Ультрафиолетовое излучение представляет собой. Влияние на организм человека ультрафиолетового излучения

12.10.2019

Ультафиолетовый диапазон электромагнитного излучения располагается за фиолетовым (коротковолновым) краем видимого спектра.

Ближний ультрафиолет от Солнца проходит сквозь атмосферу. Он вызывает на коже загар и необходим для выработки витамина D. Но чрезмерное облучение чревато развитием рака кожи. УФ излучение вредно для глаз. Поэтому на воде и особенно на снегу в горах обязательно нужно носить защитные очки.

Более жесткое УФ излучение поглощают в атмосфере молекулы озона и других газов. Наблюдать его можно только из космоса, и поэтому его называют вакуумным ультрафиолетом.

Энергии ультрафиолетовых квантов достаточно для разрушения биологических молекул, в частности ДНК и белков. На этом основан один из методов уничтожения микробов. Считается, что пока в атмосфере Земли не было озона, поглощающего значительную часть ультрафиолета, жизнь не могла выйти из воды на сушу.

Ультрафиолет испускают объекты с температурой от тысяч до сотен тысяч градусов, например, молодые горячие массивные звезды. Однако УФ излучение поглощается межзвездными газом и пылью, поэтому часто нам видны не сами источники, а подсвеченные ими космические облака.

Для сбора УФ излучения используют зеркальные телескопы, а для регистрирации служат фотоэлектронные умножители, а в ближнем УФ, как и в видимом свете - ПЗС-матрицы.

Источники

Свечение возникает, когда заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с молекулами атмосферы Юпитера. Большинство частиц под действием магнитного поля планеты входит в атмосферу вблизи ее магнитных полюсов. Поэтому сияние возникает в относительно небольшой области. Аналогичные процессы идут на Земле и на других планетах, обладающих атмосферой и магнитным полем. Снимок получен космическим телескопом «Хаббл» .

Приемники

Космический телескоп «Хаббл»

Обзоры неба

Обзор построен орбитальной ультрафиолетовой обсерваторией Extreme Ultraviolet Explorer (EUVE, 1992–2001). Линейчатая структура изображения соответствует орбитальному движению спутника, а неоднородность яркости отдельных полос связана с изменениями в калибровке аппаратуры. Черные полосы - участки неба, которые не удалось пронаблюдать. Незначительное число деталей на этом обзоре связано с тем, что источников жесткого ультрафиолета относительно мало и, кроме того, ультрафиолетовое излучение рассеивается космической пылью.

Земное применение

Установка для дозированного облучения тела ближним ультрафиолетом для загара. Ультрафиолетовое излучение приводит к выделению в клетках пигмента меланина, который меняет цвет кожи.

Медики делят ближний ультрафиолет на три участка: UV-A (400–315 нм ), UV-B (315–280 нм ) и UV-C (280–200 нм ). Самый мягкий ультрафиолет UV-A стимулирует освобождение меланина, запасенного в меланоцитах - клеточных органеллах, где он вырабатывается. Более жесткий ультрафиолет UV-B запускает производство нового меланина, а также стимулирует выработку в коже витамина D. Модели соляриев различаются по мощности излучения в этих двух участках УФ-диапазона.

В составе солнечного света у поверхности Земли до 99% ультрафиолета приходится на участок UV-A, а остальное - на UV-B. Излучение в диапазоне UV-C обладает бактерицидным действием; в солнечном спектре его намного меньше, чем UV-A и UV-B, кроме того, большая его часть поглощается в атмосфере. Ультрафиолетовое излучение вызывает иссушение и старение кожи и способствует развитию раковых заболеваний. Причем излучение в диапазоне UV-A увеличивает вероятность самого опасного вида рака кожи - меланомы.

Излучение UV-B практически полностью блокируется защитными кремами, в отличие от UV-A, которое проникает через такую защиту и даже частично через одежду. В целом считается, что очень небольшие дозы UV-B полезны для здоровья, а остальной ультрафиолет вреден.

Ультрафиолетовое излучение применяется для определения подлинности денежных купюр. В купюры впрессовываются полимерные волокна со специальным красителем, который поглощает ультрафиолетовые кванты, а потом испускает менее энергичное излучение видимого диапазона. Под действием ультрафиолета волокна начинают светиться, что и служит одним из признаков подлинности.

