Общая характеристика ультрафиолетового излучения
Ультрафиолетовое излучение открыл И.В. Риттер в $1842$ г. Впоследствии свойства этого излучения и его применение подверглись самому тщательному разбору и изучению. Такие ученые как А. Беккерель, Варшавер, Данциг, Франк, Парфенов, Галанин и многие другие внесли в это изучение большой вклад.
В настоящее время ультрафиолетовое излучение широко применяется в разных областях деятельности. Пик активности по воздействию ультрафиолет достигает в интервале высоких температур. Появляется этот вид спектра, когда температура доходит от $1500$ до $20000$ градусов.
Условно диапазон излучения делят на 2 области:
- Ближний спектр, который от Солнца через атмосферу доходит до Земли и имеет длину волны $380$-$200$ нм;
- Далекий спектр поглощается озоном, кислородом воздуха и другими компонентами атмосферы. Исследовать этот спектр можно при помощи специальных вакуумных устройств, поэтому его называют ещё вакуумным. Длина его волны $200$-$2$ нм.
Ультрафиолетовое излучение может быть ближним, дальним, экстремальным, средним, вакуумным, причем каждый его вид имеет свои свойства и находит свое применение. Каждый вид ультрафиолетового излучения имеет свою длину волны, но в обозначенных выше пределах.
Спектр ультрафиолетовых солнечных лучей, достигающих поверхности Земли, узок – $400$…$290$ нм. Получается, что Солнце не излучает свет с длиной волны короче $290$ нм. Так это или не так? Ответ на этот вопрос был найден французом А. Корню, установившим, что ультрафиолетовые лучи короче $295$ нм поглощаются озоном. На основании этого А.Корню предположил, что Солнце излучает коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Молекулы кислорода под его действием распадаются на отдельные атомы и образуют молекулы озона. Озон в верхних слоях атмосферы покрывает планету защитным экраном.
Предположение ученого подтвердилось тогда, когда человек сумел подняться в верхние слои атмосферы. Высота Солнца над горизонтом и количество ультрафиолетовых лучей, поступающих на земную поверхность, находятся в прямой зависимости. При изменении освещенности на $20$ % в $20$ раз уменьшится количество ультрафиолетовых лучей, дошедших до поверхности. Проведенные эксперименты показали, что на каждые $100$ м подъема на $3$-$4$ % увеличивается интенсивность ультрафиолетового излучения. В экваториальной области планеты, когда Солнце находится в зените, поверхность земли достигают лучи длиной $290$…$289$ нм. На земную поверхность за Полярным кругом поступают лучи с длиной волны $350$…$380$ нм.
Источники ультрафиолетового излучения
Ультрафиолетовое излучение имеет свои источники:
- Природные источники;
- Источники, созданные человеком;
- Лазерные источники.
Природным источником ультрафиолетовых лучей является единственный их концентратор и излучатель – это наше Солнце. Самая близкая к нам звезда излучает мощнейший заряд волн, способных пройти через озоновый слой и достичь земной поверхности. Многочисленные исследования позволили ученым выдвинуть теорию о том, что только с появлением озонового слоя на планете смогла зародиться жизнь. Именно этот слой защищает всё живое от вредного избыточного проникновения ультрафиолетового излучения. Способность к существованию белковых молекул, нуклеиновых кислот и АТФ стала возможна именно в этот период. Озоновый слой выполняет очень важную функцию, взаимодействуя с основной массой УФ-А, УФ-В, УФ-С, он обезвреживает их и не пропускает к поверхности Земли. Поступающее на поверхность земли ультрафиолетовое излучение имеет диапазон, который колеблется в пределах от $200$ до $400$ нм.
Концентрация ультрафиолета на Земле зависит от целого ряда факторов:
- Наличия озоновых дыр;
- Положения территории (высота) над уровнем моря;
- Высота самого Солнца;
- Способности атмосферы рассеивать лучи;
- Отражающей способности подстилающей поверхности;
- Состояния облачных паров.
