اشعه فرابنفش - UV در حراجی تو

اشعه فرابنفش (Ultraviolet)

فرابنفش (UV) نوعی تابش الکترومغناطیسی با طول موج از 10nm  (با فرکانس مربوطه در حدود 30 PHz) تا 400 nm (750 THz) ، کوتاهتر از نور مرئی ، اما طولانی تر از اشعه X است. تابش اشعه ماورا بنفش در نور خورشید وجود دارد و تقریباً 10٪ از کل تابش الکترومغناطیسی خورشید را تشکیل می دهد. همچنین توسط قوسهای الکتریکی و چراغهای تخصصی مانند لامپهای بخار جیوه ای ، لامپهای برنزه کننده و چراغهای سیاه تولید می شود. گرچه ماوراlet بنفش با طول موج طولانی تابش یونیزه کننده محسوب نمی شود زیرا فوتون های آن انرژی لازم برای یونیزه کردن اتم ها را ندارند اما می تواند باعث واکنش های شیمیایی شود و باعث درخشش یا فلورسنس بسیاری از مواد شود. در نتیجه ، اثرات شیمیایی و بیولوژیکی اشعه ماورا بنفش بیشتر از اثرات حرارتی ساده است و بسیاری از کاربردهای عملی تابش اشعه ماورا بنفش از فعل و انفعالات آن با مولکول های آلی ناشی می شود. همچنین می تواند به پوست آسیب برساند و یا آفتاب سوختگی ایجاد کند.

نور ماورا بنفش موج کوتاه به DNA آسیب می رساند و سطوحی را که با آن در تماس است عقیم می کند. برای انسان ، آفتاب سوختگی و آفتاب سوختگی از تأثیرات قرار گرفتن پوست در معرض نور ماورا بنفش ، همراه با افزایش خطر ابتلا به سرطان پوست است. مقدار نور ماورا بنفش تولید شده توسط خورشید به این معنی است که اگر بیشتر آن نور توسط جو فیلتر نشود ، زمین نمی تواند حیات را در خشکی حفظ کند.  پرانرژی تر و با طول موج کوتاهتر "شدید" ماورا بنفش زیر 121 نانومتر آنقدر یونیزه می کند که قبل از رسیدن به زمین جذب می شود. با این حال ، نور ماورا بنفش (به طور خاص ، UVB) همچنین مسئول تشکیل ویتامین D در بیشتر مهره داران خشکی ، از جمله انسان است. بنابراین ، طیف UV تأثیرات مفیدی و مضر برای زندگی دارد.

حد پایین طول موج بینایی انسان به طور متعارف 400 نانومتر است ، بنابراین اشعه ماورا بنفش برای انسان قابل مشاهده نیست ، اگرچه برخی از افراد می توانند نور را با طول موج کمی کوتاهتر از این درک کنند. حشرات ، پرندگان و برخی از پستانداران می توانند تقریباً UV (یعنی طول موج کمی کوتاهتر از آنچه انسان می بیند) ببینند.

دید

اشعه ماوراio بنفش برای اکثر انسانها نامرئی است. عدسی چشم انسان بیشترین تابش را در محدوده طول موج 300-400 نانومتر مسدود می کند. طول موج کوتاهتر توسط قرنیه مسدود می شود. انسان همچنین سازگار با گیرنده های رنگ برای اشعه ماورا بنفش نیست. با این وجود گیرنده های نوری شبکیه به تقریباً UV بسیار حساس هستند و افرادی که فاقد لنز هستند (بیماری معروف به آپاکیا) نزدیک UV را آبی مایل به سفید یا بنفش مایل به سفید می دانند. تحت برخی شرایط ، کودکان و بزرگسالان می توانند ماوراlet بنفش را تا طول موج حدود 310 نانومتر ببینند. اشعه ماورا UV بنفش برای حشرات ، برخی از پستانداران و پرندگان قابل مشاهده است. پرندگان کوچک گیرنده چهارم رنگ برای اشعه ماوراlet بنفش دارند. این به پرندگان دید UV "واقعی" می دهد.

کشف

"ماوراio بنفش" به معنای "فراتر از بنفش" است (از لاتین ultra ، "فراتر") ، بنفش رنگ بالاترین فرکانس های نور مرئی است. فرابنفش فرکانس بالاتری (بنابراین طول موج کوتاه تر) نسبت به نور بنفش دارد.

