Применение ультрафиолетовое излучение: применение, действие и защита от него

Содержание

Ультрафиолетовое излучение и его свойства

Ультрафиолетовое излучение — это электромагнитное излучение, длина волн которого колеблется от границы фиолетового спектра до границы рентгеновских лучей. Стоит отметить, что первые упоминания о данном явлении возникли еще в тринадцатом веке. Именно тогда индийские философы в своих трудах описали атмосферу, в которой содержались фиолетовые лучи, невидимые невооруженным глазом.

В конце 17 века, когда был обнаружен инфракрасный спектр, ученые всего мира принялись за изучение излучений в противоположном конце светового спектра. Именно так и было впервые обнаружено и изучено ультрафиолетовое излучение. В 1801 году И. В. Риттер обнаружил, что оксид серебра темнеет быстрее при воздействии невидимого света, относящегося к фиолетовой части спектра.

Примерно в то же время ученые пришли к выводу, что свет состоит из трех отдельных частей. Это так называемый видимый свет (или осветительный компонент), инфракрасное и ультрафиолетовое излучение (оно же восстановительное). В дальнейшем научные сотрудники активно исследовали влияние ультрафиолета на живой организм, а также его роль в природе.

Ультрафиолетовое излучение: свойства и классификация

На сегодняшний день ультрафиолетовые лучи принято разделять на три основных типа, каждый из которых имеет собственные характеристики:

  • УФ-С, которые более известны под названием гамма-излучения. Стоит сразу же отметить, что они весьма опасны для здоровья человеческого организма. К счастью, подобное излучение практически полностью поглощается кислородом, озоновым шаром и водным паром еще при прохождении сквозь атмосферу планеты.
  • УФ-В — еще один тип излучения, который также почти полностью поглощается газовой оболочкой Земли. До поверхности доходит не более десяти процентов. Кстати, именно под воздействием этих лучей происходит выработка меланина в коже человека.
  • УФ-А. Данный тип лучей почти полностью доходит до поверхности планеты и практически неопасен для живых организмов. При длительном воздействии вызывает ускоренное старение кожи.

Что же касается свойств, то для начала стоит отметить, что ультрафиолетовое излучение невидимо невооруженным глазом. Кроме того, оно обладает высокой химической активностью и является катализатором для множества естественных реакций. Высокие концентрации ультрафиолета обладают антибактериальными свойствами. И, конечно же, нельзя забывать о том, что в небольших дозах он положительно влияет на человеческий организм.

Ультрафиолетовое излучение и его влияние на человеческий организм

Сразу же стоит отметить, что именно ультрафиолетовые лучи способствуют образованию в человеческой коже витамина Д, который, в свою очередь, обеспечивает нормальный обмен кальция в организме и хорошее состояние костной системы. Кроме того, лучи именно этого спектра отвечают за биологические ритмы живого организма. Доказано, что ультрафиолет увеличивает в крови уровень так называемого «гормона бодрости», который обеспечивает нормальное эмоциональное состояние.

К сожалению, ультрафиолетовое излучение полезно и необходимо лишь в небольших дозах. Слишком сильное воздействие этих лучей вызывает противоположный эффект. Например, при длительном воздействии на кожу ультрафиолет ускоряет процессы старения, а в некоторых случаях вызывает и ожоги. Иногда излучение приводит к мутациям клеток, которые впоследствии могут переродиться в злокачественные опухоли.

Усиленное ультрафиолетовое излучение неблаготворно сказывается и на сетчатке глаз, вызывая ожог. Поэтому в солнечное время года просто необходимо пользоваться специальными защитными очками.

Ультрафиолетовое излучение — Применение

Применение Ультрафиолетовое излучение

 1)Определение электронной структуры.
    Изучение спектров испускания, поглощения и отражения в УФ-области
позволяет определять электронную структуру атомов, ионов, молекул, а
также твёрдых тел.
     УФ-спектры Солнца, звёзд и др. несут информацию о
физических процессах, происходящих в горячих областях этих космических
объектов (см. Ультрафиолетовая спектроскопия, Вакуумная  
     
спектроскопия). 

 2) Медицина.
    Применение ультрафиолетового излучения в медицине связано с тем, что оно
    обладает бактерицидным, мутагенным, терапевтическим (лечебным),
   антимитотическим и профилактическим действиями, дезинфекция; лазерная
   биомедицина
  
 3) Косметология
   В косметологии ультрафиолетовое облучение широко применяется в соляриях для
   получения ровного красивого загара.
   Витамин Д


   Ультрафиолетовое излучение оказывает существенное воздействие на фосфорно-
  
кальциевый обмен, стимулирует образование витамина D и улучшает все
  
метаболические процессы в организме. Дефицит ультрафиолетовых лучей ведет к


   авитаминозу, снижению иммунитета, слабой работе нервной системы, появлению


    психической неустойчивости.
 
 4) Пищевая промышленность.
Обеззараживания воды, воздуха, помещений, тары и упаковки УФ излучением
Следует подчеркнуть, что использование УФИ как физического фактора
воздействия на микроорганизмы может обеспечить обеззараживание среды
обитания в очень высокой степени, например до 99,9%.

 5) Сельское хозяйство и животноводство.

 6) Полиграфия.
    Технология формования полимерных изделий под действием ультрафиолетового
    излучения (фотохимическое формование) находит применение во многих областях
    техники. В частности, эта технология широко применяется в полиграфии и в
    производстве печатей и штампов.

  7) — Детектор валют

8) Криминалистика

Ученые разработали технологию, позволяющую обнаруживать малейшие дозы
взрывчатых веществ. В приборе для обнаружения следов взрывчатых веществ
используется тончайшая нить (она в две тысячи раз тоньше человеческого
волоса), которая светится под воздействием ультрафиолетового излучения, но
всякий контакт со взрывчаткой: тринитротолуолом или иными используемыми в
бомбах взрывчатыми веществами, прекращает ее свечение. Прибор определяет
наличие взрывчатых веществ в воздухе, в воде, на ткани и на коже
подозреваемых в преступлении
9) Шоу-бизнес.
  Освещение, световые эффекты.
10) Лампы для обезораживания
Для различных применений Ультрафиолетовое излучение промышленность выпускает ртутные, водородные, ксеноновые и др. газоразрядные лампы, окна которых (либо целиком колбы) изготовляют из прозрачных для Ультрафиолетовое излучение материалов (чаще из кварца).

Обеззараживание ультрафиолетовым (УФ) излучением

Стерилизация воздуха и твёрдых поверхностей

Кварцевая лампа, используемая для стерилизации в лаборатории

Ультрафиолетовые лампы используются для стерилизации
(обеззараживания) воды, воздуха и различных поверхностей во всех сферах
жизнедеятельности человека. В наиболее распространённых лампах низкого
давления 86 % излучения приходится на длину волны 254 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 254 нм,
которое оказывает наибольшее влияние на ДНК, однако природные вещества
(например, вода) задерживают проникновение УФ.

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.

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.

Дезинфекция питьевой воды

Дезинфекция воды осуществляется способом хлорирования
в сочетании, как правило, с озонированием или обеззараживанием
ультрафиолетовым (УФ) излучением. Обеззараживание ультрафиолетовым (УФ)
излучением — безопасный, экономичный и эффективный способ дезинфекции.
Ни озонирование, ни ультрафиолетовое излучение не обладают бактерицидным
последействием, поэтому их не допускается использовать в качестве
самостоятельных средств обеззараживания воды при подготовке воды для
хозяйственно-питьевого водоснабжения, для бассейнов.
Озониpование и ультрафиолетовое обеззараживаниe применяются как
дополнительные методы дезинфекции, вместе с хлорированием, повышают
эффективность хлорирования и снижают количество добавляемых
хлорсодержащих реагентов.[8]

Принцип действия УФ-излучения. УФ-дезинфекция выполняется при
облучении находящихся в воде микроорганизмов УФ-излучением определённой
интенсивности (достаточная длина волны для полного уничтожения
микроорганизмов равна 260,5 нм) в течение определённого периода времени.
В результате такого облучения микроорганизмы «микробиологически»
погибают, так как они теряют способность воспроизводства. УФ-излучение в
диапазоне длин волн около 254 нм хорошо проникает сквозь воду и стенку
клетки переносимого водой микроорганизма и поглощается ДНК
микроорганизмов, вызывая нарушение её структуры. В результате
прекращается процесс воспроизводства микроорганизмов. Следует отметить,
что данный механизм распространяется на живые клетки любого организма в
целом, именно этим обусловлена опасность жесткого ультрафиолета.

Хотя по эффективности обеззараживания воды УФ обработка в несколько раз уступает озонированию,
на сегодняшний день использование УФ-излучения — один из самых
эффективных и безопасных способов обеззараживания воды в случаях, когда
объем обрабатываемой воды невелик.

  11) — Химический анализ

     УФ — спектрометрия

    УФ-спектрофотометрия основана на облучении вещества монохроматическим
УФ-излучением, длина волны которого изменяется со временем. Вещество в
разной степени поглощает УФ-излучение с   разными длинами волн. График, по
оси ординат которого отложено количество пропущенного или отраженного излучения, а по оси абсцисс — длина волны, образует спектр.
Спектры уникальны для каждого вещества, на этом основывается
идентификация отдельных веществ в смеси, а также их количественное
измерение.

     Анализ минералов

Многие минералы содержат вещества, которые при освещении
ультрафиолетовым излучением начинают испускать видимый свет. Каждая
примесь светится по-своему, что позволяет по характеру свечения
определять состав данного минерала. А. А. Малахов в своей книге
«Занимательно о геологии» (М., «Молодая гвардия», 1969. 240 с)
рассказывает об этом так: «Необычное свечение минералов вызывают и
катодный, и ультрафиолетовый, и рентгеновский лучи. В мире мёртвого
камня загораются и светят наиболее ярко те минералы, которые, попав в
зону ультрафиолетового света, рассказывают о мельчайших примесях урана
или марганца, включённых в состав породы. Странным „неземным» цветом
вспыхивают и многие другие минералы, не содержащие никаких примесей.
Целый день я провёл в лаборатории, где наблюдал люминесцентное свечение
минералов. Обычный бесцветный кальцит расцвечивался чудесным образом под
влиянием различных источников света. Катодные лучи делали кристалл
рубиново-красным, в ультрафиолете он загорался малиново-красными тонами.
Два минерала — флюорит и циркон — не различались в рентгеновских лучах.
Оба были зелёными. Но стоило подключить катодный свет, как флюорит
становился фиолетовым, а циркон — лимонно-жёлтым.» (с. 11).

Качественный хроматографический анализ

Хроматограммы, полученные методом ТСХ,
нередко просматривают в ультрафиолетовом свете, что позволяет
идентифицировать ряд органических веществ по цвету свечения и индексу
удерживания.

   

  12) — Ловля насекомых

Ультрафиолетовое излучение нередко применяется при ловле насекомых на
свет (нередко в сочетании с лампами, излучающими в видимой части
спектра). Это связано с тем, что у большинства насекомых видимый
диапазон смещён, по сравнению с человеческим зрением, в коротковолновую
часть спектра: насекомые не видят того, что человек воспринимает как
красный, но видят мягкий ультрафиолетовый свет.


  13) — Ультрафиолет в реставрации

Один из главных инструментов экспертов — ультрафиолетовое,
рентгеновское и инфракрасное излучение. Ультрафиолетовые лучи позволяют
определить старение лаковой пленки — более свежий лак в ультрафиолете
выглядит темнее. В свете большой лабораторной ультрафиолетовой лампы
более темными пятнами проступают отреставрированные участки и кустарно
переписанные подписи. Рентгеновские лучи задерживаются наиболее тяжелыми
элементами. В человеческом теле это костная ткань, а на картине —
белила. Основой белил в большинстве случаев является свинец, в XIX веке
стали применять цинк, а в XX-м — титан. Все это тяжелые металлы. В
конечном счете, на пленке мы получаем изображение белильного подмалевка.
Подмалевок — это индивидуальный «почерк» художника, элемент его
собственной уникальной техники. Для анализа подмалевка используются базы
рентгенограмм картин великих мастеров. Также эти снимки применяются для
распознания подлинности картины.

свойства излучения, применение в медицине, влияние на организм человека и методы защиты

Солнце, как и другие звезды, излучает не только видимый свет — оно производит целый спектр электромагнитных волн, отличающихся частотой, длиной и количеством переносимой энергии. Этот спектр делится на диапазоны от радиации до радиоволн, и самым важным среди них является ультрафиолет, без которого невозможна жизнь. В зависимости от различных факторов УФ-излучение может приносить как пользу, так и вред.

Подтипы ультрафиолетового излучения

Ультрафиолет — это участок электромагнитного спектра, находящийся между видимым и рентгеновским излучением и имеющий длину волны от 10 до 400 нм. Такое название он получил как раз из-за своего расположения — сразу за диапазоном, который воспринимается человеческим глазом как фиолетовый цвет.

Ультрафиолетовый диапазон измеряется в нанометрах и делится на подгруппы в соответствии с международным стандартом ISO:

  • ближний (длинноволновой) — 300−400 нм;
  • средний (средневолновой) — 200−300 нм;
  • дальний (коротковолновый) — 122−200 нм;
  • экстремальный — длина волны равна 10−121 нм.

В зависимости от того, к какой группе относится ультрафиолетовое излучение, свойства его могут изменяться. Так, подавляющая часть диапазона является невидимой для человека, но ближний ультрафиолет можно увидеть, если он имеет длину волны 400 нм. Такой фиолетовый свет испускают, например, диоды.

Поскольку разные диапазоны света отличаются количеством переносимой энергии и частотой, подгруппы значительно отличаются проникающей способностью. Например, при воздействии на человека ближние УФ-лучи блокируются кожей, а средневолновое излучение может проникнуть в клетки и вызвать мутации ДНК. Это свойство используется в биотехнологии для получения генномодифицированных организмов.

Как правило, на Земле можно встретиться только с ближним и средним ультрафиолетом: такое излучение поступает от Солнца, не блокируясь атмосферой, а также генерируется искусственным путем. Именно лучи 200−400 нм играют большую роль в развитии жизни, ведь с их помощью растения вырабатывают кислород из углекислого газа. Опасное же для живых организмов жесткое коротковолновое излучение не попадает к поверхности планеты благодаря озоновому слою, который частично отражает и поглощает фотоны.

Источники ультрафиолета

Природными генераторами электромагнитного излучения являются звезды: в процессе термоядерного синтеза, происходящего в центре

Ультрафиолетовое излучение — 21 Июня 2012 – Земля

Солнце посылает нам свет, тепло
и ультрафиолетовое (УФ) излучение. Все мы подвергаемся воздействию
ультрафиолетового излучения, поступающего от
солнца, а также от искусственных источников, используемых в
промышленности, торговле и других отраслях экономики.  

Область ультрафиолетового излучения включает волны диапазоном 100 – 400 нм и условно делится на три группы:

  • УФ-А (UVA) (315–400 нм)
  • УФ-В (UVB) (280–315 нм)
  • УФ-С (UVC) (100–280 нм)

Все UVC излучения и приблизительно 90% UVB излучений при прохождении
сквозь атмосферу поглощаются озоном, парами воды, кислородом и
углекислым газом. Менее всего подвергается воздействию атмосферы UVA
излучение .
Таким образом, ультрафиолетовое излучение, достигающее Земную
поверхность, в основном состоит из UVA и небольшой части UVB излучений.

Влияние природных факторов на уровень ультрафиолетового излучения:

Высота Солнца

Чем выше в небе находится солнце, тем выше уровень ультрафиолетового
излучения.
Следовательно,уровень ультрафиолетового излучения меняется в
зависимости от времени суток и времени года. Вне тропиков наивысшая
степень излучения наблюдается в летние месяцы при нахождении солнца в
зените в районе полудня.

Широта

При приближении к экваториальным регионам степень излучения повышается.

Облачность

Степень ультрафиолетового излучения выше при безоблачном небе, но даже
при наличии облаков степень ультрафиолетового излучения может быть
высока. В этом случае ультрафиолетовое излучение, рассеиваясь,
отражается различными поверхностями, и поэтому общий уровень
ультрафиолетового излучения может быть достаточно высок.

Высота

При увеличении высоты уменьшающийся слой атмосферы поглощает
ультрафиолетовое излучение в меньшей степени. С увеличением высоты на
каждые 1000 м уровень ультрафиолетового излучения возрастает на 10% —
12%.

Озон

Озоновый слой поглощает часть ультрафиолетового излучения, направленного
на земную поверхность. Толщина озонового слоя меняется в течение года и
даже суток.

Отражение от поверхности Земли

Ультрафиолетовое излучение отражается или рассеивается в разной степени
различными поверхностями, например, чистый снег может отражать до 80%
ультрафиолетового излучения, сухой прибрежный песок около 15%,
морская пена около 25%.

  1. Более 90% УФ излучения может проникать сквозь небольшую облачность.
  2. Чистый снег отражает до 80% УФ излучения.
  3. УФ излучение усиливается на 4% при подъеме на каждые 300 м.
  4. Люди, работающие в помещении, за год подвергаются воздействию
    УФ излучения в 5-10 раз меньше, чем люди, работающие вне помещений.
  5. В воде на глубине 0,5 м уровень УФ излучения составляет 40% от уровня УФ излучения на поверхности.
  6. 60% от общего количества УФ излучения мы получаем в промежуток времени от 10-00 до 14-00 ч.
  7. Тень уменьшает уровень УФ-излучения на 50% и более.
  8. Белый песок отражает до 15% УФ излучения.


Влияние ультрафиолетового излучения на здоровье

Небольшое количество ультрафиолетового излучения полезно и необходимо
для выработки витамина Д. Ультрафиолетовое излучение также используется
для лечения некоторых болезней, в их числе рахит, псориаз и экзема.
Лечение проводится под медицинским наблюдением, принимая в расчет
пользу лечения и риск от воздействия ультрафиолетового излучения.
Однако длительное воздействие ультрафиолетового излучения на человека
может привести к острым и хроническим поражениям кожи, глаз и имунной
системы.
Популярным заблуждением является то, что только светлокожое население
должно быть обеспокоено чрезмерным «пребыванием на солнце». Более
темная кожа имеет большее содержание защитного пигмента меланина. У
людей с такой кожей наблюдается меньший процент развития рака кожи.
Однако рак кожи диагностируется и у этой группы населения, но часто на
более поздней и более опасной стадии.
Риск повреждения глаз и имунной системы ультрафиолетовым излучением не зависит от типа кожи.
Наиболее известными острыми поражениями в результате чрезмерного
воздействия ультрафиолетового излучения являются солнечные ожоги и загар
, при длительном воздействии ультрафиолетовое излучение вызывает
дегенеративные изменения в клетках и кровеносных сосудах, что приводит к
преждевременному старению кожи. Ультрафиолетовое излучение может также
вызывать острое поражение глаз.
Хронические поражения включают рак кожи и катаракту.
Ежегодно отмечается 2-3 миллиона случаев заболевания незлокачественным
раком кожи и 132000 случая заболевания меланомой кожи. Незлокачественный
рак кожи может быть удален хирургическим путем и редко приводит к
летальному исходу, злокачественная меланома является одним из
показателей причин смертности светлокожего населения.
Ежегодно приблизительно 12 – 15 миллионов человек слепнут по причине
катаркты. Согласно проведенным исследованиям до 20% случаев слепоты
могут быть вызваны или усилены воздействием солнца, особенно в Индии,
Пакистане и других странах, близких к экватору.
Также существует предположение, что ультрафиолетовое излучение может
увеличивать риск инфекционных болезней и ограничивать эффективность
вакцинаций.
Однако, несмотря на все вышеуказанное, многие считают интенсивное
загорание нормальным. Дети, подростки и их родители воспринимают загар
как показатель привлекательности и хорошего здоровья.

Группа риска

  • Длительное пребывание на солнце в детстве увеличивает риск развития
    в дальнейшем рака кожи и может причинить серьезный вред глазам.
  • Все дети до 15 лет имеют чувствительную кожу и глаза – защищайте их и сами подавайте им
    хороший пример!
  • Дети до одного года не должны находиться под прямыми лучами солнца!
  • Родители, защищайте детей от солнца! Учите их применению солнцезащитных средств и режиму пребывания на солнце!

Влияние истощения озонового слоя на здоровье

Истощение озонового слоя, вероятно, усилит неблагоприятные
последствия ультрафиолетового излучения, так как стратосферный озон
является его эффективным поглотителем.
С уменьшением озонового слоя защитный фильтр, представляемый атмосферой,
уменьшается. Соответственно, население и окружающая среда подвергаются
более высокой степени ультрафиолетового излучения, в особенности
излучению UVB, которое оказываает большое влияние на здоровье людей,
животных, морские организмы и жизнь растений.
Вычислительные модели предсказывают, что уменьшение стратосферного
озона на 10% может вызвать дополнительно 300 000 незлокачественных, 4500
злокачественных заболеваний раком кожи и 1,6 – 1,75 миллионов случаев
заболевания катарактой ежегодно.

ГЛОБАЛЬНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ (УФ) ИНДЕКС

Введение

С 1970-х годов отмечается увеличение количества заболеваний раком
кожи среди светлокожего населения. Это увеличение связывается с
привычками населения пребывать «на солнце» под его ультрафиолетовым
компонентом и общераспространенным мнением о привлекательности и пользе
загара.
Таким образом, появляется острая необходимость повышения
осведомленности населения о вредном воздействии ультрафиолетового
излучения, имеющая целью изменение привычек населения для
предотвращения тенденции к увеличению случаев заболевания раком кожи.
Глобальный ультрафиолетовый индекс является упрощенной мерой измерения
уровня ультрафиолетовой радиации на поверхности Земли и индикатором
потенциальной опасности для кожи. Он служит средством повышения
осведомленности населения и предупреждения о необходимости применения
защитных мер от воздействия ультрафиолетвого излучения.
УФИ был разработан Всемирной Организацией Здравоохранения при
содействии Программы Объединенных Наций об окружающей среде, Всемирной
Метеорологической Организации, Международной Комиссии по защите от
неионизирующего излучения, Немецкого Федерального Офиса защиты от
радиации.
Начиная с первого оглашения в 1995 г., было проведено несколько
международных встреч экспертов (Les Diablerets; Baltimore, 1996; Les
Diablerets, 1997; Munich, 2000) с целью упорядочения информирования
населения об УФИ и активизации использования УФИ как средства защиты от
солнца.

Что такое глобальный солнечный ультрафиолетовый индекс ?

Глобальный солнечный УФ-индекс (УФИ, UV index, UVI) характеризует
уровень солнечного ультрафиолетового излучения у поверхности Земли.
УФ-индекс принимает значения от нуля и выше. При этом чем больше
значение УФ-индекса, тем больше потенциальная опасность для кожи и глаз
человека и тем меньше время, требуемое для причинения вреда здоровью.
Значения УФ-индекса соответствуют уровням воздействия ультрафиолетового излучения солнца по следующим категориям:

Уровень солнечного воздействия Значение УФ-индекса
низкий 2 и менее
средний 3-5
высокий 6-7
очень высокий 8-10
экстремальный 11 и более

Зачем нужен ультрафиолетовый индекс?

УФ-индекс является важным средством повышения осведомленности
населения о риске чрезмерного пребывания в зоне ультрафиолетового
излучения и предупреждает о необходимости применения солнцезащитных
средств.

Уровень ультрафиолетового излучения и, следовательно, значения УФ-
индекса различны в течение суток. Обычно показывается максимальное
значение ультрафиолетового излучения, наблюдаемое в 4-часовой период в
районе солнечного полудня. Солнечный полдень длится с 12 часов до 14
часов дня.
Люди, строя планы на день и решая «в чем выйти», обычно руководствуются
прогнозом погоды (или видом из окна) и особенно прогнозом температуры
воздуха.
Аналогично температурной шкале, УФ-индекс показывает уровень
ультрафиолетового излучения и возможную опасность воздействия Солнца.
Зная прогноз УФ-индекса, каждый может сделать выбор, способствующий сохранению здоровья.

Даже для людей с очень чувствительной светлой кожей риск причинения
вреда здоровью минимален при значениях УФ-индекса ниже 3, и при
нормальных обстоятельствах применение защитных средств не требуется.
Защита необходима при з

Домашняя медицина — Озон и ультрафиолет и их применение для дезинфекции.

Нас часто спрашивают, что лучше для дезинфекции, озон или ультрафиолет. В частности, что лучше для дезинфекции поверхностей и воздуха в помещении.
Попробуем поподробнее разобраться с этим вопросом.

Здесь мы не будем рассматривать применение озона  и ультрафиолета для терапии в медицине. В медицине озон часто используют для стимуляции кроветворения и повышения иммунитета. При клинических исследованиях были получены самые разнообразные результаты от положительных до полного отсутствия результата. Классическая медицина в некоторых странах совсем не признает озонотерапию в качестве метода лечения.
Ультрафиолетовое облучение крови, как показывает статистика, способно значительно улучшить многие процессы в организме человека, хотя и является недостаточно изученным. Существуют некоторые данные, говорящие о том, что при при сравнении результатов лечения медикаментозными средства и методом ультрафиолетового облучения крови становится ясно, что ультрафиолетовое облучение гораздо эффективнее, к тому же не обладает таким большим количеством побочных воздействий.
Но сравнение этих двух методов терапии выходит за рамки нашей статьи.

ОЗОН.

Свойства озона.
Озон — это химическое вещество, имеющее в составе 3 атома кислорода, в отличие от кислорода воздуха. Обычный кислород О2 состоит из двух атомов, двойная связь между которыми прочная, достаточно устойчивая. Но когда одна из связей рвётся и к ней присоединяется ещё один атом, то образуется озон О3. В обычных условиях это газ с приятным свежим запахом, голубоватого цвета.
В воздухе при нормальном атмосферном давлении концентрация озона уменьшается наполовину примерно через 10 мин., при этом образуются молекулы кислорода и воды. В воде концентрация озона падает в 2 раза через 20-30 мин., при этом образуются гидроксильная группа и молекула воды.
В природных условиях озон образуется в частности под действием ультрафиолетового излучения солнца. Поэтому наша планета имеет озоновую оболочку в верхних слоях атмосферы. Ультрафиолет, воздействуя на кислород, переводит его в озон. Это возможно только высоко над землёй, где интенсивность солнечного излучения максимальна. В то же время под действием космического излучения, озоновый слой постепенно разрушается. Озоновый слой, постепенно разрушаясь, защищает Землю от ионизирующего излучения. Однако, чрезмерное разрушение озонового слоя в силу естественных причин или антропогенных факторов может стать опасным для живых организмов. Таким образом, озон – это газ природного происхождения, который, находясь в стратосфере, защищает население планеты от негативного воздействия ультрафиолетовых лучей и жесткого космического излучения.  
В природе озон также образуется во время грозы при прохождении сильных электрических разрядов.
В условиях производства этот газ возникает при сварочных работах, процедурах электролиза воды, вблизи высоковольтных линий электропередач, при работе копировальных установок.

