Ultraviolettkiirgus: määratlus, spekter ja lainepikkused (10–400 nm)
Ultraviolett on elektromagnetilise spektri see osa, mis on allpool oleva pildi vasakul poolel kujutatud mustana - sest inimesed ei näe nii lühikese lainepikkusega (või kõrge sagedusega) valgust. Paljud loomad, näiteks mõned putukad, mõned roomajad, krokodillid, salamandrid ja väikesed linnud näevad asju, mis peegeldavad seda valgust. UV on levinud lühend ultraviolettkiirgusest, mida kasutatakse peamiselt tehnilistes kontekstides.
Ultraviolett on sageduse, lainepikkuse ja energia poolest nähtavast violetsest valgusest kaugemal. Selle lainepikkused on vahemikus umbes 10 nanomeetrit (nm) kuni umbes 400 nanomeetrit. Sagedus ja lainepikkus on tihedalt seotud; seda seost väljendab lihtne võrrand: ν = c/λ. Samuti on kiirguseenergia seotud sagedusega valemiga E = hν = hc/λ, kus h on Plancki konstant. Praktikas tähendab see, et lühema lainepikkusega UV‑kiirgus kannab märkimisväärselt suuremat energiat (näiteks ~3,1 eV juures 400 nm kuni ~124 eV juures 10 nm).
UV‑spektri alajaotused
- Vacuum UV (VUV): umbes 10–200 nm. Seda nimetatakse vaakumultraviolettiks, sest see neeldub kergesti õhus ja selle levitamiseks on vaja vaakumkeskkonda.
- UVC: tavaliselt umbes 100–280 nm. UVC on väga energiarikas ja on tõhus mikroorganismide inaktiveerimisel; enamik päikesest lähtuvast UVC‑st neeldub atmosfääris ja ei jõua maapinnale.
- UVB: ligikaudu 280–315 nm. UVB põhjustab naha põletust (päikesepõletus), osaleb D‑vitamiini sünteesis ning võib põhjustada otsest DNA kahjustust.
- UVA: umbes 315–400 nm. UVA läbib nahakihti sügavamalt, tekitades oksüdatiivset stressi, foto vananemist (photoaging) ja osalise panuse nahavähi tekkele.
Kust UV pärineb?
Päike on peamine loomulik UV‑allikas. Kõikide nende UV‑tüüpide osa päikesekiirguses sõltub atmosfäärist ja eriti osoonikihi tugevusest — osoon neelab efektiivselt UVC ning suure osa UVB‑st, mistõttu maapinnale jõuab suurem osa UVA‑st ja vaid osa UVB‑st. Kunstlikud allikad on näiteks hõõglambid, neoon‑ ja elavhõbelambid, LEDid, excimer‑lasrid ning spetsiaalsed germitsiid‑UV‑lambid (tavaliselt ~254 nm).
Mõjud tervisele ja elusloodusele
- Kasulikud mõjud: UVB ergutab naha D‑vitamiini sünteesi, mis on vajalik kaltsiumi ainevahetuseks ja immuunsüsteemi toimimiseks.
- Kahjulikud mõjud: lühiajaline liigne kokkupuude võib põhjustada päikesepõletust; pikaajaline kokkupuude suurendab nahavähi (eriti melanoomi ja basaalrakuline/kartsinoom) riski, põhjustab naha enneaegset vananemist ja võivad kahjustada silmi (nt pterygium, katarakt). UVA võib tekitada raku oksüdatiivset stressi, UVB põhjustab otsest DNA kahjustust (pürimidiin‑dimeerid).
- Mõju organismidele: paljud taimed, putukad ja loomad kasutavad UV‑signaale tolmeldamiseks ja kommunikatsiooniks; liiga tugev UV‑väärtus võib kahjustada ka mikroorganisme ja planktoni‑kogukondi.
Kaitse ja ohutus
- Kasutage laiatoimelist päikesekaitsekreemi (broad‑spectrum), mis blokeerib nii UVA kui UVB; SPF‑nimetus näitab peamiselt UVB‑kaitset.
- Kandke kaitseriietust, laiade äärega mütsi ja UV‑filtriga päikeseprille (otsige märget UV400 või 100% UV protection).
