紫外辐射

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紫外辐射是一种非照明用的辐射源。紫外辐射的波长范围为10纳米至400纳米。由于只有波长大于200纳米的紫外辐射,才能在空气中传播,所以人们通常讨论的紫外辐射效应及其应用,只涉及200纳米至400纳米范围内的紫外辐射。

紫外辐射紫外辐射简介

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为研究和应用之便,科学家们把紫外辐射划分为A波段(400~315纳米)、B波段(315~280纳米)和C波段(280-200纳米),并分别称之为UVA、UVB和UVC。
和其他事物一样,紫外辐射会给人类带来有利的方面和不利的方面。经过科学家的研究发现,紫外辐射与物质作用会产生多种效应,并为人们所利用。

紫外辐射紫外辐射术语

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辐射度学的物理量用辐射能量度量,其辐射术语可应用于整个电磁频谱,包括微波、红外、紫外和X射线等谱段。描述光学辐射常用的参数有功率、辐射功率或辐射出射度、辐射率和辐射强度等,相应探测的参数是福照度。在应用中,辐照度用W/cm2来表示。辐射术语命名的一些规则如下:
1.有“光子”前缀的辐射量不是用辐射能或辐射功率度量的(如焦耳、瓦等),而是用入射的光子数来度量的。这是因为光子探测器的响应与能量并无直接关系,而主要与入射的光子数有关。
2.带“光谱”前缀的辐射量是在特定波长上、单位波长间隔内测得的。无“光谱”前缀的辐射是在全光谱范围内或特定波段内测得的,两者的量纲明显不同。在此情况下,下角标注λ。
3.凡是冠以“辐射”前缀的术语,均指辐射量,而非光度量。
4.发射本领、吸收率、反射率和透射比等项均定义为比值,无量纲。它们主要与才来哦性质有关,通常默认为系统工作波段内的波段值。如需强调它们是光谱值,则加下标注释。
光度学物理量主要根据光学引起观察者的视觉感知来来计量,光度学术语和计量单位十分完善,如光通量的单位为流明(lm),发光强度单位为坎德拉(cd),以及光照度单位勒克斯(lx)。如要将辐射量转换为光度量,必须计入人眼视觉特性。[1] 

紫外辐射紫外辐射应用

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杀菌效应 一定量的UVC对微生物有很大的破坏作用,它可以杀灭大肠菌、红痢菌、伤寒菌、葡萄球菌、结核菌、枯草菌、谷物霉菌等。研究发现,紫外辐射杀菌的能力是随波长变化的,杀菌的峰值在254纳米左右,也就是说,波长在254纳米的紫外辐射灭菌的效果最佳。紫外辐射的灭菌效应在医疗保健和食品行业已经得到广泛应用,最常见的是对病房中的空气、医用物品灭菌。

紫外辐射作用及危害

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紫外辐射红斑效应

在受到强烈的紫外线辐射后,表皮会生成各种化学介质,并释放扩散到真皮,引起局部血管扩张,具体表现为皮肤出现红斑。医学研究发现,与灼伤形成的红斑不同,紫外辐射所致的红斑消失得很慢。尽管科学家们对红斑效应的机理尚未完全解释清楚,但对生成红斑效应的上限却有了统一的认识,即310纳米附近,也就是说,红斑效应是UVB波段紫外辐射效应。

紫外辐射有害效应

科学研究发现,紫外辐射对眼睛会产生伤害,诱发皮肤癌变。强烈的紫外辐射能够损伤眼组织,导致结膜炎,损害角膜、晶状体,是白内障的主要诱因。据统计,在眼科疾病中,白内障是世界性首位的致盲病。因此,防止眼睛被紫外线过量照射,是预防白内障的有效手段。
色素沉着效应 色素沉着效应又称为黑斑效应。它是指紫外辐射透入皮肤深部,那里存在的准黑色素物质被氧化形成黑色素,使皮肤变黑。如果紫外辐射继续照射,持续生成的黑色素将形成色素沉着。据研究,造成色素沉着的有效波段在UVA波段,其峰值在365纳米附近。
现代医学中,科学家利用色素沉着效应治疗白斑。适量的色素沉着不仅迎合了一些人对健康美的追求,而且对真皮和角质层都有保护作用。

紫外辐射健康效应

紫外辐射到人体上,人体的有机醇吸收了紫外辐射以后,会合成维生素D,这就是人们常说的健康效应,这对防治佝偻病和骨质疏松是很有效的。研究证明,有机醇吸收辐射的波长为220~320纳米,效率最高处位于280纳米附近。利用健康效应的典型例子,是医生时常建议家长们,在冬季带新生儿参加一定量的户外活动、晒太阳,这样对促进婴幼儿的骨骼发育十分有利。在医院临床上,还利用健康效应使用专门的紫外灯照射人体,以达到保健的目的。

紫外辐射光敏效应

光敏效应又称光化学效应,它是指某些物质在紫外线照射下会产生分解、聚合和蜕变的现象。光敏效应的敏感辐射波段多位于A波段。近些年来,光敏效应应用的领域和规模日益扩大,在工业应用中形成了相当的规模。例如,在高速印刷,特别是高档装潢等高质量的印刷中,越来越多地使用光固化油墨,其原理是油墨中含有在紫外辐射下能迅速固化的材料,印刷品印刷后不用烤干,只需经过紫外线照射。这样处理不仅印刷速度大大提高,而且由于紫外辐射不含热量,避免了热能对印刷品的影响。
荧光效应 这是短波的紫外线照射荧光物质后,荧光物质在长波段发光的现象。荧光效应不仅是在紫外辐射效应中最重要的效应之一,而且其应用范围最广泛,甚至渗透到我们的日常生活中。

紫外辐射生活中的应用

家家户户都用的日光灯,就是荧光效应的催生儿。日光灯利用低压汞灯集中了95%以上能量波长为253.7纳米的紫外线,激励灯管管壁上涂敷的荧光粉,产生可见光。荧光效应在防伪方面也大显身手。人们在重要票据上用无色荧光油墨加印图案或标记,平时看不到,只有在一定波长的紫外辐射下,由于荧光油墨被激励发出可见光,才能看出,由此达到防伪的目的。这种防伪应用的紫外辐射多为UVA。

紫外辐射科学认识紫外线辐射

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紫外辐射温度无直接关系

是不是随着温度的走高,紫外线就愈发强大?中国气象科学研究院研究员沈元芳告诉记者,紫外线与温度高低并无直接关系。紫外线的强弱取决于太阳的高度角,太阳在空中越高,紫外线辐射水平越高。
夏天太阳的高度角最大,因此夏季的紫外线辐射明显高于其他季节。而在中午,太阳直射大地,此时,一天中紫外线辐射最强。
不难发现,紫外线跟云层有着密切的关系,太阳垂直照在地面,紫外线穿过云层的距离垂直最短,被吸收的最少,因此穿过云层的紫外线最多。尽管云层能吸收紫外线,但高达80%的紫外线辐射仍然能够渗透薄云,大气中的薄雾甚至能增加紫外线辐射的强度,所以多云的天气也不可不“防晒”。
在海拔越高的地区,大气层相对越薄,所吸收的紫外线相对越少,所以青藏高原的人们总挂着“红脸蛋”。沈元芳告诉记者,下垫面也影响着紫外线辐射的强弱,草、土壤和水反射大约10%的紫外线辐射;干海滩沙子反射约15%的紫外线辐射,海水泡沫约反射25%;新鲜的雪反射多达80%。因此,虽然冬季的太阳高度角小于夏季的,但雪对紫外线的反射会大大增加辐射量。