Вред больших концентраций озона на организм человека.
Вреден или полезен озон для человека?

Сначала рассмотрим положительное действие этого вещества в небольших концентрациях.

  • Озоновый слой защищает Землю от пагубного воздействия солнечной радиации.
  • Оказывает лечебное действие, убивая микробы (бактерии, вирусы, грибы).
  • Совершенствует процесс дыхания в живых организмах, периферическое движение крови.
  • Снижает свёртываемость крови.
  • Оказывает антиоксидантное действие.
  • Запускает синтез биологически активных веществ в организме.
  • Стимулирует кроветворение и иммунную систему.
  • Способен уменьшать болевые ощущения, выводить токсины из организма.

Такое воздействие озона на человека наблюдается при нормальной дозе. Теперь разберёмся, какую дозу следует считать нормальной.
ВОЗ установила предельно допустимые концентрации озона в воздухе:

  • для жилой зоны до 30 мкг/м3;
  • для промышленной — до 100 мкг/м3;
  • разовая максимальная доза — 1600 мкг/м³.

В действительности же реальный уровень озона в воздухе превышает предельно допустимый уровень в несколько раз. А при солнечной жаркой погоде и в 10 раз. Чем больше задымленность городского воздуха, тем больше озона в нём содержится в жаркую погоду. Иногда в летнее время в густонаселённых мегаполисах может наблюдаться концентрация озона до 1000 мкг/м3.

Воздействие на человека.

Озон относится к высшему классу токсичности. Ему уступают даже хлор и синильная кислота. Отравление озоном может привести к развитию аллергии и раздражающего действия на дыхательные пути, развитию атеросклероза, повреждению репродуктивной системы, обострению сердечно-сосудистых заболеваний.

Признаки отравления озоном возникают практически сразу после контакта. Попадая в дыхательные пути, он вызывает першение в горле, чувство жжения и боли за грудиной, затруднение дыхания, головную боль. Затем человек чувствует, что ему сложно сделать глубокий вдох, поэтому дыхание становится прерывистым, частым, поверхностным. При более длительном воздействии в бронхах и альвеолах наступают структурные изменения. Возникает бронхит, пневмония, эмфизема, бронхоспазм у здоровых людей или обострение бронхиальной астмы у страдающих этим заболеванием. Объем дыхания уменьшается. Отсроченными эффектами действия озона являются неврологические нарушения (рассеянность, снижение внимания). Воздействуя на глаза, озон вызывает слезотечение, рези, боль в глазах, иногда потерю зрения.

При систематическом контакте с озоном нарушаются не только дыхательные функции. Возникает анемия, нарушение свёртываемости крови, кровотечения и кровоизлияния, повышается артериальное давление, появляются заболевания сердца и почек, снижается секреторная способность желудка. Страдают и окислительные процессы. Вредные радикалы циркулируют по всему организму, повреждая клетки.

Озон в больших концентрациях является канцерогеном. Он оказывает повреждающее действие на дезоксирибонуклеиновую кислоту клеток (ДНК), вызывая мутации.

Применение озона.

Использование озона для дезинфекции воды.

Наиболее часто озон применяется в установках очистки и обеззараживания воды в качестве сильного окислителя , в устройствах водоподготовки на водозаборных станциях, при производстве питьевой бутилированной воды. В отличие от хлорирования и фторирования, при озонировании в воду не вносится никаких дополнительных химических соединений. После озонирования, озон быстро распадается. При этом минеральный состав и pН воды остаются без изменений.
Органические загрязнения в воде разрушаются, предотвращая тем самым дальнейшее развитие микроорганизмов. Под воздействием озона разрушаются большинство гербицидов, пестицидов, нефтепродукты, моющие средства, многие соединения серы и хлора. Быстро распадаясь озон превращается в кислород, улучшая вкусовые свойства воды.
Установки для озонирования воды находят свое применение в устройствах очистки воды в плавательных бассейнах, аквапарках и др.

Использование озона для дезинфекции воздуха в помещениях.

В медицинских учреждениях используются озонаторы, вырабатывающие озон из кислорода воздуха. С помощью озонаторов проводится обработка помещений, стерилизация инструментов и расходных материалов. Озонаторы также применяются для обеззараживания и стерилизации в фармакологии. Но учитывая потенциальный вред озона, дезинфекцию помещений проводят только при отсутствии в них людей. После обработки помещения должны обязательно проветриваться свежим воздухом.

Использование озона для устранения запахов.

Что такое окисление? Простым языком — это сжигание какого-либо вещества, под действием окислителя. В зависимости от эффективности окислителя изменяется скорость процесса окисления.
Когда на кухонной плите подгорают какие-то продукты, достаточно проветрить кухню, открыв окно. Приток свежего воздуха во-первых, заменит объем загрязненного воздуха, во-вторых, содержащийся в воздухе кислород окислит и нейтрализует молекулы, являющиеся причиной неприятного запаха.
Для нейтрализации слабых запахов достаточно кислорода, содержащегося в воздухе. В случае с сильным неприятным запахом и острой реакцией человека на эти запахи, помогают различные технологии, ускоряющие процесс — различные поглотители запахов и озонирование.
Озон — помощник в случаях с очень стойкими запахами и необходимостью избавиться не только с последствиями, но и с причиной этих запахов.

Озон уничтожает паразитов.

В некоторых исследованиях проводилось испытание воздействия озона на чесоточного клеща — паразита, вызывающего чесотку.
Эффективность уничтожения чесоточного клеща озоном — 100%. Вещи больного чесоткой человека, как и постельные принадлежности, можно обрабатывать озоном и не бояться того, что часть из них придётся выкинуть после стирки и дезинфекции.
Кроме чесоточного клеща, озон уничтожает клеща Варроа, паразитирущего на пчелах и довольно часто используется в пчеловодстве для дезинфекции ульев.

Озон устраняет аллергены.

Окисляющие свойства озона помогают бороться с аллергией. Озон окисляет причины возникновения аллергии — аллергены и ферменты, вызывающие аллергию.
Озон помогает людям с аллергией на животных, тем кто страдает от пылевого клеща и аллергии на пыльцу. Суть проста — озон окисляет вещества, вызывающие аллергию, делает их неактивными, так что аллергик перестаёт остро реагировать на содержащиеся в воздухе аллергены.

Недостатки метода озонирования.

При использовании озонаторов необходимо всегда помнить, что в обрабатываемом помещении не должны находиться люди или животные. Ни в коем случае нельзя превышать допустимые концентрации озона в помещении.
Существенными недостатками являются способность озона при длительном воздействии разъедать определенные материалы, такие, например, как натуральный каучук, и его потенциальная токсичность для человека…

Воздействие озона на вирусы.

Озон подавляет (инактивирует) вирус, частично разрушая его оболочку. Прекращается процесс его размножения и нарушается способность вирусов соединяться с клетками организма.
Вирусы, имеющие липидную оболочку, особенно чувствительны к действию озона – любые изменения строения липидов равносильны их гибели. При нарушении структуры липидной оболочки данных вирусов их ДНК или РНК не способна реплицироваться, из-за чего происходит сбой в их жизненном цикле.
Существует много публикаций, как признающих положительное воздействие озона при борьбе с вирусными инфекциями, так и полностью отрицающих положительный эффект.
Найти документальное подтверждение вирулицидности озона по отношению к вирусам, а тем более по отношению к  COVID-19,  трудно, и в связи с этим вокруг процедуры озонирования ходит множество слухов и легенд.

Однако официальный документ, признанный мировым медицинским сообществом, все же есть. Он одобрен Всемирной Организацией Здоровья и рекомендован к применению при соблюдении всех правил безопасности и четкого следования инструкции.

Это официальное экспертное заключение Международного научного комитета по озонотерапии (ISCO3) – ISCO3 / EPI / 00/04 от 14 марта 2020 г. «ПОТЕНЦИАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОЗОНА ПРИ ИНФЕКЦИИ SARS-COV-2 / COVID-19»

Приведем цитату из этого документа:

«Озон можно использовать для дезинфекции загрязненных вирусами сред. Его максимальная противовирусная эффективность требует короткого периода высокой влажности (> 90% относительной влажности) после достижения пиковой концентрации газообразного озона (20 — 25 ppm, 39-49 мг/м3). В качестве газа он может проникать во все области внутри помещения, включая щели, светильники, ткани, больничную палату, общественный транспорт, гостиничный номер, кабину круизного лайнера, офис и т.д., а также под поверхности мебели, что гораздо эффективнее, чем жидкие аэрозоли, наносимые вручную, и аэрозоли. Обрабатываемая среда не должна содержать людей и животных из-за относительной токсичности озона при вдыхании…
Вирусы изучались по характеру их взаимодействия с озоном. После 30 секундного воздействия озона 99% вирусов были инактивированы и продемонстрировали повреждение белковой оболочки, что может привести к нарушению их прикрепления к нормальным клеткам и разрушению одноцепочечной РНК. Газообразный озон, тем не менее, обладает рядом потенциальных преимуществ по сравнению с другими дезактивирующими газами и жидкими химическими веществами. Таким образом, озон является природным соединением, легко генерируется из кислорода или воздуха и распадается с образованием кислорода, имея период полураспада около 20 минут (± 10 минут в зависимости от характеристик окружающей среды)…
Исследование показало, что обработка озоном содержащих вирус образцов, высушенных на твердых поверхностях (пластмассе, стали и стекле) и мягких поверхностях, таких как ткань, хлопок и ковер, были в равной степени уязвимы для обработки. Используя соответствующие генераторы при соответствующих концентрациях озона, можно достичь дезинфекции помещения, больничной палаты, общественного транспорта, гостиничных номеров, кают круизных лайнеров, офисов итд. В обеззараживаемой среде не должны находиться люди и/или животные из-за токсической природы озона при вдыхании…
Газообразный озон также использовался для дезинфекции больничного белья. Кроме того, он может использоваться для очистки сточных вод. Очистка сточных вод уменьшает количество всех вирусов, но дальнейшее озонирование уменьшило количество нескольких вирусов до необнаружимых уровней, что указывает на то, что это многообещающий метод для снижения передачи многих патогенных вирусов человека. Водные растворы озона используются в качестве дезинфицирующих средств во многих коммерческих ситуациях, включая очистку сточных вод, прачечных, питьевую воду и обработку пищевых продуктов. Озон рассматривается как высокоэффективное дезинфицирующее средство для борьбы с вирусами. Воздействие озона снижает инфекционную способность вируса путем активирующего влияния на перекисное окисление липидов с последующим повреждением липидной оболочки и белковой оболочки.»
…конец цитаты.

Как говорится, комментарии излишни.

Получение озона.

Для получения озона используется несколько способов:

  1. Воздействие электрического разряда на кислород воздуха — наиболее эффективный способ, который часто используется в озонаторах, в том числе бытовых.
  2. Воздействие на кислород ультрафиолетовыми лучами. Но этот способ малоэффективный, так как количество получаемого озона очень мало, поэтому этот метод редко используется.
  3. Химическая реакция. Этот метод дорогостоящий из-за применяемых реактивов.

Озонаторы могут быть промышленными, медицинскими или для домашнего использования. Основное отличие озонаторов в количестве вырабатываемого газа и в том, производят озонаторы его из воздуха, или из чистого кислорода.

УЛЬТРАФИОЛЕТ.

Свойства ультрафиолетового излучения.

Бактерицидное действие оказывает жесткий ультрафиолет – UVC, и в меньшей степени ультрафиолет средней жесткости – UVB. Явное бактерицидное действие оказывает только узкий диапазон ультрафиолетового излучения с длиной волны 230…300 нм, то есть примерно четверть от всего ультрафиолетового диапазона.

Кванты с длинами волн в этом диапазоне поглощаются нуклеиновыми кислотами, что приводит к разрушению структуры ДНК и РНК. Помимо бактерицидного, то есть убивающего бактерии, этот диапазон оказывает вирулицидное (противовирусное), фунгицидное (противогрибковое) и спороцидное (убивающее споры) действие. В том числе убивается вызвавший пандемию  РНК-содержащий вирус SARS-CoV-2.

Бактерицидное действие солнечного света

Бактерицидное действие солнечного света относительно невелико.
Солнечный надатмосферный UVC образует в верхних слоях атмосферы озон, называемый озоновым слоем. Энергия химической связи в молекуле озона ниже, чем в молекуле кислорода и поэтому озон поглощает кванты меньшей энергии, чем кислород. И если кислород поглощает только UVC, то озоновый слой поглощает UVC и UVB. Получается, что солнце самым краешком ультрафиолетовой части спектра генерирует озон, и этот озон затем поглощает большую часть жесткого солнечного ультрафиолета, защищая Землю.
Бактерицидное действие солнечного света у поверхности земли незначительно. Часть спектра, способная оказывать бактерицидное действие, почти полностью поглощается озоновым слоем и атмосферой. В разное время года и в разных широтах ситуация немного различается, но качественно похожа.

Опасность ультрафиолетового излучения.

Бактерицидный ультрафиолет UVC разрушает РНК и ДНК, включая человеческие. Эпидермис и в первую очередь роговой слой отмерших клеток, защищает живую ткань от UVC. По данным ВОЗ ниже эпидермального слоя проникает только менее 1% излучения UVC. Более длинные волны UVB и UVA проникают на большую глубину. Именно они вызывают «загар» кожи.

Ультрафиолетовое излучение в диапазоне до 300 нм вызывает эритему кожи (солнечный ожог). Поэтому, даже при незначительном объеме этого коротковолнового ультрафиолета, достигающего поверхности Земли, не стоит подолгу находится на солнце без специальных защитных мер.

Если бы солнечного ультрафиолета не было, возможно, люди бы не имели эпидермиса и рогового слоя. Но так как люди эволюционировали под солнцем, слизистыми являются только защищенные от солнца поверхности. Наиболее уязвима слизистая поверхность глаза, условно защищенная от солнечного ультрафиолета веками, ресницами, бровями, моторикой лица, и привычкой не смотреть на солнце.

Когда впервые научились заменять хрусталик на искусственный, офтальмологи столкнулись с проблемой ожогов сетчатки. После дополнительных исследований выяснилось, что живой человеческий хрусталик для ультрафиолета непрозрачен и защищает сетчатку. После этого стали делать непрозрачными для ультрафиолета и искусственные хрусталики.

Собственный глаз освещать ультрафиолетом не стоит, так как со временем хрусталик мутнеет, в том числе из-за набранной с годами дозы ультрафиолета, и может потребоваться его замена на искусственный.
При воздействии ультрафиолетового излучения относительно быстро воспаляются слизистые оболочки глаза, возникает фотокератит и фотоконъюнктивит. Слизистые становятся красными, и появляется ощущение «песка в глазах». Эффект проходит через несколько дней, но многократные ожоги могут привести к помутнению роговицы. Точно такой же эффект возникает, если не защищать глаза от искусственных источников ультрафиолета или от воздействия излучения от электродуговой сварки.

Длительное воздействие на глаза прямого яркого солнечного света, света, отраженного от заснеженных поверхностей, особенно в высоких широтах, в горах, на ледниках со временем может также вызвать довольно серьезные заболевания глаз.

Применение ультрафиолетового излучения для дезинфекции.

Количество выживших микроорганизмов на поверхностях и в воздухе при увеличении дозы ультрафиолета снижается по экспоненте. К примеру, доза, убивающая 90% микобактерий туберкулеза – 10 Дж/м2. Две таких дозы убивают 99%, три дозы убивают 99,9% и т.д.
Экспоненциальная зависимость примечательна тем, что даже малая доза убивает большую часть микроорганизмов.

Среди патогенных микроорганизмов наиболее устойчива к ультрафиолету сальмонелла. Доза, убивающая 90% ее бактерий — 80 Дж/м2. Среднее значение дозы, убивающей 90% коронавирусов – 67 Дж/м2. Но для большей части микроорганизмов эта доза не превышает 50 Дж/м2.

Для практических целей можно запомнить, что стандартная доза, дезинфицирующая с эффективностью 90%, – это 50 Дж/м2.

По действующей, утвержденной Минздравом России методике использования ультрафиолета для обеззараживания воздуха, максимальная эффективность дезинфекции «три девятки» или 99,9% требуется для операционных, родильных домов и т.д. Для школьных классов, помещений общественных зданий и т.д. достаточна «одна девятка», то есть 90% уничтоженных микроорганизмов. Это значит, что в зависимости от категории помещения достаточно от одной до трех стандартных доз или 50…150 Дж/м2.

Пример оценки необходимого времени облучения: допустим, необходимо дезинфицировать воздух и поверхности в комнате размером 5 × 7 × 2,8 метра, для чего используется одна открытая лампа TUV 30W.

В техническом описании лампы указан бактерицидный поток 12 Вт. В идеальном случае весь поток идет строго на дезинфицируемые поверхности, но в реальной ситуации половина потока пропадет без пользы, например будет избыточно интенсивно освещать стенку за светильником. Поэтому будем рассчитывать на полезный поток 6 Вт. Общая облучаемая площадь поверхностей в помещении – пол 35 м2 + потолок 35 м2 + стены 67 м2, итого 137 м2.

После расчетов можно увидеть, что за час работы этой лампы на поверхности помещения приходится доза около 150 Дж/м2, что соответствует трем стандартным дозам 50 Дж/м2 или «трем девяткам» – 99,9% бактерицидной эффективности, т.е. требованиям к операционным. А так как рассчитанная доза, прежде чем упасть на поверхности, прошла через объем комнаты, можно также утверждать, что с не меньшей эффективностью продезинфицирован и воздух.

Если требования к стерильности невелики и достаточно «одной девятки», для рассмотренного примера нужно в три раза меньшее время облучения – округленно 20 минут.

Защита от ультрафиолета.

Основная мера защиты во время дезинфекции ультрафиолетом – уходить из помещения. Находиться рядом с работающей УФ-лампой, но отводить взгляд не поможет, слизистые глаза все равно облучатся излучением, отраженным от поверхностей помещения. Существуют модели облучателей открытого типа с таймером, который дает задержку на включение устройства. Тем самым они дают время на то, чтобы человек успел покинуть помещение до включения лампы.

Частичной мерой защиты слизистых глаза могут быть стеклянные очки. Но только частичной, так как стекло тоже в какой-то степени пропускает ультрафиолет.
Уверенно можно сказать, что не пропускают ультрафиолет специальные линзы очков с маркировкой UV400.

Источники ультрафиолетового излучения.

Ультрафиолетовые светодиоды.

Для дезинфекции можно использовать специализированные коротковолновые UVC–диоды с длиной волны 265 нм. Стоимость модуля на диодах, который заменил бы ртутную бактерицидную лампу, превосходит стоимость лампы на три порядка, поэтому на практике такие решения для дезинфекции больших площадей не используются. Но существуют компактные устройства на УФ-диодах для дезинфекции малых площадей – инструментов, телефонов, вкладышей слуховых аппаратов, зубных щеток, зубных протезов, мест повреждений кожи и.т.д.

Ртутные лампы низкого давления.

Ртутная лампа низкого давления – это стандарт, с которым сравниваются все другие источники.
Основная доля энергии излучения паров ртути при низком давлении в электрическом разряде приходится на длину волны 254 нм, идеально подходящую для дезинфекции. Небольшая часть энергии излучается на длине волны 185 нм, интенсивно генерирующей озон. И совсем небольшое количество энергии излучается на других длинах волн, включая видимый диапазон.

В обычных люминесцентных лампах белого света стекло колбы, изнутри покрытое люминофором, не пропускает наружу ультрафиолет, излучаемый парами ртути при работе лампы. Но сам люминофор, порошок белого цвета на стенках колбы, под действием ультрафиолета светится в видимом диапазоне.

Лампы UVB или UVA устроены похожим образом, стеклянная колба не пропускает пики 185 нм и пик 254 нм, но люминофор под действием коротковолнового ультрафиолета излучает не видимый свет, а длинноволновый ультрафиолет. Это лампы технического назначения. А так как спектр ламп UVA похож на солнечный, аналогичные лампы используются еще и для загара. Сравнение спектра с кривой бактерицидной эффективности показывает, что использовать лампы UVB и тем более UVA для дезинфекции нецелесообразно.

Ртутная бактерицидная лампа низкого давления UVC отличается от люминесцентных тем, что на стенках колбы нет люминофора, а колба выполнена из специального стекла, пропускающего ультрафиолет. Основная линия 254 нм пропускается всегда, а генерирующая сопутствующий озон линия 185 нм может быть оставлена в спектре лампы или убрана колбой из стекла с селективным пропусканием. Такие лампы называются безозоновыми.

Озон оказывает дополнительное бактерицидное действие, но является канцерогеном, поэтому чтобы не ждать выветривания озона после дезинфекции, используют безозоновые лампы без линии 185 нм в спектре. Эти лампы имеют почти идеальный спектр — основная линия с высокой бактерицидной эффективностью 254 нм, очень слабое излучение в небактерицидных диапазонах ультрафиолета, и небольшое «сигнальное» излучение в видимом диапазоне.

Ультрафиолетовое излучение вред и польза

Ультрафиолетовое излучение: применение, польза и вред :

Содержащиеся в атмосфере Земли кислород, солнечные лучи и вода являются основными условиями способствующими продолжению жизни на планете. Исследователями давно доказано, что интенсивность и спектр солнечной радиации в вакууме, существующем в космосе, остается неизменным.

На Земле же интенсивность ее воздействия, которую мы называем ультрафиолетовым излучением, зависит от множества факторов. В их числе: время года, географическое расположение местности над уровнем моря, толщина озонового слоя, облачность, а также уровень концентрации промышленных и естественных примесей в воздушных массах.

Ультрафиолетовые лучи

Солнечный свет доходит до нас в двух диапазонах. Человеческий глаз способен различить только один из них. В невидимом для людей спектре и находятся ультрафиолетовые лучи. Что они представляют собой? Это не что иное, как электромагнитные волны. Длина ультрафиолетового излучения находится в диапазоне от 7 до 14 нм. Такие волны несут на нашу планету огромнейшие потоки тепловой энергии, из-за чего их нередко называют тепловыми.

Под ультрафиолетовым излучением принято понимать обширный спектр, состоящий из электромагнитных волн с диапазоном, условно разделенным на дальние и ближние лучи. Первые из них считаются вакуумными. Их полностью поглощают верхние слои атмосферы. В условиях Земли их генерирование возможно только в условиях вакуумных камер.

Что касается ближних ультрафиолетовых лучей, их делят на три подгруппы, классифицируя по диапазонам на:

— длинные, находящиеся в пределах от 400 до 315 нанометров;

— средние – от 315 до 280 нанометров;

— короткие – от 280 до 100 нанометров.

Измерительные приборы

Как человек определяет ультрафиолетовое излучение? На сегодняшний день существует множество специальных устройств, разработанных не только для профессионального, но и для бытового применения. С их помощью измеряется интенсивность и частота, а также величина полученной дозы УФ-лучей. Результаты позволяют оценить их возможный вред для организма.

Источники ультрафиолета

Основным «поставщиком» УФ-лучей на нашей планете является, разумеется, Солнце. Однако на сегодняшний день человеком изобретены и искусственные источники ультрафиолета, которыми являются специальные ламповые приборы. Среди них:

— ртутно-кварцевая лампа высокого давления, способная работать в общем диапазоне от 100 до 400 нм;

— люминисцентная витальная лампа, генерирующая волны длиной от 280 до 380 нм, максимальный пик ее излучения находится между значениями 310 и 320 нм;

— безозоннные и озонные бактерицидные лампы, вырабатывающие ультрафиолетовые лучи, 80% которых составляет в длину 185 нм.

Польза УФ-лучей

Аналогично естественному ультрафиолетовому излучению, идущему от Солнца, свет, вырабатываемый специальными приборами, воздействует на клетки растений и живых организмов, изменяя их химическую структуру. Сегодня исследователям известны лишь некоторые разновидности бактерий, способные существовать без этих лучей. Остальные же организмы, попав в условия, где отсутствует ультрафиолетовое излучение, непременно погибнут.

УФ-лучи способны оказать значимое влияние на происходящие метаболические процессы. Они повышают синтез серотонина и мелатонина, что оказывает положительное влияние на работу центральной нервной, а также эндокринной системы. Под действием ультрафиолетового света активизируется выработка витамина D. А это главный компонент, способствующий усвоению кальция и препятствующий развитию остеопороза и рахита.

Вред УФ-лучей

Губительное для живых организмов жесткое ультрафиолетовое излучение не пропускают на Землю озоновые слои, находящиеся в стратосфере. Однако лучи, находящиеся в среднем диапазоне, доходящие до поверхности нашей планеты, способны вызвать:

— ультрафиолетовую эритему – сильный ожог кожи;

— катаракту – помутнение хрусталика глаза, которое приводит к слепоте;

— меланому – рак кожи.

Кроме этого, ультрафиолетовые лучи способны оказать мутагенное действие, вызвать сбои в работе иммунных сил, что становится причиной возникновения онкологических патологий.

Поражение кожи

Ультрафиолетовые лучи порой вызывают:

  1. Острые повреждения кожи. Их возникновению способствуют высокие дозы солнечной радиации, содержащие лучи среднего диапазона. Они воздействуют на кожу в течение короткого времени, вызывая при этом эритему и острый фотодерматоз.
  2. Отсроченное повреждение кожи. Оно возникает после длительного облучения длинноволновыми УФ-лучами. Это хронические фотодерматиты, солнечная геродермия, фотостарение кожи, возникновение новообразований, ультрафиолетовый мутагенез, базальноклеточный и плоскоклеточный рак кожи. В этом списке находится и герпес.

Как острые, так и отсроченные повреждения порой получают при чрезмерных увлечениях искусственными солнечными ваннами, а также при посещениях тех соляриев, которые используют несертифицированное оборудование или где не проводятся мероприятия по калибровке УФ-ламп.

Защита кожи

Человеческое тело, при ограниченном количестве любых солнечных ванн, способно справиться с ультрафиолетовым излучением самостоятельно. Дело в том, что свыше 20 % таких лучей может задержать здоровый эпидермис. На сегодняшний день защита от ультрафиолета, чтобы избежать возникновения злокачественных образований, потребует:

— ограничения времени пребывания на солнце, что особенно актуально в летние полуденные часы;

— ношение легкой, но в то же время закрытой одежды;

— подбор эффективных солнцезащитных кремов.

Использование бактерицидных свойств ультрафиолета

УФ-лучи способны убить грибок, а также другие микробы, которые находятся на предметах, поверхности стен, пола, потолков и в воздухе. В медицине широко используются эти бактерицидные свойства ультрафиолетового излучения, и применение им находится соответствующее. Специальные лампы, вырабатывающие УФ-лучи, обеспечивают стерильность хирургических и манипуляционных помещений. Однако ультрафиолетовое бактерицидное излучение используется медиками не только в целях борьбы с различными внутрибольничными инфекциями, но и как один из методов устранения многих заболеваний.

Светолечение

Применение ультрафиолетового излучения в медицине представляет собой один из методов избавления от различных заболеваний. В процессе такого лечения производится дозированное воздействие УФ-лучей на организм пациента. При этом применение ультрафиолетового излучения в медицине для этих целей становится возможным благодаря использованию специальных ламп фототерапии.

Подобная процедура проводится для устранения заболеваний кожи, суставов, органов дыхания, периферической нервной системы, женских половых органов. Назначается ультрафиолет для ускорения процесса заживления ран и для профилактики рахита.

Особенно эффективно применение ультрафиолетового излучения в терапии псориаза, экземы, витилиго, некоторых видов дерматита, пруриго, порфирии, прурита. Стоит отметить, что такая процедура не требует анестезии и не вызывает у больного неприятных ощущений.

Применение лампы, производящей ультрафиолет, позволяет получить хороший результат при лечении больных, прошедших тяжелые гнойные операции. В этом случае пациентам также помогает бактерицидное свойство этих волн.

Применение УФ-лучей в косметологии

Инфракрасные волны активно используются и в сфере поддержания красоты и здоровья человека. Так, применение ультрафиолетового бактерицидного излучения необходимо для обеспечения стерильности различных помещений и приборов. Например, это может быть профилактика инфицирования маникюрных инструментов.

Применение ультрафиолетового излучения в косметологии – это, конечно же, солярий. В нем с помощью специальных ламп клиенты могут получить загар. Он прекрасно защищает кожу от возможных последующих ожогов солнца. Именно поэтому косметологи рекомендуют перед поездкой в жаркие страны или на море пройти несколько сеансов в солярии.

Применение ультрафиолетового излучения рекомендуется и для пополнения в организме витамина D, отвечающего за усвоение кальция, то есть за крепость наших ногтей, зубов и костей.

Необходимы в косметологии и специальные УФ-лампы. Благодаря им происходит быстрая полимеризация особого геля, используемого для маникюра.

Определение электронных структур предметов

Находит свое применение ультрафиолетовое излучение и в физических исследованиях. С его помощью определяют спектры отражения, поглощения и испускания в УФ-области. Это позволяет уточнить электронную структуру ионов, атомов, молекул и твердых тел.

УФ-спектры звезд, Солнца и других планет несут в себе информацию о тех физических процессах, которые происходят в горячих областях исследуемых космических объектов.

Очистка воды

Где еще используются УФ-лучи? Находит свое применение ультрафиолетовое бактерицидное излучение для обеззараживания питьевой воды. И если ранее с этой целью использовался хлор, то на сегодняшний день уже достаточно хорошо изучено его негативное влияние на организм. Так, пары этого вещества способны вызвать отравление. Попадание в организм самого хлора провоцирует возникновение онкологических заболеваний. Именно поэтому для обеззараживания воды в частных домах все чаще стали применяться ультрафиолетовые лампы.

Применяются УФ-лучи и в бассейнах. Ультрафиолетовые излучатели для устранения бактерий используют в пищевой, химической и фармакологической промышленности. Этим сферам также нужна чистая вода.

Обеззараживание воздуха

Где еще человек использует УФ-лучи? Применение ультрафиолетового излучения для обеззараживания воздуха также становится все более распространенным в последнее время. Рециркуляторы и излучатели устанавливаются в местах массового скопления людей, таких, как супермаркеты, аэропорты и вокзалы. Использование УФИ, воздействующего на микроорганизмы, позволяет провести обеззараживание среды их обитания в самой высокой степени, вплоть до 99,9 %.

Бытовое применение

Кварцевые лампы, создающие УФ-лучи, уже на протяжении многих лет дезинфицируют и очищают воздух в поликлиниках и больницах. Однако в последнее время все чаще находит свое применение ультрафиолетовое излучение в быту. Оно весьма эффективно для ликвидации органических загрязнителей, например, грибка и плесени, вирусов, дрожжей и бактерий. Эти микроорганизмы особенно быстро распространяются в тех помещениях, где люди по различным причинам надолго плотно закрывают окна и двери.

Использование бактерицидного облучателя в бытовых условиях становится целесообразным при малой площади жилья и большой семье, в которой есть маленькие дети и домашние питомцы. Лампа с УФ-излучением позволит периодически дезинфицировать комнаты, сводя к минимуму риск возникновения и дальнейшей передачи заболеваний.

Используются подобные приборы и туберкулезниками. Ведь такие больные не всегда проходят лечение в стационаре. Находясь дома, им требуется обеззараживать свое жилище, применяя в том числе и ультрафиолетовое излучение.

Применение в криминалистике

Учеными разработана технология, позволяющая обнаружить минимальные дозы взрывчатых веществ. Для этого используется прибор, в котором производится ультрафиолетовое излучение. Такое устройство способно определить наличие опасных элементов в воздухе и в воде, на ткани, а также на коже подозреваемого в преступлении.

Также находит свое применение ультрафиолетовое и инфракрасное излучение при макросъемке объектов с невидимыми и маловидимыми следами совершенного правонарушения. Это позволяет криминалистам изучить документы и следы выстрела, тексты, подвергшиеся изменениям в результате их залития кровью, чернилами и т.д.

Другие применения УФ-лучей

Ультрафиолетовое излучение используется:

— в шоу-бизнесе для создания световых эффектов и освещения;

— в детекторах валют;

— в полиграфии;

— в животноводстве и сельском хозяйстве;

— для ловли насекомых;

— в реставрации;

— для проведения хроматографического анализа.

www.syl.ru

Вред и польза ультрафиолета

Польза ультрафиолетовых лучей в том, что они обладают иммуностимулирующим, противовоспалительным, общеукрепляющим действием, способны избавить от многих заболеваний.

Наиболее известная польза от ультрафиолета – снабжение организма витамином D. Он необходим для формирования костной ткани. Недостаток данного витамина у взрослых грозит возникновением остеопороза, у детей – рахита. Витамин D, получаемый из ультрафиолета, не накапливается в организме, а значит, его передозировка исключена, чего нельзя сказать о искусственно созданном препарате.

Помимо того, витамин D способен выполнять еще множество полезных функций. Он предотвращает развитие рака молочных желез, простаты и прямой кишки. Наличие данного витамина в клетках крови останавливает рост злокачественных образований и способствует их самоуничтожению. Вот почему люди, живущие в солнечных районах, гораздо реже страдают подобными недугами.

Ультрафиолетовые лучи положительно влияют на иммунную систему человека. Под их воздействием количество антител в крови увеличивается, что повышает сопротивляемость организма вирусам и инфекциям.

Небольшие дозы ультрафиолета способны защитить кожу от последующего интенсивного воздействия солнечных лучей. Так, посещение солярия полезно тем, кто планирует провести отпуск в жарких районах или работать на открытом воздухе. Меланин, образующийся в коже, способен поглотить большие дозы излучения без разрушения ближайших клеток.

Но, помимо пользы, ультрафиолет таит в себе немалую опасность. Всем известные солнечные ожоги – результат длительного воздействия ультрафиолетовых лучей. Частые солнечные ожоги повышают риск возникновения рака кожи.

При чрезмерном воздействии ультрафиолета могут наблюдаться поражения глаз, такие как ожог века, роговицы, сетчатки. Такие повреждения довольно опасны, они могут приводить как к временному снижению зрения, так и к полной слепоте.

Частое и длительное пребывание под прямыми солнечными лучами обеспечивает преждевременное старение кожи, и это вполне достоверный факт. Поэтому людям, отдыхающим на природе или загорающим в солярии, необходимо обязательно использовать косметику, защищающую кожу от ультрафиолетовых лучей.

www.justlady.ru

Влияние ультрафиолетового излучения на организм человека: польза и вред

Влияние света солнца на человека трудно переоценить – под его действием в организме запускаются важнейшие физиологические и биохимические процессы. Солнечный спектр делится на инфракрасную и видимую части, а также на наиболее биологически активную ультрафиолетовую часть, которая оказывает большое влияние на все живые организмы на нашей планете. Ультрафиолетовое излучение – это невоспринимаемое человеческим глазом коротковолновая часть солнечного спектра, обладающая электромагнитным характером и фотохимической активностью.

Благодаря своим свойствам ультрафиолет успешно применяют в различных областях человеческой жизни. Широкое использование УФ-излучение получило в медицине, поскольку оно способно менять химическую структуру клеток и тканей, оказывая различное воздействие на человека.

Диапазон длин волн ультрафиолетового излучения

Основной источник УФ-излучения – солнце. Доля ультрафиолета в общем потоке солнечного света непостоянна. Она зависит от:

  • времени суток;
  • времени года;
  • солнечной активности;
  • географической широты;
  • состояния атмосферы.

Несмотря на то, что небесное светило находится далеко от нас и его активность не всегда одинакова, до поверхности Земли доходит достаточное количество ультрафиолета. Но и это только его малая длинноволновая часть. Короткие волны поглощаются атмосферой на расстоянии около 50 км до поверхности нашей планеты.

Ультрафиолетовый диапазон спектра, который доходит до земной поверхности, условно делят по длине волны на:

  • дальний (400 – 315 нм) – лучи УФ – А;
  • средний (315 – 280 нм) – лучи УФ – В;
  • ближний (280 – 100 нм) – лучи УФ – С.

Действие каждого УФ-диапазона на человеческий организм различно: чем меньше длина волны, тем глубже она проникает через кожные покровы. Этим законом и определяется положительное или негативное влияние ультрафиолетового излучения на организм человека.

УФ-излучение ближнего диапазона наиболее неблагоприятно сказывается на здоровье и несет в себе угрозу возникновения тяжелых заболеваний.

Лучи УФ — С должны рассеиваться в озоновом слое, но из-за плохой экологии доходят до поверхности земли. Ультрафиолетовые лучи диапазона А и В менее опасны, при строгом дозировании, излучение дальнего и среднего диапазона благоприятно воздействует на человеческий организм.

Искусственные источники ультрафиолетового излучения

Наиболее значимыми источниками УФ-волн, влияющими на организм человека, являются:

  • бактерицидные лампы – источники волн УФ – С, используются для обеззараживания воды, воздуха или других объектов внешней среды;
  • дуга промышленной сварки – источники всех волн диапазона солнечного спектра;
  • эритемные люминесцентные лампы – источники УФ-волн диапазона А и В, применяющиеся для терапевтических целей и в соляриях;
  • промышленные лампы – мощные источники ультрафиолетовых волн, использующиеся в производственных процессах для закрепления красок, чернил или отвердевания полимеров.

Характеристиками любой УФ-лампы являются мощность ее излучения, диапазон спектра волн, тип стекла, срок эксплуатации. От этих параметров зависит, насколько лампа будет полезна или вредна для человека.

Перед облучением ультрафиолетовыми волнами от искусственных источников для лечения или профилактики болезней следует проконсультироваться со специалистом для подбора необходимой и достаточной эритемной дозы, являющейся индивидуальной для каждого человека с учетом типа его кожи, возраста, имеющихся заболеваний.

Следует понимать, что ультрафиолет – это электромагнитное излучение, которое оказывает не только положительное влияние на организм человека.

Бактерицидная ультрафиолетовая лампа, применяемая для загара, принесет существенный вред, а не пользу для организма. Использовать искусственные источники УФ-излучения должен только профессионал, хорошо разбирающийся во всех нюансах подобных приборов.

Положительное влияние УФ-излучения на организм человека

Ультрафиолетовое излучение широко применяется в области современной медицины. И это не удивительно, ведь УФ-лучи производят болеутоляющий, успокаивающий, антирахитический и антиспастический эффекты. Под их влиянием происходит:

  • формирование витамина D, необходимого для усвоения кальция, развития и укрепления костной ткани;
  • понижение возбудимости нервных окончаний;
  • повышение обмена веществ, поскольку вызывает активизацию ферментов;
  • расширение сосудов и улучшение циркуляции крови;
  • стимулирование выработки эндорфинов – «гормонов счастья»;
  • увеличение скорости регенеративных процессов.

Благоприятное влияние ультрафиолетовых волн на организм человека выражается также в изменении его иммунобиологической реактивности – способности организма проявлять защитные функции в отношении возбудителей различных заболеваний. Строго дозированное ультрафиолетовое облучение стимулирует выработку антител, благодаря чему повышается сопротивляемость человеч

International Ultraviolet Association Inc — Всемирный конгресс 2019

Validation-1

Комната: Коломбо A

Соображения при разработке руководящих принципов валидации процессов ультрафиолетового окисления для повторного использования воды

Amos Branch, UNSW
Авторы: Amos Branch, Джеймс Макдональд, Стюарт Дж. Хан
13:40 — 14:00

Амос Бранч, UNSW
Авторы: Амос Бранч, Джеймс Макдональд, Стюарт Дж.Хан
13:40 — 14:00

Валидация относится к процессу и действиям по обеспечению того, чтобы технология рециркуляции воды могла и будет постоянно соответствовать заранее установленным целевым показателям удаления патогенов (LRV). В Австралии была разработана общая структура для помощи в подготовке протоколов валидации технологий оборотного водоснабжения. На сегодняшний день разработаны протоколы валидации процессов дезинфекции хлором, озоном и ультрафиолетом (УФ), мембранных биореакторов и технологий фильтрации обратного осмоса.

Успешный протокол валидации усовершенствованного процесса окисления УФ-излучением (АОП) должен будет определять достижимую LRV и соотносить эффективность удаления с непрерывно контролируемыми рабочими параметрами. Кроме того, очень важно определить соответствующие патогены-мишени и их микробные и немикробные суррогаты. Один из подходов — это валидация процессов UVAOP на основе протоколов УФ-излучения, поскольку дозы УФ-излучения, используемые для стимулирования фотолиза, обычно намного выше, чем те, которые требуются для типичной УФ-дезинфекции.Хотя этот подход может быть удовлетворительным, он не является строгим и не может учитывать потенциальные преимущества UVAOP в удалении устойчивых к УФ-излучению патогенов. Одной из основных причин установки процессов UVAOP было обеспечение удаления проблемных химикатов (COC), которые могут оставаться после дополнительной обработки. Удивительно, но в предыдущих протоколах валидации Австралии не уделялось внимания удалению КОК.

В настоящее время проводится анализ пробелов с целью сбора количественных данных LRV для ряда патогенов и COC с помощью UVAOP.В рамках этого анализа также собираются метаданные в виде операционных параметров. Опрос окончательного набора данных сформирует основу рекомендаций для соответствующих ожиданий UVAOP LRV, а также поможет со спецификацией технологий мониторинга и соответствующих методов оценки эффективности. Результаты анализа предоставят предварительные рекомендации и будут иметь отношение к заинтересованным сторонам в сфере рециркуляции воды, включая поставщиков технологий UVAOP, операторов схем и регулирующих органов здравоохранения.

Обновленная информация о валидации методов для испытания балластных вод

Брайан Петри, Trojan Technologies
Авторы: Брайан Петри, По-Шун Чан
14:00 — 14:20

Брайан Петри, Trojan Technologies
Авторы: Брайан Петри, По-Шун Чан
14:00 — 14:20

Внедрение систем очистки балластных вод на основе ультрафиолетового излучения серьезно затруднено из-за отказа береговой охраны США (USCG) от метода MPN, основанного на культуре, для измерения эффективности очистки при испытаниях на одобрение типа.USCG официально отклонила метод MPN в декабре 2015 года, а также отклонила научную апелляцию в 2016 году на основании обзора Военно-морских исследовательских лабораторий США (NRL), который был завершен позже в 2016 году.

Именно через отклонение апелляции была передана критика метода MPN со стороны USCG и NRL. Несмотря на отказ, научная поддержка метода MPN была сильной; многие критические замечания не соответствовали доказательствам. Тем не менее, метод MPN может быть принят, если предложенные законодательные изменения могут быть приняты.Чтобы формализовать научное обоснование метода MPN, был достигнут значительный прогресс в публикации массива рецензируемой литературы по различным аспектам. В свете заявленной критики был проведен ряд дополнительных исследований, и их результаты также были опубликованы или готовятся к публикации. В этом документе будет представлен обзор программы работы, проделанной для метода MPN, совместно с многочисленными отраслевыми и академическими экспертами, и итогового портфеля публикаций.MPN в настоящее время является наиболее тщательно проверенным методом для испытаний водяного балласта.

Фундаментальные измерения ультрафиолетового излучения: Часть 1 — Исторические подходы и практические проблемы дезинфекции

Ян Майор-Смит, Брайтонский университет
Авторы: Mayor-Smith, I;
14:20 — 14:40

Ян Майор-Смит, Брайтонский университет
Авторы: Mayor-Smith, I;
14:20 — 14:40

Ультрафиолетовые (УФ) системы позволяют проводить дезинфекцию без использования химикатов во многих областях применения на протяжении многих десятилетий.Увеличение количества применений как для воды, так и для сточных вод можно отнести к нескольким факторам, включая: отличная дезинфекция с ключевыми устойчивыми к хлору патогенами, повышение эффективности и надежности практических технологий и оценка эффективности подходящих методов с помощью протоколов валидации.

Протоколы валидации, например, в США, Германии и Австрии, различаются по нескольким конкретным деталям, однако все они следуют одному и тому же основному принципу.В протоколах используется «типовое тестирование» конструкции системы, позволяющее получить подтвержденную матрицу с использованием входных данных о потоке, пропускании УФ-излучения и интенсивности датчика. Эти входные данные, которые легче измерить в полевых условиях, связаны с УФ-излучением во время типовых испытаний. Плотность УФ-излучения, хотя теоретически можно оценить несколькими способами, на практике это достигается с помощью микробиологических суррогатов. Затем уменьшение суррогатных чисел используется для расчета плотности энергии ультрафиолетового излучения.

В зависимости от используемых методов валидации и требований приложения к системе этот подход может иметь множество ограничений.Одним из ключевых ограничений тока является наличие стабильного организма класса 1 с высокой концентрацией, который можно универсально использовать для измерения высокой плотности энергии в целях дезинфекции.

В этой первой презентации будут рассмотрены фундаментальные принципы, лежащие в основе чувствительности, изменчивости и жизнеспособности организмов. Затем он представит результаты исследования, основанного на первых принципах, для оценки потенциала суррогата вируса с высоким флюенсом для использования при дезинфекции воды.

Фундаментальные измерения ультрафиолетового излучения: Часть 2 — Исследование методов измерения следующего поколения

Ян Майор-Смит, Брайтонский университет
Авторы: Mayor-Smith, I;
14:40 — 15:00

Ян Майор-Смит, Брайтонский университет
Авторы: Mayor-Smith, I;
14:40 — 15:00

Ультрафиолетовые (УФ) системы позволяют проводить дезинфекцию без использования химикатов во многих областях применения на протяжении многих десятилетий.Увеличение количества применений как для воды, так и для сточных вод можно отнести к нескольким факторам, включая: отличная дезинфекция с ключевыми устойчивыми к хлору патогенами, повышение эффективности и надежности практических технологий и оценка эффективности подходящих методов с помощью протоколов валидации.

Протоколы валидации, например, в США, Германии и Австрии, различаются по нескольким конкретным деталям, однако все они следуют одному и тому же основному принципу.В протоколах используется «типовое тестирование» конструкции системы, позволяющее получить подтвержденную матрицу с использованием входных данных о потоке, пропускании УФ-излучения и интенсивности датчика. Эти входные данные, которые легче измерить в полевых условиях, связаны с УФ-излучением во время типовых испытаний. Плотность УФ-излучения, хотя теоретически можно оценить несколькими способами, на практике это достигается с помощью микробиологических суррогатов. Затем уменьшение суррогатных чисел используется для расчета плотности энергии ультрафиолетового излучения.

Однако существует ряд ограничений, накладываемых с использованием традиционного суррогата, который включает:

  • Изменения чувствительности от партии к партии
  • Изменение чувствительности в зависимости от водной матрицы и используемого поглотителя UVT
  • Верхний диапазон измерения плотности энергии УФ-излучения
  • Ограничения в использовании в зависимости от условий эксплуатации и требований окружающей среды
  • Минимальные требования к водной матрице для жизнеспособности

В части II будет представлен новый подход к измерению, который будет оцениваться в сравнении с традиционными методами.Оценка будет включать оценку пригодности для использования с полихроматическими источниками и ее влияния на фундаментальные расчеты плотности энергии ультрафиолетового излучения.

Дезинфекция-2

Комната: Коломбо B

Департамент водоснабжения и энергетики Лос-Анджелеса: поддержание качества воды и водоснабжения с помощью УФ-технологий

Майкл Максвелл, Arcadis
Авторы: Майкл Максвелл, Кристин Коттон, Курт Уэллс, Ричард Чанг, Тодд Ротер
13:40 — 14:00

Майкл Максвелл, Аркадис
Авторы: Майкл Максвелл, Кристин Коттон, Курт Уэллс, Ричард Чанг, Тодд Ротер
13:40 — 14:00

Департамент водоснабжения и энергетики Лос-Анджелеса (LADWP) — крупнейшее предприятие водоснабжения и электроснабжения в США, обслуживающее 4 миллиона жителей города Лос-Анджелес (город).Город занимает площадь 465 квадратных миль. Самым крупным источником питьевой воды для города является импортная поверхностная вода, а вторым по величине — местные подземные воды. Использование ультрафиолетовых технологий стало для города важным инструментом обеспечения как соблюдения нормативов качества воды, так и эффективного использования источников подземных вод. В презентации представлены три проекта:

  1. Средство УФ-дезинфекции доктора Панкаджа Пареха на 600 миллионов галлонов в день; вторая по величине установка УФ-дезинфекции в мире, действующая с 2014 года.
  2. Установка УФ-дезинфекции резервуара 650 MGD в Лос-Анджелесе, в настоящее время строящаяся и планируемая к вводу в эксплуатацию в 2019 году.

Установка усовершенствованного процесса окисления ультрафиолетом для обработки устья западного устья Северного Голливуда 20 MGD, в настоящее время строящаяся и вводимая в эксплуатацию в 2019 г.

В презентацию войдут:

  • Обзор процессов обработки поверхностных и подземных вод LADWP
  • Методы, используемые для установления критериев инженерного проектирования
  • Стратегии смягчения неопределенностей
  • График строительства и уникальные элементы данного проекта строить проекты

Влияние частиц на УФ-дезинфекцию при использовании оборотной воды

Сэм Костелло, Мельбурн-Уотер
Авторы: Сэм Костелло
14:00 — 14:20

Сэм Костелло, Мельбурн-Уотер
Авторы: Сэм Костелло
14:00 — 14:20

Западная очистная установка (WTP) — это большая станция очистки сточных вод в лагуне, обслуживающая Мельбурн, Австралия.Оборотная вода класса А поставляется потребителям для конечного использования, включая орошение овощных салатов и тушение пожаров. Линия очистки оборотной воды включает обработку активным илом и обработку в лагунах созревания с последующей дезинфекцией ультрафиолетом (УФ) и хлором, но не включает этап фильтрации.

Melbourne Water проверил, влияет ли защита от частиц ультрафиолетовым излучением на дезинфекцию патогенов в нефильтрованной питательной воде (на что указывает мутность> 1 NTU), и поставил под сомнение, применимы ли дозы УФ-дезинфекции USEPA, указанные в Руководстве по ультрафиолетовой дезинфекции 2006 года (UVDGM), для повторного использования нефильтрованной воды. Приложения.

Степень защиты от частиц сильно зависит от места установки, и некоторые предыдущие исследования (например, Nelson, 2000 и Loge et al, 2001) показали, что сточные воды из лагун и технологические стоки активного ила имеют высокий возраст ила и не содержат химических коагулянтов. (как на WTP), менее склонны к защите от частиц.

Экспериментально экранирование частиц трудно оценить напрямую, поскольку целевые патогены обычно присутствуют в очень небольшом количестве, но вопрос можно оценить с помощью подходящего местного заменителя.В этом случае аборигенная кишечная палочка была идентифицирована как подходящий суррогатный микроб для оценки защиты от частиц.

Эксперименты «доза-реакция»

УФ, проведенные на образцах лагуны, показали, что на станции WTP не было недезинфицируемой фракции микробов, несмотря на наличие частиц достаточного размера, чтобы вызвать защиту. Во всех экспериментах полная инактивация местной E. coli была получена с помощью стандартных доз УФ-излучения, демонстрируя, что экранирование частиц не было проблемой при дезинфекции сточных вод из WTP, вплоть до максимальной испытанной мутности 19 NTU.Эти результаты согласуются с опубликованной литературой, поскольку эксплуатационные факторы и факторы качества воды, которые сводят к минимуму влияние частиц на дезинфекцию, являются характеристиками сточных вод лагуны ВС.

Модернизация крупнейшего в Австралии завода по обеззараживанию питьевой воды ультрафиолетовым излучением на заводе Winneke WTP 600 MLD в Мельбурн Уотер

Джон Бейтс, Джейкобс
Авторы: Джон Бейтс, Джон Шейлс, Джон ДеБоер, Аарон Уорд, Сэм Перера
14:20 — 14:40

Джон Бейтс, Джейкобс
Авторы: Джон Бейтс, Джон Шейлс, Джон ДеБоер, Аарон Уорд, Сэм Перера
14:20 — 14:20

Примерно 40% воды в Мельбурне может поступать из водохранилища Сахарная голова, в которое поступает вода из открытого водосбора Мид-Ярра и водохранилища Марундах.Эта поставка обрабатывается водоочистными сооружениями Winneke Water Treatment Plant (WTP), традиционными очистными сооружениями мощностью 600 MLD. Потоки перекачиваются в ВС самотеком. Были определены возможности для оптимизации размеров УФ-системы и гидравлики установки путем модификации средств управления установкой для уменьшения максимального расчетного расхода и изменчивости.

Австралийская водная промышленность готовится к введению целевых показателей здоровья (HBTs) в Австралийское руководство по питьевой воде. Компания Melbourne Water завершила санитарные обследования и оценку источников питьевой воды в соответствии с проектом Руководства по HBT Австралийской ассоциации водоснабжения (WSAA 2015).Кроме того, для воды из источника Mid Yarra была проведена точечная количественная оценка микробного риска (QMRA). Результаты подтвердили рекомендуемые значения сокращения журнала (LRV), достижимые с помощью Winneke WTP.