هنگامی که یوهان ویلهلم ریتر فیزیکدان آلمانی مشاهده کرد که اشعه های نامرئی دقیقاً فراتر از انتهای بنفشه از طیف مرئی ، کاغذ آغشته به کلرید نقره را با سرعت بیشتری نسبت به خود نور بنفش ، اشعه ماورا بنفش را اشعه ماورا بنفش کشف کردند. وی برای تأکید بر واکنش شیمیایی و تشخیص آنها از "اشعه های گرما" آنها را "() اشعه های اکسید کننده" (آلمانی: de-oxidierende Strahlen) نامید ، که سال گذشته در انتهای دیگر طیف مرئی کشف شد. اصطلاح ساده تر "پرتوهای شیمیایی" بلافاصله پس از آن تصویب شد و در طول قرن نوزدهم محبوبیت خود را حفظ کرد ، اگرچه برخی اظهار داشتند که این تابش کاملاً با نور متفاوت است (به ویژه جان ویلیام دراپر ، که آنها را "پرتوهای تیتونیک" نامید  ) اصطلاحات "اشعه شیمیایی" و "اشعه گرما" سرانجام به ترتیب به نفع اشعه ماوراlet بنفش و مادون قرمز کاهش یافت.  در سال 1878 ، اثر عقیم سازی نور با طول موج کوتاه با از بین بردن باکتری ها کشف شد. تا سال 1903 مشخص شد که موثرترین طول موج ها حدود 250 نانومتر است. در سال 1960 ، اثر اشعه ماورا بنفش بر روی DNA ایجاد شد.

کشف اشعه ماورا بنفش با طول موج های زیر 200 نانومتر ، به نام "ماوراio بنفش خلاuum" به دلیل اینکه به شدت توسط اکسیژن هوا جذب می شود ، توسط ویکتور شومان فیزیکدان آلمانی انجام شد.

 

چندین دستگاه حالت جامد و خلا for برای استفاده در قسمتهای مختلف طیف UV بررسی شده اند. بسیاری از رویکردها به دنبال انطباق دستگاه های حسگر نور مرئی هستند ، اما اینها می توانند از واکنش ناخواسته به نور مرئی و بی ثباتی های مختلف رنج ببرند. اشعه ماورا by بنفش را می توان با فوتودیودها و فوتوکاتدهای مناسب تشخیص داد ، که می توانند متناسب با نقاط مختلف طیف UV حساس باشند. دستگاه های نوری حساس به نور ماورا بنفش در دسترس هستند. طیف سنج ها و رادیومترها برای اندازه گیری اشعه ماورا بنفش ساخته شده اند. آشکارسازهای سیلیکون در سراسر طیف استفاده می شوند.

طول موج های خلا UV ماورا بنفش یا VUV (کوتاهتر از 200 نانومتر) به شدت توسط اکسیژن مولکولی در هوا جذب می شوند ، اگرچه طول موج های طولانی تر در حدود 200-200 نانومتر می توانند از طریق نیتروژن منتشر شوند. بنابراین ، ابزارهای علمی می توانند با کار در جو بدون اکسیژن (معمولاً ازت خالص) ، بدون نیاز به اتاق های خلا cost پرهزینه ، از این محدوده طیفی استفاده کنند. نمونه های قابل توجه شامل تجهیزات فوتولیتوگرافی 193 نانومتری (برای ساخت نیمه هادی) و طیف سنج های دورنگری دایره ای است.

فناوری ابزار دقیق VUV دهه های زیادی توسط نجوم خورشیدی هدایت می شد. در حالی که به طور کلی می توان از نوری برای حذف نور مرئی ناخواسته که VUV را آلوده می کند استفاده کرد. آشکارسازها را می توان با پاسخ آنها به تابش غیر VUV محدود کرد ، و توسعه دستگاه های "خورشید کور" یک زمینه مهم تحقیق بوده است. دستگاه های حالت جامد با شکاف گسترده یا دستگاه های خلا vac با فوتوکاتد با برش زیاد می توانند در مقایسه با دیودهای سیلیکون جذاب باشند.