- Vältige tugevat päikest päeva keskel ning otsige varju päikeselise ilma korral.
- Tehnikaliidesteks: germitsiidsete UVC‑seadmete kasutamisel tuleb järgida ohutusjuhiseid (otsekiirgus inimeste/silmadega on ohtlik) ja eelistada seadmeid, mis töötavad kaitstud keskkonnas või kasutavad piiramismehhanisme.
- Järgige töötervishoiu soovitusi ja UV‑kokkupuute piirnorme, eriti tööstuslikes või meditsiiniseadmete rakendustes.
Rakendused
- Desinfitseerimine ja steriliseerimine (UVC lampide kasutus vee, õhu ja pindade puhastamisel).
- Meditsiinilised ja dermatoloogilised ravi‑meetodid (näiteks psoriaasi ravi UVB/UVB‑teraapiaga).
- Fotokeemilised protsessid ja tööstuslikud rakendused — näiteks epoksü‑ või liimide kiire kõvendamine UV‑kiirgusega.
- Forensic ja fluoresentsdiagnostika — paljud ained ja bioloogilised materjalid fluoresseeruvad UV‑valguses, mis aitab jälgede ja võltsingute avastamisel.
- Fotolitograafia ja kiibrežiimi trükkimine kasutavad lühilainelist UV‑valgust (sügav UV) täpsete mustrite loomiseks.
Mõõtmine ja indeksid
UV‑kiirgust mõõdetakse sageli lainepikkuse‑spetsiifilise kiirendusvõimsuse või erilise, inimnahale suunatud "UV‑indeksi" kaudu, mis arvestab erütseemilist (päikesepõletuse tekitavat) toimet. Asjakohased seadmed on UV‑radiomeetrid, spektromeetrid ja fotodioodid, mis on hädavajalikud nii teaduses kui tööstuses.
Ultraviolettkiirguse mõistmine aitab nii ära hoida terviseriske kui ka kasutada selle unikaalseid omadusi tehnoloogiates ja meditsiinis. Oluline on mäletada, et vaatamata nähtamatusele on UV‑kiirgus tugev ja mõjud võivad ilmneda alles hiljem — seega ennetav kaitse on tavaliselt tark valik.
Ultraviolettkiirgus
Ultraviolettvalgus on üks ioniseeriva kiirguse liike. See võib kahjustada või tappa rakke. Mis tahes elektromagnetiline kiirgus (valgus), mille lainepikkus on lühem kui 450 nm, võib põhjustada probleeme. Seetõttu on inimesed, kes elavad kohtades, kus on rohkem ultraviolettvalgust, kohanenud, saades tumedama naha. Pigmendid neelavad ultraviolettkiirgust, nii et see ei pääse läbi naha, et tappa või vigastada seal olevaid rakke. Ultraviolettkiirguse poolt nahale tekitatud vigastusi nimetatakse "päikesepõletuseks".
Violetne valgus ja ultraviolettvalgus erinevad oma lainepikkuse, sageduse ja kvanteenergia poolest. Ultraviolettvalguse ja röntgenkiirguse erinevused seisnevad samuti lainepikkuses, sageduses ja kvanteenergias. Elektromagnetilises spektris on ultraviolett valgus violetsest, röntgenkiirgus ultravioletsest ja gammakiirgus röntgenkiirgusest kaugemal.
Elektromagnetilisi laineid, mille lainepikkus on umbes 400 nanomeetrit kuni umbes 10 nanomeetrit, nimetatakse tavaliselt ultraviolettkiirguseks. Nende iseloomulik fotoonide energia on umbes 3 kuni 124 elektronvoltit.
Ehkki Maa õhk on läbipaistev suurele osale ultraviolettkiirgusest, neeldub osa ultraviolettkiirgusest väga suurel kõrgusel osoonikihis. Inimtegevuse - peamiselt tööstuskemikaalide ja lennuliikluse - poolt põhjustatud hiljutine ja jätkuv osoonikihi hävitamine kõrgustes on oluliselt suurendanud Maa pinnale jõudva ultraviolettvalguse hulka. See omakorda on suurendanud inimkonna nahavähiriski ja see risk ainult suureneb aja jooksul, kui osoonikihti ei kaitsta paremini.
