Диапазон излучения уф: ВОЗ | Ультрафиолетовое излучение и здоровье

Перечень терминов и понятий в УФ-излучении AquaPro

Перечень терминов и понятий в УФ-излучении ( AquaPro) 

Амальгама — жидкие или твёрдые сплавы ртути с другими металлами. Также амальгама может быть раствором ведущих себя аналогично металлам ионных комплексов. Амальгама используется при производстве бактерицидных ламп.

Амальгамные лампы. УФ лампы низкого давления, в которых вместо ртути используется амальгама. Такие лампы имеют большую интенсивность, чем обычные ртутные лампы при сохранении таких достоинств ламп низкого давления, как длительный срок службы и высокий КПД.

Бактериофаги. Вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Чаще всего бактериофаги размножаются внутри бактерий и вызывают их лизис. Как правило, бактериофаг состоит из белковой оболочки и генетического материала — одноцепочечной или двуцепочечной РНК. Размер частиц приблизительно от 20 до 200 нанометров.

Бактерицидное излучение. Электромагнитное излучение УФ-диапазона с длиной волны 205-315 нм.

Биоцидное действие излучения. Гибель микроорганизмов под воздействием бактерицидного излучения.

Биоцидный эффект. Количественная оценка действия биоцидного излучения (отношение числа погибших цист простейших и (или) яиц.

Бактерицидная лампа. Искусственный источник световой энергии, у которого в процессе электрического разряда генерируется излучение, содержащие в своем составе диапазон длин волн 205-315 нм. К таким лампам относятся ртутные лампы низкого и высокого давления, а также амальгамные лампы.

Бактерицидный эффект. Количественная оценка действия бактерицидного излучения (отношение числа погибших микроорганизмов к их начальному количеству).

Бактерицидная доза. Мера бактерицидной энергии, вызывающая гибель микроорганизмов.

Балласт электромагнитный. Электромагнитный балласт представляет собой индуктивное сопротивление (дроссель) подключаемое последовательно с лампой. Для запуска лампы с таким типом балласта требуется также стартер. Преимуществами такого типа балласта является его простота и дешевизна.

Балласт электронный. Электронный балласт представляет собой электронную схему, преобразующую сетевое напряжение (50 Гц) в высокочастотное (20-60 кГц), которое и питает лампу. Преимуществами такого балласта является отсутствие мерцания и гула, более компактные размеры и меньшая масса, по сравнению с электромагнитным балластом.

Безозоновые лампы. У таких ламп за счет изготовления колбы из специального материала (кварцевое стекло с покрытием) или её конструкции исключается выход излучения линии 185 нм.

Блок управления и контроля. Электротехнический шкаф, осуществляющий контроль и управление УФ – лампами. В нем смонтирована пускорегулирующая аппаратура, защитная и сигнализирующая автоматика.

Время бактерицидного облучения. Время, в течение которого происходит бактерицидное облучение.

Время наработки УФ ламп. Время, в течение которого УФ лампы находились в рабочем состоянии.

Газовый разряд — совокупность процессов, возникающих при протекании электрического тока через вещество, находящееся в газообразном состоянии.

Датчик-приемник УФ излучения. Устройство, измеряющее интенсивность УФ-излучения в камере обеззараживания.

Дезинфекция – это физический или химический процесс, в результате которого уничтожаются фактически все микроорганизмы, кроме спор бактерий.

Доза УФ облучения. Мера бактерицидной энергии, сообщенной микроорганизму. Определяют характером и качеством воды, поступающей для обеззараживания.

Загрязнение кварцевых чехлов. Бактерицидная лампа в камере обеззараживания защищена кварцевым чехлом или ампулой. Загрязнение чехла препятствует проникновению УФ лучей в воду. Определяется по показаниям датчика-приемника УФ излучения.

Инактивация.Частичная или полная потеря биологически активным веществом или агентом своей активности.

Источник УФ излучения. Искусственный источник световой энергии, в спектре которого имеется биоцидное излучение.

Интенсивность излучения. Отношение потока излучения к площади поверхности.

Камера обеззараживания. Основной элемент УФ установки, в котором происходит процесс обеззараживания воды.

Кварцевый чехол (ампула). Устройство, препятствующее прямому доступу воды к УФ лампе и стабилизирующее ее тепловой режим.

Коэффициент поглощения. Отношение потока УФ излучения, поглощенного слоем воды толщиной 1 см к падающему потоку УФ излучения.

Коэффициент полезного действия УФ излучения. Отношение бактерицидного потока облучателя к бактерицидному потоку.

Лампы низкого давления имеют электрическую мощность 2 — 200 Вт и рабочую температуру 40 — 150 С. В лампах этого типа 30 — 95% электрической энергии преобразуется в биоцидное монохромное излучение с длиной волны 254 нм. Срок службы ламп низкого давления составляет до 15 тыс. ч.

Монохроматическое излучение. Электромагнитное излучение (электромагнитная волна) одной определённой частоты.

Мощность источника УФ излучения. Суммарная световая энергия, излучаемая источником в УФ диапазоне в единицу времени.

Обеззараживание воды — уменьшение количества болезнетворных организмов в воде до пределов, установленных санитарно-гигиеническими требованиями.

Озонообразующие лампы. У таких ламп в спектре излучения присутствует спектральная линия с длиной волны 185 нм, которая в результате взаимодействия с молекулами кислорода образует озон в воздушной среде. Высокие концентрации озона могут оказать неблагоприятное воздействие на здоровье людей. Использование этих ламп требует контроля содержания озона в воздушной среде и тщательного проветривания помещения.

Паразитарные агенты, паразитарные патогены. Пропагативные стадии возбудителей кишечных паразитарных болезней (протозоозов, гельминтозов) — цисты и ооцисты патогенных кишечных простейших, яйца и личинки гельминтов.

Расчетная УФ доза. Определяется расчетным путем для исходной воды. При расчете учитываются: коэффициент пропускания воды, расход воды, размер камеры обеззараживания, количество и мощность УФ ламп, расстояние между лампами, спад УФ излучения в результате старения ламп, загрязнение кварцевых чехлов.

Расход воды. Объем воды, протекающей через камеру в единицу времени.

Ресурс УФ ламп. Период работы УФ лампы, в течение которого интенсивность УФ излучения соответствует минимальному значению, заявленному в техническом условии на лампу. Срок службы ламп зависит от типа лампы, технологии изготовления, условий эксплуатации. Срок службы ламп среднего давления составляет 6000–8000 часов, ламп низкого давления 10 000–16 000.

Ртутные газоразрядные лампы представляют собой электрический источник света, в котором для генерации оптического излучения используется газовый разряд в парах ртути.

Спектр излучения — относительная интенсивность электромагнитного излучения объекта исследования по шкале частот. Обычно изучается излучение в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазоне от сильно нагретого вещества. Спектр излучения вещества представляют либо в виде горизонтальной цветовой полосы — результат расщепления света от объекта призмой — либо в виде графика относительной интенсивности, либо в виде таблицы.

Ультрафиолет (ультрафиолетовое излучение). Электромагнитное излучение, занимающее диапазон между видимым и рентгеновским излучением (380 — 10 нм,). Диапазон условно делят на ближний (380—200 нм) и дальний ( вакуумный) (200—10 нм) ультрафиолет.

УФ установка. Устройство для обеззараживания воды бактерицидным излучением. Состоит из камеры обеззараживания, блока управления и контроля, устройства промывки кварцевых чехлов.

УФ лампы. Искусственный источник световой энергии, у которого в процессе электрического разряда генерируется излучение, содержащие в своем составе диапазон длин волн 205-315 нм. К таким лампам относятся ртутные лампы низкого и высокого давления, а также амальгамные лампы.

УФ поглощение. Количество УФ излучения, поглощенного веществом на определенной длине волны.

УФ пропускание. Количество УФ изучения, пропускаемого веществом или средой.

Фотореактивация. Уменьшение повреждающего действия ультрафиолетового излучения на живые клетки при последующем воздействии на них ярким видимым светом.

Ультрафиолетовые рециркуляторы

Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, UV, УФ)

– это электромагнитное излучение, охватывающее диапазон длин волн от 100 до 400 нм оптического спектра электромагнитных колебаний, то есть между видимым и рентгеновским излучением.
Применение в настоящее время ультрафиолетовой энергии становится все более актуальным, поскольку является одним из главных методов инактивации вирусов, бактерий и грибков. Под инактивацией микроорганизмов понимают потерю их способности к размножению после стерилизации или дезинфекции.

Бактерицидным действием обладает ультрафиолетовое излучение с диапазоном длин волн 205–315 нм, оно вызывает деструктивно-модифицирующее фотохимическое повреждение ДНК клеточного ядра микроорганизма. Изменения в ДНК микроорганизмов накапливаются и приводят к замедлению темпов их размножения и дальнейшему вымиранию в первом и последующем поколениях. В результате ряда наблюдений было отмечено, что воздействие энергии в диапазоне спектра UVC наиболее эффективно с бактерицидной точки зрения при длине волны в 253,7 нм.

Для определенных помещений существуют требования по необходимости обеззараживания воздуха. Помещения, в которых размещают бактерицидные установки, подразделяют на две группы:
– в которых обеззараживание воздуха осуществляется в присутствии людей в течение рабочего дня ультрафиолетовыми установками с закрытыми облучателями, исключающими возможность облучения людей, находящихся в помещении;
– в которых обеззараживание воздуха осуществляется в отсутствии людей бактерицидными установками с открытыми или комбинированными облучателями, при этом предельное время пребывания людей в помещении определяется расчетом.

Правила техники безопасности при использовании рециркулятора:

• Запрещается использование прибора с признаками неисправности
• Нельзя включать рециркулятор при снятом кожухе без специальных очков
• При непосредственном контакте с УФ лампой необходимо следить за целосностью его колбы
• При повреждении колбы незамедлительно проводится обработка осколков и места, где она разбилась, 1%-м раствором марганцовки для обезвреживания ртутной составляющей

Первые 100 часов работы лампы выделяют озон в малом количестве (в пределах ПДК), что может нанести вред здоровью людей или животных при достаточно долгой работе рециркулятора в закрытом пространстве (из-за роста концентрации озона). В связи с этим рекомендуется первое время включать рециркуляторы в отсутствие людей или с приоткрытыми окнами, либо регулярно проветривая.
 

Use of ultraviolet radiation in modern medicine (Literature review). | Markevich

The article describes the main directions and areas of application of ultraviolet radiation in clinical practice. A special place is given to the mechanisms of biological effects of ultraviolet radiation, therapeutic effects, as well as the main indications, contraindications, equipment for the use of this method of treatment at the present time. Ultraviolet radiation in all possible methods and methods of delivery to biological tissues is of high importance in modern practice, effectively used in most sections of medicine — surgery, urology, gynecology, dermatology, pulmonology, cardiology, otorhinolaryngology, hematology, immunology and many others. This forms the basis for a wider introduction of UV radiation, further improvement of equipment and methods of its application in practical medicine.

Ультрафиолетовое излучение (УФ-излучение) представляет собой часть оптического (светового) диапазона электромагнитных волн с длиной волны от 400 до 180 нм. В зависимости от длины волны УФ-спектр условно делят на 3 зоны: область «А» — длинноволновое УФ-излучение (ДУФ), 400-320 нм; область «В» — средневолновое УФ-излучение (СУФ), 320-280 нм; область «С» — коротковолновое УФ-излучение (КУФ), 280-180 нм. В последние годы дополнительно используют селективную УФ-терапию в виде дальнего и ближнего участков области «А» — УФ «А» 1 (400-340 нм), УФ «А» 2 (340-320 нм) и узкополосную часть спектра «В» — 311 нм. УФ-спектр излучения определяет биологическое действие на организм. УФ-лучи проникают в биологическую ткань на глубину 0,1-1 мм. Наименьшей проницаемостью обладает коротковолновое, наибольшей — длинноволновое излучение. Длинно- и средневолновые УФ-лучи взаимодействуют преимущественно с белками протоплазмы клеток, коротковолновые — с нуклеопротеидами ядер клеток. При этом считается, что коротковолновое облучение крови обусловливает в основном иммуностимулирующий эффект, а длинноволновое облучение оптического диапазона существенно улучшает реологические свойства крови и микроциркуляцию. В 1803 г. русским физиком В.В.Петровым был впервые описан искусственный свет, полученный с помощью электрической дуги. Французский невропатолог Ж.М.Жарко в 1859 г. высказал предположение, что реакция кожи на дуговое электроизлучение схожа с действием солнечного света. Пионером лечения ультрафиолетовым излучением, полученным с помощью электрической угольной дуги, был русский врач Коломенского машиностроительного завода П.В.Эвальд. В 1890-1892 гг. он с успехом использовал облучение на рабочих, страдающих ревматизмом и невралгическими болями. Впервые в 1928 г. Е.Кнотт в Германии использовал аутовенозное ультрафиолетовое облучение крови (АУФОК) для лечения септических больных. По его словам, «идея использования ультрафиолетовых лучей для уничтожения микробов в крови при сепсисе буквально витала в воздухе». Е.Кнотт в сотрудничестве с В.Хенкоком заражали собак гемолитическим стрептококком до развития сепсиса, затем облучали их кровь ультрафиолетом, прогоняя ее по присоединенной к кровеносным сосудам трубке из кварцевого стекла, пропускающего УФ-лучи. В 1934 г. Г.Гавличек на съезде Немецкого хирургического общества сделал доклад, в котором рассказал о своем варианте применения УФ-облучения. Он достиг положительного клинического эффекта, вводя внутримышечно облученную ультрафиолетом кровь пациентам. В 1975 г. Ф.-А.Попп описал суть фотонной энергии ультрафиолета в живых клетках. В своих опытах он доказал, что энергия в клетке не только существует в виде фотонов солнца, но и может передаваться с биологической информацией другим организмам через пространство c ультрафиолетовыми фотонами. В 1997 г. издательство «Медицина» выпустило в свет капитальный труд В.И.Карандашова и Е.Б.Петухова «Ультрафиолетовое облучение крови», в котором с научной тщательностью были описаны сотни наблюдавшихся только за последние годы случаев положительного влияния УФ-облучения крови на состояние пациентов. В настоящее время для генерации УФ-лучей используются люминесцентные источники высокого и низкого давления, предоставляющие возможность получать как интегральное УФ-излучение, так и селективные его области «А», «В» и «С». Биологическое действие В основе действия УФ-лучей лежит фотоэлектрический эффект — способность молекул веществ, входящих в состав клеток живых организмов, поглощать кванты излучения и вследствие этого вовлекаться в различные фотохимические реакции, изменяющие их строение и функции. Этот процесс приводит к изменению структуры наиболее чувствительных к излучению ДНК, РНК и белковых молекул, разрыву слабых связей в молекуле белка, распаду сложных молекул на более простые, образованию свободных радикалов, возникновению клеточных мутаций, высвобождению биологически активных веществ (гистамина, ацетилхолина, простагландинов и др. ). В результате вызванной ультрафиолетовым излучением десорбции белков и углеводов с внешнего примембранного слоя клеток крови увеличивается вероятность межклеточных дистанционных взаимодействий с рецепторными белками различных элементов крови. Эти процессы лежат в основе выраженных неспецифических реакций системы крови, особенно при ее коротковолновом облучении. К числу таких реакций относятся изменения агрегационных свойств эритроцитов и тромбоцитов, фазовые изменения содержания лимфоцитов и иммуноглобулинов А, М и G, повышение бактерицидной активности крови. Наряду с реакциями системы крови, УФ-излучение вызывает расширение сосудов микроциркуляторного русла, нормализует свертывающую систему крови и активирует трофометаболические процессы в тканях. При ультрафиолетовом облучении крови происходит стимуляция клеточного дыхания форменных элементов крови и увеличивается ее ионная проницаемость, что вызывает увеличение количества оксигемоглобина и повышение кислородной емкости крови. В результате активации процессов перекисного окисления липидов в мембранах эритроцитов и лейкоцитов и разрушения тиоловых соединений и альфа-токоферола в крови появляются свободные радикалы и гидроперекиси, которые способны нейтрализовать токсичные продукты. Физиологический эффект Физиологический эффект УФ-радиации складывается из нейрорефлекторных, нейрогуморальных и биохимических процессов. Он определяется интенсивностью, продолжительностью, площадью, локализацией облучения, чувствительностью кожи к УФ-лучам, исходным функциональным состояниям организма. УФ-лучи активизируют функцию ретикулоэндотелиальной системы, улучшают иммунологическую реактивность организма, усиливают белковый и углеводный обмен, стимулируют деятельность эндокринных органов (надпочечников, щитовидной и половых желез), повышают интенсивность кровоснабжения кожи и подлежащих тканей. Благодаря экономичности, относительной простоте, безопасности, многообразию эффектов биологического воздействия, индуцированных в организме, отсутствию побочных явлений, высокой терапевтической эффективности в последние десятилетия динамично развивается одна из областей эфферентной медицины — фотогемотерапия (квантовая терапия, физиогемотерапия, фотомодификация). Особый вклад в развитие этого направления внесло ультрафиолетовое облучение крови. Внутривенный способ УФО крови оказывает сопоставимое с экстракорпоральным методом действие. Ультрафиолетовое облучение крови (фотогемотерапия, УФО крови, АУФОК) — метод эфферентной терапии (экстракорпоральной детоксикации, гравитационной хирургии крови), представляющий собой дозированное облучение крови квантами видимого света и верхней части ультрафиолетового спектра. Для этого чаще всего используют КУФ-излучение с наибольшей спектральной плотностью в области 254-256 нм. На некоторые свойства крови положительное влияние оказывают и ДУФ-лучи, иногда в сочетании с областью «В» (400-280 нм). АУФОК при действии КУФ-лучей дает выраженный бактерицидный и вироцидный эффекты, с успехом применяется при лечении сепсиса, перитонита, гнойно-воспалительных заболеваний мягких тканей, после сложных операций для предотвращения инфекционных осложнений, а также при тяжелой вирусной патологии (гепатит, полиомиелит, пневмония и др.). Уже через 3-5 мин после проведения АУФОК наблюдается увеличение кислородной емкости крови, и этот показатель удерживается в течение 30 дней после процедуры. Возрастание оксигенации крови после второй-третьей процедуры АУФОК достигает величин, превышающих исходные значения на 25%. При этом отмечаются увеличение утилизации кислорода клеточными структурами, ускорение окислительно-восстановительных процессов и улучшение обмена в патологически измененных тканях. АУФОК является результативным методом лечения различных гипоксических состояний, имеющих место при многих сердечно-сосудистых заболеваниях (хроническая ИБС, облитерирующие эндартерииты и др.). Кроме того, АУФОК нормализует показатели гемостаза, снижает вязкость крови, практически исключает тромбоз и тромбоэмболию после хирургических вмешательств, уменьшает интоксикацию, улучшает процессы гемопоэза, увеличивает содержание гемоглобина, способствует стимуляции и регенерации язвенных дефектов. Многие специалисты отмечают влияние УФ-излучений на состояние иммунитета при использовании местной и общей методик воздействия. Мнения авторов неоднозначны: некоторые из них говорят о повышении иммунитета или иммунокоррекции, в то время как другие — об угнетении иммунологических показателей, иммуносупрессии. О повышении иммунобиологического потенциала свидетельствуют многие косвенные практические наблюдения о развитии бактериостатических эффектов разной степени выраженности при использовании адекватных доз интегрального или селективного (чаще области «А») УФ-излучения у пациентов с заболеваниями внутренних органов, вызванных инфекцией. УФ-излучение в данных случаях не может оказывать прямое бактерицидное или бактериостатическое действие из-за его малой глубины проникновения (0,2-0,5-1,0 мм). По-видимому, применение эритемных доз при местных УФ-облучениях приводит к явлениям фотодеструкции белковых молекул кожи с образованием веществ антигенной природы, на что происходит формирование иммунного ответа с изменением количества и активности лимфоцитов, иммуноглобулинов классов А, М и G, а также моноцитов, макрофагов и нейтрофилов, находящихся в дерме и сосудах. Возникает выраженная реакция тканей макроорганизма, приводящая к усилению процессов местного иммунитета. Под влиянием общих облучений постепенно возрастающими субэритемными дозами интегрального УФ-излучения (или УФ «A»+УФ «B») в организме также повышается активность процессов общего иммунитета. Это проявляется изменением многих иммунобиологических показателей — увеличением количества лимфоцитов, повышением фагоцитарной активности лейкоцитов, опсоно-фагоцитарного индекса и др. В связи с этим общая методика УФ-облучений широко применяется у взрослых и детей как средство профилактики гриппа, острых респираторных инфекций, заболеваний кожи, вызванных инфекцией, фурункулеза и других патологических процессов, обусловленных иммунодефицитными состояниями. Нельзя исключать и действие излучения через кровь (подобно АУФОК), протекающую в сосудах сосочкового и ретикулярного слоев дермы, куда доходит определенная часть УФ-лучей. Благодаря значительной скорости кровотока весь объем циркулирующей крови через короткий период времени проходит через кожу, в связи с чем УФ-излучение оказывает выраженное влияние на форменные элементы. При адекватных дозах происходят активация Т-лимфоцитов, макрофагов и других элементов белой крови, а также усиленная выработка неспецифических иммунных тел, что способствует повышению клеточного и гуморального иммунитета. Лечебные эффекты УФО Выраженное бактерицидное действие связано с непосредственным влиянием на микроорганизмы. При поглощении лучей в микробной клетке происходят сложные биофизические процессы в виде денатурации и коагуляции белковых молекул, нуклеиновых кислот за счет их действия на ДНК и РНК. Результатами этих изменений являются появление летальных мутаций, инактивация генома, приводящие к разрушению микроорганизмов. Необходимо отметить, что гибель микробных тел происходит лишь при действии больших эритемных доз УФ-лучей, малые дозы могут способствовать размножению бактерий или изменять их свойства. Бактерицидное действие КУФ-излучения оказывается на стафилококки, стрептококки, синегнойную, брюшнотифозную и кишечную палочки, на вирусы гриппа и др. Нормализация газотранспортной функции, кислотно-основного состояния, реологических свойств крови обусловлена поглощением тканями УФ-излучения с достаточно высоким уровнем энергии (величиной кванта), что при значительной его дозе приводит к появлению морфологических изменений в виде процессов фотолиза и денатурации (коагуляции) белков при облучении СУФ и КУФ-лучами. Продукты деструкции в виде низкомолекулярных веществ, свободных радикалов — элементов ПОЛ изменяют состояние биологических мембран, вызывают дегрануляцию лаброцитов, базофилов и других клеток. Нормализация протеолитической и антиоксидантной активности крови под влиянием УФ-облучения основана на повышении ферментативной активности ряда энзимов, увеличении количества тирозиназы, гистаминазы, пероксидазы, гистидин-декарбоксилазы. Активация ферментативных реакций приводит к выделению биологически активных веществ (кининов, простагландинов, ацетилхолина), которые дополнительно оказывают сосудорасширяющий эффект (изменяют тонус и проницаемость сосудистой стенки). Десенсибилизирующее действие достигается повторными УФ-облучениями, которые приводят к снижению содержания гистамина, а главное — к выраженному повышению гистаминопектического индекса (показатель способности организма инактивировать гистамин). Десенсибилизирующее действие связано с повышением активности защитных противогистаминных механизмов. Анальгезирующее действие обусловлено преобразованиями нервных рецепторно-эффекторных структур кожи, способствующих изменению кожной чувствительности под влиянием эритемных доз УФ-излучения. В эксперименте в диализатах кожи обнаружены гистидин, гистидин-декарбоксилаза. Обнаруженные вещества свидетельствуют о понижении возбудимости, угнетении деятельности различных органов, торможении нервных образований. Активация факторов неспецифической резистентности и коррекция клеточного и гуморального иммунитета под влиянием КУФ-облучения крови основаны на усилении выработки интерферона, лизоцима, активации системы комплемента, фагоцитарной активности лейкоцитов, увеличении титра иммуноглобулинов и ряда других показателей. Витаминообразующее действие подразумевает образование холекальциферола — витамина D3, который образуется в результате ряда фотобиологических реакций под влиянием поглощения УФ-излучения, преимущественно длинноволнового спектра. Показания к ультрафиолетовому облучению и используемая аппаратура 1. Длинноволновый ультрафиолетовый спектр излучения (установки «ПУВА-6001», «Вальдман-8000», Германия; «ЭОД-10», Россия): псориаз, себорея, гнойно-септические заболевания кожи и подкожно-жировой клетчатки, D-гиповитаминоз. 2. Средневолновый спектр излучения (облучатели «ЭОД-10», «ОУГ-1», «УУД-1», «УУД-1-А», «Селлюкс», Россия; «Вальдман», Германия): острый неврит, острый миозит, гнойничковые заболевания кожи (фурункул, карбункул, сикоз и др.), рожа, трофические язвы, вялогранулирующие раны, пролежни, воспалительные и посттравматические заболевания суставов, ревматоидный артрит, бронхиальная астма, острый и хронический бронхит, острые респираторные заболевания, хронический тонзиллит, воспаление придатков матки, Д-гиповитаминоз. 3. Коротковолновой ультрафиолетовый спектр излучения (облучатели «ОКУФ-5м», «БОП-4», Россия): облучение раневых поверхностей, пролежней и миндаликовых ниш после тонзилэктомии, санация носоглотки при острых респираторных заболеваниях, наружный отит, обеззараживание воздуха в операционных, процедурных, ингаляториях, реанимационных отделениях и палатах больных. 4. Сплошной ультрафиолетовый спектр излучения 200-800 нм (аппарат импульсной ультрафиолетовой терапии «Мелитта-01», Россия): гнойно-воспалительные заболевания кожи и подкожной клетчатки (фурункул, карбункул, гидраденит) в начальный период гидратации и после хирургического вскрытия гнойной полости, обширные гнойные раны, раны после некрэктомии, гранулирующие раны после термических, химических, радиационных ожогов, раны перед и после аутодермопластики, трофические язвы и вялогранулирующие раны, рожистое воспаление, герпетическое воспаление кожи и слизистых оболочек, облучение ран перед первичной хирургической обработкой и после нее с целью профилактики развития гнойных осложнений. 5. Большинство аппаратов для внутрисосудистого ультрафиолетового облучения крови имеют вариабельный волновой диапазон и предполагают инвазивную методику воздействия (аппараты «Матрикс-ВЛОК», «Надежда-О2», Россия; аппарат светодиодный «Соларис — УФО», аппарат «Юлия», аппарат УФО крови «Изольда», Россия). Показаниями к применению УФОК являются системные и органные атеросклеротические поражения сосудов (облитерирующий атеросклероз магистральных артерий конечностей, ишемическая болезнь сердца, гиперлипидемия, церебральный атеросклероз), острые и хронические гнойные заболевания (гнойный перитонит, флегмоны мягких тканей, рецидивирующий фурункулез, рожистое воспаление, пиодермии, сепсис), острый и хронический панкреатит, острые и хронические тромбофлебиты, воспалительные (инфекционные) осложнения после операций и травм, острые экзогенные отравления (для профилактики и лечения инфекционных осложнений), эндогенные интоксикации (острые и хронические гепато- и нефропатии), иммунодефицитные состояния, аллергические заболевания (в частности, бронхиальная астма), поликистоз яичников, ожоговая болезнь, трофические язвы, некоторые инфекционные заболевания (вирусные гепатиты, герпес, кандидозы). Отдельного внимания заслуживает аппарат для неинвазивного облучения крови ультрафиолетовым излучением «Экосвет 1» (Россия). Показания к его применению не отличаются от таковых при использовании аппаратов с инвазивной методикой воздействия, при этом очевидными преимуществами аппарата «Экосвет 1» являются бескровность способа его применения и отсутствие возможных осложнений, связанных с инвазией. Еще одним преимуществом является возможность использования аппарата вне лечебной организации (в полевых условиях, на дому). Механизм воздействия и достигаемый эффект данного аппарата обеспечиваются использованием импульсного режима УФО одновременно в двух частях УФ-диапазона (А, В), а также частично в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. Благодаря импульсному режиму работы уменьшается длительность воздействия, УФ-излучение практически не вызывает эритемы, отсутствует пигментообразующий эффект. Противопоказаниями к проведению процедуры являются: злокачественные новообразования, а также доброкачественные новообразования с наклонностью к быстрому росту, заболевания крови (в т. ч. гемофилия), геморрагический диатез, продолжающиеся кровотечения различного генеза, активные формы туберкулеза легких, заболевания почек с недостаточностью их функции, повышение функции щитовидной железы (тиреотоксикоз), тяжелые заболевания сердечно-сосудистой системы в стадии декомпенсации (гипертоническая болезнь III стадии, тяжелые нарушения сердечного ритма, тяжелые пороки сердца, недостаточность кровообращения IIб и III стадии), фотодерматозы и повышенная чувствительность к солнечным лучам, острое нарушение мозгового кровообращения, все формы порфирии и пеллагра, остаточные явления после перенесенного инфекционного гепатита — до 1 года, поствакцинальная аллергия, эпилепсия, аутоиммунные заболевания, системная красная волчанка, беременность, возраст до 18 лет, глаукома и катаракта. У больных с порфириями и пеллагрой имеются эндогенные фотосенсибилизаторы, которые могут вызвать тяжелые фототоксические реакции. Некоторые лекарственные препараты (тетрациклины, фенотиазины, фторхинолоны, сульфаниламиды, антигистаминные препараты, диуретики, красители — эозин, фурокумарины, гипогликемические препараты, транквилизаторы) тоже являются фотосенсибилизаторами, поэтому на фоне их применения также возможны фототоксические и фотоаллергические реакции. В заключение необходимо отметить, что ультрафиолетовое облучение во всех возможных методиках и способах доставки к биологическим тканям имеет высокую значимость в современной практике. УФ-спектр эффективно применяется в большинстве разделов медицины — хирургии, урологии, гинекологии, дерматовенерологии, пульмонологии, кардиологии, оториноларингологии, гематологии, иммунологии, аллергологии, фтизиатрии, нефрологии, эпидемиологии и многих других. Данный факт формирует основу для более широкого внедрения УФ-излучения, дальнейшего совершенствования оборудования и методик его применения в практической медицине.

1. Векшин Н.Л. Фотоника биологических структур. — Пущино: НЦБИ, 1988. — С. 18-21.
2. Гавришева И.А., Дуткевич И.Г., Плешаков В.Г., Колесник В.С. Влияние разных методов фотогемотерапии на реологические свойства крови у больных с ИБС // Вестник хирургии им. Н.Н.Грекова. — 2000. — Т. 159, № 2. — С. 60-64.
3. Карандашов В.И., Петухов Е.Б. Ультрафиолетовое облучение крови. — М.: Медицина, 1997. — С. 49-51.
4. Комарова Л.А., Кирьянова В.В. Применение ультрафиолетового излучения в физиотерапии и косметологии. — СПб: МАПО, 2006. — С. 31-47.
5. Комарова Л.А., Егорова Г.И. Сочетанные методы аппаратной физиотерапии и бальнеотеплолечения. — СПб: МАПО, 1994. — 222 с.
6. Пономаренко Г.Н. Физические методы лечения: Справочник. — СПб: ВМедА, 2002. — 299 с.
7. Применение ультрафиолетового излучения для профилактики и лечения заболеваний у детей: Метод. рекомендации. — М.: Медицина, 1988. — 31 с.
8. Самойлова К.А. Действие ультрафиолетовой радиации на клетку. — Л.: Интерстиль, 1997. — 106 с.
9. Семенков В.Ф. Иммуногеронтология. — М.: Медицина, 2005. — С. 18-26.
10. УФ-излучение и кожа: эффекты, проблемы, решения. — М.: Издат. дом «Косметика и медицина», 2004. — 391 с.
11. Ушаков А.А. Современная физиотерапия в клинической практике. — М.: АНМИ, 2002. — С. 120-132.
12. Фототерапия (светолечение): Руководство для врачей / В.И.Карандашов, Е.Б.Петухов, В.С.Зродников / Под ред. Н.Р.Палеева. — М.: Медицина, 2001. — С. 373-389.
13. Цуцор В.Б. Лечение аутокровью, облученной ультрафиолетовыми лучами, больных, страдающих патологическим климаксом // В кн.: Квантовая гемотерапия. — Свердловск, 1981. — С. 43-45.
14. Creed D. The photophysics and photochemistry of the near-UV absorbing amino acids. I. Tryptophan and its simple derivatives // Photochem. Photobiol. — 1984. — Vol. 39. — P. 537-562.
15. Fitzpatrick R.E., Rostan E.F. Double-blind, half-face study comparing topical vitamin C and vehicle for rejuvenation of photodamage Text // Dermatol. Surg. — 2002. — N 3. — P. 231-236.
16. Giacomoni P.U., Gan D., Ingrassia M. Protection against indirect photodamage in human skin and in living skin equivalents // SOFW-J. — 2000. — Vol. 126, N 7. — P. 2-5.
17. Несkman М.,‚ Zogelmeier F., Konz B. Frequency of facial basal cell carcinoma does not correlate with site-specific UV almol exposure // Arch. Dermatol.- 2002. — Vol. 138. — P. 1494-1497.
18. Kato H. Photodynamic therapy for lung cancer A review of 19 years experience // J. Photochem. Photobiol. — 1998. — Vol. 42. — P. 96-98.

Views

Abstract — 462

PDF (Russian) — 995

Cited-By

Article Metrics

PlumX

Dimensions

Современные направления развития источников УФ-излучения бактерицидного диапазона Текст научной статьи по специальности «Физика»

РАЗДЕЛ II. ФИЗИКА

УДК 535-3

DOI: 10.18384/2310-7251-2017-4-24-38

СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ИСТОЧНИКОВ УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ БАКТЕРИЦИДНОГО ДИАПАЗОНА

Бугаев АС.1,2, Шешин ЕЛ.1, Озол Д.И.1, Мье М.М.1, Данилкин М.И.3, Верещагина НЮ.3

1 Московский физико-технический институт

141700, Московская область, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9, Российская Федерация

2 Московский государственный областной университет 105005, г. Москва, улица Радио, д. 10А, Российская Федерация

3 Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

119991, Москва, Ленинский проспект, д. 53, Российская Федерация

Аннотация. В последние десятилетия стремительно расширяется область применения ультрафиолетовых источников излучения. Они находят многочисленные бытовые, медицинские и промышленные применения, в особенности для обеззараживания воздуха, воды и поверхностей. Для этих целей наиболее эффективно УФ-излучение так называемого бактерицидного диапазона. Наибольшее распространение получили ртутные лампы низкого и среднего давления. Однако в настоящее время усилились тенденции к исключению ртути не только из бытового, но и промышленного оборота. Этим вызвана необходимость развития не содержащих ртути УФ-источников. Такими являются эксимерные лампы, УФ-излучающие светодиоды, а также представители нового направления — катодолюминес-центные УФ-источники, в особенности с автоэмиссионным катодом.

Ключевые слова: ультрафиолет, обеззараживание, бактерицидный диапазон, катодолю-минесценция, автоэмиссия

MODERN TRENDS IN THE DEVELOPMENT OF UV-SOURCES OF GERMICIDAL RANGE

A. Bugaev1,2, E. Sheshin1, D. Ozol1, M. Myo1, M. Danilkin3, N. Vereschagina3

1 Moscow Institute of Physics and Technology (State University) Institutskii pereulok 9,141700 Dolgoprudnyi, Moscow region, Russian Federation

© Бугаев А.С., Шешин Е.П., Озол Д.И., Мье М.М., Данилкин М.И., Верещагина Н.Ю., 2017.

2 Moscow Region State University

ul. Radio 10A, 105005 Moscow, Russian Federation

3 P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences

Leninsky prosp. 53,119991 Moscow, Russian Federation

Abstract. In recent decades the field of application of UV light sources has been rapidly increasing. They can be used for many purposes in everyday life, medicine, industry, especially for disinfection of air, water, and surfaces. The most efficient for this purpose is the UV radiation within the so-called germicidal range. The mercury-vapor low and medium pressure lamps are most widely used. However, nowadays a tendency has been promoted to withdraw mercury appliances not only from household usage, but from industry. This leads to a necessity of the development of mercury-free UV light sources such as excimer lamps and UV light-emitting diodes (UV-LEDs). Recently a new kind of lamps, so called cathodoluminescent UV light sources (especially with field emission cathodes), has been developed. Key words: UV-light, disinfection, germicidal range, cathodoluminescence, field emission.

Источники ультрафиолетового (УФ) излучения широко распространены в медицине и промышленности. В последние годы особенно быстро растёт их применение для обеззараживания поверхностей, воздуха, воды, так как УФ-излучение эффективно воздействует на многие бактерии, вирусы, плесневые грибы. Наиболее эффективно излучение так называемого бактерицидного диапазона (~230-300 нм), лежащего в областях UV-B (280-320 нм) и UV-C (200280 нм). Рассмотрим основные существующие в настоящее время источники, излучающие в основном именно в бактерицидном диапазоне (таким образом, за пределами данной статьи останутся вспышечные лампы, дейтериевые лампы и другие источники более широкого спектра).

Механизм воздействия УФ-излучения на микроорганизмы

Обеззараживание под действием УФ-излучения происходит за счет фотохимических реакций внутри микроорганизмов [4; 10]. При этом УФ-излучение в принципе воздействует на все молекулы клетки, но лишь биополимеры — белки мембран и нуклеиновые кислоты (особенно ДНК клеточного ядра) — поглощают его эффективно. Чувствительность протеинов, образующих мембраны, велика в диапазоне длин волн < 230 нм, более длинноволновое излучение воздействует на них очень слабо. Нуклеотиды же, образующие ДНК, имеют выраженный максимум поглощения УФ-излучения в диапазоне 250-270 нм (рис. 1). Так как удобнее работать с источниками излучения более длинноволнового диапазона, особенно при обеззараживании жидкостей (вода интенсивно поглощает излучение длиной волны < 230 нм), большинство используемых для обеззараживания УФ-источников воздействуют именно на ядра клеток или вирусов, разрушая их ДНК. Собственно говоря, именно поэтому такую обработку и называют не стерилизацией, а обеззараживанием — после разрушения клеточной ДНК (клеточная мембрана и иные структуры при этом не повреждаются или повреждаются слабо) бактерия может сохранить жизнеспособность (то есть метаболические процессы в ней не прекращаются), но более не способна размножаться. Отметим,

Wavelength.

Рис. 1. Кривые поглощения УФ-излучения протеинами и нуклеотидами [4].

что в силу малых поперечных размеров клеток лишь не более 5% УФ-излучения, проходящего через отдельно взятую типичную бактериальную клетку, поглощается в ней — таким образом, клеточные мембраны и другие органеллы не могут послужить сколько-нибудь эффективной экранирующей защитой для ядер. Но с ростом размеров клеток чувствительность микроорганизмов ослабевает, поэтому стойкость плесневых клеток к УФ-облучению выше, чем у бактериальных.

Из графика на рис. 1 видно, что наиболее эффективны УФ-источники с длиной излучаемой волны около 265-270 нм (вообще говоря, разные микроорганизмы имеют различную чувствительность к УФ-облучению, в том числе и спектральную — однако качественно кривые чувствительности в большинстве случае близки к кривой чувствительности нуклеотидов, что позволяет опираться на неё при выборе УФ-источников для практического применения). Однако источники излучения, как правило, имеют сложные спектры — либо широкие, либо с множеством линий, не всегда попадающих в область максимальной фоточувствительности клеток. Поэтому источники с разными спектрами при прочих равных имеют различную бактерицидную эффективность. Для её описания введено понятие относительной спектральной бактерицидной эффективности — безразмерная величина, свёртка спектра источника с кривой чувствительности. Бактерицидным потоком (измеряемым в ваттах) называется произведение мощности на безразмерную бактерицидную эффективность, бактерицидной отдачей — отношение бактерицидного потока к потребляемой УФ-источником электрической мощности. Так, спектр излучения ртутных ламп низкого давления имеет выраженный узкий пик на длине волны 253,7 нм, что достаточно близко к максимуму бактерицидной эффективности (рис. 2), и обеспечивает таким лампам высокую бактерицидную отдачу до 25-35%.

На этот пик приходится 82% излучаемой мощности, ещё 6,6% — на линию вакуумного ультрафиолета 184,9 нм, остальное — на несколько пиков слабой интенсивности от 260 до 600 нм. Такой спектр делает ртутные лампы низкого давления

200 220 240 260 280 300 320 340 360 Wavelength, nm

Рис. 2. Кривая бактериальной чувствительности E.coli к УФ-излучению и спектры ртутных ламп низкого и среднего давления [4].

1,2 1-

0.0 -1-1-1-1-1-1-1-

О 10 2030 40 50 60 70 80

Tempwature. *С

Рис. 3. Зависимость интенсивности свечения ртутной лампы низкого давления от температуры [10].

спектрально достаточно эффективными, и в целом наиболее эффективными из существующих на сегодняшний день источников, но их недостатками являются малая плотность излучаемой мощности и сильная зависимость мощности от температуры окружающей среды (рис. 3.), кроме того, линия 184,9 нм может приводить к генерации озона.

Для случая лампы, омываемой водой, эта зависимость менее выражена, но тем не менее в холодных регионах, где температура воды может быть не выше 0,5 °С, особенно зимой, иногда возникают проблемы с зажиганием разряда в лампах. В любом случае, для работы таких ламп оптимальной является температура собственно лампы 30-40 °С, которая достигается в случае работы в стоячем воздухе температуры 25-27 °С. При этом лампа может терять до четверти своей мощности, когда температура воздуха опускается с 27 °С до 16 °С [4].

Недостаточная плотность мощности (0,15-1 Вт/см2) и высокая температурная чувствительность приводят к тому, что часто используются намного менее спектрально эффективные (см. рис. 2.) и имеющие бактерицидную отдачу 10-16%, с меньшим ресурсом, но обладающие значительно большей «яркостью» (десятки Вт/см2), ртутные лампы среднего давления.

Однако главным недостатком ртутных ламп является их экологическая опасность. Имеется риск попадания ртути в питьевую воду в случае разрушения оболочки лампы, отработанные лампы требуют специальной утилизации, чтобы избежать попадания ртути в окружающую среду. В настоящее время опасения по отношению к ртути вылились в ратификацию странами-членами ООН Минаматской конвенции о ртути [12]. В связи с этим весьма желательно создание и внедрение эффективных УФ-источников, не содержащих ртути. Рассмотрим основные из известных на сегодняшний день.

Эксилампы

Эксимерами называют возбуждённые двухатомные молекулы (димеры), состоящие из пар одинаковых атомов, формирующих химическую связь лишь в возбуждённом состоянии. Распад эксимера сопровождается испусканием кванта с энергией, характерной для молекул данного типа. Аналогичные возбуждённые молекулы, образованные разными атомами, называют эксиплексами. К экси-лампам относят источники излучения, работающие на эксимерах и эксиплек-сах. Для формирования эксимеров, либо эксиплексов газовую смесь — инертные газы, галогены, или смесь инертных газов и галогенов — необходимо возбудить, обычно это делают, пропуская через газ электрический разряд. Распространены эксилампы барьерного и ёмкостного разрядов. Спектры для одной и той же газовой смеси для разных типов разрядов могут несколько отличаться, варьируются они и в зависимости от давления газа.

Длина волны эксилампы не поддаётся произвольному управлению, спектры необходимо выбирать из сравнительно ограниченного набора эксимерных молекул. У многих из них спектры чересчур широки и лежат не в бактерицидном диапазоне. Спектры нескольких эксимеров и эксиплексов — Хе1*, С12* и ХеВг* — имеют значительную долю излучения в пределах бактерицидного диапазона. КПД таких эксиламп обычно ~5%, плотность излучаемой мощности для длин волн более 200 нм составляет несколько десятков мВт/см2 [26], хотя для длин волн 180 нм и менее может быть больше — до 100-150 мВт/см2. Эксилампы требуют для поджига разряда значительно большего напряжения, чем ртутные лампы, они достаточно дороги — в несколько раз дороже ртутных ламп. Ресурс их составляет до 2500 часов.

Для наиболее спектрально привлекательного эксиплекса Хе1 получен КПД до 5,5% и плотность мощности менее 10 мВт/см2 [2]. Другие авторы сообщают о КПД до 13% [1] при использования радиочастотного разряда (13,56 МГц), однако такая конструкция весьма сложна. При этом бактерицидная отдача эксиламп заметно меньше, чем у ртутных ламп низкого давления (менее 8%) [14].

Технологии эксиламп развиваются во всём мире более тридцати лет, и можно осторожно предположить, что эти устройства если и не достигли ещё сво-

Рис. 4. Спектры нескольких эксиламп — Хе1*, С12* и ХеВг* [2; 26].

его технологического потолка, то уже приблизились к нему; в этом случае, по-видимому, эксилампы могут стать основным источником вакуумного ультрафиолета — в этом диапазоне их КПД достигает 40% и более. Не исключено применение в системах стерилизации непрямого облучения — например, за счёт создания в воде путём фотолиза радикалов ОН* под действием ВУФ-излучения (подобное воздействие может приводить и к разрушению молекул многих химических загрязнителей и органических молекул) [8]. К сожалению, столь коротковолновое УФ-излучение сильно поглощается водой, соответственно, проникающая способность его мала, и трудно обеспечить производительность установок выше 10 м3/сутки. Возможно также обеззараживание воздуха путём генерации озона. Но параметры эксиламп для широкомасштабного применения в качестве ламп бактерицидного диапазона не вполне приемлемы — в особенности плотность мощности и ресурс в сочетании с высокой стоимостью — что до сих пор сильно ограничивает их распространение.

УФ-излучающие светодиоды

Попытки создания светодиодов, излучающих в УФ-диапазоне <360 нм, начались со второй половины 1990-х гг. [16]. К настоящему времени созданы различные типы диодов, излучающих в диапазоне от 200 до 400 нм. При этом работы по созданию диодов ближнего УФ-диапазона (380-400 нм) на основе InGaN (квантовые ямы с GaN барьерами) оказались весьма успешны, уже сейчас они могут считаться основными источниками для применения в этой спектральной области. Однако создать эффективный светодиод для коротковолновой области оказалось значительно сложнее. InGaN-структуры уже непригодны, поэтому для

260 280 300 Wavelength (nm)

Рис.. Поэтому, несмотря на то, что диоды диапазона 260-280 нм впервые появились между 2002 г. и 2006 г., их эффективность многократно уступает светодиодам ближнего УФ-диапазона (см. рис. 6.).

Подчеркнём, что на рисунке указаны значения не КПД, а лишь одного из определяющих его факторов. Отметим также, что приведены характеристики не только промышленно доступных, но и лучших лабораторных образцов.

В итоге КПД типичного УФ-светодиода бактерицидного диапазона составляет 0,1-1%, достигая у лучших лабораторных образцов 2% [18; 16]. При этом типичная мощность излучения единичного диода — 1-10 мВт, при весьма значительной стоимости.

Таким образом, большой ресурс (~10 000-30 000 часов) и неплохие спектральные характеристики УФ-светодиодов — хотя ширина спектра и является известным недостатком — нивелируются низким КПД, небольшой удельной излучаемой мощностью и высокой стоимостью. И хотя УФ-светодиоды не первый год привлекают внимание как возможная альтернатива ртутным лампам для обеззараживания воды (см., напр., [19]) и применения в пищевой промышленности [17], с технической точки зрения они смогут стать полноценной заменой ртутных ламп низкого давления лишь после повышения эффективности в 50-90 раз до 25-40%[3]. Для замены ртутных ламп среднего давления в высокопроизводительных проточных установках может быть достаточно и меньшего роста КПД (до ~10-20%), но необходима высокая плотность излучаемой мощности. Также необходимо снижение стоимости УФ-светодиодов как минимум на порядок для полноценной замены ртутных источников по технико-экономическим показателям.

Катодолюминесцентные источники

Катодолюминесцентный источник излучения представляет собой вакуумную лампу диодной или триодной схемы с электронной пушкой и экраном-анодом, на который нанесен катодолюминофор, светящийся под действием быстрых

Рис. 7. Принципиальная схема катодолюминесцентного источника (я) и плоского облучателя (б).

и-

Z <

I

а

Е

В

I _

1

-L12W-265 -1.1554-30$

__1

1 И 1

/ / / Й- _1___ ___ ___ .. . 1 ..

ш 1

370 300 390 40

WAVELENGTH (nm)

f\

\

am _J \ » VCL L12848-30 EAKWAVELEf ( GTH-iMnm

J

\

200 100 V

/ LED {31 SmAdcpX

7X 1 ^

WAVELENGTH (nm)

Рис. 8. Спектр катодолюминесцентных источников Hamamatsu двух типов (я) и в сравнении с УФ-светодиодом той же потребляемой мощности (б) [6].

электронов (энергией 5-30 кэВ). Схема такого источника приведена на рис. 7. Люминофор представляет собой порошок с размером частиц 15-50 мкм. Ряд конструкций таких ламп видимого света описан, например, в [23].

Так как спектр излучения лампы зависит только от использованного люминофора, на основе тех же конструкций могут быть созданы УФ-лампы путём замены люминофора. Фирмой Hamamatsu Photonics производятся для использования в лабораторных целях маломощные катодолюминесцентные УФ-источники двух типов — с максимумом длины волны ~315 нм и ~265 нм, то есть бактерицидного диапазона [6]. Их спектры приведены на рис. 8. Данный источник в силу выбора люминофора имеет широкий спектр, умеренный ресурс (заявлено 5000 часов) и небольшую эффективность — обусловленную, по-видимому, выбранным люминофором и использованием термокатода.

Наиболее эффективными катодолюминесцентные источники могут стать при использовании не термокатодов, требующих затрат энергии на их нагревание и обладающих сравнительно небольшим ресурсом, а автоэмиссионных катодов [5].

Автоэмиссионная лампа принципиально может стать новым уникальным источником ультрафиолета, поэтому создание таких источников излучения привлекает внимание многих исследовательских коллективов [8; 9; 20; 21; 24]. Автоэмиссионная лампа может быть создана в разных форм-факторах — например, плоских источников излучения (рис. 7б), пальчиковых ламп (рис. 7а), акси-

ального источника излучения и других. Основным преимуществом пальчиковых катодолюминесцентных ламп является возможность достижения максимальной яркости среди УФ-ламп. Плоские и аксиальные источники более удобны для обработки больших поверхностей или больших объёмов жидкостей или газов в проточных стерилизаторах.

Спектр излучения автоэмиссионной лампы зависит от выбранного люминофора, поэтому для создания автоэмиссионного ультрафиолетового источника излучения актуальной является задача поиска новых широкозонных люминесцентных материалов. Судя по литературе [6; 8; 9; 20; 21], разработчики автоэмиссионных катодолюминесцентных источников использовали в качестве ка-тодолюминофоров вещества в известной мере случайные. Неудивительно, что при таком подходе трудно добиться высокой эффективности и ресурса люминофора (который должен выдерживать длительную бомбардировку электронами в вакуумной колбе, не разрушаясь и не загрязняя вакуум). Поэтому следует подчеркнуть, что задача создания семейства катодолюминофоров разных длин волн, обладающих необходимыми свойствами — эффективностью не менее 5%, ресурсом не менее 5000 часов — является одной из ключевых при разработке ка-тодолюминесцентных УФ-источников. Такие люминофоры в настоящее время не производятся промышленно, но в литературе имеются данные о многих потенциально подходящих составах.

Теоретический потолок энергетической эффективности катодолюминофоров составляет 36-40% [25]. Достигнутый на практике — 25% (в синей области спектра, в более длинноволновых он меньше). Поэтому можно ожидать, что в УФ-области достижимы величины ~30%. Для практического применения пригодны уже катодолюминофоры с КПД 5-10%, если их спектры удовлетворительны, а стойкость высока. Поскольку веществ, могущих служить катодолюминофорами, потенциально очень много, а спектры их разнообразны — можно ожидать и отыскания люминофора с высокой бактерицидной спектральной эффективностью. Выявлено несколько перспективных семейств люминофоров, потенциально обладающих эффективностью до 20% и более, что превышает типичный КПД ртутных УФ-ламп среднего давления ~10-15%.

В качестве примера укажем на тетраборат лития, активированный серебром [24]. Катодолюминофоры могут иметь самые разнообразные спектры, как широкие сплошные, так и узкие линейчатые, поэтому принципиально возможно создание люминофора с высокой спектральной бактерицидной эффективностью, сопоставимой с таковой у ртутных ламп низкого давления, или даже превосходящей её. Так как ранее УФ-катодолюминофоры соответствующего диапазона целенаправленно не разрабатывались, поле для исследований огромно, но и результаты в случае успеха трудно переоценить.

Одним из возможных направлений создания УФ-катодолюминофоров с заданным спектром является применение квантовых точек (КТ). Спектр КТ — полупроводниковых нанокристаллов — зависит от размеров нанокристалла, причём спектр отдельно взятого нанокристалла представляет собой единственную очень узкую линию [7]. Таким образом, принципиально возможно создание лю-

Рис. 9. Квантовые точки УФ-диапазона (по данным [10]).

минофора, излучающего одну спектральную линию шириной 1-2 нм. Проверено экспериментально (для КТ в диапазоне излучения 470-680 нм), что многообо-лочечные КТ могут служить и катодолюминофорами, эффективно возбуждаясь электронами и демонстрируя яркость свечения, сопоставимую с классическими катодолюминофорами той же спектральной области [14], то есть КПД их ~10-20% даже при квантовом выходе, далёком от 100%. КТ, излучающие на длинах волн <300 нм, пока, насколько нам известно, ещё не синтезированы, но исследования в этом направлении ведутся, и уже получены КТ со спектральным максимумом в районе 370 нм [10] (см. рис. 9). Вполне вероятно, что путём подбора вещества нанокристаллов и совершенствования технологии в ближайшие годы их длина излучения будет доведена до 260-280 нм.

Таким образом, катодолюминесцентные УФ-источники могут обеспечить произвольный спектр излучения в бактерицидном диапазоне, достичь спектральной эффективности, превосходящей ртутные лампы низкого давления при сопоставимой с ними (или превосходящей) плотности излучаемой мощности, приблизиться по спектральной эффективности к ртутным лампам низкого давления при превосходящей их плотности мощности. Такие автоэмиссионные УФ-источники будут обладать высоким ресурсом (10 000 — 50 000 часов), малой стоимостью, высокой надёжностью и стабильностью работы в широком диапазоне температур, и при полной экологической безопасности смогут полноценно заменить ртутные лампы для всех применений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ametepe J., Peng S., Manos D. Ultraviolet discharges from a radio-frequency system for potential biological/chemical applications // Chinese Physics B. 2017. Vol. 26. № 8. P. 083302.

2. Avdeev S.M. et al. Xel barrier discharge excilamp // Optics and Spectroscopy. 2013. Vol. 115. № 1. pp. 28-36.

3. Beck S.E. et al. Evaluating UV-C LED disinfection performance and investigating potential dual-wavelength synergy // Water research. 2017. Vol. 109. pp. 207-216.

4. Bolton J.R., Cotton C.A. The ultraviolet disinfection handbook. American Water Works Association, 2011.

5. Egorov N., Sheshin E. Field Emission Electronics. Springer, 2017.

6. Hamamatsu Photonics. UVCL (Ultra Violet Cathode emitting Light source). [Электронный ресурс]. URL: http://www.hamamatsu.com/us/en/product/category/1001/3068/index.html (дата обращения: 24.09.2017).

7. Klimov V.I., ed. Nanocrystal Quantum Dots (2nd Ed.). CRC Press, 2010.

8. Kominami H. et al. Cathodoluminescence of ZnAl2O4 Phosphor for the Application of UV Emission Devices // Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2010, 23rd International. pp. 30-31.

9. Kominami H., Nakanishi Y., Hara K. Cathodoluminescent properties of ZnO-based phosphors for UV emission // Vacuum Nanoelectronics Conference, 2009. IVNC 2009. 22nd International, pp. 67-68.

10. Kowalski W. Ultraviolet germicidal irradiation handbook: UVGI for air and surface disinfection. Springer Berlin Heidelberg, 2010. 501 p.

11. Kwak J. et al. High-power genuine ultraviolet light-emitting diodes based on colloidal nanocrystal quantum dots // Nano letters. 2015. Vol. 15. № 6. P. 3793-3799.

12. Minamata Convention on Mercury. [Электронный ресурс]. URL:http://www. mercuryconvention.org/ (дата обращения: 24.09.2017)

13. Muramoto Y., Kimura M., Nouda S. Development and future of ultraviolet light-emitting diodes: UV-LED will replace the UV lamp // Semiconductor Science and Technology, 2014. Vol. 29. № 8. P. 084004.

14. Ozol D.I. Preliminary study of cathode ray tube phosphors on the basis of nanocrystal quantum dots // 29th International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2016, Vancouver, BC, 2016, pp. 1-2.

15. Schalk S. et al. UV-Lamps for disinfection and advanced oxidation-lamp types, technologies and application // IUVA news, 2005. Vol. 8. № 1. pp. 32-37.

16. Seong T.Y. et al. III-Nitride based light emitting diodes and applications. Dordrecht: Springer Netherlands, 2013.

17. Shin J.Y. et al. Fundamental characteristics of deep-UV light-emitting diodes and their application to control foodborne pathogens // Applied and environmental microbiology, 2016. Vol. 82. № 1. pp. 2-10.

18. Shur M.S., Gaska R. Deep-ultraviolet light-emitting diodes // IEEE Transactions on electron devices. 2010. Vol. 57. № 1. pp. 12-25.

19. Song K., Mohseni M., Taghipour F. Application of ultraviolet light-emitting diodes (UV-LEDs) for water disinfection: A review // Water research, 2016. Vol. 94. pp. 341-349.

20. Yanagihara M. et al. Vacuum ultraviolet field emission lamp consisting of neodymium ion doped lutetium fluoride thin film as phosphor // The Scientific World Journal. 2014.

21. Yanagihara M. et al. Vacuum ultraviolet field emission lamp utilizing KMgF3 thin film phosphor // APL Materials. Vol. 2. 2014. № 4. P. 046110.

22. Zoschke K. et al. Vacuum-UV radiation at 185 nm in water treatment-a review // Water research. 2014. Vol. 52. P. 131-145.

23. Бугаев А.С. и др. Катодолюминесцентные источники света (современное состояние и перспективы) // Успехи физических наук. 2015. Т. 185. № 8. С. 853-883.

24. Верещагина Н.Ю. и др. Катодолюминесцентные источники УФ-излучения // XIII Международная конференция по импульсным лазерам и применениям лазеров AMPL-2017, Томск.

25. Левшин В.Л. и др. Исследование катодолюминесценции цинксульфидных и некоторых других люминофоров // Труды Физического института им. П.Н. Лебедева.. 1963. Вып. 23. С. 64-135.

26. Тарасенко В.Ф., Соснин Э.А. Эксилампы барьерного разряда: история, принцип действия, перспективы // Оптический журнал. 2012. Т. 79. № 10. С. 58-65.

REFERENCES

1. Ametepe J., Peng S., Manos D. [Ultraviolet discharges from a radio-frequency system for potential biological/chemical applications]. In: Chinese Physics B, 2017, vol. 26, № 8, P. 083302.

2. Avdeev S.M. et al. [Xel barrier discharge excilamp]. In: Optics and Spectroscopy, 2013, vol. 115, no. 1, pp. 28-36.

3. Beck S.E. et al. [Evaluating UV-C LED disinfection performance and investigating potential dual-wavelength synergy]. In: Water research, 2017, vol. 109, pp. 207-216.

4. Bolton J.R., Cotton C.A. The ultraviolet disinfection handbook. American Water Works Association, 2011.

5. Egorov N., Sheshin E. Field Emission Electronics. Springer, 2017.

6. Hamamatsu Photonics. UVCL (Ultra Violet Cathode emitting Light source). Available at: http://www.hamamatsu.com/us/en/product/category/1001/3068/index.html (accessed: 24.09.2017)

7. Klimov V.I., ed. Nanocrystal Quantum Dots. CRC Press, 2010.

8. Kominami H. et al. [Cathodoluminescence of ZnAl2O4 Phosphor for the Application of UV Emission Devices]. In: Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2010, 23rd International, pp. 30-31.

9. Kominami H., Nakanishi Y., Hara K. [Cathodoluminescent properties of ZnO-based phosphors for UV emission]. In: Vacuum Nanoelectronics Conference, 2009, IVNC 2009, 22nd International, pp. 67-68.

10. Kowalski W. Ultraviolet germicidal irradiation handbook: UVGI for air and surface disinfection. Springer Berlin Heidelberg, 2010. 501 p.

11. Kwak J. et al. [High-power genuine ultraviolet light-emitting diodes based on colloidal nanocrystal quantum dots]. In: Nano letters, 2015, vol. 15, no. 6, P. 3793-3799.

12. Minamata Convention on Mercury. Available at: http://www.mercuryconvention.org/ (accessed: 24.09.2017).

13. Muramoto Y., Kimura M., Nouda S. [Development and future of ultraviolet light-emitting diodes: UV-LED will replace the UV lamp]. In: Semiconductor Science and Technology, 2014, vol. 29, no. 8, P. 084004.

14. Ozol D.I. Preliminary study of cathode ray tube phosphors on the basis of nanocrystal quantum dots // 29th International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2016, Vancouver, BC, 2016, pp. 1-2.

15. Schalk S. et al. [UV-Lamps for disinfection and advanced oxidation-lamp types, technologies and application]. In: IUVA news, 2005, vol. 8, no. 1, pp. 32-37.

16. Seong T.Y. et al. III-Nitride based light emitting diodes and applications. Dordrecht: Springer Netherlands, 2013.

17. Shin J.Y. et al. [Fundamental characteristics of deep-UV light-emitting diodes and their application to control foodborne pathogens]. In: Applied and environmental microbiology, 2016, vol. 82, no. 1, pp. 2-10.

18. Shur M.S., Gaska R. [Deep-ultraviolet light-emitting diodes]. In: IEEE Transactions on electron devices. 2010, vol. 57, no. 1, pp. 12-25.

19. Song K., Mohseni M., Taghipour F. [Application of ultraviolet light-emitting diodes (UV-LEDs) for water disinfection: A review]. In: Water research, 2016, vol. 94, pp. 341-349.

20. Yanagihara M. et al. [Vacuum ultraviolet field emission lamp consisting of neodymium ion doped lutetium fluoride thin film as phosphor]. In: The Scientific World Journal. 2014.

21. Yanagihara M., et al. [Vacuum ultraviolet field emission lamp utilizing KMgF3 thin film phosphor]. In: APL Materials, 2014, vol. 2, no. 4, P. 046110.

22. Zoschke K. et al. [Vacuum-UV radiation at 185 nm in water treatment-a review]. In: Water research, 2014, vol. 52. pp. 131-145.

23. Bugaev A.S. et al. [Cathodoluminescence light sources (status and prospects)] In: Uspekhi fizicheskikh nauk [Advances in Physical Sciences], 2015, vol. 185, no. 8, pp. 853-883.

24. Vereshchagina N.Yu. et al. [Cathode-luminescent light sources of UV-radiation]. In: XIII international conference on pulsed lasers and laser applications AMPL, 2017, Tomsk.

25. Levshin V.L. et. al. [Investigation of cathodoluminescence of zinc sulfide and some other phosphors]. In: Trudy Fizicheskogo instituta im. P.N. Lebedeva [Proceedings of the P.N. Lebedev Physical Institute], 1963, no. 23, pp. 64-135.

26. Tarasenko V.F., Sosnin E.A. [Excilamps of the barrier discharge: history, principle of operation, prospects] In: Opticheskii zhurnal [Journal of Optical Technology]. 2012, vol. 79., no. 10, pp. 58-65.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Бугаев Александр Степанович — доктор физико-математических наук, академик РАН, заведующий кафедрой, Московский физико-технический институт; старший научный сотрудник, Московский государственный областной университет; e-mail: [email protected];

Шешин Евгений Павлович — доктор физико-математических наук, профессор, Московский физико-технический институт; e-mail: [email protected];

Озол Дмитрий Игоревич — ассистент, Московский физико-технический институт; e-mail: [email protected];

Мье Маунг Маунг — аспирант, Московский физико-технический институт; e-mail: [email protected];

Данилкин Михаил Игоревич — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Физический институт им П.Н. Лебедева РАН; e-mail: [email protected];

Верещагина Наталья Юрьевна — аспирант, Физический институт им П.Н. Лебедева РАН; e-mail: [email protected]

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Alexandr S. Bugaev — academic of the RAS, doctor of physico-mathematical sciences, head of the Department, Moscow Institute of Physics and Technology; senior researcher, Moscow Region State University; e-mail: [email protected];

Evgenii P. Sheshin — doctor of physico-mathematical sciences, full professor at the Moscow Institute of Physics and Technology; e-mail: [email protected];

Dmitry I. Ozol — assistant lecturer at the Moscow Institute of Physics and Technology; e-mail: [email protected];

Myo Maung Maung — postgraduate student at the Moscow Institute of Physics and Technology; e-mail: [email protected];

Mikhail I. Danilkin — candidat of physico-mathematical sciences, senior researcher at the P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences; e-mail: [email protected];

Natalia Yu. Vereschagina — postgraduate student at the P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences; e-mail: [email protected]

ПРАВИЛЬНАЯ ССЫЛКА НА СТАТЬЮ

Бугаев А.С., Шешин Е.П., Озол Д.И., Мье М.М., Данилкин М.И., Верещагина Н.Ю. Современные направления развития источников УФ-излучения бактерицидного диапазона // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-Математика. 2017. № 4. С. 24-38. DOI: 10.18384/2310-7251-2017-4-24-38

FOR CITATION

Bugaev A.S., Sheshin E.P., Ozol D.I., Myo M.M., Danilkin M.I., Vereschagina N.YU. Modern trends in the development of UV-sources of germicidal range. In: Bulletin of Moscow Region State University. Series: Physics and Mathematics. 2017. no. 4. pp. 24-38. DOI: 10.18384/2310-7251-2017-4-24-38

2017 №4/Статьи

Источники УФ-излучения | Всё о красках

В  качестве  источника  УФ-излучения  используют  микроволновые  безэлектродные УФ-излучатели, ртутные лампы низкого давления и ртутные излучатели высокого давления. В кварцевой трубке (кварц имеет небольшое поглощение в УФ-области) находится заполняющий материал (ртуть, инертный газ и галогеновая добавка) под давлением от 1 до 10 бар, возбуждаемый для эмиссии излучения. В момент действия разряда в насыщенном ртутью газе лампа должна иметь оптимальную рабочую температуру, чтобы можно было добиться высокого коэффициента полезного действия. В этом случае ртутный излучатель высокого давления эмитирует характерный спектр с основными линиями при 254, 302,313, 366, 405 и 456 нм.

Излучение в этой  волновой области обладает высокой энергией, достаточной для расщепления фотоинициатора и инициирования радикальной полимеризации.  Мощность  используемых  излучателей  обычно  составляет  от  80 до 160 Вт/см. Продолжительность их  жизни в среднем 1500-2000 ч до того, как мощность упадет на 80%. Обычно изготавливают лампы с длиной дуги от 50 до 2500 мм. Длиной дуги называется расстояние между двумя электродами. Диаметр ламп варьируется от 19 до 28 мм в зависимости от мощности

В энергетическом балансе УФ-излучения на УФ-С, УФ-В и УФ-А диапазон приходится 25-30%  энергии, видимая область спектра имеет 10-15% и 50-60% приходится на ИК-излучение. При этом излучатели с микроволновым возбуждением имеют 35-40% энергии в ИК-диапазоне, а в УФ-области около 36%, что значительно выше, чем у разрядных ртутных ламп. Для сравнения мощности  УФ-излучателей  получила  признание  специфическая  величина мощности излучения Вт/см.

Мощность излучения не может характеризовать интенсивность и энергетическую плотность попадающего на отверждаемую пленку УФ-излучения, так как в данном случае необходимо также принимать во внимание следующие факторы: геометрию рефлектора и силу фокусировки, расстояние от излучателя до подложки , а также атмосферу, в которой происходит отверждение, УФ-спектр.

Для фокусировки УФ-излучения на подложке применяют рефлекторы, которые собирают УФ-излучение в пучок или отражают. В основном используют два типа рефлекторов. Самым  сильным  является  эллиптический  рефлектор,  создающий  фокальную линию, на которой находится максимум УФ-излучения. Расстояние до окрашенной подложки  должно быть  точно  установлено. В  параболическом рефлекторе излучение отражается параллельно и фокальной линии не образуется.

Так как эмитируемая излучателем мощность ни в коем случае не равна интенсивности попадающего на поверхность субстрата излучения, то УФ-установки характеризуются двумя величинами, для точного измерения которых можно установить один прибор (УФ-фотометр).

Такими величинами являются облучение (Е, доза энергии) и сила облучения (H, УФ-интенсивность). В общем случае эти величины зависят от длины волны. Единицы измерения Е и Н относятся к определенному диапазону длин волн и называются спектральной силой облучения и спектральным облучением. В разных спектральных областях получаются разные значения Е и Н.

Облучение (доза энергии). Доза (облучение) – это общая энергия излучения, которая  попадает на объект. Она измеряется в Дж/см² и связана с интенсивностью через время.Сила облучения (УФ-интенсивность).  Понятие интенсивности описывает по определению собственно эмиссию излучения от источника. Но на практике обычно отклоняются от этого определения. Вошло в обычай измерять интенсивность излучения на поверхности деталей.

Интенсивность – это максимальная мощность излучения, достигшая поверхности субстрата. Она измеряется в Вт/см². Интенсивность является характеристикой излучателя и рефлектора и не зависит от скорости продвижения изделий на линии окраски. Сила облучения является важным параметром химической сшивки и установления степени блеска для УФ-материалов.

На  скорость  отверждения  также  влияет  состав  атмосферы,  в  которой происходит  отверждение.  Коротковолновое  УФ-С  излучение,  обладающее наиболее высокой энергией абсорбции, интенсивно поглощается кислородом воздуха (λ < 200 нм). При снижении количества кислорода в зоне отверждения за счет введения азота или углекислого газа скорость отверждения возрастает.

УФ-отверждение  в  атмосфере  инертного  газа  позволяет  существенно снизить содержание фотоинициатора, уменьшить количество продуктов расщепления фотоинициаторов, отказаться от добавления аминных синергетиков, что уменьшает пожелтение покрытия, не использовать высокофункциональные мономеры, снизить мощность и дозу УФ-облучения.

Ультрафиолетовое излучение и бактерицидные лампы: основные понятия и принципы

Одним из ключевых методов борьбы с заболеваемостью различными инфекциями (в том числе и коронавирусом COVID-19) является обработка воздушной среды и поверхностей бактерицидным ультрафиолетовым излучением. В данной статье мы постараемся объединить имеющуюся информацию по ультрафиолетовому излучению, а также бактерицидным лампам.

Что такое ультрафиолетовое излучение?

Итак, начнем с того, что ультрафиолетовое излучение (согласно официальному определению) — это электромагнитное излучение, занимающее спектр длины волны от 10 до 400 нанометров, находясь между видимым спектром излучения и рентгеновским излучением. Однако с точки зрения воздействия на биологические объекты (микроорганизмы, бактерии, вирусы, грибки и т.д.) этот диапазон выделяют в несколько более узких границах: от 100 до 400 нанометров.

Диапазон ультрафиолетового излучения условно разбит на 4 поддиапазона: вакуумный УФ (100-200 нм), УФ-С (200-280 нм), УФ-В (280-315 нм) и УФ-А (315-400 нм). Излучение каждого из этих поддиапазонов имеет свою специфику воздействия на биологические объекты. Давайте подробно остановимся на каждом из них.

Непосредственно бактерицидным действием обладают диапазоны ультрафиолетового излучения УФ-В и УФ-С в границах 205 — 310 нанометров. Зависимость бактерицидной эффективности воздействия на биологические объекты от длины волны ультрафиолетового излучения показана на графике (согласно Руководству Р 3.5.1904-04 Минздрава РФ).

По графику зависимости относительной спектральной бактерицидной эффективности от длины волны ультрафиолетового излучения можно увидеть, что наибольшее воздействие на биологические объекты оказывает излучение в диапазоне 250 — 280 нанометров. При длине волны 265 нм этот параметр условно равен единице. Эксперементальным путём выявлено, что для различных видов микроорганизмов этот диапазон практически идентичен. Также было выявлено, что ультрафиолетовое излучение с длиной волны 253,7 нанометра наиболее губительно влияет на деление микроорганизмов, повреждая их РНК. Именно поэтому в бактерицидных лампах используют такую длину волны в качестве основной.

Естественными источниками ультрафиолетового излучения являются космические объекты. В нашем случае это Солнце — ближайшая к нам звезда. От губительного воздействия ультрафиолета на организмы спасает атмосфера Земли — она поглощает практически весь ультрафиолет, за исключением УФ-А и малой доли УФ-В. В разных точках планеты интенсивность ультрафиолетового потока может различаться ввиду множества факторов: толщины озонового слоя над данным местом (да, именно озон, который в обычных условиях вреден для человека, в данном случае спасителен), высоты над уровнем моря, высоты Солнца над горизонтом, облачности, атмосферного рассеивания, степени отражения от поверхности и т.д.

Искусственные источники ультрафиолета

Хотя естественный (солнечный) ультрафиолет частично помогает в борьбе с патогенными микроорганизмами, его всё равно недостаточно. В помещениях же естественного ультрафиолета практически нет, поэтому для обеззараживания воздуха и поверхностей используют бактерицидные лампы — искуственные источники ультрафиолетового излучения. Однако далеко не все лампы, излучающие ультрафиолет, подходят для обеззараживания в полной мере.

Наиболее распространенным источником бактерицидного ультрафиолетового излучения являются ртутные лампы низкого давления. Принцип их действия — электрический разряд в аргонно-ртутной смеси. У такого типа ламп хороший КПД (более 60%), довольно большой срок службы (9-11 тысяч часов) и мгновенное «зажигание» — быстрый переход в рабочее состояние после включения. Существуют также ртутные лампы высокого давления, которые в сравнении с лампами низкого давления могут обладать значительно большей единичной мощностью (100 — 1000 Ватт), однако при этом срок их службы значительно ниже (до 10 раз по сравнению с лампами низкого давления), а КПД невелик — не более 10%. Из-за этих недостатков ртутные лампы высокого давления не получили широкого распространения.

Помимо непосредственно бактерицидных ламп, существуют также ультрафиолетовые лампы, предназначенные для других целей. К таковым относятся:

• Лампы для солярия. Основное предназначение — создание искусственного загара. Они работают в диапазонах УФ-А и УФ-В с преобладающей долей УФ-А (так как диапазон УФ-В значительно сильнее повреждает кожу).
• Лампы для применения в криминалистике. Предназначены для нахождения пятен крови, проверки подлинности документов и т.д. Работают в диапазоне УФ-А.
• Лампы для изменения физических свойств материалов. Применяются для отвердевания/размягчения/изменения цвета некоторых синтетических материалов. Распространены в стоматологии, косметологии, строительстве и других областях. Работают в диапазоне УФ-А.
• Бытовые ультрафиолетовые лампы. Предназначены для домашней эксплуатации с целью компенсации дефицита витамина D, укрепления иммунитета, восстановления естественного цвета кожи, а также для улучшения роста комнатных растений. Работают такие лампы в диапазоне УФ-А с возможной мизерной долей УФ-В.
• Лампы для подсвечивания предметов в темноте с эстетическими целями — например, для подсветки одежды или предметов во время проведения мероприятия в ночном клубе. Работают в диапазоне УФ-А.

Все вышеперечисленные источники ультрафиолета работают в относительно «безвредном» ультрафиолетовом диапазоне излучения УФ-А (в некоторых случаях с долей УФ-В). Соответственно, для применения в бактерицидных целях такие лампы непригодны, так как основная спектральная линия излучения далека от искомых 253,7 нм.

Многие производители соблюдают размерность (длину) ультрафиолетовых ламп, определенную для каждого их типа, чтобы пользователь не вставил по ошибке, например, бактерицидную лампу в солярий (и наоборот), так как это может привести к печальным последствиям для здоровья.

Ртутная бактерицидная лампа низкого давления работает в достаточно широком спектре ультрафиолетового излучения, зацепляя как видимый спектр до 450 — 500 нанометров, так и диапазон «вакуумного» ультрафиолета. Работа в этом диапазоне нежелательна, так как ультрафиолетовое излучение с длиной волны 185 нанометров образует озон при взаимодействии с молекулами кислорода в атмосфере. Как уже говорилось выше, озон — ядовитый газ. Большая концентрация озона в помещении может крайне негативно повлиять на здоровье людей. Выходом из сложившейся ситуации является применение в конструкции колбы лампы специализированного стекла, которое отсекает излучение в паразитных диапазонах, оставляя только спектральную линию бактерицидного ультрафиолета 253,7 нм. Бактерицидные лампы, которые производились из кварцевого стекла, никак не блокировали паразитную спектральную линию вакуумного ультрафиолета, в результате чего при работе такой лампы образовывался озон в количествах, опасных для человека. При работе такой лампы предписывалось покинуть помещение, а по окончанию «кварцевания» помещение необходимо было проветривать. В современных бактерицидных лампах применяется увиолевое стекло, практически полностью отсекающее паразитные линии ультрафиолета. Работа бактерицидной лампы с увиолевым стеклом возможна в присутствии людей. Именно поэтому такие лампы получили широкое распространение в бактерицидных рециркуляторах воздуха.

Существуют также ксеноновые и амальгамные лампы, обладающие значительно большей мощностью по сравнению с ртутными лампами низкого давления. Тем не менее, оба типа ламп имеют существенные недостатки: бактерицидный эффект от применения ксеноновых ламп эксперементально не был доказан (при значительно большей мощности импульса эффективность облучения была значительно ниже, чем у классических ртутных ламп), а амальгамные лампы хоть и действительно имеют больший КПД, но при этом стоят в десятки раз дороже ртутных аналогов.

Насколько мощной должна быть лампа?

Простого бесконтрольного «свечения ультрафиолета» для обеззараживания воздушной среды и поверхностей недостаточно. Важными параметрами бактерицидных ламп и бактерицидных установок являются бактерицидный поток и бактерицидная доза. Остановимся подробнее на каждом из них.

Бактерицидный поток источника ультрафиолетового излучения (имеет обозначение Ф_бк) по сути показывает силу (мощность) источника искусственного ультрафиолетового излучения. Измеряется в Ваттах (Вт). Данный параметр является ключевым при вычислениях необходимой мощности бактерицидной установки, так как используется именно он, а не заявляемая электрическая мощность лампы. Расчет данного параметра проводится по формуле:

Ф_бк = 11,3 × E_бк × λ²

В данной формуле используются следующие значения:

• λ  —  расстояние (в метрах) между облучаемой поверхностью и источником излучения;
• E_бк  —  значение бактерицидной облученности в точке на поверхности. Выявление параметра E_бк производится методом приборного измерения. Как правило, такое измерение производится на расстоянии λ = 1 метр. К примеру, измерение этого параметра бактерицидных ламп производства ТМ «Proto-X» проводилось в Омском ЦСМ (ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Омской области») на приборе «Аргус-06», о чем был выдан соответствующий сертификат.

Бактерицидная доза (имеет обозначение Н_v) — базовый параметр обеззараживания воздушной среды, отражающий функциональную связь между микробиологическими характеристиками микроорганизмов и параметрами бактерицидной лампы/установки (официальное определение согласно Руководству Р 3.5.1904-04 Минздрава РФ). Измеряется в джоулях на метр кубический (Дж/м³). Если говорить понятным языком, этот параметр показывает дозу ультрафиолетового излучения, которую необходимо применить для уменьшения концентрации патогенных микроорганизмов до определенного значения. Вычисляется он по формуле:

Н_v = ( К_ф × N_о × N_л × Ф_бк × t_э × 3600 ) / V

В данной формуле используются следующие значения:

• К_ф  —  коэффициент использования бактерицидного потока ламп. Данное значение определяется экспериментальным путём. Установлено, что для закрытых облучателей (коими являются, например, бактерицидные рециркуляторы воздуха) К_ф = 0,4; для открытых облучателей К_ф = 0,8.
• N_о  —  количество используемых облучателей. За единицу принимается одна эксплуатируемая бактерицидная установка (бактерицидный рециркулятор воздуха, потолочный облучатель, комбинированный облучатель и т.д.).
• N_л  —  количество используемых ламп в облучателе. Указывается целочисленное значение, равное количеству ламп, установленных, к примеру, в корпус бактерицидного рециркулятора воздуха.
• Ф_бк  —  бактерицидный поток излучения одной лампы (см. выше).
• t_э  —  длительность облучения воздуха или поверхностей (измеряется в часах).
• V  —  объем помещения, в котором эксплуатируется бактерицидная установка (измеряется в м³).

Как можно заметить, бактерицидная доза зависит от бактерицидного потока ультрафиолетового излучения. На данный момент для большинства патогенных микроорганизмов параметр Н_v уже посчитан экспериментальным путём. В Руководстве Р 3.5.1904-04 Минздрава РФ имеется приложение №4, в котором содержатся значения Н_v с учётом достижения необходимого уровня бактерицидной эффективности. К примеру, возьмём S. aureus — золотистый стафилококк. Его принято использовать как базовый микроорганизм при подобных вычислениях. В таблице приложения №4 можно увидеть, что Н_v для достижения бактерицидной эффективности, равной 90 процентам (то есть от такой дозы погибает не менее 90% бактерий), необходима доза, равная 130 Дж/м³. Для достижения бактерицидной эффективности в 95% будет нужна немного большая доза, равная 167 Дж/м³, а для достижения 99,9% будет нужно 385 Дж/м³.

Внимание! Для возбудителей коронавирусной инфекции (COVID-19), а также некоторых штаммов сезонных гриппов точные значения параметра Н_v не рассчитаны ввиду недостаточности данных для исследования. На данный момент считается, что коронавирус имеет низкую устойчивость к ультрафиолету, т.е. стандартный расчет бактерицидной установки для S. aureus будет иметь достаточную мощность для эффективной борьбы с ним.

Формулы и значения, расписанные выше, при первом рассмотрении могут показаться слишком сложными для понимания. Тем не менее, они позволяют понять, насколько бактерицидная лампа или установка в целом будут эффективны в борьбе против определенного микроорганизма.

Стоит также сказать, что бактерицидная эффективность (обозначается как Jбк) нормируется для каждой категории помещений Руководством Р 3.5.1904-04 Минздрава РФ. Уровни бактерицидной эффективности в зависимости от категории помещений приведены в таблице.

Примечания:   ¹ — централизованные стерилизационные отделения;   ² — лечебно-профилактическое учреждение.

Для большего понимания стоит привести простой пример. Допустим, имеется помещение объемом 100 м³, в котором нобходимо произвести обеззараживание среды от S. aureus. Помещение является бытовым и находится в промышленном здании (IV категория, требуемое значение Jбк = 90%). Требуется проводить нормативную обработку за один час (t_э = 1). Согласно приложению №4 Руководства Р 3.5.1904-04 Минздрава РФ, для данного значения бактерицидная доза Н_v должна быть равна не менее 130 Дж/м³. Зная это значение и две верхние формулы, можно рассчитать необходимую мощность бактерицидной установки или лампы.

Предположим, что у нашей бактерицидной лампы имеется сертификат, в котором значение E_бк равняется 0,94 Вт/м². Замер E_бк производился с расстояния λ = 1 метр. Исходя из этого, бактерицидный поток источника ультрафиолетового излучения Ф_бк будет равен

Ф_бк = 11,3 × 0,94 × 1² = 10,62 Вт

Если смоделировать бактерицидную установку закрытого типа (рециркулятор) с одной такой лампой (N_л = 1), то бактерицидная доза Н_v будет равна

Н_v = ( 0,4 × 1 × 1 × 10,62 × 1 × 3600 ) / 100 = 153 Дж/м³

Исходя из этого расчета, бактерицидная установка с одной лампой мощностью 30 Ватт (бактерицидный поток Ф_бк = 10,62 Вт) справится с поставленной задачей, причем даже с небольшим запасом.

Стоит заметить, что данный расчет показывает только значения, применимые к источнику бактерицидного излучения. Он не является конечным, так как не учитывает всех параметров помещения, самой бактерицидной установки, а также условий эксплуатации. Подробная методика расчета комплектной бактерицидной установки (бактерицидного рециркулятора воздуха) будет приведена в одной из следующих статей.

Подведем итоги

• Ультрафиолетовое излучение — это электромагнитное излучение, занимающее спектр длины волны от 10 (100) до 400 нанометров. По своим свойствам оно делится на 4 поддиапазона (УФ-А, УФ-В, УФ-С и «вакуумный» УФ), каждый из которых имеет индивидуальные харакеристики биологического воздействия.
• Научно доказано, что длина волны 253,7 нанометра наиболее выгодна для использования с целью бактерицидной обработки.
• Наиболее распространенным искусственным источником ультрафиолетового излучения являются ртутные лампы низкого давления. Далеко не все источники искусственного ультрафиолета пригодны для бактерцидной обработки, так что при выборе бактерицидной установки всегда нужно интересоваться характеристиками источника ультрафиолетового излучения.
• В современных бактерицидных лампах применяется колба из увиолевого стекла, которая полностью отсекает паразитные излучения, оставляя только бактерицидную линию ультрафиолета. При работе таких бактерицидных ламп ядовитый газ озон не выделяется.
• Для эффективного бактерицидного воздействия лампа должна обладать необходимыми мощностными характеристиками, которые легко можно рассчитать по формулам, рекомендованным Руководством Р 3.5.1904-04 Минздрава РФ. Нежелательно приобретать источники ультрафиолетового излучения, не прошедшие поверку.

При составлении статьи использовалась следующая литература:

• Руководство Р 3.5.1904-04 «Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в помещениях» Министерства здравоохранения РФ. Москва, 2005

Ультрафиолетовое (УФ) излучение | UCAR Center for Science Education

Черные огни, подобные этому, излучают невидимый ультрафиолетовый (УФ) «свет», а также пурпурный свет, который вы можете видеть.
Кредит: общественное достояние Wikimedia Commons

Ультрафиолетовый (УФ) «свет» — это тип электромагнитного излучения. УФ-свет имеет более короткую длину волны, чем видимый свет. Фиолетовый и фиолетовый свет имеют более короткие длины волн, чем другие цвета света, а ультрафиолетовый свет имеет даже более короткие волны, чем фиолетовый; таким образом, ультрафиолет — это своего рода свет «пурпурнее пурпурного» или «за пределами фиолетового».

Ультрафиолетовое излучение находится между видимым светом и рентгеновскими лучами вдоль электромагнитного спектра. УФ «свет» охватывает диапазон длин волн от 10 до 400 нанометров. Длина волны фиолетового света составляет около 400 нанометров (или 4000 Å). Ультрафиолетовое излучение колеблется с частотой от 800 терагерц (ТГц или 10 ¹² Гц) до 30 000 ТГц.

Когда мы говорим о видимом свете, мы называем разные длины волн света в видимом спектре названиями цветов.Красный свет имеет длину волны около 650 нм, а длина волны синего света составляет около 440 нм. УФ-часть спектра имеет разные области, такие как разные цвета видимого света, которые соответствуют определенным длинам волн УФ-излучения.

Области УФ-спектра

Ученые подразделяют ультрафиолетовый спектр на области, названные ближний УФ, дальний УФ и крайний УФ. Эти разделения сравнимы с разделениями между разными цветами и, следовательно, разными длинами волн видимого света.Ближний УФ-диапазон находится ближе всего к видимому свету и включает длины волн от 200 до 400 нм. Более высокая энергия и более короткая длина волны в дальней УФ-области охватывает длины волн от 91 до 200 нм. Экстремальное УФ-излучение имеет самый короткий диапазон длин волн и самые высокие энергии из областей ультрафиолетового спектра и находится на границе между УФ и рентгеновским излучением. Экстремальное УФ-излучение охватывает диапазон длин волн от 10 до 30 нм. Обычный воздух в значительной степени непрозрачен для УФ-излучения с длиной волны менее 200 нм; кислород поглощает «свет» в этой части УФ-спектра.Это хорошая новость для нас, землян, поскольку наша атмосфера защищает нас от наиболее опасных участков ультрафиолетового спектра с самой высокой энергией, которые достигают нашей планеты от Солнца и других источников в космосе.

Обсуждая влияние УФ-излучения на окружающую среду и здоровье человека, ученые по-другому подразделяют ультрафиолетовый спектр. Они говорят об областях УФ-А, УФ-В и УФ-С УФ-спектра. Вы, наверное, видели УФ-А и УФ-В, упомянутые на этикетках солнцезащитных очков или солнцезащитного крема.УФ-А, который также называют «черным светом» или «длинноволновым» УФ-излучением, охватывает длины волн от 320 до 400 нм. Это ультрафиолетовое излучение, наиболее близкое к видимому свету. Почти все ультрафиолетовое излучение, которое проходит через нашу атмосферу к поверхности Земли, является УФ-А. Волны УФ-В с длинами волн от 280 до 320 нм несут больше энергии, чем волны УФ-А. УФ-В излучение — основная причина солнечных ожогов; Фактор SPF, указанный на солнцезащитных кремах, относится к их способности уменьшать воздействие УФ-В. Третья область УФ-спектра, УФ-С, включает излучение с длинами волн от 100 до 280 нм.Эти коротковолновые ультрафиолетовые фотоны обладают высокой энергией и очень опасны для живых существ. УФ-С иногда называют «коротковолновым» УФ или «бактерицидным» УФ; последний, потому что он иногда используется для стерилизации лабораторного оборудования или для очистки воды путем уничтожения микробов.

УФ-излучение в атмосфере Земли

Атмосфера Земли не позволяет большей части УФ-излучения из космоса достигать земли. УФ-С полностью экранируется стратосферным озоном на высоте около 35 км. Большая часть УФ-А достигает поверхности, но УФ-А наносит незначительный генетический ущерб тканям.УФ-B в значительной степени ответственен за солнечные ожоги и рак кожи, хотя в основном он поглощается озоном, прежде чем достигнет поверхности. Уровни УФ-В излучения на поверхности особенно чувствительны к количеству озона в стратосфере.

Центр прогнозирования климата — Стратосфера: УФ-индекс: Природа УФ-излучения

Ультрафиолетовое излучение — обзор

5.5.2 Ультрафиолетовое излучение

УФ — это невидимое электромагнитное излучение с длиной волны от 100 до 400 нм.В спектре электромагнитного излучения он находится между диапазонами видимого фиолетового излучения и так называемого мягкого рентгеновского излучения. В терапевтических целях используется УФ-диапазон длин волн 200–400 нм. В зависимости от биологического воздействия УФ можно разделить следующим образом:

•

Диапазон A: длина волны от 400–315 нм

•

Диапазон B: длина волны от 315–280 нм

•

Диапазон C: длина волны от 280 до 200 нм

УФ-излучение Шумана с длиной волны от 100 до 200 нм не имеет практического медицинского значения, потому что оно почти полностью поглощается воздухом и водяным паром.

Различные вещества обладают различной степенью поглощения УФ-излучения. Кварц, хорошо пропускающий излучение с длиной волны более 180 нм, широко используется в УФ-лампах. Однако стандартное оконное стекло пропускает только излучение с длиной волны более 320 нм. Стекло Чанса-Крукса полностью поглощает ультрафиолетовое излучение и поэтому широко используется в защитных солнцезащитных очках.

УФ хорошо поглощается кожей человека, поэтому может проникать внутрь человеческого тела только на глубину до 2 мм. Следовательно, любое терапевтическое воздействие УФ на ткани, расположенные глубже под кожей, можно лучше всего объяснить рефлексивным образом.Мы также должны помнить, что часть нанесенного УФ-излучения отражается от кожи; это зависит от угла нанесения, состояния кожи и длины волны УФ-излучения.

УФ вызывает так называемые фотохимические реакции: фотосинтез, фотолиз и фотоизомеризацию. Фотохимические реакции ответственны, среди прочего, за образование фотохимической эритемы на коже, образование пигментов и выработку витамина D. Бактерицидный эффект УФ (особенно при длине волны 250–270 нм) также основан на фотохимических реакциях, которые приводят к структурным изменениям в бактериальных белках и блокированию жизненно важных процессов.

Термин фотохимическая эритема описывает красноватую окраску кожи, которая возникает из-за расширения местных кровеносных сосудов. Интенсивность фотохимической эритемы зависит от длины волны УФ-излучения, интенсивности УФ-излучения, продолжительности УФ-воздействия, расстояния между источником излучения и кожей, чувствительностью кожи (особенно размером эпидермиса), общей гвоздикой — блондинки более чувствительны, чем брюнетки, а дети более чувствительны, чем взрослые.

Характерная эволюция фотохимической эритемы включает следующие фазы:

•

Скрытый период продолжительностью от одного до шести часов. Поглощение УФ-излучения клеточными белками эпидермиса приводит к их денатурации и повреждению клеток. Из поврежденных клеток выделяются гистамин и другие сосудорасширяющие вещества, вызывающие расширение и повышенную проницаемость капиллярных сосудов кожи.

•

Период интенсификации охватывает время между появлением первых симптомов вазодилатации и максимальной интенсивностью эритемы, которая обычно имеет место в течение 6–24 часов после воздействия УФ-излучения.В это время может появиться отек кожи, иногда с водяными пузырями между слоями кожи. Чрезмерно сильные дозы УФ-излучения могут привести к необратимому повреждению и некрозу клеток эпидермиса.

•

Период исчезновения от нескольких часов до нескольких дней, в зависимости от поглощенной дозы УФ. В результате фотохимической эритемы может наблюдаться утолщение эпидермиса, шелушение и коричневатое изменение цвета кожи (из-за накопления пигмента).

В отличие от термической эритемы, вызванной инфракрасным излучением, фотохимическая эритема включает латентный период, является твердой и ограничивается строго обнаженной областью кожи. Нанесение ИК-излучения на участки кожи с фотохимической эритемой может ослабить интенсивность и ускорить исчезновение фотохимической эритемы. Кроме того, местное повреждение нерва может ослабить или даже предотвратить появление фотохимической эритемы, что указывает на важную роль рефлексивного механизма в УФ-терапии.Некоторые химические вещества, в том числе каменноугольная смола, сульфаниламиды, тетрациклины, хлорпропамид, толбутамол, прометазин, диазепам и салициламиды, могут значительно повысить чувствительность организма к УФ-излучению. Так называемые фотодинамические агенты, особенно псоралены, используются для повышения эффективности УФ-терапии. Повышенная чувствительность к ультрафиолету также наблюдается при некоторых заболеваниях, включая красная волчанка, порфирия, дерматомиозит и пигментная ксеродермия.

УФ-аппликация улучшает местное кровоснабжение и стимулирует более высокий уровень метаболизма; Таким образом, кожа становится более эластичной, выглядит моложе и более устойчивой к инфекциям.По этим причинам УФ-излучение широко используется в косметических целях (например, в соляриях). По тем же причинам УФ-терапия также успешно применяется при лечении ран, пролежней и хронических кожных язв. Для этих целей обычно используется длина волны более 280 нм, поскольку длина волны короче этой длины вызывает повреждение эпидермиса. УФ-диапазон A широко используется в фотохимиотерапевтическом ультрафиолете A (PUVA), который сочетает УФ-излучение (особенно с длинами волн 360–365 нм) с фотодинамическими агентами и является предпочтительной терапией при псориазе и других кожных заболеваниях.Так называемая селективная УФ-фототерапия (SUP) использует длину волны 300–340 нм и не требует фотодинамических агентов.

Профилактическое применение УФ-излучения обычно используется при нехватке витамина D, особенно для профилактики рахита. Специальные бактерицидные УФ-лампы обычно используются в больницах, медицинских центрах и лабораториях. Однако физическая медицина в основном применяет УФ при кожных заболеваниях (см. Предыдущее примечание; также при обыкновенных угрях), очаговой алопеции, воспалениях мягких тканей, артритах, невралгиях, бронхиальной астме, заболеваниях носа и горла (с использованием специальных аппликаторов) и даже при эндокринных гипофункциях ( щитовидная железа и яичники).

На рынке доступны различные типы УФ-генераторов. Они могут быть переносными для местного использования (рис. 5.4), но есть также специальные камеры (например, солярии) для общего применения (рис. 5.5). В зависимости от технических параметров и специальных фильтров они предлагают множество терапевтических возможностей. Поскольку передозировка УФ-излучением может привести к ожогам, некрозу тканей и другим серьезным осложнениям, крайне важно строго следовать отдельным инструкциям по эксплуатации, особенно в отношении диапазона используемых длин волн, интенсивности УФ-излучения (включая расстояние до Источник УФ), а также продолжительность лечения.И пациент, и терапевт должны защищать глаза специальными очками.

РИСУНОК 5.4. Местная УФ-терапия.

РИСУНОК 5.5. Общее УФ-нанесение с помощью солярия.

УФ-терапия обычно противопоказана при злокачественных опухолях, а также традиционно при активном туберкулезе легких и эпилепсии.

Ультрафиолетовое излучение — вредно или безвредно? — Eyescreen ™

Недавняя жаркая погода в Сингапуре и высокие температуры от 25 до 34 градусов по Цельсию побуждают нас старательно наносить солнцезащитный крем и солнцезащитные очки.Основная причина, конечно же, — защитить себя от ультрафиолетового излучения солнца.

Что такое ультрафиолет и откуда он?

Ультрафиолет (УФ) — это электромагнитное излучение с длиной волны от 10 до 400 нм, короче, чем у видимого света, но длиннее, чем у рентгеновских лучей. Ультрафиолетовое излучение составляет около 10% от общего светового потока Солнца и, таким образом, присутствует в солнечном свете.

Ультрафиолетовое излучение состоит из трех типов лучей — ультрафиолетового A, ультрафиолетового B и ультрафиолетового C.Хотя ультрафиолет C является наиболее опасным типом ультрафиолетового света с точки зрения его способности нанести вред жизни на Земле, он не может проникать через защитный озоновый слой Земли. Следовательно, он не представляет угрозы для жизни людей, животных или растений на Земле.

Ультрафиолет A и B, с другой стороны, может проникать через озоновый слой и достигать поверхности планеты. Загар, веснушки и солнечные ожоги — знакомые эффекты чрезмерного воздействия ультрафиолетовых лучей, наряду с повышенным риском рака кожи ¹ .

Искусственный свет, излучающий ультрафиолет

Помимо естественного солнечного света, искусственный свет от ламп для загара содержит ультрафиолет А и ультрафиолет В.Люминесцентные лампы или компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), которые мы обычно используем в школах и коммерческих зданиях, излучают УФ-излучение, но не все открытые КЛЛ производят значительное УФ-излучение. Они излучают видимый свет, потому что колба покрыта слоем люминофора, который светится при контакте с УФ-излучением. Хотя большая часть УФ-излучения остается внутри лампы, некоторые из них могут попадать в окружающую среду, что также потенциально может быть формой УФ-излучения.

Светоизлучающие диоды (СИД), которые широко используются в настоящее время, производят очень узкий спектр видимого света без потерь на несущественные типы излучения (ИК или УФ), связанные с обычным освещением, что означает, что большая часть энергии, потребляемой светом источник преобразуется непосредственно в белый свет.Следовательно, количество УФ-излучения, излучаемого светодиодами, на самом деле намного меньше.

Может ли ультрафиолет быть полезным?

Хотя ультрафиолетовый свет в больших количествах может нанести вред здоровью, его приемлемое количество также может поддерживать или улучшать здоровье. Когда ультрафиолет попадает на кожу человека, он вызывает выработку витамина D, который способствует росту и формированию костей и зубов. Солнечные ванны обычно используются в качестве эффективного лечения желтухи новорожденных, которая часто наблюдается у младенцев примерно на второй день после рождения, поскольку солнечный свет помогает расщеплять билирубин, вызывающий желтуху.Недавнее исследование, опубликованное в Журнале Американской медицинской ассоциации (JAMA) ⁸ , показало, что дети, которые проводят больше времени на открытом воздухе, имеют меньший процент развития миопии, и были доказательства того, что это также помогает замедлить прогрессирование миопии.

Следовательно, чрезмерное пребывание на солнце может быть вредным, но если делать это в умеренных количествах, ультрафиолет по-прежнему важен и полезен для нас.

Список литературы

1. https: // en.wikipedia.org/wiki/Ultraviolet
2. http://www.nea.gov.sg/corporate-functions/newsroom/advisories/first- half-of-may-2017- ожидается-будет-мокро- и- теплый
3. http://www.medicinenet.com/script/main/art.asp?articlekey=5898
4. http://www.gamonline.com/catalog/uvfilter/UV-protection.php
5. http://www.premierltg.com/do-led- lights-produc- uv-led- солярии /
6. http://www.stouchlighting.com/blog/fluorescent-vs- led-vs- cfl
7. https://www.aao.org/eye-health/news/40- minutes-outside- day-may- reduce-близорукость- 3
8.http://media.jamanetwork.com/news-item/additional- time-connected- outdoors-by-children-results- in-lower- rate-of-veloping- близорукость /
9. https://en.wikipedia .org / wiki / Желтуха

Что такое ультрафиолетовое излучение (УФ)?

Home Что такое УФ

Ультрафиолет (УФ) — это часть спектра электромагнитного излучения, испускаемого солнцем, которое достигает границы атмосферы Земли. Солнце очень горячее, поэтому оно излучает большое количество излучения на коротких волнах ниже видимого диапазона.Однако атмосфера сильно влияет на спектр излучения, достигающего поверхности.

Спектральный диапазон

Солнечная радиация, достигающая атмосферы Земли, составляет примерно:

50% видимого света (VIS)
40% ближнего инфракрасного излучения (NIR)
10% ультрафиолетового излучения (УФ)

УФ-излучение состоит из:

UVC от 100 до 280 нм
UVB от 280 до 315 нм
UVA от 315 до 400 нм

UVC полностью поглощается кислородом и озоном в атмосфере.
UVB примерно на 90% поглощается атмосферой, в первую очередь стратосферным Озоном
UVA в основном достигает поверхности
UVA-излучение на поверхности Земли обычно в 15-20 раз больше по интенсивности, чем UVB.

«Фиолетовый» конец видимой (VIS) части спектра начинается на 400 нм.

Спектр солнечного света

Следует принять во внимание, что снижение концентрации озона значительно повлияет на количество УФ-В излучения, достигающего поверхности Земли.Спектрофотометр Брюера измеряет общий столб озона, который в основном состоит из стратосферного «озонового слоя».

Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) определяют границу между УФА и УФВ как 315 нм, и это было повсеместно принято в 2002/2003 гг. Однако некоторые другие организации, особенно в США, использовали более старое определение границы 320 нм. Это существенно влияет на количество измеренного УФ-B (завышенная оценка) и должно приниматься во внимание при сравнении данных из разных опубликованных источников информации и от разных приборов для измерения УФ-излучения.

Спектральный сдвиг

Точное измерение УФ-излучения затруднено, поскольку количество энергии очень мало по сравнению с количеством видимого излучения, достигающего Земли одновременно, особенно для УФ-В.

Атмосферные условия имеют большое влияние на спектр солнечной радиации, достигающей поверхности Земли.

Колебания атмосферного давления и температуры в атмосфере влияют на поглощение и, следовательно, влияют на спектр на уровне моря и на разных высотах над уровнем моря.Спектр солнечного излучения, получаемого на вершине горы в удаленном районе, может заметно отличаться от спектра, получаемого в промышленной или городской зоне или вблизи уровня моря.

