Ультрафіолетове випромінювання (від  — «за межами»), скорочено УФ-випромінення або ультрафіолет — невидиме оком людини електромагнітне випромінювання, що посідає спектральну область між видимим і рентгенівським випромінюваннями в межах довжин хвиль 400-10 нм.

Природа виникнення ультрафіолетового випромінювання - це, як і у випадку видимого світла, переходи електронів в атомах на нижчий енергетичний рівень з генерацією фотонів.

Класифікація Уся область ультрафіолетового випромінення умовно ділиться на: довгі ультрафіолетові хвилі від 315 до 400 нм; середні ультрафіолетові хвилі від 280 до 315 нм; короткі ультрафіолетові хвилі від 10 до 280 нм.

Або на: ближню від 400 до 200 нм. Відкрито 1801 року німецьким вченим Йоганном Ріттером і англійським вченим Вільямом Волластоном за фотохімічним впливом випромінення на хлористе срібло (AgCl). далеку, або вакуумну (200-10 нм). Назва зумовлена тим, що випромінювання цієї ділянки дуже поглинається повітрям і його дослідження проводять за допомогою вакуумних спектральних приладів. Знайдено німецьким вченим завдяки використанню побудованого ним, вакуумного спектрографа з флюоритовою призмою (1885–1903) та безжелатинових фотопластин, через що, він отримав можливість реєструвати короткохвильове випромінення з довжиною хвиль до 130 нм. Англійський вчений Т. Лайман, вперше збудував вакуумний спектрограф з увігнутою дифракційною ґраткою, та реєстрував ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі до 25 нм (1924 рік). До 1927 року, був вивчений весь проміжок хвиль до рентгенівського випромінювання.

За міжнародною класифікацією стандарту ISO-DIS-21348 сонячне УФ-випромінення розподіляється на такі області та підобласті:

Назва областіСкороченняДовжина хвилінанометриЕнергія на фотонелектронвольтиБлижня областьNUV400—300 нм3,10—4,13 еВУльтрафіолет A довгі ультрафіолетові хвилі або чорне світлоUVA400—315 нм3,10—3,94 еВСередня областьMUV300—200 нм4,13—6,20 еВУльтрафіолет B середні ультрафіолетові хвиліUVB315—280 нм3,94—4,43 еВУльтрафіолет C короткі ультрафіолетові хвиліUVC280—100 нм4,43—12,4 еВВакуумна областьVUV200—10 нм6,20—124 еВДалека областьFUV200—122 нм6,20—10,2 еВЛайман-альфа воднюH Lyman-α121,57—121,58 нм10.198 еВЕкстремально далекаEUV121—10 нм10,2—124 еВ

Спектр ультрафіолетового випромінювання може бути лінійчатим, безперервним або складатися зі смуг залежно від природи джерела випромінення . Лінійчатим спектром володіє УФ-випромінювання атомів, іонів або легких молекул (наприклад, молекула водню H2). Для спектрів важких молекул характерні смуги, обумовлені електронно-коливально-обертальними переходами молекул. Безперервний спектр виникає під час гальмування та рекомбінації електронів.

Оптичні властивості

Оптичні властивості речовин ультрафіолетової ділянки спектра, значно відрізняються від їх оптичних властивостей у видимій області. Характерною межею, є зменшення прозорості (збільшення коефіцієнта поглинання) більшості тіл, прозорих у видимій області. Наприклад, звичайне скло непрозоре за інтенсивності випромінювання — I < 320 нм; в більш короткохвильовій області, прозорі лише увіолеве скло, сапфір, фтористий магній, кварц, флюорит, фтористий літій і деякі інші матеріали. Найдальшу межу прозорості (105 нм), має фтористий літій. Для I < 105 нм прозорих матеріалів практично немає. З газоподібних речовин найбільшу прозорість мають інертні гази, межа прозорості яких визначається величиною їхнього іонізаційного потенціалу. Найбільш короткохвильову межу прозорості, має гелій (He) — 50,4 нм. Повітря непрозоре майже при I < 185 нм через УФ-поглинання киснем.

Коефіцієнт відбиття всіх матеріалів (зокрема металів), знижується зі зменшенням довжини хвилі випромінювання. Наприклад, коефіцієнт відбиття щойно напиленого алюмінію (Al), одного з найкращих серед матеріалів для дзеркальних покриттів, у видимій ділянці спектра, різко зменшується за I < 90 нм. Віддзеркалення алюмінію, значно зменшується також, унаслідок окиснення поверхні. Для захисту поверхні алюмінію від окислення застосовуються покриття з фтористого літію або фтористого магнію. В області I < 80 нм, деякі матеріали мають коефіцієнт відбиття 10-30 % (золото (Au), платина (Pt), радій (Ra), вольфрам (W) та ін.), проте за I < 40 нм, їхній коефіцієнт віддзеркалення знижується до 1 % і менше.

Джерела ультрафіолетового випромінювання

Випромінення розжарених до 3000 K твердих тіл містить помітну частку ультрафіолетового випромінювання неперервного спектра, інтенсивність якого зростає зі збільшенням температури. Сильніше ультрафіолетове випромінення, випускає плазма газового розряду. До того ж, залежно від розрядних умов і робочої речовини, може випускатись як безперервний, так і лінійчастий спектр. Для різних застосувань промисловість випускає ртутні, металгалогенові, водневі, ксенонові та інші газорозрядні лампи, вікна в яких (або цілком колби), виготовляють з прозорих для УФ-випромінювання матеріалів (найчастіше з кварцу). Будь-яка високотемпературна плазма (плазма електричних іскор і дуг, плазма, що утворюється під час фокусування дужого лазерного випромінювання у газах або на поверхні твердих тіл, тощо) є потужним джерелом УФ-випромінення. Інтенсивне УФ-випромінювання безперервного спектра, продукує потік електронів, прискорених у синхротроні. Для ультрафіолетової ділянки спектра розроблено також оптичні квантові генератори — лазери. Найменшу довжину хвилі з них має водневий лазер (109,8 нм).

Природними джерелами ультрафіолетового випромінення, є: Сонце, зорі, туманності й інші космічні об'єкти, та наземні джерела — це блискавки і вогні святого Ельма. Проте, лише довгохвильова частина цього випромінення (I > 290 нм), досягає земної поверхні. Більш короткохвильове випромінювання поглинається озоном, киснем та іншими складниками атмосфери на висоті 30—200 км від поверхні Землі, що відіграє велику роль в атмосферних процесах. Ультрафіолетове випромінення зір та інших космічних тіл, окрім поглинання в земній атмосфері, в інтервалі 91,2—20 нм, переважно цілком поглинається міжзоряним воднем.

Детектори ультрафіолетового випромінення Для реєстрації УФ-випромінювання за I > 230 нм, використовуються звичайні фотоматеріали. В більш короткохвильовій області, до нього чутливі спеціальні маложелатинові фотопрошарки. Застосовуються фотоелектричні приймачі, що використовують здатність випромінення викликати іонізацію і фотоефект: фотодіоди, іонізаційні камери, лічильники фотонів, фотопомножувачі та інше. Розроблено також, особливий вид фотопомножувачів — канальні електронні помножувачі, що дозволяють створювати мікроканальні пластини. У таких пластинах, кожний осередок є канальним електронним помножувачем розміром до 10 мкм. Мікроканальні пластини, дозволяють одержувати фотоелектричні зображення в УФ-випромінюванні й об'єднують переваги фотографічних і фотоелектричних способів реєстрації. Під час досліджень, також, використовують різні люмінесцентні речовини, що перетворюють УФ-випромінення у видиме світло. На цій основі створено прилади для спостереження в УФ-випромінюванні.

Застосування Вивчення спектрів випромінення, поглинання і відбиття УФ-області, дозволяє визначати електронну структуру атомів, іонів, молекул, а також твердих тіл. УФ-спектри Сонця, зір тощо, несуть інформацію про фізичні процеси, які відбуваються в гарячих областях цих космічних об'єктів. На фотоефекті, що викликається УФ-випромінюванням, засновано фотоелектронну спектроскопію. УФ-випромінення, може порушувати хімічні зв'язки в молекулах, внаслідок чого, можуть відбуватися різні хімічні реакції (окислення, відновлення, розклад, полімеризація). Люмінесценція під дією УФ-випромінення, використовується для створення люмінесцентних ламп, фарб, що світяться, в люмінесцентному дослідженні та люмінесцентній дефектоскопії. Ультрафіолетове випромінення застосовується у криміналістиці для встановлення тотожності барвників, справжності документів тощо. У мистецтвознавстві УФ, дозволяє знайти на картинах невидимі оком сліди відновлень. Здатність багатьох речовин до вибіркового поглинання ультрафіолетового випромінювання, використовується для виявлення в атмосфері шкідливих домішок, а також в ультрафіолетовій мікроскопії.