В соответствии с передовой практикой для достижения рекомендуемых значений LRV применяются несколько барьеров обработки. Это особенно рекомендуется при обработке «незащищенных» источников воды, таких как Средняя Ярра. Множественные барьеры Winneke WTP включают коагуляцию / седиментацию / фильтрацию и хлорирование.

Тем не менее, планируется дальнейшее рассмотрение неопределенности в будущем в отношении изменения климата и засухи, которые могут представлять особые проблемы с качеством воды.

В этом контексте технологическая линия очистки воды Winneke WTP была дополнена УФ-дезинфекцией, чтобы в будущем снизить риски, связанные с качеством воды. УФ-система будет способна снизить количество простейших на 3,0 log.

В данном документе обсуждаются эти вопросы и представляются концепции, разработанные для модернизации системы УФ-дезинфекции на ВС Виннеке, которая станет крупнейшей системой УФ-дезинфекции питьевой воды в Австралии.

Признания по результатам оценки эффективности УФ-излучения

Грэхем Смит, Fluidquip Australia Pty Ltd
Авторы: Грэм Смит, Скотт Рэтджен, Брайан Шателье
14:40 — 15:00

Грэм Смит, Fluidquip Australia Pty Ltd
Авторы: Грэм Смит, Скотт Рэтджен, Брайан Шателье
14:40 — 15:00

Признания по результатам аттестации УФ-излучения

В марте 2018 года компания South Gippsland Water (SGW) привлекла компанию Fluidquip Australia (FQA) для проведения обзора работы двух систем УФ-дезинфекции, установленных на ее ВС Миниан и Дамболк, примерно в 150 км к юго-востоку от Мельбурна.Бриф оценки был следующим:

  • Проведите исторический анализ данных о качестве воды, сравнивая фактические и заданные УФ-характеристики.
  • Проведите оценку УФ-систем на месте, включая интервью с операторами, чтобы установить, как УФ-системы обслуживались и эксплуатировались.
  • Подготовка отчета, представленного SGW, с документированием результатов оценки и рекомендациями по улучшению характеристик и эксплуатации УФ-излучения.
  • Провести повторный визит, чтобы помочь SGW в выполнении рекомендаций.

Несмотря на то, что УФ-системы работают адекватно, было определено, что мониторы относительной интенсивности УФ-излучения постоянно фиксировались на уровне 100% интенсивности независимо от возраста лампы. Это привело к подробному исследованию того, почему это произошло, поскольку было очень маловероятно, что лампы будут сохранять 100% яркость до тех пор, пока они не будут заменены через обычные 12-месячные интервалы.Расследование включало в себя в некоторой степени судебно-медицинскую экспертизу следов SCADA, процедуры обслуживания и технического обслуживания FQA и записи в дневнике оператора. Это привело к заключению, что весьма вероятно, что неправильная перезагрузка мониторов интенсивности была причиной ложных показаний монитора. В данной презентации рассматривается методология, использованная при проведении этой УФ-оценки и последующего расследования, в качестве примера того, как проводить такую ​​оценку. Он также охватывает иногда неожиданные результаты, которые могут возникнуть, а также операционные и процедурные преимущества, которые могут быть получены и реализованы.

Применение новой системы ультрафиолетовых светодиодов с непрерывным питанием для дезинфекции бытовых сточных вод для их сброса или повторного использования в сельском хозяйстве

Ти Минь Хонг Нгуен, Азиатский технологический институт
Авторы: Ти Мин Хонг Нгуен, Пуньяноуч Суван, Таммарат Коттатеп, Сара Э Бек
15:00 — 15:20

Ти Мин Хонг Нгуен, Азиатский технологический институт
Авторы: Ти Мин Хонг Нгуен, Пуньяноуч Суван, Таммарат Коттатеп, Сара Э Бек
15:00 — 15:20

В этом исследовании изучается применение светодиодов ультрафиолетового С-диапазона (СИД УФ-С) для повторного использования сточных вод в сельском хозяйстве в странах с низким и средним уровнем доходов.В ходе исследования, проведенного Азиатским технологическим институтом (AIT) к северу от Бангкока, Таиланд, был оценен недорогой вариант предварительной очистки бытовых сточных вод до необходимого качества для дезинфекции с помощью УФ-излучения светодиодов. Бытовые сточные воды, собранные из смотрового колодца Азиатского технологического института, непрерывно пропускались через недорогую систему предварительной обработки с наклонным отстойником и песчаным фильтром перед воздействием нового проточного реактора с ультрафиолетовым светом C LED, излучающего на длине волны 280 нм. При расходе на входе 30 л / ч ХПК, TSS и мутность вытекающего потока составляли 17.7 мг / л, 3,0 мг / л и 3,9 NTU соответственно. Коэффициент пропускания УФ-излучения при 285 нм был увеличен с 29% до 70%, что улучшило качество входящего потока для дезинфекции УФ-светодиодами. В процессе проточного УФ-светодиода 3,7-log инактивация MS2 была достигнута при скорости потока 10 мл / мин, что соответствует приложенной дозе УФ-излучения 69,4 мДж / см2. Увеличение скорости потока на входе до 20, 30, 40 и 50 мл / мин снизило эффективность дезинфекции до 3,4, 3,1, 2,8 и 2,6 логарифма инактивации MS2 соответственно. Достигнутые соответствующие дозы УФ-излучения достаточны для дезинфекции воды для использования в сельском хозяйстве, что соответствует директиве USEPA по повторному использованию воды.Утверждается, что засорение реакторов УФ-дезинфекции с ртутными лампами происходит главным образом из-за неорганических компонентов, которые находятся в основном на кварцевой оболочке и являются результатом воздействия температуры. Напротив, засорение в этой УФ-светодиодной системе было в основном органическим и имело место как на кварце, так и на внутренней поверхности реактора; это также частично объяснялось гидродинамическими условиями и конфигурацией реактора. В этом исследовании на содержание летучих твердых частиц приходилось 67% от общего количества загрязняющих компонентов.Загрязнение проточного реактора произошло в течение 2 дней работы со средним снижением на 0,12 ± 0,03 log инактивации MS2 в день. После 25 дней непрерывной работы коэффициент загрязнения УФ светодиодной системы снизился с 1,0 до 0,27. Обратить обрастание стало возможно с 4-часовой выдержкой в ​​лимонной кислоте, восстановив проточный реактор с УФ-светодиодами до его первоначальной дезинфекционной эффективности. Необходимая частота автономной химической очистки, которая зависит от качества воды, степени загрязнения и применяемой дозы, также зависит от конфигурации реактора и источника УФ-излучения.Это исследование может служить отправной точкой для будущих исследований и будущих рекомендаций. Благодаря дополнительным достижениям, снижению затрат и расширению для достижения максимальной производительности, светодиодная технология UV-C имеет большой потенциал для повторного использования сточных вод в сельском хозяйстве.

UV для безопасности пищевых продуктов и напитков

Комната: Коломбо C

Возможности УФ-решений в области безопасности пищевых продуктов и напитков и роль IUVA

Питер Гордон, Bolb Corporation
13:40 — 14:00

Питер Гордон, Bolb Corporation
13:40 — 14:00

Скоро в продаже.

Стерилизация обезжиренного молока и сывороточного протеина с использованием ультрафиолетового излучения в сочетании с нагреванием

Мохаммед Фарид, Оклендский университет
14:00 — 14:20

Мохаммед Фарид, Оклендский университет
14:00 — 14:20

Обработка ультрафиолетом (УФ) использовалась для обработки прозрачных жидкостей, включая некоторые соки и воду, обеспечивая эффект микробной инактивации при более низких температурах с минимальной энергией.УФ может инактивировать микроорганизмы, воздействуя на их ДНК, и тем самым влияет на репликацию и приводит к гибели клеток. Обычно его используют в качестве нетермической обработки, при которой сохраняется большинство питательных веществ и физико-химических свойств. В этой презентации будет обсуждаться эффект использования комбинации термической и УФ-обработки для инактивации спор в ряде жидких пищевых продуктов. Это попытка заменить традиционную обработку UHT, которая требует обработки при повышенной температуре, что отрицательно сказывается на качестве.

Оптимизация светодиодных излучателей UVC для обеспечения безопасности, продления срока хранения и предотвращения порчи свежих продуктов

Татьяна Кучма, Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC)
14:20 — 14:40

Татьяна Кучма, Министерство сельского хозяйства и агропромышленного комплекса Канады (AAFC)
14:20 — 14:40

Скоро в продаже.

Устойчивость к ультрафиолетовому излучению микроорганизмов из водного потока пищевой промышленности

Эйрини Вицилайу, Копенгагенский университет
Авторы: Эйрини Витизилайоу, Кирстен Нильсен и Сюзанна Кнехель
14:40 — 15:00

Эйрини Вицилайу, Копенгагенский университет
Авторы: Эйрини Вицилайу, Кирстен Нильсен и Сюзанн Кнехель
14:40 — 15:00

Скоро в продаже.

Ультрафиолетовая инактивация микроорганизмов во фруктовых соках

Роман Буков, CSIRO Agriculture & Food
15:00 — 15:20

Роман Баков, CSIRO Agriculture & Food
15:00 — 15:20

Скоро в продаже.

ультрафиолетовое излучение | Infoplease

ультрафиолетовое излучение, невидимое электромагнитное излучение между видимым фиолетовым светом и рентгеновскими лучами; длина волны колеблется от 400 до 4 нанометров, а частота — от 10 15 до 10 17 герц.Он является компонентом (менее 5%) солнечного излучения и также вырабатывается искусственно в дуговых лампах, например, в ртутных дуговых лампах.

Ультрафиолетовое излучение солнечного света делится на три диапазона: UVA (320–400 нанометров), которое может вызывать повреждение кожи и может вызывать меланоматозный рак кожи; UVB (280–320 нанометров), более сильное излучение, которое усиливается летом и является частой причиной солнечных ожогов и наиболее распространенного рака кожи; и UVC (ниже 280 нанометров), самая сильная и потенциально самая опасная форма.Значительная часть излучения UVB и большей части UVC поглощается озоновым слоем атмосферы, прежде чем достигнет поверхности Земли; истощение этого слоя увеличивает количество ультрафиолетового излучения, которое может проходить через него. Проходящее излучение в значительной степени поглощается обычным оконным стеклом или примесями в воздухе (например, водой, пылью и дымом) или экранируется одеждой.

Ежедневный УФ-индекс Национальной метеорологической службы предсказывает, сколько времени потребуется светлокожему американцу, чтобы получить солнечный ожог, если он подвергнется незащищенному воздействию полуденного солнца, учитывая географическое положение и местную погоду.Он варьируется от 1 (примерно за 60 минут до того, как кожа загорится) до 10 (примерно за 10 минут до того, как кожа загорится).

Для хорошего здоровья необходимо небольшое количество солнечного света. Витамин D образуется под действием ультрафиолетового излучения на эргостерин, вещество, присутствующее в коже человека и некоторых низших организмах (например, дрожжах), и лечение или профилактика рахита часто включает воздействие на организм естественного или искусственного ультрафиолетового света. Радиация также убивает микробы; он широко используется для стерилизации комнат, открытых тканей тела, плазмы крови и вакцин.

Ультрафиолетовое излучение можно обнаружить по флуоресценции, которую оно вызывает в некоторых веществах. Его также можно обнаружить по фотографическому и ионизирующему эффектам. Длинноволновое, мягкое ультрафиолетовое излучение, лежащее за пределами видимого спектра, часто называют черным светом; Источники этого излучения низкой интенсивности часто используются при разведке полезных ископаемых и в сочетании с яркими флуоресцентными пигментами для создания необычных световых эффектов.

См. L.Р. Коллер, Ультрафиолетовое излучение (2-е изд. 1965).

Колумбийская электронная энциклопедия, 6-е изд. Авторские права © 2012, Columbia University Press. Все права защищены.

Дополнительные статьи в энциклопедии: Physics

Ультрафиолет (УФ) / озон Часто задаваемые вопросы

Что такое ультрафиолетовое (УФ) излучение?

Ультрафиолетовое (УФ) излучение — это вид энергии, производимой солнцем. Он отличается от солнечного света (который мы видим)
и солнечное тепло (которое мы чувствуем).Солнце излучает три диапазона энергии: UVA, UVB и UVC. Стратосфера блокирует все
UVC-излучение, большинство UVB, но не UVA-излучение. Поэтому как UVA, так и UVB представляют интерес для здоровья человека. Oни
способствуют повреждению кожи, преждевременному старению и раку кожи.

Знание об УФ-излучении очень важно для нашей жизни под австралийским солнцем. У нас один из самых высоких уровней УФ
воздействие и самые высокие показатели рака кожи в мире.

Насколько вредно УФ-излучение?

Слишком много ультрафиолетового излучения на коже за короткий период времени может вызвать болезненный солнечный ожог, а многочисленные солнечные ожоги вызывают длительное повреждение кожи.
кожа.Люди, подвергавшиеся воздействию УФ-излучения без какой-либо защиты в течение многих лет, получают непоправимый ущерб. Это происходит в виде
преждевременное старение, повреждение глаз, повреждение кожи и в худшем случае рак кожи.

Преждевременное старение

Первым признаком повреждения кожи от ультрафиолета является преждевременное старение кожи у людей моложе 50 лет. Кожа, подверженная воздействию солнечных лучей, особенно на
лицо, предплечья и тыльная сторона кистей становятся морщинистыми и сухими, часто с коричневыми пятнами, а на лице небольшие видимые
кровеносный сосуд.Эти изменения являются результатом воздействия ультрафиолета, которое разрушает эластичность кожи, которая придает коже молодой вид. Вы можете
определить степень УФ-повреждения открытой кожи, просто сравнив ее внешний вид и текстуру с кожей, которая не видна.
солнце.

Повреждение глаз

Страдает не только ваша кожа. Ультрафиолет также вредит нашим глазам, когда они не защищены от солнца в течение многих лет. Это
вызывает рост тканей и кровеносных сосудов во внутренних уголках глаз (так называемый птеригиум) и катаракту в
хрусталик глаза.

Рак кожи

Сильное повреждение клеток кожи ультрафиолетом приводит к появлению красных чешуйчатых кожных повреждений (иногда называемых «солнечными пятнами»). Со временем рак кожи
может развиться из поврежденных клеток. Фактически, рак кожи является самым распространенным раком в Австралии. Ваше лицо
Чаще всего поражается, и кожа головы, если она не защищена волосами или шляпой, также очень подвержена УФ-повреждению и кожным повреждениям.

Существует несколько типов рака кожи, которые различаются по степени тяжести.Меланома — менее распространенная форма рака, которая возникает в
пигментные клетки кожи. Это самый опасный рак кожи, он выглядит как родинка коричневого или черного цвета, которая меняется в
размер или цвет, хотя иногда меланома может казаться красной или розовой. Австралия и Новая Зеландия имеют самый высокий
показатели меланомы в мире. Меланому можно предотвратить, начиная с детства защищая кожу от ультрафиолета.

Какие факторы влияют на количество УФ-излучения, которое
достигает Земли?
  • Загрязнение воздуха: Городской смог может уменьшить количество УФ-излучения, отражая УФ-излучение обратно в космос или поглощая его.
  • Дым лесных пожаров: Дым лесных пожаров может поглощать и отражать поступающую радиацию и снижать уровни УФ-излучения. Чем гуще дым, тем сильнее снижается УФ-излучение. Уровни ультрафиолета все еще могут быть вредными, особенно в разгар лета, когда случается много лесных пожаров.
  • Высота: Воздух тоньше и обычно чище на больших высотах над горами. При наличии менее поглощающей атмосферы больше ультрафиолетового излучения достигает поверхности Земли.
  • Облачный покров: Облачный покров, особенно толстые сплошные облака и осадки, могут уменьшить УФ-излучение, поскольку толстые облака отражают и поглощают больше УФ-излучения, чем тонкие облачные покровы.Однако стороны облаков также могут отражать ультрафиолетовое излучение и увеличивать количество ультрафиолетового излучения на поверхности Земли.
  • Широта: Наиболее интенсивное излучение наблюдается, когда солнце находится прямо над головой, то есть это на экваторе весной и осенью, в тропике Рака летом в северном полушарии и в тропике Козерога летом в южном полушарии. .
  • Озон: Меньшее количество озона в атмосфере ведет к более высокому уровню УФ-излучения, и наоборот.
  • Время суток: В любой день наибольшее количество ультрафиолетового излучения достигает Земли около полудня, когда солнце находится в самой высокой точке. Когда солнце находится низко в небе, солнечная энергия должна проходить большее расстояние через атмосферу, и больше ультрафиолетового излучения рассеивается и поглощается.
  • Время года: УФ-изменений в течение года. Самые высокие уровни наблюдаются в летние месяцы, а самые низкие — в зимние.
Есть ли связь между температурой и УФ
уровни?
Уровни ультрафиолетового излучения

не связаны с тем, насколько жарко или
холодная температура.Есть отличия
между уровнями УФ-излучения летом и зимой, но это
в основном из-за угла наклона солнца в небе. УФ
уровни обычно достигают пика примерно в середине дня,
в то время как температура может все еще повышаться до
максимум днем.

Как снег и вода влияют на уровень УФ-излучения?

Снег и вода обладают высокой отражающей способностью, увеличивая количество УФ-излучения, которому вы подвергаетесь.

Длительное пребывание в тени на пляже может защитить вас от прямого воздействия солнца, но
вы все равно будете подвергаться воздействию ультрафиолета.Если вы сидите на пляже, вы получите дополнительно 20% УФ-излучения, отраженного от
сухой песок. На лодке вы получите дополнительные 10% отражения от воды и еще 10% от
ваша лодка.

Несмотря на более низкие температуры, ультрафиолетовое излучение может быть более опасным для посетителей альпийских регионов Австралии. Больше УФ
достигает поверхности земли в горах, потому что чем выше вы находитесь, тем тоньше атмосфера. Снег увеличивает УФ
уровни примерно на 90% для свежего снега и на 50% для старого снега.Совет Австралии по борьбе с раком на снегу рекомендует защиту от солнца.

Как изменяется УФ-облучение во время
год?

Уровни УФ-излучения меняются в течение года в
в соответствии с сезонами. Самые высокие уровни воздействия
бывают в летние месяцы, а самые низкие
уровни в зимние месяцы. Весной и
осенью уровень УФ-излучения может быстро измениться
дня в день. Посмотреть нашу климатологию
карты для более подробной информации.

Как УФ-излучение меняется в зависимости от местоположения?

Люди во многих частях Австралии нуждаются в защите от солнца круглый год.Чем ближе вы к экватору, тем выше
уровень УФ-излучения. Жители Дарвина и Брисбена нуждаются в защите от солнца круглый год. Лучше всего проверить
Ультрафиолетовый индекс и время дня, когда вам нужна защита от солнца, в зависимости от вашего местонахождения. Если вы путешествуете, помните, что УФ-излучение может
отличаться в зависимости от вашего местоположения.

Всемирная организация здравоохранения
составил
список стран, которые предоставляют прогнозы УФ.

Что такое озон?

Озон — трехатомная форма кислорода (то есть O3
вместо обычной формы O2) и является естественным
наличие газовых примесей в атмосфере Земли.

Где находится озон в атмосфере?

Около 90% озона сосредоточено в нижних слоях
часть стратосферы, примерно между 15 и 30
километров над поверхностью земли, где
иногда его называют озоновым слоем. Озон
также естественным образом обнаруживается при более низких концентрациях в
тропосфера. В пограничном слое человек сделал
загрязняющие вещества могут вызывать избыточное производство
озон.

Озон находится в атмосфере на всей
земного шара, хотя сумма зависит от местоположения и
сезон.

Почему озон важен?

Озон является основным поглотителем UVB (ультрафиолетового
лучистая энергия в диапазоне длин волн 280-320
нанометров) на солнечном свете, поглощая примерно 90%
этого. Многие экспериментальные исследования растений и
животных и клинические исследования людей показали
вредный эффект чрезмерного воздействия UVB
энергия излучения. У людей эти эффекты включают:
увеличение заболеваемости раком кожи и катарактой.

В 1970-х годах ученые впервые выразили обеспокоенность
что производство и использование синтетических веществ
известные как хлорфторуглероды (ХФУ) могут привести к
уменьшение содержания озона в стратосфере, приводящее к
увеличение лучистой энергии UVB.Это было с
открытие озоновой дыры в Антарктике, однако, в
в середине 80-х годов прошлого века проблема истощения озонового слоя
к человеческой деятельности приобрела большую известность, что привело
к подписанию Монреальского протокола.

Озон также является радиационно важным газом в
атмосфера, поглощающая как входящий ультрафиолет
и исходящей инфракрасной лучистой энергии, и, таким образом, имеет
значительное влияние на климат земли.

Наконец, озон остается очень полезным индикатором для
после движения воздуха в стратосфере на самом деле
это причина, по которой он изначально отслеживался.

В тропосфере избыточный озон образуется
человеческое загрязнение и вредно для людей, животных и
здоровье растений.

Что означает разрушение озонового слоя?

В 1980-х и начале 1990-х годов уровни озона
во всем мире неуклонно снижалась, а ученые
считают, что это сокращение было в первую очередь связано с человеческим
производство озоноразрушающих веществ (ОРВ).
В среднем по земному шару размер сокращения
составляла примерно 5%, хотя эта сумма варьировалась
значительно в зависимости от местоположения и сезона.

Однако он был также обнаружен в середине 1980-х годов.
что началось гораздо большее истощение озона
происходит ежегодно над Антарктидой весной,
и это явление стало известно как Антарктический
Озоновая дыра и получила большую огласку.

В самый суровый период Антарктики.
Озоновая дыра (обычно конец сентября или начало октября)
общее содержание озона в столбе может снизиться наполовину или
даже две трети в некоторых местах.

Продолжает формироваться озоновая дыра в Антарктике.
каждый год с 1980-х годов до наших дней.

Что такое озоноразрушающие вещества?

Озоноразрушающие вещества (ОРВ) — это газы, которые
содержат атомы хлора или брома в формах, способных
достичь стратосферы, где они могут принять участие в
химические реакции, разрушающие озон на большом
масштаб. Наиболее известны хлорфторуглероды.
(CFCs), ранее широко использовавшиеся в холодильной технике,
кондиционирование, пенообразование и в виде аэрозоля
пропелленты и галоны (углеводородные газы
содержащие бром), которые широко использовались в качестве огневых
огнетушители.Производство всех основных ОРВ в настоящее время
регулируется Монреальским протоколом. Большинство ОРВ
сделано в результате деятельности человека, но у некоторых есть естественные
источники также, включая бромистый метил и метил
хлористый.

Насколько истощился озон
Австралия?

Разрушение озона в 1980-х и начале 1990-х годов было
более суров в южном полушарии, чем
северный. Наблюдения показывают, что на юге
средние широты (включая Сидней, Канберру,
Аделаида, Мельбурн и Хобарт) сумма
истощение, вызванное ОРВ, за это время было примерно
5%.Было отмечено, что количество истощения
наименьший в тропиках и увеличивается с расстоянием
от экватора. Важно помнить,
хотя общее содержание озона значительно варьируется от
год от года из-за естественных колебаний, не все
которые в настоящее время полностью учтены. Это означает
что требуется много лет, чтобы выявить четкие тенденции
заметный. Дальнейшие долгосрочные изменения озона могут быть
вызвано изменениями в транспорте, а не в химии.
Тем не менее, сейчас есть предварительные ранние
признаки того, что озон восстанавливается после
успех Монреальского протокола и его
поправки.

Разрушение озонового слоя — это то же самое, что и теплица
эффект, глобальное потепление или изменение климата?

Разрушение озона и изменения климата из-за
повышенная концентрация хорошо перемешанной теплицы
газы, производимые в результате деятельности человека, по существу
отдельные вопросы в том смысле, что любой из них
все еще возникают в отсутствие другого, однако они
действительно взаимодействуют друг с другом множеством способов. Озон
сам по себе является парниковым газом, и есть свидетельства того, что
истощение стратосферного озона повлияло на
тропосферные погодные условия.Многие вещества
регулируются Монреальским протоколом, также сильны
парниковые газы. И наоборот, скорость, с которой ОРВ
истощение озона сильно зависит от состояния
атмосфера, включая температуру стратосферы
и скорости обращения. Например, круче
температура в стратосфере Антарктики приведет к
к усилению воздействия антарктического озона
Отверстие. Многие из этих связей в настоящее время не в порядке
поняты и являются предметом текущих
исследование.

Что такое озоновая дыра в Антарктике?

Озоновая дыра в Антарктике относится к серьезным
истощение озона, которое, как было замечено,
над Антарктидой весной каждый год с
начало 1980-х гг.Стандартное определение — это
область, где общее содержание озона в столбе меньше 220
Единицы Добсона (DU).

Следует иметь в виду, что слово
не означает, что в каком-то конкретном
точка.

Когда впервые появилась озоновая дыра в Антарктике?
появляются?

В начале 1980-х годов Британская антарктическая служба
заметил, что весенние значения озона, измеренные
их спектрометр Добсона в Галлее с 1958 г.
падает с 1970-х годов.Японская станция
в Syowa также было измерено уменьшение содержания озона. В 1985 г.
снижение по сравнению с Галлеем было зарегистрировано в
ставшая известной статья Фармана, Гардинера и Шанклина
опубликовано в журнале Nature. спутник
затем наблюдения показали, что истощение
фактически происходит на обширной территории по
Антарктида, а термин озоновая дыра вошел в
Широкое использование.

Когда появляется озоновая дыра в Антарктике?

Каждый год озоновая дыра в Антарктике обычно
впервые появляется в августе, достигает пика в конце
Сентябрь и рассеивается в середине декабря, хотя
время от года к
год.

Насколько велика озоновая дыра в Антарктике?

Максимальный размер озоновой дыры в Антарктике
достигнутые каждый год быстро росли с самого начала
1980-х до начала 1990-х гг. Однако с тех пор
максимальная площадь каждый год почти всегда была в
от 25 до 30 миллионов квадратных километров,
за исключением 2002 и 2004 годов, когда это было
несколько меньше. (Для сравнения, площадь Австралии
составляет 7,7 миллиона квадратных километров). Самые большие площади
до сих пор наблюдались 30 миллионов квадратных
километров в 2000 году и 29 в 2006 году.1998 год,
В 2003 и 2005 годах также образовались очень большие дыры.

Что вызывает образование озоновой дыры в Антарктике?

