Все о тюнинге авто

Ультрафиолетовое радиационное излучение. Как влияет ультрафиолетовое излучение на организм человека. Влияние УФ на глаза

Спектр лучей, видимых глазом человека, не имеет резкой, четко определенной границы. Верхней границей видимого спектра одни исследователи называют 400 нм, другие 380, третьи сдвигают ее до 350...320 нм. Это объясняется различной световой чувствительностью зрения и указывает на наличие лучей не видимых глазом.
В 1801 г. И. Риттер (Германия) и У. Уола-стон (Англия) используя фотопластинку доказали наличие ультрафиолетовых лучей. За фиолетовой границей спектра она чернеет быстрее, чем под влиянием видимых лучей. Поскольку почернение пластинки происходит в результате фотохимической реакции, ученые пришли к выводу, что ультрафиолетовые лучи весьма активны.
Ультрафиолетовые лучи охватывают широкий диапазон излучений: 400...20 нм. Область излучения 180... 127 нм называется вакуумной. Посредством искусственных источников (ртутно-кварцевых, водородных и дуговых ламп), дающих как линейчатый, так и непрерывный спектр, получают ультрафиолетовые лучи с длиной волны до 180 нм. В 1914 г. Лайман исследовал диапазон до 50 нм.
Исследователи обнаружили тот факт, что спектр ультрафиолетовых лучей Солнца, достигающих земной поверхности, очень узок - 400...290 нм. Неужели солнце не излучает свет с длиной волны короче 290 нм?
Ответ на этот вопрос нашел А. Корню (Франция). Он установил, что озон поглощает ультрафиолетовые лучи короче 295 нм, после чего выдвинул предположение: Солнце излучает коротковолновые ультрафиолетовое излучение, под его действием молекулы кислорода распадаются на отдельные атомы, образуя молекулы озона, поэтому в верхних слоях атмосферы озон должен покрывать землю защитным экраном. Гипотеза Корню получила подтверждение тогда, когда люди поднялись в верхние слои атмосферы. Таким образом, в земных условиях спектр солнца ограничен пропусканием озонового слоя.
Количество ультрафиолетовых лучей, достигающих земной поверхности, зависит от высоты Солнца над горизонтом. В течение периода нормального освещения освещенность изменяется на 20%, тогда как количество ультрафиолетовых лучей достигающих земной поверхности уменьшается в 20 раз.
Специальными экспериментами установлено, что при подъеме вверх на каждые 100 м интенсивность ультрафиолетового излучения возрастает на 3...4%. На долю рассеянного ультрафиолета в летний полдень приходится 45...70% излучения, а достигающего земной поверхности - 30...55%. В пасмурные дни, когда диск Солнца закрыт тучами, поверхности Земли достигает главным образом рассеянная радиация. Поэтому можно хорошо загореть не только под прямыми лучами солнца, но и в тени, и в пасмурные дни.
Когда Солнце стоит в зените, в экваториальной области поверхности земли достигают лучи длиной 290...289 нм. В средних широтах коротковолновая граница, в летние месяцы, составляет примерно 297 нм. В период эффективного освещения верхняя граница спектра составляет порядка 300 нм. За полярным кругом земной поверхности достигают лучи с длиной волны 350...380 нм.

Влияние ультрафиолетового излучения на биосферу

Выше диапазона вакуумной радиации ультрафиолетовые лучи легко поглощаются водой, воздухом, стеклом, кварцем и не достигают биосферы Земли. В диапазоне 400... 180 нм влияние на живые организмы лучей различной длины волны не одинакова. Наиболее богатые энергией коротковолновые лучи сыграли существенную роль в образовании первых сложных органических соединений на Земле. Однако эти лучи способствуют не только образованию, но и распаду органических веществ. Поэтому прогресс жизненных форм на Земле наступил лишь после того, когда благодаря деятельности зеленых растений атмосфера обогатилась кислородом и, под действием ультрафиолетовых лучей, образовался защитный озоновый слой.
Для нас представляют интерес ультрафиолетовое излучение Солнца и искусственных источников ультрафиолетового излучения в диапазоне 400...180 нм. Внутри этого диапазона выделены три области:

А - 400...320 нм;
В - 320...275 нм;
С - 275...180нм.

В действии каждого из этих диапазонов на живой организм есть существенные различия. Ультрафиолетовые лучи действуют на вещество, в том числе и живое, по тем же законам, что и видимый свет. Часть поглощаемой энергии превращается в тепло, но тепловое действие ультрафиолетовых лучей не оказывает на организм заметного влияния. Другой способ передачи энергии - люминесценция.
Фотохимические реакции под действием ультрафиолетовых лучей проходят наиболее интенсивно. Энергия фотонов ультрафиолетового света очень велика, поэтому при их поглощении молекула ионизируется и распадается на части. Иногда фотон выбивает электрон за пределы атома. Чаще всего происходит возбуждение атомов и молекул. При поглощении одного кванта света с длиной волны 254 нм энергия молекулы возрастает до уровня, соответствующего энергии теплового движения при температуре 38000°С.
Основная часть солнечной энергии достигает земли в качестве видимого света и инфракрасного излучения и лишь незначительная часть - в виде ультрафиолета. Максимальных значений поток УФ достигает в середине лета на Южном полушарии (Земля на 5% ближе к Солнцу) и 50% от суточного количества УФ поступает в течение 4-х полуденных часов. Diffey установил, что для географических широт с температурой 20-60° человек, загорающий с 10:30 до 11:30 и затем с 16:30 до заката, получит только 19% от суточной дозы УФ. В полдень, интенсивность УФ (300 нм) в 10 раз выше, чем тремя часами раньше или позже: незагорелому человеку достаточно 25 минут для получения легкого загара в полдень, однако для достижения этого же эффекта после 15:00, ему понадобится лежать на солнце не менее 2-х часов.
Ультрафиолетовый спектр в свою очередь разделяют на ультрафиолет-А (UV-A) с длиной волны 315-400 nm, ультрафиолет-В (UV-B) -280-315 nm и ультрафиолет-С (UV-С)- 100-280 nm которые отличаются по проникающей способности и биологическому воздействию на организм.
UV-A не задерживается озоновым слоем, проходит сквозь стекло и роговой слой кожи. Поток UV-A (среднее значение в полдень) в два раза выше на уровне Полярного Круга, чем на экваторе, так что абсолютное его значение больше в высоких широтах. Не отмечается и существенных колебаний в интенсивности UV-A в разные времена года. За счет поглощения, отражения и рассеивания при прохождении через эпидермис, в дерму проникает только 20-30% UV-A и около 1% от общей его энергии достигает подкожной клетчатки.
Большая часть UV-B поглощается озоновым слоем, который "прозрачен" для UV-A. Так что доля UV-B во всей энергии ультрафиолетового излучения в летний полдень составляет всего около 3%. Он практически не проникает сквозь стекло, на 70% отражается роговым слоем, на 20% ослабляется при прохождении через эпидермис - в дерму проникает менее 10%.
Однако длительное время считалось, что доля UV-В в повреждающем действии ультрафиолета составляет 80%, поскольку именно этот спектр отвечает за возникновение эритемы солнечного ожога.
Необходимо учитывать и тот факт, что UV-В сильнее (меньшая длина волны) чем UV-А рассеивается при прохождении через атмосферу, что приводит и к изменению соотношения между этими фракциями с увеличением географической широты (в северных странах) и временем суток.
UV-С (200-280 нм) поглощается озоновым слоем. В случае использования искусственного источника ультрафиолета, он задерживается эпидермисом и не проникает в дерму.

