Теоретически вопрос «Чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых? » мог бы заинтересовать любого человека. Ведь и те, и другие лучи входят в состав солнечного спектра – а воздействию Солнца мы подвергаемся ежедневно. На практике же его чаще всего задают себе те, кто собирается приобрести устройства, известные как инфракрасные обогреватели, и хотел бы убедиться в том, что подобные приборы абсолютно безопасны для здоровья человека.

Чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых с точки зрения физики

Как известно, кроме семи видимых цветов спектра за его пределами имеются и невидимые глазу излучения. Помимо инфракрасных и ультрафиолетовых, к ним относятся рентгеновские лучи, гамма-лучи и микроволны.

Инфракрасные и УФ-лучи сходны в одном: и те, и другие относятся к той части спектра, который не видим невооруженному глазу человека. Но этим и ограничивается их сходство.

Инфракрасное излучение

Инфракрасные лучи были обнаружены за пределами красной границы, между длинноволновым и коротковолновым участками этой части спектра. Стоит отметить, что почти половина солнечной радиации – это именно инфракрасное излучение. Основная характеристика этих не видимых глазу лучей – сильная тепловая энергия: ее непрерывно излучают все нагретые тела.
Излучение этого вида подразделяется на три области по такому параметру, как длина волны:

• от 0,75 до 1,5 мкм – ближняя область;
• от 1,5 до 5,6 мкм – средняя;
• от 5,6 до 100 мкм – дальняя.

Нужно понимать, что инфракрасное излучение является не продуктом всевозможных современных технических устройств, к примеру, ИК-обогревателей. Это фактор природной окружающей среды, который постоянно действует на человека. Наше тело непрерывно поглощает и отдает инфракрасные лучи.

Ультрафиолетовое излучение

Существование лучей за фиолетовой границей спектра было доказано в 1801 году. Диапазон ультрафиолетовых лучей, испускаемых Солнцем, составляет от 400 до 20 нм, однако до земной поверхности доходят только незначительная часть коротковолнового спектра – до 290 нм.
Ученые считают, что ультрафиолету принадлежит значительная роль в образовании первых на Земле органических соединений. Однако воздействие этого излучения носит и отрицательный характер, приводя к распаду органических веществ.
При ответе на вопрос, чем инфракрасное излучение отличается от ультрафиолетового , необходимо обязательно рассмотреть воздействие на организм человека. И здесь основное отличие заключается в том, что эффект инфракрасных лучей ограничивается преимущественно тепловым действием, в то время как ультрафиолетовые лучи способны оказывать еще и фотохимическое воздействие.
УФ-излучение активно поглощается нуклеиновыми кислотами, следствием чего являются изменения важнейших показателей жизнедеятельности клеток – способности к росту и делению. Именно повреждение ДНК является главным компонентом механизма воздействия на организмы ультрафиолетовых лучей.
Основной орган нашего тела, на который действует ультрафиолетовое излучение – это кожа. Известно, что благодаря УФ-лучам запускается процесс образования витамина Д, который необходим для нормального усвоения кальция, а также синтезируются серотонин и мелатонин – важные гормоны, оказывающие влияние на суточные ритмы и настроение человека.

Воздействие ИК и УФ-излучения на кожу

Когда человек подвергается воздействию солнечных лучей, на поверхность его тела оказывают влияние и инфракрасные, ультрафиолетовые лучи. Но результат этого воздействия будет различным:

• ИК-лучи вызывают прилив крови к поверхностным слоям кожи, повышение ее температуры и покраснение (калорическая эритема). Этот эффект исчезает сразу же, как только действие облучения прекращается.
• Воздействие УФ-излучения имеет скрытый период и может проявляться через несколько часов после облучения. Длительность ультрафиолетовой эритемы составляет от 10 часов до 3-4 дней. Кожа краснеет, может шелушиться, затем окраска ее становится более темной (загар).

Доказано, что избыточное воздействие ультрафиолета может привести к возникновению злокачественных заболеваний кожи. В то же время в определенных дозах УФ-излучение полезно для организма, что позволяет применять его для профилактики и лечения, а также для уничтожения бактерий в воздухе помещений.

Безопасно ли инфракрасное излучение?

Опасения людей по отношению к такому виду устройств, как инфракрасные обогреватели, вполне понятно. В современном обществе уже сформировалась устойчивая тенденция с изрядной долей опасения относиться ко многим видам излучения: радиация, рентгеновские лучи и др.
Рядовым потребителям, которые собираются приобрести устройства, основанные на использовании инфракрасного излучения, важнее всего знать следующее: инфракрасные лучи совершенно безопасны для здоровья человека. Именно это стоит подчеркнуть, рассматривая вопрос, чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых .
Исследованиями доказано: длинноволновое ИК-излучение не только полезно для нашего тела – оно ему совершенно необходимо. При недостатке ИК-лучей страдает иммунитет организма, а также проявляется эффект его ускоренного старения.