Три основных ингредиента необходимы для
Образование озоновой дыры в Антарктике: разрушение озонового слоя
вещества, низкие температуры и солнечный свет. Озон
истощающие вещества производились в промышленных
области по всему миру, но в течение многих
лет, пробиваются в стратосферу и
в итоге перевезли в полярные регионы. Пока
стратосфера очень сухая, очень холодная
температуры (ниже -78C), облака, тем не менее, могут
форма, известная как полярные стратосферные облака (PSC).ЧОК образуются на большой площади Антарктиды во время
зима. На поверхности этих облаков химический
происходят реакции, которые превращают хлор и
бром в высокореакционные формы, которые в
присутствие солнечного света, претерпевают дальнейшие реакции, которые
способны разрушить огромное количество молекул озона.
Озоновая дыра в Антарктике появляется, когда солнечный свет
возвращается в Антарктиду в конце зимы.

Почему Озоновая дыра возникает только над
Антарктида?

Химические реакции, приводящие к образованию
озоновой дыры в Антарктике проходят на поверхности
полярных стратосферных облаков (PSC), которые могут только
образуются в очень холодных условиях (-78С).Из-за
различия в географии северных и
южное полушарие, температура над Антарктидой
зимой несколько холоднее, чем над Арктикой,
в результате чего PSC могут формироваться в
большая площадь и более длительный срок. Это
основная причина истощения озонового слоя в Арктике, в то время как
значительный, не приводит к устойчивому образованию озона
формирование отверстий.

Проходит ли когда-нибудь Антарктическая озоновая дыра
Австралия?

Нет. Озоновая дыра наблюдалась только до
быть значительно южнее материковой части Австралии и
Тасмания.Фактически весной, когда дыра
существует, уровни озона над южными
Города Австралии находятся на пике.

Однако после того, как озоновая дыра разрушилась
посылки обедненного озоном воздуха, смешанного со средними широтами
воздух движется на север. Эти посылки могут перемещаться по
южной части Австралии и вызвать сокращение
общие значения озона.

Когда Антарктическая озоновая дыра восстановится?

Последние расчеты показывают, что Антарктика
озон восстановится до уровня 1980 г.
2055-2080, при условии продолжения Монреальского протокола
строго соблюдаться.

Как измеряется уровень озона?

Австралия участвует в Global Atmosphere
Наблюдать (ГСА) за международным мониторингом и исследованиями
программа координируется Всемирной метеорологической
Организация (ВМО). Бюро управляет сетью
станции мониторинга озона (в Мельбурне, Брисбене,
Дарвин и остров Маккуори), где общая сумма
озона над станцией (общее содержание озона в столбе) составляет
измеряется несколько раз в день.

Общее содержание озона в столбе измеряется с помощью
прибор под названием спектрофотометр Добсона, который
сравнивает количество солнечного света в двух ультрафиолетовых
длины волн, одна длина волны сильно влияет
озоном, а другой нет.Общий озон в столбе
затем можно рассчитать по разнице в
солнечный свет измеряется на двух длинах волн.

The Bureau также еженедельно выполняет рейсы ozoneondes из
Остров Маккуори и Мельбурн (с использованием бюро
учебная пристройка в Бродмидоусе), а также
частичная программа в Дэвисе в Антарктиде частично финансируется
австралийским антарктическим отделом. Озонозонды — это
устройства для измерения концентрации озона в воздухе
электрохимически. Поднимается в воздух
водородный баллон, затем они могут определить
профиль озона с высоким разрешением с нуля
на высоту до 35 километров.

С конца 1970-х годов наземные сети
были дополнены спутниковыми приборами, которые
способны измерять общий озон и до определенного
протяженность, профиль озона, при высоких временных и пространственных
разрешающая способность. Глобальная наземная сеть по-прежнему
однако необходимо обеспечить надежную и
хорошо откалиброванный многолетний рекорд.

Что такое единица Добсона?

Озон измеряется в единицах Добсона (ДЕ). 300 DU — это
эквивалентно 3-миллиметровому слою чистого
озон при температуре и давлении на уровне моря.В
Блок Добсона назван в честь Г. Добсон, англичанин
физик, пионер изучения стратосферы
озон.

Как давно в Австралии измеряли содержание озона?

CSIRO начал измерения озона в Мельбурне,
1956 г. в сотрудничестве с Бюро метеорологии.
а в 1982 году вся ответственность перешла к
Бюро.

Что такое Монреальский протокол?

После открытия озоновой дыры в Антарктике,
правительства по всему миру быстро приняли
Венская конвенция об охране озона
Layer в марте 1985 года.Затем началась работа по согласованию
протокол контроля производства и использования озона
истощающие вещества во всем мире, что приводит к
принятие Монреальского протокола 16 сентября
1987 г., который в настоящее время отмечается как Международный день
Сохранение озонового слоя. С тех пор ряд
поправок к первоначальному соглашению также
была принята для ускорения отказа от ОРВ и
увеличить количество веществ, контролируемых
Протокол. На сегодняшний день Монреальский протокол
ратифицировано сто девяносто тремя
страны.

Был ли Монреальский протокол эффективным?

Да. К 2006 году потребление ОРВ во всем мире было
снизился более чем на 96% по сравнению с уровнем 1986 года. Несмотря на то что
время жизни многих ОРВ в атмосфере очень велико
(в некоторых случаях более ста лет)
общая концентрация, измеренная в тропосфере,
сейчас снижается с середины 1990-х годов.

Как я могу оставаться в курсе последних новостей о
озоновая дыра?

Всемирная метеорологическая организация (ВМО) ставит
из регулярных
Бюллетени по озону Антарктики.

Дополнительную информацию можно найти в следующих
организаций:

Как защитить глаза

Вы, наверное, знаете, что чрезмерное воздействие солнечных ультрафиолетовых (УФ) лучей может вызвать солнечный ожог и рак кожи. Но знаете ли вы, что УФ также может нанести вред вашим глазам?

Продолжительное воздействие солнечных ультрафиолетовых лучей связано со значительными проблемами со зрением, включая катаракту, дегенерацию желтого пятна, пингвекулу, птеригию и фотокератит.

Защита глаз от УФ-излучения

Чтобы защитить глаза от вредного солнечного излучения, вы должны носить солнцезащитные очки, которые полностью блокируют УФ-излучение, когда вы находитесь на улице при дневном свете. Ваши глаза нуждаются в защите даже в пасмурные дни, поскольку вредные ультрафиолетовые лучи солнца могут проникать сквозь облачный покров.

Оправы для солнцезащитных очков с плотно прилегающим дизайном с запахом обеспечивают лучшую защиту, поскольку ограничивают попадание солнечного света в глаза со всех сторон.

Что такое УФ?

Ультрафиолетовые (УФ) лучи имеют более высокую энергию и не попадают в область видимого света, как показано здесь.В электромагнитном спектре радиоволны имеют самую низкую энергию, а гамма-лучи — самую высокую энергию.

Хотя многие люди называют ультрафиолетовое излучение «УФ-светом», этот термин технически неверен, потому что вы не можете видеть УФ-лучи. Ультрафиолетовое излучение невидимо.

Есть три категории УФ-излучения:

UVC

Это ультрафиолетовые лучи с наивысшей энергией, которые потенциально могут быть самыми вредными для ваших глаз и кожи. К счастью, озоновый слой атмосферы блокирует практически все УФ-лучи.

Но это также означает, что истощение озонового слоя потенциально может позволить ультрафиолетовым лучам высокой энергии достигать поверхности Земли и вызвать серьезные проблемы со здоровьем, связанные с ультрафиолетом.

UVC-лучи имеют длину волны от 100 до 280 нанометров (нм).

УВБ

UVB-лучи имеют немного большую длину волны (280-315 нм) и меньшую энергию, чем UVC-лучи. Эти лучи частично фильтруются озоновым слоем, но некоторые все же достигают поверхности Земли.

В малых дозах УФ-В излучение стимулирует выработку меланина (пигмента кожи), заставляя кожу темнеть, создавая загар.

Но в более высоких дозах UVB-лучи вызывают солнечный ожог, который увеличивает риск рака кожи. UVB-лучи также вызывают изменение цвета кожи, морщины и другие признаки преждевременного старения кожи.

Избыточное воздействие солнечных лучей UVB также связано с рядом проблем со зрением, включая пингвекулу, птеригиум и фотокератит («снежную слепоту»).

Поскольку роговица поглощает 100 процентов УФ-В-лучей, этот тип УФ-излучения вряд ли вызовет катаракту и дегенерацию желтого пятна, которая вместо этого связана с воздействием УФ-А (см. Ниже).

UVA

Лучи UVA ближе к видимым световым лучам и имеют меньшую энергию, чем лучи UVB и UVC. Но лучи UVA могут проходить через роговицу и достигать хрусталика и сетчатки внутри глаза.

Избыточное воздействие УФА-излучения связано с развитием определенных типов катаракты, и исследования показывают, что УФА-лучи могут играть роль в развитии дегенерации желтого пятна.

Факторы риска УФ-излучения

Этот УФ-индекс, разработанный Агентством по охране окружающей среды и Национальной метеорологической службой, представляет собой систему предупреждения с цветовой кодировкой, которая предупреждает людей об опасностях пребывания на открытом воздухе в определенные дни.

Любой, кто проводит время на открытом воздухе, подвергается риску заболеваний глаз из-за УФ-излучения. Фактическая доза УФ-излучения, которую вы получаете на открытом воздухе, зависит от ряда факторов, в том числе:

  • Настройка: Ультрафиолетовое излучение обычно выше на широких открытых пространствах, особенно когда присутствуют сильно отражающие поверхности, такие как снег и песок. Фактически, УФ-облучение может почти удвоиться, если УФ-лучи отражаются от снега. Воздействие ультрафиолета менее вероятно в городских условиях, где высокие здания затеняют улицы.

  • Лекарства: Некоторые лекарства, такие как тетрациклин, сульфамидные препараты, противозачаточные таблетки, диуретики и транквилизаторы, могут повысить чувствительность вашего организма к УФ-излучению.

Измерение ультрафиолетовых лучей

В США риск УФ-облучения измеряется с помощью УФ-индекса.

Разработанный NWS и EPA, УФ-индекс предсказывает ежедневные уровни ультрафиолетового излучения по простой шкале от 1 до 11+.

Помимо ежедневной публикации УФ-индекса, EPA также выпускает УФ-оповещение, когда ожидается, что уровень солнечного УФ-излучения в этот день будет необычно высоким.

Солнцезащитные очки: лучшая защита от ультрафиолета

Чтобы наилучшим образом защитить глаза от вредных солнечных лучей, всегда надевайте солнцезащитные очки хорошего качества на улице.

Ищите солнцезащитные очки, которые блокируют 100% всех УФ-лучей. Ваш оптик может помочь вам выбрать линзы для солнцезащитных очков, которые лучше всего подходят вашим потребностям.

Чтобы защитить как можно больше нежной кожи вокруг глаз, попробуйте хотя бы одну пару солнцезащитных очков с большими линзами или плотно прилегающими к ним стилем с запахом.

В зависимости от вашего образа жизни на открытом воздухе вы также можете выбрать солнцезащитные очки для повышения производительности или спортивные солнцезащитные очки.

Количество солнцезащитных очков, обеспечивающих защиту от ультрафиолета, не зависит от цвета и темноты линз.

Например, линза светло-янтарного цвета может обеспечить такую ​​же защиту от ультрафиолета, как и темно-серая линза.Ваш оптик может убедиться, что выбранные вами линзы обеспечивают 100-процентную защиту от ультрафиолета.

Помимо солнечных очков, ношение шляпы с широкими полями в солнечные дни может снизить воздействие УФ-излучения на глаза до 50 процентов.

Детям тоже нужна защита от ультрафиолета

Риск повреждения наших глаз и кожи солнечным ультрафиолетовым излучением является кумулятивным — это означает, что опасность продолжает расти, чем больше времени вы проводите на солнце в течение всей жизни.

Помня об этом, детям особенно важно защищать глаза от солнца.Дети обычно проводят гораздо больше времени на открытом воздухе, чем взрослые.

Фактически, некоторые эксперты говорят, что, поскольку дети, как правило, проводят значительно больше времени на открытом воздухе, чем большинство взрослых, до половины воздействия УФ-излучения на человека может произойти к 18 годам.

Кроме того, дети более восприимчивы к повреждению глаз. от ультрафиолетовых лучей, потому что линза внутри глаза ребенка более прозрачная, чем линза взрослого, что позволяет большему количеству ультрафиолета проникать глубоко в глаз.

Убедитесь, что глаза ваших детей защищены от солнца с помощью солнцезащитных очков хорошего качества или фотохромных линз, когда они выходят на улицу.Кроме того, поощряйте ребенка носить шляпу в солнечные дни, чтобы еще больше уменьшить воздействие ультрафиолета.

Советы по солнцезащитным очкам и воздействию УФ-излучения

Существует множество заблуждений о защите глаз от солнца. Помните эти советы:

  • Не все солнцезащитные очки блокируют 100% УФ-лучей. Если вы не уверены, какой уровень защиты от ультрафиолета обеспечивают ваши солнцезащитные очки, покажите их окулисту или оптику для оценки. У многих офтальмологов есть инструменты, которые могут измерить количество УФ-излучения, блокируемого линзами.

  • Не забывайте носить солнцезащитные очки, даже когда находитесь в тени. Хотя тень в некоторой степени снижает воздействие УФ- и ВГЭ-лучей, ваши глаза по-прежнему будут подвергаться воздействию УФ-лучей, отраженных от зданий, дорог и других поверхностей.

  • Солнцезащитные очки также важны зимой, , потому что свежий снег может отражать 80 процентов УФ-лучей, что почти вдвое увеличивает общее воздействие солнечного УФ-излучения. Если вы катаетесь на лыжах или сноуборде, выбор правильных линз важен для адекватной защиты от ультрафиолета на склонах.

  • Даже если ваши контактные линзы блокируют УФ-лучи, вам все равно нужны солнцезащитные очки. Контакты для защиты от ультрафиолета защищают только часть глаза под линзой. Ультрафиолетовые лучи по-прежнему могут повредить ваши веки и другие ткани, не покрытые линзами. Солнцезащитные очки защищают эти нежные ткани и кожу вокруг глаз от УФ-излучения.

  • Если у вас темная кожа и глаза, вам все равно нужно носить солнцезащитные очки. Хотя темный цвет кожи может снизить риск рака кожи от УФ-излучения, риск повреждения глаз УФ-лучами такой же, как и у людей со светлой кожей.

Начните с осмотра глаз

Перед покупкой солнцезащитных очков запланируйте осмотр глаз у ближайшего к вам окулиста. Даже небольшое нарушение рефракции или небольшое изменение рецепта на очки могут иметь большое значение в обеспечении наиболее четкого и комфортного зрения на открытом воздухе.

Всем нравится солнечный день. Но будьте осторожны и убедитесь, что у вас есть подходящие солнцезащитные очки, чтобы защитить глаза от вредных ультрафиолетовых лучей солнца.

Страница обновлена ​​в апреле 2019 г.

Солнечное излучение и фотосинтетически активное излучение

Что такое солнечное излучение?

Солнечное излучение — это лучистая (электромагнитная) энергия солнца.Он обеспечивает Землю светом и теплом, а также энергией для фотосинтеза. Эта лучистая энергия необходима для метаболизма окружающей среды и ее обитателей 1 . Три соответствующих диапазона или диапазона в спектре солнечного излучения — это ультрафиолетовый, видимый (PAR) и инфракрасный. Из света, который достигает поверхности Земли, инфракрасное излучение составляет 49,4%, а видимый свет — 42,3% 9 . Ультрафиолетовое излучение составляет чуть более 8% от общей солнечной радиации.Каждая из этих полос по-разному влияет на окружающую среду.

Большая часть солнечного излучения, достигающего Земли, состоит из видимого и инфракрасного света. Лишь небольшое количество ультрафиолетового излучения достигает поверхности.

Количество и интенсивность солнечной радиации, которую получает место или водоем, зависит от множества факторов. Эти факторы включают широту, время года, время суток, облачность и высоту. Не вся радиация, испускаемая Солнцем, достигает поверхности Земли. Большая его часть поглощается, отражается или рассеивается в атмосфере.На поверхности солнечная энергия может поглощаться непосредственно от солнца, это называется прямым излучением, или от света, который рассеивается при попадании в атмосферу, что называется непрямым излучением 1 .

Как измеряется солнечная радиация?

Циклы длин волн измеряются в нанометрах (нм) от пика к пику. Чем короче длина волны, тем больше у нее энергии. Синий свет имеет больше энергии, чем красный свет.

Солнечное излучение измеряется длинами волн или частотой. Поскольку свет распространяется в волне, длина волны определяется как расстояние от пика до пика и измеряется в нанометрах (нм).Частота определяется как длина волны в циклах в секунду и выражается в герцах (Гц). Полосы с более короткими длинами волн производят более высокие частоты. Аналогичным образом, чем длиннее длина волны, тем больше времени потребуется для завершения цикла, что дает более низкую частоту 1 .

Энергия длины волны увеличивается с частотой и уменьшается с увеличением длины волны 16 . Другими словами, более короткие волны более энергичны, чем более длинные. Это означает, что ультрафиолетовое излучение более энергично, чем инфракрасное излучение.Из-за этой дополнительной энергии более короткие волны имеют тенденцию причинять больший вред, чем более длинные волны 16 . Чем больше энергии имеет длина волны, тем легче разрушить молекулу, которая ее поглощает. Ультрафиолетовый свет (обладающий самой высокой энергией) может вызвать повреждение ДНК и других важных клеточных структур 16 .

Что такое электромагнитный спектр?

Электромагнитный спектр охватывает все виды излучения 5 . Часть спектра, которая достигает Земли от Солнца, составляет от 100 нм до 1 мм.Этот диапазон разбит на три диапазона: ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение. Ультрафиолет содержит волны с длиной волны 100-400 нм. Видимый свет находится в диапазоне 400-700 нм, а инфракрасный свет содержит длины волн от 700 нм до более 1 мм 1 . В видимом спектре света цвета определяются длиной. Более длинные волны кажутся красными, а более короткие — синими / фиолетовыми, поскольку они располагаются ближе к ультрафиолетовому спектру 5 .

Солнечный свет, или спектр солнечного излучения, включает полосы от 100 нм до 1 мм, которые охватывают ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение.

Ультрафиолетовое излучение

Почти все УФ-С, половина УФ-В и часть УФ-С поглощается озоном в стратосфере, прежде чем он достигнет поверхности.

Ультрафиолетовое излучение можно разделить на три диапазона длин волн: УФ-А, УФ-В и УФ-С. Все длины волн ультрафиолетового света могут напрямую влиять на ДНК водных обитателей, а также создавать вредные фотохимические вещества 1 . Чем короче длина волны, тем больший ущерб она может нанести.

UV-C включает длины волн от 100 до 280 нм.Этот диапазон излучения составляет всего 0,5% от всей солнечной радиации, но он может нанести наибольший ущерб организмам. Однако большая часть этого коротковолнового излучения поглощается стратосферными газами (озоном) и очень мало достигает поверхности 9 .

УФ-В излучение может достигать больших глубин в соленой воде, чем в более пресной воде (изображение любезно предоставлено Васильковым и др., JGR-Oceans, 2001 через НАСА).

UV-B (280–320 нм) — это энергичная фотоактивирующая полоса излучения, которая лишь частично поглощается в стратосфере 1 .Этот диапазон излучения известен тем, что вызывает рак кожи у людей и может нарушать фотосинтез у многих растений 16 . Глубина проникновения УФ-В в воду зависит от мутности и химического состава воды. УФ-B достигает большей глубины в соленой воде, чем в пресной, и может достигать глубины 20 м от поверхности океана 1,9 .

UV-A (320-400 нм) имеет меньшую энергию, чем UV-B, и не поглощается озоном в атмосфере. Однако с поверхности он может быть заблокирован облачным покровом 9 .УФ-A также называется черным светом и известен своей способностью вызывать флуоресценцию в некоторых материалах 37 . Хотя он менее легко впитывается водой, он может проникать глубже, чем УФ-В или УФ-С 1 . УФ-А вызывает солнечные ожоги у человека. Он также более ингибирует фотосинтез, чем УФ-В 1 . Исследования показали, что УФ-А может значительно снизить фотосинтез более чем на 70% 6 . Это связано с тем, что УФ-А снижает эффективность переноса электронов, что, в свою очередь, снижает фотосинтетическое производство.

Ультрафиолетовое излучение и фитопланктон

Фитопланктон — это микроскопические организмы, которые обитают в воде и используют фотосинтез для преобразования солнечного света в энергию 16 . Эти организмы используют углекислый газ и производят кислород в качестве побочного продукта фотосинтеза, как и растения 17 . Ультрафиолетовый свет может замедлить этот процесс в фитопланктоне. УФ-А и УФ-В излучения подавляют фотосинтетическое производство, тем самым снижая потребление углекислого газа и выход кислорода. В условиях естественного солнечного света УФ-А и УФ-В могут уменьшить фотосинтез более чем на 8% 41 .

Фитопланктону требуется свет для фотосинтеза, но УФ-излучение может снизить их производство. Коллаж адаптирован из рисунков и микрофотографий Салли Бенсусен, Научное бюро проекта NASA EOS.

Этот эффект может быть вредным не только для фитопланктона. Эти одноклеточные растения ответственны за большую часть переноса углерода между атмосферой и океаном, процесс, известный как «биологический углеродный насос» 17 . Большая часть океанической жизни под поверхностью зависит от фитопланктона, потребляя его прямо или косвенно 17 .Фитопланктон также способствует образованию «морского снега» — мертвого органического материала, который падает на дно океана в качестве топлива для глубоководных организмов. Когда ультрафиолетовое излучение снижает фотосинтетическое производство фитопланктона, оно отрицательно сказывается на мировом углеродном цикле и морской пищевой цепи 16 .

Инфракрасный свет

Инфракрасное излучение вызывает нагревание поверхности и атмосферы Земли.

Инфракрасный свет находится на противоположной стороне спектра от ультрафиолетового.Это излучение имеет длину волны> 700 нм и обеспечивает 49,4% солнечной энергии 9 . Инфракрасное излучение легко поглощается молекулами воды и углекислого газа и преобразуется в тепловую энергию 10 . Более длинные волны вызывают тепло, возбуждая электроны в веществах, которые их поглощают. Таким образом, инфракрасное излучение вызывает нагревание поверхности Земли. Инфракрасный свет отражается больше, чем УФ или видимый свет из-за его большей длины волны 10 . Это отражение позволяет инфракрасному излучению передавать тепло между поверхностью, водой и воздухом.

В водоеме инфракрасный свет может достигать только определенного расстояния от поверхности. 90% инфракрасного излучения поглощается на первом метре поверхности воды, и только 1% может достигать двух метров в чистой воде 1 . Вот почему поверхность большинства водоемов теплее глубины.

Что такое фотосинтетически активная радиация?

Фотосинтетически активное излучение (ФАР) — это диапазон длин волн света, который лучше всего подходит для фотосинтеза.Фотосинтез — это процесс, который требует световой энергии и оптимально протекает в диапазоне от 400 до 700 нанометров (нм) 1 . Этот диапазон также известен как видимый свет.

Фотосинтетически активное излучение — это диапазон видимого света, который растения могут использовать для фотосинтеза.

Видимый свет охватывает электромагнитный спектр от видимого синего / фиолетового до красного. Синий свет имеет более высокую энергию и более короткую длину волны, чем зеленый или красный свет. Красный свет имеет самую низкую энергию в видимом спектре 12 .Когда видимый свет достигает Земли, поверхность будет поглощать или отражать волны различной длины, создавая видимый цвет. Длина волны, отраженная поверхностью, имеет цвет, который кажется 12 . Если поверхность отражает все видимые длины волн, она будет казаться белой 12 .

Большинство растений кажутся зелеными, поскольку хлорофилл в их клетках отражает зеленый свет 8 . Вода часто кажется голубой, так как этот цвет проникает глубже всего, прежде чем впитаться. 1 .Находясь на суше, растения используют для фотосинтеза почти весь видимый диапазон. Однако даже под водой, когда доступен только синий свет, фотосинтез все равно может происходить.

Почему важны солнечная и фотосинтетически активная радиация?

Солнечное излучение обеспечивает тепло, свет и энергию, необходимые для всех живых организмов. Инфракрасное излучение обеспечивает теплом все места обитания, на суше и в воде 24 . Без солнечной радиации поверхность Земли была бы примерно на 32 ° C холоднее 25 .

Солнечное излучение обеспечивает необходимое тепло и свет для жизни на Земле. Фотосинтетически активное излучение — это полоса, обеспечивающая энергию для фотосинтеза.

Свет также обеспечивается солнечным излучением. Хищники не смогли бы эффективно охотиться на добычу без солнечного света, а жертва не могла бы использовать преимущества темных областей, если бы хищники были адаптированы к темным местам обитания 1 . Человеческие глаза адаптированы к видимому спектру, хотя некоторые другие виды могут видеть ультрафиолетовый свет в дополнение к цветам 26 .

В частности, важен уровень фотосинтетически активной радиации (ФАР), которую получает область. Это связано с тем, что разные растения реагируют на разные длины волн PAR 1 . Большинство растений отражают зеленые волны, поглощая остальную часть видимого светового спектра. Кроме того, тенистые растения реагируют на более низкие уровни PAR, в то время как солнечные растения собирают PAR более эффективно при более высоких уровнях освещенности 7 . Другими словами, по мере увеличения солнечного излучения (интенсивности) солнечные растения подвергаются более высокому уровню фотосинтеза.Листья подсолнечника маленькие и толстые, со специальными ячейками, обеспечивающими эти более высокие показатели 20 . Затененные растения проводят фотосинтез при более низком уровне интенсивности излучения. Их листья тоньше, длиннее и содержат меньше клеток хлорофилла. Это облегчает фотосинтез в условиях низкой освещенности 20 .

Хотя основным преимуществом фотосинтеза является энергия для растений, он дает и другие важные результаты. Кислород является побочным продуктом фотосинтеза 1 .Этот процесс обеспечивает производство большего количества кислорода, чем потребляется организмами в окружающей среде. Если фотосинтез не производит достаточно растворенного кислорода под водой, он может создать аноксические условия, в которых рыба и другие организмы не могут жить 1 . Фотосинтез также потребляет углекислый газ, тем самым снижая уровень углекислого газа в воздухе и воде 1 .

Солнечная освещенность

Годовая солнечная освещенность поверхности, полученная в 2008 году. Экватор получает солнечную радиацию с большей интенсивностью (освещенностью), чем северное и южное полушария.Данные собраны П. Вангом, П. Стаммесом, Р. ван дер А, Г. Пинарди, М. ван Розендаль (2008), FRESCO +

Солнечное излучение — это интенсивность, с которой радиация проникает в атмосферу Земли. Соответствующий способ подумать о солнечном излучении — это посмотреть на разницу между 20-ваттной лампочкой и 100-ваттной лампочкой. Оба излучают видимый свет с одинаковой длиной волны, но яркость и интенсивность сильно различаются. Лампа мощностью 100 ватт имеет более высокую интенсивность или освещенность. Солнечное излучение — это количество лучистого потока на площади, которое измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт / м²) 9 .

