Частота ультрафиолетового излучения: ННИЦ МО БГУ / NOMREC BSU

Что такое УФ-спектр?

Когда люди относятся к ультрафиолетовому (ультрафиолетовому) излучению, они обычно подразумевают ультрафиолетовый спектр. Спектр — это диапазон длин волн, а не одна конкретная длина волны. УФ-спектр является лишь одной частью всего электромагнитного (ЭМ) спектра; он расположен чуть выше видимого света, если различные категории были ранжированы по энергии. Существует ряд подкатегорий ультрафиолетового излучения, включая ближнее, среднее, дальнее, вакуумное и экстремальное. Ультрафиолетовый свет важен для здоровья человека, потому что он является основным источником витамина D, но он также может увеличить риски для здоровья, такие как рак кожи.

Электромагнитный спектр — это система, используемая для описания света с разными длинами волн. Видимый свет — это только одна часть спектра, которая простирается от радиоволн низкой энергии до гамма-лучей высокой энергии. Ультрафиолетовый спектр имеет более короткую длину волны и более высокую частоту, чем видимый свет, и имеет более высокую энергию. Ультрафиолетовый свет не только одна часть одной длины волны; УФ-спектр колеблется от длины волны около 10 нанометров (нм) до 400 нм.

Этот диапазон длин волн называется ультрафиолетовым, потому что он расположен чуть выше фиолетовой секции видимого света электромагнитного спектра. Внутри УФ-спектра имеется ряд дополнительных подразделов. Например, ближний УФ-луч ближе всего к фиолетовому и включает излучение с длиной волны до 315 нм. Экстремальное ультрафиолетовое излучение находится на другом конце спектра и содержит излучение между 121 и 10 нм. Чем меньше длина волны, тем выше энергия и частота ультрафиолетового излучения.

Свет в ультрафиолетовом спектре излучается солнцем. Солнечный свет содержит ультрафиолетовое излучение в диапазоне частот, поэтому его следует называть спектром. Ультрафиолетовое излучение состоит из излучения с более высокой энергией, чем у видимого света, и именно поэтому оно может вызвать солнечный ожог. Некоторые типы люминесцентных ламп также могут обеспечивать искусственное ультрафиолетовое излучение.

УФ-излучение может вызывать как положительные, так и отрицательные последствия для здоровья. Воздействие ультрафиолетового света необходимо для выработки организмом витамина D, например, питательного вещества, которое трудно получить только из диеты. Ультрафиолетовый свет также иногда используется для лечения кожных заболеваний, таких как псориаз, хотя этот вид лечения должен тщательно контролироваться во избежание повреждений. Многие люди также используют ультрафиолетовое излучение, чтобы получить более загорелый вид. Однако чрезмерное воздействие этой длины волны света может вызвать рак кожи.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

МЕТЕОНОВА — УФ-Индекс солнечной активности в Новосибирске по часам на двое суток — прогноз индекса ультрафиолетого излучения Солнца

Что такое ультрафиолет, и как он влияет на здоровье?

С начала семидесятых годов прошлого века было замечено увеличение количества случаев заболевания раком кожи. Это было связано с индивидуальными привычками людей по отношению к пребыванию на Солнце. Считалось, что загорать — это, несомненно, приятно и полезно. Однако, это не так, и чрезмерное пребывание на солнце приводит к повреждению кожи и увеличению риска заболевания раком.

Все люди на планете подвержены воздействию ультрафиолетового излучения, исходящего от Солнца. Ультрафиолетовое излучение (УФ-излучение или УФ-радиация) соответствует диапазону электромагнитных волн с длинами 100-400 нанометров и подразделяется на три класса:

• A 315-400 nm
• B 280-315 nm
• C 100-280 nm

По мере прохождения лучей сквозь земную атмосферу, все УФ-лучи класса C и 90% лучей класса B поглощаются озоном, водяным паром, кислородом и углекислым газом. Таким образом, УФ-радиация, достигающая поверхности Земли, представляет из себя волны А-класса с небольшим количеством волн В-класса.

На интенсивность УФ-излучения у поверхности земли влияют следующие факторы:

1. Высота Солнца. Чем выше Солнце над горизонтом, тем сильнее уровень УФ-излучения. Таким образом, уровень излучения колеблется от дня к ночи и от зимы к лету. Самые высокие уровни достигаются около полудня в летние месяцы. Так, 60% радиации приходит примерно между 11 и 15 часами дня по местному времени.
2. Широта места. Чем ближе к экватору, тем выше уровень УФ-радиации
3. Облачный покров. Уровень УФ-радиации выше при безоблачном небе, но даже при некоторой облачности, излучение может быть сильным, благодаря переотражению от облаков, создавая, таким образом, рассеянные источники излучения. Тонкая облачность может пропускать до 90% УФ-лучей.
4. Высота над уровнем моря. На больших высотах атмосфера тоньше и поглощает меньше УФ-радиации, поступающей от Солнца. Каждые 1000 метров УФ-уровень увеличивается примерно на 10%.
5. Озон. Озон поглощает часть УФ-радиации, которая иначе могла бы достичь поверхности Земли. Концентрация озона в атмосфере колеблется как в течение года, так и в пределах одного дня.
6. Отражение от земной поверхности. УФ-радиация отражается или рассеивается в различной степени разными поверхностями. Например, снег отражает до 80%, сухой песок – около 15%, а морская пена – до 25%. Люди, находящиеся в помещении, получают 10-20% УФ-излучения в сравнении с людьми на открытой местности. Люди, находящиеся в тени, получают примерно 50% облучения.

Небольшие дозы ультрафиолетового излучения полезны для человека, особенно при продуцировании витамина D. УФ-лучи также используются для лечения некоторых заболеваний, таких как: рахит, псориаз и экзема. Это требует медицинского наблюдения, и польза от лечения в противовес вреду от УФ-лучей определяется лечащим врачом.

Продолжительное нахождение человека под воздействием УФ-радиации может вызывать острые и хронические поражения кожи, глаз, иммунной системы. Солнечные ожоги и загар – это наиболее хорошо известные последствия поражения кожи от УФ-излучения. В долгосрочной перспективе это приводит к разрушению клеток, образованию фиброзной ткани, поражению сосудов и преждевременному старению кожи. УФ-радиация также может приводить к воспалению глаз и фотокератиту.

Хронические заболевания включают две большие группы: рак кожи и катаракта. Каждый год фиксируется от 2 до 3 миллионов случаев заболевания раком кожи. От 12 до 15 миллионов слепнут от катаракты. По оценке ВОЗ, до 20% случаев связано с чрезмерным пребыванием на солнце, особенно в Индии, Пакистане и других странах «пояса катаракты», расположенных близко к экватору.

Более того, существуют предположения, что УФ-излучение может увеличивать риск развития инфекционных заболеваний и снижать эффект от вакцинаций.

Привычки людей находиться на солнце как можно дольше могут быть причиной роста случаев заболевания раком кожи в последние десятилетия. Увеличение частоты занятий на свежем воздухе и тяга к загоранию приводят к увеличению продолжительности облучения УФ-лучами. К сожалению, многие люди до сих пор считают длительное загорание нормальным, а загорелый вид оценивается как признак активности и хорошего здоровья. Особенно опасно это для детей, так как кожа у них более нежная и чувствительная к поражениям.

Что такое УФ-Индекс?

Глобальный солнечный УФ-Индекс (УФИ, UV-index, UVI) – это простая мера уровня ультрафиолетовой радиации, достигающей поверхности Земли, и одновременно индикатор потенциального поражения кожи. Он предназначен для предупреждения людей о необходимости защитных мер, когда они находятся под открытым солнцем. УФ-индекс разработан Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в сотрудничестве с Всемирной метеорологической организацией (ВМО), Международной комиссией защиты от неионизирующего излучения, а также с Федеральной службой радиационной защиты ФРГ.

УФ-Индекс описывает уровень солнечной ультрафиолетовой радиации, приходящей на поверхность Земли. Чем выше значение индекса, тем больше потенциальный риск повреждения кожи и глаз, и тем меньше времени требуется, чтобы это произошло.

Ощутимое увеличение числа случаев заболеваний раком кожи по всему среди светлокожих людей очевидно связано с увеличением времени пребывания под солнцем или с использованием соляриев. Последние исследования показывают, что привычки людей подолгу находиться на солнце приводят к росту числа поражений УФ-излучением. УФИ предупреждает людей о рисках продолжительного воздействия ультрафиолета и рекомендует применить защитные средства, когда это необходимо.

Основные способы защиты от солнечных лучей

• Старайтесь не выходить на солнце с 12 до 14 часов
• Ищите затененные места
• Носите закрытую одежду
• Носите широкополые шляпы, закрывающие от солнца глаза, лицо и шею
• Носите солнцезащитные очки, закрывающие глаза полностью
• Используйте солнцезащитные экраны и тенты
• Избегайте соляриев

Защищайте от солнца детей и подростков — это очень важно!

УФ-индекс может принимать значения от 0 до 13, причем большие значения соответствуют более сильному облучению. Даже для очень чувствительной кожи при значениях УФИ менее 3 риск краткосрочных и долгосрочных поражений минимален, и при нормальных условиях никакой защиты не требуется. Выше уровня 3 защита необходима, и она должна быть дополнительно усилена для уровней 8 и выше.

Значение индекса может быть как измерено спектрорадиометрами, так и вычислено с помощью математических моделей. Для составления прогноза УФ-индекса для города Новосибирск мы используем собственный алгорим расчета, основанный на использовании данных глобальных моделей погоды.

