Солнце, как и другие звезды, излучает не только видимый свет — оно производит целый спектр электромагнитных волн, отличающихся частотой, длиной и количеством переносимой энергии. Этот спектр делится на диапазоны от радиации до радиоволн, и самым важным среди них является ультрафиолет, без которого невозможна жизнь. В зависимости от различных факторов УФ-излучение может приносить как пользу, так и вред.
Подтипы ультрафиолетового излучения
Ультрафиолет — это участок электромагнитного спектра, находящийся между видимым и рентгеновским излучением и имеющий длину волны от 10 до 400 нм. Такое название он получил как раз из-за своего расположения — сразу за диапазоном, который воспринимается человеческим глазом как фиолетовый цвет.
Ультрафиолетовый диапазон измеряется в нанометрах и делится на подгруппы в соответствии с международным стандартом ISO:
- ближний (длинноволновой) — 300−400 нм,
- средний (средневолновой) — 200−300 нм,
- дальний (коротковолновый) — 122−200 нм,
- экстремальный — длина волны равна 10−121 нм.
В зависимости от того, к какой группе относится ультрафиолетовое излучение, свойства его могут изменяться. Так, подавляющая часть диапазона является невидимой для человека, но ближний ультрафиолет можно увидеть, если он имеет длину волны 400 нм. Такой фиолетовый свет испускают, например, диоды.
Поскольку разные диапазоны света отличаются количеством переносимой энергии и частотой, подгруппы значительно отличаются проникающей способностью. Например, при воздействии на человека ближние УФ-лучи блокируются кожей, а средневолновое излучение может проникнуть в клетки и вызвать мутации ДНК. Это свойство используется в биотехнологии для получения генномодифицированных организмов.
Как правило, на Земле можно встретиться только с ближним и средним ультрафиолетом: такое излучение поступает от Солнца, не блокируясь атмосферой, а также генерируется искусственным путем. Именно лучи 200−400 нм играют большую роль в развитии жизни, ведь с их помощью растения вырабатывают кислород из углекислого газа. Опасное же для живых организмов жесткое коротковолновое излучение не попадает к поверхности планеты благодаря озоновому слою, который частично отражает и поглощает фотоны.
Источники ультрафиолета
Природными генераторами электромагнитного излучения являются звезды: в процессе термоядерного синтеза, происходящего в центре звезды, создается полный спектр лучей. Соответственно, основная часть ультрафиолета на Земле поступает от Солнца. Интенсивность излучения, достигающего поверхности планеты, зависит от многих факторов:
- толщина озонового слоя,
- высота Солнца над горизонтом,
- высота над уровнем моря,
- состав атмосферы,
- погодные условия,
- коэффициент отражения излучения от поверхности Земли.
С солнечным ультрафиолетом связано множество мифов. Так, считается, что в пасмурную погоду нельзя загореть, однако, хоть облачность и влияет на интенсивность УФ-излучения, большая его часть способна проникать сквозь облака. В горах и зимой на уровне моря может показаться, что риск вреда от ультрафиолета минимален, но на самом деле он даже возрастает: на большой высоте интенсивность излучения увеличивается из-за разреженности воздуха, а снежный покров становится косвенным источником ультрафиолета, так как до 80% лучей отражаются от него.
Особенно осторожным нужно быть в солнечный, но холодный день: даже если тепло от Солнца не чувствуется, ультрафиолет есть всегда. Тепло и УФ-лучи находятся на противоположных концах видимого спектра и имеют разную длину волны. Когда инфракрасное излучение зимой проходит по касательной к Земле и отражается, ультрафиолет всегда достигает поверхности.