Что влияет на солнечное излучение?

Солнечное излучение, получаемое конкретным местом или водоемом, зависит от высоты над уровнем моря, угла наклона солнца (в зависимости от широты, сезона и времени суток) и рассеивающих элементов, таких как облака 9 . Чем выше высота, тем короче путь от атмосферы. Это может означать более высокую освещенность, но не более высокие температуры. Эта интенсивная радиация способствует засушливому климату, а более разреженный воздух означает, что больше ультрафиолетового излучения достигает поверхности на этих высотах.

Угол наклона солнца определяет солнечное излучение. Чем больше угол, тем меньше интенсивность солнечного света.

Чем ниже угол наклона солнца, тем большее количество озона свет должен пройти через 9 . Это также фактор ультрафиолетового излучения. Озон поглощает ультрафиолетовый свет и может снизить интенсивность излучения.

Угол наклона солнца зависит от широты, времени года и времени суток. Расстояние, которое должно пройти излучение, будет минимальным, когда солнце находится прямо над головой.Вот почему годовая чистая солнечная освещенность над экватором больше, чем над северными и южными широтами. Солнечное излучение будет уменьшаться по мере отклонения полушария от солнца.

В течение дня угол наклона солнца к любому месту будет уменьшаться от восхода до полудня, а затем увеличиваться до захода солнца. Под большими углами (утром и вечером) солнечное излучение должно проходить через большую часть атмосферы, что снижает его освещенность. Вот почему солнечный свет вечером кажется менее интенсивным, чем в полдень.

Облачность и загрязнение воздуха также могут уменьшить количество радиации, достигающей поверхности Земли. Облака и аэрозоли в атмосфере могут рассеивать и поглощать все диапазоны излучения 9 . По мере увеличения облачности угол наклона солнца становится менее важным при измерении освещенности. Это связано с увеличением диффузии (рассеяния) излучения 10 . Увеличенная облачность уменьшает освещенность, из-за чего солнечный свет становится менее интенсивным. В эти дни солнечная радиация все еще достигает поверхности Земли, просто с меньшей освещенностью.В этих условиях люди могут обгореть на солнце, не осознавая последствий, пока не станет слишком поздно.

Тепло, температура и солнечное излучение

Солнечный свет отвечает за нагревание Земли, океанов и атмосферы за счет инфракрасного излучения. И вода, и земля отражают часть этого излучения, чтобы нагреть атмосферу или другие объекты, контактирующие с поверхностью. Чем темнее объект или поверхность, тем быстрее они поглощают свет и нагреваются. 31 .

Температура воздуха

Температура воздуха косвенно зависит от солнечной радиации.Хотя сам воздух не поглощает инфракрасное излучение, он получает тепло от поверхности Земли. Этот эффект возникает за счет теплопередачи за счет теплопроводности и конвекции 31 .

Инфракрасное излучение, поглощаемое поверхностью Земли, нагревает окружающий воздух.

Земля поглощает инфракрасное излучение и преобразует его в тепловую энергию. Поскольку поверхность поглощает тепло от солнца, она становится теплее окружающей атмосферы. Затем тепло передается посредством теплопроводности (контакта) от более теплой Земли к более холодной атмосфере 24 .Сам по себе воздух плохо проводит тепло, поэтому конвекция или подъем и падение теплого и холодного воздуха нагревает остальную атмосферу, не контактирующую с поверхностью 31 . Поднимающийся теплый воздух часто называют термиком. По мере того, как нагретый воздух поднимается, более холодный воздух опускается на поверхность, где продолжается процесс конвекции.

Поверхность Земли также отражает часть инфракрасного излучения обратно в воздух. Это отраженное излучение может улавливаться и поглощаться газами в атмосфере или повторно излучаться обратно на Землю 25 .Этот процесс называется парниковым эффектом. Без парникового эффекта средняя температура поверхности Земли была бы около -18 ° C вместо нынешних + 18 ° C 25 .

Температура воды

90% инфракрасного излучения поглощается на первом метре поверхности воды. Затем тепло передается по воде за счет ветра и конвекции.

Инфракрасный свет солнца поглощается водоемами и преобразуется в тепловую энергию. Это низкоэнергетическое излучение возбуждает электроны и нагревает верхний слой воды.Почти все инфракрасное излучение поглощается в пределах одного метра от поверхности 1 . Затем это тепло передается на большую глубину за счет движения ветра и конвекции 1 . Хотя тепло медленно передается через толщу воды, оно часто не достигает самого дна. Это связано с расслоением водной толщи.

В океане и многих озерах вода может расслаиваться или образовывать отдельные слои воды. Эти слои отличаются своей температурой, плотностью и часто разной концентрацией растворенных веществ (таких как соль или кислород).Различные водные слои разделены крутыми градиентами температуры, известными как термоклины 1 . Даже при конвекции и ветре большей части солнечного тепла трудно преодолеть эти препятствия. Вместо этого нижний слой воды будет оставаться около 4 ° C, в то время как температура поверхностной воды будет колебаться как суточно (ежедневно), так и сезонно 1 .

Что такое фотосинтез?

Фотосинтез — это процесс, при котором растения и другие организмы, также известные как фотоавтотрофы, используют энергию солнечного света для производства глюкозы.Этот процесс может происходить как на суше, так и под водой 18 .

Глюкоза — это разновидность сахара, которая позже превращается в аденозинтрифосфат (АТФ) посредством клеточного дыхания 3 . АТФ — это молекула, несущая энергию, которая используется в метаболических реакциях живых организмов. Эта молекула необходима почти для всех организмов 4 . Фотоавтотрофы используют солнечный свет, шесть молекул углекислого газа и двенадцать молекул воды для производства одной молекулы глюкозы, шести молекул кислорода и шести молекул воды.Эта реакция снижает уровень углекислого газа в воздухе или воде, производя глюкозу для АТФ.

Фотосинтез может происходить под водой, пока доступно достаточно света. В океане значительное количество фотосинтетически активной радиации можно обнаружить на глубине до 200 м от поверхности 29 . В этой эвфотической зоне (зоне солнечного света) может происходить фотосинтез. Для этого процесса требуется только свет, диоксид углерода и вода 18 . Пока фотосинтезирующий организм на суше или под водой имеет достаточно этих молекул, он может производить глюкозу и кислород.

Фотосинтез и температура

Температура влияет на скорость фотосинтеза различных водорослей.

Фотосинтез — это серия химических реакций, которые происходят с помощью ферментов. Ферменты являются катализаторами биологических процессов и помогают ускорить химические реакции 11 . Фотосинтез также требует тепла, чтобы активировать процесс. Поскольку тепло увеличивает кинетическую энергию (заставляя реагенты чаще сталкиваться друг с другом), более высокая температура может ускорить химические реакции в дополнение к инициированию процесса 11 .

Хотя повышение температуры может ускорить фотосинтез, слишком много тепла может быть вредным 11 . При определенной температуре ферменты денатурируют и теряют форму. Денатурированные ферменты больше не ускоряют химические реакции, а вместо этого замедляют фотосинтез. Таким образом, температура является важным фактором фотосинтетического производства, как для активации, так и для поддержания процесса. Поэтому оптимальные температуры фотосинтеза у разных организмов разные 1 .

Как мутность влияет на подводный фотосинтез?

Мутность — это отсутствие прозрачности воды, вызванное присутствием взвешенных частиц 1 . Эти частицы поглощают солнечный свет и могут отражать свет от частиц в воде. Чем больше частиц присутствует в воде, тем меньше фотосинтетически активной радиации будут получать растения и фитопланктон. Эта потеря солнечного света снижает скорость фотосинтеза. Если фотосинтетическое производство ограничено, уровень растворенного кислорода в воде снизится 13 .Кроме того, помутнение может нанести значительный ущерб водной среде обитания из-за поглощения инфракрасного излучения и повышения температуры воды выше нормального уровня.

Почему для фотосинтеза нельзя использовать ультрафиолетовый или инфракрасный свет?

Оптимальным фотосинтетически активным излучением является диапазон 400-700 нм, который охватывает спектр видимого света.

Видимый свет — единственная полоса света в спектре, которая считается фотосинтетически активной. Он обладает идеальным количеством энергии для возбуждения электронов, необходимых для начала фотосинтеза, а не для повреждения ДНК или разрыва связей.

Ультрафиолет нельзя использовать для фотосинтеза, потому что он имеет слишком много энергии. Эта энергия разрывает связи в молекулах и может разрушить ДНК и другие важные структуры организмов 8 . Когда растения и другие фотоавтотрофы пытаются использовать УФ-А (320-400 нм) для фотосинтеза, эффективность переноса электронов снижается, что, в свою очередь, снижает скорость фотосинтеза 6 . На другой стороне спектра инфракрасный свет не содержит много энергии. Недостаточная энергия не возбуждает электроны в молекулах в достаточной степени, чтобы их можно было использовать для фотосинтеза.Инфракрасный свет преобразуется в тепловую энергию вместо 8 .

Типичные уровни солнечной радиации

Уровни солнечной радиации зависят от времени суток и от угла Солнца по отношению к Земле. Этот угол зависит от широты и сезона. Чем больше угол наклона Солнца, тем больше озона должен пройти солнечный свет, чтобы достичь поверхности 9 . Помимо угла наклона солнца, на уровень радиации могут влиять атмосферные условия. Облачный покров, загрязнение воздуха и дыра в озоновом слое — все это изменяет количество солнечной радиации, которая может достигать поверхности.Все эти факторы вызывают различие типичных уровней излучения.

Ежедневные колебания

Летом солнечная радиация (измеренная по освещенности) будет максимальной над экватором и полушарием, наклоненным к солнцу.

На большей части поверхности Земли принимаемое солнечное излучение измеряется солнечной радиацией. Освещенность будет увеличиваться от восхода до полудня, а затем уменьшаться до заката 36 . Полученные пиковые уровни солнечной энергии будут зависеть от широты и сезона 15 .

Как видно на графике слева, у экватора самая крутая кривая солнечного излучения, что дает ему самые короткие периоды восхода и захода солнца. Кроме того, продолжительность дня не сильно меняется в течение года. Это происходит потому, что угол наклона Солнца не сильно колеблется над экватором.

Полушарие, наклоненное к солнцу, достигло бы такого же пикового уровня радиации, что и экватор, но с более плавными изгибами, что означает более длинные восходы и закаты. В этом полушарии в целом будут более длинные дни.Противоположное полушарие (наклоненное от солнца) будет иметь более короткие восходы и закаты, а также более короткие периоды дневного света 15 .

На географических Северном и Южном полюсах (90 ° широты) солнечное излучение, кажется, остается постоянным в течение одного дня 15 . Это потому, что полюса являются точкой вращения Земли. Хотя суточные значения, кажется, не меняются, уровень солнечной радиации, получаемой на полюсах, будет медленно изменяться в течение года.

Ежемесячные колебания

Чем дальше город от экватора, тем сильнее будет колебание получаемой солнечной радиации в течение года.

Уровни солнечной радиации зависят от близости к солнцу и угла наклона солнца. Таким образом, разные регионы земного шара имеют разные типичные уровни радиации в каждый сезон. На экваторе типичная солнечная радиация довольно постоянна круглый год 15 . Есть небольшие колебания, но нет резких скачков или падений. В Северном полушарии радиация увеличивается с течением года, пока не достигнет пика примерно в июне или июле. Затем уровни радиации медленно снижаются в течение остальной части года 14 .В Южном полушарии уровни радиации противоположные. В начале года уровни высоки, а затем медленно опускаются до самой низкой точки примерно в июне. После июня они снова начинают расти до конца года 14 .

Дыра в озоновом слое

Дыра в озоновом слое — это участок атмосферы со значительно меньшим содержанием озона, чем в остальной стратосфере (изображение любезно предоставлено NASA GSFC Scientific Visualization Studio).

Озон — это молекулярный газ, состоящий из трех атомов кислорода (O 3 ).Этот газ помогает защитить Землю, поскольку он поглощает большую часть солнечного ультрафиолетового излучения. Большая часть УФ-С, большая часть УФ-В и примерно половина УФ-А поглощается кислородом и озоном в озоновом слое. Этот слой в основном находится в стратосфере на высоте от 10 до 50 км над поверхностью Земли.

«Дыра в озоновом слое» находится в атмосфере над Антарктикой. Эта область не полностью лишена озона, но вместо этого представляет собой участок атмосферы со значительно более низким уровнем озона, чем обычно 27 .Хотя причина разрыва иногда является предметом споров, исследования показали, что озон разрушается, когда он вступает в реакцию с хлором, азотом, водородом или бромом 27 . Когда эти химические вещества попадают в атмосферу, они могут удалить присутствующий озон. Независимо от причины, дыра в озоновом слое позволяет большему количеству УФ-излучения достигать Земли. Если увеличение УФ-излучения становится чрезмерным, оно может быть вредным как для наземных, так и для водных сред обитания 27 .

Последствия необычных уровней

УФ-В-излучение может повредить цепи ДНК.

Необычно высокий или низкий уровень солнечного света может вызвать проблемы как на суше, так и на воде. Слишком много ультрафиолетового света может вызвать необратимое повреждение ДНК и важных фотосинтетических структур, в то время как слишком много инфракрасного света может вызвать перегрев 1 . Повреждение ДНК вызывается УФ-В излучением. В то время как большинство живых клеток адаптировались и могут восстанавливать простые повреждения, повышенное воздействие ультрафиолетового излучения может привести к необратимой мутации клеток или их смерти 16 .

В пасмурные дни или если ранее солнечное место затеняется, фотосинтетическое производство может быть остановлено.Это не только останавливает производство кислорода, но и увеличивает потребление кислорода за счет дыхания растений 1 . Уменьшение инфракрасного света также охладит затемненную поверхность или водоем, который, в свою очередь, охладит окружающий воздух.

Вода

Удаление тенистых деревьев от городского ручья повышает температуру воды, что делает ее непригодной для холодноводных рыб, таких как форель. (Фото: Кристан Кокерилл через Environmental Monitor).

Когда вода подвергается воздействию чрезмерного количества солнечного света, инфракрасное излучение нагревает воду.Чем теплее вода в организме, тем быстрее будет испарение. Это может снизить уровень воды и поток воды. Кроме того, теплая вода не может удерживать столько растворенного кислорода, как холодная. Это означает, что в более теплой воде для водных организмов доступно меньше растворенного кислорода 21 . Слишком много инфракрасного света также может привести к денатурированию ферментов, используемых в фотосинтезе, что может замедлить или остановить процесс фотосинтеза 11 .

На другой стороне спектра излучение может быть ограничено пасмурными днями, источниками тени или низкими углами наклона солнца.Если уровень солнечного излучения ниже обычного в течение длительного периода времени, фотосинтез может снизиться или полностью прекратиться. Без солнечного света фитопланктон и растения будут потреблять кислород, а не производить его. Эти условия могут вызвать резкое падение уровня растворенного кислорода в воде, что может привести к гибели рыбы 20 .

Земля

Затененные растения, такие как хосты, могут быть повреждены чрезмерной жарой и солнечным светом.

Как и в воде, уровень земной радиации может быть ограничен пасмурной погодой 20 .Это особенно важно для растений, поскольку фотосинтетический процесс и физиология растений в целом зависят от солнечного света.

Устьица — это поры на внешнем слое листьев растений. Они открываются в присутствии солнечного света и пропускают воду, углекислый газ и кислород в растение 22 . Затем эти молекулы используются для производства глюкозы посредством фотосинтеза. В холодные бессолнечные дни устьица закрываются, потому что солнечной энергии не хватает для продолжения фотосинтеза. 23 .Слишком интенсивный солнечный свет также может остановить фотосинтез, поскольку устьица закрываются в солнечные, жаркие и сухие дни, чтобы предотвратить потерю воды. 23 .

Солнечный свет может влиять не только на открытие и закрытие устьиц растений. В то время как у некоторых растений есть специализированные белки, которые защищают их от солнечных ожогов, у других их нет, а интенсивное солнечное излучение может повредить их листья 32 . У растений, которые не приспособлены к полному или интенсивному солнечному свету, например хосты или рододендроны, может развиться тепловой стресс.Многие растения, в том числе тенистые, подвержены ожогу листьев, когда части растения отмирают из-за чрезмерной потери воды через транспирацию 33 . Помимо замедления или остановки фотосинтеза, тепловой стресс и ожог листьев могут сделать растения более восприимчивыми к болезням или нашествиям насекомых.

Сколько света?

Количество получаемого Землей излучения варьируется, и большая его часть отражается обратно в атмосферу. На этой карте показана чистая поглощенная солнечная радиация.(Изображение любезно предоставлено Деннисом Хартманном, Вашингтонский университет через НАСА).

Сколько света производит солнце? На этот вопрос сложно ответить, поскольку есть разные способы учитывать и измерять свет. Есть яркость (проецируемая мощность) и видимый свет, которые можно измерить как яркость (яркость) или освещенность (падающий свет). Яркость и освещенность применимы только к длинам волн в диапазоне видимого света 37 . Солнечный свет обычно определяется в единицах яркости, поскольку только половина солнечного излучения, которое достигает Земли, является видимым светом, но все излучение обеспечивает энергию.

Энергия излучения может быть измерена в джоулях, хотя чаще ее измеряют как поток излучения или мощность излучения, которая выражается как энергия во времени. Базовая единица измерения мощности — ватт (джоули в секунду). Солнце излучает 384 600 000 000 000 000 000 000 000 000 ватт (3,846 x 10 26 Вт) 38 . Для сравнения: в среднем лампа накаливания потребляет 40-100 Вт. Эта энергия излучается Солнцем в сфере, из которой некоторые упадут на Землю. Энергия, которая достигает Земли, измеряется как солнечное излучение (энергия в секунду на квадратный метр).Учитывая расчетную мощность излучения Солнца, интенсивность солнечной энергии, которая достигает верхних слоев атмосферы Земли (прямо обращенных к Солнцу), составляет 1 360 Вт / м² 39 .

Сколько солнечной энергии достигает Земли? Разделите мощность солнца на площадь поверхности сферы (с радиусом, равным расстоянию между Землей и Солнцем). В любой заданной точке на поверхности этой гипотетической сферы (одна из таких точек — Земля) получаемая энергетическая освещенность составляет приблизительно 1360 Вт / м².

Уровень освещенности, достигающий поверхности, может варьироваться в зависимости от эллиптической орбиты Земли, солнечных вспышек и количества атмосферы, через которую должно пройти излучение (из-за угла наклона Солнца к поверхности или имеющегося облачного покрова).2), которая является единицей СИ для освещенности. Под прямым солнечным светом, когда солнце находится в зените (прямо над головой), измеренное значение в люксах может достигать 130 000 40 . В самые солнечные дни (без прямого освещения) освещенность обычно составляет 10 000-25 000 люкс. В пасмурный день падающий свет может достигать только 1000 люкс, а в сумерках — 10 люкс 40 . Чем больше угол наклона солнца, тем ниже будет люкс, так как люмен распространяется на большую площадь. Освещение важно учитывать при оценке фотосинтетически активной радиации.

Сколько света на самом деле достигает поверхности Земли?

Только 56% солнечной радиации, которая достигает атмосферы, попадает на поверхность Земли.

Солнечное излучение должно пройти через множество преград, прежде чем достигнет поверхности Земли. Первый барьер — это атмосфера. Около 26% солнечной энергии отражается или рассеивается обратно в космос облаками и частицами в атмосфере 34 . Еще 18% солнечной энергии поглощается атмосферой.Озон поглощает ультрафиолетовое излучение, а углекислый газ и водяной пар могут поглощать инфракрасное излучение 34 . Остальные 56% солнечной радиации способны достигать поверхности. Однако часть этого света отражается от снега или других ярких поверхностей земли, поэтому только 48% могут быть поглощены землей или водой 36 . Примерно половина излучения, достигающего поверхности, составляет видимый свет, а половина — инфракрасный свет 1 . Эти проценты отражения и поглощения могут варьироваться в зависимости от облачности и угла наклона солнца.В пасмурную погоду до 70% солнечной радиации может поглощаться или рассеиваться атмосферой 35 .

Сколько света разрывает поверхность воды?

5–10% света, попадающего на поверхность воды, отражается или рассеивается. Фотография предоставлена: «Свет и вода» парня по имени Джерм через Flickr

. Когда свет достигает поверхности воды, может происходить отражение и рассеяние. Отражение происходит, когда солнечное излучение просто отражается от воды 1 .Это отражение связано с альбедо или отражательной способностью воды. Количество отраженного солнечного света зависит от угла наклона солнца, длины волны и погодных условий. Примерно 5-10% света, достигающего поверхности воды, отражается 1 . Более длинные волны отражаются немного больше, чем более короткие волны 10 .

Рассеяние — это отклонение света молекулами в воде. Различные материалы, включая растворенные и взвешенные твердые частицы, а также организмы в воде, вызывают рассеивание света в разных направлениях 1 .Количество рассеиваемого света зависит от прозрачности воды.

Насколько глубоко солнечный свет проникает в океан?

Водную толщу океана можно разделить на зоны в зависимости от того, сколько света достигает определенной глубины.

Океан разделен на три зоны в зависимости от света. Первая зона, эвфотическая зона, или зона солнечного света, — это место, куда проникает солнечный свет. Фитопланктон обитает в эвфотической зоне, потому что там достаточно света для фотосинтеза. Эта зона простирается примерно на 660 футов ниже поверхности океана. 2

Следующая зона называется дисфотической (сумеречной) зоной. Некоторое количество света может достигать этой глубины, но этого недостаточно для фотосинтеза 29 .

Последняя зона начинается примерно на 3 300 футов ниже поверхности океана и называется афотической (полуночной) зоной. Солнечный свет не может достичь этой зоны, и его свет исходит только от биолюминесцентных организмов 2 .

Насколько глубоко солнечный свет проникает в пресную воду?

Фотосинтез может происходить в литоральной и лимнетической зоне, поскольку для фотосинтеза доступно достаточно света.

Глубина, на которую свет проникает в пресной воде, зависит от ее прозрачности. В воде с высоким уровнем мутности или взвешенных твердых частицах свет не достигает прозрачных водоемов. Эти взвешенные частицы могут как поглощать, так и рассеивать свет 1 . В большинстве рек и ручьев свет достигает русла, и фотосинтез может происходить по всей толще воды. Однако в особенно глубоких, покрытых водорослями или мутных озерах свет может не достигать определенных глубин.

Как и океан, глубокие озера разделены на три зоны. Первая зона называется литоральной зоной. Эта зона находится недалеко от берега, и солнечный свет достигает дна. Водные растения в прибрежной зоне могут расти на дне озера и при этом получать достаточно света для фотосинтеза 19 . Следующая зона известна как лимнетическая зона и представляет собой поверхностный слой открытой воды. Фотосинтез может происходить в этой зоне, поскольку она пронизана светом. Глубина лимнетической зоны зависит от мутности воды.В более мутной воде лимнетическая зона будет мельче 19 . Ниже лимнетической зоны находится профундальная зона. Это придонный (придонный) слой глубокого озера. Солнечный свет не может попасть в эту зону, поэтому фотосинтез не произойдет. Вместо этого организмы, которые постоянно проживают в глубокой зоне (например, бактерии), полагаются на органическое вещество, падающее из более высоких зон 19 .

Прохождение света через лед и снег

Покрытое льдом озеро может не получать достаточно света для водных растений для продолжения фотосинтеза.

На количество света, поглощаемого водоемом, может сильно влиять ледяной и снежный покров. Прозрачный бесцветный лед имеет такой же процент светопропускания, что и жидкая вода, который составляет около 72% 1 . Однако, если лед покрывается пятнами или мутным, процентное содержание может резко снизиться. Непрозрачный лед и сильный снегопад могут снизить процент светопропускания почти до нуля. Если водоем покрыт льдом и снегом в течение длительного периода времени, весь его метаболизм может быть остановлен.

Фотосинтез, для которого требуется свет, производит кислород в качестве побочного продукта и помогает поддерживать уровень растворенного кислорода в воде.Растворенный кислород постоянно расходуется в метаболических реакциях живыми организмами в воде, независимо от снежного и ледяного покрова. Если снег и лед препятствуют фотосинтезу, дыхание растений будет способствовать истощению запасов кислорода, а не восстановлению уровня растворенного кислорода. Когда это происходит, может возникнуть кислородное голодание или кислородное голодание, и многие организмы могут погибнуть. Это часто происходит в мелководных продуктивных озерах и прудах и известно как вымогательство 1 .

Водные организмы и видимый свет

Ультрафиолет

«UVB» перенаправляется сюда.О загадочной коротковолновой радиостанции в России см. УВБ-76.

Люминесцентные лампы черного света, распространенный источник длинноволнового (УФА) ультрафиолета.

Ультрафиолетовый ( UV ) свет представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны короче, чем у видимого света, но длиннее, чем у рентгеновских лучей, в диапазоне от 10 до 400 нм и с энергией от 3 до 124 эВ. Он назван потому, что спектр состоит из электромагнитных волн с частотами выше, чем те, которые люди идентифицируют как фиолетовый цвет.

Хотя ультрафиолетовое излучение невидимо для человеческого глаза, большинство людей знают о воздействии ультрафиолета через солнечный ожог и в солярии. Ультрафиолетовый спектр имеет множество других эффектов, как полезных, так и вредных для здоровья человека.

УФ-свет встречается в солнечном свете и излучается электрическими дугами и специальными источниками света, такими как черные огни. Он может вызывать химические реакции и заставляет многие вещества светиться или флуоресцировать. Большинство ультрафиолетовых лучей относится к неионизирующим излучениям.Более высокие энергии ультрафиолетового спектра от примерно 150 нм («вакуумный» ультрафиолет) являются ионизирующими, но этот тип ультрафиолета не очень проникает и блокируется воздухом. [1]

Дискавери

Открытие УФ-излучения было связано с наблюдением того, что соли серебра темнеют под воздействием солнечного света. В 1801 году немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер сделал замечательное наблюдение, что невидимые лучи за пределами фиолетового конца видимого спектра особенно эффективны для осветления бумаги, пропитанной хлоридом серебра.Он назвал их «окисляющими лучами», чтобы подчеркнуть химическую реактивность и отличить их от «тепловых лучей» на другом конце видимого спектра. Вскоре после этого был принят более простой термин «химические лучи», который оставался популярным на протяжении всего XIX века. Термины химические и тепловые лучи в конечном итоге были заменены ультрафиолетовым и инфракрасным излучением соответственно. [2]

Открытие ультрафиолетового излучения ниже 200 нм, названного вакуумным ультрафиолетом, потому что оно сильно поглощается воздухом, было сделано в 1893 году немецким физиком Виктором Шуманом. [3]

Происхождение термина

Название означает «за пределами фиолетового» (от латинского ultra , «за пределами»), фиолетовый — это цвет самых коротких длин волн видимого света. УФ-свет имеет более короткую длину волны, чем фиолетовый.

