- •1. Общие сведения
- •2. Естественные и техногенные источники уф излучения
- •Некоторые лазеры уф диапазона
- •3. Биологическое действие уф излучения
- •4. Механизм образования и разрушения слоя озона
- •5. Защитные свойства атмосферы от действия уф излучения
- •Качественная зависимость состава атмосферы от высоты
Некоторые лазеры уф диапазона
Молекула, атом, ион |
Спектральная область, мкм |
Параметры лазерного излучения | ||
мощность, Вт |
длительность импульса, нc |
давление, мм рт. ст. | ||
Н2 |
0,1098 – 0,127 |
1 – 5∙103 |
< 1 |
25 |
N2 |
0,3159(0,3371) |
1 – 20∙106 |
4 – 6 |
20 – 70 |
Хе2* |
0,1721 |
75∙10б |
10 |
7,5 атм Хе+ +15 атм Аr |
Аr2* |
0,1261 |
5∙107 |
4 – 15 |
52 атм Аr |
К техногенным источникам УФ излучения относятся некоторые металлургические печи и домны по выплавке высокотемпературных металлов и сплавов с применением кислородного дутья, мощных электронных и плазменных потоков и т. п. Перечисленные процессы не исчерпывают всего многообразия техногенных источников УФ излучения.
3. Биологическое действие уф излучения
В основе биологического действия УФ излучения лежат фотохимические процессы молекул биополимеров, которые возникают в организмах при поглощении верхними слоями тканей растений или кожи животных и человека падающего излучения.
В зависимости от интенсивности и длины волны УФ излучение действует двояко на живые организмы. С одной стороны, малые дозы УФ облучения оказывают благотворное влияние на человека и животных, способствуя образованию витаминов группы В. С другой стороны, УФ облучение оказывает вредное (губительное) действие на живые организмы. Установить границу дозволенного и губительного в ряде случаев бывает очень сложно.
Лечебное действие. Применение в медицине ИК, видимых и УФ излучений осуществляется в специальном ее разделе, называемом физиотерапией (светолечение). При этом используются как искусственные, так и естественные источники излучения. Среди искусственных источников используются тепловые (лампы накаливания, электросветовые ванны и т.д.) и люминесцирующие (ртутно-кварцевые лампы, люминесцентные эритемные и дуговые бактерицидные лампы).
Действие оптических излучений на человеческий организм определяется интенсивностью, временем облучения (дозировкой), глубиной проникновения излучения в зависимости от его длины волны.
Ранее отмечалось, что наибольшей глубиной проникновения обладают СВЧ излучения, затем в сторону уменьшения ИК и видимый диапазон. Минимальная глубина проникновения наблюдается для УФ лучей. В случае применения ИК излучения эффект покраснения кожи – эритема – может появиться через несколько минут после начала облучения и спустя 2 – 8 часов при действии УФ (скрытый, латентный период). Этот эффект зависит от спектральной чувствительности кожи на разных участках тела, возраста, состоянии организма и т. д.
Максимальным эритемным действием обладает УФ излучение с длиной волны 0,2967 и 0,2537 мкм. Покраснение кожи – эритема – через 3-4 дня переходит в защитную пигментацию (загар) кожи. Ультрафиолетовое облучение (местное или общее) применяют в широком диапазоне действий:
компенсация ультрафиолетовой недостаточности (в районах Севера);
болеутоляющее и противовоспалительное средство (при невритах, невралгии, радикулитах, миозитах, бронхитах, плевритах, кожных заболеваниях и нарушениях обмена веществ, профилактике рахита, ОРЗ и т.д.);
увеличение сопротивляемости к различным инфекциям (например, к гриппу и т.п.).
Применение видимого и ИК излучений для теплового воздействия целесообразно как рассасывающее и болеутоляющее средство.
Однако эти методы противопоказаны при активней форме туберкулеза, новообразованиях, «щитовидной» болезни, заболеваниях почек и др.
С развитием лазерной терапии возможности этого направления современной медицины широко раздвинулись и обогатились. Появились совершенно уникальные методы лечения с применением традиционной медицины и лазерной техники.
Вредное действие УФ излучений. Учитывая большую энергию квантов УФ излучения и их способность вызывать деструкцию молекулярных и межмолекулярных связей, а также непосредственно влиять на внутриклеточные ткани с образованием радикалов, УФ лучи представляют серьезную опасность для клетки живого организма. Большие дозы УФ излучения могут вызывать ожоги кожи и канцерогенные реакции, повреждения глаз и другие нежелательные процессы. Кванты УФ диапазона непосредственно влияют на синтез пигментов, активность ферментов и гормонов, интенсивность процессов фотосинтеза и т.п. УФ излучение больших доз оказывает губительное воздействие на микроорганизмы и культивируемые клетки высших животных и растений.
УФ лучи с длиной волны 0,24-0,28 мкм особенно сильно оказывают летальное и мутагенное действие, так как этот спектр совпадает со спектром поглощения нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). При поглощении квантов УФ диапазона происходят химические изменения ДНК за счет образования димеров, которые препятствуют нормальному удвоению ДНК в процессе деления клетки. Это приводит к гибели клетки или изменению ее наследственных свойств, т. е. образованию мутаций.
Дополнительно возможен процесс повреждения УФ излучения биологических мембран и последующего нарушения синтеза различных компонентов мембран и клеточной оболочки.
До сих пор неясно, нужно ли облучать семена и проростки даже малыми дозами УФ излучения.
Большинство живых клеток обладает способностью восстанавливаться от повреждений, вызванных УФ излучением. Способность к выживанию в условиях сильной солнечной радиации на ранних стадиях эволюции у разных биологических объектов разная. Чувствительность разных клеток к УФ излучению резко отличается. Например, доза УФ излучения, которая приводит к гибели 90% клеток, для некоторых штаммов клеточной палочки составляет 10, 100, 800 эрг/мм2, а для некоторых бактерий 7000 эрг/мм2.
Мутации некоторых генов существенным образом влияют на чувствительность клеток к УФ излучению. Некоторые гены увеличивают чувствительность к УФ излучению, а некоторые мутации генов нарушают синтез белка и строение клеточных мембран.
Механизм воздействия УФ излучения на живые организмы до конца не изучен, тем более невозможно предсказать последствия выживаемости разных биообъектов при увеличении интенсивности УФ излучения и смещению его спектра в сторону коротких волн. Этот процесс крайне нежелателен. Человечеству нужно позаботиться, чтобы атмосфера и озоновый слой оставались надежной защитой от губительного коротковолнового УФ излучения.