Ultraviolettkiirguse lainepikkused alla 200 nanomeetri, röntgen- ja gammakiirgust nimetatakse ühiselt ioniseerivaks kiirguseks, kuna iga sellise valguskvandi energia on piisavalt suur, et "paisata" elektron aatomist välja. Seetõttu on need kiirguse liigid elule ohtlikud. Ultraviolettvalgus jaguneb kolmeks põhiribaks. UV-C on kõige lühema lainepikkusega ja on ohtlik ioniseeriv kiirgus. Lämmastik ja hapnik neelavad päikesekiirguse UV-C-d. UV-B on keskmise lainepikkusega ja on elusolenditele vähem ohtlik. Maa osoonikiht neelab suurema osa sellest. Päikeselt tulev UV-A tungib täielikult läbi atmosfääri. Selle lainepikkus on peaaegu sama pikk kui nähtaval valgusel ja paljud loomad näevad seda, kuid inimesed mitte.
Tavaline klaas ei lase kiirgust läbi, kui selle lainepikkus on alla 200 nanomeetri, seega toimib see kaitsekilbina ohtlikuma ultraviolettvalguse vastu, kuid mõned spetsiaalsed klaasiliigid, sealhulgas paljud autoaknad, ei kaitse nii hästi.
Üks ultraviolettkiirguse kasutusviis on päevitamine. Päevitusseadmete kasutamine võib põhjustada nahavähki, sest ultraviolettkiirgus läbib nahka ja põhjustab rakkude hävitamist, põhjustades päikesepõletust.
Ultraviolettvalguse hävitava jõu tõttu saab seda kasutada mikroobide hävitamiseks. Päikesevalgus on võimas desinfitseerimisvahend.
Inimesed vajavad kolesterooli D-vitamiiniks muundamiseks veidi ultraviolettvalgust.
Siseruumide solaarium
Ultraviolettlamp
Ultraviolettlamp on lamp, mis kiirgab peamiselt ultraviolettvalgust. Neid bakteritsiidseid lampe kasutatakse sageli mikroobide (mikroobide) hävitamiseks. Need võivad olla väga võimsad, nii et inimesed, kes töötavad nende läheduses, kui need on sisse lülitatud, peavad kandma kaitseprille ja hoidma oma nahka kaetud, et vältida vigastusi.
Pildil kujutatud laboris lülitatakse töötajate äraolekul sisse ultraviolettvalgustus, nii et kõik, mis on laua pinnal, tapetakse. Lisaks ultraviolettvalgusele, mis moodustab suurema osa nende lampide tekitatud valgusest, on ka veidi violetset ja sinist valgust. See annab inimestele teada, millal ultraviolettlambid on sisse lülitatud.
Ultraviolettlamp
Küsimused ja vastused
K: Mis on ultraviolett?
V: Ultraviolett on elektromagnetilise spektri osa, mida inimesed ei näe, sest selle lainepikkus on lühike ja sagedus kõrge. See on sageduse, lainepikkuse ja energia poolest nähtavast violetsest valgusest kaugemal, kusjuures selle lainepikkus ulatub 10 nanomeetrist kuni 400 nanomeetrini.
K: Mida tähendab UV valgus?
V: UV tähendab ultraviolettkiirgust, mida kasutatakse peamiselt tehnilistes kontekstides.
K: Kas on loomi, kes näevad ultraviolettvalgust?
V: Jah, mõned putukad, roomajad, krokodillid, salamandrid ja väikesed linnud näevad asju, mis peegeldavad seda valgust.
K: Kuidas on sagedus ja lainepikkus seotud?
V: Sagedus ja lainepikkus on tihedalt seotud; seda seost näitab võrrand ν = c/λ. Kui öelda, et millelgi on lühike lainepikkus, siis on see sama, kui öelda, et sellel on suur sagedus.
K: Millisesse vahemikku kuuluvad ultraviolettkiirguse lainepikkused?
V: Ultraviolettkiirguse lainepikkused jäävad vahemikku 10 nanomeetrit kuni 400 nanomeetrit.
K: Kas ultraviolett on inimesele nähtav?
V: Ei, inimesed ei näe nii lühikese lainepikkuse või kõrge sagedusega valgust, seega ei ole ultraviolettkiirgus meile nähtav.
