Ультрафиолетовое излучение и его применение¶

Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ) — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым светом и рентгеновским излучением. Диапазон условно ограничен длинами волн от 10 до 400 нанометров (нм). В шкале электромагнитных волн ультрафиолет примыкает к фиолетовому концу видимого спектра, из-за чего и получил своё название (от лат. ultra — «сверх, за»). Невидимо для человеческого глаза; биологическая активность и физические свойства УФ сильно зависят от длины волны, поэтому внутри диапазона выделяют несколько поддиапазонов.

¶История открытия

Существование невидимого излучения за фиолетовой границей спектра предсказал в 1801 году немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер, изучавший почернение хлорида серебра под действием света. Он обнаружил, что сильнее всего вещество темнеет в области, лежащей за фиолетовым краем. Независимо к схожим выводам пришёл английский учёный Уильям Волластон. В 1801 году Риттер фактически открыл ультрафиолет. Позднее, в 1842 году, Эдмунд Беккерель экспериментально показал, что УФ способен вызывать люминесценцию, а в конце XIX века были изучены его химическое и биологическое действие. В 1901 году Нильс Финзен получил Нобелевскую премию за применение ультрафиолета в терапии, что положило начало медицинскому использованию излучения.

¶Классификация и диапазоны

Международная комиссия по освещению (CIE) делит ультрафиолет на три основных поддиапазона:

Границы диапазонов в разных стандартах могут незначительно различаться. Иногда отдельно выделяют вакуумный ультрафиолет (ниже 200 нм), который сильно поглощается воздухом.

¶Источники излучения

Естественным источником ультрафиолета является Солнце. Однако значительная часть УФ-излучения Солнца задерживается атмосферой Земли, прежде всего озоновым слоем, который практически полностью поглощает коротковолновую часть. До поверхности планеты доходит в основном UVA и небольшая доля UVB.

Искусственные источники УФ включают:

• газоразрядные лампы (ртутные, ксеноновые, дейтериевые);
• ультрафиолетовые светодиоды;
• эксимерные и эксиплексные лампы;
• лазеры ультрафиолетового диапазона.

Ртутные лампы низкого давления традиционно применяются в бактерицидных облучателях, поскольку дают излучение вблизи 254 нм, эффективно уничтожающее микроорганизмы.

¶Взаимодействие с веществом

Ультрафиолет обладает высокой энергией квантов, что определяет его химическую и биологическую активность. Он способен:

• вызывать фотоионизацию и разрыв химических связей;
• возбуждать люминесценцию (флуоресценцию) многих веществ;
• инициировать фотохимические реакции, включая полимеризацию;
• повреждать молекулы ДНК в живых клетках.

Именно повреждение нуклеиновых кислот лежит в основе как бактерицидного действия УФ, так и его опасности для человека.

¶Биологическое действие

Умеренные дозы UVB стимулируют синтез витамина D в коже, что важно для фосфорно-кальциевого обмена. В то же время избыточное облучение вызывает:

• солнечные ожоги и преждевременное старение кожи;
• пигментацию и повреждение клеток;
• повышение риска онкологических заболеваний кожи;
• катаракту и повреждение роговицы глаза.

Для защиты применяются солнцезащитные средства, одежда, очки с УФ-фильтрами. Особую опасность представляет искусственный загар в соляриях, который связывают с повышенным риском меланомы.

¶Применение

Ультрафиолет широко используется в науке, технике, медицине и быту:

• Медицина и гигиена. Бактерицидные лампы обеззараживают воздух, воду, поверхности в больницах, лабораториях и системах водоподготовки. УФ-терапия применяется при некоторых кожных заболеваниях.
• Наука и аналитика. Спектроскопия в УФ-области позволяет исследовать состав веществ, а флуоресцентный анализ — обнаруживать следовые количества соединений.
• Промышленность. УФ-отверждение красок, лаков и клеёв, фотолитография в производстве микроэлектроники.
• Криминалистика. УФ-освещение выявляет следы биологического происхождения, подделки документов и защитные метки.
• Быт и досуг. «Чёрный свет» в лампах для проверки банкнот, ловли насекомых, декоративных эффектов.

¶Ультрафиолет в России

В России исследования по физике ультрафиолета и его применению велись в институтах Академии наук, в частности в Физическом институте имени П. Н. Лебедева и в оптических центрах. Отечественная промышленность выпускает бактерицидные и люминесцентные лампы, УФ-облучатели для медицинских и бытовых нужд. Вопросы нормирования УФ-излучения регулируются санитарными правилами, устанавливающими допустимые дозы облучения для работников и населения.

¶Опасность и нормирование

Поскольку УФ-излучение может наносить вред здоровью, его уровни нормируются. В производственных условиях контролируется интенсивность облучения персонала, применяются защитные экраны и ограждения. Отдельно регламентируется использование соляриев. Для оценки воздействия на человека введены понятия эритемной и бактерицидной дозы.

¶Перспективы

Развитие ультрафиолетовых светодиодов открывает новые возможности: компактные и энергоэффективные источники УФ постепенно заменяют ртутные лампы в обеззараживании. Ведутся работы по созданию безопасных УФ-технологий для очистки воды и воздуха, а также по расширению применения УФ в медицине и микроэлектронике.

Источники: Большая российская энциклопедия; материалы по физической оптике; публикации Всемирной организации здравоохранения о воздействии ультрафиолета; санитарные нормы и правила РФ.