404 Not Found

404 Not Found

• Университет
  • Советы ТГУ
    • Ученый совет ТГУ
      • Комиссии ученого совета
      • Открытый междисциплинарный научный семинар
      • Решения ученого совета
      • Вопросы, рассматриваемые ученым советом
        • О создании, ликвидации, объединении и преобразовании структурных подразделений
        • О переименовании структурных подразделений НИ ТГУ
        • О выдвижении НИ ТГУ работы на соискание премии Правительства РФ
        • Об утверждении положений
        • О выдвижении НИ ТГУ кандидатов в член-корреспонденты/академики РАН
        • О принятии локальных нормативных актов по основным вопросам организации и осуществления образовательной деятельности
        • Об ежегодном определении на начало учебного года норм времени по видам учебной деятельности, включаемым в учебную нагрузку профессорско-преподавательского состава ТГУ
        • О присуждении ученой степени PhD TSU
        • О принятии образовательных стандартов, устанавливаемых ТГУ самостоятельно
        • О выдаче лицам, успешно прошедшим государственную итоговую аттестацию, документов об образовании и о квалификации, образцы которых самостоятельно устанавливаются ТГУ
        • О разработке и утверждении образовательных программ, реализуемых в ТГУ, если иное не установлено законодательством РФ об образовании
        • Об утверждении председателей государственных экзаменационных комиссий (ГЭК)
        • Об утверждении стоимости обучения на договорной основе
        • О поддержке представления/ходатайства к присвоению Почетного звания «Заслуженный деятель науки Российской Федерации»/ «Заслуженный деятель науки Республики Карелия» и т. п.
        • О представлении работников ТГУ к награждению государственными наградами Российской Федерации и присвоении им почетных званий
        • Присуждение почетных званий Университета на основании положений, утверждаемых ученым советом Университета
        • О выдвижении студентов и аспирантов на стипендии Президента РФ и стипендии Правительства РФ, а также именные стипендии и стипендия «Oxford Russia Fund»
        • Об утверждении тем докторских диссертаций
      • Ученые советы факультетов (институтов)
      • Почетные звания Томского университета
      • Ректорат университета о деятельности ТГУ
      • Конкурс на соискание премии ТГУ
      • Конкурс «Человек года»
      • Выборы ученого совета 2020 г.
      • Награждения на ученом совете
      • Состав ученого совета
      • Состав президиума ученого совета
      • О представлении к присвоению ученого звания
      • План работы ученого совета
      • Lecture G.I. Petrova
      • Порядок избрания по конкурсу на должности ППС в ТГУ
      • Памятка
    • Наблюдательный совет
    • Международный академический совет
    • Совет промышленных партнеров
  • Структура университета
  • Культура, искусство, творчество
  • Спорт и здоровье
  • Карта ресурсов ТГУ
  • Социальная поддержка
  • Возможности кампуса
  • Наш Университет
  • Экскурсионно-музейный комплекс
  • Отчетные материалы
  • Противодействие коррупции
  • Получение архивных справок
  • Прием обращений граждан
  • Миссия ТГУ
  • Ректорат
  • Приветствие ректора
  • Кадровый состав
  • Вакансии
  • Студенческая биржа труда Uniprofi
  • Международное сотрудничество
  • Календарь событий
  • Сведения о доходах
  • Ректор ТГУ
  • Достижения, победы
  • Университет в рейтингах
  • Сотрудникам
  • Партнерам
  • Поступающим в ТГУ
  • Противодействие идеологии терроризма
  • Политика в отношении обработки персональных данных в НИ ТГУ
• Образование
• Наука
• Сведения об образовательной организации
• Медиа
• Новости
• Справочная информация
• Главная страница

Ультрафиолетовое излучение — Салон оптики «Контраст» Екатеринбург

Все знают об опасном воздействии ультрафиолетового излучения на глаза. В настоящей статье попробуем разобраться почему ультрафиолетовое излучение может навредить глазам, и как уберечься от его воздействия.

Что такое «ультрафиолет»?

Слово «ультрафиолет» состоит из двух слов «ультра», переводится с латинского как «сверх» и «фиолет», обозначающий цвет спектра, значит «ультрофиалет» — это сверх или выше фиолета. Частота электромагнитных волн в ультрафиолетовой части спектра волн выше, чем в видимой фиолетовой. Такие волны обладают энергией, но невидимы для глаза, поэтому предоставляют значительную опасность. Источником естественного УФ-излучения является солнце, искусственным — различные приборы, в том числе медицинские приборы, стерилизаторы, приборы для искусственного загара и т.д.

УФ-излучение приносит, как пользу, так и вред. В небольших дозах излучение участвует в жизненно важных процессах, происходящих в клетках организма, но большие дозы могут вызвать серьезные заболевания. Атмосфера Земли — это надежная преграда для ультрафиолета, прямые лучи, как правило, не доходят до поверхности, но ее достигают рассеянные и отраженные лучи, которые так же опасны для глаз. С приборами, излучающими ультрафиолет, необходимо обращаться с осторожностью и соблюдать технику безопасности, так как они могут серьезно испортить зрение.

Как воздействует ультрафиолетовое излучение?

Загар – это самое известное последствие воздействия УФ-излучения на организм. Продолжительное воздействие приводит к ожогам кожи человека и к повреждению сетчатки глаз. При этом, стоит помнить, что облачность не уберегает от излучения, поэтому, необходимо использовать различные средства защиты и в облачную погоду. Долговременное воздействие УФ-излучения приводит к таким заболеваниям, как катаракта. Детские глаза еще более уязвимы для солнечной радиации, у младенцев до 95% излучения доходит до сетчатки глаза, со временем хрусталик становится менее прозрачным и уже к 25 годам пропускает только 25% ультрафиолета.

Как защитить глаза?

Наиболее распространенным и самым эффективным способом защиты глаз от УФ-излучения является применение солнцезащитных очков на улице и специальных очков, и масок на производстве.

Находясь на природе или просто на улице в солнечный день рекомендуется использовать солнцезащитные очки с надежной УФ-защитой. При этом, очки должны хорошо прилегать к лицу, таким образом, защищая как от прямого, так и от рассеянного, отраженного УФ-излучения. Стоит отметить, что цвет линз не всегда говорит об эффективной защите, ведь даже незатемненные линзы могут защищать глаза, если в них используются абсорберы или специально обработанная поверхность.

Почему важно использовать солнцезащитные очки с высокой УФ-защитой?

В яркий солнечный день интенсивность солнечного излучения превышает в сотни и в тысячи раз интенсивность света в помещениях или в пасмурную погоду. Солнцезащитные очки обычно ослабляют световой поток не более чем в 10 раз. Это связано с тем, что при переходе от света к тени, человек в очках должен адаптироваться. Но если к повышенному уровню видимого излучения глаз адаптируется просто, то ультрофиолет следует ослаблять максимально. Отсюда повышенные требования к поглощению в солнцезащитных очках (99-100%).

Какие линзы обеспечивают УФ-защиту?

Очковые линзы для солнцезащитных очков могут защитить глаза благодаря своему химическому составу, например фотохромные и поликарбонатные линзы. Органические линзы пропускают небольшое количество УФ-излучения, поэтому в их состав добавляют абсорберы. Минеральные линзы можно использовать в солнцезащитных очках только после нанесения на них качественных вакуумных покрытий. При выборе солнцезащитных очков очень важно учитывать степень защиты от ультрафиолетового излучения, обращать внимание на производителя и на то из чего сделаны очковые линзы. Солнцезащитные очки должны приносить пользу, поэтому к их выбору должны относится серьезно, так как от правильного выбора зависит здоровье глаз.

Онколог дал советы по защите от вредного воздействия ультрафиолета

В ближайшую неделю ожидается опасная активность Солнца. Индекс ультрафиолетового излучения, по данным метеорологов, поднялся до семи единиц в Центральном и Южном регионах, Приморском и Забайкальском краях. Чем это чревато, телеканалу «МИР 24» рассказал научный сотрудник онкологического отделения хирургических методов лечения № 12 ФГБУ «НМИЦ онкологии имени Блохина» Минздрава России Игорь Утяшев.

— Семь единиц – насколько это выше привычных значений?

Игорь Утяшев: Для лета это типичное значение, особенно для Центральных регионов России. Обычно такой индекс мы имеем в конце июня – начале июля. Он, действительно, высокий, потому что наша страна северная, и солнца у нас не так много. Чем ближе регион России к экватору, чем он выше, если мы говорим про горы Приэльбрусья, они южные, высокие, то там индекс очень высокий – он может достигать 9 и 10.

Чем ниже опускается место, где находится человек, к экватору, если мы говорим про Средиземноморье, про экваториальные страны, там индекс растет еще выше, достигает 10-12 пунктов. Это очень высокие значения. Чем выше индекс, тем больше повреждающее воздействие ультрафиолета, которое оказывает излучение на клетки кожи.

— Если небо затянуто тучами, индекс снижается?

Игорь Утяшев: Индекс ультрафиолетового излучения показывает активность Солнца в целом в регионе. Существует два типа ультрафиолетового излучения – лучи типа А и лучи типа B. Лучи типа А обладают проникающей способностью даже сквозь пасмурное небо. Если небо затянуто тучами, вы тоже можете получить солнечные ожоги, просто не за 15-20 минут, а в течение нескольких часов.

Если синоптики прогнозируют высокий ультрафиолетовый индекс, а вы находитесь на солнце больше 20-30 минут, вы обязаны защитить себя от воздействия ультрафиолета.

— Для здоровья человека передозировка ультрафиолетового излучения чем опасна?

Игорь Утяшев: Ультрафиолет, как и любой другой вид ионизирующего излучения, повреждает генетический аппарат клеток кожи. С одной стороны, это вызывает большое количество мутаций, с другой стороны, это снижает локальный иммунитет кожи. Несколько солнечных ожогов являются очень высоким фактором риска возникновения меланомы кожи и рака кожи – двух очень серьезных онкологических заболеваний.

— Как можно определить, что человек получил переизбыток ультрафиолетовых лучей?

Игорь Утяшев: Как только мы получили передозировку, кожа начинает краснеть, мы получаем солнечный ожог. Во время Чернобыльской катастрофы ликвидаторы имели радиационные ожоги, они тоже начинались с покраснения кожи. Ультрафиолетовое излучение так же опасно, как другие виды ионизирующего излучения. Это очень серьезно.

