Ултравиолетово излъчване

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Преносима UV лампа

Ултравиолетовите лъчи (UV) са електромагнитно излъчване с дължина на вълната по-къса от тази на видимата светлина, но по-дълга от тази на рентгеновите лъчи, между 10 и 400 nm, и с енергия между 3,10 и 124 електронволта. Наименованието им идва от факта, че тази част от спектъра включва честотите, непосредствено след тези, идентифицирани от хората като виолетов цвят. Както личи от името, те са невидими за човешкото око.

Ултравиолетовото излъчване се съдържа в спектъра на слънчевата светлина, а в земни условия може да се генерира от електрическите дъги или от предназначени за тази цел лампи. Макар и да е класифицирано като нейонизиращо излъчване, то може да предизвиква някои химични реакции, а при някои вещества и флуоресценция. В ежедневието най-честата проява на ефекта на ултравиолетовите лъчи на Слънцето е в предизвикваното от тях слънчево изгаряне, но те имат и много други ефекти върху човека, както полезни, така и вредни.

Откриване[редактиране | edit source]

Откриването на ултравиолетовите лъчи е свързано с наблюдението, че сребърните соли (като сребърните халогениди и др.), използвани по-късно във фотографията, потъмняват, когато върху тях попадне слънчева светлина. През 1801 г. германският физик Йохан Вилхелм Ритер забелязва, че виолетови лъчи на самата граница на видимия спектър особено ефективно предизвикват потъмняване на хартия, накисната в сребърен хлорид. Ритер ги нарича „оксидиращи лъчи“ поради стимулираните от тях химични реакции, разграничавайки ги от „топлинните лъчи“ (както тогава са известни инфрачервените лъчи) в другия край на видимия спектър. Скоро се възприема по-простият термин „химически лъчи“, който се използва до края на XIX век. След това термините „химически“ и „топлинни лъчи“ са заменени съответно от „ултравиолетово“ и „инфрачервено“ излъчване.[1]

Вакуумното ултравиолетово излъчване (с дължина на вълната под 200 nm), което се наблюдава по-трудно, тъй като до голяма степен се поглъща от въздуха, е открито през 1893 година от германеца Виктор Шуман.[2]

Ултравиолетов спектър[редактиране | edit source]

Спектърът на ултравиолетовото излъчване се подразделя по различни начини в различните области на науката и техниката. Предварителният стандарт на Международната организация по стандартизация ISO-DIS-21348, предназначен за определяне на слънчевата радиация, описва следните диапазони:[3]

Название Съкращение Вълнов обхват Енергия на фотона
Ултравиолет A (дълги вълни, черна светлина) UVA 400 nm - 315 nm 3,10 eV - 3,94 eV
Близък ултравиолет NUV 400 nm - 300 nm 3,10 eV - 4,13 eV
Ултравиолет B (средни вълни) UVB 315 nm - 280 nm 3,94 eV - 4,43 eV
Среден ултравиолет MUV 300 nm - 200 nm 4,13 eV - 6,20 eV
Ултравиолет C (къси вълни, дезинфекционни) UVC 280 nm - 100 nm 4,43 eV - 12,4 eV
Далечен ултравиолет FUV 200 nm - 122 nm 6,20 eV - 10,2 eV
Вакуумен ултравиолет VUV 200 nm - 100 nm 6,20 eV - 12,4 eV
Долен ултравиолет LUV 100 nm - 88 nm 12,4 eV - 14,1 eV
Суперултравиолет SUV 150 nm - 10 nm 8,28 eV - 124 eV
Краен ултравиолет EUV, XUV 121 nm - 10 nm 10,2 eV - 124 eV

Във фотолитографията и лазерната техника терминът дълбоки ултравиолетови или DUV се отнася за лъчения с дължина под 300 nm. Вакуумните ултравиолетови лъчи се наричат така, тъй като се поглъщат от въздуха и за да се използват за практически цели (например в спектрофотометрите), е необходимо да се осигури камера с вакуум. В дълговълновата част на този диапазон основното поглъщащо вещество е кислородът, поради което в него може да се работи в безкислородна атмосфера, обикновено чист азот.

Източници на ултравиолетово излъчване[редактиране | edit source]

Естествени източници[редактиране | edit source]

Слънцето излъчва в ултравиолетовия спектър в UVA, UVB и UVC диапазоните, но озоновият слой пропуска в земната атмосфера едва 1-3% от това излъчване.[4] UVB и UVC излъчването участва в химичните реакции, довели до образуването на самия озонов слой, но 98,7 % от ултравиолетовата радиация, достигаща до повърхността на Земята е в UVA диапазона. Сравнени със Слънцето, особено горещите звезди излъчват и относително повече ултравиолетови лъчи. Например най-масивната известна към 2010 година звезда R136a1 има топлинна енергия от 4,57 eV, попадаща в близкия ултравиолетов диапазон.

