Новости

Что такое Ультрафиолетовый свет: УФ-излучение

17.09.2017

1343

Ультрафиолетовый свет

Ультрафиолетовый свет — это тип электромагнитного излучения, который заставляет плакаты с черным светом светиться, отвечает за летний загар и солнечные ожоги. Однако слишком большое воздействие УФ-излучения повреждает живую ткань.

Электромагнитное излучение исходит от солнца и передается волнами или частицами на разных длинах волн и частотах. Этот широкий диапазон длин волн известен как электромагнитный (ЭМ) спектр. Спектр обычно делится на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Общими обозначениями являются радиоволны, микроволны, инфракрасные (ИК), видимые, ультрафиолетовые (УФ), рентгеновские и гамма-лучи.

Ультрафиолетовый (УФ) свет попадает в диапазон ЭМ-спектра между видимым светом и рентгеновскими лучами. Он имеет частоты приблизительно от 8 × 1014 до 3 × 1016 циклов в секунду или герц (Гц) и длины волн около 380 нанометров (1,5 × 10-5 дюймов) до примерно 10 нм (4 × 10-7 дюймов). Согласно «Ультрафиолетовому излучению» У.С. ВМФ, УФ обычно делится на три поддиапазона:

• UVA или вблизи УФ (315-400 нм)
• UVB или средний УФ (280-315 нм)
• UVC, или далеко УФ (180-280 нм)

Ультрафиолетовый свет обладает достаточной энергией для разрушения химических связей. Из-за их более высоких энергий УФ-фотоны могут вызывать ионизацию, процесс, в котором электроны отрываются от атомов. Полученная вакансия влияет на химические свойства атомов и заставляет их образовывать или разрушать химические связи, которых они иначе не имели бы. Это может быть полезно для химической обработки, или это может повредить материалы и живые ткани. Этот ущерб может быть полезен, например, на дезинфицирующих поверхностях, но он также может быть вредным, особенно для кожи и глаз, на которые наиболее неблагоприятно воздействуют ультрафиолетовое излучение.

Большая часть естественного света с ультрафиолетовыми лучами встречаются от солнца. Тем не менее, только около 10 процентов солнечного света является ультрафиолетовым излучением, и только около трети этого проникает в атмосферу когда достигает земли. Из солнечного света достигает экватора 95%, а 5% — ультрафиолет. Никакой измеримый УФК от солнечной радиации не достигает поверхности Земли, потому что озон, молекулярный кислород и водяной пар в верхней атмосфере полностью поглощают самые короткие длины волн УФ. Тем не менее, «ультрафиолетовое излучение широкого спектра действия является самым сильным и самым разрушительным для живых существ», согласно 13-му докладу NTP по канцерогенам».

Загар является реакцией на воздействие вредных лучей. По сути, загар обусловлен естественным защитным механизмом организма, который состоит из пигмента, называемого меланином, который продуцируется клетками в коже, называемыми меланоцитами. Меланин поглощает ультрафиолетовый свет и рассеивает его как тепло. Когда организм ощущает солнечный урон, он посылает меланин в окружающие клетки и пытается защитить их от дальнейшего повреждения. Пигмент заставляет кожу темнеть.

«Меланин — естественный солнцезащитный крем» , — сказал в интервью 2013 года помощник профессора дерматологии Медицинской школы Университета Тафтса. Тем не менее, постоянное воздействие ультрафиолетового света может подавить защиту организма. Когда это происходит, происходит токсическая реакция, приводящая к солнечному ожогу. Ультрафиолетовый свет может повредить ДНК в клетках организма. Тело ощущает это разрушение и наводняет область кровью, чтобы помочь в процессе заживления. Болезненное воспаление также происходит. Обычно в течение полудня из-за переизгашения на солнце характерный красно-омарный вид солнечного ожога начинает становиться известным и ощущаться.

Иногда клетки с ДНК, мутированные солнечными лучами, превращаются в проблемные клетки, которые не умирают, а продолжают распространяться как рак. «Ультрафиолетовый свет вызывает случайные повреждения в процессе восстановления ДНК, так что клетки приобретают способность избегать смерти», — сказал Чжуан.

Результатом является рак кожи, наиболее распространенная форма рака. Люди, получающие солнечные ожоги, подвергаются значительно более высокому риску. По словам Фонда рака кожи, риск смертельной формы рака кожи, называемый меланомой, удваивается для тех, кто получил пять или более солнечных ожогов.

Для получения ультрафиолетового света был разработан ряд искусственных источников. По данным Общества физики здоровья, «искусственные источники включают в себя кабины для загара, черные огни, лампы для вулканизации, бактерицидные лампы, ртутные лампы, галогенные лампы, высокоинтенсивные газоразрядные лампы, флуоресцентные и лампы накаливания и некоторые типы лазеров».

Одним из наиболее распространенных способов получения ультрафиолетового света является пропускание электрического тока через испаренную ртуть или какой-либо другой газ. Этот тип лампы обычно используется в кабинах для загара и для дезинфекции поверхностей. Лампы также используются в черных лампах, которые вызывают флуоресцентные краски и красители. Светоизлучающие диоды (светодиоды), лазеры и дуговые лампы также доступны как ультрафиолетовые источники с различными длинами волн для промышленных, медицинских и исследовательских применений.

Многие вещества, включая минералы, растения, грибы и микробы, а также органические и неорганические химикаты, могут поглощать ультрафиолетовый свет. Поглощение заставляет электроны в материале прыгать на более высокий уровень энергии. Эти электроны могут затем вернуться к более низкому энергетическому уровню в серии меньших шагов, испуская часть своей поглощенной энергии в виде видимого света — флуоресценции. Материалы, используемые в качестве пигментов в краске или красителе, которые проявляют такую ​​флуоресценцию, становятся ярче под солнечным светом, потому что поглощают невидимый ультрафиолетовый свет и повторно излучают его на видимых длинах волнах. По этой причине они обычно используются для знаков, спасательных жилетов и других применений, в которых важна высокая видимость.

Флуоресценцию можно также использовать для обнаружения и идентификации определенных минералов и органических материалов. Флуоресцентные зонды позволяют исследователям обнаруживать конкретные компоненты сложных биомолекулярных сборок, таких как живые клетки, с изящной чувствительностью и селективностью.

В люминесцентных лампах, используемых для освещения, ультрафиолетовый свет с длиной волны 254 нм получается вместе с синим светом, который испускается при прохождении электрического тока через пары ртути. Это ультрафиолетовое излучение невидимо, но содержит больше энергии, чем излучаемый видимый свет. Энергия ультрафиолетового света поглощается флуоресцентным покрытием внутри флуоресцентной лампы и излучается как видимый свет. Подобные трубки без того же флуоресцентного покрытия излучают ультрафиолетовый свет, который можно использовать для дезинфекции поверхностей, поскольку ионизирующее воздействие УФ-излучения может убить большинство бактерий.

Помимо солнца, есть многочисленные небесные источники ультрафиолетового света. По словам НАСА, в космосе очень крупные молодые звезды сияют большей частью своего света на ультрафиолетовых волнах. Поскольку атмосфера Земли блокирует большую часть ультрафиолетового света, особенно на более коротких длинах волн, наблюдения проводятся с использованием высотных воздушных шаров и орбитальных телескопов, оснащенных специализированными датчиками изображения и фильтрами для наблюдения в УФ-области спектра ЭМ.

По словам Роберта Паттерсона, профессора астрономии в Университете штата Миссури, большинство наблюдений проводятся с использованием устройств с зарядовой связью (CCD), детекторов, предназначенных для чувствительности к коротковолновым фотонам. Эти наблюдения могут определять температуры поверхности самых горячих звезд и выявлять наличие промежуточных газовых облаков между Землей и квазарами.

Лечение рака ультрафиолетовым светом

В то время как воздействие ультрафиолетового света может привести к раку кожи, некоторые состояния кожи можно лечить с помощью ультрафиолетового света. В процедуре, называемой обработкой ультрафиолетовым излучением псоралина (PUVA), пациенты принимают лекарство или наносят лосьон, чтобы сделать кожу чувствительной к свету. Затем на кожу светится ультрафиолетовый свет. PUVA используется для лечения лимфомы, экземы, псориаза и витилиго.

Это может показаться нелогичным для лечения рака кожи тем же, что и вызвало его, но PUVA может быть полезным из-за воздействия ультрафиолетового света на продукцию клеток кожи. Это замедляет рост, который играет важную роль в развитии болезни.

Ключ к происхождению жизни?

Недавние исследования показывают, что ультрафиолетовый свет, возможно, сыграл ключевую роль в происхождении жизни на Земле, особенно в происхождении РНК. В статье 2017 года в журнале Astrophysics Journal авторы исследования отмечают, что звезды красного карлика не могут излучать достаточный ультрафиолетовый свет чтобы начать биологические процессы, необходимые для образования рибонуклеиновой кислоты необходимой для всех форм жизни на Земле. Исследование также предполагает, что этот вывод может помочь в поиске жизни в других частях Вселенной.

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

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

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

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

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

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

Источники

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

Приемники

Космический телескоп «Хаббл»

Обзоры неба

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

Земное применение

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

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

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

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

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

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

Чтобы получать выгоду от окружающего мира и избегать его опасностей, надо хоть что-то об этом мире знать. Поэтому даже у примитивных сидячих животных, неподвижных и со всех сторон одинаковых, есть чувствительные клетки или целые органы. Они собирают данные об окружающей среде, и уже на основе этих данных животные совершают наиболее подходящие действия.

Организмы научились отличать свет от тьмы очень давно. Для многих животных, в том числе и людей, зрение — основной источник информации об окружающем мире. Как же устроен этот процесс?

В первом приближении глаз позвоночных и головоногих моллюсков (одни из самых продвинутых существ в «параллельной» с нами ветке эволюции) устроен как фотоаппарат. Есть линза (хрусталик), есть отверстие, через которое свет попадает на линзу (зрачок). Наконец, есть фотопластинка (или матрица у современных фотоаппаратов) — сетчатка. Чувствительные клетки (фоторецепторы) в ее составе активируются при падении света определенной длины волны. Для каждого типа клеток сетчатки диапазон оптимальных длин волн свой.

Глаз - очень сложная структура, и для полноценного зрения нужно, чтобы хорошо работали все ее элементы. Фото: Alexilus/shutterstock

Есть две большие группы фоторецепторов — палочки и колбочки. Палочки активировать легко, для этого не нужна сильная освещенность. Но и четкость изображения они дают слабенькую. В этом легко убедиться, если пойти ночью в лес без фонарика: что-то видно, но лишь в общих чертах. А еще совершенно непонятно, какого цвета окружающие предметы. Для распознавания цветов и их оттенков нужны колбочки. Эти рецепторы активировать сложнее, и работают они только при хорошем освещении.

Разные типы колбочек отвечают за распознавание различных цветов, реагируя на свет в узком диапазоне длин волн. Поэтому иметь какой-то один тип колбочек бессмысленно: «палочные сумерки» просто приобретут тот или иной оттенок. Это непрактично и опасно: с таким зрением, например, невозможно будет отличить спелые плоды от неспелых, а незрелые фрукты могут быть ядовитыми. Так что зрячие животные обзавелись минимум двумя типами колбочек.

«У человека три типа колбочек и один тип палочек, — поясняет Павел Максимов, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории обработки сенсорной информации ИППИ РАН. — Даже если бы у нас был всего один тип колбочек и палочки, мы, возможно, могли бы различать цвета, но только при сумеречном освещении, при котором функционируют и палочки, и колбочки. Кроме самих рецепторов нужна соответствующая обработка сигнала. Например, если сигналы от рецепторов разных типов просто сложить, никакой информации о цвете не останется. Зрительная система должна уметь сравнивать сигналы от разных рецепторов, чтобы определить, что сигнал от коротковолновых («синих») колбочек сильнее или слабее, чем от длинноволновых («красных»)».

Палочки (слева) и колбочки весьма небольшие: их длина не превышает 0,06 миллиметра. Фото: Designua/shutterstock

Колбочки и эволюция

Если животное ориентируется в основном на зрение, ему хорошо бы уметь различать множество разных оттенков, а для этого нужно больше двух типов колбочек.

Мужское и женское

Несмотря на то что тема равенства полов стала очень модной, по части восприятия цветов мужчины и женщины заметно различаются. Скажем, нарушения цветового зрения чаще бывают у мужчин. И дело здесь не только в том, что гены, мутации в которых вызывают потерю какого-нибудь типа колбочек, расположены на Х-хромосоме, которая у сильного пола одна.