Положительное воздействие инфракрасного излучения уже не вызывает сомнений и проявляется в различных аспектах.

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.

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;
• - благодаря эффекту электролюминесценции могут работать в любом узком диапазоне от до ультрафиолетового.

В научных исследованиях, экспериментах, биотехнологии используются специальные ультрафиолетовые . 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 , 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 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.

Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ, UV) - электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и рентгеновским излучением (380 - 10 нм, 7,9·1014 - 3·1016 Герц).

Понятие об ультрафиолетовых лучах впервые встречается у индийского философа 13-го века в его труде. Атмосфера описанной им местности Bhootakasha содержала фиолетовые лучи, которые невозможно увидеть невооружённым глазом.

Вскоре после того, как было обнаружено инфракрасное излучение, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал поиски излучения и в противоположном конце спектра, с длиной волны короче, чем у фиолетового цвета.В 1801 году он обнаружил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Хлорид серебра белого цвета в течение нескольких минут темнеет на свету. Разные участки спектра по-разному влияют на скорость потемнения. Быстрее всего это происходит перед фиолетовой областью спектра. Тогда многие ученые, включая Риттера, пришли к соглашению, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света), и восстановительного (ультрафиолетового) компонента. В то время ультрафиолетовое излучение называли также актиническим излучением. Идеи о единстве трёх различных частей спектра были впервые озвучены лишь в 1842 году в трудах Александра Беккереля, Македонио Меллони и др.

Электромагнитный спектр ультрафиолетового излучения может быть по-разному поделен на подгруппы. Стандарт ISO по определению солнечного излучения (ISO-DIS-21348) даёт следующие определения:

Наименование	Аббревиатура	Длина волны в нанометрах	Количество энергии на фотон
Ближний		400 нм - 300 нм	3.10 - 4.13 эВ
Средний		300 нм - 200 нм	4.13 - 6.20 эВ
Дальний		200 нм - 122 нм	6.20 - 10.2 эВ
Экстремальный		121 нм - 10 нм	10.2 - 124 эВ
Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон		400 нм - 315 нм	3.10 - 3.94 эВ
Ультрафиолет B, средневолновой		315 нм - 280 нм	3.94 - 4.43 эВ
Ультрафиолет С, коротковолновой		280 нм - 100 нм	4.43 - 12.4 эВ

Ближний ультрафиолетовый диапазон часто называют «черным светом», так как он не распознаётся человеческим глазом, но при отражении от некоторых материалов спектр переходит в область видимого излучения.

Для дальнего и экстремального диапазона часто используется термин «вакуумный» (VUV), в виду того, что волны этого диапазона сильно поглощаются атмосферой Земли.

Биологические эффекты ультрафиолетового излучения в трёх спектральных участках существенно различны, поэтому биологи иногда выделяют, как наиболее важные в их работе, следующие диапазоны:

Ближний ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315-400 нм)

УФ-B лучи (UVB, 280-315 нм)

Дальний ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100-280 нм)

Практически весь UVC и приблизительно 90 % UVB поглощаются озоном, а также водяным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона UVA достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет UVA и в небольшой доле - UVB.

Несколько позже в работах (О. Г. Газенко, Ю. Е. Нефёдов, Е. А. Шепелев, С. Н. Залогуев, Н. Е. Панфёрова, И. В. Анисимова) указанное специфическое действие излучения было подтверждено в космической медицине. Профилактическое УФ облучение было введено в практику космических полётов наряду с Методическими указаниями (МУ) 1989 г. «Профилактическое ультрафиолетовое облучение людей (с применением искусственных источников УФ излучения)». Оба документа являются надёжной базой дальнейшего совершенствования УФ профилактики.

Воздействие ультрафиолетового излучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи к загару, приводит к ожогам.

Длительное воздействие ультрафиолетового излучения может способствовать развитию меланомы и преждевременному старению.

Ультрафиолетовое излучение неощутимо для глаз человека, но при интенсивном облучении вызывает типично радиационное поражение (ожог сетчатки).

Природные источники

Основной источник ультрафиолетового излучения на Земле - Солнце. Соотношение интенсивности излучения УФ-А и УФ-Б, общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли, зависит от следующих факторов:

от концентрации атмосферного озона над земной поверхностью (см. озоновые дыры)

от высоты Солнца над горизонтом

от высоты над уровнем моря

от атмосферного рассеивания

от состояния облачного покрова

от степени отражения УФ-лучей от поверхности (воды, почвы)

Благодаря созданию и совершенствованию искусственных источников УФ излучения, шедшими параллельно с развитием электрических источников видимого света, сегодня специалистам, работающим с УФ излучением в медицине, профилактических, санитарных и гигиенических учреждениях, сельском хозяйстве и т. д., предоставляются существенно большие возможности, чем при использовании естественного УФ излучения.