Действие ультрафиолетового излучения на клетку

В действии коротковолнового излучения на живой организм наибольший интерес представляет влияние ультрафиолетовых лучей на биополимеры - белки и нуклеиновые кислоты. Молекулы биополимеров содержат кольцевые группы молекул, содержащие углерод и азот, которые интенсивно поглощают излучение с длиной волны 260...280 нм. Поглощенная энергия может мигрировать по цепи атомов в пределах молекулы без существенной потери, пока не достигнет слабых связей между атомами и не разрушит связь. В течение такого процесса, называемого фотолизом, образуются осколки молекул, оказывающие сильное действие на организм. Так, например, из аминокислоты гистидина образуется гистамин - вещество, расширяющее кровеносные капилляры и увеличивающее их проницаемость. Кроме фотолиза под действием ультрафиолетовых лучей в биополимерах происходит денатурация. При облучении светом определенной длины волны электрический заряд молекул уменьшается, они слипаются и теряют свою активность - ферментную, гормональную, антигенную и пр.
Процессы фотолиза и денатурации белков идут параллельно и независимо друг от друга. Они вызываются разными диапазонами излучения: лучи 280...302 нм вызывают главным образом фотолиз, а 250...265 нм - преимущественно денатурацию. Сочетание этих процессов определяет картину действия на клетку ультрафиолетовых лучей.
Самая чувствительная к действию ультрафиолетовых лучей функция клетки - деление. Облучение в дозе 10(-19) дж/м2 вызывает остановку деления около 90% бактериальных клеток. Но рост и жизнедеятельность клеток при этом не прекращается. Со временем восстанавливается их деление. Чтобы вызвать гибель 90% клеток, подавление синтеза нуклеиновых кислот и белков, образование мутаций, необходимо довести дозу облучения до 10(-18) дж/м2. Ультрафиолетовые лучи вызывают в нуклеиновых кислотах изменения, которые влияют на рост, деление, наследственность клеток, т.е. на основные проявления жизнедеятельности.
Значение механизма действия на нуклеиновую кислоту объясняется тем, что каждая молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) уникальна. ДНК - это наследственная память клетки. В ее структуре зашифрована информация о строении и свойствах всех клеточных белков. Если любой белок присутствует в живой клетке в виде десятков и сотен одинаковых молекул, то ДНК хранит информацию об устройстве клетки в целом, о характере и направлении процессов обмена веществ в ней. Поэтому нарушения в структуре ДНК могут оказаться непоправимыми или привести к серьезному нарушению жизнедеятельности.

Действие ультрафиолетового излучения на кожу

Воздействие ультрафиолета на кожу заметно влияет на метаболизм нашего организма. Общеизвестно, что именно УФ-лучи инициируют процесс образования эргокальциферола (витамина Д), необходимого для всасывания кальция в кишечнике и обеспечения нормального развития костного скелета. Кроме того, ультрафиолет активно влияет на синтез мелатонина и серотонина - гормонов, отвечающих за циркадный (суточный) биологический ритм. Исследования немецких ученых показали, что при облучении УФ-лучами сыворотки крови в ней на 7 % увеличивалось содержание серотонина - "гормона бодрости", участвующего в регуляции эмоционального состояния. Его дефицит может приводить к депрессии, колебаниям настроения, сезонным функциональным расстройствам. При этом количество мелатонина, обладающего тормозящим действием на эндокринную и центральную нервную системы, снижалось на 28%. Именно таким двойным эффектом объясняется бодрящее действие весеннего солнца, поднимающего настроение и жизненный тонус.
Действие излучения на эпидермис - наружный поверхностный слой кожи позвоночных животных и человека, состоящий из многослойного плоского эпителия человека, представляет собой воспалительную реакцию называемую эритемой. Первое научное описание эритемы дал в 1889 г. А.Н. Макла-нов (Россия), который изучил также действие ультрафиолетовых лучей на глаз (фотоофтальмию) и установил, что в основе их лежат общие причины.
Различают калорическую и ультрафиолетовую эритему. Калорическая эритема обусловлена воздействием видимых и инфракрасных лучей на кожу и прилива к ней крови. Она исчезает почти сразу после прекращения действия облучения.
После прекращения воздействия УФ-облучения, через 2..8 часов появляется покраснение кожи (ультрафиолетовая эритема) одновременно с ощущением жжения. Эритема появляется после скрытого периода, в пределах облученного участка кожи, и сменяется загаром и шелушением. Длительность эритемы имеет продолжительность от 10... 12 часов до 3...4 дней. Покрасневшая кожа горяча на ощупь, чуть болезненна и кажется набухшей, слегка отечной.
По существу эритема представляет собой воспалительную реакцию, ожог кожи. Это особое, асептическое (Асептический - безгнилостный) воспаление. Если доза облучения слишком велика или кожа особенно чувствительна к ним, отечная жидкость, накапливаясь, отслаивает местами наружный покров кожи, образует пузыри. В тяжелых случаях появляются участки некроза (омертвения) эпидермиса. Через несколько дней после исчезновения эритемы кожа темнеет и начинает шелушиться. По мере шелушения слущивается часть клеток, содержащих меланин (Меланин - основной пигмент тела человека; придает цвет коже, волосам, радужной оболочке глаза. Он содержится и в пигментном слое сетчатки глаза, участвует в восприятии света), загар бледнеет. Толщина кожного покрова человека варьирует в зависимости от пола, возраста (у детей и стариков - тоньше) и локализации - в среднем 1..2 мм. Его назначение - защитить организм от повреждений, колебаний температуры, давления.
Основной слой эпидермиса прилегает к собственно коже (дерме), в которой проходят кровеносные сосуды и нервы. В основном слое идет непрерывный процесс деления клеток; более старые вытесняются наружу молодыми клетками и отмирают. Пласты мертвых и отмирающих клеток образуют наружный роговой слой эпидермиса толщиной 0,07...2,5 мм (На ладонях и подошвах, главным образом за счет рогового слоя, эпидермис толще, чем на других участках тела), который непрерывно слущивается снаружи и восстанавливается изнутри.
Если падающие на кожу лучи поглощаются мертвыми клетками рогового слоя, они не оказывают на организм никакого влияния. Эффект облучения зависит от проникающей способности лучей и от толщины рогового слоя. Чем короче длина волны излучения, тем меньше их проникающая способность. Лучи короче 310 нм не проникают глубже эпидермиса. Лучи с большей длиной волны достигают сосочкового слоя дермы, в котором проходят кровеносные сосуды. Таким образом, взаимодействие ультрафиолетовых лучей с веществом происходит исключительно в коже, главным образом в эпидермисе.
Основное количество ультрафиолетовых лучей поглощается в ростковом (основном) слое эпидермиса. Процессы фотолиза и денатурации приводят к гибели шиловидных клеток зародышевого слоя. Активные продукты фотолиза белков вызывают расширение сосудов, отек кожи, выход лейкоцитов и другие типичные признаки эритемы.
Продукты фотолиза, распространяясь по кровеносному руслу, раздражают также нервные окончания кожи и через центральную нервную систему рефлекторно воздействуют на все органы. Установлено, что в нерве, отходящем от облученного участка кожи, частота электрических импульсов повышается.
Эритема рассматривается как сложный рефлекс, в возникновении которого участвуют активные продукты фотолиза. Степень выраженности эритемы и возможность ее образования зависит от состояния нервной системы. На пораженных участках кожи, при обморожении, воспалении нервов эритема либо вовсе не появляется, либо выражена очень слабо, несмотря на действие ультрафиолетовых лучей. Угнетает образование эритемы сон, алкоголь, физическое и умственное утомление.
Н. Финзен (Дания) впервые применил ультрафиолетовое излучение для лечения ряда болезней в 1899 г. В настоящее время подробно изучены проявления действия разных участков ультрафиолетового излучения на организм. Из ультрафиолетовых лучей, содержащихся в солнечном свете, эритему вызывают лучи с длиной волны 297 нм. К лучам с большей или меньшей длиной волны эритемная чувствительность кожи снижается.
С помощью искусственных источников излучения эритему удалось вызвать лучами диапазона 250...255 нм. Лучи с длиной волны 255 нм дает резонансная линия излучения паров ртути, используемых в ртутно-кварцевых лампах.
Таким образом, кривая эритемной чувствительности кожи имеет два максимума. Впадина между двумя максимумами обеспечивается экранирующим действием ороговевшего слоя кожи.

