Mine sisu juurde

Ultraviolettkiirgus

Allikas: Vikipeedia
Laborivahendite steriliseerimine kasutades UV-kiirgust

Ultraviolettkiirgus ehk UV-kiirgus on üks osa elektromagnetlainete spektrist: lainepikkuste vahemik (vaakumis) 10 – 400 nanomeetrit (nm). Inimsilm UV-kiirgust ei näe, sest nähtava valguse spekter algab just umbes 400 nanomeetrist.

10 nanomeetrist väiksema lainepikkusega kiirgust nimetatakse röntgenkiirguseks – seega jääb ultraviolettkiirguse spekter röntgenkiirguse ja nähtava valguse vahele (piirneb violetse valgusega).

UV-kiirgus on üks osa elektromagnetlainetest, mis jõuavad meieni Päikeselt, moodustades umbes 10% Päikeselt tuleva elektromagnetilise kiirguse võimsusest. Ent ultraviolettkiirguse allikaid on teisigi: see tekib näiteks kaarlahenduse käigus, UV on osa Tšerenkovi kiirgusest ning UV-d tekitavad ka spetsiaalsed valgusallikad, nagu elavhõbelambid, päevituslambid ja Wood’i lambid (black lights).

Ultraviolettkiirguse footonitel on suurem energia kui nähtava valguse footonitel — umbes 3,1 kuni 12 elektronvolti. Selle energiavahemiku ülemine ots on ligikaudu minimaalne energia, mis on vajalik aatomite ioniseerimiseks (10 eV loetakse minimaalseks).[1]: 25–26  Seega on lühilaineline ultraviolettkiirgus ioniseeriv kiirgus.[2] Näiteks kahjustab selline kiirgus DNA-d ja steriliseerib pindu. Pikemalainelist UV-kiirgust ei loeta ioniseerivaks kiirguseks[2], kuna selle footonitel ei ole piisavalt energiat, kuid see võib siiski esile kutsuda keemilisi reaktsioone ja panna paljusid aineid helendama ehk fluorestseeruma. Paljud praktilised seadmed jm lahendused (sealhulgas keemilised, bioloogilised) on loodud teades seda, kuidas UV-kiirgus mõjub orgaanilistele molekulidele. Selle kiirguse mõjul võivad elektronid molekulides minna ergastatud olekusse, s.o kõrgematele energiatasemetele, ning lõhkuda keemilisi sidemeid. Võrdluseks: UV-kiirgusest pikema lainepikkusega kiirguse peamine toime on see, et molekulid ja aatomid hakkavad kiiremini liikuma – mis tõstab keha temperatuuri.[1]: 28  

Kõige tuntumad nähtused, mis tekivad inimese naha kokkupuutel UV-kiirgusega, on päevitus ja päikesepõletus, samuti suureneb nahavähi risk. Päikeselt tulev UV-kiirguse hulk on nii suur, et elu maismaal ei oleks võimalik, kui suurem osa sellest kiirgusest ei neelduks Maa atmosfääris. [3] Kõige suurema energiaga, s.o kõige lühema lühema lainepikkusega (alla 121 nm) „äärmuslik” UV-kiirgus ioniseerib õhku nii tugevalt, et neeldub enne maapinnani jõudmist.[4] Samas on UV-kiirgus (täpsemalt UVB) oluline D-vitamiini sünteesiks enamikul maismaaselgroogsetel, s.h inimestel.[5] Seega mõjub UV-spektri kiirgus elusorganismidele nii kasulikult kui ka kahjulikult.

Nähtava valguse spektri alumiseks lainepikkuse piiriks loetakse tavapäraselt 400 nanomeetrit. Kuigi inimesed UV-kiirgust üldiselt ei näe, ei ole 400 nm siiski selge järsk piir — lühemad lainepikkused muutuvad lihtsalt selles spektri piirkonnas järjest vähem nähtavaks.[6] Putukad, linnud ja mõned imetajad suudavad näha lähiultraviolettkiirgust (UV-A), st veidi lühemaid lainepikkusi kui inimesed.[7]

Nägemismeel ja UV-kiirgus

[muuda | muuda lähteteksti]