Подтипы

Электромагнитный спектр ультрафиолетового света можно разделить на несколько направлений. Проект стандарта ISO по определению солнечной радиации (ISO-DIS-21348) [4] описывает следующие диапазоны:

Имя Сокращение Диапазон длин волн в нанометрах Энергия на фотон
До УФ-спектра Видимый свет свыше 400 нм ниже 3.10 эВ
Ультрафиолет А, длинноволновый или черный свет UVA 400– 315 нм 3,10–3,94 эВ
Около NUV 400–300 нм 3,10–4,13 эВ
Ультрафиолет B или средние волны УВБ 315–280 нм 3.94–4.43 эВ
Средний MUV 300–200 нм 4.13–6,20 эВ
Ультрафиолет C, коротковолновый или бактерицидный UVC 280–100 нм 4,43–12,4 эВ
Дальний FUV 200–122 нм 6.20–10.2 эВ
Вакуум VUV 200–100 нм 6,20–12,4 эВ
Низкий LUV 100–88 нм 12.4–14,1 эВ
Супер Внедорожник 150–10 нм 8,28–124 эВ
Экстремальный EUV 121–10 нм 10,2–124 эВ
За пределами УФ-диапазона Рентгеновские снимки ниже 10 нм более 124 эВ

В фотолитографии и лазерной технологии термин deep ultraviolet или DUV относится к длинам волн ниже 300 нм.Экстремальный ультрафиолет означает здесь дискретные спектральные диапазоны около 13,5 нм (в будущем планируется также 6 нм) с шириной полосы около 2%. В таких областях, как аналитика и науки о жизни, аббревиатура «XUV» используется для обозначения экстремального ультрафиолета для характеристики более широкого спектрального диапазона, например для отличия от EUV. XUV отделен от рентгеновских лучей и VUV тем фактом, что фотоэлектронная ионизация электронов внутренней оболочки является — на порядки величин — доминирующим эффектом взаимодействия фотона с веществом. Это контрастирует с рентгеновскими лучами, где рассеяние имеет значение, и с ВУФ, где взаимодействие происходит в основном с внешними («химически активными») электронами атомов и молекул.

«Вакуумный УФ» назван так потому, что он сильно поглощается воздухом и поэтому используется в вакууме. В длинноволновом пределе этой области, примерно 150–200 нм, основным поглотителем является кислород воздуха. Работа в этой области может выполняться в бескислородной атмосфере, обычно используется чистый азот, что позволяет избежать необходимости в вакуумной камере.

См. 1 E-7 m для списка объектов сопоставимых размеров.

Источники УФ

Природные источники УФ-излучения

Солнце излучает ультрафиолетовое излучение в диапазонах UVA, UVB и UVC.Озоновый слой Земли блокирует 97-99% УФ-излучения от проникновения через атмосферу. [5] Из ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли, 98,7% составляет УФА. [ необходима цитата ] (УФС и более энергичное излучение ответственны за образование озонового слоя и образование там озона). Чрезвычайно горячие звезды излучают пропорционально больше УФ-излучения, чем Солнце; звезда R136a1 имеет тепловую энергию 4,57 эВ, которая попадает в ближний УФ-диапазон.

Обычное стекло частично прозрачно для УФА, но непрозрачно для более коротких длин волн, тогда как кремнезем или кварцевое стекло, в зависимости от качества, может быть прозрачным даже для длин волн вакуумного УФ. Обычное оконное стекло пропускает около 90% света выше 350 нм, но блокирует более 90% света ниже 300 нм. [6] [7] [8]

Вакуумное УФ-излучение, которое начинается с 200 нм, конечно, может распространяться в вакууме — отсюда и название, — но воздух для него непрозрачен, так как эти длины волн сильно поглощаются молекулярным кислородом воздуха.Чистый азот (с содержанием кислорода менее 10 ppm) прозрачен для длин волн в диапазоне около 150–200 нм. Это приобрело большое практическое значение, поскольку в процессах производства полупроводников используются длины волн короче 200 нм. При работе в бескислородном газе оборудование не обязательно должно выдерживать перепады давления, необходимые для работы в вакууме. Некоторые другие научные инструменты, которые работают в этой спектральной области, такие как спектрометры кругового дихроизма, также обычно продуваются азотом.

Extreme UV характеризуется переходом в физике взаимодействия с веществом: длины волн более 30 нм взаимодействуют в основном с химическими валентными электронами вещества, тогда как более короткие волны взаимодействуют в основном с электронами и ядрами внутренней оболочки. Длинный конец спектра EUV / XUV задается заметной спектральной линией He + на 30,4 нм. XUV сильно поглощается большинством известных материалов, но можно синтезировать многослойную оптику, которая отражает до 50% XUV-излучения при нормальном падении.Эта технология, пионером которой были зондирующие ракеты NIXT и MSSTA в 1990-х годах, использовалась для создания телескопов для получения изображений Солнца (текущими примерами являются SOHO / EIT и TRACE), а также оборудования для нанолитографии (печать очень мелких трасс и устройства на микрочипах).

«Черные огни»

Две люминесцентные лампы черного света, показывающие использование. Верхняя часть представляет собой 18-дюймовую 15-ваттную лампу F15T8 / BLB, используемую в стандартном съемном люминесцентном светильнике. Внизу находится 12-дюймовая 8-ваттная трубка F8T5 / BLB, используемая в портативном черном фонаре с батарейным питанием, который продается как детектор мочи домашних животных.

Основная статья: Черный свет

Черный свет, свет Вуда или УФ-свет — это лампа, излучающая длинноволновое УФ-излучение и очень мало видимого света. Флуоресцентные черные лампы обычно изготавливаются таким же образом, как и обычные люминесцентные лампы, за исключением того, что внутри трубки используется другой люминофор, который излучает УФ вместо видимого света, а прозрачная стеклянная оболочка лампы может быть заменена глубокой. — голубовато-пурпурное стекло, называемое стеклом Вуда, стекло, легированное оксидом никеля, которое блокирует почти весь видимый свет размером более 400 нм.Цвет таких ламп часто обозначается в осветительной промышленности как «черный свет синий» или «BLB», чтобы отличить их от УФ-ламп, используемых в ловушках для насекомых «bug zapper», которые не имеют синего стекла Вуда. Это лампы с обозначением «черного света» («BL»). Люминофор, обычно используемый для пика эмиссии от 368 до 371 нанометра, представляет собой фторборат стронция, легированный европием (SrB 4 O 7 F: Eu 2+ ), или борат стронция, легированный европием (SrB 4 O ). 7 : Eu 2+ ), в то время как люминофор, используемый для получения пика около 350-353 нм, представляет собой силикат бария, легированный свинцом (BaSi 2 O 5 : Pb + ).Пик лампы «Blacklight Blue» составляет 365 нм.

В то время как «черные огни» действительно излучают свет в УФ-диапазоне, их спектр ограничен длинноволновой УФ-областью. В отличие от UVB и UVC, которые несут ответственность за прямое повреждение ДНК, которое приводит к раку кожи, черный свет ограничен более низкоэнергетическими, более длинными волнами и не вызывает солнечных ожогов, хотя он может повредить волокна коллагена и разрушить витамины A и D в коже. . [ необходима ссылка ]

Черный свет также может быть образован очень неэффективно, просто используя стекло Вуда вместо прозрачного стекла в качестве оболочки для обычной лампы накаливания.Этот метод использовался для создания самых первых источников черного света. Хотя он дешевле, чем флуоресцентный источник, только 0,1% входной мощности преобразуется в полезное излучение, поскольку свет лампы накаливания излучает черное тело с очень небольшим излучением в УФ. Лампы накаливания, используемые для получения значительного УФ излучения, из-за своей неэффективности могут стать опасно горячими. Еще реже мощные (сотни ватт) ртутные черные лампы, в которых используется УФ-излучающий люминофор и оболочка из стекла Вуда, используются в основном для театральных и концертных дисплеев.Они также сильно нагреваются при нормальном использовании.

В некоторых УФ-люминесцентных лампах, специально разработанных для привлечения насекомых, используется тот же люминофор, излучающий в ближнем УФ-диапазоне, что и в обычных черных лампах, но вместо более дорогого стекла Вуда используется простое стекло. Обычное стекло меньше блокирует видимый спектр излучения ртути, поэтому невооруженным глазом они кажутся голубыми. Эти лампы обозначаются как «blacklight» или «BL» в большинстве каталогов освещения.

Ультрафиолетовые люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы без фосфоресцентного покрытия для преобразования УФ в видимый свет излучают ультрафиолетовый свет с двумя пиками на 253.7 нм и 185 нм из-за пикового выброса ртути внутри колбы. От восьмидесяти пяти до девяноста процентов УФ-излучения, производимого этими лампами, приходится на длину 253,7 нм, в то время как только от пяти до десяти процентов — на 185 нм. В бактерицидных лампах используется кварц (стекло) с добавкой, блокирующей длину волны 185 нм. С добавлением подходящего люминофора (фосфоресцентное покрытие) их можно модифицировать для получения спектра UVA, UVB или видимого света (все люминесцентные лампы, используемые для домашнего и коммерческого освещения, в основе своей представляют собой ртутные (Hg) УФ-лампы).

Такие ртутные лампы низкого давления широко используются для дезинфекции и в стандартном исполнении имеют оптимальную рабочую температуру около 30 градусов Цельсия. Использование ртутной амальгамы позволяет повысить рабочую температуру до 100 градусов по Цельсию, а УФ-излучение — примерно в два или три раза на единицу длины световой дуги. Эти лампы низкого давления имеют типичный КПД примерно от тридцати до тридцати пяти процентов, что означает, что на каждые 100 ватт электроэнергии, потребляемой лампой, она будет производить примерно 30-35 ватт общего УФ-излучения.Лампы, излучающие UVA / UVB, также продаются для других специальных целей, например, для содержания рептилий.

Ультрафиолетовые светодиоды

Светоизлучающие диоды (СИД) могут быть изготовлены для излучения света в ультрафиолетовом диапазоне, хотя практические светодиодные матрицы очень ограничены ниже 365 нм. Эффективность светодиода на длине волны 365 нм составляет около 5-8%, тогда как эффективность на длине волны 395 нм ближе к 20%, и выходная мощность на этих более длинных длинах волн УФ также лучше. Такие светодиодные матрицы начинают использоваться для приложений УФ-отверждения и уже успешно применяются в приложениях для цифровой печати и в инертных средах УФ-отверждения.Плотность мощности приближается к 3000 мВт / см 2 (30 кВт / м 2 ) теперь возможна, и это, в сочетании с недавними разработками фотоинициаторов и разработчиков рецептур смол, делает вероятным расширение отверждаемых светодиодами УФ-материалов.

Ультрафиолетовые лазеры

Ультрафиолетовые лазерные диоды

и твердотельные ультрафиолетовые лазеры могут быть изготовлены для излучения света в ультрафиолетовом диапазоне. Доступные длины волн включают 262, 266, 349, 351, 355 и 375 нм. Ультрафиолетовые лазеры находят применение в промышленности (лазерная гравировка), медицине (дерматология и кератэктомия), в безопасной связи и вычислительной технике (оптическая память).Их можно изготавливать путем преобразования частоты в низкочастотные лазеры или из кристаллов Ce: LiSAF (церий, легированный фторидом лития, стронция, алюминия), процесс, разработанный в 1990-х годах в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса. [9]

Лампы газоразрядные

Основная статья: Газоразрядная лампа

Аргоновые и дейтериевые лампы часто используются в качестве стабильных источников, либо без окон, либо с различными окнами, такими как фторид магния. [10]

Обнаружение и измерение УФ-излучения

Технология обнаружения и измерения ультрафиолета может варьироваться в зависимости от рассматриваемой части спектра.Хотя некоторые кремниевые детекторы используются по всему спектру, и на самом деле NIST США охарактеризовал простые кремниевые диоды [11] , которые также работают с видимым светом, для различных приложений возможны многие специализации. Многие подходы направлены на адаптацию технологий восприятия видимого света, но они могут страдать от нежелательной реакции на видимый свет и различных нестабильностей. Были исследованы различные твердотельные и вакуумные устройства для использования в различных частях УФ-спектра.Ультрафиолетовый свет может быть обнаружен подходящими фотодиодами и фотокатодами, которые можно настроить так, чтобы они были чувствительны к различным частям УФ-спектра. Доступны чувствительные ультрафиолетовые фотоумножители.

около УФ

Для диапазона 200-400 нм существует множество вариантов детекторов.

Вакуумный УФ

Технология для приборов ВУФ в течение многих десятилетий в значительной степени определялась физикой Солнца, а в последнее время — некоторыми приложениями фотолитографии для полупроводников.Хотя оптика может использоваться для удаления нежелательного видимого света, который загрязняет ВУФ-излучение, в целом, детекторы могут быть ограничены их реакцией на не-ВУФ-излучение, а разработка «солнечных слепых» устройств была важной областью исследований. Широкозонные твердотельные устройства или вакуумные устройства с фотокатодами с высокой отсечкой могут быть привлекательны по сравнению с кремниевыми диодами. Недавно на LYRA полетело устройство на основе алмаза (см. Также «Эффект Маркивки»).

Воздействие УФ-излучения на здоровье человека

Дополнительная информация: Риски и преимущества пребывания на солнце

Воздействие ультрафиолетового излучения на здоровье человека влияет на оценку рисков и преимуществ воздействия солнца, но также влияет на такие проблемы, как люминесцентные лампы и здоровье.

Благоприятные эффекты

Витамин D

Воздействие

UVB вызывает выработку витамина D в коже со скоростью до 1000 МЕ в минуту. Большинство положительных эффектов для здоровья связаны с этим витамином. Он играет регулирующую роль в метаболизме кальция (который жизненно важен для нормального функционирования нервной системы, а также для роста костей и поддержания плотности костей), иммунитета, клеточной пролиферации, секреции инсулина и артериального давления. [12]

Эстетика

Слишком слабое излучение UVB может привести к недостатку витамина D.Слишком много УФ-В излучения может привести к прямому повреждению ДНК, солнечным ожогам и раку кожи. Соответствующее количество UVB (которое зависит от цвета кожи) приводит к ограниченному прямому повреждению ДНК. Это распознается и восстанавливается организмом, затем увеличивается выработка меланина, что приводит к стойкому загару. Загар возникает с 2-дневной лаг-фазой после облучения.

Медицинские приложения

Ультрафиолетовое излучение имеет и другие медицинские применения при лечении кожных заболеваний, таких как псориаз и витилиго.UVA-излучение широко используется в сочетании с псораленами (лечение PUVA) при псориазе, хотя сейчас это лечение используется реже, потому что комбинация приводит к резкому увеличению числа случаев рака кожи и потому, что лечение УФB-излучением само по себе более эффективно. В случае псориаза и витилиго наиболее эффективен ультрафиолетовый свет с длиной волны 311 нм. [13] [14]

Вредное воздействие

Чрезмерное воздействие УФ-В излучения может вызвать солнечный ожог и некоторые формы рака кожи.Однако наиболее смертельная форма — злокачественная меланома — в основном вызывается непрямым повреждением ДНК (свободными радикалами и окислительным стрессом). Это видно по отсутствию мутации УФ-сигнатуры в 92% всех меланом. [15] У людей длительное воздействие солнечного УФ-излучения может привести к острым и хроническим последствиям для здоровья кожи, глаз и иммунной системы. [16] Более того, УФС может вызывать неблагоприятные эффекты, которые могут быть мутагенными или канцерогенными. [17]

Лучи

UVC — это ультрафиолетовый свет с наивысшей энергией и самый опасный вид.В прошлом УФС-лучам уделялось мало внимания, поскольку они фильтруются атмосферой. Однако их использование в оборудовании, таком как устройства для стерилизации пруда, может представлять опасность воздействия, если лампа включается за пределами устройства для стерилизации закрытого пруда.

13 апреля 2011 года Международное агентство по изучению рака Всемирной организации здравоохранения классифицировало все категории и длины волн ультрафиолетового излучения как канцероген группы 1. Это обозначение наивысшего уровня канцерогенов и означает: «Имеется достаточно доказательств, чтобы сделать вывод о том, что он может вызывать рак у людей».

Ультрафиолетовые фотоны по-разному повреждают молекулы ДНК живых организмов. В одном общем случае повреждения соседние основания тимина соединяются друг с другом, а не поперек «лестницы». Этот «димер тимина» делает выпуклость, и искаженная молекула ДНК не функционирует должным образом.

Кожа
Риск рака
Ультрафиолетовое (УФ) излучение солнечного света является канцерогеном для человека. Токсическое воздействие ультрафиолета от естественного солнечного света и терапевтических искусственных ламп является серьезной проблемой для здоровья человека.Основные острые эффекты ультрафиолетового излучения на нормальной коже человека включают солнечную, воспалительную эритему, загар и местную или системную иммуносупрессию.
— Мацумура и Анантасвами, (2004) [18]

UVA, UVB и UVC могут повредить волокна коллагена и, следовательно, ускорить старение кожи. И UVA, и UVB разрушают витамин А в коже, что может вызвать дальнейшее повреждение. [19] В прошлом УФА считалось менее вредным, но сегодня известно, что он может способствовать развитию рака кожи через косвенное повреждение ДНК (свободные радикалы и активные формы кислорода).Проникает глубоко, но не вызывает солнечных ожогов. UVA не повреждает ДНК напрямую, как UVB и UVC, но он может генерировать высокореактивные химические промежуточные соединения, такие как гидроксильные и кислородные радикалы, которые, в свою очередь, могут повредить ДНК. [ необходима ссылка ] Поскольку он не вызывает покраснения кожи (эритемы), его нельзя измерить при тестировании SPF. [ необходима ссылка ] Не существует хороших клинических методов измерения блокирования УФА-излучения, но важно, чтобы солнцезащитный крем блокировал как УФА, так и УФВ.Некоторые ученые обвиняют отсутствие UVA-фильтров в солнцезащитных кремах в более высоком риске меланомы, обнаруженном у пользователей солнцезащитных кремов. [20]

Покраснение кожи из-за воздействия солнечного света зависит как от количества солнечного света, так и от чувствительности кожи («спектр эритемного действия») к УФ-спектру.

Свет

UVB может вызвать прямое повреждение ДНК. Излучение возбуждает молекулы ДНК в клетках кожи, вызывая образование аберрантных ковалентных связей между соседними цитозиновыми основаниями с образованием димера.Когда ДНК-полимераза реплицирует эту цепь ДНК, она считывает димер как «AA», а не как исходный «CC». Это заставляет механизм репликации ДНК добавлять «TT» на растущую цепь. Эта мутация может привести к раковым образованиям и известна как «классическая мутация C-T». Мутации, вызванные прямым повреждением ДНК, несут в себе мутацию УФ-сигнатуры, которая обычно наблюдается при раке кожи. Мутагенность УФ-излучения легко прослеживается на бактериальных культурах. Эта связь рака является одной из причин для беспокойства по поводу истощения озонового слоя и озоновой дыры.UVB вызывает некоторое повреждение коллагена, но гораздо медленнее, чем UVA. [ необходима ссылка ]

В качестве защиты от УФ-излучения количество коричневого пигмента меланина в коже увеличивается при воздействии умеренного (в зависимости от типа кожи) уровня излучения; это обычно известно как загар. Назначение меланина — поглощать УФ-излучение и рассеивать энергию в виде безвредного тепла, блокируя УФ-излучение от повреждения кожной ткани. UVA дает быстрый загар, который длится несколько дней, за счет окисления меланина, который уже присутствовал, и запускает высвобождение меланина из меланоцитов.UVB дает загар, который проявляется примерно через 2 дня, потому что он стимулирует организм вырабатывать больше меланина. [ необходима ссылка ] Фотохимические свойства меланина делают его отличным фотозащитным средством. Старые и более распространенные солнцезащитные химические вещества не могут рассеивать энергию возбужденного состояния так же эффективно, как меланин, и, следовательно, проникновение этих солнцезащитных ингредиентов в нижние слои кожи может увеличить количество свободных радикалов и активных форм кислорода (АФК). . [21] В последние годы в коммерческих солнцезащитных лосьонах стали использоваться улучшенные фильтрующие вещества, которые существенно не ухудшают и не теряют свою способность защищать кожу с увеличением времени воздействия ( фотостабильных веществ ). [22]

Солнцезащитный крем предотвращает прямое повреждение ДНК, вызывающее солнечные ожоги, путем блокирования УФ-В. [ требуется разъяснение ] Таким образом, большинство этих продуктов содержат рейтинг SPF, который указывает, насколько хорошо они блокируют УФ-В, как меру их эффективности.Однако в этом рейтинге нет данных о защите от UVA, воздействие которых не приводит к солнечным ожогам, но все же вредно. [необходима ссылка ] В США Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов рассматривает возможность добавления звездной рейтинговой системы, чтобы показать защиту от УФА. Подобная система уже используется в некоторых европейских странах. [ необходима ссылка ] Некоторые солнцезащитные лосьоны теперь содержат такие соединения, как диоксид титана, который помогает защитить от лучей UVA.Другие соединения, блокирующие UVA-лучи, содержащиеся в солнцезащитных кремах, включают оксид цинка и авобензон.

Обсуждение безопасности солнцезащитных кремов

Основная статья: полемика о солнцезащитных кремах

Изображение лица мужчины с солнцезащитным кремом слева, в видимом (слева) и УФ-свете, демонстрирующее, как солнцезащитный крем защищает от УФ-излучения. Сторона лица, покрытая солнцезащитным кремом, темнее, что свидетельствует о том, что солнцезащитный крем поглощает УФ-свет.

Медицинские организации рекомендуют пациентам защищаться от УФ-излучения с помощью солнцезащитного крема.Было показано, что пять ингредиентов солнцезащитного крема защищают мышей от опухолей кожи (см. Солнцезащитный крем).

Однако некоторые солнцезащитные химические вещества производят потенциально вредные вещества, если они освещаются при контакте с живыми клетками. [23] [24] [25] Количество солнцезащитного крема, которое проникает через роговой слой, может быть или не быть достаточно большим, чтобы вызвать повреждение. В одном исследовании солнцезащитных кремов авторы пишут: [26]

На вопрос, действуют ли УФ-фильтры на кожу или в нее, пока нет полного ответа.Несмотря на то, что ответ был бы ключом к улучшению формул солнцезащитных средств, многие публикации тщательно избегают ответа на этот вопрос.

В эксперименте Hanson et al. опубликованное в 2006 году, количество вредных активных форм кислорода (АФК) было измерено в необработанной коже и в коже, обработанной солнцезащитным кремом. В первые 20 минут солнцезащитная пленка имела защитный эффект, и количество ROS было меньше. Однако через 60 минут количество абсорбированного солнцезащитного крема было настолько высоким, что количество ROS было выше в коже, обработанной солнцезащитным кремом, чем в необработанной коже. [21]

Таких эффектов можно избежать, если использовать новые поколения фильтрующих материалов или их комбинаций, которые сохраняют свои защитные свойства от ультрафиолета даже после нескольких часов пребывания на солнце. Солнцезащитные средства, содержащие фотостабильные фильтры, такие как дрометризол, трисилоксан, бисоктризол или бемотризинол, уже много лет доступны во всем мире, но пока не доступны в США, тогда как другой высококачественный фильтр, ecamsule, также доступен в США.С. с 2006 года. [22]

Обострение кожных заболеваний

Ультрафиолетовое излучение вызывает обострение ряда кожных состояний и заболеваний, в том числе:

Глаз

Высокая интенсивность УФ-В излучения опасна для глаз, а воздействие может вызвать вспышку сварщика (фотокератит или дуговую дугу) и может привести к катаракте, птеригию, [28] [29] и образованию пингвекулы.

УФ-свет поглощается молекулами, известными как хромофоры, которые присутствуют в клетках и тканях глаза.Хромофоры поглощают световую энергию с разных длин волн с разной скоростью — закономерность, известная как спектр поглощения. Если поглощается слишком много УФ-света, могут быть повреждены структуры глаза, такие как роговица, хрусталик и сетчатка.

Защитные очки полезны тем, кто работает или может подвергаться воздействию ультрафиолетового излучения, особенно коротковолнового ультрафиолета. Учитывая, что свет может попадать в глаза сбоку, обычно требуется полная защита глаз, если существует повышенный риск воздействия, как при высотном альпинизме.Альпинисты подвергаются воздействию более высоких, чем обычно, уровней УФ-излучения как из-за меньшей атмосферной фильтрации, так и из-за отражения от снега и льда.

Обычные необработанные очки обеспечивают некоторую защиту. Большинство пластиковых линз обеспечивают лучшую защиту, чем стеклянные линзы, потому что, как отмечалось выше, стекло прозрачно для UVA, а обычный акриловый пластик, используемый для линз, менее прозрачен. Некоторые пластмассовые материалы линз, такие как поликарбонат, по своей природе блокируют большую часть ультрафиолета. Существуют защитные средства для линз очков, которые в этом нуждаются, которые обеспечат лучшую защиту.Но даже обработка, при которой полностью блокирует УФ-лучи, не защитит глаз от света, который попадает вокруг линзы.

Разложение полимеров, пигментов и красителей

Многие полимеры, используемые в потребительских товарах, разлагаются ультрафиолетовым светом и требуют добавления поглотителей ультрафиолета для предотвращения воздействия, особенно если продукты подвергаются воздействию солнечного света. Проблема проявляется в обесцвечивании или выцветании, растрескивании и, иногда, в полном распаде продукта, если растрескивание прошло в достаточной степени.Скорость атаки увеличивается с увеличением времени воздействия и интенсивности солнечного света.

Это известно как УФ-разложение и является одной из форм разложения полимера. Чувствительные полимеры включают термопласты, такие как полипропилен, полиэтилен и поли (метилметакрилат), а также специальные волокна, такие как арамиды. Поглощение УФ-излучения приводит к разрушению цепи и потере прочности в чувствительных точках структуры цепи. Они включают третичные атомы углерода, которые в полипропилене встречаются в каждой повторяющейся единице.Арамидная веревка должна быть защищена оболочкой из термопласта, чтобы она сохраняла свою прочность. Воздействие УФ на полимеры используется в нанотехнологиях, трансплантологии, рентгеновской литографии и других областях для изменения свойств (шероховатость, гидрофобность) поверхностей полимеров. . Например, поверхность полиметилметакрилата может быть сглажена вакуумным ультрафиолетом (ВУФ). [30]

ИК-спектр показывает поглощение карбонила из-за УФ-разложения полиэтилена.