Естественное УФ-излучение имеет существенный недостаток — его невозможно контролировать. Поэтому для использования в медицине, санитарии, химии, косметологии и других сферах разрабатываются искусственные источники ультрафиолетового излучения. Необходимый диапазон электромагнитного спектра генерируется в них путем нагрева газов электрическим разрядом. Как правило, лучи испускаются парами ртути. Таким принципом действия характеризуются разные виды ламп:
- люминесцентные — дополнительно производят видимый свет вследствие эффекта фотолюминесценции,
- ртутно-кварцевые — излучают волны с длиной от 185 нм (жесткий ультрафиолет) до 578 нм (оранжевый цвет),
- бактерицидные — имеют колбу из специального стекла, блокирующего лучи короче 200 нм, что не дает образовываться токсичному озону,
- эксилампы — не имеют ртути, ультрафиолет излучается в общем диапазоне,
- светодиоды — благодаря эффекту электролюминесценции могут работать в любом узком диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового.
В научных исследованиях, экспериментах, биотехнологии используются специальные ультрафиолетовые лазеры. Источником излучения в них могут служить инертные газы, кристаллы или свободные электроны.
Таким образом, разные искусственные источники ультрафиолета генерируют излучение разных подтипов, что определяет их сферу применения. Лампы, работающие в диапазоне >,300 нм, используются в медицине, <,200 — для обеззараживания и т. д.
Сферы применения
Ультрафиолет способен ускорять некоторые химические процессы, например, синтез витамина D в коже человека, деградацию молекул ДНК и полимерных соединений. Кроме того, он вызывает эффект фотолюминесценции в некоторых веществах. Благодаря таким свойствам искусственные источники этого излучения широко применяются в самых разных сферах.
Медицина
В первую очередь в медицине нашло применение бактерицидное свойство ультрафиолетовой радиации. С помощью УФ-лучей подавляется рост патогенных микроорганизмов при ранениях, обморожениях, ожогах. Облучение крови применяется при отравлениях алкоголем, наркотическими веществами и медикаментами, воспалении поджелудочной железы, сепсисе, тяжелых инфекционных заболеваниях.
Облучение УФ-лампой улучшает состояние пациента при заболеваниях разных систем организма:
- эндокринная — дефицит витамина D, или рахит, сахарный диабет,
- нервная — невралгии разной этиологии,
- опорно-двигательная — миозит, остеомиелит, остеопороз, артрит и другие заболевания суставов,
- мочеполовая — аднексит,
- респираторная,
- болезни кожи — псориаз, витилиго, экзема.
Следует учитывать, что ультрафиолет не является основным средством лечения перечисленных заболеваний: облучение им используется как физиотерапевтическая процедура, положительно сказывающаяся на самочувствии больного. Она имеет ряд противопоказаний, поэтому применять ультрафиолетовую лампу без консультации с врачом нельзя.
Используется УФ-излучение и в психиатрии для лечения «зимней депрессии», при которой из-за уменьшения уровня естественного солнечного света снижается синтез мелатонина и серотонина в организме, что сказывается на работе ЦНС. Для этого применяются специальные люминесцентные лампы, излучающие полный спектр света от ультрафиолетового до инфракрасного диапазона.
Санитария
Наиболее полезным является применение ультрафиолетового излучения с целью дезинфекции. Для обеззараживания воды, воздуха и твердых поверхностей используются ртутно-кварцевые лампы низкого давления, генерирующие лучи с длиной волны 205−315 нм. Такая радиация лучше всего поглощается молекулами ДНК, что приводит к нарушению структуры генов микроорганизмов, из-за чего они перестают размножаться и быстро вымирают.
Ультрафиолетовое обеззараживание отличается отсутствием продолжительного действия: сразу после завершения обработки эффект спадает, и микроорганизмы вновь начинают размножаться. С одной стороны, это делает дезинфекцию менее эффективной, с другой — лишает ее способности негативно воздействовать на человека. УФ-облучение не может использоваться для полной обработки питьевой воды или жидкостей для хозяйственных нужд, но может служить дополнением к хлорированию.