Ультрафиолетовое излучение детектора невидимо для глаза, синее свечение, заметное при работе большинства детекторов, связано с тем, что применяемые источники ультрафиолета излучают также и в видимом диапазоне.

УФ излучение - это электромагнитные волны, которые невидимы человеческому глазу. Оно занимает спектральное положение между видимым и рентгеновским излучением. Интервал ультрафиолетового излучения принято делить на ближний, средний и дальний (вакуумный).

Биологи сделали такое разделение УФЛ для того, чтобы можно было лучше увидеть разницу в эффекте, оказываемом лучами разной длины на человека.

Ближний ультрафиолет принято называть УФ-А,
средний - УФ-B,
дальний - УФ-С.

Ультрафиолетовое излучение исходит от солнца и атмосфера нашей планеты Земля защищает нас от мощного воздействия ультрафиолетовых лучей . Солнце является одним из немногих естественных УФ излучателей. При этом дальний ультрафиолет УФ-С блокируется атмосферой Земли почти полностью. Те 10%, длинноволновых лучей ультрафиолета попадают к нам в виде солнца. Соответственно, тот ультрафиолет, который попадает на планету, это в основном УФ-А,и в небольших количествах УФ-B.

Одно из главных свойств ультрафиолета - это его химическая активность, благодаря которой уф излучение оказывает большое влияние на организм человека . Самым опасным для нашего организма считается коротковолновый ультрафиолет. Несмотря на то, что наша планета максимально оберегает нас от воздействия на нас ультрафиолетовых лучей, если не соблюдать некоторые меры предосторожности, можно все-таки пострадать от них. Источниками коротковолнового типа излучения являются сварочные аппараты и ультрафиолетовые лампы.

Положительные свойства ультрафиолета

Лишь в XX веке начали проводиться исследования, которые доказали положительное влияние УФ излучения на организм человека . Результатом этих исследований стало выявление следующих полезных свойств: укрепление человеческого иммунитета, активизация защитных механизмов, улучшение циркуляции крови, расширение сосудов, повышение проницаемости сосудов, увеличение секреции ряда гормонов.

Еще одним свойством ультрафиолета является его способность изменять углеводный и белковый обмен веществ человека. Могут повлиять УФ лучи также и на вентиляцию легких - частоту и ритм дыхания, повышение газообмена, уровня потребления кислорода. Улучшается также и функционирование эндокринной системы, в организме образуется витамин Д, который укрепляет костно-мышечную систему человека.

Применение ультрафиолета в медицине

Довольно часто ультрафиолет применяют в медицине. Несмотря на то, что в некоторых случаях ультрафиолетовые лучи могут плохо влиять на организм человека, при правильном использовании они могут быть и полезны.

В медицинских учреждениях уже давно придумали полезное применение искусственному ультрафиолету. Существуют различные излучатели, которые могут помочь человеку с помощью ультрафиолетовых лучей справиться с различными заболеваниями . Они также делятся на те, которые излучают длинные, средние и короткие волны. Каждый из них применяется в определенном случае. Так, длинноволновое излучение подходит для лечения дыхательных путей, для повреждений костно-суставного аппарата, а также в случае различных повреждений кожи. Длинноволновое излучение мы можем увидеть также и в соляриях.

Немного другую функцию выполняет лечение средневолновым ультрафиолетом . Назначается оно в основном людям, страдающим от иммунодефицита, нарушения обмена веществ. Применяется также при лечении нарушений опорно-двигательного аппарата, обладает обезболивающим действием.

Коротковолновое излучение же применяется при лечении заболеваний кожи, при заболеваниях ушей, носа, при повреждениях дыхательных путей, при сахарном диабете, при поражении клапанов сердца.

Помимо различных приборов, излучающих искусственный ультрафиолет, которые применяются в массовой медицине, существуют также и ультрафиолетовые лазеры , обладающие более точечным действием. Используются эти лазеры, например, при микрохирургии глаза. Применяются такие лазеры также и для научных исследований.

Применение ультрафиолета в других сферах

Помимо медицины, ультрафиолетовое излучение применяется и во многих других сферах, значительно улучшая нашу жизнь. Так, ультрафиолет является отличным обеззараживающим средством , и применяется, в том числе, для обработки различных предметов, воды, воздуха в помещениях. Широко применяется ультрафиолет и в полиграфии : именно с помощью ультрафиолета производятся различные печати и штампы, сушатся краски и лаки, денежные купюры защищаются от подделки. Кроме своих полезных свойств, при правильной подаче ультрафиолет может создать красоту: применяется он для различных световых эффектов (чаще всего это происходит на дискотеках и на выступлениях). Помогают уф лучи также и в нахождении пожаров.

