افزایش و گسترش اشعه ی فرابنفش
اشعه فرابنفش بین طول موجهای ۰.۰۱۴۴ میکرومتر و ۰.۳۹ میکرومتر است. اشعه فرابنفش را به سه منطقه تقسیم می‌کنند:
ماورا بنفش با طول موج بلند یا ماورا بنفش A : این اشعه بین طول موجهای ۰.۳۹ و ۰.۳۱۵ میکرومتر قرار دارد. نسبت این اشعه در نور آفتاب ، قوس الکتریکی زغال و چراغهای الکتریکی معمولی زیاد است.
· ماورا بنفش با طول موج متوسط یا ماورا بنفش B : این اشعه بین طول موجهای ۰.۳۱۵ و ۰.۲۸ میکرومتر است. این اشعه در نور چراغ بخار جیوه و قوسهای الکتریکی با الکترودهای فلزی وجود دارد، تاثیر آنها درپوست شدید است.
· ماورا بنفش با طول موج کوتاه یا ماورا بنفش C : این اشعه شامل طولموجهای کوتاهتر از ۰.۲۸ میکرومتر است و فقط در قوس الکتریکی جیوهوجود دارد.
جذب اشعه فرابنفش
· از شیشه معمولی فقط اشعه فرابنفش A عبور می‌کند. در صنعت شیشه‌هایی با ترکیبات مخصوص می‌سازند که طول موج ۰.۲۶ یعنی ماورا بنفش B و A و قسمتی از C را نیز عبور دهد.
· شفافیت کوارتز خیلی بیشتر از شیشه است و فقط طول موجهای کوتاهتر از ۰.۱۸ میکرومتر در آن جذب می‌شود. به همین سبب حبابهای چراغهای مولد اشعه فرابنفش را از کوارتز تهیه می‌کنند.
· آب خالص برای اشعه فرابنفش ، شفاف‌ترین مایعات است و طبقات نازک آن امواج بلندتر از ۰.۲ میکرومتر را از خود عبور می‌دهند
· گازها معمولا برای اشعه فرابنفش ، شفاف هستند و طول موجهای بلندتر از ۰.۱۸ میکرومتر از لایه‌های نازک هوا بخوبی عبور می‌کنند
منابع اشعه فرابنفش
نسبت اشعه فرابنفش در قوس الکتریکی زغال نسبتا کم است، ولی اگر اکسیدهای فلزی به الکترودهای زغالی اضافه کنند، مقدار این اشعه افزایش می‌یابد. برای این کار الکترودهایی می‌سازند که در آنها یک غلاف زغالی دور اکسید فلزی را گرفته است. قوسهایی که الکترود آنها از فلز خالص ساخته شده باشند، نیز به نسبت زیاد اشعه فرابنفش دارند
چراغهای بخار جیوه
مهمترین و متداولترین منابع اشعه فرابنفش چراغهای بخار جیوه هستند که با مصرف کم نیروی الکتریکی ، مقدار زیادی اشعه فرابنفش تولید می‌کنند. قسمت اساسی لامپ از لوله‌ای از جنس کوارتز ساخته شده است که در دو طرف آن دارای دو مخزن جیوه است
اندازه گیری اشعه فرابنفش
اساس اندازه گیری اشعه فرابنفش متکی به خواص فیزیکی و شیمیایی آن است. وسایلی که برای اندازه گیری اشعه فرابنفش وجود دارد، اکتی نومتر (Actinometer) نامیده می‌شود و به سه دسته تقسیم می‌شود
پیل ترموالکتریک : جسمی را که کلیه اشعه را جذب می‌کند، در معرض تابش اشعه قرار داده و حرارت حاصله را اندازه گیری می‌کنند
· اکتی نومتر فیزیکی : مهمترن این نوع اکتی نومترها سلول فوتوالکتریک (Photoelectric) است که از یک حباب از جنس کوارتز که به خوبی تخلیه شده است، تشکیل شده و نیز شامل دو الکتروداست