— Такие последствия больше опасны для взрослых или для детей?

Игорь Утяшев: Злокачественные опухоли кожи характеризуются кумулятивным, накопительным действием ультрафиолета. Опаснее всего солнечные ожоги и избыточное ультрафиолетовое излучение именно для детей. Когда ребенок рождается, у него в коже мало меланина – естественного пигмента, который защищает кожные покровы от губительного воздействия ультрафиолета. С другой стороны, в течение всей жизни солнечные ожоги, накапливаясь, увеличивают количество мутаций, которые возникают в коже. В зрелом и старшем возрасте это может вызвать рак кожи и меланому.

— Как ультрафиолет влияет на глаза?

Игорь Утяшев: Ультрафиолет обладает повреждающим действием и на различные структуры глаза. Говоря о высоком индексе ультрафиолетового излучения и нахождении на ярком солнце, я всем рекомендую (это общие рекомендации любого врача) защищать свой орган зрения солнцезащитными очками.

Чтобы защитить глаза от ультрафиолета, очки должны обладать специальными свойствами. Вопрос ультрафиолетовых фильтров касается не только очков, но и одежды, потому что особенно летняя детская одежда обязательно должна защищать и от ультрафиолетового облучения тоже.

Существуют УФ-фильтры в косметических средствах. Многие средства декоративной косметики (помады, тушь, тени) также несут в себе фильтры, защищающие кожные покровы от ультрафиолета.

— В каких случаях передозировка ультрафиолетом может привести к раку кожи? Правда ли, что рак кожи является одним из самых агрессивных среди онкозаболеваний?

Игорь Утяшев: Ультрафиолет приводит к передозировке в том случае, если ваша кожа покраснела. Если ваша кожа после нахождения на огороде, на пляже покраснела, вы чувствуете, как у вас болят плечи, нос или уши, значит, вы получили солнечный ожог. Если на протяжении жизни вы получили много таких ожогов (5-10-15) или вы являетесь посетителями соляриев, то риски меланомы и рака кожи возрастают многократно.

Мы разделяем эти две болезни, потому что рак кожи – онкозаболевание, которое лечится весьма успешно с помощью хирургических и других методов удалением этой опухоли. Если у человека возникает меланома, это очень серьезная злокачественная опухоль кожи, которая в настоящее время, несмотря на все успехи лекарственного лечения, является тяжелым и трудноизлечимым заболеванием. Меланома характеризуется огромным количеством метастазов, болезнь часто дает метастазы, которые распространяются по всему организму. Частота метастазирования очень высокая. Для меланомы солнечные ожоги – самый доказанный фактор риска, особенно, солнечные ожоги в детском возрасте.

Что делать, чтобы не получить смертельные солнечные ожоги? Нужно защищать себя. Во многих странах мы начинаем внедрять системы профилактики меланомы и рака кожи, мы рассказываем об этом детям. Дети должны с раннего детства понимать, что солнечный свет может быть опасен. Загар может стать в будущем причиной серьезной смертельной болезни.

С детского возраста мы должны понимать, что надо защищаться от ультрафиолета. Что для этого нужно? Начинаем сверху вниз. Нужен головной убор. Это должна быть не кепка или шапочка, а полноценная шляпа с широкими полями, которая закрывает не только переднюю часть лица, но и уши, затылок, нос, которые тоже прекрасно сгорают. Мы должны носить солнцезащитные очки, очкарики могут использовать фотохромы, которые на свету меняют цвет. Если вы носите контактные линзы, обязательно носите солнцезащитные очки. Они должны быть настоящими, не поддельными, иметь наклейку, что они защищают от ультрафиолета.

Многие думают, что летом нужно ходить в белой одежде. Белая одежда как раз прекрасно пропускает через себя ультрафиолет. Даже в белом хлопке, если он не очень плотный, человек тоже может сгореть.

Для защиты от ультрафиолета нужно использовать темную одежду, она защищает. Одежда должна иметь длинные рукава, ноги должны быть закрыты, потому что, например, у женщин частота меланомы нижних конечностей выше. Это связано с тем, что юбки, которые женщины любят носить летом, провоцируют повреждение ультрафиолетом непокрытых частей тела.

Мы должны использовать солнцезащитные средства. Если мы просто идем от метро до работы 10-15 минут, это, как правило, не вызывает солнечный ожог. Но если нам приходится находиться на солнце дольше, например, на дачном участке или на отдыхе, я рекомендую всем все открытые участки тела защищать специальными кремами. После каждого купания, если вы отдыхаете на воде, обязательно наносите солнцезащитный крем снова, потому что он смывается и стирается полотенцем. Эта защита достаточно эффективна и спасает жизни.

— Если человек собирается позагорать в дни повышенной активности Солнца, сколько минут он может это делать?

Игорь Утяшев: Я бы рекомендовал понять ваш фототип. В зависимости от него четко понимать, сколько вы можете находиться на солнце, либо проконсультироваться с дерматологом. Постарайтесь не сгорать. Если вы чувствуете, что сгорели, это плохо. Минимальный период, в который невозможно сгореть, это 5-10 минут, не больше. Остальное время может быть опасно.

Ультрафиолетовые лампы в жизни человека

Ультрафиолетовое излучение принадлежит к основным природным источникам, благодаря которым человек может вести полноценный и здоровый образ жизни. Но далеко не все люди могут позволить себе получать необходимое для организма количество ультрафиолетового излучения, подолгу находясь на открытом воздухе. Именно этот недостаток помогают исправить ультрафиолетовые лампы.

  Благодаря воздействию излучения подобных ламп на организм человека, в нём начинает усиленно вырабатываться очень нужный витамин D. Он необходим организму человека для усвоения и синтеза кальция, который укрепляет кости, волосы, ногти и зубы. При дефиците витамина D кальций очень плохо усваивается и кости человека делаются достаточно хрупкими, а зубы – начинают крошиться.

  Витамин D организм человека получает благодаря воздействию на него солнечного света. При его дефиците, недостающее количество данного витамина помогут восполнить бытовые ультрафиолетовые лампы.

  Помимо воздействий на организм человека, укрепляющих его иммунитет, ультрафиолетовые лампы могут дезинфицировать и обеззараживать помещения. Подобный эффект присутствует при работе любой ультрафиолетовой лампы, но лучше всего использовать для этих целей специальные виды подобных светильников – бактерицидный и дезинфицирующий. Чаще всего такие лампы применяются в больницах. Для использования их в домашних условиях, необходимо обратиться за помощью к квалифицированному специалисту.

  В продаже можно встретить ультрафиолетовые лампы, которые применяются для загара в солярии или в домашних условиях. К тому же, при помощи подобных ламп можно создавать условия обитания, близкие к естественным, для экзотических животных и птиц, которые содержатся в неволе. Специальные ультрафиолетовые лампы для цветов и растений помогут вырастить в условиях домашнего содержания редкие виды флоры.

  Если вести речь о возможном вреде от воздействия ультрафиолетовых бытовых ламп на организм человека, то можно совершенно смело заявить об его отсутствии. Для здоровья вредно чрезмерное количество солнечного ультрафиолетового излучения, в котором присутствует достаточно высокий уровень радиации. Большое его поглощение организмом приводит к возникновению у человека различных заболеваний, зачастую очень тяжёлых.

  В случае применения ультрафиолетовых ламп, такое негативное явление полностью исключено. Ведь бытовой осветительный прибор даёт минимальное количество излучения, которое нельзя назвать опасным для здоровья человека.

  Принцип действия ультрафиолетовой лампы следующий – для того, чтобы она заработала ей необходим специальный импульс, который получается путём создания напряжения пробоя на противоположных электродах конструкции. Пробой вызывает образование внутри лампы дугового разряда, повышающего внутреннюю температуру всей конструкции. Под воздействием высокой температуры начинает своё испарение находящаяся внутри лампы ртуть.

  Электроны, пролетая от одного электрода лампы к другому, попадают в атомы ртути и отдают им свою энергию, тем самым выводя их на нестабильную орбиту. Электроны стремясь вернуться на своё прежнее место излучают фотоны света, тем самым создавая ультрафиолетовое излучение.

  Конструктивно ультрафиолетовая лампа состоит из кварцевой стеклянной трубки, способной пропускать данный вид излучения, электрода, цоколя, способных проводить электрический ток молибденовых нитей и слоя специального люминофора, нанесённого на внутреннюю поверхность трубки.

  Выбирая ультрафиолетовую лампу необходимо помнить, что для бытового использования достаточно приобрести устройство излучающее в диапазоне от 270 до 400 нм.

Я на солнышке лежу… | Наука и жизнь

С наступлением теплых летних дней нас так и тянет погреться на солнышке. Солнечный свет улучшает настроение, стимулирует образование в коже жизненно необходимого витамина D, но в то же время, к сожалению, способствует появлению морщин и увеличивает риск развития рака кожи. Значительная часть как полезных, так и вредных эффектов связана с той частью солнечного излучения, которая невидима для человеческого глаза, — ультрафиолетом.

Спектр электромагнитного излучения и спектр солнца. Граница между ультрафиолетом В и С соответствует пропусканию земной атмосферы.

Ультрафиолет вызывает различные повреждения молекул ДНК в живых организмах.

Интенсивность ультрафиолета B зависит от широты и времени года.

Одежда из хлопка служит хорошей защитой от ультрафиолета.

‹

›

Солнце служит главным источником энергии для нашей планеты, а поступает эта энергия в виде излучения — инфракрасного, видимого и ультрафиолетового. Ультрафиолетовая область расположена за коротковолновой границей видимого спектра. Когда речь идет о влиянии на живые организмы, в ультрафиолетовом спектре солнца обычно выделяют три области: ультрафиолет А (УФ-А; 320-400 нанометров), ультрафиолет В (УФ-В; 290-320 нм) и ультрафиолет С (УФ-С; 200-290 нм). Деление это достаточно произвольно: граница между УФ-В и УФ-С выбрана из тех соображений, что свет с длиной волны менее 290 нм не достигает поверхности Земли, поскольку земная атмосфера, благодаря кислороду и озону, выполняет роль эффективного природного светофильтра. Граница между УФ-В и УФ-А основана на том, что излучение короче 320 нм вызывает гораздо более сильную эритему (покраснение кожи), чем свет в диапазоне 320-400 нм.

