Обеззараживание с помощью УФ-ламп я помню с детства – в садике, санатории и даже в летнем лагере стояли несколько пугающие конструкции, которые светились красивым фиолетовым светом в темноте и от которых нас отгоняли воспитатели. Так что же такое на самом деле ультрафиолетовое излучение и зачем оно нужно человеку?

Пожалуй, первый вопрос, на который нужно ответить – что такое вообще ультрафиолетовые лучи и как они работают. Обычно так называют электромагнитное излучение, которое находится в диапазоне между видимым и рентгеновским излучением. Ультрафиолет характеризуется длиной волны от 10 до 400 нанометров.
Открыли его еще в 19 веке, и произошло это благодаря открытию инфракрасного излучения. Обнаружив ИК-спектр, в 1801 г. И.В. Риттер обратил внимание на противоположный конец светового диапазона в процессе опытов с хлоридом серебра. А затем сразу несколько ученых пришли к выводу о неоднородности ультрафиолета.

Сегодня его разделяют на три группы:

• УФ-А излучение – ближний ультрафиолет;
• УФ-Б – средний;
• УФ-С – дальний.

Такое разделение во многом обусловлено именно воздействием лучей на человека. Естественным и основным источником ультрафиолета на Земле является Солнце. По сути, именно от этого излучения мы спасаемся солнцезащитными кремами. При этом дальний ультрафиолет полностью поглощается атмосферой Земли, а УФ-А как раз доходит до поверхности, вызывая приятный загар. А в среднем 10% УФ-Б провоцируют те самые солнечные ожоги, а также могут приводить к образованию мутаций и кожных заболеваний.

Искусственные источники ультрафиолета создаются и используются в медицине, сельском хозяйстве, косметологии и различных санитарных учреждениях. Генерирование ультрафиолетового излучения возможно несколькими способами: температурой (лампы накаливания), движением газов (газовые лампы) или металлических паров (ртутные лампы). При этом мощность таких источников варьируется от нескольких ватт, обычно это небольшие мобильные излучатели, до киловатта. Последние монтируются в объемные стационарные установки. Сферы применения УФ-лучей обусловлены их свойствами: способностью ускорять химические и биологические процессы, бактерицидным эффектом и люминесценцией некоторых веществ.

Ультрафиолет широко применяется для решения самых различных задач. В косметологии использование искусственного УФ-излучения используется прежде всего для загара. Солярии создают довольно мягкий ультрафиолет-А согласно введенным нормам, а доля УФ-В в лампах для загара составляет не более 5%. Современные психологи рекомендуют солярии для лечения «зимней депрессии», которая в основном вызвана дефицитом витамина D, так как он образуется под влиянием УФ-лучей. Также УФ-лампы используют в маникюре, так как именно в этом спектре высыхают особо стойкие гель-лаки, шеллак и подобные им.

Ультрафиолетовые лампы используют для создания фотоснимков в нестандартных ситуациях, например, для запечатления космических объектов, которые невидимы в обычный телескоп.

Широко применяется ультрафиолет в экспертной деятельности. С его помощью проверяют подлинность картин, так как более свежие краски и лаки в таких лучах выглядят темнее, а значит можно установить реальный возраст произведения. Криминалисты также используют УФ-лучи для обнаружения следов крови на предметах. Кроме того, ультрафиолет широко используется для проявления скрытых печатей, защитных элементов и нитей, подтверждающих подлинность документов, а также в световом оформлении шоу, вывесок заведений или декораций.

В медицинских учреждениях ультрафиолетовые лампы используются для стерилизации хирургических инструментов. Помимо этого, все еще широко распространено обеззараживание воздуха с помощью УФ-лучей. Существует несколько видов такого оборудования.

Так называют ртутные лампы высокого и низкого давления, а также ксеноновые импульсные лампы. Колба такой лампы изготавливается из кварцевого стекла. Основной плюс бактерицидных ламп – долгий срок службы и мгновенная способность к работе. Примерно 60% их лучей находятся в бактерицидном спектре. Ртутные лампы достаточно опасны в эксплуатации, при случайном повреждении корпуса необходима тщательная очистка и демеркуризация помещения. Ксеноновые лампы менее опасны при повреждении и отличаются более высокой бактерицидной активностью. Также бактерицидные лампы разделяют на озоновые и безозоновые. Первые характеризуются наличием в своем спектре волны длиной 185 нанометров, которая взаимодействует с находящимся в воздухе кислородом и превращает его в озон. Высокие концентрации озона опасны для человека, и использование таких ламп строго ограничено во времени и рекомендуется только в проветриваемом помещении. Все это привело к созданию безозоновых ламп, на колбу которых нанесено специальное покрытие, не пропускающее волну в 185 нм наружу.

Вне зависимости от вида бактерицидные лампы имеют общие недостатки: они работают в сложной и дорогостоящей аппаратуре, средний ресурс работы излучателя – 1,5 года, а сами лампы после перегорания должны храниться упакованными в отдельном помещении и утилизироваться специальным образом согласно действующим нормативам.

Состоят из лампы, отражателей и других вспомогательных элементов. Такие устройства бывают двух видов – открытые и закрытые, в зависимости от того, проходят УФ-лучи наружу или нет. Открытые выпускают ультрафиолет, усиленный отражателями, в пространство вокруг, захватывая сразу практически всю комнату, если установлены на потолке или стене. Проводить обработку помещения таким облучателем в присутствии людей строго запрещено.
Закрытые облучатели работают по принципу рециркулятора, внутри которого установлена лампа, а вентилятор втягивает в прибор воздух и выпускает уже облученный наружу. Их размещают на стенах на высоте не менее 2 м от пола. Их возможно использовать в присутствии людей, однако длительное воздействие не рекомендуется производителем, так как часть УФ-лучей может проходить наружу.
Из недостатков таких приборов можно отметить невосприимчивость к спорам плесени, а также все сложности утилизации ламп и строгий регламент использования в зависимости от типа излучателя.

Бактерицидные установки

Группа облучателей, объединенная в один прибор, использующийся в одном помещении, называется бактерицидной установкой. Обычно они достаточно крупногабаритные и отличаются высоким энергопотреблением. Обработка воздуха бактерицидными установками производится строго в отсутствие людей в комнате и отслеживается по Акту ввода в эксплуатацию и Журналу регистрации и контроля. Используется только в медицинских и гигиенических учреждениях для обеззараживания как воздуха, так и воды.

Недостатки ультрафиолетового обеззараживания воздуха

Помимо уже перечисленного, использование УФ-излучателей имеет и другие минусы. Прежде всего, сам ультрафиолет опасен для человеческого организма, он может не только вызывать ожоги кожи, но и сказываться на работе сердечно-сосудистой системы, опасен для сетчатки глаза. Кроме того, он может вызывать появление озона, а с ним и присущие этому газу неприятные симптомы: раздражение дыхательных путей, стимуляция атеросклероза, обострение аллергии.

Эффективность работы УФ-ламп достаточно спорная: инактивация болезнетворных микроорганизмов в воздухе разрешенными дозами ультрафиолета происходит только при статичности этих вредителей. Если микроорганизмы двигаются, взаимодействуют с пылью и воздухом, то необходимая доза облучения возрастает в 4 раза, чего не может создать обычная УФ-лампа. Поэтому эффективность работы облучателя рассчитывается отдельно с учетом всех параметров, и крайне сложно подобрать подходящие для воздействия на все типы микроорганизмов сразу.

Проникновение УФ-лучей относительно неглубокое, и если даже неподвижные вирусы находятся под слоем пыли, верхние слои защищают нижние, отражая от себя ультрафиолет. А значит, после уборки обеззараживание нужно проводить еще раз.
УФ-облучатели не могут фильтровать воздух, они борются только с микроорганизмами, сохраняя все механические загрязнители и аллергены в первозданном виде.

На организм.

Ультрафиолетовая радиация.

Ультрафиолетовое излучение представляет собой часть солнечной радиации с длиной волны от 10 до 400 нм.

Ультрафиолетовые лучи с длинной волны от 10 до 290 нм не дости­гают земной поверхности. Свойства ультрафиолетового излучения с раз­ной длинной волны неодинаковы. Наиболее короткие волны (от 10 до 200 нм) по своему действию приближаются к ионизирующему излучению. Эта область получила название озонирующей. Энергия ультрафиолетового излучения с длинной волны от 200 до 400 нм не достаточна для возбуж­дения атомов, здесь преобладают фотохимические реакции.

Для нас наибольшее значение имеет часть спектра от 200 до 400 нм. Эту зону делят на

область С - от 200 до 280 нм

область В - от 280 до 320 нм

область А - от 320 до 400 нм

Область С называют бактерицидной. Преимущественным действием ультрафиолетового излучения в этой области является бактерицидное действие, что широко используется для обеззараживания воды, воздуха и тд. Бактерицидным действием обладают также области В и А, но в зна­чительно меньшей степени.

Область В называется эритемной, т.к. под влиянием ультрафиоле­тового излучения этой области возникает эритема. В области В также очень выражено витаминообразующее действие. Наиболее мощным ви-таминообразующим эффектом обладает область с длинной волны от 265 до 315 нм.

Область А получила название загарной. Под воздействием ультра­фиолетового излучения этой области возникает загар - образование мела­нина, что представляет собой защитную реакцию организма.

Роль УФИ очень велика. Оно повышает тонус организма, умствен­ную и физическую работоспособность, сопротивляемость к инфекциям, стимулирует деятельность желез внутренней секреции, кроветворение.

Под действием ультрафиолетового излучения образуются витамин D, гистамин, тканевые гормоны, пигменты.

Недостаток ультрафиолетового излучения отрицательно сказывается на организме и может приводить к:

1. Рахиту у детей

2. Снижению общей иммунологической реактивности

3. Снижению умственной и физической работоспособности

4. Повышению заболеваемости

5. Нарушению обмена кальция (из-за нехватки витамина D) - остеопо-роз, остеомаляция, кариес

Не следует, однако, забывать и об отрицательном действии ультра­фиолетового излучения, которому в последнее время уделяется присталь­ное внимание.

Отрицательное действие переоблучения:

1. Обострение ряда хронических заболеваний. Поэтому загорание не может быть рекомендовано при таких заболеваниях как туберкулез, ревматизм, язва желудка и двенадцатиперстной кишки, сердечно­сосудистые заболевания, все виды опухолевых процессов

2. Доказано роль ультрафиолетового излучения в развитии рака кожи, в частности меланомы

3. Возможно возникновение дефицита некоторых ароматических амино­кислот - тирозина, фенилаланина, а также витамина С и витамина РР, которые участвуют в синтезе меланина

4. Повышается количество перекисных соединений, что ведет к избыточ­ному расходу белка и железа и образованию радиомиметиков - соеди­нений, обладающих мутагенным действием.

5. Возможно возникновение фотохимического ожога в случае, когда не успевает образоваться защитный пигмент. Фотохимический ожог ха­рактеризуется повышением температуры, головной болью, недомога­нием.

6. При избыточном действии ультрафиолетового излучения может возни­кать фотоофтальмия - конъюнктивит, сопровождающийся покрасне­нием, ощущением песка в глазах, жжением, слезотечением, светобояз­нью, иногда временной потерей зрения. Фотоофтальмия возможна не только при действии прямого, но также отраженного и рассеянного света и может наблюдаться у альпинистов, горнолыжников, электро­сварщиков, в фотариях, операционных. В производственных условиях (например, у сварщиках) при повреждении роговицы интенсивным ультрафиолетовым излучением возможно развитие катаракты.

7. Фотосенсибилизация - повышенная чувствительность к действию ультрафиолетового излучения, которая проявляется в фотоаллергиче­ских реакциях типа крапивницы, дерматитов, экземы. Для возникно­вения фотосенсибилизации, как правило, необходимо наличие как эк­зогенных, так и эндогенных факторов. К эндогенным факторам отно­сятся заболевание щитовидной, поджелудочной железы, печени, энзи-мопатии, ведущие к накоплению порфиринов, жирных кислот, били­рубина. Экзогенные факторы - различные химические агенты - гудрон, асфальт, креозотовое масло, горюче-смазочные материалы, красители (акридин, креозот).

Инфракрасное излучение.

Инфракрасное излучение представляет собой часть солнечной радиа­ции в диапозоне длин волн от 670 до 3400 нм.

Инфракрасное изучение оказывает прежде всего тепловое действие. Кроме того, в настоящее время установлен целый ряд биологических эффектов.

Тепловой эффект определяется прежде всего длинной волны. Длин­новолновая часть инфракрасного излучения (более 1400 нм) задержива­ется поверхностными слоями кожи, благодаря чему происходит их разо­грев, появляется чувство жжения. Вследствие такого эффекта длинновол­новая часть излучения называется «палящими лучами». При достаточной интенсивности излучения возможна эритема и ожог.

Коротковолновая часть излучения проникает в ткани на глубину около 3 см, в результате чего может вызывать разогрев тканей, в том числе мозговых оболочек. Именно воздействием коротковолнового ин­фракрасного излучения обусловлено такое явление как солнечный удар. Кроме того, оно вызывает перегрев и помутнение хрусталика, что ведет к развитию катаракты.

Общие реакции в ответ на действие инфракрасного излучения харак­теризуются гиперемией, повышением газообмена, усилением выделитель­ной функции почек, изменением функционального состояния нервной системы.

Что такое свет?

Солнечный свет проникает в верхние слои атмосферы мощностью около одного киловатта на квадратный метр. Все жизненные процессы на нашей планете приводятся в движение благодаря этой энергии. Свет - это электромагнитное излучение, его природа основана на электромагнитных полях, которые называются фотонами. Фотоны света характеризуются различными уровнями энергии и длиной волн, выражаемой в нанометрах (нм). Самые известные длины волн - видимые. Каждая длина волны представлена определенным цветом. Например, Солнце желтого цвета, потому что наиболее мощные излучения в видимом диапазоне спектра именно желтые.

Однако существуют и другие волны за пределами видимого света. Все они называются электромагнитным спектром. Самая мощная часть спектра - это гамма-лучи, далее следуют рентгеновские лучи, ультрафиолетовый свет, и только потом видимый свет, занимающий малую долю электромагнитного спектра и располагающийся между ультрафиолетовым и инфракрасным светом. Всем известен инфракрасный свет, как тепловое излучение. Спектр включает в себя микроволны и заканчивается радиоволнами, более слабыми фотонами. Для животных наибольшее полезное значение несут ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный свет.

Видимый свет.

Помимо обеспечения привычного для нас освещения, свет несет еще и немаловажную функцию регуляция продолжительности светового дня. Видимый спектр света находится в диапазоне от 390 до 700 нм. Именно он фиксируется глазом, а цвет зависит от длины волны. Индекс цветопередачи (CRI) показывает способность какого-либо источника света освещать объект, по сравнению с естественным солнечным светом принятым за 100 CRI. Искусственные источники света со значением CRI более 95 считаются светом полного спектра, способные освещать объекты так же, как и естественное освещение. Также важная характеристика для определения цвета излучаемого света - это цветовая температура, измеряемая в Кельвинах (К).

Чем выше показатель цветовой температуры, тем насыщеннее голубой оттенок (7000К и выше). При низких значениях цветовой температуры свет имеет желтоватый оттенок, как например у бытовых ламп накаливания (2400К).

Среднее значение температуры дневного света составляет около 5600К, оно может варьировать от минимального показателя 2000К на закате до 18000К при пасмурной погоде. Для максимального приближения условий содержания животных к естественным, необходимо размещать в вольерах лампы с максимальным индексом цветопередачи CRI и цветовой температурой около 6000К. Тропические растения необходимо обеспечивать световыми волнами в диапазоне, используемом для фотосинтеза. Во время этого процесса растения используют энергию света для производства сахаров, “натурального топлива” для всех живых организмов. Освещение в диапазоне 400-450 нм способствует росту и размножению растений.

Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолетовый свет или УФ-излучение занимает большую долю в электромагнитном излучении и находится на границе с видимым светом.

Ультрафиолетовое излучение разделяют на 3 группы в зависимости от длины волн:

• . UVA- длинноволновой ультрафиолет А, диапазон от 290 до 320 нм, имеет важное значение для рептилий.
• . UVB - средневолновой ультрафиолет B, диапазон от 290 до 320 нм, имеет наиболее существенное значение для рептилий.
• . UVC - коротковолновой ультрафиолет C, диапазон от 180 до 290 нм, является опасным для всех живых организмов (ультрафиолетовая стерилизация).

Было доказано, что ультрафиолет А (UVA) влияет на аппетит, окрас, поведение и репродуктивную функцию животных. Рептилии и амфибии видят в диапазоне UVA (320- 400 нм), поэтому именно он влияет на то, как они воспринимают окружающий мир. Под воздействием этого излучения цвет еды или другого животного будут выглядеть иначе, чем воспринимает глаз человека. Подача сигналов при помощи частей тела (например, Anolis sp.) или изменение цвета покровов (например, Chameleon sp) распространено повсеместно среди рептилий и земноводных, и если UVA-излучение отсутствует, то эти сигналы могут восприниматься животными не корректно. Наличие ультрафиолета А играет важную роль при содержании и разведении животных.

Ультрафиолет B находится в диапазоне волн 290-320 нм. В естественных условиях рептилии синтезируют витамин D3 под воздействием солнечных лучей UVB-спектра. В свою очередь, витамин D3 необходим для усвоения животными кальция. На кожных покровах UVB вступает в реакцию с предшественником витамина D, 7-дегидрохолестеролом. Под влиянием температуры и специальных механизмов кожи, провитамин D3 превращается в витамин D3. Печень и почки преобразуют витамин D3 в его активную форму, гормон (1,25-дигидрокиси витамин D), которые регулирует кальциевый обмен.

Хищные и всеядные пресмыкающиеся получают большое количество необходимого витамина D3 из пищи. Растительная пища не содержит D3 (холекальцеферол), а содержит D2 (эргокальцеферол), который менее эффективен в метаболизме кальция. Именно по этой причине растительноядные пресмыкающиеся сильнее зависят от качества освещения, чем плотоядные.

Нехватка витамина D3 достаточно быстро приводит к нарушению обмена веществ в костных тканях животных. При подобных нарушениях метаболизма патологические изменения могут отразиться не только на костных тканях, но и на других системах органов. Внешними проявлениями нарушений могут быть отеки, вялость, отказ от пищи, неправильно развитие костей и панциря у черепах. При обнаружении подобных симптомов, необходимо обеспечить животное не только источником UVB-излучения, но и добавить в рацион корма или добавки с кальцием. Но не только молодые животные подвержены подобным нарушениям при неправильном содержании, взрослые особи и яйцекладущие самки также подвергаются серьезному риску при отсутствии UVB-излучения.

Инфракрасный свет

Природная эктотермия рептилий и земноводных (холоднокровность) подчеркивает важность инфракрасного излучения (тепла) для терморегуляции. Диапазон инфракрасного спектра находится в сегменте не видимым человеческим глазом, но отчетливо ощущаемом теплом на коже. Солнце излучает большую часть своей энергии в инфракрасной части спектра. Для рептилий, активных преимущественно в светлое время суток, лучшим источников терморегуляции являются специальные греющие лампы, излучающие большое количество инфракрасного света (+700 нм).

Интенсивность освещения

Климат Земли определяется количеством солнечной энергии, попадающей на ее поверхность. На интенсивность освещения влияют множество факторов, такие как озоновый слой, географическое положение, облака, влажность воздуха, высота расположения относительно уровня моря. Количество света, падающего на поверхность, называется освещенностью и измеряется в люменах на квадратный метр или люксах (lux). Освещенность под прямыми солнечными лучами составляет около 100 000 lux. Обычно дневная освещенность, проходя через облака, колеблется от 5 000 до 10 000 lux, ночью от Луны она составляет всего лишь 0,23 lux. Густая растительность в тропических лесах также влияет на эти значения.

Ультрафиолетовое излучение измеряется в микроваттах на квадратный сантиметр (µW/sm2). Его количество сильно отличается на разных полюсах, увеличиваясь при приближении к экватору. Количество UVB-излучения в полдень на экваторе составляет примерно 270 µW/sm2.Это значение уменьшается с заходом Солнца, и также увеличивается с рассветом. Животные в естественной среде обитания принимают солнечные ванны преимущественно с утра и на закате, остальную часть времени они проводят в своих убежищах, норах или в корне деревьев. В тропических лесах лишь малая часть прямых солнечных лучей может проникнуть сквозь густую растительность в нижние слои, достигнув поверхности земли.

Уровень ультрафиолетового излучения и света, в среде обитания рептилий и амфибий, может изменяться в зависимости от целого ряда факторов:

Среда обитания:

В зонах тропических лесов тени значительно больше, чем в пустыне. В густых лесах значение УФ-излучения имеет широкий диапазон, на верхние ярусы леса попадает значительно больше прямых солнечных лучей, чем на лесную почву. В пустынных и степных зонах практически нет естественных укрытий от прямых солнечных лучей, также эффект излучения может быть усилен за счет отражения от поверхности. В горной местности есть долины, куда солнечный свет может проникать лишь на несколько часов в сутки.

Проявляя большую активность в течение светового дня, дневные животные получают больше УФ-облучения, чем ночные виды. Но даже они не проводят весь день под прямыми солнечными лучами Солнца. Многие виды прячутся в укрытиях в самое жаркое время дня. Прием солнечных ванн ограничивается ранним утром и вечером. В различных климатических поясах дневные циклы активности у рептилий могут отличаться. Некоторые виды ночных животных выходят погреться на солнце днем с целью терморегуляции.

Широта:

Наибольшей интенсивность ультрафиолетовое излучение обладает на экваторе, где Солнце располагается на наименьшем расстоянии от поверхности Земли, и его лучи проходят минимальное расстояние сквозь атмосферу. Толщина озонового слоя в тропиках по естественным причинам тоньше, чем в средних широтах, поэтому озоном поглощается меньше УФ-излучения. Полярные широты более удалены от Солнца, и немногочисленные ультрафиолетовые лучи вынуждены проходить через богатые озоном слои с большими потерями.

Высота над уровнем моря:

Интенсивность УФ-излучения увеличивается с высотой, поскольку уменьшается толщина атмосферы, поглощающей солнечные лучи.

Погодные условия:

Облака играют серьезную роль фильтра для лучей ультрафиолета, направляющихся к поверхности Земли. В зависимости от толщины и формы они способны поглощать до 35 - 85 % энергии солнечных излучений. Но, даже покрывая полностью небо, облака не перекроют доступ лучей к поверхности Земли.

Отражение:

Некоторые поверхности, такие как песок (12%), трава (10%) или вода (5%) способны отражать ультрафиолетовое излучение, которое на них попадает. В таких местах интенсивность УФ-излучения может быть значительно выше ожидаемых результатов даже в тени.

Озон:

Озоновый слой поглощает часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое направлялось к поверхности Земли. Толщина озонового слоя изменяется в течение года, а сам он постоянно перемещается.

Усть-Каменогорский колледж строительства

Разработка урока по физике.

Тема: «Инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское излучения»

Преподаватель: О.Н.Чирцова

Усть-Каменогорск, 2014 г.

Урок по теме «Инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское излучения».

Цели :1)знать, что такое инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское излучения; уметь решать логические задачи на применение данных понятий.

2)развитие логического мышления, наблюдательности, ПМД (анализ, синтез, сравнение), навыков работы над понятием (его лексическое значение), речи, ОУУН (самостоятельная работа с источником информации, построение таблицы).

3)формирование научного мировоззрения (практическая значимость изучаемого материала, связь с профессией), ответственности, самостоятельности, необходимости вести здоровый образ жизни, соблюдать нормы ТБ в профессиональной деятельности.

Тип урока : изучение нового материала

Вид урока : теоретическое исследование

Оснащение: ноутбуки, проектор, презентация, спецодежда сварщика

Литература : Кронгарт Б.А. «Физика-11», материалы INTERNET

Ход урока.

Организация студентов к занятию.

Подготовка к восприятию.

Обращаю внимание студентов на висящую перед ними спецодежду сварщика, строю беседу по вопросам:

1)Из какого материала сшита спецодежда?(прорезиненная ткань, замша)Почему именно из этих материалов?(Подвожу студентов к ответу «защита от теплового (инфракрасного излучения)»

2)Для чего необходима маска?(защита от ультрафиолетового излучения).

3)Главный результат в работе сварщика?(качество шва)Как можно исследовать качество сварного шва?(один из методов- рентгеновская дефектоскопия).На слайде показываю фото рентгенустановки и кратко поясняю метод.

Объявляю тему урока (записывают в тетрадь).

Студенты формулируют цель урока.

Ставлю перед студентами задачи на урок:

1)Познакомиться с общей характеристикой излучений (по положению на шкале электромагнитных излучений).

2)Познакомиться с общей характеристикой каждого вида излучения.

3)Исследовать подробно каждый вид излучения.

Изучение нового материала.

1. Выполняем первую задачу урока –знакомимся с общей характеристикой излучений.

На слайде «Шкала электромагнитных излучений». Определяем положение каждого вида излучений на шкале, разбираем лексическое значение слов «инфракрасный», «ультрафиолетовый», «рентгеновский». Подкрепляю примерами.

1. Итак, первую задачу урока мы выполнили, переходим ко второй задаче-знакомимся с общей характеристикой каждого вида излучения. (Демонстрирую видеоролики о каждом виде излучений. После просмотра строю краткую беседу по содержанию роликов).

   Итак, переходим к третьей задаче урока- исследованию каждого вида излучения.

Студенты самостоятельно выполняют исследовательскую работу (пользуясь цифровым источником информации, заполняют таблицу). Объявляю критерии оценки, регламент. Консультирую, поясняю возникшие в ходе работы вопросы.

По окончании работы заслушиваем ответы трех учащихся, рецензируем ответы.

Закрепление .

Устно решаем логические задачи:

1. Почему высоко в горах необходимо надевать темные очки?

2. Какое излучение применяется для сушки фруктов, овощей?

Для чего сварщик во время сварочных работ надевает маску? защитный костюм?

Для чего перед обследованием рентгеновскими лучами больному дают бариевую кашу?

Для чего врач-рентгенолог (а также больной) одевают свинцовые фартуки?

Профессиональное заболевание сварщиков- катаракта (помутнение хрусталика глаза). Чем оно вызвано?(длительное тепловое ИК излучение) Как избежать?

Электроофтальмия- заболевание глаз (сопровождается острой болью, резью в глазах, слезотечением, спазмами век). Причина этого заболевания? (действие УФ излучения). Как избежать?

Рефлексия.

Студенты письменно отвечают на вопросы:

1. Какова была цель урока?

   Где применяются изученные виды излучения?

   Какой вред они могут принести?

   Где пригодятся приобретенные на уроке знания в вашей профессии?

Устно обсуждаем ответы на данные вопросы, листочки сдают.

Домашнее задание

Подготовить доклад о практическом применении ИК, УФ, рентгеновского излучений (на выбор).

Итог урока.

Студенты сдают тетради.

Объявляю оценки за урок.

Раздаточный материал.

Инфракрасное излучение.

Инфракра́сное излуче́ние - электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и микроволновым излучением .

Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Например, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ = 1 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50 % излучения Солнца; инфракрасное излучение испускают некоторые лазеры . Для его регистрации пользуются тепловыми и фотоэлектрическими приёмниками, а также специальными фотоматериалами.

Весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:

коротковолновая область: λ = 0,74-2,5 мкм;

средневолновая область: λ = 2,5-50 мкм;

длинноволновая область: λ = 50-2000 мкм.

Длинноволновую окраину этого диапазона иногда выделяют в отдельный диапазон электромагнитных волн - терагерцевое излучение (субмиллиметровое излучение).

Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне. Инфракрасное излучение испускают возбуждённые атомы или ионы.

Применение.

Прибор ночного видения.

Вакуумный фотоэлектронный прибор для преобразования невидимого глазом изображения объекта (в инфракрасном, ультрафиолетовом или рентгеновском спектре) в видимое либо для усиления яркости видимого изображения.

Термография.

Инфракрасная термография, тепловое изображение или тепловое видео - это научный способ получения термограммы - изображения в инфракрасных лучах, показывающего картину распределения температурных полей. Термографические камеры или тепловизоры обнаруживают излучение в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра (примерно 900-14000 нанометров или 0,9-14 µм) и на основе этого излучения создают изображения, позволяющие определить перегретые или переохлаждённые места. Так как инфракрасное излучение испускается всеми объектами, имеющими температуру, согласно формуле Планка для излучения чёрного тела, термография позволяет «видеть» окружающую среду с или без видимого света. Величина излучения, испускаемого объектом, увеличивается с повышением его температуры, поэтому термография позволяет нам видеть различия в температуре. Когда смотрим через тепловизор, то тёплые объекты видны лучше, чем охлаждённые до температуры окружающей среды; люди и теплокровные животные легче заметны в окружающей среде, как днём, так и ночью. Как результат, продвижение использования термографии может быть приписано военным и службам безопасности.

Инфракрасное самонаведение.

Инфракрасная головка самонаведения - головка самонаведения, работающая на принципе улавливания волн инфракрасного диапазона, излучаемых захватываемой целью. Представляет собой оптико-электронный прибор, предназначенный для идентификации цели на окружающем фоне и выдачи в автоматическое прицельное устройство (АПУ) сигнала захвата, а также для измерения и выдачи в автопилот сигнала угловой скорости линии визирования.

Инфракрасный обогреватель.

Отопительный прибор, отдающий тепло в окружающую среду посредством инфракрасного излучения. В быту иногда неточно называется рефлектором. Лучистая энергия поглощается окружающими поверхностями, превращаясь в тепловую энергию, нагревает их, которые в свою очередь отдают тепло воздуху. Это дает существенный экономический эффект по сравнению с конвекционным обогревом, где тепло существенно расходуется на обогрев неиспользуемого подпотолочного пространства. Кроме того, при помощи ИК обогревателей появляется возможность местного обогрева только тех площадей в помещении, в которых это необходимо без обогрева всего объёма помещения; тепловой эффект от инфракрасных обогревателей ощущается сразу после включения, что позволяет избежать предварительного нагрева помещения. Эти факторы снижают затраты энергии.

Инфракрасная астрономия.

Раздел астрономии и астрофизики, исследующий космические объекты, видимые в инфракрасном излучении. При этом под инфракрасным излучением подразумевают электромагнитные волны с длиной волны от 0,74 до 2000 мкм. Инфракрасное излучение находится в диапазоне между видимым излучением, длина волны которого колеблется от 380 до 750 нанометров, и субмиллиметровым излучением.

Инфракрасная астрономия начала развиваться в 1830-е годы, спустя несколько десятилетий после открытия инфракрасного излучения Уильямом Гершелем. Первоначально прогресс был незначительным и до начала 20 века отсутствовали открытия астрономических объектов в инфракрасном диапазоне помимо Солнца и Луны, однако после ряда открытий, сделанных в радиоастрономии в 1950-х и 1960-х годах, астрономы осознали наличие большого объёма информации, находящегося вне видимого диапазона волн. С тех пор была сформирована современная инфракрасная астрономия.

Инфракрасная спектроскопия.

Инфракрасная спектроскопия - раздел спектроскопии, охватывающий длинноволновую область спектра (>730 нм за красной границей видимого света). Инфракрасные спектры возникают в результате колебательного (отчасти вращательного) движения молекул, а именно - в результате переходов между колебательными уровнями основного электронного состояния молекул. ИК излучение поглощают многие газы, за исключением таких как О2, N2, H2, Cl2 и одноатомных газов. Поглощение происходит на длине волны, характерной для каждого определенного газа, для СО, например, таковой является длина волны 4,7 мкм.

По инфракрасным спектрам поглощения можно установить строение молекул различных органических (и неорганических) веществ с относительно короткими молекулами: антибиотиков, ферментов, алкалоидов, полимеров, комплексных соединений и др. Колебательные спектры молекул различных органических (и неорганических) веществ с относительно длинными молекулами (белки, жиры, углеводы, ДНК, РНК и др.) находятся в терагерцевом диапазоне, поэтому строение этих молекул можно установить с помощью радиочастотных спектрометров терагерцевого диапазона. По числу и положению пиков в ИК спектрах поглощения можно судить о природе вещества (качественный анализ), а по интенсивности полос поглощения - о количестве вещества (количественный анализ). Основные приборы - различного типа инфракрасные спектрометры.

Инфракрасный канал.

Инфракрасный канал - канал передачи данных, не требующий для своего функционирования проводных соединений. В компьютерной технике обычно используется для связи компьютеров с периферийными устройствами (интерфейс IrDA) В отличие от радиоканала инфракрасный канал нечувствителен к электромагнитным помехам, и это позволяет использовать его в производственных условиях. К недостаткам инфракрасного канала относятся высокая стоимость приемников и передатчиков, где требуется преобразование электрического сигнала в инфракрасный и обратно, а также низкие скорости передачи (обычно не превышает 5-10 Мбит/с, но при использовании инфракрасных лазеров возможны существенно более высокие скорости). Кроме этого, не обеспечивается секретность передаваемой информации. В условиях прямой видимости инфракрасный канал может обеспечить связь на расстояниях в несколько километров, но наиболее удобен он для связи компьютеров, находящихся в одной комнате, где отражения от стен комнаты дает устойчивую и надежную связь. Наиболее естественный тип топологии здесь - «шина» (то есть переданный сигнал одновременно получают все абоненты). Ясно, что имея такое количество недостатков, инфракрасный канал не смог получить широкого распространения.

Медицина

Инфракрасные лучи применяются в физиотерапии.

Дистанционное управление

Инфракрасные диоды и фотодиоды повсеместно применяются в пультах дистанционного управления, системах автоматики, охранных системах, некоторых мобильных телефонах (инфракрасный порт) и т. п. Инфракрасные лучи не отвлекают внимание человека в силу своей невидимости.

Интересно, что инфракрасное излучение бытового пульта дистанционного управления легко фиксируется с помощью цифрового фотоаппарата.

При покраске

Инфракрасные излучатели применяют в промышленности для сушки лакокрасочных поверхностей. Инфракрасный метод сушки имеет существенные преимущества перед традиционным, конвекционным методом. В первую очередь это, безусловно, экономический эффект. Скорость и затрачиваемая энергия при инфракрасной сушке меньше тех же показателей при традиционных методах.

Стерилизация пищевых продуктов

С помощью инфракрасного излучения стерилизируют пищевые продукты с целью дезинфекции.

Антикоррозийное средство

Инфракрасные лучи применяются с целью предотвращения коррозии поверхностей, покрываемых лаком.

Пищевая промышленность

Особенностью применения ИК-излучения в пищевой промышленности является возможность проникновения электромагнитной волны в такие капиллярно-пористые продукты, как зерно, крупа, мука и т. п. на глубину до 7 мм. Эта величина зависит от характера поверхности, структуры, свойств материала и частотной характеристики излучения. Электромагнитная волна определённого частотного диапазона оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на продукт, способствует ускорению биохимических превращений в биологических полимерах (крахмал, белок, липиды). Конвейерные сушильные транспортёры с успехом могут использоваться при закладке зерна в зернохранилища и в мукомольной промышленности.

Кроме того, инфракрасное излучение повсеместно применяют для обогрева помещений и уличных пространств . Инфракрасные обогреватели используются для организации дополнительного или основного отопления в помещениях (домах, квартирах, офисах и т. п.), а также для локального обогрева уличного пространства (уличные кафе, беседки, веранды).

Недостатком же является существенно большая неравномерность нагрева, что в ряде технологических процессов совершенно неприемлемо.

Проверка денег на подлинность

Инфракрасный излучатель применяется в приборах для проверки денег. Нанесённые на купюру как один из защитных элементов, специальные метамерные краски возможно увидеть исключительно в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные детекторы валют являются самыми безошибочными приборами для проверки денег на подлинность. Нанесение на купюру инфракрасных меток, в отличие от ультрафиолетовых, фальшивомонетчикам обходится дорого и соответственно экономически невыгодно. Потому детекторы банкнот со встроенным ИК излучателем, на сегодняшний день, являются самой надёжной защитой от подделок.

Опасность для здоровья!!!

Очень сильное инфракрасное излучение в местах высокого нагрева может высушивать слизистую оболочку глаз. Наиболее опасно, когда излучение не сопровождается видимым светом. В таких ситуациях необходимо надевать специальные защитные очки для глаз.

Земля как инфракрасный излучатель

Поверхность Земли и облака поглощают видимое и невидимое излучение от солнца и переизлучают большую часть энергии в виде инфракрасного излучения обратно в атмосферу. Некоторые вещества в атмосфере, главным образом капли воды и водяной пар, а также диоксид углерода, метан, азот, гексафторид серы и хлорфторуглерод поглощают это инфракрасное излучение и вновь излучают его во всех направлениях, включая обратно на Землю. Таким образом, парниковый эффект удерживает атмосферу и поверхность в более нагретом состоянии, чем если бы инфракрасные поглотители отсутствовали в атмосфере.

Рентгеновское излучение

Рентге́новское излуче́ние - электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10−2 до 102 Å (от 10−12 до 10−8 м)

Лабораторные источники

Рентгеновские трубки

Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов или молекул. Оба эффекта используются в рентгеновских трубках. Основными конструктивными элементами таких трубок являются металлические катод и анод (ранее называвшийся также антикатодом). В рентгеновских трубках электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электрических потенциалов между анодом и катодом (при этом рентгеновские лучи не испускаются, так как ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение. При этом за счёт тормозного излучения происходит генерация излучения рентгеновского диапазона, и одновременно выбиваются электроны из внутренних электронных оболочек атомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. При этом испускается рентгеновское излучение с характерным для материала анода спектром энергий (характеристическое излучение, частоты определяются законом Мозли: где Z - атомный номер элемента анода, A и B - константы для определённого значения главного квантового числа n электронной оболочки). В настоящее время аноды изготавливаются главным образом из керамики, причём та их часть, куда ударяют электроны, - из молибдена или меди.

Трубка Крукса

В процессе ускорения-торможения лишь около 1% кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99% энергии превращается в тепло.

Ускорители частиц

Рентгеновское излучение можно получать также и на ускорителях заряженных частиц. Так называемое синхротронное излучение возникает при отклонении пучка частиц в магнитном поле, в результате чего они испытывают ускорение в направлении, перпендикулярном их движению. Синхротронное излучение имеет сплошной спектр с верхней границей. При соответствующим образом выбранных параметрах (величина магнитного поля и энергия частиц) в спектре синхротронного излучения можно получить и рентгеновские лучи.

Биологическое воздействие

Рентгеновское излучение является ионизирующим. Оно воздействует на ткани живых организмов и может быть причиной лучевой болезни, лучевых ожогов и злокачественных опухолей. По причине этого при работе с рентгеновским излучением необходимо соблюдать меры защиты. Считается, что поражение прямо пропорционально поглощённой дозе излучения. Рентгеновское излучение является мутагенным фактором.

Регистрация

Эффект люминесценции. Рентгеновские лучи способны вызывать у некоторых веществ свечение (флюоресценцию). Этот эффект используется в медицинской диагностике при рентгеноскопии (наблюдение изображения на флюоресцирующем экране) и рентгеновской съёмке (рентгенографии). Медицинские фотоплёнки, как правило, применяются в комбинации с усиливающими экранами, в состав которых входят рентгенолюминофоры, которые светятся под действием рентгеновского излучения и засвечивают светочувствительную фотоэмульсию. Метод получения изображения в натуральную величину называется рентгенографией. При флюорографии изображение получается в уменьшенном масштабе. Люминесцирующее вещество (сцинтиллятор) можно оптически соединить с электронным детектором светового излучения (фотоэлектронный умножитель, фотодиод и т. п.), полученный прибор называется сцинтилляционным детектором. Он позволяет регистрировать отдельные фотоны и измерять их энергию, поскольку энергия сцинтилляционной вспышки пропорциональна энергии поглощённого фотона.

Фотографический эффект. Рентгеновские лучи, также как и обычный свет, способны напрямую засвечивать фотографическую эмульсию. Однако без флюоресцирующего слоя для этого требуется в 30-100 раз большая экспозиция (то есть доза). Преимуществом этого метода (известного под названием безэкранная рентгенография) является бо́льшая резкость изображения.

В полупроводниковых детекторах рентгеновские лучи производят пары электрон-дырка в p-n-переходе диода, включённого в запирающем направлении. При этом протекает небольшой ток, амплитуда которого пропорциональна энергии и интенсивности падающего рентгеновского излучения. В импульсном режиме возможна регистрация отдельных рентгеновских фотонов и измерение их энергии.

Отдельные фотоны рентгеновского излучения могут быть также зарегистрированы при помощи газонаполненных детекторов ионизирующего излучения (счётчик Гейгера, пропорциональная камера и др.).

Применение

При помощи рентгеновских лучей можно «просветить» человеческое тело, в результате чего можно получить изображение костей, а в современных приборах и внутренних органов (см. также рентгенография и рентгеноскопия ). При этом используется тот факт, что у содержащегося преимущественно в костях элемента кальция (Z=20) атомный номер гораздо больше, чем атомные номера элементов, из которых состоят мягкие ткани, а именно водорода (Z=1), углерода (Z=6), азота (Z=7), кислорода (Z=8). Кроме обычных приборов, которые дают двумерную проекцию исследуемого объекта, существуют компьютерные томографы, которые позволяют получать объёмное изображение внутренних органов.

Выявление дефектов в изделиях (рельсах, сварочных швах и т. д.) с помощью рентгеновского излучения называется рентгеновской дефектоскопией .

В материаловедении, кристаллографии, химии и биохимии рентгеновские лучи используются для выяснения структуры веществ на атомном уровне при помощи дифракционного рассеяния рентгеновского излучения (рентгеноструктурный анализ ). Известным примером является определение структуры ДНК.

При помощи рентгеновских лучей может быть определён химический состав вещества. В электронно-лучевом микрозонде (либо же в электронном микроскопе) анализируемое вещество облучается электронами, при этом атомы ионизируются и излучают характеристическое рентгеновское излучение. Вместо электронов может использоваться рентгеновское излучение. Этот аналитический метод называется рентгенофлуоресцентным анализом.

В аэропортах активно применяются рентгенотелевизионные интроскопы , позволяющие просматривать содержимое ручной клади и багажа в целях визуального обнаружения на экране монитора предметов, представляющих опасность.

Рентгенотерапия - раздел лучевой терапии, охватывающий теорию и практику лечебного применения рентгеновских лучей, генерируемых при напряжении на рентгеновской трубке 20-60 кв и кожно-фокусном расстоянии 3-7 см (короткодистанционная рентгенотерапия) или при напряжении 180-400 кв и кожно-фокусном расстоянии 30-150 см (дистанционная рентгенотерапия). Рентгенотерапию проводят преимущественно при поверхностно расположенных опухолях и при некоторых других заболеваниях, в том числе заболеваниях кожи (ультрамягкие рентгеновские лучи Букки).

Естественное рентгеновское излучение

На Земле электромагнитное излучение в рентгеновском диапазоне образуется в результате ионизации атомов излучением, которое возникает при радиоактивном распаде, в результате Комптон-эффекта гамма-излучения, возникающего при ядерных реакциях, а также космическим излучением. Радиоактивный распад также приводит к непосредственному излучению рентгеновских квантов, если вызывает перестройку электронной оболочки распадающегося атома (например, при электронном захвате). Рентгеновское излучение, которое возникает на других небесных телах, не достигает поверхности Земли, так как полностью поглощается атмосферой. Оно исследуется спутниковыми рентгеновскими телескопами, такими как Чандра и XMM-Ньютон.

Одним из основных методов неразрушающего контроля является радиографический метод контроля (РК) - рентгеновская дефектоскопия . Данный вид контроля широко используется для проверки качества технологических трубопроводов, металлоконструкций, технологического оборудования, композитных материалов в различных отраслях промышленности и строительного комплекса. Рентген контроль сегодня активно используется для выявления различных дефектов в сварных швах и соединениях. Радиографический метод контроля сварных соединений (или рентгеновская дефектоскопия) осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 7512-86.

Метод основывается на различном поглощении материалами рентгеновских лучей, а степень поглощения напрямую зависит от атомного номера элементов и плотности среды конкретного материала. Наличие таких дефектов, как трещины, включения инородных материалов, шлаки и поры приводит к тому, что рентгеновские лучи ослабляются в той или иной степени. Регистрируя при помощи рентгенконтроля их интенсивность можно определить наличие, а также расположение различных неоднородностей материала.

Основные возможности рентгеновского контроля:

Возможность обнаружить такие дефекты, которые невозможно выявить любым другим методом - например, непропаев, раковин и других;

Возможность точной локализации обнаруженных дефектов, что дает возможность быстрого ремонта;

Возможность оценки величины выпуклости и вогнутости валиков усиления сварного шва.

Ультрафтолетовое излучение

Ультрафиоле́товое излуче́ние (ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение) - электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями. Длины волн УФ-излучения лежат в интервале от 10 до 400 нм (7,5·1014-3·1016 Гц). Термин происходит от лат. ultra - сверх, за пределами и фиолетовый. В разговорной речи может использоваться также наименование «ультрафиолет».

Воздействие на здоровье человека .

Биологические эффекты ультрафиолетового излучения в трёх спектральных участках существенно различны, поэтому биологи иногда выделяют, как наиболее важные в их работе, следующие диапазоны:

Ближний ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315-400 нм)

УФ-B лучи (UVB, 280-315 нм)

Дальний ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100-280 нм)

Практически весь UVC и приблизительно 90 % UVB поглощаются озоном, а также водяным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона UVA достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет UVA и в небольшой доле - UVB.

Несколько позже в работах (О. Г. Газенко, Ю. Е. Нефёдов, Е. А. Шепелев, С. Н. Залогуев, Н. Е. Панфёрова, И. В. Анисимова) указанное специфическое действие излучения было подтверждено в космической медицине . Профилактическое УФ облучение было введено в практику космических полётов наряду с Методическими указаниями (МУ) 1989 г. «Профилактическое ультрафиолетовое облучение людей (с применением искусственных источников УФ излучения)» . Оба документа являются надёжной базой дальнейшего совершенствования УФ профилактики.

Действие на кожу

Воздействие ультрафиолетового излучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи к загару, приводит к ожогам.

Ультрафиолетовое излучение может приводить к образованию мутаций (ультрафиолетовый мутагенез). Образование мутаций, в свою очередь, может вызывать рак кожи, меланому кожи и преждевременное старение.

Действие на глаза

Ультрафиолетовое излучение средневолнового диапазона (280-315 нм) практически неощутимо для глаз человека и в основном поглощается эпителием роговицы, что при интенсивном облучении вызывает радиационное поражение - ожог роговицы (электроофтальмия). Это проявляется усиленным слезотечением, светобоязнью, отёком эпителия роговицы, блефароспазмом. В результате выраженной реакции тканей глаза на ультрафиолет глубокие слои (строма роговицы) не поражаются т. к. человеческий организм рефлекторно устраняет воздействие ультрафиолета на органы зрения, поражённым оказывается только эпителий. После регенерации эпителия зрение, в большинстве случаев, восстанавливается полностью. Мягкий ультрафиолет длинноволнового диапазона (315-400 нм) воспринимается сетчаткой как слабый фиолетовый или серовато-синий свет, но почти полностью задерживается хрусталиком, особенно у людей среднего и пожилого возраста. Пациенты, которым имплантировали искусственный хрусталик ранних моделей, начинали видеть ультрафиолет; современные образцы искусственных хрусталиков ультрафиолет не пропускают. Ультрафиолет коротковолнового диапазона (100-280 нм) может проникать до сетчатки глаза. Так как ультрафиолетовое коротковолновое излучение обычно сопровождается ультрафиолетовым излучением других диапазонов, то при интенсивном воздействии на глаза гораздо ранее возникнет ожог роговицы (электроофтальмия), что исключит воздействие ультрафиолета на сетчатку по вышеуказанным причинам. В клинической офтальмологической практике основным видом поражения глаз ультрафиолетом является ожог роговицы (электроофтальмия).

Защита глаз

Для защиты глаз от вредного воздействия ультрафиолетового излучения используются специальные защитные очки, задерживающие до 100 % ультрафиолетового излучения и прозрачные в видимом спектре. Как правило, линзы таких очков изготавливаются из специальных пластмасс или поликарбоната.

Многие виды контактных линз также обеспечивают 100 % защиту от УФ-лучей (обратите внимание на маркировку упаковки).

Фильтры для ультрафиолетовых лучей бывают твердыми, жидкими и газообразными. Например, обычное стекло непрозрачно при λ < 320 нм; в более коротковолновой области прозрачны лишь специальные сорта стекол (до 300-230 нм), кварц прозрачен до 214 нм, флюорит - до 120 нм. Для еще более коротких волн нет подходящего по прозрачности материала для линз объектива и приходится применять отражательную оптику - вогнутые зеркала. Однако для столь короткого ультрафиолета непрозрачен уже и воздух, который заметно поглощает ультрафиолет, начиная с 180 нм.

Источники ультрафиолета

Природные источники

Основной источник ультрафиолетового излучения на Земле - Солнце. Соотношение интенсивности излучения УФ-А и УФ-Б, общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли, зависит от следующих факторов:

от концентрации атмосферного озона над земной поверхностью (см. озоновые дыры)

от высоты Солнца над горизонтом

от высоты над уровнем моря

от атмосферного рассеивания

от состояния облачного покрова

от степени отражения УФ-лучей от поверхности (воды, почвы)

Две ультрафиолетовые люминесцентные лампы, обе лампы излучают «длинные волны» (УФ-А), длина которых находится в диапазоне от 350 до 370 нм

Лампа ДРЛ без колбы - мощный источник ультрафиолетового излучения. Во время работы представляет опасность для зрения и кожи.

Искусственные источники

Благодаря созданию и совершенствованию искусственных источников УФ излучения, шедшими параллельно с развитием электрических источников видимого света, сегодня специалистам, работающим с УФ излучением в медицине, профилактических, санитарных и гигиенических учреждениях, сельском хозяйстве и т. д., предоставляются существенно большие возможности, чем при использовании естественного УФ излучения. Разработкой и производством УФ ламп для установок фотобиологического действия (УФБД) в настоящее время занимаются ряд крупнейших электроламповых фирм и др. Номенклатура УФ ламп для УФБД весьма широка и разнообразна: так, например, у ведущего в мире производителя фирмы Philips она насчитывает более 80 типов. В отличие от осветительных, УФ источники излучения, как правило, имеют селективный спектр, рассчитанный на достижение максимально возможного эффекта для определенного ФБ процесса. Классификация искусственных УФ ИИ по областям применения, детерминированным через спектры действия соответствующих ФБ процессов с определенными УФ диапазонами спектра:

Эритемные лампы были разработаны в 60-х годах прошлого века для компенсации «УФ недостаточности» естественного излучения и, в частности, интенсификации процесса фотохимического синтеза витамина D3 в коже человека («антирахитное действие»).

В 70-80 годах эритемные ЛЛ, кроме медицинских учреждений, использовались в специальных «фотариях» (например, для шахтеров и горных рабочих), в отдельных ОУ общественных и производственных зданий северных регионов, а также для облучения молодняка сельскохозяйственных животных.

Спектр ЛЭ30 радикально отличается от солнечного; на область В приходится большая часть излучения в УФ области, излучение с длиной волны λ < 300нм, которое в естественных условиях вообще отсутствует, может достигать 20 % от общего УФ излучения. Обладая хорошим «антирахитным действием», излучение эритемных ламп с максимумом в диапазоне 305-315 нм оказывает одновременно сильное повреждающее воздействие на коньюктиву (слизистую оболочку глаза). Отметим, что в номенклатуре УФ ИИ фирмы Philips присутствуют ЛЛ типа TL12 с предельно близкими к ЛЭ30 спектральными характеристиками, которые наряду с более «жесткой» УФ ЛЛ типа TL01 используются в медицине для лечения фотодерматозов. Диапазон существующих УФ ИИ, которые используются в фототерапевтических установках, достаточно велик; наряду с указанными выше УФ ЛЛ, это лампы типа ДРТ или специальные МГЛ зарубежного производства, но с обязательной фильтрацией УФС излучения и ограничением доли УФВ либо путем легирования кварца, либо с помощью специальных светофильтров, входящих в комплект облучателя.

В странах Центральной и Северной Европы, а также в России достаточно широкое распространение получили УФ ОУ типа «Искусственный солярий», в которых используются УФ ЛЛ, вызывающие достаточно быстрое образование загара. В спектре «загарных» УФ ЛЛ преобладает «мягкое» излучение в зоне УФА Доля УФВ строго регламентируется, зависит от вида установок и типа кожи (в Европе различают 4 типа человеческой кожи от «кельтского» до «средиземноморского») и составляет 1-5 % от общего УФ излучения. ЛЛ для загара выпускаются в стандартном и компактном исполнении мощностью от 15 до 160 Вт и длиной от 30 до 180 см.

В 1980 г. американский психиатр Альфред Леви описал эффект «зимней депрессии», которую сейчас квалифицируют как заболевание и называют сокращенно SAD (Seasonal Affective Disorder - Сезонозависимое расстройство) Заболевание связано с недостаточной инсоляцией, то есть естественным освещением. По оценкам специалистов, синдрому SAD подвержено ~ 10-12 % населения земли и прежде всего жители стран Северного полушария. Известны данные по США: в Нью-Йорке - 17 %, на Аляске - 28 %, даже во Флориде - 4 %. По странам Северной Европы данные колеблются от 10 до 40 %.

В связи с тем, что SAD является, бесспорно, одним из проявлений «солнечной недостаточности», неизбежен возврат интереса к так называемым лампам «полного спектра», достаточно точно воспроизводящим спектр естественного света не только в видимой, но и в УФ области. Ряд зарубежных фирм включило ЛЛ полного спектра в свою номенклатуру, например, фирмы Osram и Radium выпускают подобные УФ ИИ мощностью 18, 36 и 58 Вт под названиями, соответственно, «Biolux» и «Biosun», спектральные характеристики которых практически совпадают. Эти лампы, естественно, не обладают «антирахитным эффектом», но помогают устранять у людей ряд неблагоприятных синдромов, связанных с ухудшением здоровья в осенне-зимний период и могут также использоваться в профилактических целях в ОУ школ, детских садов, предприятий и учреждений для компенсации «светового голодания». При этом необходимо напомнить, что ЛЛ «полного спектра» по сравнению c ЛЛ цветности ЛБ имеют световую отдачу примерно на 30 % меньше, что неизбежно приведет к увеличению энергетических и капитальных затрат в осветительно-облучательной установке. Проектирование и эксплуатация подобных установок должны осуществляться с учетом требований стандарта CTES 009/E:2002 «Фотобиологическая безопасность ламп и ламповых систем».

Весьма рациональное применение найдено УФЛЛ, спектр излучения которых совпадает со спектром действия фототаксиса некоторых видов летающих насекомых-вредителей (мух, комаров, моли и т. д.), которые могут являться переносчиками заболеваний и инфекций, приводить к порче продуктов и изделий.

Эти УФ ЛЛ используются в качестве ламп-аттрактантов в специальных устройствах-светоловушках, устанавливаемых в кафе, ресторанах, на предприятиях пищевой промышленности, в животноводческих и птицеводческих хозяйствах, складах одежды и пр.

Ртутно-кварцевая лампа

Люминесцентные лампы «дневного света» (имеют небольшую УФ-составляющую из ртутного спектра)

Эксилампа

Светодиод

Электродуговой процесс ионизации(В частности процесс сварки металлов)

Лазерные источники

Существует ряд лазеров, работающих в ультрафиолетовой области. Лазер позволяет получать когерентное излучение высокой интенсивности. Однако область ультрафиолета сложна для лазерной генерации, поэтому здесь не существует столь же мощных источников, как в видимом и инфракрасном диапазонах. Ультрафиолетовые лазеры находят своё применение в масс-спектрометрии, лазерной микродиссекции, биотехнологиях и других научных исследованиях, в микрохирургии глаза (LASIK), для лазерной абляции.

В качестве активной среды в ультрафиолетовых лазерах могут использоваться либо газы (например, аргонный лазер, азотный лазер, эксимерный лазер и др.), конденсированные инертные газы, специальные кристаллы, органические сцинтилляторы, либо свободные электроны, распространяющиеся в ондуляторе.

Также существуют ультрафиолетовые лазеры, использующие эффекты нелинейной оптики для генерации второй или третьей гармоники в ультрафиолетовом диапазоне.

В 2010 году был впервые продемонстрирован лазер на свободных электронах, генерирующий когерентные фотоны с энергией 10 эВ (соответствующая длина волны - 124 нм), то есть в диапазоне вакуумного ультрафиолета.

Деградация полимеров и красителей

Многие полимеры, используемые в товарах народного потребления, деградируют под действием УФ света. Для предотвращения деградации в такие полимеры добавляются специальные вещества, способные поглощать УФ, что особенно важно в тех случаях, когда продукт подвергается непосредственному воздействию солнечного света. Проблема проявляется в исчезновении цвета, потускнению поверхности, растрескиванию, а иногда и полному разрушению самого изделия. Скорость разрушения возрастает с ростом времени воздействия и интенсивности солнечного света.

Описанный эффект известен как УФ старение и является одной из разновидностей старения полимеров. К чувствительным полимерам относятся термопластики, такие как, полипропилен, полиэтилен, полиметилметакрилат (органическое стекло), а также специальные волокна, например, арамидное волокно. Поглощение УФ приводит к разрушению полимерной цепи и потере прочности в ряде точек структуры. Воздействие УФ на полимеры используется в нанотехнологиях, трансплантологии, рентгенолитографии и др. областях для модификации свойств (шероховатость, гидрофобность) поверхности полимеров. Например, известно сглаживающее действие вакуумного ультрафиолета (ВУФ) на поверхность полиметилметакрилата.

Сфера применения

Чёрный свет

На кредитных картах VISA при освещении УФ лучами появляется изображение парящего голубя

Лампа чёрного света - лампа, которая излучает преимущественно в длинноволновой ультрафиолетовой области спектра (диапазон UVA) и даёт крайне мало видимого света.

Для защиты документов от подделки их часто снабжают ультрафиолетовыми метками, которые видны только в условиях ультрафиолетового освещения. Большинство паспортов, а также банкноты различных стран содержат защитные элементы в виде краски или нитей, светящихся в ультрафиолете.

Ультрафиолетовое излучение, даваемое лампами чёрного света, является достаточно мягким и оказывает наименее серьёзное негативное влияние на здоровье человека. Однако при использовании данных ламп в темном помещении существует некоторая опасность связанная именно с незначительным излучением в видимом спектре. Это обусловлено тем, что в темноте зрачок расширяется и относительно большая часть излучения беспрепятственно попадает на сетчатку.

Стерилизация ультрафиолетовым излучением

Обеззараживание воздуха и поверхностей

Кварцевая лампа, используемая для стерилизации в лаборатории

Ультрафиолетовые лампы используются для стерилизации (обеззараживания) воды, воздуха и различных поверхностей во всех сферах жизнедеятельности человека. В наиболее распространённых лампах низкого давления почти весь спектр излучения приходится на длину волны 253,7 нм, что хорошо согласуется с пиком кривой бактерицидной эффективности (то есть эффективности поглощения ультрафиолета молекулами ДНК). Этот пик находится в районе длины волны излучения равной 253,7 нм, которое оказывает наибольшее влияние на ДНК, однако природные вещества (например, вода) задерживают проникновение УФ.

Бактерицидное УФ излучение на этих длинах волн вызывает димеризацию тимина в молекулах ДНК. Накопление таких изменений в ДНК микроорганизмов приводит к замедлению темпов их размножения и вымиранию. Ультрафиолетовые лампы с бактерицидным эффектом в основном используются в таких устройствах, как бактерицидные облучатели и бактерицидные рециркуляторы.

Ультрафиолетовая обработка воды, воздуха и поверхности не обладает пролонгированным эффектом. Достоинство данной особенности заключается в том, что исключается вредное воздействие на человека и животных. В случае обработки сточных вод УФ флора водоемов не страдает от сбросов, как, например, при сбросе вод, обработанных хлором, продолжающим уничтожать жизнь ещё долго после использования на очистных сооружениях.

Ультрафиолетовые лампы с бактерицидным эффектом в обиходе часто называют просто бактерицидными лампами. Кварцевые лампы также имеют бактерицидный эффект, но их название обусловлено не эффектом действия, как у бактерицидных лампах, а связано с материалом колбы лампы - кварцевым стеклом.

Дезинфекция питьевой воды

Дезинфекция воды осуществляется способом хлорирования в сочетании, как правило, с озонированием или обеззараживанием ультрафиолетовым (УФ) излучением. Обеззараживание ультрафиолетовым (УФ) излучением - безопасный, экономичный и эффективный способ дезинфекции. Ни озонирование, ни ультрафиолетовое излучение не обладают бактерицидным последействием, поэтому их не допускается использовать в качестве самостоятельных средств обеззараживания воды при подготовке воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения, для бассейнов. Озониpование и ультрафиолетовое обеззараживаниe применяются как дополнительные методы дезинфекции, вместе с хлорированием, повышают эффективность хлорирования и снижают количество добавляемых хлорсодержащих реагентов.

Принцип действия УФ-излучения. УФ-дезинфекция выполняется при облучении находящихся в воде микроорганизмов УФ-излучением определённой интенсивности (достаточная длина волны для полного уничтожения микроорганизмов равна 260,5 нм) в течение определённого периода времени. В результате такого облучения микроорганизмы «микробиологически» погибают, так как они теряют способность воспроизводства. УФ-излучение в диапазоне длин волн около 254 нм хорошо проникает сквозь воду и стенку клетки переносимого водой микроорганизма и поглощается ДНК микроорганизмов, вызывая нарушение её структуры. В результате прекращается процесс воспроизводства микроорганизмов. Следует отметить, что данный механизм распространяется на живые клетки любого организма в целом, именно этим обусловлена опасность жесткого ультрафиолета.

Хотя по эффективности обеззараживания воды УФ обработка в несколько раз уступает озонированию, на сегодня использование УФ-излучения - один из самых эффективных и безопасных способов обеззараживания воды в случаях, когда объем обрабатываемой воды невелик.

В настоящее время в развивающихся странах, в регионах испытывающих недостаток чистой питьевой воды внедряется метод дезинфекции воды солнечным светом (SODIS), в котором основную роль в очистке воды от микроорганизмов играет ультрафиолетовая компонента солнечного излучения.

Химический анализ

УФ - спектрометрия

УФ-спектрофотометрия основана на облучении вещества монохроматическим УФ-излучением, длина волны которого изменяется со временем. Вещество в разной степени поглощает УФ-излучение с разными длинами волн. График, по оси ординат которого отложено количество пропущенного или отраженного излучения, а по оси абсцисс - длина волны, образует спектр. Спектры уникальны для каждого вещества, на этом основывается идентификация отдельных веществ в смеси, а также их количественное измерение.

Анализ минералов

Многие минералы содержат вещества, которые при освещении ультрафиолетовым излучением начинают испускать видимый свет. Каждая примесь светится по-своему, что позволяет по характеру свечения определять состав данного минерала. А. А. Малахов в своей книге «Занимательно о геологии» (М., «Молодая гвардия», 1969. 240 с) рассказывает об этом так: «Необычное свечение минералов вызывают и катодный, и ультрафиолетовый, и рентгеновский лучи. В мире мёртвого камня загораются и светят наиболее ярко те минералы, которые, попав в зону ультрафиолетового света, рассказывают о мельчайших примесях урана или марганца, включённых в состав породы. Странным „неземным“ цветом вспыхивают и многие другие минералы, не содержащие никаких примесей. Целый день я провёл в лаборатории, где наблюдал люминесцентное свечение минералов. Обычный бесцветный кальцит расцвечивался чудесным образом под влиянием различных источников света. Катодные лучи делали кристалл рубиново-красным, в ультрафиолете он загорался малиново-красными тонами. Два минерала - флюорит и циркон - не различались в рентгеновских лучах. Оба были зелёными. Но стоило подключить катодный свет, как флюорит становился фиолетовым, а циркон - лимонно-жёлтым.» (с. 11).

Качественный хроматографический анализ

Хроматограммы, полученные методом ТСХ, нередко просматривают в ультрафиолетовом свете, что позволяет идентифицировать ряд органических веществ по цвету свечения и индексу удерживания.

Ловля насекомых

Ультрафиолетовое излучение нередко применяется при ловле насекомых на свет (нередко в сочетании с лампами, излучающими в видимой части спектра). Это связано с тем, что у большинства насекомых видимый диапазон смещён, по сравнению с человеческим зрением, в коротковолновую часть спектра: насекомые не видят того, что человек воспринимает как красный, но видят мягкий ультрафиолетовый свет. Возможно поэтому при сварки в аргоне(с открытой дугой)поджариваются мухи(они летят на свет а там температура 7000 градусов)!

Теоретически вопрос «Чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых? » мог бы заинтересовать любого человека. Ведь и те, и другие лучи входят в состав солнечного спектра – а воздействию Солнца мы подвергаемся ежедневно. На практике же его чаще всего задают себе те, кто собирается приобрести устройства, известные как инфракрасные обогреватели, и хотел бы убедиться в том, что подобные приборы абсолютно безопасны для здоровья человека.

Чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых с точки зрения физики

Как известно, кроме семи видимых цветов спектра за его пределами имеются и невидимые глазу излучения. Помимо инфракрасных и ультрафиолетовых, к ним относятся рентгеновские лучи, гамма-лучи и микроволны.

Инфракрасные и УФ-лучи сходны в одном: и те, и другие относятся к той части спектра, который не видим невооруженному глазу человека. Но этим и ограничивается их сходство.

Инфракрасное излучение

Инфракрасные лучи были обнаружены за пределами красной границы, между длинноволновым и коротковолновым участками этой части спектра. Стоит отметить, что почти половина солнечной радиации – это именно инфракрасное излучение. Основная характеристика этих не видимых глазу лучей – сильная тепловая энергия: ее непрерывно излучают все нагретые тела.
Излучение этого вида подразделяется на три области по такому параметру, как длина волны:

• от 0,75 до 1,5 мкм – ближняя область;
• от 1,5 до 5,6 мкм – средняя;
• от 5,6 до 100 мкм – дальняя.

Нужно понимать, что инфракрасное излучение является не продуктом всевозможных современных технических устройств, к примеру, ИК-обогревателей. Это фактор природной окружающей среды, который постоянно действует на человека. Наше тело непрерывно поглощает и отдает инфракрасные лучи.

Ультрафиолетовое излучение

Существование лучей за фиолетовой границей спектра было доказано в 1801 году. Диапазон ультрафиолетовых лучей, испускаемых Солнцем, составляет от 400 до 20 нм, однако до земной поверхности доходят только незначительная часть коротковолнового спектра – до 290 нм.
Ученые считают, что ультрафиолету принадлежит значительная роль в образовании первых на Земле органических соединений. Однако воздействие этого излучения носит и отрицательный характер, приводя к распаду органических веществ.
При ответе на вопрос, чем инфракрасное излучение отличается от ультрафиолетового , необходимо обязательно рассмотреть воздействие на организм человека. И здесь основное отличие заключается в том, что эффект инфракрасных лучей ограничивается преимущественно тепловым действием, в то время как ультрафиолетовые лучи способны оказывать еще и фотохимическое воздействие.
УФ-излучение активно поглощается нуклеиновыми кислотами, следствием чего являются изменения важнейших показателей жизнедеятельности клеток – способности к росту и делению. Именно повреждение ДНК является главным компонентом механизма воздействия на организмы ультрафиолетовых лучей.
Основной орган нашего тела, на который действует ультрафиолетовое излучение – это кожа. Известно, что благодаря УФ-лучам запускается процесс образования витамина Д, который необходим для нормального усвоения кальция, а также синтезируются серотонин и мелатонин – важные гормоны, оказывающие влияние на суточные ритмы и настроение человека.

Воздействие ИК и УФ-излучения на кожу

Когда человек подвергается воздействию солнечных лучей, на поверхность его тела оказывают влияние и инфракрасные, ультрафиолетовые лучи. Но результат этого воздействия будет различным:

• ИК-лучи вызывают прилив крови к поверхностным слоям кожи, повышение ее температуры и покраснение (калорическая эритема). Этот эффект исчезает сразу же, как только действие облучения прекращается.
• Воздействие УФ-излучения имеет скрытый период и может проявляться через несколько часов после облучения. Длительность ультрафиолетовой эритемы составляет от 10 часов до 3-4 дней. Кожа краснеет, может шелушиться, затем окраска ее становится более темной (загар).

Доказано, что избыточное воздействие ультрафиолета может привести к возникновению злокачественных заболеваний кожи. В то же время в определенных дозах УФ-излучение полезно для организма, что позволяет применять его для профилактики и лечения, а также для уничтожения бактерий в воздухе помещений.

Безопасно ли инфракрасное излучение?

Опасения людей по отношению к такому виду устройств, как инфракрасные обогреватели, вполне понятно. В современном обществе уже сформировалась устойчивая тенденция с изрядной долей опасения относиться ко многим видам излучения: радиация, рентгеновские лучи и др.
Рядовым потребителям, которые собираются приобрести устройства, основанные на использовании инфракрасного излучения, важнее всего знать следующее: инфракрасные лучи совершенно безопасны для здоровья человека. Именно это стоит подчеркнуть, рассматривая вопрос, чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых .
Исследованиями доказано: длинноволновое ИК-излучение не только полезно для нашего тела – оно ему совершенно необходимо. При недостатке ИК-лучей страдает иммунитет организма, а также проявляется эффект его ускоренного старения.


Положительное воздействие инфракрасного излучения уже не вызывает сомнений и проявляется в различных аспектах.

Растения