· اکتی نومتر شیمیایی : املاح نقره در اثر تابش اشعه فرابنفش احیا شده و چون نقره آن آزاد می‌گردد، املاح سیاه رنگ می‌شود. اکتی نومتری که متکی به خاصیت فوق است، اکتی نومتر بوردیه(Bordier) است
خواص فیزیکی اشعه فرابنفش
خاصیت فوتوالکتریک
اگر اشعه فرابنفش به فلزات بتابد، از آنها الکترون جدا می‌کند، ولی جدا شدن الکترون در کلیه فلزات به یک اندازه نیست و حساسیت کادمیوم بیش از همه می‌باشد. مقدار الکترونی که از فلز جدا می‌شود، متناسب با مقدار انرژی اشعه‌ای است که به آن می‌تابد
خواص شیمیایی اشعه فرابنفش
خاصیت فلوئورسانس
یکی از خواص مهم و جالب اشعه فرابنفش خاصیت فلوئورسانس آن می‌باشد. اگر در مقابل اشعه فرابنفش و یا یک چراغ بخار جیوه ، اجسامی از قبیل گچ و کولوفان(Colophan) و محلول سالسیلات دو سود یا آنتی پیرین و یا بعضی از سنگهای معدنی را قرار دهند، ملاحظه می‌شود که هر یک به نسبت جذب اشعه به رنگهای مختلف درخشندگی پیدا می‌کند. این خاصیت نیز بستگی به طول موج و شدت جذب اشعه دارد. بعضی اجسام در مقابل اشعه فرابنفش با موج بلند این خاصیت را ندارند و به عکس در مقابل اشعه فرابنفش با موج کوتاه خاصیت فلوئورسانس پیدا می‌کند
خاصیت فوتو شیمیایی
اشعه فرابنفش باعث تعداد زیادی فعل و انفعالات شیمیایی می‌شود و این خاصیت در اشعه با موج کوتاه ۰.۳ میکرومتر شدیدتر است. از جمله مانند نور مرئی که املاح نقره را تجزیه و فلز آنها را آزاد می‌سازد و این خاصیت در اشعه با موج کوتاه بیشتر است. مدتها برای اندازه گیری مقدار اشعه فرابنفش از این خاصیت استفاده می‌کردند
کاربرد اشعه فرابنفش
برای ضد عفونی کردن آبها
تحریک پذیری شدید روی اعضای حسی سطحی
تخریب نسوج
تخریب باکتریها
تابش ماورائ بنفش (فرا بنفشUV )
تابش ماورائ بنفش دامنه موجیست در گستره امواج الکترومغناطیسی بادامنه طول موجی کوتاه تر از نور مرئی، ولی بلند تر از اشعه X
منبع نامگذاری
اصطلاح فوق برداشتی از نام انگلیسی آن یعنی ultraviolet به مفهوم Ultra در زبان لاتین “ماورا یا فرا” و Violet به مفهوم “بنفش” که در طیف نور مرئی کوتاهترین طول موج را دارا می باشند
این تابش را می توان بر حسب میزان نفوذ، به زیر گروه های زیر تقسیم بندی کرد
NUV-نزدیک فرا بنفش با طول موج ۲۰۰-۴۰۰nm** (ظاهرا کم خطر برای سلامتی محیط زیست)
VUV- VACUUM UV (دارای ریسک بالاترولی خطرناک )
XUV or EUV یا XUV1-31nm )ٍExtreme UV) (بسیار مضر و مخرب برای سلامتی محیط زیست )
* nm نانو متربرابر با یک ملییونم متر
نحوه کشف تابش
تابش ماورائ بنفش بگونه ای کاملا اتفاقی با مشاهده تغییر رنگ و تیرگی املاح نقره در مقابل نور مستقم آفتاب کشف گردید. در سال ۱۸۰۱ دانشمند آلمانی “یوهان ویلهلم رییتر” بر اثر مشاهداتش توجه نمود که تابش های ماورائ بنفش، که نامرئی هستند، عامل اساسی در تیرگی صفحات کاغذ آغشته به کلرید نقره می باشند. او در آن زمان این پدیده را “اشعه های شیمیائی” نامید.