Спектральный состав солнечного света во многом зависит от времени года, погоды,
географической широты и высоты над уровнем моря. Например, чем дальше от экватора,
тем сильнее коротковолновая граница сдвигается в сторону длинных волн, поскольку
в этом случае свет падает на поверхность под косым углом и проходит большее
расстояние в атмосфере, а значит, сильнее поглощается. На положение коротковолновой
границы влияет и толщина озонового слоя, поэтому под «озоновыми дырами» на поверхность
Земли попадает больше ультрафиолета.

В полдень интенсивность излучения на длине волны 300 нм в 10 раз выше, чем за три часа до этого или три часа спустя. Облака рассеивают ультрафиолет, но только темные тучи способны блокировать его полностью. Ультрафиолетовые лучи хорошо отражаются от песка (до 25%) и снега (до 80%), хуже от воды (менее 7%). Поток ультрафиолета возрастает с высотой, приблизительно на 6% с каждым километром. Соответственно в местах, расположенных ниже уровня моря (например, у берегов Мертвого моря), интенсивность излучения меньше.

ЖИЗНЬ ПОД СОЛНЦЕМ

Без света жизнь на Земле не могла бы существовать. Растения используют солнечную энергию, запасают ее с помощью фотосинтеза и обеспечивают энергией через пищу всех остальные живые существа. Человеку и другим животным свет обеспечивает возможность видеть окружающий мир, регулирует биологические ритмы организма.

Эту жизнерадостную картину немного осложняет ультрафиолет, поскольку его энергии достаточно, чтобы вызвать серьезные повреждения ДНК. Ученые насчитывают более двух десятков различных болезней, которые возникают или усугубляются под действием солнечного света, среди них пигментная ксеродерма, плоскоклеточный рак кожи, базалиома, меланома, катаракта.

Конечно, в процессе эволюции наш организм выработал механизмы защиты от ультрафиолета. Первый барьер, который преграждает потенциально опасному излучению доступ в организм, — кожа. Практически весь ультрафиолет поглощается в эпидермисе, наружном слое кожи толщиной 0,07-0,12 мм. Чувствительность к свету во многом определяется наследственной способностью организма производить меланин, темный пигмент, который поглощает свет в эпидермисе и тем самым защищает более глубокие слои кожи от фотоповреждений. Меланин вырабатывают особые клетки кожи — меланоциты. Ультрафиолетовое облучение стимулирует выработку меланина. Наиболее интенсивно этот биологический пигмент образуется при облучении светом УФ-В диапазона. Правда, эффект проявляется не сразу, а спустя 2-3 дня после пребывания на солнце, зато сохраняется в течение 2-3 недель. При этом ускоряется деление меланоцитов, возрастает число меланосом (гранул, содержащих меланин), увеличивается их размер. Свет УФ-А диапазона тоже способен вызывать загар, но более слабый и менее стойкий, поскольку число меланосом не увеличивается, а происходит лишь фотохимическое окисление предшественника меланина в меланин.

По восприимчивости к солнечным лучам выделяют шесть типов кожи. Кожа типа I очень светлая, она легко обгорает и совсем не покрывается загаром. Кожа типа II легко обгорает и покрывается слабым загаром. Кожа типа III быстро покрывается загаром и обгорает в меньшей степени. Кожа типа IV еще более устойчива к солнечным лучам. Кожа типов V и VI темная от природы (например, у коренных жителей Австралии и Африки) и почти не подвержена повреждающему действию солнца. У представителей негроидной расы риск развития немеланомного рака кожи ниже в 100 раз, а меланомы — в 10 раз по сравнению с европейцами.

Наиболее уязвимы к действию ультрафиолета люди с очень светлой кожей. У них даже кратковременное пребывание на ярком солнце вызывает эритему — покраснение кожи. За возникновение эритемы отвечает в основном УФ-В излучение. В качестве меры действия ультрафиолета на организм часто используют такое понятие, как минимальная эритемная доза (МЭД), то есть такая, при которой глазом заметно слабое покраснение. На самом деле величина МЭД различна не только у разных людей, но и у одного человека на разных участках тела. Например, для кожи живота белого незагорелого человека величина МЭД составляет около 200 Дж/м², а на ногах — в три с лишним раза выше. Эритема обычно возникает через несколько часов после облучения. В тяжелых случаях развивается настоящий солнечный ожог с волдырями.

Какие вещества в эпидермисе кроме меланина поглощают ультрафиолет? Нуклеиновые кислоты, аминокислоты триптофан и тирозин, уроканиновая кислота. Наиболее опасны для организма повреждения нуклеиновых кислот. Под действием света в диапазоне УФ-В образуются димеры за счет ковалентных связей между соседними пиримидиновыми (цитозином или тимином) основаниями. Поскольку пиримидиновые димеры не вписываются в двойную спираль, эта часть ДНК теряет способность к выполнению своих функций. Если повреждения небольшие, специальные ферменты вырезают дефектный участок (и это еще один довольно эффективный механизм защиты). Однако, если ущерб больше, чем способность клетки к ремонту, клетка гибнет. Внешне это проявляется в том, что обожженная кожа «слезает». Повреждение ДНК может приводить к мутациям и как следствие — к раковым заболеваниям. Происходят и другие повреждения молекул, например образуются сшивки ДНК с белками. Кстати, видимый свет способствует залечиванию повреждений нуклеиновых кислот (это явление называется фотореактивацией). Предотвращать опасные последствия фотохимических реакций помогают антиоксиданты, содержащиеся в организме.

Еще одно следствие ультрафиолетового облучения — подавление иммунитета. Возможно, такая реакция организма призвана ослабить воспаление, вызванное солнечным ожогом, однако при этом снижается устойчивость к инфекциям. Сигналом для подавления иммунитета служат фотохимические реакции уроканиновой кислоты и ДНК.

МОДА НА ЗАГАР — СИМВОЛ ИНДУСТРИАЛЬНОГО ОБЩЕСТВА

Долгое время белая кожа считалась отличительной чертой знатных и богатых: сразу
было видно, что ее обладателям не приходится с утра до ночи работать в поле.
Но в ХХ веке все изменилось, бедные слои населения теперь проводили целые дни
на заводах и фабриках, а богатые могли позволить себе отдыхать на свежем воздухе,
у моря, демонстрируя красивый золотистый загар. После Второй мировой войны мода
на загар приобрела массовый характер; загорелая кожа стала считаться признаком
не только достатка, но и отменного здоровья. Разрослась туристическая индустрия,
предлагающая отдых у моря в любое время года. Но прошло некоторое время, и врачи
забили тревогу: оказалось, у любителей загара частота рака кожи возросла в несколько
раз. И в качестве спасительного средства было предложено всем без исключения
пользоваться солнцезащитными кремами и лосьонами, в состав которых входят вещества,
отражающие или поглощающие ультрафиолет.

Известно, что еще во времена Колумба индейцы имели обыкновение раскрашивать себя красной краской, чтобы защититься от солнца. Возможно, древние греки и римляне использовали для этих целей смесь песка с растительным маслом, поскольку песок отражал солнечные лучи. Применение химических солнцезащитных средств началось в 1920-х годах, когда в качестве солнцезащитного средства была запатентована парааминобензойная кислота (ПАБК). Однако она растворялась в воде, так что защитный эффект исчезал после купания, и к тому же раздражала кожу. В 1970-е годы на смену ПАБК пришли ее эфиры, почти нерастворимые в воде и не вызывающие сильного раздражения. Настоящий бум в области солнцезащитной косметики начался в 1980-е годы. Поглощающие ультрафиолет вещества (в косметологии за ними закрепилось название «УФ-фильтры») стали добавлять не только в специальные «пляжные» кремы, но и почти во все косметические продукты, предназначенные для использования в дневное время: крем, жидкую пудру, губную помаду.

По принципу действия УФ-фильтры можно разделить на две группы: отражающие свет («физические») и поглощающие («химические»). К отражающим средствам относятся разного рода минеральные пигменты, прежде всего диоксид титана, оксид цинка, силикат магния. Принцип их действия прост: они рассеивают ультрафиолет, не давая ему проникнуть в кожу. Окись цинка захватывает область длин волн от 290 до 380 нм, остальные — несколько меньше. Основной недостаток отражающих средств тот, что они представляют собой порошок, непрозрачны и придают коже белый цвет.

Естественно, что производителей косметики больше привлекали прозрачные и хорошо растворимые «химические» УФ-фильтры (известные в фотохимии как УФ-абсорберы). К ним относятся уже упоминавшаяся ПАБК и ее эфиры (сейчас их почти не используют, так как появились сведения, что они разлагаются с образованием мутагенов), салицилаты, производные коричной кислоты (циннаматы), антраниловые эфиры, оксибензофеноны. Принцип действия УФ-абсорбера заключается в том, что, поглотив квант ультрафиолета, его молекула изменяет свою внутреннюю структуру и преобразует энергию света в тепло. Наиболее эффективные и светостойкие УФ-абсорберы работают по внутримолекулярному циклу переноса протона.

Большинство УФ-абсорберов поглощают свет только в УФ-В области. Обычно солнцезащитные средства содержат не один УФ-фильтр, а несколько, как физических, так и химических. Общее содержание УФ-фильтров может превышать 15 процентов.

Для характеристики защитной эффективности кремов, лосьонов и прочей косметической продукции стали использовать так называемый солнцезащитный фактор (по-английски «sun protection factor», или SPF). Идея солнцезащитного фактора была впервые предложена в 1962 году австрийским ученым Францем Грайтером и принята представителями косметической и фармацевтической промышленности. Солнцезащитный фактор определяется как отношение минимальной дозы ультрафиолета, необходимой для возникновения эритемы при действии на защищенную кожу, к дозе, вызывающей такой же эффект при незащищенной коже. Получила широкое распространение популярная интерпретация: если без защиты вы обгораете за 20 минут, то, намазав кожу кремом с защитным фактором, скажем, 15, получите солнечный ожог только пробыв на солнце в 15 раз дольше, то есть через 5 часов.

ОБМАНЧИВОЕ ЧУВСТВО ЗАЩИТЫ

Казалось бы, решение проблемы ультрафиолета найдено. Но на деле все не так просто. В научной литературе стали появляться сообщения, что у людей, которые постоянно пользуются солнцезащитными препаратами, частота возникновения таких разновидностей рака кожи, как меланома и базалиома, не только не снизилась, но и возросла. Было предложено несколько объяснений этого обескураживающего факта.

Первым делом ученые предположили, что потребители неправильно пользуются солнцезащитными средствами. При тестировании кремов принято наносить на кожу 2 мг крема на 1 см². Но, как показали исследования, люди часто наносят более тонкий слой, в 2-4 раза меньше, соответственно уменьшается и фактор защиты. Кроме того, кремы и лосьоны частично смываются водой, например во время купания.

Нашлось и другое объяснение. Как уже отмечалось, большинство химических УФ-абсорберов (а именно они наиболее широко используются в косметике) поглощают свет только в УФ-В области, предотвращая развитие солнечного ожога. Но, по некоторым данным, меланома возникает под действием УФ-А излучения. Не пропуская УФ-В излучение, солнцезащитные средства блокируют природный предупреждающий сигнал — покраснение кожи, замедляют образование защитного загара, и в результате человек получает избыточную дозу в области УФ-А, которая как раз и может спровоцировать рак.

Результаты опросов показывают, что те, кто пользуется кремами с более высоким фактором защиты, проводят на солнце больше времени, а значит, неосознанно подвергают себя большему риску.

Нельзя забывать и о том, что смесь химических веществ, которые входят в состав защитных кремов, при длительном воздействии ультрафиолета может стать источником свободных радикалов — инициаторов окисления биомолекул. Некоторые из УФ-фильтров потенциально токсичны либо вызывают аллергию.

«СОЛНЕЧНЫЙ» ВИТАМИН

Настало время вспомнить о том, что поми-мо многочисленных негативных эффектов ультрафиолета есть и позитивные. И самый яркий пример — фотосинтез витамина D₃.

В эпидермисе содержится довольно много 7-дигидрохолестерола, предшественника витамина D₃. Облучение светом УФ-В диапазона запускает цепочку реакций, в результате которых и получается холекальциферол (витамин D₃), пока еще не активный. Это вещество связывается с одним из белков крови и переносится в почки. Там оно превращается в активную форму витамина D₃ — 1, 25-дигидроксихолекальциферол. Витамин D₃ необходим для всасывания кальция в тонком кишечнике, нормального фосфорно-кальциевого обмена и образования костей, при его недостатке у детей развивается тяжелое заболевание — рахит.

После облучения всего тела в дозе 1 МЭД концентрация витамина D₃
в крови возрастает в 10 раз и возвращается к прежнему уровню через неделю. Применение
солнцезащитных средств подавляет синтез витамина D₃ в коже. Дозы,
необходимые для его синтеза, невелики. Считается достаточным ежедневно проводить
на солнце примерно по 15 минут, подставляя солнечным лучам лицо и руки. Суммарная
годовая доза, необходимая для поддержания уровня витамина D₃, составляет
55 МЭД.

Хронический дефицит витамина D₃ приводит к ослаблению костной ткани. К группе риска относятся темнокожие дети, живущие в северных странах, и пожилые люди, которые мало бывают на свежем воздухе. Некоторые исследователи считают, что увеличение частоты заболеваемости раком при использовании солнцезащитных средств связано именно с блокировкой синтеза витамина D₃. Не исключено, что его дефицит приводит к возрастанию риска рака толстой кишки и молочной железы.

Другие полезные эффекты ультрафиолета связаны в основном с медициной. Ультрафиолетом лечат такие заболевания, как псориаз, экзема, розовый лишай. Датский врач Нильс Финсен в 1903 году получил Нобелевскую премию за применение ультрафиолета в лечении волчаночного туберкулеза кожи. Метод облучения крови ультрафиолетом сейчас успешно применяют для лечения воспалительных и других заболеваний.

СОЛОМЕННАЯ ШЛЯПКА ОТ ЗАГАРА

Вопрос о том, полезен или вреден ультрафиолет, не имеет однозначного ответа: и да, и нет. Многое зависит от дозы, спектрального состава и особенностей организма. Избыток ультрафиолета безусловно опасен, но на защитные кремы полностью полагаться нельзя. Требуются дополнительные исследования, чтобы установить, в какой степени употребление солнцезащитных средств может способствовать развитию раковых заболеваний.

Лучшее средство уберечь кожу от солнечного ожога, преждевременного старения, а заодно и снизить риск развития рака — одежда. Для обычной летней одежды характерны защитные факторы выше 10. Хорошими защитными свойствами обладает хлопок, правда в сухом виде (при намокании он пропускает больше ультрафиолета). Не забудьте про шляпу с широкими полями и солнцезащитные очки.

Рекомендации достаточно просты. Избегайте бывать на солнце в самые жаркие часы. Будьте особенно осторожны с солнцем, если принимаете лекарства, обладающие свойствами фотосенсибилизаторов: сульфаниламиды, тетрациклины, фенотиазины, фторхинолоны, нестероидные противовоспалительные препараты и некоторые другие. Фотосенсибилизаторы входят и в состав некоторых растений, например зверобоя (см. «Наука и жизнь» № 3, 2002 г.). Усиливать действие света могут ароматические вещества, входящие в состав косметики и духов.

Учитывая, что у ученых есть сомнения в эффективности и безопасности солнцезащитных кремов и лосьонов, не пользуйтесь ими (а также дневной косметикой с высоким содержанием УФ-фильтров) без особой необходимости. Если такая необходимость возникла, отдавайте предпочтение тем средствам, что обеспечивают защиту в широком спектре — от 280 до 400 нм. Как правило, такие кремы и лосьоны содержат окись цинка или другие минеральные пигменты, поэтому имеет смысл внимательно прочесть состав на этикетке.

Защита от солнца должна быть индивидуальной, в зависимости от места жительства, сезона и типа кожи.

УФ-свет — Стэнфордский солнечный центр

Что такое ультрафиолетовый свет?

УФ (ультрафиолетовый) свет относится к области электромагнитного спектра между видимым светом и рентгеновскими лучами с длиной волны от 400 до 10 нанометров. Это электромагнитное излучение невидимо для человеческого глаза, потому что оно имеет более короткую длину волны и более высокую частоту, чем свет, воспринимаемый нашим мозгом в виде изображений. Простой способ запомнить положение УФ-излучения в электромагнитном спектре — изучить концы спектра видимого света: красный — это свет с наибольшей длиной волны, а фиолетовый — свет с наименьшей длиной волны.Поэтому свет с длиной волны больше, чем у любого света в видимом спектре, называется инфракрасным светом, а свет с длиной волны, которая короче любого света в видимом спектре, называется ультрафиолетовым светом.

Какие существуют типы ультрафиолетового излучения?

Ученые подразделяют УФ-излучение на несколько различных подтипов:

• УФ-излучение типа А (320–400 нм) — УФ-излучение с наибольшей длиной волны и наименее вредным. Он более известен как «черный свет», и многие используют его способность заставлять предметы излучать флуоресценцию (эффект цветного свечения) в художественных и праздничных украшениях. Многие насекомые и птицы могут воспринимать этот тип УФ-излучения визуально, а также некоторые люди в редких случаях, таких как афакия (отсутствие оптического хрусталика).
• Ультрафиолетовый свет (290–320 нм) вызывает солнечные ожоги при длительном воздействии, а также увеличивает риск рака кожи и других повреждений клеток. Около 95% всего УФ-В излучения поглощается озоном в атмосфере Земли.
• Ультрафиолетовый свет (100-290 нм) чрезвычайно вреден и почти полностью поглощается атмосферой Земли.Он обычно используется в качестве дезинфицирующего средства в пище, воздухе и воде для уничтожения микроорганизмов путем разрушения нуклеиновых кислот их клеток.

При изучении света, проходящего через космическое пространство, ученые часто используют другой набор подтипов УФ, относящихся к астрономическим объектам. Первые три аналогичны классификации, наиболее часто используемой в науках о Земле:

.

• Ближний ультрафиолетовый (NUV) свет (300–400 нм)
• Средний ультрафиолетовый свет (МУФ) (200–300 нм)
• Дальний ультрафиолет (FUV) свет (100–200 нм)

Последний подтип УФ имеет наибольшую энергию и самую высокую частоту из всех УФ-излучений:

• Экстремальный ультрафиолетовый (EUV) свет (10-100 нм) может распространяться только в вакууме и полностью поглощается земной атмосферой. EUV-излучение ионизирует верхние слои атмосферы, создавая ионосферу. Кроме того, термосфера Земли нагревается в основном за счет ЭУФ-волн Солнца. Поскольку солнечные волны EUV не могут проникнуть в атмосферу, ученые должны измерять их с помощью ракет и спутников.

Каковы эффекты УФ-излучения?

Длительное воздействие волн УФ-А и УФ-В без надлежащей защиты может иметь опасные последствия для здоровья. Например, у человека, который находится на солнце в течение нескольких часов, появляется «солнечный загар», который является результатом накопления меланина в коже, чтобы поглощать УФ-лучи и рассеивать их в виде тепла.Солнцезащитный крем является необходимой мерой предосторожности против УФ-излучения, поскольку он обеспечивает защитный слой для поглощения волн УФ-А и УФ-В, прежде чем они смогут воздействовать на кожу. В случаях длительного нахождения на солнце без защиты у человека сильно возрастает риск рака кожи и других опасных клеточных недугов.