Inimese nägemismeel ei taju ultraviolettkiiri. Inimsilma lääts ning alates 1986. aastast kasutusele võetud kirurgiliselt paigaldatud läätsed blokeerivad enamiku lähiultraviolettkiirgusest (lainepikkused 300–400 nm); lühemad lainepikkused blokeerib sarvkest.[8] Samuti ei ole inimestel kolvikesi, mis oleksid kohandunud ultraviolettkiirguse tajumiseks. Võrkkestal olevad valgustundlikud rakud on lähi-UV suhtes tundlikud, kuid silmalääts ei fokusseeri seda valgust, mistõttu UV-lambid tunduvad hägusad.[9][10] Inimesed, kellel puudub silmalääts (nimetatakse afaakia ehk silmaläätsetus), tajuvad lähi-UV-kiirgust valkjas-sinaka või valkjas-violetsena.[6] Lähi-UV-kiirgust näevad putukad, mõned imetajad ja mõned linnud. Lindudel on eraldi neljandat tüüpi kolvike UV-kiirte jaoks; tänu nendele kolvikesed ning silmale, mis laseb UV-d paremini läbi, on väiksematel lindudel "tõeline" UV-nägemine.[11][12]

Ajalugu ja avastamine

[muuda | muuda lähteteksti]

Sõna „ultraviolett” tähendab „violetist kaugemal” (ladina keelest ultra, “äärmuslik”, “üle”, „ülim”), kuna violetne on kõrgeima sagedusega nähtava valguse värv. Ultraviolettkiirgusel on violetse valgusega võrreldes kõrgem sagedus (ehk lühem lainepikkus).

UV-kiirgus avastati 1801. aasta veebruaris, kui Saksa füüsik Johann Wilhelm Ritter täheldas, et nähtava spektri violetsest piirist suurema sagedusega kiired tumendasid hõbekloriidiga immutatud paberit kiiremini kui violetne valgus ise. Ta andis oma avastusest teada saates lühikes kirja ajakirjale Annalen der Physik [13][14] ning nimetas neid hiljem „(de)oksüdeerivateks kiirteks” (saksa keeles de-oxidierende Strahlen), et rõhutada nende keemilist aktiivsust ning eristada neid „soojuskiirtest”, mis olid avastatud eelmisel aastal nähtava spektri teises otsas. Varsti pärast seda võeti kasutusele lihtsam nimetus „keemilised kiired” (chemical rays). Sellest sai antud kiirguse levinud nimetus kogu 19. sajandiks. Mõned teadlased, näiteks John William Draper, väitsid siiski, et see kiirgus on valgusest täiesti erinev, nimetades seda tithonic rays [15][16]. Hiljem loobuti mõistetest „keemilised kiired” ja „soojuskiired” ning võeti kasutusele tänapäevased terminid: vastavalt ultraviolett- ja infrapunakiirgus.[17][18] 1878. aastal avastati, et lühilaineline valgus suudab tappa baktereid, olles seega steriliseeriva toimega. Aastaks 1903 oli teada, et kõige tõhusamad lainepikkused on umbes 250 nm. 1960. aastal tõestati, et ultraviolettkiirgus mõjutab DNA-d.[19]


Ultraviolettkiirgus, mille lainepikkus jääb alla 200 nm, sai nimeks „vaakum-ultraviolett” (vacuum ultraviolet), kuna see neeldub tugevalt õhus olevas hapnikus. Selle avastuse tegi 1893. aastal Saksa füüsik Victor Schumann.[20] Ultraviolettkiirguse jagamine UV-A-, UV-B- ja UV-C-tüüpideks kinnitati üksmeelselt Teise Rahvusvahelise Valguskongressi komitee poolt 17. augustil 1932 Kopenhaagenis Christiansborgi lossis.[21]

Ultraviolettkiirguse liigid

[muuda | muuda lähteteksti]
Ultraviolettkiirguse liigid (DIN 5031-7)[22]
Liik Tähis Lainepikkus Footoni energia
Lähi-UV UV-A 380–315 nm 3,26–3,94 eV
Kesk-UV UV-B 315–280 nm 3,94–4,43 eV
Kaug-UV UV-C-FUV 280–200 nm 4,43–6,2 eV
Vaakum-UV UV-C-VUV 200–100 nm 6,20–12,4 eV
Extra-UV[23] EUV 121–10 nm 10,25–124 eV

