紫外輻射是一種非照明用的輻射源。紫外輻射的波長範圍為10納米至400納米。由於只有波長大於100納米的紫外輻射，才能在空氣中傳播，所以人們通常討論的紫外輻射效應及其套用，只涉及100納米至400納米範圍內的紫外輻射。
基本介紹
- 中文名：紫外輻射
- 外文名：Ultraviolet radiation
- 領域：物理學
- 概述：波長10納米至400納米的輻射
- 相關：紫外線
- 套用：日光、消毒
紫外輻射簡介,紫外線的來源,天然來源的紫外線,黑光,紫外線螢光燈,發光二極體紫外線燈,紫外線雷射,氣體放電燈泡,檢定和測量紫外線輻射,紫外輻射術語,紫外輻射套用,作用及危害,紅斑效應,有害效應,健康效應,光敏效應,生活中的套用,科學認識紫外線輻射,溫度無直接關係,曬黑的同時也在曬傷,紫外線指數撐起太陽傘,生活中的套用,
紫外輻射簡介
為研究和套用之便，科學家們把紫外輻射劃分為A波段（400～315納米）、B波段（315～280納米）和C波段（280－100納米），並分別稱之為UVA、UVB和UVC。
和其他事物一樣，紫外輻射會給人類帶來有利的方面和不利的方面。經過科學家的研究發現，紫外輻射與物質作用會產生多種效應，並為人們所利用。
按照ISO-DIS-21348，紫外輻射分類如下：
| 名稱 | 縮寫 | 波長範圍，單位納米（nm） | 能量單位（電子伏特，eV） |
|---|---|---|---|
長波紫外光，紫外光A或黑光 | UVA | 400nm–315nm | 3.10–3.94 eV |
近紫外線 | NUV | 400nm–300nm | 3.10–4.13 eV |
中波紫外光，紫外光B | UVB | 315nm–280nm | 3.94–4.43 eV |
中紫外線 | MUV | 300nm–200nm | 4.13–6.20 eV |
短波紫外光，紫外光C,殺菌紫外輻射 | UVC | 280nm–100nm | 4.43–12.4 eV |
遠紫外線 | FUV | 200nm–122nm | 6.20–10.2 eV |
真空紫外線 | VUV | 200nm–100nm | 6.20–12.4 eV |
低能紫外線 | LUV | 100nm–88nm | 12.4–14.1 eV |
高能紫外線 | SUV | 150nm–10nm | 8.28–124 eV |
極紫外線 | EUV | 121nm–10nm | 10.2–124 eV |
紫外線的來源
天然來源的紫外線
太陽輻射出的紫外線包括UVA、UVB、和UVC頻帶。地球的臭氧層阻絕了97-99%穿透大氣層的紫外線輻射。到達地球表面的紫外線98.7%是UVA（UVC和更高能的輻射會促成臭氧的生成，並且形成臭氧層）。更熱的恆星會輻射出比太陽多的紫外線；恆星R136a1的熱能是4.57 eV，落在近紫外線的範圍。
一般玻璃對紫外線的透光率主要取決於矽的品質，普通的窗玻璃對340奈米以上波長(UVA)的透光率大約是90%，但對低於340奈米的波長(UVB)，則有90%會被阻擋掉。
真空紫外線的波長始於200奈米，在真空中當然可以傳遞通過－因此得到這樣的名稱－但在空氣中會被氧分子吸收，因而是無法穿透的。純氮（比氧低約10ppm）在150－200奈米的波段上是可以穿透的，這對半導體的製程是非常有意義的，因為在過程中一直使用短於200奈米的波長。在無氧的環境下工作的人員與設備都無須承受在真空中工作所產生的壓力差。其他在這個光譜範圍工作的科學儀器，像是圓偏光二色性光譜儀，通常也用氮來清潔。
極紫外線的特性被用於物理學上轉換物質的相互作用：比30奈米長的波長主要在化學上與物質的價電子相互作用，更短的波長與內殼層的電子和原子核進行相互作用。EUV/XUV光譜長波末端被設定為30.4奈米的顯著He譜線。絕大部分已知的物質對XUV都會強烈的吸收，但它也可以製成多層光學，對垂直入射的XUV輻射可以反射約50%。這種技術最早是在1990年代運用在NIXT和MSSTA探空火箭，被用來製作產生太陽影像的望遠鏡（目前的例子有SOHO/EIT和TRACE），及奈米微影技術的設備（印製在非常小尺度的微晶片上的痕跡和裝置）。
黑光
一盞黑光燈、木材燈、或紫外燈是發射出長波的紫外線而很少可見光的燈。黑色螢光燈通常也是相同的形式，普通的黑光燈只使用一種螢光，並且原本透明玻璃的封套會以稱為木材玻璃的深藍色或紫色玻璃取代，這種有鎳-氧填充料的玻璃幾乎會阻擋所有波長在400奈米以上的可見光。有這種顏色的燈管業界通常稱之為“黑光藍”（BLB），以與其它沒有藍色木材玻璃的“捕蚊”黑光燈泡（BL）有所區別。通常排放波長峰值接近在368至371奈米的螢光有銪-鍶摻雜的氟硼酸鹽（SrB4O7F:Eu）或銪-鍶摻雜的硼酸鹽（SrB4O7:Eu），當螢光的峰值在350至350奈米，則是摻有含鉛的矽酸鋇（BaSi2O5：Pb）。黑光藍燈的峰值在365奈米。
可是“黑光”只產生範圍在UVA的長波紫外線。不像UVB和UVC，他們會直接對DNA造成傷害，導致皮膚癌；黑光局限於低能量，較長的波長不會造成曬斑，但是還是會破壞膠原纖維和皮膚中的維生素A和D。
黑光也可能是無效的，非常不稱職，只是簡單的將白熾燈透明的的燈罩換成木材玻璃。這是製造第一個黑光光源的方法，雖然比螢光的光源便宜，但只有0.1%的輸入功率轉換成有用的輻射，這是因為白熾燈的黑體只排放出很少的紫外線輻射。用白熾燈來產生足量的紫外線，會因為其低下的效率，而引發高熱的危險。更少有的是，使用木材玻璃的大功率（數百瓦特）水銀蒸氣黑光燈被用來產生紫外線輻射的螢光，主要是使用在劇院及音樂廳。它們在正常的使用過程中也會變得很熱。
有些專門用來吸引昆蟲的特殊紫外線螢光管也使用如同一般的黑光相同的近紫外線螢光，但是使用普通的玻璃而不是更昂貴的木材玻璃。普通玻璃只會阻擋少量的水銀頻譜中可見光，因此以肉眼看起來是淡藍色的。這種燈在大多數的燈具型錄中被稱為“黑光燈”（BL）。
紫外線也可以由發光二極體和雷射二極體產生。290nm的紫外線在到達地面之前就會被大氣中的臭氧吸收。
紫外線螢光燈
沒有磷光塗料的螢光燈不能將紫外線轉換成可見光，燈泡內的汞發射出的紫外線有253.7奈米和185奈米兩個峰值。這種燈泡發射的紫外線有85到90%在253.7奈米，雖然只有5到10%是在185奈米，殺菌燈仍然使用添加石英的玻璃來阻隔185奈米波長的紫外線。加上適當的磷光塗料，可以修改產生UVA、UVB、或可見光譜（所有的住宅和商業照明用的螢光管都是以汞為核心發射紫外線）。
這種低壓汞燈廣泛的用於消毒，並且標準的型式在攝氏30度左右是最佳的工作溫度。使用汞合金（混合物）可以讓工作溫度上升至100℃，並且每單位光弧長的UVC發射可以加倍或3倍。這種低壓燈的有小功率大約為30至35%，意味著每100瓦的燈泡電力消耗中，它會產生總產量大約30-35瓦的紫外線的典型效率。
發光二極體紫外線燈
雖然許多實用的發光二極體陣列波長限制在365奈米，但發光二極體仍然可以用來製造發射紫外線。發光二極體在365奈米的效率大約只有5-8%，在395奈米接近20%，而在較長波長的紫外線上有較好的效率。這些發光二極體陣列開始被套用在醫療上，並且已經成功的套用在數位列印上和無害的融入紫外線醫療環境。功率密度接近3,000mW/cm（30kW/m）的紫外發光二極體在現在是可能的，加上最近光敏引發劑（photoinitiator）和樹脂的發展，使得發光二極體醫療紫外線材料的擴展成為可能。
紫外線雷射
紫外線雷射二極體和紫外線固態雷射也可以製造產生紫外線的輻射，波長可以包括262、266、349、351、355、和375奈米。紫外線雷射已經套用在工業（雷射雕刻）、醫學（皮膚病和角膜切除術）、秘密通訊、和電腦（光學儲存）。它們可以通過套用頻率轉換至較低頻率的雷射，或是從Ce:LiSAF晶體（鈰摻雜氟化鋰鍶鋁），勞倫斯利弗莫爾國家實驗室在90年代開發的製程。
氣體放電燈泡
無論有無視窗或使用不同視窗的鎂氟，氬和氘燈經常被作為穩定的來源。
檢定和測量紫外線輻射
紫外線的檢測與測量技術隨著部分光譜的多樣性而改變。一些矽探測器在光譜中被廣泛的套用，事實上美國NIST的一些特性是簡單的矽二極體，他們也可以在可見光工作，許多不同的應用程式可以使用在不同的專業。許多尋求趨近適應可見光的技術，但這些可能會受到可見光的影響，從可見光遭受到不需要的感應和多變的不穩定性。一種可變的固態和真空設備已經使用在不同範圍的紫外線頻譜中進行研究。紫外線可以使用適合的光電二極體和光電陰極檢測，而可以對不同部分的紫外線敏感與簡潔的測定。敏感的紫外線光電倍增管是有用的。
近紫外線:
在200-400奈米之間，存在著各種不同的探測器選擇。
真空紫外線:
幾十年來在太陽物理和近年來光刻在半導體上的套用，使真空紫外線儀器的技術有很大幅度的進展。雖然光學技術可以刪除多餘可見光對真空紫外線的污染，一般情況下，探測器可以限制對非紫外線輻射的感應，並且“太陽盲”設備的發展一直是研究的重要領域。相較之下，寬間隙固態設備或具有高防滲光電陰極真空設備比矽二極體更引人注目。最近，以鑽石為基礎的設備發展出了LYRA（參閱Marchywka Effect）。
紫外輻射術語
輻射度學的物理量用輻射能量度量，其輻射術語可套用於整個電磁頻譜，包括微波、紅外、紫外和X射線等譜段。描述光學輻射常用的參數有功率、輻射功率或輻射出射度、輻射率和輻射強度等，相應探測的參數是福照度。在套用中，輻照度用W/cm2來表示。輻射術語命名的一些規則如下：
1.有“光子”前綴的輻射量不是用輻射能或輻射功率度量的（如焦耳、瓦等），而是用入射的光子數來度量的。這是因為光子探測器的回響與能量並無直接關係，而主要與入射的光子數有關。
2.帶“光譜”前綴的輻射量是在特定波長上、單位波長間隔內測得的。無“光譜”前綴的輻射是在全光譜範圍內或特定波段內測得的，兩者的量綱明顯不同。在此情況下，下角標註λ。
3.凡是冠以“輻射”前綴的術語，均指輻射量，而非光度量。
4.發射本領、吸收率、反射率和透射比等項均定義為比值，無量綱。它們主要與才來喔性質有關，通常默認為系統工作波段內的波段值。如需強調它們是光譜值，則加下標註釋。
光度學物理量主要根據光學引起觀察者的視覺感知來來計量，光度學術語和計量單位十分完善，如光通量的單位為流明（lm），發光強度單位為坎德拉（cd），以及光照度單位勒克斯（lx）。如要將輻射量轉換為光度量，必須計入人眼視覺特性。
紫外輻射套用
殺菌效應 一定量的UVC對微生物有很大的破壞作用，它可以殺滅大腸菌、紅痢菌、傷寒菌、葡萄球菌、結核菌、枯草菌、穀物黴菌等。研究發現，紫外輻射殺菌的能力是隨波長變化的，殺菌的峰值在254納米左右，也就是說，波長在254納米的紫外輻射滅菌的效果最佳。紫外輻射的滅菌效應在醫療保健和食品行業已經得到廣泛套用，最常見的是對病房中的空氣、醫用物品滅菌。
作用及危害
紅斑效應
在受到強烈的紫外線輻射後，表皮會生成各種化學介質，並釋放擴散到真皮，引起局部血管擴張，具體表現為皮膚出現紅斑。醫學研究發現，與灼傷形成的紅斑不同，紫外輻射所致的紅斑消失得很慢。儘管科學家們對紅斑效應的機理尚未完全解釋清楚，但對生成紅斑效應的上限卻有了統一的認識，即310納米附近，也就是說，紅斑效應是UVB波段紫外輻射效應。
有害效應
科學研究發現，紫外輻射對眼睛會產生傷害，誘發皮膚癌變。強烈的紫外輻射能夠損傷眼組織，導致結膜炎，損害角膜、晶狀體，是白內障的主要誘因。據統計，在眼科疾病中，白內障是世界性首位的致盲病。因此，防止眼睛被紫外線過量照射，是預防白內障的有效手段。
色素沉著效應 色素沉著效應又稱為黑斑效應。它是指紫外輻射透入皮膚深部，那裡存在的準黑色素物質被氧化形成黑色素，使皮膚變黑。如果紫外輻射繼續照射，持續生成的黑色素將形成色素沉著。據研究，造成色素沉著的有效波段在UVA波段，其峰值在365納米附近。
現代醫學中，科學家利用色素沉著效應治療白斑。適量的色素沉著不僅迎合了一些人對健康美的追求，而且對真皮和角質層都有保護作用。
健康效應
紫外輻射到人體上，人體的有機醇吸收了紫外輻射以後，會合成維生素D，這就是人們常說的健康效應，這對防治佝僂病和骨質疏鬆是很有效的。研究證明，有機醇吸收輻射的波長為220～320納米，效率最高處位於280納米附近。利用健康效應的典型例子，是醫生時常建議家長們，在冬季帶新生兒參加一定量的戶外活動、曬太陽，這樣對促進嬰幼兒的骨骼發育十分有利。在醫院臨床上，還利用健康效應使用專門的紫外燈照射人體，以達到保健的目的。
光敏效應
光敏效應又稱光化學效應，它是指某些物質在紫外線照射下會產生分解、聚合和蛻變的現象。光敏效應的敏感輻射波段多位於A波段。近些年來，光敏效應套用的領域和規模日益擴大，在工業套用中形成了相當的規模。例如，在高速印刷，特別是高檔裝潢等高質量的印刷中，越來越多地使用光固化油墨，其原理是油墨中含有在紫外輻射下能迅速固化的材料，印刷品印刷後不用烤乾，只需經過紫外線照射。這樣處理不僅印刷速度大大提高，而且由於紫外輻射不含熱量，避免了熱能對印刷品的影響。
生活中的套用
家家戶戶都用的日光燈，就是螢光效應的催生兒。日光燈利用低壓汞燈集中了95%以上能量波長為253．7納米的紫外線，激勵燈管管壁上塗敷的螢光粉，產生可見光。螢光效應在防偽方面也大顯身手。人們在重要票據上用無色螢光油墨加印圖案或標記，平時看不到，只有在一定波長的紫外輻射下，由於螢光油墨被激勵發出可見光，才能看出，由此達到防偽的目的。這種防偽套用的紫外輻射多為UVA。
科學認識紫外線輻射
溫度無直接關係
是不是隨著溫度的走高，紫外線就愈發強大？中國氣象科學研究院研究員沈元芳告訴記者，紫外線與溫度高低並無直接關係。紫外線的強弱取決於太陽的高度角，太陽在空中越高，紫外線輻射水平越高。
夏天太陽的高度角最大，因此夏季的紫外線輻射明顯高於其他季節。而在中午，太陽直射大地，此時，一天中紫外線輻射最強。
不難發現，紫外線跟雲層有著密切的關係，太陽垂直照在地面，紫外線穿過雲層的距離垂直最短，被吸收的最少，因此穿過雲層的紫外線最多。儘管雲層能吸收紫外線，但高達80%的紫外線輻射仍然能夠滲透薄雲，大氣中的薄霧甚至能增加紫外線輻射的強度，所以多雲的天氣也不可不“防曬”。
在海拔越高的地區，大氣層相對越薄，所吸收的紫外線相對越少，所以青藏高原的人們總掛著“紅臉蛋”。沈元芳告訴記者，下墊面也影響著紫外線輻射的強弱，草、土壤和水反射大約10%的紫外線輻射；乾海灘沙子反射約15%的紫外線輻射，海水泡沫約反射25%；新鮮的雪反射多達80%。因此，雖然冬季的太陽高度角小於夏季的，但雪對紫外線的反射會大大增加輻射量。
曬黑的同時也在曬傷
老百姓不禁要問，什麼時候會被曬傷，什麼時候只會被曬黑呢？沈元芳說，人體接收到的紫外線中，中波和長波這兩種波段是同時存在的，所以曬黑皮膚的同時也在曬傷皮膚。沈元芳說，很多情況下，曬傷並不能被立即感受到，因此在太陽暴曬中活動不能“心存僥倖”。
電影《非誠勿擾》中孫紅雷扮演的李香山因為一個黑素瘤而墜海自殺。紫外線強烈作用於皮膚時，可發生光照性皮炎，皮膚上會出現紅斑、癢、水皰、水腫等；嚴重的還可引起皮膚癌。此外，紫外線作用於中樞神經系統時，可出現頭痛、頭暈、體溫升高等症狀；作用於眼部時，可引起結膜炎、角膜炎，可能誘發白內障。
但“入侵者”並不是百害無一利的，適當的紫外線輻射可以產生維生素D，可預防骨骼疾病，例如佝僂病、骨軟化和骨質疏鬆。在低海拔地區生活的人（尚未習慣於含維生素D高的飲食）和深色皮膚人種，特別依靠紫外線輻射來產生的充足維生素D。
紫外線指數撐起太陽傘
防護皮膚以避免其遭受過多紫外線輻射，不僅僅是愛美，更是對自身健康的負責。對此，氣象部門綜合統計預報方法和模式預報方法預測預報紫外線輻射強度。利用太陽紫外輻射觀測資料及其影響因子，如太陽高度角、海拔、臭氧層、氣溶膠、雲等觀測資料或數值預報產品，來建立統計關係，並隨著大氣輻射傳輸理論的日益發展和大氣各成分的分子光譜資料庫的逐漸完善，建立了大氣輻射傳輸模式，研發了紫外線指數的預報方法。
學會使用紫外線指數，就好比撐起了一把實用的太陽傘。世界衛生組織給出建議，在室外工作、游泳、玩耍或運動之前，應大量使用防曬指數為SPF15+的防曬霜並每兩個小時擦抹一次，或能夠有助於保護皮膚免受紫外線輻射傷害。但使用防曬霜並不意味著“萬事大吉”，它只是可以幫助人們在太陽下暴露時儘可能地保護皮膚。
生活中的套用
在工業、醫學和休閒娛樂場所廣泛使用的低壓放電汞燈，發射波長為189，254，297，303，313和365 nm等紫外射線，但90%以上是254 nm的紫外線。其中使用最多的是用於照明的螢光燈，它將189,254 nm紫外線轉換成可見光。低壓放電汞燈的另一類套用是用特殊的螢光塗層產生輻射峰值在360～370 nm的寬頻紫外輻射，這種人工紫外輻射主要被套用於皮色人工變深等休閒活動。黑光燈是另一類低、中壓汞弧放電的紫外燈，廣泛用於粉末、液體、礦物質等的無破壞檢側，色譜識別，簽名確認和防偽等。由此可見，人工紫外輻射的套用範圍，而可能受到過量人工紫外輻射照射的人主要是從事相關操作的專業工作人員。
除了專業工作人員在職業活動中可能受到人工紫外輻射的過量照射外，公眾也可能有意無意受到人工紫外輻射的照射。例如，在皮膚治療、平衡治療、光敏適應治療、皮膚變褐等活動中，特別是皮膚變褐活動，在某些國家或地區很流行，普通大眾通過這一途徑受紫外照射的機率很高，其中不乏過量受照的。多年以前瑞典在對主動接受紫外照射的人群調查時，約三分之二的受訪者表示他們的目的是使皮膚變褐，其中58%的人採用專用輻照設備在家裡自照，9%表示皮膚變褐改善了他們的健康。
限制人工紫外輻射照射的強度和適當改變人工紫外輻射的光譜構成，可以降低過量紫外照射致皮膚癌的機率。但是，據研究估計，紫外線致皮膚癌的95%歸因於太陽紫外輻射，因此，人們放紫外輻射的關鍵還是著重於適當防護太陽紫外輻射的照射。
