Ultrafialové záření

Falešně barevný obraz sluneční korony, jak ji vidíme v hlubokém ultrafialovém záření Extrémním ultrafialovým zobrazovacím dalekohledem

Ultrafialové (UV) světlo je elektromagnetické záření s vlnovou délkou kratší než u viditelného světla, ale delší než u rentgenového záření, v rozsahu 10 nm až 400 nm a s energiemi od 3 eV do 124 eV. Je pojmenováno proto, že spektrum se skládá z elektromagnetických vln s frekvencemi vyššími než ty, které lidé identifikují jako fialovou barvu.

I když je ultrafialové záření pro lidské oko neviditelné, většina lidí si je vědoma účinků UV záření skrze spálení sluncem a v soláriích. UV spektrum má mnoho dalších účinků, prospěšných i škodlivých pro lidské zdraví.

Objev UV záření byl spojen s pozorováním, že soli stříbra tmavnou, když jsou vystaveny slunečnímu záření. V roce 1801 německý fyzik Johann Wilhelm Ritter učinil charakteristický postřeh, že neviditelné paprsky těsně za fialovým koncem viditelného spektra jsou zvláště účinné při zesvětlování papíru napuštěného chloridem stříbrným. Nazval je „oxidačními paprsky“, aby zdůraznil chemickou reaktivitu a odlišil je od „tepelných paprsků“ na druhém konci viditelného spektra. Jednodušší termín „chemické paprsky“ byl přijat krátce poté a zůstal populární po celé 19. století. Termíny chemické a tepelné paprsky byly nakonec vypuštěny ve prospěch ultrafialového, respektive infračerveného záření.

Objev ultrafialového záření pod 200 nm, nazvaného vakuové ultrafialové, protože je silně absorbováno vzduchem, učinil v roce 1893 německý fyzik Victor Schumann.

Název znamená „mimo fialovou“ (z latinského ultra, „mimo“), fialová je barva nejkratších vlnových délek viditelného světla. UV světlo má kratší vlnovou délku než fialové světlo.

Slunce vyzařuje ultrafialové záření v pásmech UVA, UVB a UVC. Ozónová vrstva Země blokuje 97-99% tohoto UV záření při průniku atmosférou. Z ultrafialového záření, které dosáhne zemského povrchu, je 98,7% UVA.[citace nutná] (UVC a energičtější záření je zodpovědné za vznik ozonové vrstvy a vznik ozonu tam). Extrémně horké hvězdy vyzařují úměrně více UV záření než Slunce; hvězda R136a1 má tepelnou energii 4,57 eV, která spadá do oblasti blízké UV záření.

Běžné sklo je částečně průhledné pro UVA záření, ale je neprůhledné pro kratší vlnové délky, zatímco křemičité nebo křemenné sklo může být podle kvality průhledné i pro vakuové UV vlnové délky. Běžné okenní sklo prochází asi 90% světla nad 350 nm, ale blokuje přes 90% světla pod 300 nm.

Vakuové UV záření, které začíná na 200 nm, se samozřejmě může šířit vakuem – odtud název – ale vzduch je pro něj neprůhledný, protože tyto vlnové délky jsou silně absorbovány molekulárním kyslíkem ve vzduchu. Čistý dusík (s méně než asi 10 ppm kyslíku) je průhledný do vlnových délek v rozmezí asi 150–200 nm. To začalo mít velký praktický význam, protože výrobní procesy polovodičů používaly vlnové délky kratší než 200 nm. Při práci v plynech bez kyslíku nemusí být zařízení postaveno tak, aby vydrželo tlakové rozdíly potřebné pro práci ve vakuu. Některé další vědecké přístroje, které pracují v této spektrální oblasti, jako kruhové dichromové spektrometry, jsou také běžně pročištěny dusíkem.

Extrémní UV záření je charakterizováno přechodem ve fyzice interakce s hmotou: vlnové délky delší než cca 30 nm interagují hlavně s elektrony chemické valence hmoty, zatímco kratší vlnové délky interagují hlavně s elektrony a jádry uvnitř obalu. Dlouhý konec spektra EUV/XUV je nastaven prominentní spektrální čárou He+ na 30,4 nm. XUV je silně absorbován většinou známých materiálů, ale je možné syntetizovat vícevrstvou optiku, která odráží až cca 50% XUV záření při běžném výskytu. Tato technologie, která byla průkopníkem sondážních raket NIXT a MSSTA v 90. letech, byla použita k výrobě teleskopů pro sluneční zobrazování (současnými příklady jsou SOHO/EIT a TRACE) a zařízení pro nanolitografii (tisk stop ve velmi malém měřítku a zařízení na mikročipy).