Защитные функции организма

В естественных условиях вслед за эритемой развивается пигментация кожи - загар. Спектральный максимум пигментации (340 нм) не совпадает ни с одним из пиков эритемной чувствительности. Поэтому, подбирая источник излучения можно вызвать пигментацию без эритемы и наоборот.
Эритема и пигментация не являются стадиями одного процесса, хотя они и следуют одна за другой. Это проявление разных, связанных друг с другом процессов. В клетках самого нижнего слоя эпидермиса - меланобластах - образуется кожный пигмент меланин. Исходным материалом для образования меланина служат аминокислоты и продукты распада адреналина.
Меланин - не просто пигмент или пассивный защитный экран отгораживающий живые ткани. Молекулы меланина представляют собой огромные молекулы с сетчатой структурой. В звеньях этих молекул связываются и нейтрализуются осколки разрушенных ультрафиолетом молекул, не пропуская их в кровь и внутреннюю среду организма.
Функция загара заключается в защите клеток дермы, расположенных в ней сосудах и нервах от длинноволновых ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных лучей, вызывающих перегрев и тепловой удар. Ближние инфракрасные лучи и видимый свет, особенно его длинноволновая, "красная" часть, могут проникать в ткани гораздо глубже, чем ультрафиолетовые лучи, - на глубину 3...4 мм. Гранулы меланина - темно-коричневого, почти черного пигмента - поглощают излучение в широкой области спектра, защищая от перегрева нежные, привыкшие к постоянной температуре внутренние органы.
Оперативный механизм защиты организма от перегрева - прилив крови к коже и расширение кровеносных сосудов. Это приводит к увеличению теплоотдачи посредством излучения и конвекции (Общая поверхность кожного покрова взрослого человека составляет 1,6 м2). Если воздух и окружающие предметы имеют высокую температуру, вступает в действие еще один механизм охлаждения - испарение за счет потоотделения. Эти механизмы терморегуляции предназначены для защиты от воздействия видимых и инфракрасных лучей Солнца.
Потоотделение, наряду с функцией терморегуляции, препятствует воздействию ультрафиолетового излучения на человека. Пот содержит урокановую кислоту, которая поглощает коротковолновое излучение благодаря наличию в ее молекулах бензольного кольца.

Световое голодание (дефицит естественного УФ-облучения)

Ультрафиолетовое излучение поставляет энергию для фотохимических реакций в организме. В нормальных условиях солнечный свет вызывает образование небольшого количества активных продуктов фотолиза, которые оказывают на организм благотворное действие. Ультрафиолетовые лучи в дозах, вызывающих образование эритемы, усиливают работу кроветворных органов, ретикуло-эндоте-лиальную систему (Физиологическая система соединительной ткани, вырабатывающая антитела разрушающие чужеродные организму тела и микробы), барьерные свойства кожного покрова, устраняют аллергию.
Под действием ультрафиолетового излучения в коже человека из стероидных веществ образуется жирорастворимый витамин D. В отличие от других витаминов он может поступать в организм не только с пищей, но и образовываться в нем из провитаминов. Под влиянием ультрафиолетовых лучей с длиной волны 280...313 нм провитамины, содержащиеся в кожной смазке выделяемой сальными железами, превращаются в витамин D и всасываются в организм.
Физиологическая роль витамина D заключается в том, что он способствует усвоению кальция. Кальций входит в состав костей, участвует в свертывании крови, уплотняет клеточные и тканевые мембраны, регулирует активность ферментов. Болезнь, возникающая при недостатке витамина D у детей первых лет жизни, которых заботливые родители прячут от Солнца, называется рахитом.
Кроме естественных источников витамина D используют и искусственные, облучая провитамины ультрафиолетовыми лучами. При использовании искусственных источников ультрафиолетового излучения следует помнить, что лучи короче 270 нм разрушают витамин D. Поэтому с помощью фильтров в световом потоке ультрафиолетовых ламп подавляется коротковолновая часть спектра. Солнечное голодание проявляется в раздражительности, бессоннице, быстрой утомляемости человека. В больших городах, где воздух загрязнен пылью, ультрафиолетовые лучи вызывающие эритему почти не достигают поверхности Земли. Длительная работа в шахтах, машинных отделениях и закрытых заводских цехах, труд ночью, а сон в дневные часы приводят к световому голоданию. Световому голоданию способствует оконное стекло, которое поглощает 90...95% ультрафиолетовых лучей и не пропускает лучи в диапазоне 310...340 нм. Окраска стен также имеет существенное значение. Например, желтая окраска полностью поглощает ультрафиолетовые лучи. Недостаток света, особенно ультрафиолетового излучения, ощущают люди, домашние животные, птицы и комнатные растения в осенний, зимний и весенний периоды.
Восполнить недостаток ультрафиолетовых лучей позволяют лампы, которые наряду с видимым светом излучают ультрафиолетовые лучи в диапазоне длин волн 300...340 нм. Следует иметь в виду, что ошибки при назначении дозы облучения, невнимание к таким вопросам, как спектральный состав ультрафиолетовых ламп, направление излучения и высота размещения ламп, длительность горения ламп, могут вместо пользы принести вред.

Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения

Нельзя не отметить и бактерицидную функцию УФ-лучей. В медицинских учреждениях активно пользуются этим свойством для профилактики внутрибольничной инфекции и обеспечения стерильности оперблоков и перевязочных. Воздействие ультрафиолета на клетки бактерий, а именно на молекулы ДНК, и развитие в них дальнейших химических реакций приводит к гибели микроорганизмов.
Загрязнение воздуха пылью, газами, водяными парами оказывает вредное влияние на организм. Ультрафиолетовые лучи Солнца усиливают процесс естественного самоочищения атмосферы от загрязнений, способствуя быстрому окислению пыли, частичек дыма и копоти, уничтожая на пылинках микроорганизмы. Природная способность к самоочищению имеет пределы и при очень сильном загрязнении воздуха оказывается недостаточной.
Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 253...267 нм наиболее эффективно уничтожает микроорганизмы. Если принять максимум эффекта за 100%, то активность лучей с длиной волны 290 нм составит 30%, 300 нм - 6%, а лучей лежащих на границе видимого света 400 нм,- 0,01% максимальной.
Микроорганизмы обладают различной чувствительностью к ультрафиолетовым лучам. Дрожжи, плесневые грибки и споры бактерий гораздо устойчивее к их действию, чем вегетативные формы бактерий. Споры отдельных грибков, окруженные толстой и плотной оболочкой, отлично себя чувствуют в высоких слоях атмосферы и, не исключена возможность, что они могут путешествовать даже в космосе.
Чувствительность микроорганизмов к ультрафиолетовым лучам особенно велика в период деления и непосредственно перед ним. Кривые бактерицидного эффекта, торможения и роста клеток практически совпадают с кривой поглощения нуклеиновыми кислотами. Следовательно, денатурация и фотолиз нуклеиновых кислот приводит к прекращению деления и роста клеток микроорганизмов, а в больших дозах к их гибели.
Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей используются для дезинфекции воздуха, инструмента, посуды, с их помощью увеличивают сроки хранения пищевых продуктов, обеззараживают питьевую воду, инактивируют вирусы при приготовлении вакцин.

