Ионизирующие и ультрафиолетовое излучение

.

Ультрафиолетовое излучение

           Вскоре после того, как было обнаружено инфракрасное излучение, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал поиски излучения и в противоположном конце спектра, с длиной волны короче, чем у фиолетового цвета. В 1801 году он обнаружил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Тогда, многие ученые, включая Риттера, пришли к соглашению, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света), и восстановительного (ультрафиолетового) компонента. В то время ультрафиолетовое излучение называли также «актиническим излучением».

        Ультрафиолетовые  лучи, УФ-излучение, не видимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн λ 400—10 нм. Вся область ультрафиолетового излучения условно делится на ближнюю (400—200 нм) и далёкую, или вакуумную (200—10 нм); последнее название обусловлено тем, что ультрафиолетовое излучение этого участка сильно поглощается воздухом  и его исследование производят с помощью вакуумных  спектральных  приборов.

         Спектр ультрафиолетового излучения  может быть линейчатым, непрерывным  или состоять из полос в  зависимости от природы источника  ультрафиолетового излучения.  Линейчатым  спектром обладает УФ-излучение  атомов,  ионов или лёгких молекул (например H2). Для спектров тяжёлых молекул характерны полосы, обусловленные электронно-колебательно - вращательными переходами молекул. Непрерывный спектр возникает при торможении и рекомбинации электронов.

            Специальными экспериментами установлено, что при подъеме вверх на каждые 100 м интенсивность ультрафиолетового излучения возрастает на 3...4%. На долю рассеянного ультрафиолета в летний полдень приходится 45...70% излучения, а достигающего земной поверхности - 30...55%. В пасмурные дни, когда диск Солнца закрыт тучами, поверхности Земли достигает главным образом рассеянная радиация. Поэтому можно хорошо загореть не только под прямыми лучами солнца, но и в тени, и в пасмурные дни. Когда Солнце стоит в зените, в экваториальной области поверхности земли достигают лучи длиной 290...289 нм. В средних широтах коротковолновая граница, в летние месяцы, составляет примерно 297 нм. В период эффективного освещения верхняя граница спектра составляет порядка 300 нм. За полярным кругом земной поверхности достигают лучи с длиной волны 350...380 нм. Выше диапазона вакуумной радиации ультрафиолетовые лучи легко поглощаются водой, воздухом, стеклом, кварцем и не достигают биосферы Земли. В диапазоне 400... 180 нм влияние на живые организмы лучей различной длины волны не одинакова. Наиболее богатые энергией коротковолновые лучи сыграли существенную роль в образовании первых сложных органических соединений на Земле. Однако эти лучи способствуют не только образованию, но и распаду органических веществ. Поэтому прогресс жизненных форм на Земле наступил лишь после того, когда благодаря деятельности зеленых растений атмосфера обогатилась кислородом и, под действием ультрафиолетовых лучей, образовался защитный озоновый слой.

Источники  ультрафиолетового излучения

         Излучение накалённых до 3000 К твёрдых тел содержит заметную долю ультрафиолетового излучения непрерывного спектра, интенсивность которого растет с увеличением температуры. Более мощное ультрафиолетовое излучение испускает Плазма газового разряда. При этом в зависимости от разрядных условий и рабочего вещества может испускаться как непрерывный, так и линейчатый спектр. Для различных применений ультрафиолетового излучения промышленность выпускает ртутные, водородные, ксеноновые и др. газоразрядные лампы, окна которых (либо целиком колбы) изготовляют из прозрачных для ультрафиолетового излучения материалов (чаще из кварца). Любая высокотемпературная плазма (плазма электрических искр и дуг, плазма, образующаяся при фокусировке мощного лазерного излучения в газах или на поверхности твёрдых тел, и т.д.) является мощным источником ультрафиолетового излучения. Интенсивное ультрафиолетовое излучение непрерывного спектра испускают электроны, ускоренные в синхротроне (Синхротронное излучение). Для ультрафиолетовой области спектра разработаны также оптические квантовые генераторы (Лазеры). Наименьшую длину волны имеет водородный лазер (109,8 нм). Естественные источники ультрафиолетового излучения — Солнце, звёзды, туманности и др. космические объекты. Однако лишь длинноволновая часть ультрафиолетового излучения (λ > 290 нм) достигает земной поверхности. Более коротковолновое УФ-излучение поглощается озоном, кислородом и др. компонентами атмосферы на высоте 30—200 км от поверхности Земли, что играет большую роль в атмосферных процессах. Ультрафиолетовое излучение звёзд и др. космических тел, кроме поглощения в земной атмосфере, в интервале 91,2—20 нм практически полностью поглощается межзвёздным водородом.