Detekce a měření UV záření

Technologie detekce a měření ultrafialového záření se může lišit podle uvažované části spektra. Zatímco některé detektory křemíku se používají napříč spektrem a ve skutečnosti americký NIST charakterizoval jednoduché silikonové diody, které pracují i s viditelným světlem, mnoho specializací je možné pro různé aplikace. Mnoho přístupů se snaží přizpůsobit technologie detekce viditelného světla, ale ty mohou trpět nežádoucí reakcí na viditelné světlo a různými nestabilitami. Byla zkoumána celá řada zařízení v pevné fázi a vakuu pro použití v různých částech UV spektra. Ultrafialové světlo lze detekovat vhodnými fotodiodami a fotokatodami, které mohou být přizpůsobeny tak, aby byly citlivé na různé části UV spektra. K dispozici jsou citlivé ultrafialové fotonásobiče.

Mezi 200-400 nm existuje celá řada možností detektoru.

Účinky UV záření na lidské zdraví

Vliv ultrafialového záření na lidské zdraví má vliv na vážení rizik a přínosů slunečního záření, ale je také zapleten do otázek, jako jsou zářivky a zdraví.

Expozice UVB indukuje tvorbu vitaminu D v kůži rychlostí až 1000 IU za minutu. Většina pozitivních účinků na zdraví souvisí s tímto vitaminem. Má regulační roli v metabolismu vápníku (který je nezbytný pro normální fungování nervového systému, stejně jako pro růst kostí a udržení hustoty kostí), imunitě, proliferaci buněk, sekreci inzulinu a krevním tlaku.

Příliš málo UVB záření může vést k nedostatku vitamínu D. Příliš mnoho UVB záření může vést k přímému poškození DNA, spálení a rakovině kůže. Přiměřené množství UVB (které se liší podle barvy kůže) vede k omezenému množství přímého poškození DNA. To je rozpoznáno a opraveno tělem, pak se zvýší produkce melaninu, což vede k dlouhotrvajícímu opálení. Toto opálení se objevuje s dvoudenní prodlevou po ozáření.

Nadměrná expozice UVB záření může způsobit spálení a některé formy rakoviny kůže. Nicméně nejnebezpečnější forma – maligní melanom – je většinou způsobena nepřímým poškozením DNA (volné radikály a oxidační stres). To je patrné z absence mutace s UV signaturou u 92% všech melanomů. U lidí může dlouhodobá expozice slunečnímu UV záření vést k akutním a chronickým zdravotním účinkům na kůži, oko a imunitní systém. UVC navíc může způsobit nepříznivé účinky, které mohou být různě mutagenní nebo karcinogenní.

UVC paprsky mají nejvyšší energii, jsou nejnebezpečnějším typem ultrafialového světla. V minulosti se UVC paprskům věnovala jen malá pozornost, protože jsou odfiltrovány atmosférou. Jejich použití v zařízeních, jako jsou sterilizační jednotky v jezírku, však může představovat riziko expozice, pokud je lampa zapnuta mimo svou uzavřenou sterilizační jednotku v jezírku.

Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny Světové zdravotnické organizace klasifikovala 13. dubna 2011 všechny kategorie a vlnové délky ultrafialového záření jako karcinogen skupiny 1. Jedná se o označení nejvyššího stupně pro karcinogeny a znamená „Existuje dostatek důkazů k závěru, že může způsobit rakovinu u lidí“.

Ultrafialové fotony poškozují molekuly DNA živých organismů různými způsoby. V jedné společné události poškození se vedle sebe vážou báze thyminu, místo přes „žebřík“. Tento „thyminový dimer“ se vyboulí a zdeformovaná molekula DNA nefunguje správně.

Vysoká intenzita UVB světla je nebezpečná pro oči a expozice může způsobit blesk svářeče (fotokeratitidu nebo obloukové oko) a může vést ke vzniku šedého zákalu, pterygia a pingueculy.

UV záření je absorbováno molekulami známými jako chromofory, které jsou přítomny v očních buňkách a tkáních. Chromofory absorbují světelnou energii z různých vlnových délek různou rychlostí – vzorem známým jako absorpční spektrum. Pokud je absorbováno příliš mnoho UV záření, mohou být poškozeny oční struktury, jako je rohovka, čočka a sítnice.

Ochranné brýle jsou prospěšné pro ty, kteří s nimi pracují, nebo pro ty, kteří by mohli být vystaveni ultrafialovému záření, zejména krátkovlnnému UV záření. Vzhledem k tomu, že světlo může do oka pronikat ze stran, je v případě zvýšeného rizika expozice obvykle nutná plnohodnotná ochrana očí, jako je tomu v případě vysokohorského horolezectví. Horolezci jsou vystaveni vyšším než běžným úrovním UV záření, jednak proto, že dochází k menšímu filtrování atmosféry, jednak kvůli odrazu od sněhu a ledu.