紫外辐射晒黑的同时也在晒伤

紫外线是位于日光高能区的不可见光,依据自身波长的不同,分为短波、中波及长波。短波对人体伤害较大,但在穿过大气层时,被臭氧层全部吸收;中波紫外线容易被皮肤吸收,又被称作紫外线的“晒伤(红)段”;长波紫外线能穿透皮肤到达真皮层,并对皮肤表面的黑色素有影响,被称做“晒黑段”。
老百姓不禁要问,什么时候会被晒伤,什么时候只会被晒黑呢?沈元芳说,人体接收到的紫外线中,中波和长波这两种波段是同时存在的,所以晒黑皮肤的同时也在晒伤皮肤。沈元芳说,很多情况下,晒伤并不能被立即感受到,因此在太阳暴晒中活动不能“心存侥幸”。
电影《非诚勿扰》中孙红雷扮演的李香山因为一个黑素瘤而坠海自杀。紫外线强烈作用于皮肤时,可发生光照性皮炎,皮肤上会出现红斑、痒、水疱、水肿等;严重的还可引起皮肤癌。此外,紫外线作用于中枢神经系统时,可出现头痛、头晕、体温升高等症状;作用于眼部时,可引起结膜炎、角膜炎,可能诱发白内障。
但“入侵者”并不是百害无一利的,适当的紫外线辐射可以产生维生素D,可预防骨骼疾病,例如佝偻病、骨软化和骨质疏松。在低海拔地区生活的人(尚未习惯于含维生素D高的饮食)和深色皮肤人种,特别依靠紫外线辐射来产生的充足维生素D。

紫外辐射紫外线指数撑起太阳伞

位于平流层的臭氧层是太阳紫外线辐射的主要吸收带。近年来,由于臭氧层的破坏,到达地表的紫外线辐射增强。大气中臭氧浓度每减少1%,到达地表的太阳紫外线辐射会增加2%。
防护皮肤以避免其遭受过多紫外线辐射,不仅仅是爱美,更是对自身健康的负责。对此,气象部门综合统计预报方法和模式预报方法预测预报紫外线辐射强度。利用太阳紫外辐射观测资料及其影响因子,如太阳高度角、海拔、臭氧层、气溶胶、云等观测资料或数值预报产品,来建立统计关系,并随着大气辐射传输理论的日益发展和大气各成分的分子光谱数据库的逐渐完善,建立了大气辐射传输模式,研发了紫外线指数的预报方法。
学会使用紫外线指数,就好比撑起了一把实用的太阳伞。世界卫生组织给出建议,在室外工作、游泳、玩耍或运动之前,应大量使用防晒指数为SPF15+的防晒霜并每两个小时擦抹一次,或能够有助于保护皮肤免受紫外线辐射伤害。但使用防晒霜并不意味着“万事大吉”,它只是可以帮助人们在太阳下暴露时尽可能地保护皮肤。

紫外辐射生活中的应用

在工业、医学和休闲娱乐场所广泛使用的低压放电汞灯,发射波长为189,254,297,303,313和365 nm等紫外射线,但90%以上是254 nm的紫外线。其中使用最多的是用于照明的荧光灯,它将189,254 nm紫外线转换成可见光。低压放电汞灯的另一类应用是用特殊的荧光涂层产生辐射峰值在360~370 nm的宽频紫外辐射,这种人工紫外辐射主要被应用于皮色人工变深等休闲活动。黑光灯是另一类低、中压汞弧放电的紫外灯,广泛用于粉末、液体、矿物质等的无破坏检侧,色谱识别,签名确认和防伪等。由此可见,人工紫外辐射的应用范围,而可能受到过量人工紫外辐射照射的人主要是从事相关操作的专业工作人员。
除了专业工作人员在职业活动中可能受到人工紫外辐射的过量照射外,公众也可能有意无意受到人工紫外辐射的照射。例如,在皮肤治疗、平衡治疗、光敏适应治疗、皮肤变褐等活动中,特别是皮肤变褐活动,在某些国家或地区很流行,普通大众通过这一途径受紫外照射的概率很高,其中不乏过量受照的。多年以前瑞典在对主动接受紫外照射的人群调查时,约三分之二的受访者表示他们的目的是使皮肤变褐,其中58%的人采用专用辐照设备在家里自照,9%表示皮肤变褐改善了他们的健康。
限制人工紫外辐射照射的强度和适当改变人工紫外辐射的光谱构成,可以降低过量紫外照射致皮肤癌的概率。但是,据研究估计,紫外线致皮肤癌的95%归因于太阳紫外辐射,因此,人们放紫外辐射的关键还是着重于适当防护太阳紫外辐射的照射。
参考资料
词条标签:
计算机术语 自然学科 科技 理学