в литографии.

Естественные и искусственные источники

Естественные источники

Основным естественным источником УФ-излучения является Солнце. Спектр солнечного излучения на поверхности Земли зависит от высоты солнца над горизонтом, широты, облачности, высоты над уровнем моря и состояния озонового слоя. В среднем, на уровне моря в ясный день УФ-излучение состоит примерно из 95% УФ-A и 5% УФ-B. УФ-C полностью отсутствует. Другими естественными источниками являются звёзды, некоторые туманности и космические объекты, однако их вклад в облучение Земли ничтожен.

Искусственные источники

Искусственные источники УФ-излучения создаются человеком для различных целей:

Ртутные лампы низкого и высокого давления: Основной источник УФ-C для бактерицидных целей. Излучают преимущественно на длине волны 253,7 нм.
Ксеноновые лампы: Используются в фототерапии, кинопроекторах и для имитации солнечного света.
Светодиоды (LED): В последние годы активно развиваются УФ-светодиоды, излучающие в диапазонах UVA, UVB и UVC. Они компактны, долговечны и не содержат ртути.
Электрические дуги: При сварке, плазменной резке и других процессах образуется мощное УФ-излучение, требующее защиты глаз и кожи.
Лазеры: УФ-лазеры (например, эксимерные) используются в микрохирургии, литографии и научных исследованиях.
Солярии: Специализированные лампы, излучающие преимущественно УФ-A (иногда с добавлением УФ-B) для искусственного загара.

Биологическое воздействие на человека

Влияние УФ-излучения на организм человека двойственно: оно может быть как полезным, так и вредным.

Положительные эффекты

Синтез витамина D: Под действием УФ-B (длина волны 290–315 нм) в коже из холестерина синтезируется витамин D3, необходимый для усвоения кальция и здоровья костей.
Антидепрессивное действие: УФ-излучение стимулирует выработку эндорфинов и серотонина, улучшая настроение.
Иммуномодулирующее действие: Умеренные дозы УФ-излучения могут подавлять некоторые аутоиммунные реакции (используется в фототерапии псориаза, экземы, витилиго).
Бактерицидное действие: УФ-C убивает бактерии, вирусы и грибки на поверхности кожи и в воздухе.

Отрицательные эффекты

Ожоги кожи (эритема): Вызываются избыточным воздействием УФ-B. Симптомы: покраснение, боль, отёк, в тяжёлых случаях — пузыри.
Фотостарение: Хроническое воздействие УФ-A приводит к разрушению коллагена и эластина, появлению морщин, пигментных пятен и потере упругости кожи.
Рак кожи: УФ-излучение является основным фактором риска развития базальноклеточного и плоскоклеточного рака, а также меланомы — наиболее опасной формы рака кожи. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), до 90% случаев рака кожи связаны с воздействием УФ-излучения.
Повреждение глаз: УФ-излучение может вызывать фотокератит (воспаление роговицы, «снежная слепота»), катаракту (помутнение хрусталика) и птеригиум (разрастание конъюнктивы).
Иммуносупрессия: Длительное воздействие УФ-излучения может подавлять местный иммунитет кожи, повышая риск инфекций и рака.

Применение УФ-излучения

Медицина и гигиена

Бактерицидная обработка: УФ-C лампы используются для обеззараживания воздуха, воды, поверхностей в больницах, лабораториях, пищевых производствах и общественных местах. УФ-стерилизация эффективна против большинства микроорганизмов, включая устойчивые к антибиотикам штаммы.
Фототерапия: УФ-B (узкополосное, 311 нм) применяется для лечения псориаза, витилиго, атопического дерматита, экземы и других кожных заболеваний. УФ-A в сочетании с псораленами (PUVA-терапия) используется при тяжёлых формах псориаза и лимфоме кожи.
Диагностика: УФ-излучение используется для выявления грибковых инфекций кожи (лампа Вуда), а также для обнаружения некоторых веществ (например, порфиринов).

Промышленность и наука

Фотолитография: УФ-излучение (особенно EUV) используется для создания микросхем и печатных плат. EUV-литография позволяет получать транзисторы с размерами в несколько нанометров.
Отверждение материалов: УФ-излучение инициирует полимеризацию специальных смол и клеев (УФ-отверждение). Используется в стоматологии, полиграфии, производстве лаков, красок и 3D-печати (стереолитография).
Аналитическая химия: УФ-спектроскопия применяется для идентификации и количественного анализа веществ по их спектрам поглощения в УФ-диапазоне.
Криминалистика: УФ-лампы используются для обнаружения следов крови, спермы, слюны, а также для выявления поддельных документов и денежных купюр (наличие УФ-меток).

Другие области

Солярии: Искусственное УФ-излучение для получения загара. В России и многих странах использование соляриев регулируется в связи с риском рака кожи.
Сельское хозяйство: УФ-излучение может стимулировать рост растений, повышать содержание витаминов и антиоксидантов, а также использоваться для борьбы с вредителями и болезнями.
Косметология: УФ-излучение (в малых дозах) используется для фотоомоложения и лечения акне.

Защита от УФ-излучения

Для минимизации вредного воздействия УФ-излучения применяются следующие меры защиты:

Избегание пиковой солнечной активности: Нахождение в тени в период с 10 до 16 часов.
Использование солнцезащитных средств: Кремы, лосьоны, спреи с SPF (Sun Protection Factor) не менее 30, блокирующие как УФ-A, так и УФ-B. В России рекомендуется использовать средства с маркировкой «широкий спектр» или «UVA/UVB».
Ношение защитной одежды: Одежда из плотной ткани, широкополые шляпы, солнцезащитные очки с УФ-фильтром (категория 3 или 4).
Контроль за искусственными источниками: При работе с УФ-лампами (сварка, бактерицидные облучатели) обязательно использование защитных очков, щитков и экранов.
Мониторинг УФ-индекса: УФ-индекс (UVI) — международный стандарт, показывающий уровень солнечного УФ-излучения. При UVI выше 3 рекомендуется защита.

Интересные факты

Озоновый слой Земли поглощает более 97% УФ-излучения Солнца, особенно опасного УФ-C и большей части УФ-B.
Первый искусственный источник УФ-излучения — ртутная лампа — был создан в 1901 году. Она используется до сих пор, хотя постепенно вытесняется УФ-светодиодами.
УФ-излучение используется для поиска внеземной жизни: некоторые организмы могут флуоресцировать под УФ-светом.
В 2019 году ВОЗ включила солярии в список канцерогенов первой группы (доказанная канцерогенность для человека).
УФ-излучение может разрушать некоторые пластики, резину и краски, вызывая их выцветание и растрескивание.

Источники

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ). Ультрафиолетовое излучение и здоровье человека.
ГОСТ Р 12.4.026-2015. Средства индивидуальной защиты от ультрафиолетового излучения.
СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
Физическая энциклопедия. Том 5. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998.
Медицинская радиология и радиационная безопасность. Учебник для вузов. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2020.
Научные статьи: «Биологические эффекты ультрафиолетового излучения» (Journal of Photochemistry and Photobiology, 2021).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →