5. Ультрафиолетовое излучение
За фиолетовым концом спектра располагается зона, которая не воспринимается органом зрения. Она лежит в диапазоне длин волн от 4*10-7м до 1*10-8м. Это излучение называется ультрафиолетовым (УФ).Оно характеризуется более энергичными квантами и сильным биологическим действием.
Излучается УФ-излучение телами, нагретыми до высокой температуры, свыше 35000С. Поверхность Солнца, имеющая температуру около 60000С также излучает заметную долю УФ-излучения. Правда, максимум излучения при этом приходится на длину волны, соответствующей жёлто-зелёной части спектра, но даже то УФ-излучение, что даёт Солнце, было бы способно убить всё живое на Земле, если бы не защитное действие атмосферы. Но и то, что доходит до Земли, способно вызвать сильное биологическое действие. Хорошо известно, что загар – это защитная реакция кожи на УФ-излучение. Но если доза УФ-излучения Солнца будет чрезмерная, то это может привести к серьёзным ожогам кожи.
Кроме Солнца, УФ-излучение может испускаться электрическим разрядом в некоторых газах. В этом случае УФ-излучение будет иметь линейчатый спектр, в отличие от сплошного УФ-спектра, испускаемого Солнцем и сильно нагретыми телами. Особенно яркие эмиссионные линии УФ-излучения наблюдаются в парах ртути. Поэтому в настоящее время самым распространённым источником УФ-излучения являются ртутно-кварцевыые лампы.Они так называются потому, что в них находятся пары ртути а корпуса их сделаны из кварцевого стекла. Обычное стекло для этого не годится, так как оно задерживает значительную долю УФ-излучения. Кроме того, такие лампы при работе очень сильно нагреваются и в них повышается давление. При этом лампа работает в выгодном режиме: потребляет тока немного и при этом даёт хорошее излучение. Кварцевая колба выдерживает очень сильный нагрев и при этом не размягчается и сохраняет свою форму. Если бы лампа была изготовлена из обычного стекла, то она при нагреве размягчилась бы и давление паров её раздуло бы.
Таким образом в ртутно-кварцевой лампе среднего и высокого давления имеются пары ртути и небольшое количество жидкой ртути. Для облегчения её запуска в неё вводят небольшое количество инертного газа аргона. Последовательно с лампой включают катушку Lс железным сердечником (дроссель). Эта катушка служит для того, чтобы взять на себя часть сетевого напряжения и в то же время обеспечивать устойчивость горения разряда в лампе. (см. схему):
220 В
При первом включение в лампе вспыхивает тлеющий разряд. При этом голубоватое свечение занимает весь объём трубки, при этом от сети потребляется довольно большой ток, а излучение при этом слабо. Электрическая энергия при этом в основном расходуется на разогрев лампы. По мере повышения температуры лампы, находящаяся в ней жидкая ртуть испаряется и давление в трубке значительно повышается. При этом разряд в трубке постепенно переходит в дуговой. Свечение стягивается в узкий шнур очень высокой яркости. Концы электродов в лампе раскаляются до белого каления и при этом они испускают электроны, которые поддерживают дуговой разряд (термоэлектронная эмиссия). Лампа при этом значительно снижает потребляемый ток, излучение её возрастает до максимума, все параметры лампы стабилизируются и лампа готова к работе. Время разогрева лампы 10-15 минут. Если после этого лампу от сети отключить и тут же включить в сеть снова, то лампа не загорится, пока не остынет. Причина этого состоит в том, что в горячей лампе сохраняется высокое давление паров ртути и сетевого напряжения недостаточно, чтобы разряд возбудить снова. А электрическая дуга при этом прервана и разряд продолжаться не может. После того, как лампа остынет, часть паров ртути при этом перейдёт в жидкое состояние, давление в лампе значительно снизится и достаточно будет сетевого напряжения 220 В, чтобы вспыхнул тлеющий разряд.