Существует ряд лазеров, работающих в ультрафиолетовой области. Лазер позволяет получать когерентное излучение высокой интенсивности. Однако область ультрафиолета сложна для лазерной генерации, поэтому здесь не существует столь же мощных источников, как в видимом и инфракрасном диапазонах. Ультрафиолетовые лазеры находят своё применение в мacc-спектрометрии, лазерной микродиссекции, биотехнологиях и других научных исследованиях.

Многие полимеры, используемые в товарах народного потребления, деградируют под действием УФ света. Для предотвращения деградации в такие полимеры добавляются специальные вещества, способные поглощать УФ, что особенно важно в тех случаях, когда продукт подвергается непосредственному воздействию солнечного света. Проблема проявляется в исчезновении цвета, потускнению поверхности, растрескиванию, а иногда и полному разрушению самого изделия. Скорость разрушения возрастает с ростом времени воздействия и интенсивности солнечного света.

Описанный эффект известен как УФ старение и является одной из разновидностей старения полимеров. К чувствительным полимерам относятся термопластики, такие как, полипропилен, полиэтилен, полиметилметакрилат (органическое стекло), а также специальные волокна, например, арамидное волокно. Поглощение УФ приводит к разрушению полимерной цепи и потере прочности в ряде точек структуры. Воздействие УФ на полимеры используется в нанотехнологиях, трансплантологии, рентгенолитографии и др. областях для модификации свойств (шероховатость, гидрофобность) поверхности полимеров. Например, известно сглаживающее действие вакуумного ультрафиолета (ВУФ) на поверхность полиметилметакрилата.

Применение: Обеззараживание ультрафиолетовым (УФ) излучением, Стерилизация воздуха и твёрдых поверхностей, Дезинфекция питьевой воды, Химический анализ, УФ - спектрометрия, Анализ минералов, Качественный хроматографический анализ, Ловля насекомых, Искусственный загар и «Горное солнце», реставрация.

И фиолетовый), ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение, не видимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн λ 400-10 нм. Вся область ультрафиолетового излучения условно делится на ближнюю (400-200 нм) и далёкую, или вакуумную (200-10 нм); последнее название обусловлено тем, что ультрафиолетовое излучение этого участка сильно поглощается воздухом и его исследование производят с помощью вакуумных спектральных приборов.

Ближнее ультрафиолетовое излучение открыто в 1801 году немецким учёным Н. Риттером и английским учёным У. Волластоном по фотохимическому действию этого излучения на хлористое серебро. Вакуумное ультрафиолетовое излучение обнаружено немецким учёным В. Шуманом при помощи построенного им вакуумного спектрографа с флюоритовой призмой (1885-1903) и безжелатиновых фотопластинок. Он получил возможность регистрировать коротковолновое излучение до 130 нм. Английский учёный Т. Лайман, впервые построив вакуумный спектрограф с вогнутой дифракционной решёткой, регистрировал ультрафиолетовое излучение с длиной волны до 25 нм (1924). К 1927 году был изучен весь промежуток между вакуумным ультрафиолетовым излучением и рентгеновским излучением.

Спектр ультрафиолетового излучения может быть линейчатым, непрерывным или состоять из полос в зависимости от природы источника ультрафиолетового излучения (см. Спектры оптические). Линейчатым спектром обладает УФ-излучение атомов, ионов или лёгких молекул (например, H 2). Для спектров тяжёлых молекул характерны полосы, обусловленные электронно-колебательно-вращательными переходами молекул (см. Молекулярные спектры). Непрерывный спектр возникает при торможении и рекомбинации электронов (см. Тормозное излучение).

Оптические свойства веществ.

Оптические свойства веществ в ультрафиолетовой области спектра значительно отличаются от их оптических свойств в видимой области. Характерной чертой является уменьшение прозрачности (увеличение коэффициента поглощения) большинства тел, прозрачных в видимой области. Например, обычное стекло непрозрачно при λ < 320 нм; в более коротковолновой области прозрачны лишь увиолевое стекло, сапфир, фтористый магний, кварц, флюорит, фтористый литий и некоторые другие материалы. Наиболее далёкую границу прозрачности (105 нм) имеет фтористый литий. Для λ < 105 нм прозрачных материалов практически нет. Из газообразных веществ наибольшую прозрачность имеют инертные газы, граница прозрачности которых определяется величиной их ионизационного потенциала. Самую коротковолновую границу прозрачности имеет гелий - 50,4 нм. Воздух непрозрачен практически при λ < 185 нм из-за поглощения кислородом.