Лампи за черна светлина[редактиране | edit source]

Лампите за черна светлина излъчват предимно дълги ултравиолетови вълни и много малко количество видима светлина. Те се появяват в началото на XX век, като първите разновидности са обикновени крушки с нажежаема жичка, но със специално стъкло с никелов оксид (стъкло на Ууд), което почти не пропуска видима светлина с дължина на вълната над 400 nm. При тези лампи излъчването има максимална интензивност при дължина на вълната 365 nm. Макар и относително евтини, лампите с нажежаема жичка са изключително неефективен източник на ултравиолетова светлина, тъй като по-малко от 0,1 % от консумираната енергия отива за генериране на излъчване в ултравиолетовия диапазон. Голямата енергоемкост е свързана и със силно нагряване по време на работа.

По-късно се появяват луминесцентни лампи, при които излъчването на ултравиолетови вълни се постига чрез подбор на луминесциращото вещество. За излъчване с максимална интензивност при дължина на вълната 368-371 nm обикновено се използва стронциев флуороборат с примеси на европий (SrB4O7F:Eu2+) или стронциев борат с примеси на европий (SrB4O7:Eu2+), а за излъчване с максимална интензивност при дължина на вълната 350-353 nm - бариев силикат с примеси на олово (BaSi2O5:Pb+). Луминесцентните лампи могат да използват стъкло на Ууд или обикновено стъкло, като във втория случай излъчват повече видима светлина и при работа изглеждат светлосини.

За генериране на ултравиолетово излъчване могат да се използват и светодиоди, макар че те рядко се използват за дължини на вълната под 365 nm. Ефективността на светодиодите при 365 nm е около 5-8 %, докато при дължина на вълната 395 nm е близо 20 %. Използват се и ултравиолетови газоразрядни лампи.[5]

Лазери[редактиране | edit source]

Поглъщане[редактиране | edit source]

Обикновеното стъкло е полупрозрачно за UVA и непрозрачно за по-късите вълни, докато кварцовото стъкло, в зависимост от качеството, може да бъде прозрачно дори за вакуумните дължини на вълната. През обикновеното прозоречно стъкло преминава около 90 % от светлината над 350 nm, но над 90 % от светлината под 300 nm се блокира.[6][7][8]

Началото на вакуумния диапазон, 200 nm, се определя от факта, че под тази дължина на вълната обикновеният въздух е непрозрачен поради значителното поглъщане. За разлика от въздуха, чистият азот (с по-малко от 0,001 % кислород) е прозрачен и в диапазона 150-200 nm, което има голяма практическа важност при производството на полупроводници. Ако се работи в газова среда без кислород се избягва нуждата от създаване на вакуум в оборудването.

Крайните ултравиолетови вълни се характеризират с промяна във физиката на взаимодействието им с веществото: вълните, по-дълги от около 30 nm, взаимодействат главно с електроните от валентната обвивка на атома, а по-късите от 30 nm - главно с атомното ядро и електроните от вътрешните обвивки. Горната граница на този диапазон се определя от изявената спектрална линия на He+ при 30,4 nm. Крайните ултравиолетови вълни се поглъщат от повечето известни материали, но е възможно да се създаде оптично покритие, отразяващо до 50 % от тях. Тази технология се използва при създаването на телескопи за наблюдение на Слънцето, както и в областта на нанолитографията.

Видимост на животни и предмети[редактиране | edit source]

Някои животни, включително птици, влечуги и насекоми (напр. пчелите) виждат в близката ултравиолетова част от спектъра. Много плодове, цветя и семена ярко се отличават по-ярко в ултравиолетово, отколкото в обхвата на човешкото зрение. Скорпионите светят или приемат жълта или зелена окраска под действието на ултравиолетовите лъчи. Много птици имат шарки в перата си, които могат да бъдат наблюдавани само в ултравиолетово, а урината и други секреции на някои животни, включително на човека, се открояват много по-лесно, когато са облъчени с ултравиолетови лъчи.

Бележки[редактиране | edit source]

  1. ((en)) Hockberger, P. E.. A history of ultraviolet photobiology for humans, animals and microorganisms. // Photochemistry and Photobiology 76 (6). 2002. DOI:<0561:AHOUPF>2.0.CO;2 10.1562/0031-8655(2002)076<0561:AHOUPF>2.0.CO;2. с. 561–579.
  2. ((en)) Lyman, T.. Victor Schumann. // Astrophysical Journal 38. 1914. DOI:10.1086/142050. с. 1–4.
  3. ((en))  ISO 21348 Process for Determining Solar Irradiances. //
  4. ((en))  Ozone layer. // Посетен на 23 септември 2007.
  5. ((en)) Klose, Jules Z. и др. NBS Measurement Services: Radiometric Standards in the VUV. // NBS Special publication (250-253). US Dept. of Commerce, June 1987.
  6. ((en))  Soda Lime Glass Transmission Curve. //
  7. ((en))  B270-Superwite Glass Transmission Curve. //
  8. ((en))  Selected Float Glass Transmission Curve. //

Вижте също[редактиране | edit source]