Глаза также следует защищать от УФ-излучения на улице, надев солнцезащитные очки, блокирующие УФ-А и УФ-В лучи. Если человек проводит много времени на улице или в любой среде с УФ-А и УФ-В излучением, у него могут развиться краткосрочные эффекты, такие как фотокератит (известный в некоторых случаях как дугоглазная или снежная слепота), или серьезные долгосрочные последствия. состояния, включая катаракту, которые приводят к слепоте.

Авторы изображений

Понимание ультрафиолетового излучения

Глава 2
Понимание ультрафиолетового излучения

• Электромагнитный спектр
• УФА, УФБ и УФС
• Волновая теория
• Квантовая теория

Чтобы по-настоящему понять процесс загара кожи,
необходимо иметь хотя бы базовое представление о свойствах и функциях
света. Хотя свет играл центральную роль в истории
религии, искусства и науки и так присуще нашему повседневному существованию,
на самом деле это может быть довольно трудноуловимым.

Понимание ультрафиолетового излучения
Чтобы понять ультрафиолетовое излучение (УФ), необходимо знать УФ
размещение в электромагнитном спектре. Ультрафиолет расположен
между рентгеновским излучением и видимым светом. УФ имеет более высокую частоту и
короче длина волны, чем у видимого света, и имеет более низкую частоту
длина волны больше, чем у рентгеновского излучения.УФ с большей длиной волны
и меньшая энергия менее проникающая, чем рентгеновские лучи, и иногда поглощается
по делу. Фотобиология изучает взаимодействие неионизирующего излучения
между электромагнитным спектром и биологическими системами. Неионизирующий
излучение представляет собой ультрафиолетовую, видимую и ближнюю инфракрасную области
спектра. Загар возникает в результате воздействия ультрафиолета
излучение. Чтобы полностью понять эту реакцию, необходимо ознакомиться
с электромагнитным спектром.

Электромагнитный спектр
Электромагнитный спектр — это способ визуализации частоты
и соотношения длин волн различных форм энергии. электромагнитный
излучение обладает свойствами как волн, так и частиц. Мы делим
электромагнитного спектра в УФ-диапазоне для медицинских целей.

UVA находится в диапазоне между 320 и 400 нм и является
наименее мощный диапазон длин волн УФ-излучения.UVA действует в первую очередь на
пигменты меланина в коже окисляются (темнеют), создавая
косметический загар и имеет ограниченную способность вызывать эритему.

UVB находится в диапазоне между 280 и 320 нм. Он включает
длины волн, в первую очередь связанные с эритемой (солнечным ожогом), также
необходим для производства витамина D в коже и в первую очередь
отвечает за стимуляцию повышенной выработки меланина. длины волн УФ-В
(при 305 нм) имеют в 1000 раз большую эритемную мощность, чем длины волн УФА.

UVC находится в диапазоне приблизительно от 200 до 280 нм.
и называется бактерицидным УФ из-за его доказанной эффективности в уничтожении
поющие клеточные организмы. Солнечное излучение в диапазоне UVC поглощается почти
полностью атмосферой, и это удачно, учитывая, что даже
короткое чрезмерное воздействие УФ-излучения очень вредно для глаз и вызывает серьезные
эритема (солнечный ожог).Одно место, где излучение в диапазоне UVC может быть
найдено в дуге сварочной горелки. По этой причине оптические повреждения
называемый «глазом сварщика», вызван УФ-излучением. Следует отметить
что длины волн УФ-С не создаются источниками УФ-излучения, используемыми
индустрия загара в помещении.

Волновая теория
Ультрафиолетовые лучи аналогичны рентгеновским, белый (видимый) свет, инфракрасные лучи
и другие подобные виды лучистой энергии. Все они электромагнитные.
волны, волнообразные возмущения, связанные с колебанием электрических зарядов.
Большинство волн передаются какой-либо средой; например, у вас есть все
видимые волны на поверхности воды, и в этом случае вода является
передающий материал. Когда струнный инструмент щипнет, волны
установлены в струне, поэтому струна становится передающим материалом.
Как ни странно, никто не знает, что передает электромагнитные волны,
однако у нас есть доказательства того, что они действительно передаются.

Все электромагнитные волны распространяются с той же постоянной скоростью, что и свет.
186 000 миль в секунду в вакууме. Все электромагнитные волны имеют
имеют одинаковую форму и движутся с одинаковой скоростью, но отличаются длиной волны.
Длина волны — это расстояние между двумя последовательными гребнями волны.
Количество гребней или циклов в секунду является частотой волны.
Единицей частоты является герц или 1 цикл в секунду.Следовательно, если
длина волны уменьшается, а частота увеличивается. Частота
и длина волны имеют обратную зависимость, которая вычисляется с помощью
одно из двух уравнений: (см. иллюстрацию)

Электромагнитный спектр

Частота
= скорость излучения / длина волны
или
Длина волны = скорость излучения / частота

Где скорость излучения составляет 186 000 миль в секунду.Частота
рассчитывается с использованием циклов в секунду, а длина волны рассчитывается в
метров. Длины волн электромагнитного излучения различаются по размеру от
доля единицы ангстрема (ангстрем равен десяти миллиардным
метра) до тысяч метров, обычно называемых «электромагнитными
спектра.» Некоторые из длин волн электромагнитного излучения от
этого спектра классифицируются следующим образом:

СПЕКТР	ПРИМЕРНАЯ ДЛИНА ВОЛНЫ
Рентген	0. 1 — 100 ангстрем
Пылесос	10 — 200 нм
Ультрафиолет С (УФС)	200 — 290 нм
Ультрафиолет В (УФБ)	290 — 320 нм
Ультрафиолет А (УФА)	320 — 400 нм
Видимый свет	400 — 700 нм
Ближний инфракрасный	0.74 — 1,5 мкм
Средний инфракрасный	1,5–5,6 мкм
Дальний инфракрасный	5,6–1000 мкм
Микроволновые/радиоволны	больше одного миллиметра

Поэтому полезной единицей измерения для наших целей является нанометр. Излучения короче 10 нанометров (например, гамма-лучи или рентгеновские лучи) обычно
ионизировать молекулы (удалять электроны), производя положительно или отрицательно
заряженные ионы, поэтому их называют ионизирующим излучением. ультрафиолет
излучение поглощается молекулами и известно как неионизирующее излучение.

Квантовая (частичная) теория
Другая теория, используемая в отношении электромагнитного спектра
является квантовая теория.Чтобы объяснить передачу энергии, немного
была теоретизирована энергия, называемая фотоном. Фотоны не имеют массы и когда
поглощается, эта энергия передается поглощающей молекуле (например,
клетки кожи), и фотон больше не существует в том же состоянии. Количество
энергия фотона прямо пропорциональна частоте
излучение. Энергия фотона увеличивается с увеличением частоты.
Чем больше циклов в секунду (частота) любого данного фотона, тем больше
энергия, которой обладает фотон. Энергия любого данного фотона уменьшается по мере
длина волны увеличивается. Чем больше длина волны, тем меньше частота.

Световая энергия выражается по-разному. Мы часто выражаем лучистую энергию
в ваттах на квадратный метр или милливаттах на квадратный сантиметр.
Воздействие на кожу обычно выражается в джоулях на квадратный сантиметр.
Джоуль — это единица измерения, эквивалентная электрической
работу, совершаемую за одну секунду электрическим током в один ампер через
сопротивление один ом; назван в честь своего изобретателя, британского физика,
Дж.П. Джоуль (1818-1889).

Излучение: Ультрафиолетовое (УФ) излучение

• Время года и время суток

Уровни ультрафиолетового излучения меняются в основном в зависимости от высоты солнца в небе, а в средних широтах они самые высокие в летние месяцы в течение 4-часового периода около солнечного полудня. В это время солнечные лучи идут самым прямым путем к земле. Напротив, в ранние утренние или вечерние часы солнечные лучи проходят через атмосферу под большим углом.Гораздо больше УФ-излучения поглощается и меньше достигает Земли.

Уровни ультрафиолета выше ближе к экватору. Ближе к экватору солнечные лучи проходят через атмосферу меньшее расстояние и, следовательно, могут поглощать меньше вредного УФ-излучения.

С увеличением высоты становится меньше атмосферы, способной поглощать УФ-излучение. С каждой 1000 м высоты уровень УФ-излучения увеличивается примерно на 10 процентов.

Будьте внимательны и не недооценивайте количество УФ-излучения, проходящего через облака.

Многие поверхности отражают УФ-излучение и повышают общий уровень УФ-излучения. В то время как трава, почва или вода отражают менее 10 % падающего УФ-излучения, песок отражает около 15 %, а морская пена — около 25 %. Свежий снег является особенно хорошим отражателем и почти удваивает воздействие ультрафиолета на человека. Повторяющиеся случаи снежной слепоты или фотокератита у лыжников подчеркивают, что меры по защите от УФ-излучения должны учитывать отражение от земли.

Уровни УФ-излучения самые высокие при безоблачном небе, а облачный покров обычно снижает воздействие на человека.Однако легкие или тонкие облака малоэффективны и могут даже повысить уровень УФ-излучения из-за рассеяния. Не ведитесь на пасмурный день или прохладный ветерок! Даже длительное пребывание в тени на открытом воздухе, например, между зданиями, может привести к солнечным ожогам чувствительного человека в день с высоким уровнем УФ-излучения.

Озон поглощает часть УФ-излучения, которое в противном случае
достичь поверхности Земли. Уровни озона меняются в течение года и даже
через день.

УФ-излучение отражается или рассеивается
различной степени по разным поверхностям, e.г. снег может отражать столько, сколько
80% УФ-излучения, сухой пляжный песок около 15% и морская пена около 25%.