Негативное воздействие ультрафиолетового облучения

Хорошо известен и ряд негативных эффектов, возникающих при воздействии УФ-излучения на организм человека, которые могут приводить к ряду серьезных структурных и функциональных повреждений кожи. Как известно, эти повреждения можно разделить на:
  • острые, вызванные большой дозой облучения, полученной за короткое время (например, солнечный ожог или острые фотодерматозы). Они происходят преимущественно за счет лучей УФ-В, энергия которых многократно превосходит энергию лучей УФ-А. Солнечная радиация распределяется неравномерно: 70% дозы лучей УФ-В, получаемых человеком, приходится на лето и полуденное время дня, когда лучи падают почти отвесно, а не скользят по касательной - в этих условиях поглощается максимальное количество излучения. Такие повреждения вызваны непосредственным действием УФ-излучения на хромофоры - именно эти молекулы избирательно поглощают УФ-лучи.
  • отсроченные, вызванные длительным облучением умеренными (субэритемными) дозами (например, к таким повреждениям относятся фотостарение, новообразования кожи, некоторые фотодерматиты). Они возникают преимущественно за счет лучей спектра А, которые несут меньшую энергию, но способны глубже проникать в кожу, и их интенсивность мало меняется в течение дня и практически не зависит от времени года. Как правило, этот тип повреждений - результат воздействия продуктов свободнорадикальных реакций (напомним, что свободные радикалы - это высокореактивные молекулы, активно взаимодействующие с белками, липидами и генетическим материалом клеток).
    Роль УФ-лучей спектра А в этиологии фотостарения доказана работами многих зарубежных и российских ученых, но тем не менее, механизмы фотостарения продолжают изучаться с использованием современной научно-технической базы, клеточной инженерии, биохимии и методов клеточной функциональной диагностики.
    Слизистая оболочка глаза - коньюктива - не имеет защитного рогового слоя, поэтому она более чувствительна к уф-облучению, чем кожа. Резь в глазу, краснота, слезотечение, частичная слепота появляются в результате дегенерации и гибели клеток коньюктивы и роговицы. Клетки при этом становятся непрозрачными. Длинноволновые ультрафиолетовые лучи, достигая хрусталика, в больших дозах могут вызвать его помутнение - катаракту.

    Искусственные источники УФ-излучения в медицине

    Бактерицидные лампы
    В качестве источников УФ-излучения используются разрядные лампы, у которых в процессе электрического разряда генерируется излучение, содержащие в своем составе диапазон длин волн 205-315 нм (остальная область спектра излучения играет второстепенную роль). К таким лампам относятся ртутные лампы низкого и высокого давления, а также ксеноновые импульсные лампы.
    Ртутные лампы низкого давления конструктивно и по электрическим параметрам практически ни чем не отличаются от обычных осветительных люминесцентных ламп, за исключением того, что их колба выполнена из специального кварцевого или увиолевого стекла с высоким коэффициентом пропускания УФ-излучения, на внутренней поверхности которой не нанесен слой люминофора. Эти лампы выпускаются в широком диапазоне мощностей от 8 до 60 Вт. Основное достоинство ртутных ламп низкого давления состоит в том, что более 60 % излучения приходится на линию с длиной волны 254 нм, лежащей в спектральной области максимального бактерицидного действия. Они имеют большой срок службы 5.000-10.000 ч и мгновенную способность к работе после их зажигания.
    Колба ртутно-кварцевых ламп высокого давления выполнена из кварцевого стекла. Достоинство этих ламп состоит в том, что они имеют при небольших габаритах большую единичную мощность от 100 до 1.000 Вт, что позволяет уменьшить число ламп в помещении, но обладают низкой бактерицидной отдачей и малым сроком службы 500-1.000 ч. Кроме того, нормальный режим горения наступает через 5-10 минут после их зажигания.
    Существенным недостатком непрерывных излучательных ламп является наличие риска загрязнения парами ртути окружающей среды при разрушении лампы. В случае нарушения целостности бактерицидных ламп и попадания ртути в помещение должна быть проведена тщательная демеркуризация загрязненного помещения.
    В последние годы появилось новое поколение излучателей - короткоимпульсные, обладающие гораздо большей биоцидной активностью. Принцип их действия основан на высокоинтенсивном импульсном облучении воздуха и поверхностей УФ-излучением сплошного спектра. Импульсное излучение получают при помощи ксеноновых ламп, а также с помощью лазеров. Данные об отличии биоцидного действия импульсного УФ-излучения от такового при традиционном УФ-излучении на сегодняшний день отсутствуют.
    Преимущество ксеноновых импульсных ламп обусловлено более высокой бактерицидной активностью и меньшим временем экспозиции. Достоинством ксеноновых ламп является также то, что при случайном их разрушении окружающая среда не загрязняется парами ртути. Основными недостатками этих ламп, сдерживающими их широкое применение, является необходимость использования для их работы высоковольтной, сложной и дорогостоящей аппаратуры, а также ограниченный ресурс излучателя (в среднем1-1,5 года).
    Бактерицидные лампы разделяются на озонные и безозонные .
    У озонных ламп в спектре излучения присутствует спектральная линия с длиной волны 185 нм, которая в результате взаимодействия с молекулами кислорода образует озон в воздушной среде. Высокие концентрации озона могут оказать неблагоприятное воздействие на здоровье людей. Использование этих ламп требует контроля содержания озона в воздушной среде и тщательного проветривания помещения.
    Для исключения возможности генерации озона разработаны так называемые бактерицидные "безозонные" лампы. У таких ламп за счет изготовления колбы из специального материала (кварцевое стекло с покрытием) или её конструкции исключается выход излучения линии 185 нм.
    Бактерицидные лампы, отслужившие свой срок службы или вышедшие из строя, должны храниться запакованными в отдельном помещении и требуют специальной утилизации согласно требованиям соответствующих нормативных документов.

    Бактерицидные облучатели.
    Бактерицидный облучатель-это электротехническое устройство, в котором размещены: бактерицидная лампа, отражатель и другие вспомогательные элементы, а также приспособления для его крепления. Бактерицидные облучатели перераспределяют поток излучения в окружающее пространство в заданном направлении и подразделяются на две группы - открытые и закрытые.
    Открытые облучатели используют прямой бактерицидный поток от ламп и отражателя (или без него), который охватывает широкую зону пространства вокруг них. Устанавливаются на потолке или стене. Облучатели, устанавливаемые в дверных проемах, называются барьерными облучателями или ультрафиолетовыми завесами, у которых бактерицидный поток ограничен небольшим телесным углом.
    Особое место занимают открытые комбинированные облучатели. В этих облучателях, за счет поворотного экрана, бактерицидный поток от ламп можно направлять в верхнюю или нижнюю зону пространства. Однако эффективность таких устройств значительно ниже из-за изменения длины волны при отражении и некоторых других факторов. При использовании комбинированных облучателей бактерицидный поток от экранированных ламп должен направляться в верхнюю зону помещения таким образом, чтобы исключить выход прямого потока от лампы или отражателя в нижнюю зону. При этом облученность от отраженных потоков от потолка и стен на условной поверхности на высоте 1,5 м от пола не должна превышать 0,001 Вт/м2.
    У закрытых облучателей (рециркуляторов) бактерицидный поток от ламп распределяется в ограниченном небольшом замкнутом пространстве и не имеет выхода наружу, при этом обеззараживание воздуха осуществляется в процессе его прокачки через вентиляционные отверстия рециркулятора. При применении приточно-вытяжной вентиляции бактерицидные лампы размещаются в выходной камере. Скорость воздушного потока обеспечивается либо естественной конвекцией, либо принудительно с помощью вентилятора. Облучатели закрытого типа (рециркуляторы) должны размещаться в помещении на стенах по ходу основных потоков воздуха (в частности, вблизи отопительных приборов) на высоте не менее 2 м от пола.
    Согласно перечню типовых помещений, разбитых по категориям (ГОСТ), рекомендуется помещения I и II категорий оборудовать как закрытыми облучателями (или приточно-вытяжной вентиляцией), так и открытыми или комбинированными - при их включении в отсутствии людей.
    В помещениях для детей и легочных больных рекомендуется применять облучатели с безозонными лампами. Искусственное ультрафиолетовое облучение, даже непрямое, противопоказано детям с активной формой туберкулеза, нефрозо-нефрита, лихорадочным состоянием и резким истощением.
    Использование ультрафиолетовых бактерицидных установок требует строгого выполнения мер безопасности, исключающих возможное вредное воздействие на человека ультрафиолетового бактерицидного излучения, озона и паров ртути.