Влияние ультрафиолетового излучения на организм человека

          Единственным естественным источником ультрафиолетового излучения является Солнце, основная энергия которого достигает поверхности Земли в видимом и инфракрасном спектральном диапазоне. Ультрафиолетовое излучение области ультрафиолетового излучения не задерживается озоновым слоем, проходит через роговой слой кожи. Не отмечается существенных колебаний в интенсивности ультрафиолетового излучения в разные времена года. За счет поглощения, отражения и рассеивания при прохождении через эпидермис, в дерму проникает только 20-30% ультрафиолетового излучения и около 1% от общей его энергии достигает подкожной клетчатки. Следует обратить особое внимание, что высота Солнца над горизонтом влияет не только на уровень потока солнечной энергии, но особенно и на соотношение УФ-А и УФ-В составляющих ультрафиолетового излучения. Уровень потока ультрафиолетового излучения меняется и в течение дня, и от времени года. При этом среднее значение в полдень в летние месяцы потока УФ-А по отношению к УФ-В приблизительно в два раза выше на уровне Полярного Круга, чем на экваторе.

В целом ряде исследований подтверждено, что для городов, расположенных в северных регионах, длительный период ультрафиолетового дефицита может привести к развитию патологического состояния, известному как "световое голодание". Проявлениями этого состояния являются: нарушение минерального обмена, развитие дефицита витамина D, приводящее к рахиту у детей, резкое сокращение защитных сил организма. Так установлено, что индексы заболеваемости рахитом на широте 65 градусов северной широты в 2,5-3 раза выше, чем на широте 45 градусов. Отмечена взаимосвязь дефицита витамина D и зубного кариеса.

Исследования,  выполненные различными авторами, привели к выводу, что солнечный свет,  играет защитную роль в отношении заболеваний раком молочной железы,  яичников,  предстательной железы и рака толстой кишки. Ряд исследований позволяет предположить, что ультрафиолетовое излучение подавляет реакции иммунной системы человека, где основную роль возлагали на воздействие излучения УФ-В. Ультрафиолетовое излучение области УФ-А, которое используется в настоящее время в профессиональных и домашних соляриях, не вызывает солнечных ожогов и считается безопасным. Однако, именно эта область ультрафиолетового излучения, главным образом, ответственна за появление признаков фотостарения, а также за УФ-индуцированный канцерогенез, так как является основным фактором цитотоксического воздействия излучения в базальном слое эпидермиса за счет образования свободных радикалов и повреждения цепей ДНК. При УФ-А облучение не происходит существенного увеличения синтеза меланина, загар будет кратковременным, а отсутствие в спектре излучения УФ-В не приведет к увеличению синтеза витамина D. С другой стороны, повреждающее действие на кожу (фотостарение, образование свободных радикалов) будет не только сохраняться, но, возможно, и усиливаться, поскольку определить минимальную энергетическую экспозицию ультрафиолетового излучения, вызывающую заметную эритему необлученной ранее кожи для УФ-А крайне сложно. Облучение лампами УФ-А диапазона, используемыми в соляриях, также не лишено риска с точки зрения канцерогенеза.