Однако существуют и лампы низкого давления. Они имеют ту же конструкцию, что и хорошо известные лампы дневного света, только трубчатые колбы у них изнутри не покрыты белым порошком, а прозрачны. Они излучают УФ-излучение меньшей интенсивности, зато не требуют предварительного прогрева и после включения сразу входят в нормальный режим.
УФ-излучение нашло широкое применение в медицине. В больничных палатах, перевязочных, процедурных, операционных оно используется для стерилизации воздуха (кварцевание). При этом погибают все микробы и вирусы. Но одновременно при этом кислород О2 переходит в более активную форму О3(озон). Он имеет характерный запах. В малых количествах озон полезен для организма, а в чрезмерных дозах может вызвать отравление. Поэтому, в тех помещениях, где работают мощные ртутно-кварцевые лампы, должна быть хорошая вентиляция. УФ-излучение используется в качестве физиотерапевтических процедур для обработки гнойных ран, воспалительных участков, а также с профилактической целью для предотвращения рахита и общего оздоровления организма. В последнее время стали популярны солярии, где можно получить загар даже в зимнее время. Но солярием надо пользоваться умело и обязательно под присмотром специалиста.
УФ-излучение вызывает сильную фотолюминесценцию некоторых веществ. Но поскольку все ртутно-кварцевые лампы дают не только УФ-излучение, но и видимый свет, то встаёт задача, чтобы на пути излучения лампы поставить такой светофильтр, который будет пропускать только УФ-излучение, а видимые лучи задерживает. Такой светофильтр был создан. Но в последнее время стали выпускать УФ-лампы низкого давления, стеклянная трубка которых сделана из такого стекла, которое не пропускает видимые лучи, а УФ-излучение свободно пропускает. Они при включении не требуют специального прогрева и сразу готовы к применению. С помощью этих ламп очень удобно наблюдать фотолюминесценцию. Врачи-дерматологи с помощью такой лампы диагносцируют грибковые заболевания и стригущий лишай. Если кожа здоровая, то она при УФ-излучении такой лампы выглядит тёмной. Если имеет место грибковая патология – то кожа в данном месте будет слабо светиться зеленоватым светом. Можно таким образом проверять качество продуктов питания. Куриные яйца хорошего качества при данном освещении светятся бледно-розовым цветом. Если же они испорчены – то свечение будет зелёным. Таким же образом проверяют мясные продукты: буженину, колбасы и другие. Продукты хорошего качества в УФ-лучах не светятся, а если на них имеются испорченные места, то данные места светятся зеленоватым цветом.
УФ-излучение используется не только в медицине. Оно используется для проверки подлинности ценных бумаг и денежных купюр. Каждая ценная бумага и денежная купюра имеет специальные метки, которые светятся в УФ-лучах. По свечению этих меток определяют подлинность и купюр и других ценных бумаг. В криминалистике тоже применяют метки, которые не видны в видимых лучах, но хорошо видны в УФ-излучении. Это помогает при раскрытии преступлении.
И наконец, УФ-излучение находит применение в развлекательно-зрелищных заведениях. На дискотеках часто такие лампы включают для развлечения танцующих. В цирке и некоторых театральных постановках также иногда используют УФ-лампы, которые создают необычный зрелищный эффект.
Но вместе с тем, при работе в источниками УФ-излучения нужно обращаться осторожно. Наиболее уязвимы для УФ-излучения являются глаза. Поэтому нужно избегать прямого попадания на поверхность глаз УФ-лучей и пользоваться при этом специальными защитными очками. Поверхность кожи также нужно оберегать от длительного воздействия УФ-излучения, так как это может вызвать покраснение кожи и даже ожог. Следует также отметить, что интенсивность УФ-излучения ламп высокого давления значительно превышает интенсивность УФ-лучей, идущих от Солнца. Если пребывание на пляже каких-нибудь лишних двадцати минут наопасно, то эти же двадцать минут под ртутно-кварцевой лампой может привести к тяжёлым ожогам кожи. Следует также отметить, что при разрушении ртутно-кварцевой лампы нужно принять все меры к тому, чтобы пары ртути не попали в органы дыхания окружающих людей и не вызвали отравление.
Контрольные вопросы