توزیع تابش هنگامی که بحث از تاثیر این تابش غیر مرئی بر سلامت انسان ومحیط زیست وی است، بایستی این تابش را به زیر شاخه هایر ذیل تکه کرد: UVA (400-300nm(ظاهرا کم خطر)
UVB (320-280nm (خطرناک )
UVC ( < 280 nm (بسیار مخرب)
نکات
برخی دامنه ها از تابش های فرا بنفش، اصطلاحا به “نور سیاه” یا Black Lightمعروفند، به همان دلیل که مرئی نیستند ولی بدون باقی گذاردن هیچگونه اثرحرارتی یا سوختگی،( از آن نوعی که آفتاب سوختگی معمولی باعث آن است، مانند قرمز شدن یا تاول پوست و پوسته پوسته شدن آن)، قادرند تا اعماق زیادی در بافت ها ونسوج نفوذ کرده و از پیری زودرس پوست ، تخریب ساختار DNA سلول ها و احتملا در حالات پیشرفته، تا سرطانی کردن آنان پیش بروند.
* برخی از موجودات از جمله پرندگان، خزندگان، حشرات، از جمله زنبورها قادر به دیدن امواج مرئی نزدیک به تابش UV هستند
* بسیاری از گیاهان، میوه ها، گلها، بذرها، …. قدرت مقاومت فوق العاده ای نسبت به قدرت انسان در مقابل این تابش نشان می دهند
* عقرب ها زیر پرتو UV به رنگهای سبز یا زرد می درخشند
*معدودی از پرندگان نقوشی بر پر دارند که تنها تحت تابش UV قابل مشاهده خواهند بود
* ادرار بعضی از حیوانات گوشتخوار از جمله “گربه” حتی در تاریکی مطلق نیز تحت تابش طول موج خاصی از UV قابل مشاهده است
منبع طبیعی UV
خورشید ساطع کننده اشعه فرابنفش در هر سه باند UVA,UVBو UVC به مقدار فراوان است ولکن به علت ویژگی جذب UV در لایه اوزون آتمسفر، ۹۹% تابش فرا بنفشی که به زمین میرسد از نوع باند (کمتر مضر)UVA است.
شیشه پنجره معمولی نسبت به دامنه ظاهرا کم نفوذ UVA(300-400nm) شفاف بوده ومقاومت چندانی درمقابل آن نشان نمیدهد اما نسبت به عبور طول موج های پائینتر از ۳۵۰nm حساس است به اندازه ای که ۹۰% تابش های UV کوتاه تر از ۳۰۰nm را از خود عبور نمی دهد
VACUUM UV چیست ؟
هوای معمولی در مقابل طول موجهای ۲۰۰nm وپائینتر از آن بصورت شیشه ای مات عمل کرده وآنها را از خود عبور نمی دهد. علت این امر به لطف قابلیت بسیار بالای جذب تابش فرا بنفش موج کوتاه توسط “اکسیژن” جو امکانپذیر شده است، در حالی که مثلا عنصری مانند نیتروژن کاملا برعکس، در برابر UV مانند شیشه ای شفاف عمل می کند. در مجموع میتوان گفت که هوا یا جو نسبت به عبور تابش امواج خیلی کوتاه و مضر فرا بنفش، بسیار سختگیرانه عمل می نماید. همین عکس العمل است که کره خاکی را برای انسانها وبسیاری از جانداران قابل سکونت ساخته است. و باز به همین دلیل، در صنایعی که نیاز به استفاده از تابش فرا بنفش موج کوتاه زیر ۲۰۰nm باشد (مانند صنایع ساخت نیمه هادی ها) ، این عملکرد تنها در محیط های تخلیه شده از اکسیژن امکان پذیر خواهد بود
EXTREME UV چیست ؟
مشخصه این دامنه بسیار موج کوتاه تابش فرا بنفش، دو تاثیر متفاوت آنها با ماده است: طول موجهای بلندتر از ۳۰nm اساسا با ویژگیها وتوان ترکیبی مواد در سطح الکترونی – شیمیائی سروکار دارند در حالی که طول موجهای کوتاهتر از ۳۰nm تابش فرا بنفش تنها تعاملی دارند با اربیتال های الکترونی وهسته اتمها
همانگونه که قبلا نیز اشاره رفت، باند XUV به شدت توسط بسیاری ار عناصر شناخته شده متعارف قابل جذبند،بنابراین فاقد اثر پایدارند ، اما امروزه این امکان بوجود آمده که حتی بتوان تصاویر چند لایه ای که قادر به انعکاس حدود ۵۰% از تابش های XUV باشند را در شرائط سهل و عادی بدست آورد.