Ultraviolettkiirgus hõlmab lainepikkuste riba 100 nanomeetrist (nm) kuni 380 nanomeetrini, vastavalt sagedusriba 789 terahertsist (THz) kuni 3 petahertsini (PHz), mis on jaotatud mitmeks alaliigiks. Tabelis esitatud liigituse kõrval on kasutusel ka teistsuguseid jaotusi. Näiteks WHO määratluse järgi ulatub UV-kiirguse ala 1 nanomeetrist 400 nanomeetrini.[24]

Päikesest lähtuvast UV-kiirgusest neeldub atmosfääris (peamiselt osoonikihis) täielikult lühilaineline kiirgus lainepikkusega alla 200 nm, seega ekstraviolettkiirgus ja vaakumiultraviolettkiirgus (levibki üksnes vaakumis). Maapinnani tungib UV-A-kiirgus ja vähemal määral UV-B-kiirgus.

Tehislikud UV-kiirguse allikad on näiteks kõrgrõhu- ja ülikõrgrõhu-elavhõbelamp, UV-valgusdiood ja ultraviolettlaser (eksimeerlaser). UV-kiirgus tekib ka näiteks luminofoorlampides, kus selle ultraviolettkiirguse muundab nähtavaks valguseks lambi klaaskesta sisepinnale kantud luminofoor.

Tavaline (akna)klaas neelab UV-B- ja UV-C-kiirguse, kuid pikemalainelist (üle 300 nm) kiirgust laseb osaliselt läbi. UV-seadmeis kasutatakse sellele kiirgusele läbipaistvat kvartsklaasi.

Vaata ka

[muuda | muuda lähteteksti]