    Основные меры безопасности и противопоказания к использованию терапевтического УФ-облучения.

    Перед использованием УФ-облучения от искусственных источников необходимо посетить врача с целью подбора и установления минимальной эритемной дозы (МЭД), которая является сугубо индивидуальным параметром для каждого человека.
    Поскольку индивидуальная чувствительность людей широко варьируется, рекомендуется продолжительность первого сеанса сократить вдвое по сравнению с рекомендованным временем, с тем чтобы установить кожную реакцию пользователя. Если после первого сеанса обнаружится какая-либо неблагоприятная реакция, дальнейшее использование УФ-облучения не рекомендуется.
    Регулярное облучение в течение длительного времени (год и больше) не должно превышать 2 сеансов в неделю, причем в год может быть не более 30 сеансов или 30 минимальных эритемных доз (МЭД), какой бы малой ни была эритемно-эффективная облученность. Рекомендуется иногда прерывать регулярные сеансы облучения.
    Терапевтическое облучение необходимо проводить с обязательным использованием надежных защитных очков для глаз.
    Кожа и глаза любого человека могут стать "мишенью" для ультрафиолета. Считается, что люди со светлой кожей более восприимчивы к повреждению, однако и смуглые, темнокожие люди тоже не могут чувствовать себя в полной безопасности.

    Очень осторожным с естественным и искусственным УФ-облучением всего тела следует быть следующим категориям людей:

  • Гинекологическим больным (ультрафиолет может усилить воспалительные явления).
  • Имеющих большое количество родимых пятен на теле, или участки скопления родимых пятен, или большие родимые пятна
  • Лечившимся от рака кожи в прошлом
  • Работающим в течение недели в помещении, а затем длительно загорающим в выходные дни
  • Живущим или отдыхающим в тропиках и субтропиках
  • Имеющим веснушки или ожоги
  • Альбиносам, блондинам, русоволосым и рыжеволосым людям
  • Имеющим среди близких родственников больных раком кожи, особенно меланомой
  • Живущим или отдыхающим в горах (каждые 1000 метров над уровнем моря прибавляют 4% - 5% солнечной активности)
  • Длительно пребывающим, в силу различных причин, на свежем воздухе
  • Перенесшим трансплантацию какого-либо органа
  • Страдающим некоторыми хроническими заболеваниями, например, системной красной волчанкой
  • Принимающим следующие лекарственные препараты: Антибактериальные (тетрациклины, сульфаниламиды и некоторые другие) Нестероидные противовоспалительные средства, например, напроксен Фенотиазиды, используемые в качестве успокаивающих и противотошнотных средств Трициклические антидепрессанты Мочегонные из группы тиазидов, например, гипотиазид Препараты сульфомочевины, таблетки, снижающие глюкозу в крови Иммунодепрессанты
    • Особенно опасно длительное неконтролируемое воздействие ультрафиолета для детей и подростков, поскольку может стать причиной развития во взрослом возрасте меланомы, наиболее быстро прогрессирующего рака кожи.

    За множество лет своего развития медицина достигла значительных успехов. Эта наука широко использует разработки физиков и химиков в повседневной практике, что облегчает диагностику заболеваний и делает их терапию максимально результативной. Современные методы лечения сейчас практикуются даже в небольших медучреждениях, практически в каждой поликлинике есть специальный кабинет физиотерапевтического лечения, где работает множество уникальных приборов. Медики широко используют в своей практике и ультрафиолетовое излучение, поговорим о его месте в медицине, и обсудим применение ультрафиолетового излучения в медицине чуть более подробно.

    Ультрафиолетовое излучение – это электромагнитные волны, длина которых колеблется от 180 и до 400нм. Такой физический фактор характеризуется множеством свойств, и может оказывать выраженное положительное воздействие на организм человека. Его активно применяют в физиотерапии – для более успешного лечения целого ряда болезней.

    Ультрафиолетовые лучи способны проникать в кожу на глубину не более одного миллиметра, вызывая в ней ряд различных биохимических изменений. Специалисты выделяют несколько разновидностей такого излучения, они могут быть представлены:

    Длинноволновым излучением (длина волны колеблется от 320 до 400 нм);
    - средневолновым излучением (показатели длины волны находятся в промежутке от 275 до 320 нм);
    - коротковолновым излучением (длина волны варьируется от 180 до 275 нм).

    Все разновидности ультрафиолетового излучения оказывают различное влияние на человеческий организм.

    Длинноволновое излучение

    Такое ультрафиолетовое излучение характеризуется пигментирующими качествами. При попадании на кожу оно провоцирует развитие ряда химических реакций, которые сопровождаются выработкой меланина, и кожа как бы загорает.

    Также длинноволновое излучение оказывает выраженное иммуностимулирующее воздействие, повышая местный иммунитет и неспецифическую сопротивляемость тела человека агрессии многих неблагоприятных факторов.

    Кроме того такая разновидность ультрафиолетового облучения характеризуется фотосенсибилизирующими свойствами. Его воздействие приводит к повышению чувствительности кожи и к активной выработке меланина. Поэтому у лиц с дерматологическими болезнями длинноволновое излучение вызывает отечность кожи и эритему. Терапия в этом случае приводит к нормализации пигментации и структурных особенностей кожи. Подобный вид лечения классифицируется, как фотохимиотерапия.

    Длинноволновое ультрафиолетовое излучение в медицине применяют для терапии хронических воспалительных процессов органов дыхания и недугов костно-суставного аппарата, которые имеют воспалительную природу. Также такое воздействие применяется в лечении ожогов, обморожений, трофических язв и болезней кожи, представленных витилиго, псориазом, грибовидным микозом, себореей и пр.

    Средневолновое излучение
    Такой вид ультрафиолетовой терапии оказывает выраженное иммуностимулирующее воздействие, способствует выработке и усвоению ряда витаминов, помогает устранить боли и воспаления. Кроме того средневолновое излучение характеризуется десенсибилизирующими качествами (снижает чувствительность организма к воздействию продуктов фотодеструкции белков) и стимулирует трофику (улучшает кровоток, увеличивает количество работающих сосудов).

    Данная разновидность ультрафиолетовой терапии помогает справиться с воспалительными поражениями органов дыхания и с посттравматическими изменениями в опорно-двигательном аппарате. К ней прибегают при лечении воспалительных поражений костей и суставов, представленных артритами и артрозами, а также при устранении вертеброгенных радикулопатий, невралгии, миозитов и плекситов. Кроме того средневолновое ультрафиолетовое излучение показано пациентам с солнечным голоданием, болезнями обменных процессов и с рожистым воспалением.

    Коротковолновое излучение

    Такая разновидность ультрафиолетового излучения оказывает выраженное бактерицидное и фунгицидное воздействие (активизирует реакции, которые помогают разрушить структуру бактерий и грибков), способствует детоксикации организма (помогает выработать в организме вещества, способные нейтрализовать токсины). Кроме того коротковолновое излучение характеризуется метаболическими свойствами – во время его проведения происходит улучшение микроциркуляции, в результате чего органы и ткани насыщаются значительным количеством кислорода. Еще такая терапия корригирует свертывающие способности крови – изменяет способность клеточек крови к формированию тромбов и оптимизирует процессы свертывания.

