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.
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.
Чтобы ответить на этот вопрос, разберемся с природой такого явления, как ультрафиолет, и с природой такого материала, как оргстекло.
Пока мы не подошли к подробным характеристикам, мы ответим на вопрос — Оргстекло пропускает ультрафиолет? Да пропускает!
Ультрафиолетовое излучение — это лучи, которые по длине волны располагаются сразу за видимым спектром. Диапазон длин волн для ультрафиолета составляет 10-400 нм. Диапазон 10-200 нм называют вакуумным или «дальним», так как лучи с такой длиной волны присутствуют исключительно в космическом пространстве и поглощаются атмосферой планеты. Оставшуюся часть диапазона называют «ближним» ультрафиолетом которые подразделяют 3 категории излучений:
- длина волны 200-290 нм — коротковолновое;
- длина волны 290-350 нм — средневолновое;
- длина волны 350-400 нм — длинноволновое.
Каждый тип ультрафиолетового излучение производит различное воздействие на живые организмы. Коротковолновое — наиболее высокоэнергетичное излучение, повреждает биомолекулы, вызывает разрушение ДНК. Средневолновое — вызывает ожоги кожного покрова у человека, растения переносят кратковременное облучение без последствий, но при длительном происходит угнетение жизненных фенкций и гибель.
Длинноволновое — практически безвредно жизнедеятельности организма человека, безопасно и полезно для растений. Диапазон коротковолнового ультрафиолета и часть спектра средневолнового диапазона поглощает наша «защитная броня» — озоновый слой. До поверхности планеты, среды обитания живых существ и растений, добирается часть диапазона средневолнового излучения и весь длинноволновой диапазон, т.е. спектр полезных лучей и не вредящих при непродолжительном облучении.
Оргстекло — это химическая синтетическая полимерная структура метилметакрилата, представляет собой прозрачный пластик. Светопропускание несколько ниже чем у обыкновенного силикатного стекла, легко поддается механической обработке, небольшой вес. Оргстекло неустойчиво к воздействию некоторых растворителей — ацетона, бензола и спиртов. Производится на основе стандартного химического состава. Отличия марок и производителей заключаются в придании специфических свойств: ударопрочности, теплостойкости, защиты от УФ-излучения и т.д.
Стандартное оргстекло пропускает ультрафиолет. Его излучения и характеризуется коэффициентом пропускания:
- не более 1%, для длины волны 350 нм;
- не менее 70%, для длины волны 400нм.
Т.е. оргстекло пропускает только длинноволновое излучение, у самой границы диапазона длин волн, наиболее безопасное и наиболее полезное для живых организмов.
Стоит отметить, что у оргстекла невысокая устойчивость к механическому воздействию. Со временем, при попадании на него абразивных частиц, в процессе очистки поверхность повреждается, стекло приобретает матовость и снижает свою способность к пропусканию как видимого света, так и ультрафиолетового излучения.
