자외선
Ultraviolet
자외선(UV)은 가시광선보다는 짧고 X선보다는 긴 10nm에서[1] 400nm(750THz)의 파장을 가진 전자파 방사선의 한 형태이다.자외선은 햇빛에 존재하며, 태양에서 나오는 총 전자파 방사선의 약 10%를 차지한다.또한 전기 아크와 수은증기 램프, 태닝 램프, 블랙 라이트 등 특수 조명에 의해 생산됩니다.장파장 자외선은 광자가 원자를 이온화할 에너지가 부족하기 때문에 이온화 방사선으로 간주되지 않지만 화학반응을 일으켜 많은 물질이 빛나거나 형광을 발생시킬 수 있다.따라서, 자외선의 화학적, 생물학적 효과는 단순한 가열 효과보다 더 크며, 자외선의 많은 실용적 응용은 유기 [citation needed]분자와의 상호작용에서 비롯된다.
단파 자외선은 DNA를 손상시켜 접촉면을 살균한다.인간에게 선탠과 햇볕은 피부암의 위험 증가와 함께 자외선에 피부가 노출되는 익숙한 영향이다.태양에 의해 생성되는 자외선의 양은 대부분의 [2]빛이 대기에 의해 걸러지지 않는다면 지구가 건조한 땅에서 생명을 유지할 수 없다는 것을 의미한다.121 nm 이하의 보다 에너지적이고 짧은 파장의 "극한" UV는 공기를 매우 강하게 이온화시켜 [3]지면에 도달하기 전에 흡수합니다.하지만,[4] 자외선(특히, UVB)은 인간을 포함한 대부분의 육지 척추 동물에서 비타민 D의 형성에 책임이 있습니다.따라서 UV 스펙트럼은 생명체에 유익하고 해로운 영향을 미칩니다.
인간의 시력의 파장 하한은 400nm로 받아들여져 자외선은 이보다 [5]짧은 파장의 빛을 인지할 수 있는 경우도 있다.곤충, 조류, 그리고 일부 포유류는 근자외선(NUV)[6]을 볼 수 있습니다.
가시성
자외선은 대부분의 인간에게는 보이지 않는다.사람의 눈의 수정체는 300~400nm의 파장 범위에서 대부분의 방사선을 차단하고, 짧은 파장은 [7]각막에 의해 차단된다.인간은 또한 자외선에 대한 색수용체 적응이 부족하다.그럼에도 불구하고, 망막의 광수용체들은 근자외선에 민감하며, 수정체가 없는 사람들은 근자외선을 희뿌연 파란색 또는 [5]희뿌연 보라색으로 인식합니다.어떤 조건에서는, 어린이들과 청소년들은 자외선을 약 310 [8][9]nm의 파장까지 볼 수 있다.근자외선 방사선은 곤충, 포유류, 조류에게 보여진다.새들은 자외선에 대한 네 번째 색 수용체를 가지고 있습니다; 이것은 더 많은 자외선을 전달하는 눈 구조와 결합되어 작은 새들에게 "진정한" 자외선 [10][11]시야를 줍니다.
이력 및 검출
"자외선"은 "바이올렛 너머"(라틴어 Ultra에서 "바이올렛 너머")를 의미하며,자외선은 보라색 빛보다 주파수가 높다(따라서 파장이 짧다).
자외선은 1801년 독일 물리학자 요한 빌헬름 리터가 가시 스펙트럼의 보라색 끝 바로 너머에 있는 보이지 않는 광선이 보라색 빛 자체보다 염화은에 젖은 종이를 더 빨리 어둡게 한다는 것을 발견했을 때 발견되었다.그는 화학적 반응성을 강조하고 가시 스펙트럼의 다른 끝에서 발견된 "열광선"과 구별하기 위해 그것들을 "(탈산화광선)"이라고 불렀다.화학 광선이라는 용어가 곧 채택되었고, 19세기 내내 이 방사선이 빛과 완전히 다르다고 말했지만(특히 존 윌리엄 드레이퍼, 그는 그것을 "쌍성 [12][13]광선"이라고 명명했다)."화학 광선"과 "열 광선"이라는 용어는 결국 자외선과 적외선에 의해 각각 [14][15]삭제되었다.1878년에는 단파장 빛의 살균 효과를 발견했다.1903년까지 가장 효과적인 파장은 약 250 nm로 알려져 있었다.1960년에는 자외선이 DNA에 미치는 영향이 [16]확립되었다.
공기 중의 산소에 강하게 흡수되기 때문에 진공 자외선이라고 불리는 200nm 이하의 파장을 가진 자외선을 발견한 것은 1893년 독일의 물리학자 빅토르 슈만(Victor Schumann)[17]에 의해 이루어졌다.
서브타입
10-400나노미터로 가장 광범위하게 정의된 자외선(UVR)의 전자기 스펙트럼은 ISO 표준 ISO 21348에서 [18]권장하는 여러 범위로 세분될 수 있다.
| 이름. | 줄임말 | 파장 (nm) | 광자 에너지 (eV, aJ) | 참고/대체 이름 |
|---|---|---|---|---|
| 자외선 A | UV-A | 315–400 | 3.10–3.94,0.497–0.631 | 장파 UV, 검은 빛, 오존층에 흡수되지 않음: 부드러운 자외선. |
| 자외선 B | UV-B | 280–315 | 3.94–4.43,0.631–0.710 | 중파 UV, 대부분 오존층에 흡수됨: 중간 UV, 도르노 방사선. |
| 자외선 C | UV-C | 200–280 | 4.43–12.4,0.710–1.987 | 단파 UV, 살균 UV, 짧은 파장의 이온화 방사선으로 오존층과 대기에 완전히 흡수됩니다. |
| 근자외선 | UV | 300–400 | 3.10–4.13,0.497–0.662 | 새, 곤충, 물고기가 볼 수 있습니다. |
| 중간 자외선 | M-U | 200–300 | 4.13–6.20,0.662–0.993 | |
| 원 자외선 | F-UV | 122–200 | 6.20–10.16,0.993–1.628 | 짧은 파장에서의 이온화 방사입니다. |
| 수소 라이먼 알파 | H 라이만α | 121–122 | 10.16–10.25,1.628–1.642 | 121.6 nm, 10.20 eV의 스펙트럼 라인. |
| 극자외선 | 전자파 | 10–121 | 10.25–124,1.642–19.867 | 일부 정의에 따르면 완전히 이온화 방사선으로, 대기에 완전히 흡수됩니다. |
| 진공 자외선 | V-UV | 100–200 | 6.20–124,0.993–19.867 | 대기 산소에 의해 강하게 흡수되지만 150~200 nm 파장은 질소를 통해 전파될 수 있습니다. |
UV 스펙트럼의 다른 부분에서 사용하기 위해 몇 가지 고체 및 진공 장치가 탐색되었습니다.많은 접근법이 가시광선 감지 장치를 조정하려고 하지만 가시광선과 다양한 불안정성에 대한 원치 않는 반응으로 인해 어려움을 겪을 수 있다.자외선은 적절한 포토다이오드 및 광전극으로 검출할 수 있으며, UV 스펙트럼의 다른 부분에 민감하도록 조정할 수 있습니다.민감한 UV 광전자 증배관을 사용할 수 있다.분광계와 방사계는 자외선을 측정하기 위해 만들어진다.실리콘 검출기는 스펙트럼 [19]전체에서 사용됩니다.
진공 UV 또는 VUV 파장은 150-200 nm 정도의 긴 파장이 질소를 통해 전파될 수 있지만 공기 중의 분자 산소에 의해 강하게 흡수됩니다.따라서 과학 기기는 값비싼 진공 챔버를 필요로 하지 않고 산소가 없는 대기(일반적으로 순수한 질소)에서 작동함으로써 이 스펙트럼 범위를 사용할 수 있다.대표적인 예로는 193nm 포토 리소그래피 장비(반도체 제조용)와 원형 이색성 분광계 등이 있습니다.
VUV 계측 기술은 수십 년 동안 주로 태양 천문학에 의해 주도되었다.광학은 VUV를 오염시키는 원치 않는 가시광을 제거하는 데 사용될 수 있지만, 일반적으로 검출기는 비 VUV 방사선에 대한 반응으로 제한될 수 있으며, 태양 맹검 장치의 개발은 중요한 연구 영역이었다.실리콘 다이오드에 비해 광전극이 넓은 솔리드 스테이트 디바이스나 진공 디바이스는 매력적이다.
극자외선(EUV 또는 때로는 XUV)은 물질과 상호작용하는 물리학의 변화로 특징지어집니다.약 30 nm보다 긴 파장은 주로 원자의 외부 원자가 전자와 상호작용하고, 그보다 짧은 파장은 주로 내부 껍질 전자와 핵과 상호작용합니다.EUV 스펙트럼의 긴 끝은 30.4 nm에서 두드러진+ He 스펙트럼 라인에 의해 설정된다.EUV는 대부분의 알려진 물질에 의해 강하게 흡수되지만, 정상 발생 시 EUV 방사선의 약 50%를 반사하는 다층 광학 합성도 가능하다.이 기술은 1990년대 NIXT와 MSTA 관측 로켓에 의해 개척되어 태양 영상용 망원경 제작에 사용되어 왔다.Extreme Ultra Ultra Explorer 위성도 참조하십시오.
일부 소스에서는 "하드 UV"와 "소프트 UV"의 구별을 사용합니다.예를 들어, 천체물리학의 경우, 경계가 라이만 한계(파장 91.2nm)에 있을 수 있으며, "하드 UV"는 더 [20]에너지적일 수 있다. 같은 용어는 미용학, 광전자 등과 같은 다른 분야에서도 사용될 수 있다.유사한 과학 분야 내에서도 하드/소프트 간 경계의 수치가 반드시 일치하는 것은 아니다. 예를 들어, 한 응용 물리학 출판물은 하드와 소프트 UV [21]영역 간 190 nm의 경계를 사용했다.
태양 자외선
매우 뜨거운 물체는 자외선을 방출합니다(흑체 방사선 참조).태양은 10 nm의 X선으로 교차하는 극자외선을 포함하여 모든 파장에서 자외선을 방출한다.극도로 뜨거운 별들은 태양보다 상대적으로 더 많은 자외선을 방출한다.지구 대기 상단의 우주 공간에 있는 햇빛(태양 상수 참조)은 약 50%의 적외선, 40%의 가시광선, 10%의 자외선으로 구성되며,[22] 총 강도는 약 1400 W/m이다2.
대기는 태양이 하늘에서 가장 높을 때(천정점) 약 77%의 자외선을 차단하며, 짧은 자외선 파장에서는 흡수가 증가합니다.태양이 천정에 있는 지상 높이에서 햇빛은 가시광선 44%, 자외선 3%, 나머지 적외선입니다.[23][24]지구 표면에 도달하는 자외선 중 95% 이상이 UVA의 긴 파장이고 나머지 UVB는 작습니다.거의 어떤 UVC도 지구 [25]표면에 도달하지 않는다.대기를 통과한 후 자외선에 남아 있는 UVB의 비율은 구름 덮개와 대기 조건에 크게 좌우된다."부분 흐린" 날에는 구름 사이로 보이는 푸른 하늘의 부분들은 또한 하늘의 일부에서 보이는 푸른 빛과 같은 방식으로 레일리 산란에 의해 생성된 (산란된) UVA와 UVB의 원천이다.UVB는 또한 대부분의 식물 [26]호르몬에 영향을 미치기 때문에 식물 발달에 중요한 역할을 한다.구름에 의한 흡수량은 구름의 두께와 위도에 따라 크게 달라지며, 특정 두께와 UVB의 [27]흡수와 관련된 명확한 측정치는 없다.
UVC의 짧은 대역은 태양에 의해 생성된 보다 에너지 높은 UV 방사선과 마찬가지로 산소에 의해 흡수되며, 다이옥시겐의 UV 광분해에 의해 생성된 단일 산소 원자가 더 많은 다이옥시겐과 반응할 때 오존층에 오존을 생성한다.오존층은 대부분의 UVB와 공기 중의 일반 산소에 의해 아직 차단되지 않은 UVC의 나머지 부분을 차단하는 데 특히 중요합니다.
차단기, 흡수기 및 창문
자외선 흡수제는 유기 물질(폴리머, 페인트 등)에서 자외선을 흡수하여 물질의 자외선 열화(광산화)를 줄이기 위해 사용되는 분자입니다.흡수기 자체는 시간이 지남에 따라 저하될 수 있으므로 풍화물질의 흡수기 수준을 모니터링해야 합니다.
자외선 차단제에서, 아보벤존, 옥시벤존[28], 옥틸메톡시신나메이트와 같이 UVA/UVB 광선을 흡수하는 성분은 유기 화학 흡수제 또는 "차단제"이다.탄소 블랙, 이산화티타늄 및 산화아연과 같은 자외선의 무기 흡수제/"차단제"와 대조됩니다.
의류의 경우 자외선 차단 계수(UPF)는 [citation needed]천이 보호되지 않은 경우와 보호되지 않은 경우의 자외선 비율을 나타내며, 자외선 차단 계수(SPF) 등급과 유사합니다.여름 원단의 UPF는 약 6으로, UV의 약 20%가 [citation needed]통과합니다.
스테인드글라스에 나노입자가 부유해 자외선이 이미지 [citation needed]색을 바꾸는 화학반응을 막는다.2019년 ESA 화성 탐사선 임무를 위한 컬러 카메라 보정에는 스테인드글라스 컬러 레퍼런스 칩 세트가 사용될 예정이다. 왜냐하면 그것들은 [citation needed]화성 표면에 존재하는 높은 수준의 UV에 의해 영향을 받지 않기 때문이다.
유리창과 같은 일반적인 소다 석회 유리는 UVA에 대해 부분적으로 투명하지만 350nm 이상의 빛은 약 90% 통과하지만 [29][30][31]300nm 미만의 빛은 90% 이상 차단하여 짧은 파장에 대해서는 불투명합니다.한 연구에 따르면 자동차 유리창은 특히 자외선이 380nm [32]이상일 경우 주변 자외선의 3~4%를 통과시키는 것으로 나타났습니다.다른 유형의 자동차 윈도우는 335nm [32]이상의 UV 전달을 줄일 수 있습니다.퓨전 석영은 품질에 따라 진공 UV 파장에서도 투명합니다.결정성 석영과 CaF2 및 MgF와2 같은 일부 결정들은 150 nm 또는 160 nm [33]파장까지 잘 전달된다.
Wood의 유리는 짙은 보라색 파란색 바륨-나트륨 규산염 유리로, 제1차 세계대전 중에 약 9%의 산화니켈이 은밀한 통신을 위해 가시광선을 차단하기 위해 개발되었습니다.320nm에서 400nm 사이의 투명하고 긴 적외선 파장과 거의 보이지 않는 적색 파장을 통해 적외선과 야간 자외선 통신을 모두 가능하게 한다.최대 자외선 투과량은 365nm로 수은 램프의 파장 중 하나입니다.
인공 소스
"검은불"
검은색 조명 램프는 장파 UV-A 방사선을 방출하고 가시광선은 거의 방출하지 않습니다.형광 블랙 라이트 램프는 다른 형광 램프와 유사하게 작동하지만 가시광선 대신 UV-A 방사선을 방출하는 내부 튜브 표면에 형광체를 사용합니다.일부 램프는 400나노미터 [34]이상의 파장으로 거의 모든 가시광선을 차단하는 짙은 청자색 우드의 유리광필터를 사용한다.이 튜브에 의해 발생하는 보라색 빛은 자외선 자체가 아니라 수은의 404 nm 스펙트럼 라인에서 나오는 가시적인 보라색 빛으로 코팅에 의해 걸러지지 않습니다.다른 블랙 라이트는 더 비싼 우드 유리 대신 일반 유리를 사용하기 때문에 조작 시 밝은 파란색으로 보입니다.
백열전구의 엔벨로프에 가시광선을 흡수하는 필터 코팅(아래 섹션 참조)을 사용하여 백열전구도 생산됩니다.이것들은 더 저렴하지만 매우 비효율적이기 때문에 UV 전력의 극히 일부만을 방출합니다.극장과 콘서트 디스플레이에는 자외선 방출 인광체와 우드의 유리 봉투가 포함된 최대 1kW 정격의 수은증기 블랙 라이트가 사용됩니다.
검은색 조명은 외부 가시광을 최소화해야 하는 용도에 사용됩니다. 주로 형광을 관찰하기 위해 사용됩니다. 형광은 자외선에 노출될 때 많은 물질이 발산하는 색상의 빛을 말합니다.UV-A/UV-B 방출 전구는 또한 태닝 램프와 파충류 사육과 같은 다른 특별한 용도로도 판매된다.
단파 자외선 램프
단파 UV램프는 일반 유리가 UV-C를 흡수하기 때문에 인광 코팅이 없는 형광등 튜브를 사용하여 제작됩니다.이 램프는 램프 내의 수은과 가시광선 때문에 자외선 방출량이 253.7nm와 185nm인 UV-C 대역에서 두 개의 피크를 가집니다.이러한 램프가 생성하는 UV의 85% ~ 90%는 253.7nm인 반면, 185nm에서는 5~10%[citation needed]에 불과합니다.융합된 석영관은 253.7nm 방사선을 통과하지만 185nm 파장을 차단합니다.이러한 튜브는 일반 형광등 튜브의 두세 배 정도의 UV-C 출력을 가집니다.이러한 저압 램프는 일반적으로 약 30~40%의 효율을 가지고 있으며, 이는 램프가 소비하는 100와트마다 약 30~40와트의 총 UV 출력이 발생한다는 것을 의미합니다.그들은 또한 수은의 다른 스펙트럼 선 때문에 푸르스름한 흰색 가시광선을 방출합니다.이러한 "살생" 램프는 실험실 및 식품 가공 산업의 표면 소독 및 물 소독에 광범위하게 사용됩니다.
백열등
'블랙 라이트' 백열등 또한 대부분의 가시광선을 흡수하는 필터 코팅이 있는 백열등으로 만들어진다.용융 석영 외피가 있는 할로겐 램프는 일부 과학 기구에서 400~300nm의 근자외선 범위에서 저렴한 자외선 광원으로 사용됩니다.흑체 스펙트럼으로 인해 필라멘트 전구는 매우 비효율적인 자외선원으로 자외선으로 에너지의 극히 일부만 방출합니다.
가스 방전 램프
서로 다른 가스를 포함하는 특수 UV 가스 방전 램프는 과학적 목적을 위해 특정 스펙트럼 라인에서 UV 복사를 생성한다.아르곤과 중수소 아크 램프는 종종 창문이 없거나 [35]플루오르화 마그네슘과 같은 다양한 창과 함께 안정적인 소스로 사용됩니다.이것들은 종종 화학 분석을 위한 UV 스펙트럼 분석 장비의 방출원이다.
보다 연속적인 방출 스펙트럼을 가진 다른 자외선 소스에는 제논 아크 램프(일반적으로 햇빛 시뮬레이터로 사용), 중수소 아크 램프, 수은 크세논 아크 램프 및 금속 할로겐화 아크 램프가 있습니다.
2000년대 초에 개발된 자외선원인 엑시머 램프는 과학 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있다.고강도, 고효율, 진공 자외선에 대한 다양한 파장 대역에서의 작동 등의 장점이 있습니다.
자외선 LED
발광다이오드(LED)는 자외선 범위에서 방사선을 방출하도록 제조할 수 있다.2019년에는 지난 5년간 상당한 발전을 이룬 후 파장 365nm 이상의 UV-A LED를 사용할 수 있었으며 1.0W 출력에서 50%의 효율성을 보였다.현재 가장 일반적인 유형의 UV LED는 395nm 및 365nm 파장으로, 두 가지 모두 UV-A 스펙트럼에 속합니다.UV LED의 파장을 가리킬 때 정격 파장은 LED가 꺼내는 피크 파장으로, 피크 파장 부근에 높은 파장 주파수와 낮은 파장 주파수의 빛이 존재하기 때문에 특정 목적을 위해 적용할 때 고려해야 합니다.
값싸고 일반적인 395 nm의 UV LED는 가시광선에 훨씬 가깝고, LED는 피크 파장에서 작동할 뿐만 아니라 보라색도 발산하며,[36] 스펙트럼 깊이가 있는 다른 UV LED와 달리 순수한 UV를 방출하지 않습니다.이러한 LED는 UV 경화, 그림이나 장난감 등의 야광 물체 충전 등의 응용 분야에 점점 더 많이 사용되고 있으며, 오래된 플라스틱과 위조지폐 및 신체 감지를 위한 휴대용 손전등을 리퍼/블레이팅하는 과정을 가속화하는 역광(retro-blighting)으로 알려진 공정에서 매우 인기를 끌고 있다.이미 디지털 인쇄 애플리케이션 및 비활성 UV 경화 환경에서 성공을 거두고 있습니다.3 W/cm2(30 kW/m2)에 육박하는 전력밀도가 가능해졌으며, 광이니시에이터 및 수지 포뮬레이터에 의한 최근 개발과 함께 LED 경화 UV 재료의 팽창 가능성이 높아졌습니다.
UV-C LED는 빠르게 발전하고 있지만 효과적인 소독을 위해 테스트가 필요할 수 있습니다.광역 소독에 대한 인용은 살균 램프로 [38]알려진 비LED UV[37] 공급원에 대한 것입니다.또한 액체 크로마토그래피 기기의 [39]중수소 램프를 대체하는 선원으로 사용된다.
자외선 레이저
자외선을 방출하는 가스 레이저, 레이저 다이오드, 고체 레이저를 제조할 수 있으며, 자외선 범위 전체를 커버하는 레이저도 있습니다.질소 가스 레이저는 질소 분자의 전자 들뜸을 이용하여 대부분 UV인 광선을 방출합니다.가장 강한 자외선은 파장 337.1nm와 357.6nm이다.고출력 가스 레이저의 또 다른 유형은 엑시머 레이저입니다.자외선 및 진공 자외선 파장 범위에서 방출되는 레이저입니다.현재 포토 리소그래피에 의한 집적회로 제조에는 193nm에서 동작하는 UV 아르곤-불화물 엑시머 레이저가 통상적으로 사용되고 있다.간섭성 UV 생성의 현재 파장 한계는 Ar[timeframe?]* 엑시머 레이저의2 특징인 약 126 nm입니다.
직접 UV 방출 레이저 다이오드는 375 [40]nm에서 사용할 수 있습니다.UV 다이오드 펌프 고체 상태의 레이저에는 세륨 도프 리튬 스트론튬 플루오르화 알루미늄 결정(Ce:LiSAF)는 1990년대에 Lawrence Livermore National [41]Laboratory에서 개발된 공정이다.다이오드 펌프의 고체 레이저에서는 325 nm 미만의 파장이 상업적으로 발생합니다.자외선 레이저는 저주파 레이저에 주파수 변환을 적용하여 만들 수도 있습니다.
자외선 레이저에는 산업(레이저 조각), 의학(피질학, 뇌절제술), 화학(MALDI), 자유공기보안통신, 컴퓨팅(광학 저장), 집적회로 제조 등에 응용된다.
조정 가능한 진공 자외선(VUV)
진공 자외선(V-UV) 대역(100~200 nm)은 2개 이상의 긴 파장 레이저의 합 또는 차이 주파수 혼합에 의한 기체 내 비선형 4파 혼합에 의해 발생할 수 있습니다.생성은 일반적으로 기체(예: 크립톤, 193nm [42]부근에서 2광자 공명하는 수소) 또는 금속 증기(예: 마그네슘)에서 이루어집니다.레이저 중 하나를 조정할 수 있게 함으로써 V-UV를 조정할 수 있습니다.레이저 중 하나가 기체 또는 증기의 전환과 공명하는 경우 V-UV 생산량이 증가합니다.그러나 공진은 파장 분산도 발생하므로 위상 정합은 4파 혼합의 조정 가능한 범위를 제한할 수 있다.위상 일치가 더 큰 [42]튜닝을 제공할 수 있기 때문에 합계 주파수 믹싱보다 다른 주파수 믹싱(즉2, f1 + f3 - f)을 장점으로 합니다.
특히 ArF(193nm) 엑시머 레이저의 2개의 광자와 수소 또는 크립톤 내의 가시 또는 근방 IR 레이저를 혼합하는 차분 주파수는 100nm에서 [42]200nm의 공명적으로 강화된 조정 가능한 V-UV 피복을 제공한다.실질적으로 플루오르화 리튬 컷오프 파장 이상의 적절한 가스/증기 셀 윈도우 재료가 없기 때문에 튜닝 범위가 약 110 nm 이상으로 제한됩니다.윈도우가 [43]없는 구성을 사용하여 최대 75nm까지 V-UV 파장을 조정할 수 있습니다.
극자외선의 플라즈마 및 싱크로트론 선원
레이저를 사용하여 13.5 nm의 초자외선 리소그래피를 위해 간접적으로 비코히런트 극자외선(E-UV) 방사선을 생성했습니다.E-UV는 레이저에 의해 방출되는 것이 아니라 엑시머 [44]레이저에 의해 흥분되는 극도로 뜨거운 주석 또는 크세논 플라즈마 내의 전자 전이에 의해 방출됩니다.이 기술은 싱크로트론이 필요하지 않지만 X선 스펙트럼 가장자리에서 UV를 생성할 수 있습니다.싱크로트론 광원은 또한 10 nm의 UV와 X선 스펙트럼 경계에 있는 파장을 포함하여 모든 파장의 UV를 생성할 수 있다.
자외선이 인간의 건강에 미치는 영향은 태양 노출의 위험과 이점에 영향을 미치며 형광등 및 건강과 같은 문제에도 영향을 미친다.햇볕을 너무 많이 쬐는 것은 해로울 수 있지만 적당히 쬐는 것은 유익하다.[45]
유익한 효과
자외선은 인체가 삶에 필수적인 비타민 [46]D를 생성하도록 합니다.인간은 적절한 비타민 D 수치를 유지하기 위해 약간의 자외선이 필요하다.세계보건기구([47]WHO)에 따르면:
약간의 햇빛이 당신에게 좋다는 것은 의심의 여지가 없어요!하지만 여름 동안 일주일에 두세 번 손, 얼굴, 팔을 5분에서 15분 정도 가볍게 햇볕에 노출시키는 것은 비타민 D 수치를 높게 유지하기에 충분합니다.
비타민 D는 또한 음식과 [48]보충제로부터 얻을 수 있다.하지만 [47]과도한 태양 노출은 해로운 영향을 끼친다.
비타민 D는 세로토닌의 생성을 촉진합니다.세로토닌의 생성은 몸이 [49]받는 밝은 햇빛의 정도에 정비례한다.세로토닌은 인간에게 [50]행복, 행복, 평온함을 주는 것으로 생각된다.
피부 상태
자외선은 또한 특정 피부 상태를 치료한다.현대의 광선요법은 건선, 습진, 황달, 백반, 아토피, 국소성 강피 [51][52]등을 성공적으로 치료하는데 사용되어 왔다.또한, 자외선, 특히 UV-B 방사선은 피부 세포의 [53]가장 일반적인 유형인 각질세포에서 세포 주기 정지를 유도하는 것으로 나타났다.따라서 햇빛요법은 피부세포가 평소보다 빠르게 또는 [54]필요 이상으로 분열하는 건선이나 각질성 치질 등의 질환의 치료 후보가 될 수 있다.
폐해
인간의 경우, 자외선에 과도하게 노출되면 눈의 이광계와 망막에 급성 및 만성적인 해로운 영향을 미칠 수 있습니다.높은 고도에서 위험이 높아지며, 눈이 초여름까지 지상을 덮고 태양 위치가 낮은 고위도 지역에 사는 사람들은 특히 위험하다.[55]피부, 일주기 시스템, 면역 시스템도 영향을 [56]받을 수 있습니다.
인간의 각막과 피부에 대한 다양한 빛의 파장의 차이 효과는 때때로 "열성 작용 스펙트럼"[57]이라고 불립니다.작용 스펙트럼은 UVA가 즉각적인 반응을 일으키지는 않지만, 오히려 UVB가 315nm 대역의 시작 부근에서 시작하여 300nm까지 빠르게 증가하는 파장에서 UVA가 광각화염과 피부 홍조를 일으키기 시작한다는 것을 보여준다.피부와 눈은 265~275nm의 UV-C 대역에서 자외선에 의한 손상에 가장 민감합니다.더 짧은 파장의 UV에서는 손상이 계속 발생하지만, 대기를 거의 투과하지 않아 명백한 효과는 크지 않습니다.WHO 표준 자외선 지수는 특정 시간과 장소에서 활동 스펙트럼 효과에 대한 자외선 노출의 가중치를 부여하여 사람 피부에 햇볕을 일으키는 자외선 파장의 총 강도를 측정하는 것으로 널리 알려져 있다.이 표준은 자외선-A와 UV-B 대역 경계 부근의 파장에서의 자외선 때문에 대부분의 햇볕에 탄다는 것을 보여준다.
피부 손상
UV-B 방사선에 과도하게 노출되면 햇볕에 타는 것뿐만 아니라 피부암을 일으킬 수 있습니다.하지만,[58] 자외선에 의한 DNA의 직접적인 손상을 반영하기는 하지만, 붉어지는 정도와 눈의 자극은 UV의 장기적인 영향을 예측하지 못한다.
모든 자외선 대역이 콜라겐 섬유를 손상시키고 피부 노화를 촉진합니다.UV-A와 UV-B는 모두 피부에 있는 비타민 A를 파괴하여 더 [59]큰 손상을 입힐 수 있습니다.
UVB 방사선은 직접적인 DNA [60]손상을 일으킬 수 있다.이러한 암의 연관성은 오존 파괴와 오존 구멍에 대한 우려의 한 가지 이유입니다.
피부암의 가장 치명적인 형태인 악성 흑색종은 대부분 UV-A 방사선과 무관한 DNA 손상에 의해 발생한다.이것은 모든 흑색종의 [61]92%에서 직접적인 UV 시그니처 돌연변이가 없는 것에서 볼 수 있다.때때로 과노출과 햇볕에 타는 것은 장기적인 [62]중간노출보다 흑색종의 더 큰 위험인자일 것이다.UV-C는 가장 에너지가 높고 가장 위험한 유형의 자외선으로, 다양한 돌연변이 유발 또는 발암성 부작용을 [63]일으킬 수 있다.
과거에는 UV-A가 UV-B보다 해롭거나 덜 해롭다고 여겨졌지만, 오늘날에는 간접적인 DNA 손상(활성산소 [citation needed]종과 같은 활성산소)을 통해 피부암에 기여하는 것으로 알려져 있다.UV-A는 DNA를 손상시킬 수 있는 수산기와 산소기와 같은 반응성이 높은 화학 중간체를 생성할 수 있습니다.UV-A에 의해 피부에 간접적으로 발생하는 DNA 손상은 대부분 DNA의 단일 가닥 파손으로 구성되며, UV-B에 의해 야기되는 손상은 티민 이합체 또는 시토신 이합체의 직접 형성 및 이중 가닥 DNA [64]파손이다.UV-A는 전신에 대한 면역억제성(햇빛 노출의 면역억제 효과의 대부분을 차지)이며,[65] 피부의 기초 세포 각질세포에 돌연변이 유발성이 있다.
UVB 광자는 직접적인 DNA 손상을 일으킬 수 있습니다.UV-B 방사선은 피부 세포에서 DNA 분자를 자극하여 인접한 피리미딘 염기 사이에 비정상적인 공유 결합을 형성하여 이합체를 생성한다.DNA의 UV 유도 피리미딘 이합체는 약 30개의 다른 [60]단백질을 사용하는 뉴클레오티드 절제 수리로 알려진 과정에 의해 제거된다.이 복구 과정을 벗어난 피리미딘 이합체는 프로그램된 세포사멸(아포토시스)의 형태를 유도하거나 돌연변이로 이어지는 DNA 복제 오류를 일으킬 수 있습니다.
자외선에 대한 방어책으로, 피부에 있는 갈색 색소 멜라닌의 양은 보통 선탠이라고 알려진 적당한 수준의 방사선에 노출될 때 증가한다.멜라닌의 목적은 자외선을 흡수하고 에너지를 무해한 열로 소멸시키는 것이며, 자외선에 의한 직간접적인 DNA 손상으로부터 피부를 보호하는 것입니다.UV-A는 이미 존재했던 멜라닌을 산화시켜 며칠 동안 지속되고 멜라닌의 멜라닌 방출을 촉진합니다.UV-B는 더 많은 멜라닌을 생성하도록 신체를 자극하기 때문에 생기는 데 약 이틀이 걸리는 태닝을 일으킨다.
자외선 차단제 안전성 논란
의료기관들은 환자들이 자외선 차단제를 사용하여 자외선으로부터 자신들을 보호할 것을 권고한다.다섯 가지 자외선 차단제 성분이 쥐를 피부 종양으로부터 보호하는 것으로 나타났다.하지만, 일부 자외선 차단제 화학물질은 살아있는 [66][67]세포와 접촉하는 동안 빛을 받으면 잠재적으로 해로운 물질을 생성한다.피부 하층에 침투하는 자외선 차단제의 양은 손상을 [68]입힐 정도로 충분히 클 수 있다.
자외선 차단제는 UV-B를 차단함으로써 햇볕에 타는 직접적인 DNA 손상을 줄이고, 일반적인 SPF 등급은 이 방사선이 얼마나 효과적으로 차단되는지를 나타냅니다.따라서 SPF는 "UV-B 보호 계수"[69]로 UVB-PF라고도 불립니다.그러나 이 등급은 UVA에 대한 중요한 보호 데이터를 제공하지 않습니다. UVA는 주로 햇볕에 타는 것을 유발하지는 않지만 여전히 [70]해롭습니다. UVA는 간접적인 DNA 손상을 유발하고 발암성 물질로 간주되기 때문입니다.여러 연구에 따르면 자외선 차단제 필터가 없는 것이 자외선 차단제 사용자에게서 발견되는 흑색종 발생률이 [71][72][73][74][75]비사용자에 비해 높은 원인일 수 있다.일부 자외선 차단제는 이산화티타늄, 산화아연, 그리고 자외선으로부터 보호하는 아보벤존을 포함합니다.
멜라닌의 광화학적인 특성은 멜라닌을 뛰어난 광보호제로 만든다.그러나 자외선 차단제 화학물질은 멜라닌처럼 들뜬 상태의 에너지를 효율적으로 방출할 수 없기 때문에 자외선 차단제 성분이 피부 하층에 침투하면 활성산소의 양이 [76][66][67][77]증가할 수 있습니다.각질층을 통해 침투하는 자외선 차단제의 양은 손상을 일으킬 정도로 클 수도 있고 아닐 수도 있습니다.
2006년에 발표된 핸슨 등의 실험에서 유해 활성산소종(ROS)의 양은 치료되지 않은 피부와 자외선 차단 처리된 피부에서 측정되었다.처음 20분 동안 자외선 차단제 필름은 보호 효과가 있었고 ROS 종의 수는 더 적었습니다.그러나 60분 후 흡수된 자외선 차단제의 양이 너무 많아 자외선 차단제를 바른 피부가 치료하지 않은 [76]피부보다 자외선 차단제를 바른 피부에서 ROS의 양이 더 많았다.이 연구는 자외선 차단제가 함유된 살아있는 피부 [76]세포에 자외선이 침투하는 것을 막기 위해 2시간 이내에 자외선 차단제를 다시 발라야 한다는 것을 보여준다.
특정 피부 조건의 악화
자외선은 전신 홍반 루푸스, 셰그렌 증후군, 시니어 어셔 증후군, 장미, 피부근염, 다리에병, 킨들러 등 여러[78] 피부 질환과 질병을 악화시킬 수 있다.피로증후군과 기공소화증.[79]
눈의 손상
눈은 265–275 nm의 낮은 UV-C 대역에서 자외선에 의한 손상에 가장 민감합니다.이 파장의 방사선은 햇빛에는 거의 없지만 용접공의 아크 조명 및 기타 인공 선원에서 발견됩니다.이러한 물질에 노출되면 "용접자 섬광" 또는 "아크 눈"(광각막염)을 일으킬 수 있으며 백내장, 익상구 및 핑게큘라 형성을 초래할 수 있습니다.310~280nm의 햇빛에서 UV-B를 쬐면 광각막염(설맹증)을 일으켜 각막, 수정체, 망막이 [80]손상될 수 있다.
보호용 안경은 자외선에 노출된 사람들에게 유익하다.빛이 측면으로부터 눈에 도달할 수 있기 때문에, 고지대 등반과 같이 노출 위험이 증가하면 일반적으로 완전한 커버리지 눈 보호 장치가 보장된다.산악인은 대기 필터링이 적고 눈과 [81][82]얼음의 반사 때문에 평소보다 높은 수준의 UV 방사선에 노출된다.보통, 치료되지 않은 안경은 어느 정도 보호를 준다.위에서 언급한 바와 같이 유리는 UV-A에 투명하고 렌즈에 사용되는 일반적인 아크릴 플라스틱은 적기 때문에 대부분의 플라스틱 렌즈는 유리 렌즈보다 더 많은 보호 기능을 제공합니다.폴리카보네이트와 같은 일부 플라스틱 렌즈 재료는 기본적으로 대부분의 [83]UV를 차단합니다.
폴리머, 색소 및 염료의 분해
UV 열화는 햇빛에 노출된 플라스틱에 영향을 미치는 고분자 열화의 한 형태입니다.문제는 변색 또는 퇴색, 균열, 강도 저하 또는 붕괴로 나타난다.노출 시간과 햇빛 강도에 따라 공격 효과가 증가한다.자외선 흡수제를 첨가하면 효과가 억제됩니다.
민감한 고분자에는 열가소성 플라스틱과 아라미드와 같은 특수 섬유가 포함됩니다.UV 흡수는 체인 구조의 민감한 지점에서 체인 열화와 강도 손실을 초래합니다.아라미드 로프는 강도를 유지하려면 열가소성 수지로 차폐해야 합니다.
많은 색소와 염료가 자외선을 흡수하고 색을 바꾸기 때문에, 그림과 직물은 자외선 복사의 두 가지 흔한 원천인 햇빛과 형광등으로부터 추가적인 보호가 필요할 수 있습니다.유리창은 일부 유해한 자외선을 흡수하지만 귀중한 유물은 추가적인 차폐가 필요합니다.예를 들어, 많은 박물관들은 수채화와 고대 직물 위에 검은 커튼을 설치한다.수채화는 색소 농도가 매우 낮을 수 있기 때문에 자외선으로부터 더 많은 보호를 필요로 한다.아크릴(플렉시글래스), 라미네이트 및 코팅 등 다양한 형태의 사진 프레임 유리는 다양한 자외선(및 가시광선)을 차단합니다.
적용들
자외선은 화학반응을 일으키고 형광물질을 자극하는 능력 때문에 여러 가지 응용분야가 있다.다음[84] 표에는 UV 스펙트럼에서 특정 파장 대역의 용도가 나와 있습니다.
- 13.5 nm: 극자외선 리소그래피
- 30 ~ 200 nm:광이온화, 자외선 광전자 분광법, 포토 리소그래피에 의한 표준 집적회로 제조
- 230~365 nm: UV-ID, 라벨 트래킹, 바코드
- 230~400 nm: 광센서, 각종 계측기
- 240 ~ 280 nm:소독, 표면 및 물의 오염 제거(DNA 흡수 피크 260nm), 살균[38] 램프
- 200 ~ 400 nm:법의학적 분석, 약물 검출
- 270~360 nm : 단백질 분석, DNA 배열 분석, 약물 발견
- 280 ~ 400 nm:세포의 의료 이미징
- 300~320nm: 약물의 광선요법
- 300~365nm: 폴리머 및 프린터 잉크 경화
- 350 ~ 1650 nm :벌레잡이(파리는 365 [85]nm의 빛에 가장 끌린다)
사진
사진 필름은 자외선에 반응하지만 카메라의 유리 렌즈는 보통 350nm 미만의 방사선을 차단합니다.옥외 촬영