Біологічна дія Під час дії на живі організми, УФ-випромінення поглинається вже верхніми шарами тканин рослин або шкіри людини та тварин. Біологічну дію випромінювання обумовлено хімічними змінами молекул біополімерів. Ці зміни викликаються як безпосереднім поглинанням квантів випромінення, так і (меншою мірою) радикалами води (HO-; H3O+; H2O2−2) та інших низькомолекулярних з'єднань, що утворюються під час опромінення.

На людину та тварин малі дози УФ-випромінювання впливають цілюще — сприяють утворенню вітамінів групи D, покращують імунобіологічні властивості організму. Характерною відповіддю шкіри на УФ-випромінення, є специфічне почервоніння — еритема (максимальну еритемну дію має випромінювання з довжиною хвилі 296,7 нм та = 253,7 нм), яка зазвичай, переходить до захисної пігментації — «засмаги». Великі дози УФ-випромінювання можуть викликати пошкодження очей (фотоофтальмію) й опік шкіри. Часті і надмірні дози, у деяких випадках, можуть зумовлювати канцерогенну дію на шкіру.

У рослинах УФ-випромінювання змінює активність ферментів і гормонів, впливає на синтез пігментів, інтенсивність фотосинтезу і фото-періодичної реакції. Не визначено, чи корисні і чи тим більше потрібні для проростання насіння, розвитку паростків і нормальної життєдіяльності вищих рослин, малі дози УФ-випромінення. Великі ж дози, поза сумнівом, несприятливі для рослин, про що свідчать наявні у них захисні пристосування (наприклад, накопичення певних пігментів, клітинні механізми відновлення від пошкоджень).

На мікроорганізми і культивовані клітини вищих тварин і рослин УФ-випромінення діє згубно і викликає мутагенез (найбільше, за довжини хвилі у межах 280—240 нм). Зазвичай, спектр летальної та мутагенної дії приблизно збігається зі спектром поглинання нуклеїнових кислот — ДНК і РНК, у деяких випадках, спектр біологічної дії, близький до спектра поглинання білків. Основна роль дії УФ-випромінювання на клітини належить хімічним змінам у ДНК: піримідинові сполуки (головним чином тимін), під час поглинання квантів УФ-випромінювання утворюють димери, які перешкоджають нормальному подвоєнню (реплікації) ДНК за підготовки клітини до ділення. Це може призводити до загибелі клітин або зміни їхніх спадкових властивостей (мутацій). Певне значення у летальній дії випромінення на клітини мають також пошкодження біолеських мембран і порушення синтезу різних їх компонентів та клітинної оболонки. Більшість живих клітин мають здатність до відновлення завдяки наявності в них систем репарації. Здатність відновлюватися від пошкоджень, що викликані УФ-випромінюванням, виникла, ймовірно, на ранніх етапах еволюції і відігравала важливу роль у виживанні первинних організмів, що зазнавали інтенсивного сонячного ультрафіолетового опромінення.

За чутливістю до УФ-випромінювання біологічні об'єкти розрізняються дуже сильно. Наприклад, доза УФ-випромінювання, що призводить до загибелі 90 % клітин, для різних штамів кишкової палички дорівнює 10, 100 і 800 ерг/мм², а для бактерій Micrococcus radiodurans — 7 000 ерг/мм². Чутливість клітин до УФ-випромінювання значною мірою залежить також від їхнього фізіологічного стану й умов культивування до та після опромінення (температура, склад живильного середовища й таке інше). Дуже впливають на чутливість клітин, мутації деяких генів. У бактерій і дріжджів відомо близько 20 генів, мутації яких підвищують чутливість до УФ-випромінювання. У низці випадків, такі гени відповідальні за відновлення кліток від променевих пошкоджень. Мутації інших генів порушують синтез білка і будову клітинних мембран і тим самим підвищують радіочутливість негенетичних складників клітки. Мутації, котрі підвищують чутливість до УФ-випромінювання, відомі й у вищих організмів, у тому числі у людини. Так, спадкове захворювання — пігментна ксеродерма обумовлена мутаціями генів, що контролюють темнову репарацію.