Коэффициент отражения всех материалов (в том числе металлов) уменьшается с уменьшением длины волны излучения. Например, коэффициент отражения свеженапылённого алюминия, одного из лучших материалов для отражающих покрытий в видимой области спектра, резко уменьшается при λ < 90 нм (рис. 1) . Отражение алюминия значительно уменьшается также вследствие окисления поверхности. Для защиты поверхности алюминия от окисления применяются покрытия из фтористого лития или фтористого магния. В области λ < 80 нм некоторые материалы имеют коэффициент отражения 10-30% (золото, платина, радий, вольфрам и др.), однако при λ < 40 нм и их коэффициент отражения снижается до 1% и меньше.

Источники ультрафиолетового излучения.

Излучение накалённых до 3000 К твёрдых тел содержит заметную долю ультрафиолетового излучения непрерывного спектра, интенсивность которого растет с увеличением температуры. Более мощное ультрафиолетовое излучение испускает плазма газового разряда. При этом в зависимости от разрядных условий и рабочего вещества может испускаться как непрерывный, так и линейчатый спектр. Для различных применений ультрафиолетового излучения промышленность выпускает ртутные, водородные, ксеноновые и другие газоразрядные лампы, окна которых (либо целиком колбы) изготовляют из прозрачных для ультрафиолетового излучения материалов (чаще из кварца). Любая высокотемпературная плазма (плазма электрических искр и дуг, плазма, образующаяся при фокусировке мощного лазерного излучения в газах или на поверхности твёрдых тел, и так далее) является мощным источником ультрафиолетового излучения. Интенсивное ультрафиолетовое излучение непрерывного спектра испускают электроны, ускоренные в синхротроне (синхротронное излучение). Для ультрафиолетовой области спектра разработаны также оптические квантовые генераторы (лазеры). Наименьшую длину волны имеет водородный лазер (109,8 нм).

Естественные источники ультрафиолетового излучения - Солнце, звёзды, туманности и другие космические объекты. Однако лишь длинноволновая часть ультрафиолетового излучения (λ > 290 нм) достигает земной поверхности. Более коротковолновое ультрафиолетовое излучение поглощается озоном, кислородом и другими компонентами атмосферы на высоте 30-200 км от поверхности Земли, что играет большую роль в атмосферных процессах. Ультрафиолетовое излучение звёзд и других космических тел, кроме поглощения в земной атмосфере, в интервале 91,2-20 нм практически полностью поглощается межзвёздным водородом.

Приёмники ультрафиолетового излучения.

Для регистрации ультрафиолетового излучения при λ > 230 нм используются обычные фотоматериалы. В более коротковолновой области к нему чувствительны специальные маложелатиновые фотослои. Применяются фотоэлектрические приёмники, использующие способность ультрафиолетового излучения вызывать ионизацию и фотоэффект: фотодиоды, ионизационные камеры, счётчики фотонов, фотоумножители и др. Разработан также особый вид фотоумножителей - каналовые электронные умножители, позволяющие создавать микроканаловые пластины. В таких пластинах каждая ячейка является каналовым электронным умножителем размером до 10 мкм. Микроканаловые пластины позволяют получать фотоэлектрические изображения в ультрафиолетовом излучении и объединяют преимущества фотографических и фотоэлектрических методов регистрации излучения. При исследовании ультрафиолетового излучения также используют различные люминесцирующие вещества, преобразующие ультрафиолетовое излучение в видимое. На этой основе созданы приборы для визуализации изображений в ультрафиолетовом излучении.

Применение ультрафиолетового излучения.

Изучение спектров испускания, поглощения и отражения в УФ-области позволяет определять электронную структуру атомов, ионов, молекул, а также твёрдых тел. УФ-спектры Солнца, звёзд и др. несут информацию о физических процессах, происходящих в горячих областях этих космических объектов (см. Ультрафиолетовая спектроскопия, Вакуумная спектроскопия). На фотоэффекте, вызываемом ультрафиолетовым излучением, основана фотоэлектронная спектроскопия. Ультрафиолетовое излучение может нарушать химические связи в молекулах, в результате чего могут происходить различные химические реакции (окисление, восстановление, разложение, полимеризация и так далее, см. Фотохимия). Люминесценция под действием ультрафиолетового излучения используется при создании люминесцентных ламп, светящихся красок, в люминесцентном анализе и люминесцентной дефектоскопии. Ультрафиолетовое излучение применяется в криминалистике для установления идентичности красителей, подлинности документов и тому подобное. В искусствоведении ультрафиолетовое излучение позволяет обнаружить на картинах не видимые глазом следы реставраций (рис. 2) . Способность многих веществ к избирательному поглощению ультрафиолетового излучения используется для обнаружения в атмосфере вредных примесей, а также в ультрафиолетовой микроскопии.