ICNIRP | УФ (100-400 нм)

Характеристики УФ и источников

Ультрафиолетовое (УФ) излучение представляет собой полосу неионизирующего излучения, расположенную рядом с ионизирующим излучением в электромагнитном спектре. УФ-излучение подразделяется на УФА (400–315 нм), УФВ (315–280 нм) и УФС (280–100 нм). Солнце является основным источником УФ-излучения, но весь солнечный УФ-С и большая часть УФ-В поглощается земной атмосферой, так что на земной поверхности наибольшая доля УФ-излучения приходится на УФ-А (более 90%).Однако воздействие УФ-В биологически гораздо более важно, чем УФ-А.

Уровни УФ-В излучения на поверхности земли обратно пропорциональны широте, поэтому они самые высокие на экваторе и самые низкие на полюсах. Истощение озона в стратосфере искусственными хлорфторуглеродами привело к повышению уровня УФ-В в некоторых высокоширотных регионах. Уровни UVB варьируются в зависимости от времени года и дня, летом они выше, чем зимой, и достигают максимума около полудня. Облачный покров уменьшает земное ультрафиолетовое излучение. Отражение УФ-В атмосферой и светлыми поверхностями, такими как снег, сухой песок и вода, значительно увеличивает уровни солнечного УФ-В на поверхности земли.

В профессиональных и медицинских учреждениях встречается несколько источников искусственного УФ-излучения. К ним относятся ртутные лампы, оборудование для дуговой сварки, коммерческие бактерицидные УФ-лампы и стоматологическое оборудование для полимеризации. Солярии, используемые для косметического загара, за последние два десятилетия стали более распространенным источником УФ-облучения во многих странах.

Воздействие ультрафиолета на организм и последствия для здоровья

Воздействие УФ-В на кожу людей в небольших количествах отвечает за синтез витамина D, необходимого для здоровья костей.Однако воздействие на клетки кожи высоких уровней УФ-излучения оказывает вредное воздействие на здоровье. В краткосрочной перспективе интенсивное воздействие УФВ на бледную кожу вызывает воспаление или солнечный ожог и местную иммуносупрессию. Длительное воздействие УФ-излучения на более глубокие слои кожи в течение многих лет вызывает появление морщин и преждевременное старение кожи, а также вызывает рак кожи, такой как базально-клеточный рак, плоскоклеточный рак и злокачественная меланома.

Меланин — это природный пигмент внешней оболочки, отвечающий за цвет кожи.Это служит для физиологической фильтрации УФ-излучения и защиты более глубоких клеток кожи от УФ-повреждений. Люди с темной кожей, у которых от природы большое количество пигмента в коже, редко страдают от вредного воздействия на кожу ультрафиолетового излучения. У людей с бледной кожей воздействие УФ-В стимулирует пигментные клетки к выработке дополнительного количества меланина для загара кожи и помогает временно защитить ее. Люди со светлой кожей загорают в различной степени после пребывания на солнце, а такие люди, как альбиносы и люди с рыжими волосами, которые не могут загореть, очень подвержены вредному воздействию УФ-излучения.

Воздействие на глаза высоких уровней УФ-излучения также вредно. Интенсивное УФ-облучение может вызвать воспаление роговицы (внешняя поверхность глаза) и повреждение сетчатки (задняя часть глаза). Длительное воздействие вызывает дегенеративные изменения, такие как нежелательный рост тканей роговицы, помутнение хрусталика, известное как катаракта, дегенерация сетчатки и различные виды рака глаз.

Защита

Руководство по защите от солнца предоставлено ICNIRP о том, как избежать чрезмерного воздействия УФ-излучения для предотвращения рака кожи и других заболеваний, связанных с УФ-излучением.Основные способы защиты кожи и глаз — избегать пребывания на солнце в середине дня, искать тень и носить защитную одежду, включая широкополую шляпу и солнцезащитные очки с боковыми вставками. Кроме того, солнцезащитный крем широкого спектра действия (то есть защищающий как от UVA, так и от UVB) с фактором защиты от солнца (SPF) не менее 15+ следует наносить надлежащим образом и повторно наносить после потоотделения, плавания или после длительного пребывания на солнце. Младенцы и маленькие дети особенно должны быть хорошо защищены от яркого солнца.

При работе на открытом воздухе ICNIRP рекомендует стандартную защитную одежду и применение солнцезащитного крема широкого спектра действия, необходимого для защиты работающих на открытом воздухе. Следует учитывать ряд факторов, таких как тип работы и коэффициент отражения УФ-излучения в рабочей среде. Для работников, работающих внутри помещений, подвергающихся воздействию искусственных источников, таких как УФ-лампы для стерилизации или УФ-лазеры, меры предосторожности включают структурные меры, административный контроль и средства индивидуальной защиты.Отдельные работники должны быть полностью осведомлены о рисках чрезмерного воздействия УФ-излучения. 14 . В этих измерениях континуум белого света (WLC) обычно сильно чирпируется из-за его нелинейного процесса генерации и дисперсии оптических элементов и может быть хорошо охарактеризован и компенсирован в экспериментальных измерениях.Обычно измеряют сигнал нелинейного поглощения как функцию временной задержки между импульсами широкополосного лазера накачки и зонда WLC при спектральном разрешении энергии фотонов зонда WLC. Например, нелинейное взаимодействие с образцом, вызванное накачкой, приводит к быстрому изменению его показателя преломления и, таким образом, переключает ^15,16,17 передачу WLC зондирующего импульса. Сопоставление измеренных спектров зонда WLC с временной задержкой позволяет отслеживать время прибытия различных частотных компонентов WLC к образцу.Эта концепция ранее была реализована для (рентгеновского) ЛСЭ-индуцированного изменения показателя преломления в видимой и ближней инфракрасной частях электромагнитного спектра, которое исследуется оптическим лазерным импульсом в зависимости от временной задержки. Это позволяет измерять относительное время между импульсами лазера и ЛСЭ с точностью до нескольких фемтосекунд ¹⁸ и субфемтосекунд ¹⁹ , широко известное как инструмент синхронизации, а также контролировать длительность импульса ЛСЭ ²⁰ .

Здесь мы предлагаем сверхбыструю генерацию плазмы в качестве сверхбыстрого затвора в сочетании с измерениями поглощения со спектральным разрешением для точной количественной оценки чирпированных импульсов в XUV.В качестве конкретного примера для демонстрации мы используем хорошо охарактеризованный фундаментальный нелинейный процесс атомной физики для XUV-оптического стробирования: последовательная двойная ионизация неона двумя фотонами XUV, которая была тщательно исследована ^21,22,23 . Измерение (см. рис. 1a) выполняется с помощью XUV-накачки и XUV-зонда нестационарного поглощения в геометрии передачи, где импульсы XUV сосредоточены при энергии фотонов около 50  эВ. В частности, импульс накачки XUV-FEL, который представляет собой импульс затвора, эффективно дважды ионизирует неоновую газовую мишень средней плотности и, таким образом, быстро переводит среду из очень непрозрачного в высокопрозрачное состояние, что изменяет спектрально-разрешенное пропускание последующего Зондовый импульс XUV-FEL.Последний представляет собой XUV-аналог широкополосного оптического континуума с типичной спектральной шириной SASE 0,5–2% на полной ширине на полувысоте (FWHM) по отношению к энергии центрального фотона. Этот механизм переключения с непрозрачного на прозрачный является результатом обильной (порядка нескольких 10%) агрегации ионов Ne ²⁺ в объеме прокачиваемой мишени. В то время как Ne и Ne ⁺ сильно поглощают (сечения около 9 Мбарн при 50 эВ), Ne ²⁺ и все состояния с более высоким зарядом очень прозрачны, поскольку поглощения одного фотона с энергией 50 эВ недостаточно для прямой ионизации. .Таким образом, этот индуцированный ионизацией проходной затвор эффективно действует как сверхбыстрый затвор в состояниях переключения зондирующего импульса XUV-FEL между открытым (низкое содержание Ne и Ne ⁺ ) и закрытым (высокое содержание Ne и Ne ⁺ ). Время открытия затвора для зондирующего импульса может регулироваться временной задержкой τ по отношению к импульсу ионизирующей накачки; скорость затвора, следовательно, определяется временем истощения Ne и Ne ⁺ , ​​что здесь объясняется последовательной динамикой двойной ионизации, запускаемой импульсом накачки.Если время истощения мишени достаточно короткое (т. е. порядка длительности зондирующего импульса), ступенчатая функция трансмиссионного затвора служит «временным лезвием ножа ^16,17 », разрезающим зонд XUV-FEL. импульс, как только затвор открывается. Для частотно-чирпированных зондирующих импульсов временной строб эквивалентен частотному стробированию, пропуская все спектральные компоненты поля излучения в течение открытого периода затвора и подавляя те спектральные компоненты, которые приходят в течение закрытого периода. Этот принцип стробирования во временной области проиллюстрирован на рис. 1b – d для случая ~ 70% конечной популяции Ne ²⁺ , ​​а соответствующие изменения пропускания со спектральным разрешением показаны на рис. 1e. Таким образом, метод, предлагаемый здесь для непосредственного измерения частотного чирпа импульсов XUV-FEL, состоит в измерении разрешенного по частоте ( ω ) переходного сигнала поглощения зондирующего импульса и отслеживании ступенчатого увеличения пропускания в зависимости от временная задержка τ относительно импульса накачки.4 + \ldots$$

(2)

и используется для подгонки коэффициентов дисперсии D _n для порядков n  ≥ 1. Обратите внимание, что коэффициенты дисперсии определяются путем оценки n -й производной от Φ( 9010 ω на центральной частоте ω _L . Коэффициент дисперсии первого порядка, D ₁ , описывает глобальную временную задержку, D ₂ линейную развертку по частоте, и все более высокие порядки дисперсии ( D _n для порядков n  ≥ 3) приводят к более сложным модификациям средних свойств импульса.