UV شدید (EUV یا بعضی اوقات XUV) با تغییر در فیزیک تعامل با ماده مشخص می شود. طول موجهای بیش از حدود 30 نانومتر عمدتا با الکترونهای با ظرفیت خارجی اتمها برهم کنش دارند ، در حالی که طول موجهای کوتاهتر از آن عمدتا با الکترونها و هستههای پوسته داخلی در تعامل هستند. انتهای طولانی طیف EUV توسط یک خط طیفی برجسته He + در 30.4 نانومتر تنظیم شده است. EUV به شدت توسط بیشتر مواد شناخته شده جذب می شود ، اما اپتیک های چند لایه سنتز شده که در حدود 50٪ تابش EUV را در بروز طبیعی منعکس می کنند ، امکان پذیر است. این فناوری در دهه 1990 توسط موشکهای صدایی NIXT و MSSTA پیشگام شد و از آن برای ساخت تلسکوپ برای تصویربرداری خورشیدی استفاده شده است. همچنین به ماهواره Extreme Ultraviolet Explorer مراجعه کنید.

بعضی از منابع از تمایز "UV سخت" و "UV نرم" استفاده می کنند - در مورد اخترفیزیک ، مرز ممکن است در حد لیمان باشد یعنی طول موج 91.2 نانومتر ، و "UV سخت" انرژی بیشتری داشته باشد. همین اصطلاحات ممکن است در زمینه های دیگر نیز استفاده شود ، مانند آرایشی ، اپتوالکترونیک و غیره - مقدار عددی مرز بین سخت / نرم ، حتی در زمینه های علمی مشابه ، لزوماً منطبق نیست به عنوان مثال ، در یک نشریه فیزیک کاربردی از مرز 190 نانومتر بین مناطق UV و سخت استفاده شده است.

ماوراio بنفش خورشیدی

اجسام بسیار داغ از اشعه ماورا بنفش ساطع می کنند (تابش بدن سیاه را ببینید). خورشید در تمام طول موج ها ، از جمله اشعه ماوراlet بنفش شدید که در 10 نانومتر به اشعه X عبور می کند ، اشعه ماورا بنفش ساطع می کند. ستارگان بسیار داغ نسبتاً بیشتر از خورشید از اشعه ماورا بنفش ساطع می کنند. نور خورشید در فضا در بالای جو زمین (نگاه کنید به ثابت خورشید) از حدود 50٪ نور مادون قرمز ، 40٪ نور مرئی و 10٪ نور ماوراlet بنفش تشکیل شده است که شدت کلی آن حدود 1400 W / m2 در خلا است.

جو در حدود 77٪ از اشعه ماورا بنفش خورشید را مسدود می کند ، زمانی که خورشید در بالاترین سطح آسمان است (در اوج) ، با افزایش جذب در طول موج های UV کوتاه تر. در سطح زمین با خورشید در اوج ، نور خورشید 44٪ نور مرئی ، 3٪ ماوراlet بنفش و باقیمانده مادون قرمز است. از میان اشعه ماوراlet بنفش که به سطح زمین می رسد ، بیش از 95٪ طول موج طولانی تر UVA ، با باقی مانده کوچک UVB است. تقریباً هیچ UVC به سطح زمین نمی رسد. کسری از UVB که پس از عبور از جو در اشعه ماورا بنفش باقی می ماند ، به شدت به پوشش ابر و شرایط جوی بستگی دارد. در روزهای "نیمه ابری" ، تکه هایی از آسمان آبی که در بین ابرها نشان داده می شوند نیز منابع UVA و UVB (پراکنده) هستند که توسط پراکندگی ریلی به همان روش نور آبی قابل مشاهده از آن قسمت های آسمان تولید می شوند. UVB همچنین نقش عمده ای در رشد گیاه دارد زیرا بیشتر هورمونهای گیاهی را تحت تأثیر قرار می دهد. در طول هوای کامل ، میزان جذب ناشی از ابرها به شدت به ضخامت ابرها و عرض جغرافیایی بستگی دارد ، بدون اندازه گیری های مشخص ضخامت خاص و جذب UVB با هم ارتباط دارد.

باندهای کوتاهتر UVC و همچنین اشعه ماورا بنفش با انرژی بیشتر که توسط خورشید تولید می شود ، هنگامی که اتمهای اکسیژن منفرد حاصل از فوتولیز اشعه ماورا بنفش دیوکسیژن با دیوکسیژن بیشتری واکنش می دهند ، توسط اکسیژن جذب شده و ازن را در لایه ازن تولید می کنند. لایه ازن به ویژه در مسدود کردن بیشتر UVB و قسمت باقیمانده UVC که قبلا توسط اکسیژن معمولی در هوا مسدود نشده است ، بسیار مهم است.