Мейер А., Зейтц Э., Ультрафиолетовое излучение, пер. с нем., М., 1952; Лазарев Д. Н., Ультрафиолетовая радиация и ее применение, Л. - М., 1950; Samson I. A. R., Techniques of vacuum ultraviolet spectroscopy, N. Y. - L. - Sydney, ; Зайдель А. Н., Шрейдер Е. Я., Спектроскопия вакуумного ультрафиолета, М., 1967; Столяров К. П., Химический анализ в ультрафиолетовых лучах, М. - Л., 1965; Бейкер А., Беттеридж Д., Фотоэлектронная спектроскопия, пер. с англ., М., 1975.

Рис. 1. Зависимости коэффициента отражения r слоя алюминия от длины волны.

Рис. 2. Спектры действия ультр. изл. на биообъекты.

Рис. 3. Выживаемость бактерий в зависимости от дозы ультрафиолетового излучения.

Биологическое действие ультрафиолетового излучения.

При действии на живые организмы ультрафиолетовое излучение поглощается верхними слоями тканей растений или кожи человека и животных. В основе биологического действия ультрафиолетового излучения лежат химические изменения молекул биополимеров. Эти изменения вызываются как непосредственным поглощением ими квантов излучения, так и (в меньшей степени) образующимися при облучении радикалами воды и других низкомолекулярных соединений.

На человека и животных малые дозы ультрафиолетового излучения оказывают благотворное действие - способствуют образованию витаминов группы D (см. Кальциферолы), улучшают иммунобиологические свойства организма. Характерной реакцией кожи на ультрафиолетовое излучение является специфическое покраснение - эритема (максимальным эритемным действием обладает ультрафиолетовое излучение с λ = 296,7 нм и λ = 253,7 нм), которая обычно переходит в защитную пигментацию (загар). Большие дозы ультрафиолетового излучения могут вызывать повреждения глаз (фотоофтальмию) и ожог кожи. Частые и чрезмерные дозы ультрафиолетового излучения в некоторых случаях могут оказывать канцерогенное действие на кожу.

В растениях ультрафиолетовое излучение изменяет активность ферментов и гормонов, влияет на синтез пигментов, интенсивность фотосинтеза и фотопериодической реакции. Не установлено, полезны ли и тем более необходимы ли для прорастания семян, развития проростков и нормальной жизнедеятельности высших растений малые дозы ультрафиолетового излучения. Большие дозы ультрафиолетового излучения, несомненно, неблагоприятны для растений, о чём свидетельствуют и существующие у них защитные приспособления (например, накопление определённых пигментов, клеточные механизмы восстановления от повреждений).

На микроорганизмы и культивируемые клетки высших животных и растений ультрафиолетовое излучение оказывает губительное и мутагенное действие (наиболее эффективно ультрафиолетовое излучения с λ в пределах 280-240 нм). Обычно спектр летального и мутагенного действия ультрафиолетового излучения примерно совпадает со спектром поглощения нуклеиновых кислот - ДНК и РНК (рис. 3, А) , в некоторых случаях спектр биологического действия близок к спектру поглощения белков (рис. 3, Б) . Основная роль в действии ультрафиолетового излучения на клетки принадлежит, по-видимому, химическим изменениям ДНК: входящие в её состав пиримидиновые основания (главным образом тимин) при поглощении квантов ультрафиолетовое излучение образуют димеры, которые препятствуют нормальному удвоению (репликации) ДНК при подготовке клетки к делению. Это может приводить к гибели клеток или изменению их наследственных свойств (мутациям). Определённое значение в летальном действии ультрафиолетового излучения на клетки имеют также повреждение биолеских мембран и нарушение синтеза различных компонентов мембран и клеточной оболочки.

Большинство живых клеток может восстанавливаться от вызываемых ультрафиолетовым излучением повреждений благодаря наличию у них систем репарации. Способность восстанавливаться от повреждений, вызываемых ультрафиолетовым излучением, возникла, вероятно, на ранних этапах эволюции и играла важную роль в выживании первичных организмов, подвергавшихся интенсивному солнечному ультрафиолетовому облучению.