از تکنولوژی اخیر در ساختن تلسکوپهائی جهت تصویرپردازی خورشیدی که قبلا امکان ثبت آنها با هیچ تلسکوپ دیگری وجود نداشت، استفاده می شود.. اکنون دو پدیده تلسکوبیک SOHO/EIT و همچنین TRACE توانسته اند به برکت بکارگیری از تکنولوژی Extreme UV، تصاویر خیره کننده ای از خورشید و سایر سیارات و ستارگان و کهکشان های دور و نزدیک در دسترس آدمی قرار بدهند
تاثیرات مثبت تابش فرا بنفش
از جمله اثرات مثبت !!! قرار گرفتن در معرض تابش باند UVB، تحریک پوست جهت تولید “ویتامین D” است. تخمین زده می شود که علت مرگ ناخواسته سالانه ده ها هزار شهروند امریکائی ؛ تنها به دلیل سرطانهای ناشی از کمبود واختلال درجذب ویتامین Dبوده است. دیگر تاثیر اختلال در جذب ویتامین D ، پوکی استخوان و سایر عوارض متاثراز اختلال مغز استخوان که منجر به درد، عدم تحمل وزن شخص توسط خود، و نهایتنا ایجاد ترک و شکستگی های نا خواسته بخصوص در خانمها خواهد بود.
البته امروزه در برخی کشور ها تاکید بسیاری بر غنی سازی مواد خوراکی با افزودن رژیم های ویتامین D و کلسیم می گردد که در مقایسه با اثرات محتمل سوء UVB بر پوست بدن انسان (سرطان) ، بسیار پسندیده و مرجح می باشند
اثرات شیمیائی UV بر سایر مواد
تنزل کیفی مواد پلیمری
رنگدانه ها ، رنگهای نساجی وصنعتی Degradation of Polymers, Pigments andDyes
اکثر مواد پلیمری صنعتی یا موارد مصرفی ،به توسط تخریب انواع تابش های فرا بنفش و به علت تنزل کیفی ، نیاز به پایدار کننده هائی جهت کند کردن روند حمله به ساختار خود دارند.
کاربرد های تابش فرابنفش
نورهای سیاه
نور سیاه به لامپی اطلاق می گردد که قادر است با تابش امواج بلند فرا بنفش که به صورت مرئی به سختی دیده میشوند، با نوعی تابش شبه فلور سنتی، بعنوان یک علامت ضد تقلب ، بر روی اسنادی حساس به طول موجی خاص، چون کارتهای اعتباری، پاسپورت یا کارتهای مهاجرت و گواهینامه رانندگی و غیره….بکار گرفته شود.
امروزه پاسپورت ها و اسکناس های اغلب کشورها، آغشته به مرکب های حساس به UV وایضا مجهز به نوارهای امنیتی اندUV sensitive threads
لامپ های فلورسنت
لامپ های فلور سنت قادرند که با یونیزه نمودن بخار جیوه، تابش فرابنفش تولید کنند. لایه ای فسفری در داخل تیوپ همراه با جذب تابش فرا بنفش است که آنرا تبدیل به نور مرئی می نماید
اندازه گیری اشعه فرابنفش
اشعه فرابنفش از جنس انرژی الکترومغناطیسی است که دارای طولموجهایی بین ۰.۰۱۴۴ میکرومتر و ۰.۳۹ میکرومتر است. به دلیل کاربردهای متفاوتی که در پزشکی و صنعت دارد، اندازه گیری مقدار اشعه لازم می‌باشد. اساس اندازه گیری اشعه فرابنفش بر خواص فیزیکی و شیمیایی استواراست.
وسایلی که برای اندازه گیری اشعه فرابنفش وجود دارد، اکتی نومتر(Actinometer) است و به سه دسته تقسیم می‌شود
پیل ترموالکتریکی ، اکتی نومتر فیزیکی ، اکتی نومتر شیمیایی.
پیل ترموالکتریکی
در این روش جسمی را که کلیه اشعه را جذب می‌کند، در معرض تابش اشعه قرار می‌دهند و گرمای حاصله را اندازه گیری می‌کنند. برای اینکه بتوان شدت اشعه فرابنفش را به تنهایی اندازه گیری کرد، کافی است که ابتدا شدت تمام اشعه منبع نورانی را اندازه گیری نموده و سپس به کمک فیلترهای مناسب که کلیه اشعه فرابنفش را جذب می‌کند، اندازه گیری را تکرار کرد. تفاضل این دو مقدار اشعه فرابنفش را نشان می‌دهد.
اکتی نومتر فیزیکی
مهمترین این نوع اکتی نومترها سلول فوتوالکتریک (Photoelectric) است
ساختمان سلول
سلول فوتو الکتریک متشکل از یک حباب از جنس کوارتز ، که بخوبی تخلیه شده و دوالکترود ، است. کاتد تشکیل شده از یک رسوب فلزی نازک که جدار داخلی حباب به غیر از قسمت کوچکی را که برای ورود نور است، می‌پوشاند. آند در داخل حباب بوده، از یک حلقه فلزی ساخته شده است.
مکانیسم عمل
هرگاه بین دو الکترود اختلاف پتانسیل در حدود ۱۰۰ ولت برقرار کنیم، به شرطی که قطب منفی به رسوب فلزی متصل باشد، هر گاه سلول در تاریکی باشد، جریانینمی‌گذرد، ولی اگر بر رسوب نوری بتابانیم، از آن الکترون جدا شده، جریانی که شدت آن متناسب با شدت نور تابیده است، برقرار می‌شود. شدت این جریان خیلی کم است (در حدود یک میکرو آمپر) و باید آن را بوسیله لامپهای سه قطبی تقویت نمود.
اکتی نومتر شیمیایی
مهمترین این نوع اکتی نومترها ، اکتی نومتر بوردیه (Bordier) است
اکتی نومتر بوردیه
املاح نقره در اثر تابش اشعه فرابنفش احیا می‌شود و چون نقره آن آزاد می‌شود، املاح سیاه رنگ می‌گردند. اکتی نومتری که متکی به خاصیت بالا باشد، اکتی نومتر بوردیه(Bordier) است که محلول فرو سیانور پتاسیم در نتیجه تابش اشعه فرابنفش ، رنگ زرد مایل به آجری پیدا می‌کند و شدت این رنگ به مقدار اشعه فرابنفش بستگی دارد
مکانیسم عمل
برای این اندازه گیری ، نوارهای کاغذی را به محلول ۲۰ درصد فرو سیانور دو پتاسیمآغشته می‌کنند و پس از خشک شدن در معرض تابش اشعه فرابنفش قرار می‌دهند. سپس از مقایسه این نوار کاغذی که رنگین شده است، با یک سری نمونه‌هایی که قبلا تهیه و اندازه گیری شده، به مقدار تابش اشعه فرابنفش پی می‌برند.