مسدود کننده ها ، جاذب ها و پنجره ها

جاذب های فرابنفش مولکول هایی هستند که در مواد آلی (پلیمرها ، رنگ ها و ...) برای جذب اشعه ماورا بنفش استفاده می شوند تا تخریب اشعه ماورا بنفش (اکسیداسیون عکس) ماده را کاهش دهند. جاذب ها می توانند خود با گذشت زمان تخریب شوند ، بنابراین نظارت بر سطح جاذب در مواد فرسوده ضروری است.

در ضد آفتاب ، موادی که اشعه UVA / UVB را جذب می کنند ، مانند آووبنزون ، اکسی بنزون  و اوکتیل متوکسی سینامات ، جذب کننده های شیمیایی آلی یا "مسدود کننده" هستند. آنها با جاذب های معدنی / "مسدود کننده" های اشعه ماورا بنفش مانند کربن سیاه ، دی اکسید تیتانیوم و اکسید روی در تضاد هستند.

 

برای لباس ، فاکتور محافظت در برابر اشعه ماورا U بنفش (UPF) نمایانگر نسبت اشعه ماورا بنفش ناشی از آفتاب سوختگی بدون و با محافظت از پارچه است ، شبیه به درجه محافظت در برابر آفتاب (SPF) برای ضد آفتاب. پارچه های تابستانی استاندارد دارای UPF های حدود 6 ، به این معنی که حدود 20٪ از UV عبور می کند.

نانوذرات معلق در شیشه های رنگی از ایجاد اشعه ماورا بنفش در اثر واکنش های شیمیایی که باعث تغییر رنگ تصویر می شوند جلوگیری می کند. مجموعه ای از تراشه های مرجع رنگی شیشه های رنگی برای کالیبراسیون دوربین های رنگی برای مأموریت مریخ نورد مریخ نورد مریخ 2019 ESA در نظر گرفته شده است آنها با سطح بالای ماورا UV بنفش موجود در سطح مریخ محو نخواهند شد.

شیشه سودا - آهک ، مانند شیشه پنجره ، تا حدی با UVA شفاف است ، اما برای طول موج کوتاه تر مات است ، و تقریباً 90٪ نور بالای 350 نانومتر را عبور می دهد ، اما بیش از 90٪ نور زیر 300 نانومتر را مسدود می کند.  یک مطالعه نشان داد که شیشه های اتومبیل باعث عبور 3-4٪ از اشعه ماورا بنفش محیط می شوند ، به خصوص اگر UV بیش از 380 نانومتر باشد. انواع دیگر شیشه های اتومبیل می توانند انتقال اشعه ماورا بنفش را که بیش از 335 نانومتر است کاهش دهند. کوارتز ذوب شده ، بسته به کیفیت ، حتی در خلا to طول موج های UV می تواند شفاف باشد. کوارتز بلوری و برخی از بلورها مانند CaF2 و MgF2 به خوبی به طول موج 150 نانومتر یا 160 نانومتر منتقل می شوند.

شیشه وود یک شیشه عمیق آبی بنفش-باریم-سدیم سیلیکات با حدود 9٪ اکسید نیکل است که در طول جنگ جهانی اول ایجاد شده است تا نور مرئی را برای ارتباطات پنهانی مسدود کند. با شفافیت بین 320 نانومتر و 400 نانومتر و همچنین طول موج های قرمز مادون قرمز طولانی تر و فقط به سختی قابل مشاهده است ، هر دو نور مادون قرمز و ارتباطات شبانه ماوراlet بنفش را امکان پذیر می کند. حداکثر انتقال اشعه ماورا بنفش آن در 365 نانومتر است که یکی از طول موج های لامپ های جیوه ای است.