Одним из негативных последствий ультрафиолетового воздействия на организм человека является электроофтальмия . Этим термином называют поражение органа зрения человека, при котором обжигается и отекает роговица глаза, а в глазах появляется режущая боль. Болезнь эта может возникнуть в том случае, если человек смотрит на лучи солнца без специального защитного приспособления (солнцезащитных очков) или пребывает в заснеженном районе в солнечную погоду, с очень ярким светом. Также электроофтальмию можно заработать при кварцевании помещений.

Негативных последствий можно добиться и благодаря долгому, интенсивному воздействию ультрафиолетовых лучей на организм. Последствий таких может быть достаточно много, вплоть до развития различных патологий. Основными симптомами чрезмерного облучения являются

Последствия же сильного облучения бывают следующие: гиперкальциемия, задержка роста, гемолиз, ухудшение иммунитета, различные ожоги и заболевания кожи. Больше всего подвержены чрезмерному облучению люди, постоянно работающие на открытом воздухе, а также те люди, которые постоянно работают с приборами, излучающими искусственный ультрафиолет.

В отличие от УФ излучателей, применяемых в медицине, солярии являются более опасными для человека. Посещение соляриев никем не контролируется, помимо самого человека. Люди, которые часто посещают солярии для того, чтобы добиться красивого загара, зачастую пренебрегают негативными последствиями УФ излучения, несмотря на то, что частое посещение соляриев может привести даже к летальному исходу.

Приобретение более темного цвета кожи происходит за счет того, что наш организм борется с травмирующим воздействием на него УФ излучения, и вырабатывает красящий пигмент, под названием меланин. И если покраснение кожи - это временный дефект, проходящий через какое-то время, то появляющиеся на теле веснушки, пигментные пятна, которые происходят в результате разрастания клеток эпителия - стойкое повреждение кожи .

Ультрафиолет, глубоко проникая в кожные покровы, может изменить клетки кожи на генном уровне и привести к ультрафиолетовому мутагенезу . Одним из осложнений этого мутагенеза является меланома - опухоль кожи. Именно она способна привести человека к летальному исходу.

Для того, чтобы избежать негативных последствий воздействия УФ лучей, необходимо обеспечить себя некоторой защитой . На различных предприятиях, работающих с приборами, излучающими искусственный ультрафиолет, нужно использовать спецодежду, шлемы, щитки, изолирующие ширмы, защитные очки, переносной экран. Людям же, не задействованным в деятельности подобных предприятий, нужно ограничивать себя в чрезмерном посещении соляриев и в долгом нахождении на открытом солнце, в летнее время года использовать солнцезащитные кремы, спреи или лосьоны, а также носить солнцезащитные очки и закрытую одежду из натуральных тканей.

Существуют также и негативные последствия от недостатка УФ излучения . Длительное отсутствие УФИ может привести к заболеванию под названием «световое голодание». Основные его симптомы очень сходны с симптомами чрезмерного воздействия ультрафиолета. При данной болезни у человека снижается иммунитет, нарушается обмен веществ, появляется утомляемость, раздражительность и т. п.

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.

Идеи о единстве трёх различных частей спектра впервые появились лишь в 1842 году в трудах Александра Беккереля , Мачедонио Меллони и др.

Подтипы

В качестве активной среды в ультрафиолетовых лазерах могут использоваться либо газы (например, аргоновый лазер , азотный лазер , эксимерный лазер и др.), конденсированные инертные газы , специальные кристаллы, органические сцинтилляторы , либо свободные электроны , распространяющиеся в ондуляторе .

Также существуют ультрафиолетовые лазеры, использующие эффекты нелинейной оптики для генерации второй или третьей гармоники в ультрафиолетовом диапазоне.

Воздействие

Деградация полимеров и красителей

На здоровье человека

В наиболее распространённых лампах низкого давления почти весь спектр излучения приходится на длину волны 253,7 нм, что хорошо согласуется с пиком кривой бактерицидной эффективности (то есть эффективности поглощения ультрафиолета молекулами ДНК). Этот пик находится в районе длины волны излучения равной 253,7 нм, которое оказывает наибольшее влияние на ДНК, однако природные вещества (например, вода) задерживают проникновение УФ.

Относительная спектральная бактерицидная эффективность ультрафиолетового излучения - относительная зависимость действия бактерицидного ультрафиолетового излучения от длины волны в спектральном диапазоне 205 - 315 нм. При длине волны 265 нм максимальное значение спектральной бактерицидной эффективности равно единице.

Бактерицидное УФ-излучение на этих длинах волн вызывает димеризацию тимина в молекулах ДНК. Накопление таких изменений в ДНК микроорганизмов приводит к замедлению темпов их размножения и вымиранию. Ультрафиолетовые лампы с бактерицидным эффектом в основном используются в таких устройствах, как бактерицидные облучатели и бактерицидные рециркуляторы.

Обеззараживание воздуха и поверхностей

Ультрафиолетовая обработка воды, воздуха и поверхности не обладает пролонгированным эффектом. Достоинство данной особенности заключается в том, что исключается вредное воздействие на человека и животных. В случае обработки сточных вод УФ флора водоемов не страдает от сбросов, как, например, при сбросе вод, обработанных хлором, продолжающим уничтожать жизнь ещё долго после использования на очистных сооружениях.

Ультрафиолетовые лампы с бактерицидным эффектом в обиходе часто называют просто бактерицидными лампами . Кварцевые лампы также имеют бактерицидный эффект, но их название обусловлено не эффектом действия, как у бактерицидных лампах, а связано с материалом колбы лампы -

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.

Ультрафиолетовое излучение – форма оптического излучения, не видимая человеческому глазу, характеризующаяся более короткой длиной и большей энергией фотонов по сравнению со светом. Ультрафиолетовые лучи охватывают на спектре интервал между видимым и рентгеновским излучениями, в интервале длин волн 400-10нм. При этом область излучения в диапазоне 200-10нм называют далекой или вакуумной, а область в интервале 400-200 нм — ближней.

Источники УФ-излучения

1 Естественные источники (звезды, Солнце и пр.)

Только длинноволновая часть ультрафиолетового излучения космических объектов (290-400нм) способна достигнуть поверхности Земли. В тоже время коротковолновое излучение полностью поглощается кислородом и другими веществами, находящимися в атмосфере, на высоте 30-200км от земной поверхности. УФ-излучение звёзд в диапазоне длин волн 90-20нм почти полностью поглощается.

2. Искусственные источники

Излучение твёрдых тел, нагретых до температуры 3 тыс. кельвинов включает определенную долю УФ-излучения, интенсивность которого заметно увеличивается с возрастанием температуры.

Мощным источником УФ-излучения является газоразрядная плазма.

В различных отраслях производства (пищевой, химической и др. отраслях) и медицине используют газоразрядные, ксеноновые, ртутнокварцевые и др. лампы, баллоны которых изготовляют из прозрачных материалов — обычно кварца. Значительное УФ-излучение испускают электроны в ускорителе и специальные лазеры в никелеподобном ионе.

Основные свойства ультрафиолетового излучения

Практическое применение ультрафиолет обусловлено его основными свойствами:

— значительной химической активностью (способствует ускорению протекания химических, биологических процессов);

— бактерицидным эффектом;

— возможностью вызывать люминесценцию веществ — свечение с разной окраской испускаемого света.

Исследование на современном оборудовании спектров испускания/ поглощения/ отражения в УФ-диапазоне предоставляет возможность устанавливать электронную структуру атомов, молекул, ионов.

УФ-спектры Солнца, звёзд и различных туманностей позволяют получать достоверную информацию о процессах, возникающих в этих объектах.

Также ультрафиолет способен нарушать и изменять химические связи в молекулах, в результате могут происходить различные реакции (восстановление, окисление, полимеризация и пр.), что служит базой для такой науки, как фотохимия.

УФ-излучение способно уничтожать бактерии и микроорганизмы. Так, ультрафиолетовые лампы широко используются для дезинфекции в местах массового нахождения людей (медицинские учреждения, детские сады, метро, вокзалы и пр.).

Определенные дозы УФ-излучения способствуют формированию на поверхности кожи человека витамина D, серотонина и др. веществ, оказывающих влияние на тонус и активность организма. Чрезмерное воздействие ультрафиолета приводит к ожогам, ускоряет процесс старения кожи.

Ультрафиолетовое излучение активно используется и в культурно-развлекательной сфере – для создания серии уникальных световых эффектов на дискотеках, сценах баров, театров и пр.