Кроме того, многие пигменты и красители поглощают УФ-излучение и меняют цвет, поэтому картины и текстильные изделия могут нуждаться в дополнительной защите как от солнечного света, так и от люминесцентных ламп — двух распространенных источников УФ-излучения.Старые и антикварные картины, например картины акварелью, обычно следует размещать вдали от прямых солнечных лучей. Обычное оконное стекло обеспечивает некоторую защиту, поглощая часть вредного УФ-излучения, но ценные артефакты нуждаются в дополнительной защите. Например, во многих музеях черные шторы кладут на акварельные картины и старинные ткани. Поскольку акварельные краски могут иметь очень низкий уровень пигментации, они нуждаются в дополнительной защите от ультрафиолета. Тонированные очки, например солнцезащитные, также обеспечивают защиту от УФ-лучей.

Блокираторы и абсорберы

Поглотители ультрафиолетового света (УФА) — это молекулы, используемые в органических материалах (полимерах, красках и т. Д.) Для поглощения УФ-света с целью уменьшения УФ-деградации (фотоокисления) материала. Существует ряд различных УФ-лучей с разными абсорбционными свойствами. УФА со временем могут исчезнуть, поэтому необходим мониторинг уровней УФА в выветрившихся материалах.

В солнцезащитном креме ингредиенты, которые поглощают лучи UVA / UVB, такие как авобензон и октилметоксициннамат, известны как поглотители.Они контрастируют с физическими «блокаторами» УФ-излучения, такими как диоксид титана и оксид цинка. (См. Более полный список солнцезащитных кремов.)

Применение УФ

По длине волны: [31]

Безопасность

Чтобы предотвратить подделку документов, конфиденциальные документы (например, кредитные карты, водительские права, паспорта) могут также содержать водяной знак ультрафиолетового излучения, который виден только в лучах ультрафиолетового излучения. Паспорта, выдаваемые большинством стран, обычно содержат чернила, чувствительные к ультрафиолетовому излучению, и защитные нити.Визовые штампы и наклейки в паспортах посетителей содержат крупные подробные печати, невидимые при обычном освещении, но хорошо видимые при УФ-освещении. Паспорта, выданные многими странами, имеют водяные знаки, чувствительные к УФ-излучению, на всех страницах. Валюты банкнот разных стран имеют изображение, а также множество разноцветных волокон, которые видны только в ультрафиолете.

Некоторые марки перцовых баллончиков оставляют невидимые химические вещества (УФ-красители), которые нелегко смыть с лица, напавшего на них, что поможет полиции идентифицировать их позже. [33]

Криминалистика

UV — это следственный инструмент на месте преступления, помогающий обнаруживать и идентифицировать телесные жидкости (сперма, кровь, [ цитата необходима ] желчь и т. Д.). Например, эякулированная жидкость или слюна обнаруживаются мощным ультрафиолетовым излучением, независимо от структуры или цвета поверхности, на которой осаждается жидкость. [34]

Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы производят УФ-излучение за счет ионизации паров ртути низкого давления.Фосфоресцентное покрытие на внутренней стороне трубок поглощает УФ-излучение и преобразует его в видимый свет.

Основная длина волны излучения ртути находится в диапазоне УФС. Неэкранированное воздействие на кожу или глаза ртутных дуговых ламп, не имеющих конверсионного люминофора, довольно опасно.

Излучение ртутной лампы преимущественно имеет дискретную длину волны. Другие практические источники УФ-излучения с более непрерывным спектром излучения включают ксеноновые дуговые лампы (обычно используемые в качестве имитаторов солнечного света), дейтериевые дуговые лампы, ртутно-ксеноновые дуговые лампы, металлогалогенные дуговые лампы и вольфрамово-галогенные лампы накаливания.

Астрономия

В астрономии очень горячие объекты преимущественно испускают УФ-излучение (см. Закон Вина). Поскольку озоновый слой блокирует многие УФ-частоты от попадания в телескопы на поверхности Земли, большинство УФ-наблюдений производится из космоса. (См. УФ-астрономия , космическая обсерватория .)

Биологические обследования и борьба с вредителями

Некоторые животные, в том числе птицы, рептилии и насекомые, например пчелы, могут видеть свет, близкий к ультрафиолетовому.Многие фрукты, цветы и семена сильнее выделяются на фоне в ультрафиолетовых длинах волн по сравнению с цветовым зрением человека. Скорпионы светятся или приобретают цвет от желтого до зеленого под ультрафиолетовым освещением, таким образом помогая контролировать этих паукообразных. У многих птиц в оперении есть узоры, невидимые при обычных длинах волн, но наблюдаемые в ультрафиолете, а мочу и другие выделения некоторых животных, включая собак, кошек и людей, гораздо легче обнаружить с помощью ультрафиолета.Специалисты по борьбе с вредителями могут обнаружить следы в моче грызунов для надлежащей обработки зараженных жилищ.

Бабочки используют ультрафиолет как коммуникационную систему для распознавания пола и брачного поведения.

Основная статья: Ультрафиолетовая связь

Многие насекомые используют ультрафиолетовое излучение небесных объектов в качестве ориентира для навигации. Местный ультрафиолетовый излучатель обычно нарушает процесс навигации и в конечном итоге привлекает летающих насекомых.

Энтомолог использует ультрафиолетовый свет для сбора жуков в парагвайском Чако.

Ультрафиолетовые ловушки, называемые жучками, используются для уничтожения различных мелких летающих насекомых. Их привлекает ультрафиолетовый свет, и они погибают от удара электрическим током или попадают в ловушку при контакте с устройством. Различные конструкции ловушек ультрафиолетового света также используются энтомологами для сбора ночных насекомых во время фаунистических исследований.

Спектрофотометрия

Спектроскопия

UV / VIS широко используется как метод в химии для анализа химической структуры, наиболее известной из которых являются сопряженные системы.УФ-излучение часто используется в спектрофотометрии видимого диапазона для определения флуоресценции данного образца. В биологических исследованиях УФ-свет используется для количественного определения нуклеиновых кислот или белков.

Санитарное соответствие

Ультрафиолетовые лампы

, включая новые светодиоды (светоизлучающие диоды), помогают обнаруживать органические минеральные отложения, которые остаются на поверхностях, где периодическая очистка и дезинфекция не могут быть выполнены должным образом. И моча, и фосфатное мыло легко обнаруживаются с помощью УФ-контроля.Отложения мочи домашних животных на ковровых покрытиях или других твердых поверхностях могут быть обнаружены для точной обработки и удаления минеральных индикаторов и вызывающих запах бактерий, которые питаются белками внутри. Многие предприятия индустрии гостеприимства используют ультрафиолетовые лампы для проверки постельного белья на предмет антисанитарного состояния, чтобы определить жизненный цикл восстановления матраса, а также общую производительность уборщика. Постоянный выпуск новостей для многих телевизионных новостных организаций включает использование репортером-расследователем аналогичного устройства для выявления антисанитарных условий в гостиницах, общественных туалетах, поручнях и т. Д.

Очистка воздуха

Благодаря каталитической реакции диоксида титана и воздействия УФ-излучения на любые органические объекты, проходящие через среду, происходит сильное окислительное воздействие, превращая раздражающие в других случаях патогены, пыльцу и споры плесени в безвредные инертные побочные продукты. Механизм очищения ультрафиолетом — это фотохимический процесс. Загрязняющие вещества, загрязняющие окружающую среду в помещении, почти полностью состоят из органических или углеродных соединений. Эти соединения разрушаются при воздействии УФ-излучения высокой интенсивности от 240 до 280 нм.Коротковолновый ультрафиолетовый свет может разрушать ДНК живых микроорганизмов и разрушать органический материал, содержащийся в воздухе помещений. Эффективность UVC напрямую зависит от интенсивности и времени воздействия.

Ультрафиолетовый свет

также был показан (KJ Scott и др. ) как эффективный в уменьшении газообразных примесей, таких как окись углерода и летучие органические соединения. [35] [36] [37] Скотт и его коллеги продемонстрировали, что правильная смесь УФ-ламп, излучающих с длиной волны 184 и 254 нм, может удалить низкие концентрации углеводородов и окиси углерода, если лампы хранятся в радиационная камера (ящик или барабан), и воздух циркулирует между комнатой и реакционной камерой.Такое расположение предотвращает попадание озона в очищаемый воздух. Альтернативно, воздух можно обрабатывать, пропуская один УФ-источник, работающий при 184 нм, и последующий катализ пентаоксидом железа. Оксиды железа удаляют озон, выделяемый УФ-лампой.

Анализ минералов

Коллекция образцов минералов, ярко флуоресцирующих на разных длинах волн, как видно при облучении УФ-светом.

Ультрафиолетовые лампы также используются при анализе минералов и драгоценных камней и в другой детективной работе, включая проверку подлинности различных предметов коллекционирования.Материалы могут выглядеть одинаково в видимом свете, но флуоресцируют в разной степени в ультрафиолетовом свете или могут по-разному флуоресцировать в коротковолновом ультрафиолете по сравнению с длинноволновым ультрафиолетом.

Аутентификация

В другой детективной работе, включая проверку подлинности различных предметов коллекционирования и искусства, а также обнаружение фальшивой валюты без маркерных красок. Материалы могут выглядеть одинаково в видимом свете, но флуоресцируют в разной степени в ультрафиолетовом свете или могут по-разному флуоресцировать в коротковолновом ультрафиолетовом и длинноволновом ультрафиолете.

Химические маркеры

УФ-флуоресцентные красители

используются во многих областях (например, в биохимии и криминалистике). Зеленый флуоресцентный белок (GFP) часто используется в генетике в качестве маркера. Многие вещества, такие как белки, имеют значительные полосы поглощения света в ультрафиолете, которые используются и представляют интерес для биохимии и смежных областей. Спектрофотометры с УФ-подсветкой широко распространены в таких лабораториях.

Фотохимиотерапия

Воздействие ультрафиолетового излучения А при гиперфоточувствительности кожи путем приема псораленов является эффективным средством лечения псориаза, называемого ПУВА.Из-за способности псораленов вызывать повреждение печени, PUVA можно использовать только ограниченное количество раз в течение жизни пациента.

Фототерапия

Воздействие УФ-В-света, в частности, узкополосного УФ-В диапазона 310 нм, является эффективным долгосрочным лечением многих кожных заболеваний, таких как псориаз, витилиго, экзема и других. [38] Фототерапия UVB не требует дополнительных лекарств или препаратов местного действия для терапевтического эффекта; требуется только световая выдержка.Однако фототерапия может быть эффективной при использовании в сочетании с некоторыми местными средствами лечения, такими как антралин, каменноугольная смола и производные витаминов A и D, или системными методами лечения, такими как метотрексат и сориатан. [39]

Типичные схемы лечения включают непродолжительное воздействие УФ-В-лучей от 3 до 5 раз в неделю в больнице или клинике, и могут потребоваться повторные сеансы, прежде чем результаты станут заметными. Почти все состояния, которые реагируют на УФB-свет, являются хроническими проблемами, поэтому требуется постоянное лечение, чтобы держать эти проблемы под контролем.Домашние УФ-системы — это распространенные решения для тех, чьи состояния поддаются лечению. Домашние системы позволяют пациентам лечить себя через день (идеальный режим лечения для большинства) без частых и дорогостоящих поездок в офис / клинику и обратно.

Побочные эффекты могут включать зуд и покраснение кожи из-за воздействия УФ-В и, возможно, солнечный ожог, если пациенты не минимизируют воздействие естественных УФ-лучей в дни лечения. Катаракта может часто развиваться, если глаза не защищены от воздействия ультрафиолета B.Нет никакой связи между повышением риска рака кожи у пациента и правильным использованием фототерапии UVB. [40] «Правильное использование» обычно определяется как достижение «субэритемической дозы» (S.E.D.), максимальное количество UVB, которое ваша кожа может получить без ожогов.

Определенные грибковые образования под ногтями на ногах можно лечить с помощью УФ-излучения определенной длины волны, подаваемого с помощью мощного светодиода (светоизлучающего диода), и это может быть безопаснее, чем традиционные системные препараты.

Фотолитография

Ультрафиолетовое излучение используется для фотолитографии с очень высоким разрешением — процедуры, при которой химическое вещество, называемое фоторезистом, подвергается воздействию УФ-излучения, прошедшего через маску. Свет вызывает химические реакции в фоторезисте, и после проявления (этап, на котором удаляют экспонированный или неэкспонированный фоторезист) узор, определяемый маской, остается на образце. Затем можно предпринять шаги по удалению участков образца, на которых не осталось фоторезиста.

Ультрафиолетовое излучение

широко используется в электронной промышленности, поскольку фотолитография используется в производстве полупроводников, компонентов интегральных схем, [41] и печатных плат.

Проверка электрической изоляции

УФ-излучение применяется для обнаружения коронного разряда (часто называемого «коронным разрядом») на электрических устройствах. Деградация изоляции в электрическом оборудовании или загрязнение вызывает коронный разряд, при котором сильное электрическое поле ионизирует воздух и возбуждает молекулы азота, вызывая излучение ультрафиолетового излучения.Корона ухудшает уровень изоляции устройства. Корона производит озон и, в меньшей степени, оксид азота, который впоследствии может реагировать с водой в воздухе с образованием азотистой кислоты и паров азотной кислоты в окружающем воздухе. [42]

Стерилизация

Основная статья: Ультрафиолетовое бактерицидное облучение

Трубка для отвода паров ртути низкого давления наполняет внутреннюю часть вытяжки коротковолновым ультрафиолетовым светом, когда она не используется, стерилизуя микробиологические загрязнения с облученных поверхностей.

Ультрафиолетовые лампы используются для стерилизации рабочих мест и инструментов, используемых в биологических лабораториях и медицинских учреждениях. Имеющиеся в продаже ртутные лампы низкого давления излучают около 86% своего света на длине волны 254 нм, что очень хорошо совпадает с одним из двух пиков кривой бактерицидной эффективности (т. Е. Эффективности поглощения УФ-излучения ДНК). Один из этих пиков составляет около 265 нм, а другой — около 185 нм. Хотя 185 нм лучше поглощается ДНК, кварцевое стекло, используемое в имеющихся в продаже лампах, а также в окружающей среде, такой как вода, более непрозрачны до 185 нм, чем 254 нм (C.фон Зоннтаг и др., 1992). Ультрафиолетовый свет с этими бактерицидными длинами волн вызывает димеризацию соседних молекул тимина на ДНК; если в ДНК микроорганизма накапливается достаточное количество этих дефектов, его репликация подавляется, что делает его безвредным (даже если организм не может быть уничтожен сразу). Однако, поскольку микроорганизмы могут быть защищены от ультрафиолета в небольших трещинах и других затемненных областях, эти лампы используются только в качестве дополнения к другим методам стерилизации.

Обеззараживание питьевой воды

Ультрафиолетовое излучение

может быть эффективным противовирусным и бактерицидным действием.Дезинфекция с использованием УФ-излучения обычно используется при очистке сточных вод и находит все более широкое применение при очистке питьевой воды. Многие поставщики родниковой воды используют оборудование для УФ-дезинфекции для стерилизации воды. Солнечная дезинфекция воды — это процесс использования ПЭТ-бутылок и солнечного света для дезинфекции воды.

Город Нью-Йорк одобрил строительство установки ультрафиолетовой дезинфекции питьевой воды на 2,2 миллиарда галлонов США в день (535 000 м 3 / час), которая будет запущена в 2012 году. [43] Есть также несколько строящихся и несколько действующих предприятий, которые обрабатывают сточные воды с помощью нескольких ступеней фильтров, перекиси водорода и УФ-излучения, чтобы довести воду до питьевых стандартов. Одно такое предприятие существует в округе Ориндж, штат Калифорния, которое предназначено для очистки сточных вод и их преобразования в высококачественную воду для косвенного повторного использования с питьевой водой. [44] [45] НАСА исследовало использование этой технологии с использованием диоксида титана в качестве катализатора для разложения вредных продуктов в сточных водах космических аппаратов. [46]

Раньше считалось, что УФ-дезинфекция более эффективна для бактерий и вирусов, генетический материал которых подвергается большему воздействию, чем для более крупных патогенов, которые имеют внешнее покрытие или образуют кисты (например, лямблии), защищающие их ДНК от УФ-излучения. . Однако недавно было обнаружено, что ультрафиолетовое излучение может быть в некоторой степени эффективным для лечения микроорганизма Cryptosporidium. Результаты привели к использованию УФ-излучения как эффективного метода очистки питьевой воды.Лямблии, в свою очередь, оказались очень восприимчивыми к УФ-С, когда тесты были основаны на инфекционности, а не на эксцистации. [47] Было обнаружено, что простейшие способны выдерживать высокие дозы УФ-С, но стерилизуются при низких дозах.

Солнечная дезинфекция воды [48] (SODIS) была тщательно исследована в Швейцарии и оказалась идеальной для дешевой обработки небольшого количества воды с использованием естественного солнечного света. Загрязненную воду наливают в прозрачные пластиковые бутылки и выставляют на солнечный свет в течение шести часов.Солнечный свет обрабатывает загрязненную воду посредством двух синергетических механизмов: УФ-излучения и повышенной температуры воды. Если температура воды поднимается выше 50 ° C (120 ° F), процесс дезинфекции ускоряется в три раза.

Пищевая промышленность

По мере того как растет потребительский спрос на свежие и «похожие на свежие» пищевые продукты, растет и спрос на нетермические методы обработки пищевых продуктов. Кроме того, осведомленность общественности об опасностях пищевого отравления также повышает спрос на улучшенные методы обработки пищевых продуктов.Ультрафиолетовое излучение используется в нескольких пищевых процессах для уничтожения нежелательных микроорганизмов. Ультрафиолетовый свет можно использовать для пастеризации фруктовых соков, пропуская сок над источником ультрафиолетового света высокой интенсивности. [49] Эффективность такого процесса зависит от УФ-поглощения сока (см. Закон Бера).

Обнаружение пожара

Ультрафиолетовые детекторы

обычно используют либо твердотельное устройство, например, на основе карбида кремния или нитрида алюминия, либо газонаполненную трубку в качестве чувствительного элемента.УФ-детекторы, чувствительные к УФ-свету в любой части спектра, реагируют на облучение солнечным светом и искусственным светом. Например, горящее водородное пламя излучает сильно в диапазоне от 185 до 260 нанометров и очень слабо в ИК-диапазоне, тогда как угольный огонь излучает очень слабо в УФ-диапазоне, но очень сильно в ИК-диапазоне; таким образом, пожарный извещатель, который работает как с УФ, так и с ИК-детектором, более надежен, чем датчик с одним УФ-детектором. Практически все пожары излучают некоторое количество излучения в диапазоне UVC, тогда как излучение Солнца в этом диапазоне поглощается атмосферой Земли.В результате УФ-детектор «слепой» означает, что он не будет вызывать тревогу в ответ на излучение Солнца, поэтому его можно легко использовать как в помещении, так и на открытом воздухе.

УФ-извещатели

чувствительны к большинству возгораний, включая углеводороды, металлы, серу, водород, гидразин и аммиак. Дуговая сварка, электрические дуги, молния, рентгеновское излучение, используемое в оборудовании для неразрушающего контроля металла (хотя это маловероятно), и радиоактивные материалы могут создавать уровни, которые активируют систему обнаружения УФ-излучения.Присутствие газов и паров, поглощающих УФ-излучение, ослабит УФ-излучение от огня, что отрицательно скажется на способности детектора обнаруживать пламя. Точно так же наличие масляного тумана в воздухе или масляной пленки на окне детектора будет иметь такой же эффект.

Герпетология

Рептилии нуждаются в длинноволновом ультрафиолетовом свете для синтеза витамина D de novo. Витамин D необходим для метаболизма кальция для производства костей и яиц. Таким образом, в типичном вольере для рептилий должна быть доступна люминесцентная УФ-лампа для синтеза витамина D.Это должно сочетаться с обогревом в той же или другой лампе.

Отверждение смол для электронных заливок

Электронные компоненты, которые требуют прозрачной прозрачности для выхода или проникновения света (фотоэлектрические панели и датчики), могут быть залиты акриловыми смолами, отвержденными с использованием энергии ультрафиолетового излучения. Преимущества — низкие выбросы ЛОС и быстрое отверждение.

Отверждение красок, клеев, лаков и покрытий

Некоторые чернила, покрытия и клеи состоят из фотоинициаторов и смол.При воздействии правильной энергии и излучения в требуемом диапазоне УФ-света происходит полимеризация, в результате чего клеи затвердевают или отверждаются. Обычно эта реакция очень быстрая, в течение нескольких секунд. Применения включают склеивание стекла и пластика, покрытия оптических волокон, покрытие полов, УФ-покрытие и отделку бумаги в офсетной печати, а также зубные пломбы. Отверждение декоративных гелей для ногтей.

Промышленность развивается вокруг производства источников УФ-излучения для УФ-отверждения.Сюда входят УФ-лампы, УФ-светодиоды и эксимерные лампы-вспышки. Для быстрых процессов, таких как флексография или офсетная печать, требуется свет высокой интенсивности, сфокусированный через отражатели на движущуюся основу и носитель; используются лампы высокого давления на основе Hg (ртуть) или Fe (легированное железо), которые можно возбуждать от электрической дуги или микроволн. Источники меньшей мощности (люминесцентные лампы, светодиоды) могут использоваться для статических приложений, а в некоторых случаях небольшие лампы высокого давления могут фокусировать свет и передавать его в рабочую зону через заполненные жидкостью или волоконно-оптические световоды.

Загар

Солнечный загар описывает потемнение кожи в результате естественной физиологической реакции, вызванной воздействием ультрафиолетового излучения солнечного света (или солярия). При чрезмерном пребывании на солнце на загорелой области также может развиться солнечный ожог. Повышенное производство меланина вызвано прямым повреждением ДНК. [50] Этот вид повреждений распознается организмом, и в качестве защиты от УФ-излучения кожа производит больше меланина. Меланин рассеивает УФ-энергию в виде безвредного тепла, поэтому он является отличным фотозащитным средством.Меланин защищает от прямого повреждения ДНК и от непрямого повреждения ДНК. Солнцезащитный крем защищает только от прямого повреждения ДНК, но увеличивает косвенное повреждение ДНК. [23] [24] [25] Некоторые исследования предполагают, что это может быть причиной более высокой заболеваемости меланомой, обнаруживаемой у пользователей солнцезащитных кремов по сравнению с теми, кто их не использует. [51] [52] [20] [53] [54]

Стирание модулей СППЗУ

Некоторые модули EPROM (стираемая программируемая постоянная память) стираются под воздействием УФ-излучения.Эти модули часто имеют прозрачное стеклянное (кварцевое) окно в верхней части микросхемы, пропускающее УФ-излучение. В большинстве устройств они в значительной степени заменены микросхемами EEPROM и флэш-памяти.

Получение полимеров с низкой поверхностной энергией

Ультрафиолетовое излучение

полезно при получении полимеров с низкой поверхностной энергией для клеев. Полимеры, подвергнутые воздействию ультрафиолетового света, окисляются, что увеличивает поверхностную энергию полимера. Как только поверхностная энергия полимера повышается, связь между клеем и полимером становится сильнее.

Чтение папирусов и рукописей, которые иначе неразборчивы

Используя мультиспектральную визуализацию, можно читать неразборчивые папирусы, такие как сожженные папирусы Виллы Папирусов или Оксиринха, или палимпсест Архимеда. Техника включает в себя фотографирование неразборчивых папирусов с использованием различных фильтров в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне, точно настроенных для захвата определенных длин волн света. Таким образом, можно найти оптимальную спектральную часть для отличия чернил от бумаги на поверхности папируса.Простые источники NUV могут использоваться для выделения потускневших чернил на основе железа на пергаменте. [55]

Лазеры

Ультрафиолетовые лазеры

находят применение в промышленности (лазерная гравировка), медицине (дерматология и кератэктомия), в средствах связи и вычислительной технике (оптическое хранилище). Их можно изготавливать путем преобразования частоты в низкочастотные лазеры или из кристаллов Ce: LiSAF (церий, легированный фторидом лития, стронция, алюминия), процесс, разработанный в 1990-х годах в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса. [9]

УФ-солнечные элементы и УФ-деградация солнечных элементов

Основные статьи: Солнечный элемент и УФ-деградация

Японский национальный институт передовых промышленных наук и технологий (AIST) успешно разработал прозрачный солнечный элемент, который использует ультрафиолетовый свет для выработки электричества, но позволяет видимому свету проходить через него. Большинство обычных солнечных батарей используют видимый и инфракрасный свет для выработки электроэнергии. Напротив, инновационный новый солнечный элемент использует ультрафиолетовое излучение.Используемая для замены обычного оконного стекла, площадь поверхности для установки может быть большой, что приводит к потенциальным применениям, которые используют преимущества комбинированных функций выработки энергии, освещения и регулирования температуры. [56]

Также солнечные элементы PEDOT-PSS — это светочувствительные и чувствительные к ультрафиолету (УФ) свету фотоэлектрические элементы, которые легко изготовить. [57]

С другой стороны, нанокристаллический слой Cu 2 O в конструкции фотоэлектрических элементов увеличивает их способность использовать УФ-излучение для генерации фототока. [58]

Неразрушающий контроль

Основная статья: Неразрушающий контроль

УФ-свет заданного спектра и интенсивности используется для стимулирования флуоресцентных красителей с целью выявления дефектов в широком спектре материалов. Эти красители могут быть перенесены в поверхностные дефекты за счет капиллярного действия (проникающий контроль) или они могут быть связаны с частицами феррита, захваченными магнитными полями утечки в черных материалах (контроль магнитных частиц).

Эволюционное значение

В современных моделях эволюционной теории эволюция ранних репродуктивных белков и ферментов приписывается ультрафиолетовому свету.УФ-В свет заставляет пары оснований тимина, расположенные рядом друг с другом в генетических последовательностях, связываться вместе в димеры тимина, нарушение цепи, которое репродуктивные ферменты не могут скопировать (см. Рисунок выше). Это приводит к сдвигу рамки во время генетической репликации и синтеза белка, обычно убивая организм. Когда первые прокариоты начали приближаться к поверхности древних океанов, до того, как сформировался защитный озоновый слой, блокирующий большинство длин волн ультрафиолетового света, они почти всегда вымерли.Те немногие, что выжили, разработали ферменты, проверяющие генетический материал и разрушающие димерные связи тимина, известные как ферменты эксцизионной репарации оснований.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *