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紫外輻射是一種非照明用的輻射源。紫外輻射的波長範圍為10納米至400納米。由於只有波長大於200納米的紫外輻射,才能在空氣中傳播,所以人們通常討論的紫外輻射效應及其應用,只涉及200納米至400納米範圍內的紫外輻射。

1紫外輻射簡介

為研究和應用之便,科學家們把紫外輻射劃分為A波段(400~315納米)、B波段(315~280納米)和C波段(280-200納米),並分別稱之為UVA、UVB和UVC。
和其他事物一樣,紫外輻射會給人類帶來有利的方面和不利的方面。經過科學家的研究發現,紫外輻射與物質作用會產生多種效應,並為人們所利用。

2紫外輻射術語

輻射度學的物理量用輻射能量度量,其輻射術語可應用於整個電磁頻譜,包括微波、紅外、紫外和X射線等譜段。描述光學輻射常用的參數有功率、輻射功率或輻射出射度、輻射率和輻射強度等,相應探測的參數是福照度。在應用中,輻照度用W/cm2來表示。輻射術語命名的一些規則如下:
1.有「光子」前綴的輻射量不是用輻射能或輻射功率度量的(如焦耳、瓦等),而是用入射的光子數來度量的。這是因為光子探測器的響應與能量並無直接關係,而主要與入射的光子數有關。
2.帶「光譜」前綴的輻射量是在特定波長上、單位波長間隔內測得的。無「光譜」前綴的輻射是在全光譜範圍內或特定波段內測得的,兩者的量綱明顯不同。在此情況下,下角標註λ。
3.凡是冠以「輻射」前綴的術語,均指輻射量,而非光度量。
4.發射本領、吸收率、反射率和透射比等項均定義為比值,無量綱。它們主要與才來哦性質有關,通常默認為系統工作波段內的波段值。如需強調它們是光譜值,則加下標註釋。
光度學物理量主要根據光學引起觀察者的視覺感知來來計量,光度學術語和計量單位十分完善,如光通量的單位為流明(lm),發光強度單位為坎德拉(cd),以及光照度單位勒克斯(lx)。如要將輻射量轉換為光度量,必須計入人眼視覺特性。

3紫外輻射應用

殺菌效應 一定量的UVC對微生物有很大的破壞作用,它可以殺滅大腸菌、紅痢菌、傷寒菌、葡萄球菌、結核菌、枯草菌、穀物黴菌等。研究發現,紫外輻射殺菌的能力是隨波長變化的,殺菌的峰值在254納米左右,也就是說,波長在254納米的紫外輻射滅菌的效果最佳。紫外輻射的滅菌效應在醫療保健和食品行業已經得到廣泛應用,最常見的是對病房中的空氣、醫用物品滅菌。

4作用及危害

有害效應
科學研究發現,紫外輻射對眼睛會產生傷害,誘發皮膚癌變。強烈的紫外輻射能夠損傷眼組織,導致結膜炎,損害角膜、晶狀體,是白內障的主要誘因。據統計,在眼科疾病中,白內障是世界性首位的致盲病。因此,防止眼睛被紫外線過量照射,是預防白內障的有效手段。
色素沉著效應 色素沉著效應又稱為黑斑效應。它是指紫外輻射透入皮膚深部,那裡存在的准黑色素物質被氧化形成黑色素,使皮膚變黑。如果紫外輻射繼續照射,持續生成的黑色素將形成色素沉著。據研究,造成色素沉著的有效波段在UVA波段,其峰值在365納米附近。
現代醫學中,科學家利用色素沉著效應治療白斑。適量的色素沉著不僅迎合了一些人對健康美的追求,而且對真皮和角質層都有保護作用。
光敏效應
光敏效應又稱光化學效應,它是指某些物質在紫外線照射下會產生分解、聚合和蛻變的現象。光敏效應的敏感輻射波段多位於A波段。近些年來,光敏效應應用的領域和規模日益擴大,在工業應用中形成了相當的規模。例如,在高速印刷,特別是高檔裝潢等高質量的印刷中,越來越多地使用光固化油墨,其原理是油墨中含有在紫外輻射下能迅速固化的材料,印刷品印刷后不用烤乾,只需經過紫外線照射。這樣處理不僅印刷速度大大提高,而且由於紫外輻射不含熱量,避免了熱能對印刷品的影響。
熒光效應 這是短波的紫外線照射熒光物質后,熒光物質在長波段發光的現象。熒光效應不僅是在紫外輻射效應中最重要的效應之一,而且其應用範圍最廣泛,甚至滲透到我們的日常生活中。
溫度無直接關係
是不是隨著溫度的走高,紫外線就愈發強大?中國氣象科學研究院研究員沈元芳告訴記者,紫外線與溫度高低並無直接關係。紫外線的強弱取決於太陽的高度角,太陽在空中越高,紫外線輻射水平越高。
夏天太陽的高度角最大,因此夏季的紫外線輻射明顯高於其他季節。而在中午,太陽直射大地,此時,一天中紫外線輻射最強。
不難發現,紫外線跟雲層有著密切的關係,太陽垂直照在地面,紫外線穿過雲層的距離垂直最短,被吸收的最少,因此穿過雲層的紫外線最多。儘管雲層能吸收紫外線,但高達80%的紫外線輻射仍然能夠滲透薄雲,大氣中的薄霧甚至能增加紫外線輻射的強度,所以多雲的天氣也不可不「防晒」。
在海拔越高的地區,大氣層相對越薄,所吸收的紫外線相對越少,所以青藏高原的人們總掛著「紅臉蛋」。沈元芳告訴記者,下墊面也影響著紫外線輻射的強弱,草、土壤和水反射大約10%的紫外線輻射;干海灘沙子反射約15%的紫外線輻射,海水泡沫約反射25%;新鮮的雪反射多達80%。因此,雖然冬季的太陽高度角小於夏季的,但雪對紫外線的反射會大大增加輻射量。
紫外線指數撐起太陽傘
位於平流層的臭氧層是太陽紫外線輻射的主要吸收帶。近年來,由於臭氧層的破壞,到達地表的紫外線輻射增強。大氣中臭氧濃度每減少1%,到達地表的太陽紫外線輻射會增加2%。
防護皮膚以避免其遭受過多紫外線輻射,不僅僅是愛美,更是對自身健康的負責。對此,氣象部門綜合統計預報方法和模式預報方法預測預報紫外線輻射強度。利用太陽紫外輻射觀測資料及其影響因子,如太陽高度角、海拔、臭氧層、氣溶膠、雲等觀測資料或數值預報產品,來建立統計關係,並隨著大氣輻射傳輸理論的日益發展和大氣各成分的分子光譜資料庫的逐漸完善,建立了大氣輻射傳輸模式,研發了紫外線指數的預報方法。
學會使用紫外線指數,就好比撐起了一把實用的太陽傘。世界衛生組織給出建議,在室外工作、游泳、玩耍或運動之前,應大量使用防晒指數為SPF15+的防晒霜並每兩個小時擦抹一次,或能夠有助於保護皮膚免受紫外線輻射傷害。但使用防晒霜並不意味著「萬事大吉」,它只是可以幫助人們在太陽下暴露時儘可能地保護皮膚。

生活中的應用

在工業、醫學和休閑娛樂場所廣泛使用的低壓放電汞燈,發射波長為189,254,297,303,313和365 nm等紫外射線,但90%以上是254 nm的紫外線。其中使用最多的是用於照明的熒光燈,它將189,254 nm紫外線轉換成可見光。低壓放電汞燈的另一類應用是用特殊的熒光塗層產生輻射峰值在360~370 nm的寬頻紫外輻射,這種人工紫外輻射主要被應用於皮色人工變深等休閑活動。黑光燈是另一類低、中壓汞弧放電的紫外燈,廣泛用於粉末、液體、礦物質等的無破壞檢側,色譜識別,簽名確認和防偽等。由此可見,人工紫外輻射的應用範圍,而可能受到過量人工紫外輻射照射的人主要是從事相關操作的專業工作人員。
除了專業工作人員在職業活動中可能受到人工紫外輻射的過量照射外,公眾也可能有意無意受到人工紫外輻射的照射。例如,在皮膚治療、平衡治療、光敏適應治療、皮膚變褐等活動中,特別是皮膚變褐活動,在某些國家或地區很流行,普通大眾通過這一途徑受紫外照射的概率很高,其中不乏過量受照的。多年以前瑞典在對主動接受紫外照射的人群調查時,約三分之二的受訪者表示他們的目的是使皮膚變褐,其中58%的人採用專用輻照設備在家裡自照,9%表示皮膚變褐改善了他們的健康。
限制人工紫外輻射照射的強度和適當改變人工紫外輻射的光譜構成,可以降低過量紫外照射致皮膚癌的概率。但是,據研究估計,紫外線致皮膚癌的95%歸因於太陽紫外輻射,因此,人們放紫外輻射的關鍵還是著重於適當防護太陽紫外輻射的照射。
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