Viited

[muuda | muuda lähteteksti]
  1. ↑ 1,0 1,1 Maqbool, Muhammad (2023). An Introduction to Non-Ionizing Radiation. Bentham Science Publishers. ISBN 9789815136906.
  2. ↑ 2,0 2,1 Ida, Nathan (2008). Engineering Electromagnetics, 2nd Ed. Springer Science and Business Media. Lk 1122. ISBN 9780387201566.
  3. ↑ "Reference Solar Spectral Irradiance: Air Mass 1.5". Originaali arhiivikoopia seisuga 27. jaanuar 2011. Vaadatud 12. novembril 2009.
  4. ↑ Haigh, Joanna D. (2007). "The Sun and the Earth's Climate: Absorption of solar spectral radiation by the atmosphere". Living Reviews in Solar Physics. 4 (2): 2. Bibcode:2007LRSP....4....2H. DOI:10.12942/lrsp-2007-2.
  5. ↑ Wacker, Matthias; Holick, Michael F. (1. jaanuar 2013). "Sunlight and Vitamin D". Dermato-endocrinology. 5 (1): 51–108. DOI:10.4161/derm.24494. ISSN 1938-1972. PMC 3897598. PMID 24494042.
  6. ↑ 6,0 6,1 David Hambling (29. mai 2002). "Let the light shine in". The Guardian. Originaali arhiivikoopia seisuga 23. november 2014. Vaadatud 2. jaanuaril 2015.
  7. ↑ Cronin, Thomas W.; Bok, Michael J. (15. september 2016). "Photoreception and vision in the ultraviolet". Journal of Experimental Biology (inglise). 219 (18): 2790–2801. Bibcode:2016JExpB.219.2790C. DOI:10.1242/jeb.128769. hdl:11603/13303. ISSN 1477-9145. PMID 27655820. S2CID 22365933.
  8. ↑ M A Mainster (2006). "Violet and blue light blocking intraocular lenses: photoprotection versus photoreception". British Journal of Ophthalmology. 90 (6): 784–792. DOI:10.1136/bjo.2005.086553. PMC 1860240. PMID 16714268.
  9. ↑ Lynch, David K.; Livingston, William Charles (2001). Color and Light in Nature (2nd ed.). Cambridge: Cambridge University Press. Lk 231. ISBN 978-0-521-77504-5. Originaali arhiivikoopia seisuga 31. detsember 2013. Vaadatud 12. oktoobril 2013. Limits of the eye's overall range of sensitivity extends from about 310 to 1050 nanometers
  10. ↑ Dash, Madhab Chandra; Dash, Satya Prakash (2009). Fundamentals of Ecology 3E. Tata McGraw-Hill Education. Lk 213. ISBN 978-1-259-08109-5. Originaali arhiivikoopia seisuga 31. detsember 2013. Vaadatud 18. oktoobril 2013. Normally the human eye responds to light rays from 390 to 760 nm. This can be extended to a range of 310 to 1,050 nm under artificial conditions.
  11. ↑ Bennington-Castro, Joseph (22. november 2013). "Want ultraviolet vision? You're going to need smaller eyes". Gizmodo. Originaali arhiivikoopia seisuga 7. mai 2016.
  12. ↑ Hunt, D. M.; Carvalho, L. S.; Cowing, J. A.; Davies, W. L. (2009). "Evolution and spectral tuning of visual pigments in birds and mammals". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 364 (1531): 2941–2955. DOI:10.1098/rstb.2009.0044. ISSN 0962-8436. PMC 2781856. PMID 19720655.
  13. ↑ Gbur, Gregory (25. juuli 2024). "The discovery of ultraviolet light". Skulls in the Stars (inglise). Vaadatud 17. septembril 2024. citing to "Von den Herren Ritter und Böckmann" [From Misters Ritter and Böckmann]. Annalen der Physik (saksa). 7 (4): 527. 1801.
  14. ↑ Frercks, Jan; Weber, Heiko; Wiesenfeldt, Gerhard (1. juuni 2009). "Reception and discovery: the nature of Johann Wilhelm Ritter's invisible rays". Studies in History and Philosophy of Science Part A. 40 (2): 143–156. Bibcode:2009SHPSA..40..143F. DOI:10.1016/j.shpsa.2009.03.014. ISSN 0039-3681.
  15. ↑ Draper, J.W. (1842). "On a new Imponderable Substance and on a Class of Chemical Rays analogous to the rays of Dark Heat". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 80: 453–461.
  16. ↑ Draper, John W. (1843). "Description of the tithonometer, an instrument for measuring the chemical force of the indigo-tithonic rays". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science (inglise). 23 (154): 401–415. DOI:10.1080/14786444308644763. ISSN 1941-5966.
  17. ↑ Beeson, Steven; Mayer, James W (23. oktoober 2007). "12.2.2 Discoveries beyond the visible". Patterns of light: chasing the spectrum from Aristotle to LEDs. New York: Springer. Lk 149. ISBN 978-0-387-75107-8.
  18. ↑ Hockberger, Philip E. (detsember 2002). "A history of ultraviolet photobiology for humans, animals and microorganisms". Photochem. Photobiol. 76 (6): 561–79. DOI:10.1562/0031-8655(2002)0760561AHOUPF2.0.CO2. PMID 12511035. S2CID 222100404.
  19. ↑ Bolton, James; Colton, Christine (2008). The Ultraviolet Disinfection Handbook. American Water Works Association. Lk 3–4. ISBN 978-1 58321-584-5.
  20. ↑ The ozone layer also protects living beings from this. Lyman, Theodore (1914). "Victor Schumann". The Astrophysical Journal. 38 (1): 1–4. Bibcode:1914ApJ....39....1L. DOI:10.1086/142050.
  21. ↑ Coblentz, W. W. (4. november 1932). "The Copenhagen Meeting of the Second International Congress on Light". Science (inglise). 76 (1975): 412–415. DOI:10.1126/science.76.1975.412. ISSN 0036-8075. PMID 17831918.
  22. ↑ Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlängenbereiche. DIN 5031 Teil 7, Januar 1984.
  23. ↑ ISO 21348 1. Mai 2007. Space environment (natural and artificial) — Process for determining solar irradiances.
  24. ↑ World Health Organization (WHO): [Global Solar UV Index: A Practical Guide. 2002.

Välislingid

[muuda | muuda lähteteksti]
Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=Ultraviolettkiirgus&oldid=6888295"