Восприятие цветов, как и звуков, зависит от уровня тестостерона в организме. У самых женственных мужчин рецепторов к этому гормону в разы больше, чем у самых крепких женщин. И в частности, их очень много на нейронах головного мозга, особенно в затылочной доле коры — там, куда приходят зрительные сигналы. В итоге у мужчин образуется больше связей между нейронами зрительной коры и зрительных зон таламуса, откуда сигналы попадают в затылочные доли. Кроме того, по не до конца ясным причинам мужчины лучше отслеживают быстро сменяющие друг друга мелкие детали, а женщины хорошо различают оттенки близких цветов. Возможно, эти особенности развились у мужчин из-за того, что в древнем обществе они занимались охотой, а женщины собирали растения и грибы.

Охота требовала от древних мужчин умения различать быстро движущиеся детали. Фото: Dieter Hawlan/shutterstock

Исследование 2001 года показало, что среди женщин гораздо чаще встречаются индивидуумы с четырьмя (а не тремя) типами пигментов — молекул, лежащих в основе работы колбочек (в палочках пигменты тоже есть, но другие). Это одна из причин, почему женщина в среднем может назвать больше разных оттенков, чем мужчина. Наконец, колбочки мужчин настроены на свет чуть больших длин волн, чем зрительные рецепторы женщин: по-видимому, сильный пол при прочих равных видит мир более красным .

Цветотерапия

Этот раздел альтернативной медицины учит, что различные заболевания, вплоть до рака, можно лечить, давая больному смотреть на определенный цвет в зависимости от того, что болит. Вот только рекомендации к лечению во многих клиниках разные, общего стандарта нет . А это первый звоночек, что цветотерапия — метод непроверенный. Разумеется, цвета, которые человек видит регулярно, могут влиять на его эмоции и на восприятие мира. Но это верно и для любых других элементов обстановки. А изменение настроения — это еще не лечение, хотя вещь в большинстве случаев полезная.

Некоторые психологи активно используют в практике цветотерапию, но серьезного научного обоснования у этого подхода нет. Фото: Olimpik/shutterstock

Хотя зрительная система — одна из самых изученных сенсорных систем, оценить, насколько восприятие цветов изменилось в ходе эволюции и как оно отличается у животных разных видов и внутри видов, непросто. Приходится учитывать и число различных типов зрительных пигментов, и строение сетчатки и зрительных областей мозга, и пол, и даже родной язык — если мы говорим о людях. Словесные описания одного и того же предмета при одинаковом освещении от разных авторов могут заметно отличаться. А если тестировать цветовое зрение, не прибегая к словам (например, выделять «особый квадрат» из десятков одинаковых), выяснится, что два человека могут различать два цвета, но мы никогда не узнаем, что точно они видят при этом. Ну и конечно, нейронные сигналы, возникающие в мозге в ответ на какой-либо цвет, совершенно индивидуальны.

Светлана Ястребова

Исследование с использованием ультрафиолетовых лучей в техническом отношении достаточно простое и доступное средство научного анализа произведений искусства. В практике изучения живописи их применение сводится к визуальному наблюдению или фотографированию вызываемой ими видимой люминесценции, то есть свечения вещества в темноте под действием фильтрованных ультрафиолетовых лучей. Различают два вида такого свечения: флуоресценцию — свечение, прекращающееся в момент, когда кончается действие источника его возбуждения, и фосфоресценцию — свечение, продолжающееся некоторое время после окончания действия источника возбуждения. В исследовании произведений живописи используют только флуоресценцию.

Под действием ультрафиолетовых лучей вещества органического и неорганического происхождения, в том числе некоторые пигменты, лаки и другие компоненты, входящие в состав произведения живописи, светятся в темноте. При этом свечение каждого вещества относительно индивидуально: оно определяется его химическим составом и характеризуется конкретным цветом и интенсивностью, что позволяет идентифицировать то или иное вещество или обнаруживать его присутствие.

Понятие люминесценции. Ультрафиолетовая область спектра непосредственно следует за сине-фиолетовым участком его видимой части.

В этой области различают три зоны — ближнюю, примыкающую к видимому спектру (400-315 нм), среднюю (315-280 нм) и дальнюю, еще более коротковолновую. Ультрафиолетовое излучение, естественным источником которого является солнечный свет, подобно другим видам излучения, может поглощаться веществом, отражаться им или проходить сквозь него.

Для возникновения люминесценции необходимым является поглощение света веществом: поглощенная атомами и молекулами световая энергия возвращается в виде светового же излучения, которое носит название фотолюминесценции.

Частицы вещества, способного люминесцировать, поглотив световую энергию, приходят в особое возбужденное состояние, которое длится очень короткий промежуток времени (порядка 10-8 сек.). Возвращаясь в исходное состояние, возбужденные частицы отдают избыток энергии в виде света — люминесценции. Согласно правилу Стокса, люминесцирующее вещество, поглотившее световую энергию определенной длины волны, излучает свет обычно большей длины волны. Поэтому, когда возбуждение производится невидимыми ближними ультрафиолетовыми лучами, люминесценция приходится на видимую область спектра и может быть любого цвета — от фиолетового до красного.

Спектральный состав излучения люминесценции не зависит от длины волны возбуждающего света: цвет свечения вещества определяется только составом вещества. Что же касается интенсивности свечения, она может зависеть от длины волны возбуждающего излучения. Это объясняется тем, что возбуждающий свет различных длин волн поглощается веществом неодинаково, а следовательно, вызывает и разный уровень люминесценции. Поэтому когда речь идет об обнаружении малых количеств вещества, приходится иметь дело с набором компонентов, состав которых не известен, желательно использовать источник возбуждения, излучающий ультрафиолетовые лучи в возможно более широком диапазоне длин волн; другое условие — применение источника, обладающего возможно более мощным излучением. Поскольку свечение вещества возникает за счет поглощения энергии возбуждаемого света, то, чем большее количество энергии поглощает единица объема люминесцирующего вещества, тем интенсивнее будет свечение. Как показывает практика люминесцентного анализа, среди люминесцирующих веществ наиболее часто встречаются такие, люминесценция которых хорошо возбуждается ближними ультрафиолетовыми лучами с длиной волны больше 300-320 нм

Источники ультрафиолетовых лучей и светофильтры. Для возбуждения фотолюминесценции желательно использовать такие источники света, в которых полезное излучение составляет большую долю. Наиболее полно этому условию отвечают газоразрядные лампы, среди которых широкое применение получили ртутные лампы, изготовленные в виде трубки или сферы из специального стекла или кварца.

В качестве источника длинноволнового ультрафиолетового излучения обычно применяют лампы высокого давления, рассчитанные на работу от сети переменного тока. Эксплуатация ламп производится с приборами включения и в арматуре заводского изготовления Такие лампы удобны, когда надо возбудить люминесценцию больших поверхностей. Основная часть энергии этих ламп сосредоточена в видимой и ближней ультрафиолетовых областях.

Лампы высокого давления дают линейчатый спектр, то есть излучают в нескольких спектральных областях при отсутствии излучения в промежутках. Первой интенсивной линией в ультрафиолетовой области является линия 366 нм, затем идут более слабая линия 334 нм, интенсивная, но узкая линия 313 нм и серия слабых линий в границах от 303 до 248 нм.

Лампы сверхвысокого давления, у которых около 45% энергии приходится на ультрафиолетовую область, в отличие от предыдущих дают сплошной спектр (фон), над которым поднимаются отдельные пики максимумов, соответствующие примерно линиям излучения ламп высокого давления.

Коротковолновое излучение можно получить и при помощи ламп низкого давления, свечение которых возникает за счет возбуждения люминофора, покрывающего внутреннюю поверхность лампы. Такие лампы излучают в области 315-390 нм (максимум излучения 350 нм). Достоинством лампы является компактность, позволяющая использовать ее в разного рода переносных установках, работающих на постоянном токе или с небольшим дросселем от сети переменного тока. Интенсивность излучения лампы очень невелика, что позволяет вести с ее помощью только визуальное наблюдение.

В практике работы зарубежных музейных лабораторий популярностью пользуются лампы мощностью в 500 Вт, изготовленные из «черного» стекла. Благодаря стандартному цоколю эти лампы не требуют специальных монтировочных устройств. Получили широкое распространение и люминесцентные лампы-трубки. Изготовленные из того же стекла, они пропускают только ультрафиолетовую часть спектра. Будучи установленными по сторонам исследуемого произведения, эти лампы дают более равномерное освещение большой поверхности. Лампы-трубки имеют еще одно немаловажное преимущество: они работают без предварительного разогрева, и их можно включать сразу же после выключения, не делая перерыва для охлаждения, что значительно экономит время на операторскую работу.

Поскольку интенсивность свечения, вызываемого ультрафиолетовыми лучами, очень невелика и обнаружить его можно только в темноте, необходимо в процессе исследования исключить видимый свет рассмотренных источников ультрафиолетового излучения. Это легко осуществить с помощью специальных светофильтров, изготовленных из стекла, содержащего никель, кобальт и некоторые другие элементы. В ходе исследования светофильтр помещают между источниками света и объектом изучения. Наиболее удобны стандартные светофильтры марки УФС, предназначенные для выделения определенных зон ультрафиолетового спектра.

Наиболее широкое применение получило стекло марки УФС-3 (стекло, или фильтр Вуда). Лучший фильтр для зоны 390-320 нм, оно пропускает до 90 % излучения 366 нм и поглощает всю видимую область. Отечественная промышленность выпускает также фильтр УФС-6. Имея максимум пропускания в области 360 нм и выделяя ту же область 390-320 нм, он имеет лучшие оптические характеристики и технологические свойства. Стекло УФС-4 отличается от рассмотренных фильтров несколько большим поглощением в указанной области, но является более термостойким.

Так как в целом ряде случаев видимая люминесценция какой-либо наиболее интересной детали, например подписи, бывает очень слабой, даже незначительное количество пропускаемого стеклами УФС видимого фиолетового и красного света может оказать мешающее действие. Для улучшения условий наблюдения и фотофиксации в этих случаях используют дополнительные светофильтры, хорошо пропускающие лучи, соответствующие свечению интересующей детали и поглощающие фиолетовые и красные лучи, которые могут отражаться от объекта, забивая люминесценцию. Необходимо помнить, что такие фильтры сами не должны люминесцировать. Чтобы убедиться в этом, достаточно поместить выбранное стекло в зону действия источника ультрафиолетовых лучей.

Исследование живописи с помощью фильтрованных ультрафиолетовых лучей следует начинать через 5-10 минут после того, как в темном помещении включена лампа. Это время необходимо, чтобы лампа перешла в режим рабочего горения и чтобы глаза адаптировались в темноте. Если лампа сразу не включается, делают еще одно или несколько повторных включений. После того как лампу выключили, нельзя ее включать вновь, если она не остыла, на что требуется 10-15 минут. Включение неостывшей лампы может привести к ее порче.

Нужно помнить, что ультрафиолетовые лучи вредны для глаз. Достаточно несколько секунд посмотреть на открытую лампу (или закрытую светофильтром), чтобы получить воспаление, наступающее через несколько часов. Слабее действуют, но также вредны для глаз ультрафиолетовые лучи, отраженные от исследуемого предмета. Поэтому при работе с ультрафиолетовыми лучами желательно надевать очки с простыми или оптическими стеклами, значительно снижающими количество ультрафиолетовых лучей, попадающих в глаза.

Ультрафиолетовые лучи значительно повышают ионизацию воздуха, усиливая при этом выделение озона и окислов азота. Поэтому в помещении, где проводится работа с ультрафиолетовыми лучами, должен быть обеспечен усиленный обмен воздуха приточно-вытяжной вентиляцией. После окончания работы желательно активное проветривание рабочего помещения.

Как показали специальные исследования и почти вековая музейная практика работы с этим излучением, при этом не происходят ни ухудшения сохранности картин, ни изменения колорита.

Фотофиксация проводимых исследований. При анализе данных люминесцентного исследования нельзя полагаться лишь на субъективные оценки: наблюдения должны быть зафиксированы и выражены какими-либо объективными показателями. Только в этом случае можно сравнивать и сопоставлять между собой факты, отмеченные при изучении разных произведений. Характерным признаком видимой люминесценции является ее цвет. Однако визуальное определение цвета, как уже говорилось, крайне субъективно. Поэтому было бы целесообразным проведение спектрофотометрирования отдельных участков живописи, что позволило бы однозначно характеризовать окраску свечения. Из-за сложности снятия спектрофотометрических характеристик с большого количества разнородных участков, разбросанных на большой площади произведения, получил распространение менее точный, но более доступный способ фиксации люминесценции — ее фотографирование.

Видимая люминесценция фиксируется фотографически с помощью тех же фотокамер и на тех же фотоматериалах, которые используются при обычной черно-белой репродукционной съемке, поскольку люминесценция является видимым излучением. Однако при фотографировании необходимо соблюдать следующие условия. Из-за слабости свечения съемку нужно вести в темном помещении, а источник ультрафиолетового излучения должен быть экранирован одним из названных выше светофильтров, поглощающих всю видимую часть спектра. Так как не все попавшие на поверхность живописи ультрафиолетовые лучи ею поглощаются, часть их может, отразившись, попасть в объектив фотоаппарата и в силу значительно большей активности, чем свет люминесценции, отрицательно повлиять на качество негатива. Чтобы этого не случилось, перед объективом помещают фильтр, задерживающий ультрафиолетовые лучи, но беспрепятственно пропускающий свет люминесценции.

Для обычной съемки, без специального выделения люминесценции определенного цвета, рекомендуется использовать фильтры ЖС-4 толщиной 1,5-2 мм в комбинации с фильтром ЖС-11 или ЖС-12 толщиной 2-3 мм. Так как стекло ЖС-11 люминесцирует, его надо помещать после стекла ЖС-4 (то есть ближе к объективу). Правильный подбор заграждающих светофильтров имеет очень большое значение для выявления слабо различимых цветовых отличий люминесценции. При этом следует руководствоваться теми же правилами, что и при обычной фотографии. Как и во всех прочих случаях, при работе со светофильтрами желательно пользоваться каталогом цветного стекла, руководствуясь графиками, характеризующими их свойства.

Наводка на резкость и кадрирование изображения при съемке люминесценции ведутся по матовому стеклу в условиях естественного или искусственного освещения. После того как все подготовлено к съемке, исключают весь видимый свет и, если источники ультрафиолетового света находятся в рабочем состоянии, производят съемку.

Проявление негатива ведется в стандартном проявителе. При изготовлении фотоотпечатков нужно следить за тем, чтобы они правильно передавали характер свечения (рис. 61).

Если фотографируют целиком произведение или крупный фрагмент, его необходимо осветить двумя источниками света, расположенными на небольшом расстоянии от него (около 1 м) по обеим сторонам от фотоаппарата. При одностороннем освещении действие ультрафиолетовых лучей окажется слишком неравномерным и исказит характер свечения. Кроме того, осветители должны быть установлены таким образом, чтобы весь световой поток был направлен на фотографируемый объект и не попадал в объектив.

Экспозиция при съемке зависит от интенсивности люминесценции, чувствительности пленок, мощности источников ультрафиолетовых лучей, удаленности их от объекта съемки, фильтров на объективе. Обычно при фотографировании произведения среднего размера (1x0,7 м) с двумя ртутными лампами по 1000 Вт, находящимися на расстоянии 1-1,2 м от ближнего края картины, и фильтром УФС-6, на пленке чувствительностью 65 ед. ГОСТ, светофильтре на объективе ЖС-4 и диафрагме 22 экспозиция составляет 20-25 минут.

Нужно, однако, заметить, что съемка общего вида произведения не всегда бывает целесообразна. Как и в обычных условиях освещения, при съемке люминесценции гораздо эффективнее и богаче по информации оказываются макрофотографии или фотографии отдельных деталей.

Большую документальную ценность представляет цветная фотография люминесценции. Не говоря о том, что всю цветовую гамму свечения черно-белая фотография сводит к ахроматической шкале яркостей, некоторые участки, представляющие при визуальном наблюдении люминесценции достаточный контраст благодаря различию в цвете, на черно-белой фотографии могут оказаться практически трудно различимыми или вовсе неразличимыми. Источники света для возбуждения видимой люминесценции, их расположение по отношению к картине и увеолевые фильтры остаются теми же, что и при черно-белой съемке. Перед объективом фотокамеры целесообразнее поместить, чтобы не нарушать цветопередачу, бесцветное стекло БС-10 в комбинации со стеклом ЖС-3 или только стекло ЖС-3. Время экспозиции при съемке подбирается опытным путем. Как и при других видах фотосъемки, большое значение имеет цветное макрофотографирование деталей. На таких фотографиях цветные нюансы люминесценции воспринимаются значительно полнее.

Исследование в отраженных ультрафиолетовых лучах. Не все испускаемое источником ультрафиолетовое излучение поглощается исследуемой поверхностью и преобразуется в видимое свечение. Часть его отражается от объекта и может быть зафиксирована фотографически. Фотографирование живописи в отраженных ультрафиолетовых лучах является самостоятельным видом ее исследования, во многом дополняющим исследование в свете видимой люминесценции (рис. 62).

Для этой цели используют ту же пленку, что и для регистрации видимой люминесценции. Процесс фотографирования отличается от съемки видимой люминесценции лишь тем, что перед объективом фотокамеры помещают светофильтр, поглощающий весь видимый свет и пропускающий только ультрафиолетовые лучи. Источник света лучше не экранировать светофильтром, так как при этом неизбежно происходит ослабление ультрафиолетового излучения.

Наводка на резкость проводится при обычном освещении. Если фотографирование в ультрафиолетовых лучах осуществляется после фотографирования видимой люминесценции, никаких дополнительных манипуляций, кроме замены фильтра перед объективом и удаления фильтра с источника света, не требуется. Так как ультрафиолетовые лучи являются очень активными, экспозиция по сравнению с фотографированием в свете видимой люминесценции намного короче и составляет при описанных выше условиях съемки от 15 секунд до 1 минуты.

Разница в преломлении видимого света и ультрафиолетовых лучей не сказывается на резкости изображения даже при макросъемке. При достаточном диафрагмировании объектива (до 22) фотографии отличаются высокой степенью резкости изображаемых деталей. Использование обычных фотообъективов позволяет проводить подобные исследования только в зоне ближних ультрафиолетовых лучей. Поэтому целесообразнее всего при съемке пользоваться теми источниками света и светофильтрами, максимум излучения и пропускания которых лежит в этой области спектра. Более коротковолновые ультрафиолетовые лучи, отраженные от картины, не могут быть зафиксированы фотографически, так как они полностью поглощаются стеклянными линзами фотообъектива. Для работы в коротковолновой зоне требуются специальные объективы, изготовленные из кварца, однако такие объективы довольно дороги и труднодоступны для рядовой лаборатории.

Для того чтобы быть уверенным в чистоте исследования, осуществляемого с помощью ультрафиолетовых лучей, желательно все виды фотофиксации проводить с применением специальных индикаторов, представляющих собой небольшую алюминиевую пластинку с нанесенным на нее люминофором, закрепляемую на поверхности фотографируемого объекта в неответственном месте. Приемником отраженных ультрафиолетовых лучей кроме светочувствительных эмульсий могут служить электроннооптические преобразователи, имеющие сурьмяно- или кислородно-цезиевые катоды. Такие преобразователи обладают значительной чувствительностью в области 340-360 нм. При работе с этими приборами перед объективом помещают один из фильтров серии УФС, а поскольку фотокатод преобразователя обладает высокой чувствительностью к инфракрасной области спектра, целесообразно дополнительно поместить перед объективом фильтр СС-8, поглощающий часть этого излучения. Источник света используется тот же, что и при фотографировании в отраженных ультрафиолетовых лучах.

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

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

Ультрафиолетовые лучи

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

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

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

Длинные, находящиеся в пределах от 400 до 315 нанометров;

Средние - от 315 до 280 нанометров;

Короткие - от 280 до 100 нанометров.

Измерительные приборы

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

Источники ультрафиолета

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

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

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

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

Польза УФ-лучей

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

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

Вред УФ-лучей

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

Ультрафиолетовую эритему - сильный ожог кожи;

Катаракту - помутнение хрусталика глаза, которое приводит к слепоте;

Меланому - рак кожи.

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

Поражение кожи

Ультрафиолетовые лучи порой вызывают:

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

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

Защита кожи

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

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

Ношение легкой, но в то же время закрытой одежды;

Подбор эффективных солнцезащитных кремов.

Использование бактерицидных свойств ультрафиолета

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

Светолечение

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

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

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

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

Применение УФ-лучей в косметологии

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

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

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

Определение электронных структур предметов

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

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

Очистка воды

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

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

Обеззараживание воздуха

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

Бытовое применение

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

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

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

Применение в криминалистике

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

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

Другие применения УФ-лучей

Ультрафиолетовое излучение используется:

В шоу-бизнесе для создания световых эффектов и освещения;

В детекторах валют;

В полиграфии;

В животноводстве и сельском хозяйстве;

Для ловли насекомых;

В реставрации;

Для проведения хроматографического анализа.