Běžné, neošetřené brýle poskytují určitou ochranu. Většina plastových čoček poskytuje větší ochranu než skleněné čočky, protože, jak je uvedeno výše, sklo je pro UVA průhledné a běžný akrylový plast používaný pro čočky je průhledný méně. Některé plastové materiály čoček, jako například polykarbonát, ve své podstatě blokují většinu UV záření. Pro čočky brýlí, které to potřebují, jsou k dispozici ochranné přípravky, které poskytnou lepší ochranu. Ale ani ošetření, které zcela blokuje UV záření, neochrání oko před světlem, které přichází kolem čočky.

Biologické průzkumy a ochrana proti škůdcům

Některá zvířata, včetně ptáků, plazů a hmyzu, jako jsou včely, mohou vidět téměř ultrafialové světlo. Mnohé plody, květiny a semena vystupují v ultrafialových vlnových délkách z pozadí silněji ve srovnání s lidským barevným viděním. Škorpióni září nebo získávají žlutou až zelenou barvu při UV záření, čímž pomáhají při kontrole těchto arachnidů. Mnoho ptáků má ve svém peří vzory, které jsou na obvyklých vlnových délkách neviditelné, ale pozorovatelné při ultrafialovém záření, a moč a další sekrety některých zvířat, včetně psů, koček a lidí, je mnohem snadněji rozpoznatelná pomocí ultrafialového záření. Stopy hlodavců v moči mohou být detekovány technikami na ochranu proti škůdcům pro správné ošetření zamořených obydlí.

Motýli používají ultrafialové záření jako komunikační systém pro rozpoznávání pohlaví a páření.

Mnoho hmyzu používá ultrafialové vlnové délky emisí z nebeských objektů jako reference pro letovou navigaci. Místní ultrafialový emisor normálně přeruší navigační proces a nakonec přiláká létající hmyz.

Entomolog používající UV záření pro sběr brouků v paraguayském Chaco.

Ultrafialové pasti zvané lapače hmyzu se používají k likvidaci různých malých létajících hmyzů. Jsou přitahovány UV světlem a jsou zabity pomocí elektrického šoku, nebo uvězněny, jakmile se dostanou do kontaktu s přístrojem. Různé konstrukce ultrafialových světelných pastí jsou také používány entomology pro sběr nočního hmyzu během faunistických průzkumných studií.

UV/VIS spektroskopie se široce používá jako technika v chemii k analýze chemické struktury, nejpozoruhodnější z nich jsou konjugované systémy. UV záření se často používá ve viditelné spektrofotometrii k určení fluorescence daného vzorku. V biologickém výzkumu se UV světlo používá ke kvantifikaci nukleových kyselin nebo proteinů.

Plazi potřebují pro de novo syntézu vitamínu D dlouhovlnné UV světlo, vitamín D je potřebný pro metabolizaci vápníku pro produkci kostí a vajec. V typickém plazím krytu by tedy měla být k dispozici fluorescenční UV lampa pro syntézu vitamínu D. Ta by měla být kombinována se zajištěním tepla pro vyhřívání, a to buď ve stejné, nebo v jiné lampě.

Evoluce raných reprodukčních proteinů a enzymů je v moderních modelech evoluční teorie připisována ultrafialovému světlu. UVB světlo způsobuje, že se páry thyminových bází vedle sebe v genetických sekvencích vážou do thyminových dimerů, což je narušení vlákna, které reprodukční enzymy nemohou kopírovat (viz obrázek výše). To vede k posunu snímků během genetické replikace a syntézy proteinů, což obvykle zabíjí organismus. Když se rané prokaryoty začaly přibližovat k povrchu starověkých oceánů, než se vytvořila ochranná ozonová vrstva, která blokovala většinu vlnových délek UV světla, téměř bez výjimky vymřely. Těch několik málo, které přežily, vyvinulo enzymy, které ověřovaly genetický materiál a rozbíjely vazby thyminových dimerů, známé jako enzymy pro opravu bází excize. Mnoho enzymů a proteinů, které se podílejí na moderní mitóze a meióze, je podobných enzymům pro opravu excize a předpokládá se, že jde o vyvinuté modifikace enzymů, které se původně používaly k překonání UV světla.

Najít tuto stránku na Wiktionary: Ultraviolet

(Seřazeno podle vlnové délky, krátké až dlouhé)Gama záření • X-ray • Ultrafialové záření • Viditelné spektrum • Infračervené • Terahertzovo záření • Mikrovlnné • Rádiové vlny

fialová • modrá • zelená • žlutá • oranžová • červená

Pásmo W • Pásmo V • Pásmo Ka • Pásmo K • Pásmo Ku • Pásmo X • Pásmo C • Pásmo S • Pásmo L

EHF • SHF • UHF • VHF • HF • MF • LF • VLF • ULF • SLF • ELF

Mikrovlnná trouba • Shortwave • Mediumwave • Longwave