Другими факторами являются вариации, вызванные динамическими изменениями концентрации озона в атмосфере, которые увеличиваются с увеличением длины волны в диапазоне от 280 до 315 нм. На УФ-излучение также влияют аэрозоли, облака, положение солнца (зенитный угол Солнца) и количество атмосферы, через которую проходит излучение (воздушные массы).Также существенно влияние поверхностей, вызывающих множественные отражения, таких как снег.

График показывает влияние тумана и облачности на типичный солнечный спектр на уровне моря. Общая освещенность падает, но максимальные значения освещенности были нормализованы, чтобы продемонстрировать спектральный сдвиг. УФ-излучение значительно уменьшается, и спектральный баланс смещается в «красный» конец видимого диапазона с более высокой долей ближнего инфракрасного излучения (БИК).

Спектральный сдвиг в диффузном излучении с типом неба

Эритемно-активное УФ-излучение

УФ-излучение, измеренное с аналогичной реакцией на определенную типичную человеческую кожу, называется «эритемно-активным УФ-излучением» (УФЕ).В прошлом использовался ряд функций отклика, но в настоящее время принята функция, предложенная Маккинли и Диффи в 1987 году и принятая в качестве международного стандарта ISO: 17166: 1999 / CIE S 007 / E-1998. Эта функция охватывает диапазон от 250 до 400 нм и используется для расчета глобального солнечного УФ-индекса (УФИ) для информации общественного здравоохранения.

Функция McKinlay и Diffey теперь стандартизирована и показана на графике ниже вместе с другой функцией, которая иногда использовалась в прошлом.

Функции ответа

Более старые данные могут быть записаны в MED / час (минимальная эритемная доза в час). Однако это не имеет универсального определения и варьируется в зависимости от типа и состояния кожи и больше не используется. В настоящее время интегральная УФ-излучение всегда измеряется в Вт / м ² .

Как видно из графиков спектральной функции, UVE включает некоторое излучение UVA и отклик в сторону диапазона UVC. По этой причине не следует использовать радиометр UVB для измерения UVE и расчета глобального солнечного УФ-индекса.

Глобальный солнечный УФ-индекс (УФИ) можно рассчитать, умножив значение УФЕ излучения в Вт / м ² на 40 м ² / Вт. Например, 0,25 Вт / м ² UVE представляет УФ-индекс, равный 10, и это значение используется для информации об общественном здравоохранении.

Как видно из графика спектральной функции, UVE включает в себя некоторое излучение UVA и отклик в диапазоне UVB. По этой причине не следует использовать радиометр UVB для измерения UVE и расчета глобального солнечного УФ-индекса.

Суммарное УФ-излучение

«Общее УФ» — это сумма УФА и УФВ, и его чаще всего контролируют на метеорологических и климатологических станциях в качестве дополнения к мониторингу солнечной радиации с помощью пиранометров. Он также используется для проверки УФ-излучения источников света и имитаторов солнечной энергии для исследования возобновляемых источников энергии.

RP Photonics Encyclopedia — ультрафиолетовый свет, УФ

Энциклопедия> буква U> ультрафиолетовый свет

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics.Среди них:

Найдите более подробную информацию о поставщиках в конце этой статьи энциклопедии или посетите наш

Вас еще нет в списке? Получите свою запись!

Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием продукта.

Сокращение: УФ-свет

Определение: невидимый свет с длинами волн короче ≈ 400 нм

Более общие термины: свет

Немецкий: ультрафиолетовые Licht, Schwarzlicht

Категория: оптика общая

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

URL: https://www.rp-photonics.com/ultraviolet_light.html

Ультрафиолетовый свет — это свет с длиной волны короче ≈ 400 нм, нижнего предела видимого диапазона длин волн.

Различные определения используются для различения разных спектральных областей:

• Спектральная область в ближнем УФ-диапазоне находится в диапазоне от 400 нм до 300 нм.
  Область среднего УФ-диапазона находится в диапазоне от 300 до 200 нм, а более короткие длины волн от 200 до 10 нм относятся к области дальнего УФ-излучения .Еще более короткие длины волн принадлежат Extreme UV (EUV).
• Термин вакуум UV (ниже ≈ 200 нм) относится к диапазону длин волн, в котором часто используется вакуумный прибор, потому что свет сильно поглощается воздухом.
  Вакуумный УФ включает дальний и крайний УФ.
• UVA обозначает диапазон от 320 до 400 нм, UVB для 280–320 нм и UVC для 200–280 нм.

Однако точные определения этих спектральных областей различаются в литературе.

Ультрафиолетовый свет

находит широкое применение, включая УФ-дезинфекцию воды и инструментов, УФ-отверждение клеев, контроль качества многих материалов и возбуждение флуоресценции в аналитических целях.
Во время кризиса Covid-19 способность ультрафиолетового света дезактивировать вирусы привлекла повышенное внимание.

Основные свойства ультрафиолетового света

По сравнению с видимым светом, ультрафиолетовый свет отличается по существу двумя разными способами:

• Короткая длина волны позволяет точно фокусировать и создавать очень тонкие структуры (при условии, что используется источник света с высокой пространственной когерентностью).Это используется в УФ-фотолитографии, как, например, для изготовления микроэлектронных устройств, таких как микропроцессоры и микросхемы памяти.
  Будущие поколения микропроцессоров будут иметь еще более тонкую структуру и потребуют фотолитографии в области EUV.
  В настоящее время разрабатываются мощные источники EUV и соответствующие фоторезисты.
• Энергия фотонов выше, чем энергия запрещенной зоны многих веществ.
  Как следствие, ультрафиолетовый свет сильно поглощается многими веществами (например,грамм. в оптических стеклах, прозрачных для видимого света), а индуцированное возбуждение может привести к изменению химической структуры (например, разрыву связей).
  Это важно для лазерной обработки материалов (например, для лазерной абляции, импульсного лазерного осаждения и для изготовления волоконных решеток Брэгга), а также для стерилизации воды или медицинских инструментов.
  УФ-свет может также повредить человеческую кожу (см. Ниже), и, в частности, УФ-свет имеет бактерицидное действие.
  Когда ультрафиолетовый свет взаимодействует со следами углеводородов в воздухе, это может привести к осаждению органических пленок на близлежащих поверхностях; такой вид фотозагрязнения может эл.грамм. ухудшают качество нелинейных кристаллов в УФ-лазерных источниках.

Генерация ультрафиолетового света

Технология лазеров для генерации ультрафиолетового света сталкивается с различными проблемами; тем не менее, существует несколько видов ультрафиолетовых лазеров, которые могут непосредственно генерировать УФ-свет: некоторые объемные лазеры (например, на основе кристаллов, легированных церием, таких как Ce: LiCAF), волоконных лазеров, лазерных диодов (в основном на основе GaN), лазеров на красителях и т. д. эксимерные лазеры и лазеры на свободных электронах.
Другой способ генерации ультрафиолетового света — нелинейное преобразование частоты выходных сигналов лазеров ближнего инфракрасного диапазона.Статья об ультрафиолетовых лазерах дает более подробную информацию.

Существуют также различные газоразрядные лампы, например ксеноновые лампы и ксеноновые / ртутные лампы, которые можно использовать для определенных спектральных линий УФ-излучения или в качестве широкополосных источников УФ-излучения.
Кроме того, существуют эксимерные лампы, которые используются в качестве квазимонохроматических источников УФ-излучения в импульсном или непрерывном режиме.
В частности, в области EUV, газовые разряды, например, с ксеноном, парами олова или лазерно-индуцированной плазмой используются для генерации ультрафиолетового излучения с высокой мощностью в несколько ватт или даже десятки ватт.Все такие источники не излучают высококогерентное излучение.

Светоизлучающие диоды (УФ-светодиоды) также вызывают интерес для целого ряда приложений, например для обеззараживания воды.

УФ-оптика

Обнаружение ультрафиолетового света

Угрозы безопасности

Ультрафиолетовый свет опасен для глаз (особенно для длин волн в диапазоне 250–300 нм) и для кожи (особенно для 280–315 нм), поскольку он может вызвать катаракту или фотокератит хрусталика глаза и рак кожи, помимо гиперпигментация и эритема.Более низкие дозы, еще не вызывающие острых эффектов, могут ускорить старение кожи.
Поэтому работа с источниками УФ-излучения, в частности с УФ-лазерами, требует особых мер предосторожности для обеспечения лазерной безопасности.
Например, УФ-лучи в открытых оптических установках обычно должны быть закрыты металлическими трубками.

При работе с источниками ультрафиолетового света могут потребоваться защитные очки, одежда и перчатки.

Для длин волн ниже примерно 260 нм также существует проблема образования озона в воздухе.Таким образом, может возникнуть необходимость удалить озон с помощью подходящих дополнительных устройств или избежать его образования, избегая присутствия кислорода.

Поставщики

Справочник покупателя RP Photonics содержит информацию о 28 поставщиках источников ультрафиолетового света. Среди них:

Kapteyn-Murnane Laboratories

KMLabs Hyperion VUV обеспечивает яркие фемтосекундные импульсы на многих длинах волн в диапазоне вакуумного ультрафиолета (VUV), от 6,0 эВ (205 нм) до 10.8 эВ (115 нм). Дискретная настраиваемость источника вакуумного ультрафиолета KMLabs Hyperion VUV позволяет исследователям изучать широкий спектр материалов и их свойств. Простое изменение энергии фотона, выбранное компьютером, обеспечивает мощную возможность, ранее доступную только на синхротроне; эта способность легко изменять длину волны лазера может улучшить многие эксперименты. Например, в экспериментах по фотоэмиссии с угловым разрешением (ARPES) эта возможность настройки позволяет исследователям отличать поверхностные эффекты от объемных.Для исследования молекул по времени пролета (ToF) с помощью настройки можно выделить идентичные в остальном изомеры. Hyperion VUV также обладает высокой степенью фокусировки, и соответствующая оптика может использоваться для достижения размеров пятна менее 10 микрон.

UltraFast Innovations

Компания UltraFast Innovations (UFI) разработала вакуумную установку с генерацией высоких гармоник (HHG) под названием NEPAL. Он содержит все необходимые вакуумные компоненты (включая вакуумный насос) и полностью моторизованную газовую струю мишени для XUV и мягкого рентгеновского излучения.Можно генерировать изолированные аттосекундные импульсы с помощью HHG, подавая подходящие фемтосекундные лазерные импульсы.

Оптический макет внутри камеры изолирован от вибраций окружающей среды для оптимальной временной стабильности и стабильности наведения. Проходной канал с входом для благородного газа включен, например, в поставку. аргон, неон или гелий для ГВГ в интересующей спектральной области.

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора.Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его. (См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, пожалуйста, свяжитесь с ним, например по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами.(Если вы позже откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала проверяются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

См. Также: нелинейное преобразование частоты, удвоение частоты, эксимерные лазеры, лазерная безопасность, инфракрасный свет, ультрафиолетовая оптика, солнечные слепые фотодетекторы
и другие статьи в категории общая оптика

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем веб-сайте, в социальных сетях, дискуссионном форуме, Википедии), вы можете получить здесь требуемый код.

HTML-ссылка на эту статью:

   
 Статья об ультрафиолетовом свете  
 в  
 Энциклопедия фотоники RP   

С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку выше):

   
  alt = "article">   

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/ultraviolet_light.html 
 статья «Ультрафиолетовый свет» в энциклопедии RP Photonics]  

Нью-Йоркских врачей — Азбука ультрафиолетового света

13 июля 2020 г.

Загар и COVID

Июль, соответственно, месяц осведомленности об ультрафиолетовом излучении. Сейчас самый разгар лета, и большинство из нас будет проводить больше времени на свежем воздухе. Итак, пора позаботиться о защите от солнца.

Наш главный источник ультрафиолетового света (форма электромагнитного излучения) — солнце.Существует 3 типа ультрафиолетового излучения: A, B, C с диапазоном длин волн от 10 до 400 нм (чуть ниже видимого спектра). Все УФ-А-излучение проникает через озоновый слой, часть УФ-В проходит через него, а УФ-С не может пройти. Ультрафиолетовое излучение оказывает положительное влияние (например, производство витамина D), но также имеет некоторые риски для здоровья.

UVB представляет лишь 5% УФ-излучения, которое достигает поверхности земли, но оно является наиболее биологически активным и потенциально опасным — ответственным за солнечный ожог, воспаление, катаракту и фотоканцерогенез (в частности, меланому).UVA не безвреден, так как он также может вызывать солнечный ожог, канцерогенез и старение кожи. Он также может проникать сквозь облачный покров и стекло. Большая часть УФ-излучения опасна для человека, но не проникает через озоновый слой. Защита кожи с помощью соответствующей одежды и солнцезащитных кремов важна для предотвращения этих неблагоприятных эффектов. Американская академия дерматологии рекомендует продукты с широким спектром действия (как для УФ-А, так и для В), с фактором защиты от солнца 30 или выше, а также устойчивые к воде и поту. Продукт следует нанести обильно:

примерно по 1 чайной ложке на лицо и шею, всего 2 чайные ложки на переднюю и заднюю часть, по 1 чайной ложке на каждую руку и по 2 чайные ложки на каждую ногу.Их следует наносить повторно примерно каждые 2 часа и после купания, даже если они обозначены как водостойкие.

Поскольку многие из наших пациентов принимают лекарства от случая к случаю или регулярно, важно отметить, что есть несколько лекарств, которые вызывают «светочувствительность» (повышают вероятность солнечного ожога за более короткий период времени). Эти лекарства включают:

Лазикс (фуросемид), Гидродиурил (гидрохлоротиазид)

Ципро (ципрофлоксацин, левакин (левофлоксацин), вибрамицин (доксициклин), бактрим (триметоприм / сульфаметоксазол)

мотрин (ибупрофен), алев (напроксен), целебрекс (целекоксиб

Бенадрил (дифенгидрамин)

Фенерган (прометазин

Противозачаточные таблетки

Аккутан (изотретиноин), Ретин-А (третиноин)

Если вы принимаете какие-либо из этих лекарств, рекомендуется более короткое время нахождения на солнце, уменьшение воздействия на кожу и более частое применение солнцезащитных кремов.

Так какая связь между COVID и ультрафиолетом?

Свет

UVC является частью ультрафиолетового излучения с более коротким спектром.Давно известно, что он обладает бактерицидным действием против вирусов и бактерий. Больницы используют этот свет как средство стерилизации больших помещений, а MTA использует его ночью, когда закрыты метро. Обычные источники производят ультрафиолетовое излучение с длиной волны 254 нм, которое может проникать через слой кератина и вызывать повреждение кожи и глаз. Следовательно, это ограничивает его использование. Свет с длиной волны дальнего УФС (222 нм) не проникает через кератин и безвреден для человека. Он может использоваться в качестве метода стерилизации офисных зданий и других крупных жилых помещений.Очевидно, это будет очень полезно, когда мир вернется к более нормальной деятельности.

.