منابع مصنوعی

"چراغ سیاه"

دو لوله فلورسنت نور سیاه ، استفاده از آن را نشان می دهد. لوله بلندتر یک لوله F15T8 / BLB 18 اینچ ، 15 وات است که در تصویر پایین در یک دستگاه پلاگین فلورسنت استاندارد نشان داده شده است. کوتاهتر یک لوله F8T5 / BLB 12 اینچ ، 8 وات است که در یک چراغ سیاه قابل حمل با باتری قابل حمل به عنوان ردیاب ادرار حیوان خانگی استفاده می شود.یک لامپ نور سیاه تابش UVA موج بلند و نور مرئی کمی منتشر می کند. لامپهای فلورسنت نور سیاه مانند سایر لامپهای فلورسنت کار می کنند ، اما از یک فسفر در سطح لوله داخلی استفاده می کنند که به جای نور مرئی ، اشعه UVA ساطع می کند. بعضی از لامپ ها از فیلتر نوری شیشه ای Wood-بنفش مایل به آبی مایل به آبی مایل به آبی استفاده می کنند که تقریباً تمام نور مرئی با طول موج های طولانی تر از 400 نانومتر را مسدود می کند.  برخی دیگر از شیشه های ساده به جای لیوان گران قیمت Wood استفاده می کنند ، بنابراین هنگام کار برای چشم آبی روشن به نظر می رسند. چراغ های سیاه رشته ای نیز با استفاده از یک پوشش فیلتر روی پاکت یک لامپ رشته ای تولید می شود که نور مرئی را جذب می کند (بخش زیر را ببینید). اینها ارزان ترند اما بسیار ناکارآمد هستند و فقط کسری از درصد قدرت خود را به عنوان اشعه ماورا بنفش ساطع می کنند. چراغهای سیاه بخار جیوه در درجه بندی حداکثر 1 کیلووات با فسفر ساطع کننده اشعه ماورا بنفش و یک پاکت شیشه وود برای نمایش های تئاتر و کنسرت استفاده می شوند. چراغ های سیاه در کاربردهایی استفاده می شوند که در آنها نور مرئی خارجی باید کم شود. به طور عمده برای مشاهده فلورسانس ، درخشش رنگی که بسیاری از مواد هنگام قرار گرفتن در معرض نور ماورا UV بنفش ایجاد می کنند. لامپهای ساطع کننده UVA / UVB برای مقاصد خاص دیگری مانند لامپهای برنزه کننده و نگهداری خزندگان نیز به فروش می رسند.

لامپ های فرابنفش موج کوتاه

لامپ اشعه ماورا بنفش میکروب کش 9 وات ، در فاکتور شکل دهنده فلورسنت فشرده (CF)

چراغ میکروب کش تجاری در قصابی

لامپ های UV موج کوتاه با استفاده از یک لوله لامپ فلورسنت بدون پوشش فسفر ساخته شده از کوارتز ذوب شده یا vycor ساخته می شوند ، زیرا شیشه های معمولی UVC را جذب می کنند. این لامپ ها به دلیل جیوه موجود در لامپ و همچنین مقداری نور مرئی ، نور ماوراlet بنفش با دو قله در باند UVC با سرعت 253.7 نانومتر و 185 نانومتر تولید می کنند. از 85٪ تا 90٪ اشعه ماورا بنفش تولید شده توسط این لامپ ها در 253.7 نانومتر است ، در حالی که تنها 5-10٪ در 185 نانومتر است. قدرت این نوع لوله ها دو یا سه برابر UVC یک لوله لامپ فلورسنت معمولی است. این لامپهای کم فشار دارای بازده معمول تقریباً 30-40٪ هستند ، به این معنی که از هر 100 وات برق مصرفی لامپ ، آنها تقریباً 30-40 وات کل UV تولید می کنند. آنها همچنین به دلیل خطوط طیفی دیگر جیوه ، نور مرئی به رنگ سفید مایل به آبی را منتشر می کنند. این لامپهای "میکروب کش" به طور گسترده برای ضد عفونی سطوح در آزمایشگاهها و صنایع فرآوری مواد غذایی و ضد عفونی منابع آب استفاده می شوند.

لامپ های رشته ای

لامپهای رشته ای "نور سیاه" نیز از یک لامپ رشته ای با یک پوشش فیلتر ساخته می شوند که بیشترین نور مرئی را جذب می کند. لامپ های هالوژن با پاکت کوارتز ذوب شده به عنوان منابع کم نور UV در محدوده UV نزدیک ، از 400 تا 300 نانومتر در برخی از ابزارهای علمی استفاده می شوند. به دلیل طیف بدن سیاه ، یک لامپ رشته ای یک منبع ماوراlet بنفش بسیار ناکارآمد است و فقط کسری از درصد انرژی خود را به عنوان UV منتشر می کند.