    Коротковолновое излучение применяют в терапии ряда кожных заболеваний, представленных псориазом, нейродермитом, туберкулезом кожи. Ним лечат различные раны, рожистое воспаление, абсцессы, а также фурункулы и карбункулы. Такая терапия помогает справиться с отитами и тонзиллитами, вылечить остеомиелит и устранить длительно незаживающие язвенные поражения на коже.

    Коротковолновое ультрафиолетовое излучение используют в комплексном лечении ревматического поражения сердечных клапанов, ишемической болезни сердца, гипертонии (первой-второй степени) и ряда недугов ЖКТ (язвенных недугов и гастрита). Кроме того такое воздействие способствует устранению острых и хронических заболеваний органов дыхания, терапии сахарного диабета, острого андексита и хронического пиелонефрита.

    Как и любое другое воздействие на организм, ультрафиолетовое излучение имеет ряд противопоказаний к применению.

    Ультрафиолетовый свет — это тип электромагнитного излучения, который заставляет плакаты с черным светом светиться, отвечает за летний загар и солнечные ожоги. Однако слишком большое воздействие УФ-излучения повреждает живую ткань.

    Электромагнитное излучение исходит от солнца и передается волнами или частицами на разных длинах волн и частотах. Этот широкий диапазон длин волн известен как электромагнитный (ЭМ) спектр. Спектр обычно делится на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Общими обозначениями являются радиоволны, микроволны, инфракрасные (ИК), видимые, ультрафиолетовые (УФ), рентгеновские и гамма-лучи.

    Ультрафиолетовый (УФ) свет попадает в диапазон ЭМ-спектра между видимым светом и рентгеновскими лучами. Он имеет частоты приблизительно от 8 × 1014 до 3 × 1016 циклов в секунду или герц (Гц) и длины волн около 380 нанометров (1,5 × 10-5 дюймов) до примерно 10 нм (4 × 10-7 дюймов). Согласно «Ультрафиолетовому излучению» У.С. ВМФ, УФ обычно делится на три поддиапазона:

    • UVA или вблизи УФ (315-400 нм)
    • UVB или средний УФ (280-315 нм)
    • UVC, или далеко УФ (180-280 нм)

    Ультрафиолетовый свет обладает достаточной энергией для разрушения химических связей. Из-за их более высоких энергий УФ-фотоны могут вызывать ионизацию, процесс, в котором отрываются от атомов. Полученная вакансия влияет на химические свойства атомов и заставляет их образовывать или разрушать химические связи, которых они иначе не имели бы. Это может быть полезно для химической обработки, или это может повредить материалы и живые ткани. Этот ущерб может быть полезен, например, на дезинфицирующих поверхностях, но он также может быть вредным, особенно для кожи и глаз, на которые наиболее неблагоприятно воздействуют ультрафиолетовое излучение.


    Большая часть естественного света с ультрафиолетовыми лучами встречаются от солнца. Тем не менее, только около 10 процентов солнечного света является ультрафиолетовым излучением, и только около трети этого проникает в атмосферу когда достигает земли. Из солнечного света достигает экватора 95%, а 5% — ультрафиолет. Никакой измеримый УФК от солнечной радиации не достигает поверхности Земли, потому что озон, молекулярный кислород и водяной пар в верхней атмосфере полностью поглощают самые короткие длины волн УФ. Тем не менее, «ультрафиолетовое излучение широкого спектра действия является самым сильным и самым разрушительным для живых существ», согласно 13-му докладу NTP по канцерогенам».


    Загар является реакцией на воздействие вредных лучей. По сути, загар обусловлен естественным защитным механизмом организма, который состоит из пигмента, называемого меланином, который продуцируется клетками в коже, называемыми меланоцитами. Меланин поглощает ультрафиолетовый свет и рассеивает его как тепло. Когда организм ощущает солнечный урон, он посылает меланин в окружающие клетки и пытается защитить их от дальнейшего повреждения. Пигмент заставляет кожу темнеть.

    «Меланин — естественный солнцезащитный крем», — сказал в интервью 2013 года помощник профессора дерматологии Медицинской школы Университета Тафтса. Тем не менее, постоянное воздействие ультрафиолетового света может подавить защиту организма. Когда это происходит, происходит токсическая реакция, приводящая к солнечному ожогу. Ультрафиолетовый свет может повредить ДНК в клетках организма. Тело ощущает это разрушение и наводняет область кровью, чтобы помочь в процессе заживления. Болезненное воспаление также происходит. Обычно в течение полудня из-за переизгашения на солнце характерный красно-омарный вид солнечного ожога начинает становиться известным и ощущаться.

    Иногда клетки с ДНК, мутированные солнечными лучами, превращаются в проблемные клетки, которые не умирают, а продолжают распространяться как рак. «Ультрафиолетовый свет вызывает случайные повреждения в процессе восстановления ДНК, так что клетки приобретают способность избегать смерти», — сказал Чжуан.

    Результатом является рак кожи, наиболее распространенная форма рака. Люди, получающие солнечные ожоги, подвергаются значительно более высокому риску. По словам Фонда рака кожи, риск смертельной формы рака кожи, называемый меланомой, удваивается для тех, кто получил пять или более солнечных ожогов.


    Для получения ультрафиолетового света был разработан ряд искусственных источников. По данным Общества физики здоровья, «искусственные источники включают в себя кабины для загара, черные огни, лампы для вулканизации, бактерицидные лампы, ртутные лампы, галогенные лампы, высокоинтенсивные газоразрядные лампы, флуоресцентные и лампы накаливания и некоторые типы лазеров».

    Одним из наиболее распространенных способов получения ультрафиолетового света является пропускание электрического тока через испаренную ртуть или какой-либо другой газ. Этот тип лампы обычно используется в кабинах для загара и для дезинфекции поверхностей. Лампы также используются в черных лампах, которые вызывают флуоресцентные краски и красители. Светоизлучающие диоды (светодиоды), лазеры и дуговые лампы также доступны как ультрафиолетовые источники с различными длинами волн для промышленных, медицинских и исследовательских применений.


    Многие вещества, включая минералы, растения, грибы и микробы, а также органические и неорганические химикаты, могут поглощать ультрафиолетовый свет. Поглощение заставляет электроны в материале прыгать на более высокий уровень энергии. Эти электроны могут затем вернуться к более низкому энергетическому уровню в серии меньших шагов, испуская часть своей поглощенной энергии в виде видимого света — флуоресценции. Материалы, используемые в качестве пигментов в краске или красителе, которые проявляют такую ​​флуоресценцию, становятся ярче под солнечным светом, потому что поглощают невидимый ультрафиолетовый свет и повторно излучают его на видимых длинах волнах. По этой причине они обычно используются для знаков, спасательных жилетов и других применений, в которых важна высокая видимость.

    Флуоресценцию можно также использовать для обнаружения и идентификации определенных минералов и органических материалов. Флуоресцентные зонды позволяют исследователям обнаруживать конкретные компоненты сложных биомолекулярных сборок, таких как живые клетки, с изящной чувствительностью и селективностью.

    В люминесцентных лампах, используемых для освещения, ультрафиолетовый свет с длиной волны 254 нм получается вместе с синим светом, который испускается при прохождении электрического тока через пары ртути. Это ультрафиолетовое излучение невидимо, но содержит больше энергии, чем излучаемый видимый свет. Энергия ультрафиолетового света поглощается флуоресцентным покрытием внутри флуоресцентной лампы и излучается как видимый свет. Подобные трубки без того же флуоресцентного покрытия излучают ультрафиолетовый свет, который можно использовать для дезинфекции поверхностей, поскольку ионизирующее воздействие УФ-излучения может убить большинство бактерий.


    Помимо солнца, есть многочисленные небесные источники ультрафиолетового света. По словам НАСА, в космосе очень крупные молодые звезды сияют большей частью своего света на ультрафиолетовых волнах. Поскольку атмосфера Земли блокирует большую часть ультрафиолетового света, особенно на более коротких длинах волн, наблюдения проводятся с использованием высотных воздушных шаров и орбитальных телескопов, оснащенных специализированными датчиками изображения и фильтрами для наблюдения в УФ-области спектра ЭМ.

    По словам Роберта Паттерсона, профессора астрономии в Университете штата Миссури, большинство наблюдений проводятся с использованием устройств с зарядовой связью (CCD), детекторов, предназначенных для чувствительности к коротковолновым фотонам. Эти наблюдения могут определять температуры поверхности самых горячих звезд и выявлять наличие промежуточных газовых облаков между Землей и квазарами.

    Лечение рака ультрафиолетовым светом

    В то время как воздействие ультрафиолетового света может привести к раку кожи, некоторые состояния кожи можно лечить с помощью ультрафиолетового света. В процедуре, называемой обработкой ультрафиолетовым излучением псоралина (PUVA), пациенты принимают лекарство или наносят лосьон, чтобы сделать кожу чувствительной к свету. Затем на кожу светится ультрафиолетовый свет. PUVA используется для лечения лимфомы, экземы, псориаза и витилиго.

    Это может показаться нелогичным для лечения рака кожи тем же, что и вызвало его, но PUVA может быть полезным из-за воздействия ультрафиолетового света на продукцию клеток кожи. Это замедляет рост, который играет важную роль в развитии болезни.

    Ключ к происхождению жизни?


    Недавние исследования показывают, что ультрафиолетовый свет, возможно, сыграл ключевую роль в происхождении жизни на Земле, особенно в происхождении РНК. В статье 2017 года в журнале Astrophysics Journal авторы исследования отмечают, что звезды красного карлика не могут излучать достаточный ультрафиолетовый свет чтобы начать биологические процессы, необходимые для образования рибонуклеиновой кислоты необходимой для всех форм жизни на Земле. Исследование также предполагает, что этот вывод может помочь в поиске жизни в других частях Вселенной.

    Общая характеристика ультрафиолетового излучения

    Замечание 1

    Ультрафиолетовое излучение открыл И.В. Риттер в $1842$ г. Впоследствии свойства этого излучения и его применение подверглись самому тщательному разбору и изучению. Такие ученые как А. Беккерель, Варшавер, Данциг, Франк, Парфенов, Галанин и многие другие внесли в это изучение большой вклад.

    В настоящее время ультрафиолетовое излучение широко применяется в разных областях деятельности. Пик активности по воздействию ультрафиолет достигает в интервале высоких температур. Появляется этот вид спектра, когда температура доходит от $1500$ до $20000$ градусов.

    Условно диапазон излучения делят на 2 области:

    1. Ближний спектр , который от Солнца через атмосферу доходит до Земли и имеет длину волны $380$-$200$ нм;
    2. Далекий спектр поглощается озоном, кислородом воздуха и другими компонентами атмосферы. Исследовать этот спектр можно при помощи специальных вакуумных устройств, поэтому его называют ещё вакуумным . Длина его волны $200$-$2$ нм.

    Ультрафиолетовое излучение может быть ближним, дальним, экстремальным, средним, вакуумным, причем каждый его вид имеет свои свойства и находит свое применение. Каждый вид ультрафиолетового излучения имеет свою длину волны, но в обозначенных выше пределах.

    Спектр ультрафиолетовых солнечных лучей , достигающих поверхности Земли, узок – $400$…$290$ нм. Получается, что Солнце не излучает свет с длиной волны короче $290$ нм. Так это или не так? Ответ на этот вопрос был найден французом А. Корню , установившим, что ультрафиолетовые лучи короче $295$ нм поглощаются озоном. На основании этого А.Корню предположил , что Солнце излучает коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Молекулы кислорода под его действием распадаются на отдельные атомы и образуют молекулы озона. Озон в верхних слоях атмосферы покрывает планету защитным экраном .

    Предположение ученого подтвердилось тогда, когда человек сумел подняться в верхние слои атмосферы. Высота Солнца над горизонтом и количество ультрафиолетовых лучей, поступающих на земную поверхность, находятся в прямой зависимости. При изменении освещенности на $20$ % в $20$ раз уменьшится количество ультрафиолетовых лучей, дошедших до поверхности. Проведенные эксперименты показали, что на каждые $100$ м подъема на $3$-$4$ % увеличивается интенсивность ультрафиолетового излучения. В экваториальной области планеты, когда Солнце находится в зените, поверхность земли достигают лучи длиной $290$…$289$ нм. На земную поверхность за Полярным кругом поступают лучи с длиной волны $350$…$380$ нм.

    Источники ультрафиолетового излучения

    Ультрафиолетовое излучение имеет свои источники:

    1. Природные источники;
    2. Источники, созданные человеком;
    3. Лазерные источники.

    Природным источником ультрафиолетовых лучей является единственный их концентратор и излучатель – это наше Солнце . Самая близкая к нам звезда излучает мощнейший заряд волн, способных пройти через озоновый слой и достичь земной поверхности. Многочисленные исследования позволили ученым выдвинуть теорию о том, что только с появлением озонового слоя на планете смогла зародиться жизнь. Именно этот слой защищает всё живое от вредного избыточного проникновения ультрафиолетового излучения. Способность к существованию белковых молекул, нуклеиновых кислот и АТФ стала возможна именно в этот период. Озоновый слой выполняет очень важную функцию, взаимодействуя с основной массой УФ-А, УФ-В, УФ-С, он обезвреживает их и не пропускает к поверхности Земли. Поступающее на поверхность земли ультрафиолетовое излучение имеет диапазон, который колеблется в пределах от $200$ до $400$ нм.

    Концентрация ультрафиолета на Земле зависит от целого ряда факторов:

    1. Наличия озоновых дыр;
    2. Положения территории (высота) над уровнем моря;
    3. Высота самого Солнца;
    4. Способности атмосферы рассеивать лучи;
    5. Отражающей способности подстилающей поверхности;
    6. Состояния облачных паров.

    Искусственные источники ультрафиолета, как правило, создаются человеком. Это могут быть сконструированные людьми приборы, устройства, технические средства. Создаются они для получения нужного спектра света с заданными параметрами длины волны. Цель их создания заключается в том, чтобы полученное ультрафиолетовое излучение можно было с пользой применить в разных областях деятельности.

    К источникам искусственного происхождения относятся:

    1. Обладающие способностью активировать синтез витамина D в коже человека эритемные лампы . Они не только предохраняют от заболеваний рахитом, но и лечат это заболевание;
    2. Специальные аппараты для соляриев , предупреждающие зимнюю депрессию и дающие красивый естественный загар;
    3. Применяющиеся в помещениях для борьбы с насекомыми лампы-аттрактанты . Для человека они не представляют опасности;
    4. Ртутно-кварцевые устройства;
    5. Эксилампы;
    6. Люминесцентные устройства;
    7. Ксеноновые лампы;
    8. Газоразрядные устройства;
    9. Высокотемпературная плазма;
    10. Синхротронное излучение в ускорителях.

    К искусственным источникам ультрафиолета относятся лазеры , работа которых основана на генерации инертных и не инертных газов. Это может быть азот, аргон, неон, ксенон, органические сцинтилляторы, кристаллы. В настоящее время существует лазер , работающий на свободных электронах . В нем получают длину ультрафиолетового излучения равную той, которая наблюдается в вакуумных условиях. Лазерный ультрафиолет используется в биотехнологических, микробиологических исследованиях, масс-спектрометрии и др.

    Применение ультрафиолетового излучения

    Ультрафиолетовое излучение имеет такие характеристики, которые позволяют его применять в разных сферах.

    Характеристики УФ-излучения:

    1. Высокий уровень химической активности;
    2. Бактерицидное воздействие;
    3. Способность вызывать люминесценцию, т.е. свечение различных веществ разными оттенками.

    Исходя из этого, ультрафиолетовое излучение может широко использоваться, например, в спектрометрических анализах, астрономии, медицине, в обеззараживании питьевой воды, аналитическом исследовании минералов, для уничтожения насекомых, бактерий и вирусов. Каждая область использует свой тип УФ со своим спектром и длиной волны.

    Спектрометрия специализируется на идентификации соединений и их состава по способности поглощать УФ-свет определенной длины волны. По результатам спектрометрии спектры для каждого вещества можно классифицировать, т.к. они являются уникальными. Уничтожение насекомых основано на том, что их глаза улавливают коротковолновые спектры, невидимые для человека. Насекомые летят на этот источник и подвергаются уничтожению. Специальные установки в соляриях подвергают тело человека воздействию УФ-А . В результате в коже происходит активизация выработки меланина, что придает ей более темный и ровный цвет. Здесь, конечно, важно защитить чувствительные зоны и глаза.

    Медицина . Применение ультрафиолета в этой области тоже связано с уничтожением живых организмов – бактерий и вирусов.

    Медицинские показания лечения ультрафиолетом:

    1. Травма тканей, костей;
    2. Воспалительные процессы;
    3. Ожоги, обморожения, кожные заболевания;
    4. Острые респираторные заболевания, туберкулез, астма;
    5. Инфекционные заболевания, невралгии;
    6. Заболевания уха, горла, носа;
    7. Рахиты и трофические язвы желудка;
    8. Атеросклероз, почечная недостаточность и др.

    Это далеко не весь перечень заболеваний, для лечения которых используется ультрафиолет.

    Замечание 2

    Таким образом , ультрафиолет помогает медикам спасать миллионы человеческих жизней и возвращать им здоровье. Используется ультрафиолет и для обеззараживания помещений, стерилизации медицинских инструментов и рабочих поверхностей.

    Аналитическая работа с минералами . Ультрафиолет вызывает у веществ люминесценцию и это дает возможность использовать его для анализа качественного состава минералов и ценных горных пород. Очень интересные результаты дают драгоценные, полудрагоценные и поделочные камни. При облучении их катодными волнами, они дают удивительные и неповторимые оттенки. Голубой цвет топаза, например, при облучении высвечивается ярко-зеленым, изумруд – красным, жемчуг переливается многоцветьем. Зрелище потрясающее, фантастическое.

    В сельскохозяйственном производстве для технологического воздействия оптическим излучением на живые организмы и рас­тения широко применяют специальные источники ультрафиоле­тового (100…380 нм) и инфракрасного (780…106 нм) излучения, а также источники фотосинтетически активного излучения (400…700 нм).

    По распределению потока оптического излучения между раз­личными областями ультрафиолетового спектра различают источ­ники общего ультрафиолетового (100…380 нм), витального (280…315 нм) и преимущественно бактерицидного (100…280 нм) действия.

    Источники общего ультрафиолетового излучения - дуговые ртут­ные трубчатые лампы высокого давления типа ДРТ (ртутно-кварцевые лампы). Лампа типа ДРТ представляет собой трубку из кварцевого стекла, в концы которой впаяны вольфрамовые элект­роды. В лампу вводится дозированное количество ртути и аргона. Для удобства крепления к арматуре лампы ДРТ снабжены метал­лическими держателями. Лампы ДРТ выпускаются мощностью 2330, 400, 1000 Вт.

    Витальные люминесцентные лампы типа ЛЭ выполнены в виде цилиндрических трубок из увиолевого стекла, внутренняя поверх­ность которых покрыта тонким слоем люминофора, излучающего в ультрафиолетовой области спектра световой поток с длиной вол­ны 280…380 нм (максимум излучения в области 310…320 нм). Кро­ме сорта стекла, диаметра трубки и состава люминофора, трубча­тые витальные лампы конструктивно не отличаются от трубчатых люминесцентных ламп низкого давления и включаются в сеть с помощью тех же устройств (дросселя и стартера), что и люминес­центные лампы той же мощности. Лампы ЛЭ выпускаются мощностью 15 и 20 Вт. Кроме этого разработаны и витально-осветительные люминесцентные лампы.

    Бактерицидные лампы - это источники коротковолнового ульт­рафиолетового излучения, большая часть которого (до 80 %) при­ходится на длину волны 254 нм. Конструкция бактерицидных ламп принципиально не отличается от трубчатых люминесцент­ных ламп низкого давления, но стекло с легирующими присадка­ми, применяемое для их изготовления, хорошо пропускает излу­чение в диапазоне спектра менее 380 нм. Кроме этого колба бакте­рицидных ламп не покрыта люминофором и имеет несколько уменьшенные размеры (диаметр и длину) по сравнению с анало­гичными люминесцентными лампами общего назначения одина­ковой мощности.

    Бактерицидные лампы включают в сеть с помощью тех же уст­ройств, что и люминесцентные лампы.

    Лампы повышенного фотосинтетически активного излучения . Эти лампы применяют при искусственном облучении растений. К ним относятся люминесцентные фотосинтетические лампы низкого давления типов ЛФ и ЛФР (Р означает рефлекторные), дуговые ртутные люминесцентные фотосинтетические высокого давления типа ДРЛФ, металлогалогенные дуговые ртутные высокого давле­ния типов ДРФ, ДРИ, ДРОТ, ДМЧ, дуговые ртутные вольфрамо­вые типа ДРВ.

    Люминесцентные фотосинтетические лампы низкого давления типов ЛФ и ЛФР по конструкции аналогичны люминесцент­ным лампам низкого давления и отличаются от них только со­ставом люминофора, а следовательно, и спектром излучения. В лампах типа ЛФ относительно высокая плотность излучения лежит в диапазонах волн 400…450 и 600…700 нм, на которые приходится максимум спектральной чувствительности зеленых растений.

    Лампы ДРЛФ конструктивно сходны с лампами типа ДРЛ, но в отличие от последних у них увеличено излучение в красной части спектра. Под слоем люминофора у ламп ДРЛФ есть отражающее покрытие, обеспечивающее требуемое распределение лучистого потока в пространстве.

    Источником инфракрасного излучения в простейшем случае может служить обычная осветительная лампа накаливания . В ее спектре излучения инфракрасная область занимает почти 75 %, причем увеличить поток инфракрасных лучей можно за счет уменьшения на 10…15% подводимого к лампе напряжения или окраской колбы в синий или красный цвет. Однако основным ис­точником инфракрасного излучения являются специальные инф­ракрасные зеркальные лампы.

    Инфракрасные зеркальные лампы (термоизлучатели) отлича­ются от обычных осветительных ламп параболоидной формой колбы и более низкой температурой нити накаливания. Относи­тельно низкая температура нити накаливания ламп-термоизлучателей позволяет сместить спектр их излучения в инфракрасную область и увеличить среднюю продолжительность горения до 5000 ч.

    Внутренняя часть колбы таких ламп, прилегающая к цоколю, покрыта зеркальным слоем, что позволяет перераспределять и концентрировать в заданном направлении излучаемый инфра­красный поток. Для снижения интенсивности видимого излуче­ния нижнюю часть колбы некоторых инфракрасных ламп покры­вают красным или синим теплостойким лаком.

    Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .