Ультрафиолетовое излучение. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Ультрафиолетовое излучение (от лат. ultra - сверх, за пределами и фиолетовый) (ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение) - не видимое глазом эл--магн. излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентг. излучениями в пределах длин волн l от 400 до 10 нм. Область У. и. условно делится на ближнюю (400-200 нм) и далёкую, или вакуумную (200-10 нм), области; последнее название связано с тем, что У. и. этого диапазона сильно поглощается воздухом и его исследование возможно только в вакууме.

Ближнее У. и. открыто И. В. Риттером (J. W. Ritter) и независимо У. Волластоном (W. Wollaston) в 1801, вакуумное У. и. с l до 130 нм - В. Шуманом (V. Schumann) в 1885-1903, а с l до 25 нм - T. Лайманом (T. Lyman) в 1924. Промежуток между вакуумным У. и. и рентгеновским излучением изучен к 1927.

Спектр У. и. может быть линейчатым (спектры изолир. атомов, ионов, лёгких молекул, напр. H₂), непрерывным (спектры тормозного и рекомбинационного излучений) или состоять из полос (молекулярные спектры).

Оптические свойства У. и. При взаимодействии У. и. с веществом могут происходить ионизация его атомов и фотоэффект. Оптич. свойства веществ в УФ-области спектра значительно отличаются от их оптич. свойств в видимой и ИК-областях. Характерной чертой для УФ-излучения является уменьшение прозрачности (увеличение коэф. поглощения) большинства тел, прозрачных в видимой области. Напр., обычное стекло непрозрачно для У. и. с l=320 нм; в более коротковолновой области прозрачны лишь увиолевое стекло, сапфир, фтористый магний, кварц, флюорит, фтористый литий (имеет наиб. далёкую границу прозрачности-до l=105 нм) и нек-рые др. материалы. Из газообразных веществ наиб. прозрачность имеют инертные газы, граница прозрачности к-рых определяется величиной их ионизац. потенциала (самую коротковолновую границу прозрачности имеет Не-l=50,4 нм). Воздух непрозрачен практически при l<185 нм из-за поглощения У. и. кислородом.

Коэф. отражения всех материалов (в т. ч. металлов) в УФ-области убывает с уменьшением l. Напр., коэф. отражения свеженапылённого Al, одного из лучших материалов для отражающих покрытий в видимом диапазоне, резко уменьшается при l<90 нм и значительно уменьшается также вследствие окисления поверхности (для защиты поверхности алюминия от окисления применяют покрытия из фтористого лития или фтористого магния). В области длин волн l<80 нм нек-рые материалы имеют коэф. отражения 10-30% (золото, платина, радий, вольфрам и др.), однако при l<40 нм и их коэф. отражения снижается до 1 % и ниже.

В оптике У. и. применяют мн. элементы рентгеновской оптики (многослойные покрытия и т. д.).

Источники У. и. Излучение накалённых до температур ~3000 К твёрдых тел содержит заметную долю У. и. непрерывного спектра, интенсивность к-рого растёт с увеличением температуры. Более мощный источник У. и.- газоразрядная и высокотемпературная плазма .Для разл. применений У. и. используют ртутные, ксеноновые и др. газоразрядные лампы, окна к-рых (либо целиком колбы) изготовляют из прозрачных для У. и. материалов (чаще из кварца). Интенсивное У. и. непрерывного спектра испускают электроны в ускорителе (см. Синхротронное излучение ).Для УФ-области существуют лазеры (наим. длину волны испускает лазер на переходах в никелеподобном ионе

Естеств. источники У. и.- Солнце, звёзды, туманности и др. космич. объекты. Однако лишь длинноволновая часть их излучения (l>290 нм) достигает земной поверхности. Более коротковолновое излучение поглощается озоном, кислородом и др. компонентами атмосферы на высоте 30-200 км, что играет большую роль в атм. процессах. У. и. звёзд и др. космич. тел, кроме того, в интервале l=91,2-20 нм практически полностью поглощается межзвёздным водородом (см. Ультрафиолетовая астрономия).

Приёмники У. и. Для регистрации У. и. при l>230 нм используют обычные фотоматериалы, в более коротковолновой области к нему чувствительны спец. маложелатиновые фотослои. Применяются фотоэлектрич. приёмники, использующие способность У. и. вызывать ионизацию и фотоэффект: фотодиоды, фотоумножители и т.д. Разработан также особый вид фотоумножителей - каналовые электронные фотоумножители, позволяющие создавать микроканаловые пластины. В таких пластинах каждая ячейка является каналовым электронным умножителем размером до 10 мкм. Микроканаловые пластины позволяют получать фотоэлектрич. изображения в У. и. и объединяют преимущества фотогр. и фотоэлектрич. методов регистрации излучения. При исследовании У. и. также используют разл. люминесцирующие вещества, преобразующие У. и. в видимое. На их основе созданы приборы для визуализации изображения в У. и.

Применение У. и. Изучение спектров испускания, поглощения и отражения в УФ-области позволяет определять электронную структуру атомов, молекул, ионов, твёрдых тел. УФ-спектры Солнца, звёзд, туманностей несут информацию о физ. процессах, происходящих в горячих областях этих космич. объектов. На фотоэффекте, вызываемом У. и., основана фотоэлектронная спектроскопия. У. и. может нарушать хим. связи в молекулах, в результате чего могут возникать разл. фотохим. реакции (окисление, восстановление, полимеризация и т. д.), что послужило основой для фотохимии. Люминесценция под действием У. и. используется для создания люминесцентных ламп, светящихся красок, в люминесцентном анализе, дефектоскопии. У. и. применяется в криминалистике и искусствоведении. Способность разл. веществ к избират. поглощению У. и. используется для обнаружения вредных примесей в атмосфере и в УФ-микроскопии.

Биологическое действие ультрафиолетового излучения. У. и. поглощается верх. слоями тканей растений, кожи человека или животных. При этом происходит хим. изменение молекул биополимеров. Малые дозы оказывают благотворное действие на организмы-способствуют образованию витаминов группы D, улучшают иммунобиол. свойства. Большие дозы могут вызывать повреждение глаз и ожоги кожи.

Литература по ультрафиолетовому излучению

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.