По чувствительности к ультрафиолетовому излучению биологические объекты различаются очень сильно. Например, доза ультрафиолетового излучения, вызывающая гибель 90% клеток, для разных штаммов кишечной палочки равна 10, 100 и 800 эрг/мм 2 , а для бактерий Micrococcus radiodurans - 7000 эрг/мм 2 (рис. 4, А и Б) . Чувствительность клеток к ультрафиолетовому излучению в большой степени зависит также от их физиологического состояния и условий культивирования до и после облучения (температура, состав питательной среды и др.). Сильно влияют на чувствительность клеток к ультрафиолетовому излучению мутации некоторых генов. У бактерий и дрожжей известно около 20 генов, мутации которых повышают чувствительность к ультрафиолетовому излучению. В ряде случаев такие гены ответственны за восстановление клеток от лучевых повреждений. Мутации других генов нарушают синтез белка и строение клеточных мембран, тем самым повышая радиочувствительность негенетических компонентов клетки. Мутации, повышающие чувствительность к ультрафиолетовому излучению, известны и у высших организмов, в том числе у человека. Так, наследственное заболевание - пигментная ксеродерма обусловлено мутациями генов, контролирующих темновую репарацию.

Генетические последствия облучения ультрафиолетовым излучением пыльцы высших растений, клеток растений и животных, а также микроорганизмов выражаются в повышении частот мутирования генов, хромосом и плазмид. Частота мутирования отдельных генов, при действии высоких доз ультрафиолетового излучения, может повышаться в тысячи раз по сравнению с естественным уровнем и достигает нескольких процентов. В отличие от генетического действия ионизирующих излучений, мутации генов под влиянием ультрафиолетового излучения возникают относительно чаще, чем мутации хромосом. Благодаря сильному мутагенному эффекту ультрафиолетовое излучение широко используют как в генетических исследованиях, так и в селекции растений и промышленных микроорганизмов, являющихся продуцентами антибиотиков, аминокислот, витаминов и белковой биомассы. Генетическое действие ультрафиолетового излучения могло играть существенную роль в эволюции живых организмов. О применении ультрафиолетового излучения в медицине см. Светолечение.

Самойлова К. А., Действие ультрафиолетовой радиации на клетку, Л., 1967; Дубров А. П, Генетические и физиологические эффекты действия ультрафиолетовой радиации на высшие растения, М., 1968; Галанин Н. Ф., Лучистая энергия и ее гигиеническое значение, Л., 1969; Смит К., Хэнеуолт Ф., Молекулярная фотобиология, пер. с англ., М., 1972; Шульгин И. А., Растение и солнце, Л., 1973; Мясник М. Н., Генетический контроль радиочувствительности бактерий, М., 1974.

Вода, солнечные лучи и кислород, содержащийся в земной атмосфере – вот основные условия возникновения и факторы, обеспечивающие продолжение жизни на нашей планете. При этом уже давно доказано, что спектр и интенсивность солнечной радиации в космическом вакууме неизменны, а на Земле воздействие ультрафиолетового излучения зависит от очень многих причин: времени года, географического местоположения, высоты над уровнем моря, толщины озонового слоя, облачности и уровня концентрации естественных и промышленных примесей в воздухе.

Что такое ультрафиолетовые лучи

Солнце излучает лучи в видимых и невидимых для человеческого глаза диапазонах. К невидимому спектру относятся инфракрасные и ультрафиолетовые лучи.

Инфракрасное излучение – это электромагнитные волны длиной от 7 до 14 нм, которые несут на Землю колоссальный поток тепловой энергии, и поэтому их часто называют тепловыми. Доля инфракрасных лучей в солнечной радиации – 40%.

Ультрафиолетовое излучение представляет собой спектр электромагнитных волн, диапазон которых разделён условно на ближние и дальние ультрафиолетовые лучи. Дальние или вакуумные лучи полностью поглощаются верхними слоями атмосферы. В земных условиях они искусственно генерируются только в вакуумных камерах.

Ближние ультрафиолетовый лучи, разделены на три подгруппы диапазонов:

• длинный – А (UVA) от 400 до 315 нм;
• средний – В (UVB) от 315 до 280 нм;
• короткий – С (UVС) от 280 до 100 нм.

Чем измеряется ультрафиолетовое излучение? Сегодня существуют много специальных приборов, как для бытового, так и для профессионального применения, которые позволяют измерить частоту, интенсивность и величину полученной дозы УФ-лучей, и тем самым оценить их вероятную вредность для организма.

Несмотря на то, что ультрафиолетовое излучение в составе солнечного света занимает всего лишь около 10%, именно благодаря его воздействию произошёл качественны скачок в эволюционном развитии жизни – выход организмов из воды на сушу.