Искусственные источники ультрафиолета, как правило, создаются человеком. Это могут быть сконструированные людьми приборы, устройства, технические средства. Создаются они для получения нужного спектра света с заданными параметрами длины волны. Цель их создания заключается в том, чтобы полученное ультрафиолетовое излучение можно было с пользой применить в разных областях деятельности.
К источникам искусственного происхождения относятся:
- Обладающие способностью активировать синтез витамина D в коже человека эритемные лампы. Они не только предохраняют от заболеваний рахитом, но и лечат это заболевание;
- Специальные аппараты для соляриев, предупреждающие зимнюю депрессию и дающие красивый естественный загар;
- Применяющиеся в помещениях для борьбы с насекомыми лампы-аттрактанты. Для человека они не представляют опасности;
- Ртутно-кварцевые устройства;
- Эксилампы;
- Люминесцентные устройства;
- Ксеноновые лампы;
- Газоразрядные устройства;
- Высокотемпературная плазма;
- Синхротронное излучение в ускорителях.
К искусственным источникам ультрафиолета относятся лазеры, работа которых основана на генерации инертных и не инертных газов. Это может быть азот, аргон, неон, ксенон, органические сцинтилляторы, кристаллы. В настоящее время существует лазер, работающий на свободных электронах. В нем получают длину ультрафиолетового излучения равную той, которая наблюдается в вакуумных условиях. Лазерный ультрафиолет используется в биотехнологических, микробиологических исследованиях, масс-спектрометрии и др.
Применение ультрафиолетового излучения
Ультрафиолетовое излучение имеет такие характеристики, которые позволяют его применять в разных сферах.
Характеристики УФ-излучения:
- Высокий уровень химической активности;
- Бактерицидное воздействие;
- Способность вызывать люминесценцию, т.е. свечение различных веществ разными оттенками.
Исходя из этого, ультрафиолетовое излучение может широко использоваться, например, в спектрометрических анализах, астрономии, медицине, в обеззараживании питьевой воды, аналитическом исследовании минералов, для уничтожения насекомых, бактерий и вирусов. Каждая область использует свой тип УФ со своим спектром и длиной волны.
Спектрометрия специализируется на идентификации соединений и их состава по способности поглощать УФ-свет определенной длины волны. По результатам спектрометрии спектры для каждого вещества можно классифицировать, т.к. они являются уникальными. Уничтожение насекомых основано на том, что их глаза улавливают коротковолновые спектры, невидимые для человека. Насекомые летят на этот источник и подвергаются уничтожению. Специальные установки в соляриях подвергают тело человека воздействию УФ-А. В результате в коже происходит активизация выработки меланина, что придает ей более темный и ровный цвет. Здесь, конечно, важно защитить чувствительные зоны и глаза.
Медицина. Применение ультрафиолета в этой области тоже связано с уничтожением живых организмов – бактерий и вирусов.
Медицинские показания лечения ультрафиолетом:
- Травма тканей, костей;
- Воспалительные процессы;
- Ожоги, обморожения, кожные заболевания;
- Острые респираторные заболевания, туберкулез, астма;
- Инфекционные заболевания, невралгии;
- Заболевания уха, горла, носа;
- Рахиты и трофические язвы желудка;
- Атеросклероз, почечная недостаточность и др.
Это далеко не весь перечень заболеваний, для лечения которых используется ультрафиолет.
Таким образом, ультрафиолет помогает медикам спасать миллионы человеческих жизней и возвращать им здоровье. Используется ультрафиолет и для обеззараживания помещений, стерилизации медицинских инструментов и рабочих поверхностей.
Аналитическая работа с минералами. Ультрафиолет вызывает у веществ люминесценцию и это дает возможность использовать его для анализа качественного состава минералов и ценных горных пород. Очень интересные результаты дают драгоценные, полудрагоценные и поделочные камни. При облучении их катодными волнами, они дают удивительные и неповторимые оттенки. Голубой цвет топаза, например, при облучении высвечивается ярко-зеленым, изумруд – красным, жемчуг переливается многоцветьем. Зрелище потрясающее, фантастическое.
