Ултравиолетово излъчване

Изображение в неестествени цветове на короната на Слънцето в дълбокия ултравиолетов спектър

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 над тези, идентифицирани от хората като виолетов цвят.

Ултравиолетовото излъчване е част от спектъра на слънчевата светлина и може да се генерира от електрическите дъги или от предназначени за тази цел лампи за черна светлина. Класифицирано като нейонизиращо излъчване, то може да предизвиква някои химични реакции, а при някои вещества и флуоресценция. В ежедневието най-честата проява на ултравиолетовите лъчи е в предизвикваното от тях слънчево изгаряне, но ултравиолетовият спектър има и много други ефекти, както полезни, така и вредни, върху човешкото здраве.

Откриване

Откриването на ултравиолетовите лъчения 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 година 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“ заради стимулираната от тях химична реактивност, разграничавайки ги от „топлинните лъчи“ в другия край на видимия спектър. Скоро се приема по-простия 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“.

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.

Ултравиолетов спектър

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:

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

Естествени източници

Слънцето излъчва в ултравиолетовия спектър в UVA, UVB и UVC диапазоните, но озоновият слой пропуска в земната атмосфера едва 1-3% от това излъчване. 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

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.

Лазери

^{Този раздел е празен или е мъниче. Можете да помогнете на Уикипедия, като го разширите.}

Поглъщане

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.

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 с материята: 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.

Използване

^{Този раздел е празен или е мъниче. Можете да помогнете на Уикипедия, като го разширите.}

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.

Вижте също

• Електромагнитен спектър