Основные источники ультрафиолетового излучения

Главный и естественный источник ультрафиолетового излучения – это конечно же Солнце. Но и человек научился «производить ультрафиолет» с помощью специальных ламповых приборов:

• ртутно-кварцевые лампы высокого давления, работающие в общем диапазоне УФ-излучения – 100-400 нм;
• витальные люминесцентные лампы, генерирующие длину волн от 280 до 380 нм, с максимальным пиком излучения между 310 и 320 нм;
• озонные и безозонные (с кварцевым стеклом) бактерицидные лампы, 80% ультрафиолетовых лучей которых приходится на длину 185 нм.

Как ультрафиолетовое излучение солнца, так и искусственный ультрафиолетовый свет обладают возможностью воздействовать на химическую структуру клеток живых организмов и растений, и на сегодняшний момент, известны только некоторые разновидности бактерий, которые могут обходиться и без него. Для всех остальных отсутствие ультрафиолетового излучения приведёт к неминуемой гибели.

Так каково же реальное биологическое действие ультрафиолетовых лучей, какова польза и есть ли вред от ультрафиолета для человека?

Влияние ультрафиолетовых лучей на организм человека

Самая коварная ультрафиолетовая радиация – это коротковолновое ультрафиолетовое излучение, поскольку оно разрушает любые виды белковых молекул.

Так почему на нашей планете возможна и продолжается наземная жизнь? Какой слой атмосферы задерживает губительные ультрафиолетовые лучи?

От жесткого ультрафиолетового излучения живые организмы защищают озоновые слои стратосферы, которые полностью поглощают лучи этого диапазона, и они просто не достигают поверхности Земли.

Поэтому, 95% общей массы солнечного ультрафиолета приходиться на длинные волны (А), а приблизительно 5% на средние (В). Но тут важно уточнить. Несмотря на то, что длинных УФ-волн гораздо больше, и они обладают большой проникающей способностью, оказывая воздействие на сетчатый и сосочковый слои кожи, именно 5% средних волн, которые не могут проникнуть дальше эпидермиса, обладают наибольшим биологическим воздействием.

Именно ультрафиолетовое излучение среднего диапазона интенсивно воздействует на кожный покров, глаза, а также активно влияет на работу эндокринной, центральной нервной и иммунной систем.

С одной стороны, облучение ультрафиолетом может вызвать:

• сильный солнечный ожог кожных покровов – ультрафиолетовая эритема;
• помутнение хрусталика, приводящее к слепоте – катаракта;
• рак кожи – меланома.

Помимо этого, ультрафиолетовые лучи обладают мутагенным действием и вызывают сбои в работе иммунной системы, которые становятся причиной возникновения других онкологических патологий.

С другой стороны, именно действие ультрафиолетового излучения оказывает значимое влияние на метаболические процессы, происходящие в человеческом организме в целом. Повышается синтез мелатонина и серотонина, уровень которых оказывает положительное воздействие на работу эндокринной и центральной нервной системы. Ультрафиолетовый свет активизирует выработку витамина D, который является главным компонентом для усвоения кальция, а также препятствует развитию рахита и остеопороза.

Облучение ультрафиолетом кожных покровов

Поражение кожи могут носить как структурный, так и функциональный характер, которые, в свою очередь, можно разделить на:

1. Острые повреждения – возникают из-за высоких доз солнечной радиации лучей среднего диапазона, полученных при этом за короткое время. К ним относятся острый фотодерматоз и эритема.
2. Отсроченные повреждения – возникают на фоне продолжительного облучения длинноволновыми ультрафиолетовыми лучами, интенсивность которых, кстати, не зависит ни от времени года и от времени светового дня. К ним относят хронические фотодерматиты, фотостарение кожи или солнечная геродермия, ультрафиолетовый мутагенез и возникновение новообразований: меланомы, плоскоклеточного и базальноклеточного рака кожи. Среди перечня отсроченных повреждений есть и герпес.

Важно отметить, что и острые, и отсроченные повреждения можно получить при чрезмерном увлечении принятия искусственных солнечных ванн, не ношении солнцезащитных очков, а также при посещении соляриев, использующих несертифицированное оборудование и/или не проводящих мероприятий по специальной профилактической калибровке ультрафиолетовых ламп.

Защита кожи от ультрафиолета

Если не злоупотреблять любыми «солнечными ваннами», то человеческое тело справится с защитой от излучения самостоятельно, ведь боле 20% задерживается здоровым эпидермисом. Сегодня защита от ультрафиолета кожных покровов сводиться к следующим приемам, которые минимизируют риск образования злокачественных новообразований:

• ограничение времени нахождения на солнце, особенно в полуденные летние часы;
• ношение лёгкой, но закрытой одежды, ведь для получения необходимой дозы, стимулирующей выработку витамина D, совсем не обязательно покрываться загаром;
• подбор солнцезащитных кремов в зависимости от конкретного ультрафиолетового индекса, характерного для данной местности, времени года и суток, а также от собственного типа кожи.