Облучение средневолновым ультрафиолетом часто комбинируется с обработкой жестким излучением с длиной волны 185 нм. В этом случае кислород превращается в озон, ядовитый для патогенных организмов. Такой метод дезинфекции называется озонированием, и он имеет в несколько раз большую эффективность, чем обычное освещение УФ-лампой.
Химический анализ
Благодаря тому, что свет с разной длиной волны поглощается материей в разной степени, УФ-лучи могут использоваться для спектрометрии — метод определения состава вещества. Образец облучается генератором ультрафиолета с изменяющейся длиной волны, поглощает и отражает часть лучей, на основании чего строится график-спектр, уникальный для каждого вещества.
Эффект фотолюминесценции используется при анализе минералов, в состав которых входят вещества, способные светиться при облучении ультрафиолетом. Этот же эффект применяется для защиты документов: они помечаются специальной краской, которая испускает видимый свет под лампой черного света. Также при помощи люминесцентной краски можно определить наличие УФ-излучения.
Помимо прочего, УФ-излучатели используются в косметологии, например, для создания загара, сушки шеллака и в других процедурах, в полиграфии и реставрации, энтомологии, генной инженерии и т. д.
Негативное воздействие УФ-лучей на человека
Хотя УФ-лучи широко применяются для лечения заболеваний и обладают оздоровительным эффектом, возможно и вредное влияние ультрафиолетового излучения на организм человека. Все зависит от того, сколько энергии будет перенесено в живые клетки солнечной радиацией.
Наибольшей энергией обладают коротковолновые лучи (тип UVC), кроме того, они обладают наибольшей проникающей способностью и могут разрушить ДНК даже в глубоких тканях организма. Однако такое излучение полностью поглощается атмосферой. Среди лучей, достигающих поверхности, 90% приходится на длинноволновое (UVA) и 10% — на средневолновое (UVB) излучение.
Длительное воздействие лучей UVA или кратковременное облучение ультрафиолетом UVB приводит к получению достаточно большой дозы радиации, влекущей за собой печальные последствия:
- ожоги кожи разной степени тяжести,
- мутации клеток кожи, приводящие к ускорению старения и меланоме,
- катаракту,
- ожог роговой оболочки глаза.
Отсроченные повреждения — рак кожи и катаракта — могут развиваться в течение долгого времени, при этом излучение типа UVA может действовать в любое время года и в любую погоду. Поэтому защищаться от солнца следует всегда, в особенности людям с повышенной фоточувствительностью.
Защита от ультрафиолета
У человека есть естественная защита от ультрафиолетового излучения — меланин, содержащийся в клетках кожи, волосах, радужной оболочке глаза. Этот белок поглощает большую часть ультрафиолета, не давая ему воздействовать на другие структуры организма. Эффективность защиты зависит от цвета кожи, именно поэтому лучи UVA способствуют возникновению загара.
Однако при чрезмерном воздействии меланин перестает справляться с УФ-лучами. Чтобы солнечный свет не нанес вред, следует:
- стараться оставаться в тени,
- носить закрытую одежду,
- защищать глаза специальными очками или контактными линзами, блокирующими УФ-излучение, но прозрачными для видимого света,
- пользоваться защитными кремами, в состав которых входят минеральные или органические вещества, отражающие УФ-лучи.
Конечно, необязательно всегда использовать полный набор защитных средств. Следует ориентироваться на ультрафиолетовый индекс, описывающий наличие избыточного УФ-излучения у поверхности земли. Он может принимать значения от 1 до 11, а активная защита требуется при 8 баллах и более. Информацию об этом индексе можно узнать из прогноза погоды.
Таким образом, ультрафиолет — это тип электромагнитного излучения, который может приносить как пользу, так и вред. Важно помнить, что солнечные ванны оздоровляют и омолаживают организм только при умеренном применении, избыточное воздействие света может привести к серьезным проблемам со здоровьем.
(Пока оценок нет)
Загрузка...