Внимание! Для коренных жителей средней полосы России, показатель УФ-индекса выше 8, не просто требует применения активной защиты, но и представляет реальную угрозу для здоровья. Измерение величины излучения и прогнозы солнечных индексов можно найти на ведущих сайтах погоды.

Воздействие ультрафиолета на глаза

Повреждение структуры глазной роговицы и хрусталика (электроофтальмия) возможны при зрительном контакте с любым источником ультрафиолетового излучения. Несмотря на то, что здоровая роговица не пропускает и отражает жесткий ультрафиолет на 70%, причин, которые могут стать источником возникновения серьёзных заболеваний достаточно много. Среди них:

• незащищённое наблюдении за вспышками, солнечными затмениями;
• случайный взгляд на светило на морском побережье или в высоких горах;
• фото-травма от вспышки фотоаппарата;
• наблюдение за работой сварочного аппарата ил пренебрежение техникой безопасности (отсутствие защитного шлема) при работе с ним;
• длительная работа стробоскопа на дискотеках;
• нарушение правил посещения солярия;
• длительное нахождение в помещении, в котором работают кварцевые бактерицидные озоновые лампы.

Каковы первые признаки электроофтальмии? Клинические симптомы, а именно покраснение глазных склер и век, болевой синдром при движении глазных яблок и ощущение инородного тела в глазе, как правило, наступают спустя 5-10 часов после перечисленных выше обстоятельств. Тем не менее, средства защиты от ультрафиолетового излучения доступны каждому, ведь даже обычные линзы из стекла, не пропускают большую часть УФ-лучей.

Использование защитных очков со специальным фотохромным покрытием на линзах, так называемые «очки-хамелеоны», станет оптимальным «бытовым» вариантом для защиты глаз. Вам не придется утруждать себя вопросом, а какого цвета и степени затемнения ультрафиолетовый фильтр действительно обеспечивает эффективную защиту в конкретных обстоятельствах.

И конечно же, что при ожидаемом зрительном контакте со вспышками ультрафиолета, необходимо заранее надевать защитные очки или использовать другие приспособления, которые задерживают губительные для роговицы и хрусталика лучи.

Применение ультрафиолета в медицине

Ультрафиолет убивает грибок и другие микробы, находящиеся в воздухе и на поверхности стен, потолков, пола и предметов, а после воздействия специальных ламп происходит очищение от плесни. Это бактерицидное свойство ультрафиолета люди используют для обеспечения стерильности манипуляционных и хирургических помещений. Но ультрафиолетовое излучение в медицине используется не только для борьбы с внутрибольничными инфекциями.

Свойства ультрафиолетового излучения нашло своё применение при самых различных заболеваниях. При этом возникают и постоянно совершенствуются новые методики. Например, придуманное около 50 лет назад ультрафиолетовое облучение крови, первоначально применялось для подавления роста бактерий в крови при сепсисе, тяжёлых пневмониях, обширных гнойных ранах и других гнойно-септических патологиях.

Сегодня, ультрафиолетовое облучение крови или очистка крови, помогает бороться с острыми отравлениями, передозировкой лекарств, фурункулёзом, деструктивным панкреатитом, облитерирующим атеросклерозом, ишемией, церебральным атеросклерозом, алкоголизмом, наркоманией, острыми психическими расстройствами и многими другими болезнями, список которых постоянно расширяется.

Заболевания, при которых показано применение ультрафиолетового излучения, и когда любая процедура с УФ-лучами вредна:

ПОКАЗАНИЯ	ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ
солнечное голодание, рахит	индивидуальная непереносимость
раны и язвы	онкология
отморожения и ожоги	кровотечения
невралгии и миозиты	гемофилия
псориаз, экзема, витилиго, рожа	ОНМК
заболевания органов дыхания	фотодерматит
сахарный диабет	почечная и печёночная недостаточность
аднекситы	малярия
остеомиелит, остеопороз	гиперфункция щитовидки
несистемные ревматические поражения	инфаркты, инсульты

Для того, чтобы жить без боли, людям с поражением суставов, неоценимую помощь в общей комплексной терапии принесёт ультрафиолетовая лампа.

Влияние ультрафиолета при ревматоидных артритах и артрозах, совмещение методики ультрафиолетовой терапии с правильным подбором биодозы и грамотной схемой приёма антибиотиков – это 100% гарантия достижения системно-оздоровительного эффекта при минимальной лекарственной нагрузке.

В заключение отметим, что положительное влияние ультрафиолетового излучения на организм и всего одна единственная процедура ультрафиолетового облучения (очищения) крови + 2 сеанса в солярии, помогут здоровому человеку выглядеть и чувствовать себя на 10 лет моложе.