Рис. 1: Принцип стробирования плазмы с частотным разрешением.

a Схема измерения с использованием XUV двойной ионизации газовой мишени из неона [обозначена синими, красными и желтыми сферами, соответственно обозначающими нейтральный неон (Ne), его однозарядный (Ne ⁺ ) и двухзарядный (Ne ²⁺ ) ионов] для стробирования с частотным разрешением чирпированного зондирующего импульса XUV-FEL. Это приводит к изменению спектра поглощения зондирующего импульса, измеренного с помощью дифракционной решетки, в зависимости от времени задержки. б – г Усредненная зависящая от времени относительная атомно-ионная заселенность Ne, Ne ⁺ и Ne ²⁺ , ​​рассчитанная с использованием импульсов накачки SASE длительностью 50 фс ²⁴ при среднем 4 × 10 ¹³  Wcm ⁻² пиковая интенсивность. Профиль переданного (стробированного) временного импульса чирпированного зондирующего импульса SASE и соответственно пройденная полоса частот показаны фиолетовыми, синими и зелеными «пиками» SASE (разные частотные компоненты представлены разными цветами) для трех разных периодов времени. Настройки задержки: τ ₁ = -50 FS (Probe First), τ ₂ = 0 FS (Насос-зонд импульс перекрытия), τ ₃ = 50 Ф (насос сначала).Серым цветом показаны профили стробированных зондирующих импульсов, ослабленных за счет поглощения изначально распространенных видов Ne и Ne ⁺ -мишеней. e Соответствующие нестационарные спектры поглощения, демонстрирующие зависящую от задержки модификацию полосы поглощения (или строба) для различных временных задержек ( τ ₁ , τ ₂ и τ 8 1 3 90).

Концептуальная демонстрация, модельное моделирование

Используя вычислительную модель, основанную на уравнениях скоростей (см. «Вычислительная модель»), мы теперь покажем, как среднечастотный щебет частично когерентных XUV-FEL импульсов может быть извлечен из переходных спектров поглощения.Мы рассчитываем поглощение A ( τ , ω ), используя импульсы SASE 50 эВ со средней временной длительностью 50 фс и спектральной шириной FWHM усредненного спектра ∼1  эВ. Смоделированные стохастические импульсы изменяются от выстрела к выстрелу в своей остроконечной структуре из-за случайной относительной фазы для каждого из них, в то время как непрерывный сдвиг спектральной фазы в соответствии с уравнением (2) в равной степени присуще всем импульсам (см. «Методы», рис. 5). Мы моделируем четыре гипотетических случая различных линейных и нелинейных частотных чирпов, результаты которых показаны на рис.2а–г. Частотная модуляция вычисляется специальным образом из коэффициентов линейной и нелинейной дисперсии, которые вводятся в ряды мощности спектральной фазы, выраженные уравнением (2) и служат исходными данными для моделирования импульсов (см. «Методы»). Для извлечения коэффициентов дисперсии из вычисленных или измеренных данных поглощения, A ( τ , ω ), аппроксимация функции ошибки применяется вдоль оси временной задержки ( τ ) для каждого ω , чтобы точно определить спектрально-временное положение переходного увеличения передачи (относительно положения на половине амплитуды). Это напрямую дает дисперсионную функцию τ ( ω ), выраженную уравнением (1) и, таким образом, содержит все порядки n коэффициентов дисперсии D _n . Последнее может быть извлечено путем подбора τ ( ω ) полиномиальной модельной функции. На рисунке 2e–h показаны входные дисперсионные функции τ ( ω ) моделирования в виде красных сплошных кривых; синие точки — соответствующие подобранные (к функции ошибки в τ ) точки данных из результатов расчета на рис.2а–г, демонстрирующие отличное совпадение. Для всех обсуждаемых здесь примерных случаев отклонение между воспроизведенными коэффициентами дисперсии и входными данными определено на уровне около 1% (см. Таблицу 1). Неточности можно дополнительно свести к минимуму за счет увеличения разрешения по времени и энергии фотонов, а также статистической выборки.

Рис. 2: Численное моделирование эффекта плазменного стробирования.

a–d Расчетные спектры поглощения неона для импульсов SASE длительностью 50 фс, усредненные по 200 одиночным импульсам SASE-FEL на установку временной задержки.Моделирование для различных значений D _n для n  ≥ 2 в порядке возрастания слева направо. e – h Красная сплошная кривая представляет дисперсионную функцию [ τ ( ω ), см. уравнение. (1)], который использовался в качестве входных данных для расчета поглощения, и соответствующие выходные данные (синие точки) извлекаются путем подгонки ступенчатой ​​функции к результатам расчета. Пунктирная вертикальная линия указывает энергию центрального фотона 50 эВ (ширина полосы около 1  эВ).В тривиальном случае отсутствия дисперсии, т. е. D _n  = 0 для n  ≥ 2, отображаемых в a , e , спектр поглощения «определяется» временной рампой. сигнал расположен около τ  = 0 (перекрытие импульсов накачки и зонда) и является постоянным на протяжении ω . Случай дисперсии второго порядка (групповой задержки) D ₂  = 50 фс ² , отображаемой в b , f , дает крутую линейную зависимость τ (1 6 τ ). c , g Кривая сигнала в форме параболы, полученная путем наложения дисперсии третьего порядка D ₃  = 100 fs ³ , и отображенная в d , — Подача сигнала, полученная через доминантную дисперсию четвертого порядка (комбинированные коэффициенты дисперсии D ₂ = -100 FS ² , ​​ D ₃ = 100 FS ³ и D ₄ = 1000 фс ⁴ ).См. Таблицу 1 для количественного анализа числового ввода и извлеченных данных.

Таблица 1. Числовой ввод и полученные данные для различных конфигураций спектральной фазы для количественной оценки точности извлечения.

Экспериментальная реализация

Далее мы демонстрируем прямую применимость метода в эксперименте, проведенном на лазере на свободных электронах в Гамбурге (FLASH). В соответствии с вычислительной моделью ЛСЭ работает при энергии фотонов ~50 эВ (~1 эВ усредненная ширина спектра на полувысоте), длительности импульса 50–100 фс и энергии импульса ~50 мкДж, что соответствует интенсивности на цели в середине 10 ¹³ -Wcm ⁻² в диапазоне фокального пятна диаметром ~ 25 мкм (FWHM).Ускоритель работал при умеренном сжатии, чиркая электронным сгустком (подробности см. в «Дополнительном примечании 1, Настройки и производительность ускорителя»), чтобы обеспечить широкую полосу пропускания фотонов XUV для измерений переходного поглощения.

Установка канала луча включает в себя автокоррелятор XUV ²⁵ и позволяет подготавливать импульсы ЛСЭ накачки XUV и XUV-зонда с временной задержкой, которые имеют почти идентичную временную структуру (см. «Экспериментальная установка канала луча»). Хотя импульсы накачки и зондирующего импульса пространственно перекрываются в объеме фокального взаимодействия, они снова разделяются в дальнем поле за фокусом, и прошедший спектр зондирующего импульса, обозначаемый I _pr ( ω ), может быть измеряется отдельно. Спектры, полученные перед прохождением через неоновую мишень, называются эталонными спектрами, I _ref ( ω ), и они были измерены одновременно с использованием онлайн-спектрометра фотонов на FLASH ²⁶ . Поглощение (оптическая плотность (OD)) зондирующего импульса затем определяется с помощью журнал}} _ {10} \ влево \ { {\ гидроразрыва {{\ влево \ langle {I_ {{\ mathrm {pr}}} (\ тау, \ омега)} \ вправо \ rangle}} {{\ влево \ langle {I_{{\mathrm{ref}}}(\omega)} \right\rangle }}} \right\},$$

(3)

где для каждой настройки временной задержки берется среднее значение \(\left\langle \ldots \right\rangle\) по примерно 500 отдельным (однократным) спектрам.На рис. 3 мы сравниваем измерение поглощения A _exp ( τ , ω ) с численными результатами. Хорошо виден спектрально-зависимый сдвиг падения поглощения, что хорошо согласуется с вышеприведенным обсуждением прохождения чирпированного импульса через ионизирующий нестационарный затвор. Полученная дисперсионная функция τ _exp ( ω ) посредством аппроксимации кривой функции ошибок (см. выше) представлена ​​на рис. 3c.Извлекаем выраженную линейную чирп D ₂ = (32 ± 1) fs², квадратичная чирп D ₃ = (-8 ± 1) FS ³ и кубическая чирп из D ₄  = (−40 ± 5) fs ⁴ . Обнаружение преобладающего линейного щебета согласуется с энергетическим щебетом электронного сгустка, который не был полностью сжат, в то время как коллективные эффекты пространственного заряда, как ожидается, будут играть второстепенную роль (см. «Дополнительное примечание 1, Настройки и производительность ускорителя»). .Для смоделированных данных, показанных на рис. 3d – f, мы использовали полученные коэффициенты дисперсии в качестве входных данных для численной модели, чтобы воспроизвести экспериментальные данные. Хорошее количественное соответствие между экспериментальными и расчетными данными демонстрирует как высокую совместную спектральную (шкала 10 мэВ), так и временную (шкала 1 фс) точность измерения, а также высокую точность метода восстановления. Мы замечаем, что эксперимент проводился с аналогичным распределением интенсивности импульса накачки и зондирующего импульса примерно 2:1.Как правило, импульс накачки должен быть более интенсивным, чтобы он доминировал над процессом ионизации, используемым для затвора. Мы не рассматриваем в явном виде ионизацию, вызванную зондированием, в численном моделировании, поскольку, как правило, импульс зондирования должен быть настроен на более низкую энергию импульса, чем импульс накачки, чтобы гарантировать, что последний доминирует в динамике ионизации затвора. Даже небольшое смещение ионизации пробным импульсом в основном повлияет на контраст (т. е. на амплитуду) рассчитанного линейного изменения сигнала OD в целом для всех частот без существенного изменения его формы и, следовательно, извлеченных спектрально-фазовых коэффициентов.

Рис. 3: Измерение частотного чирпа XUV-FEL с помощью спектроскопии нестационарного поглощения.

a Усредненный экспериментальный спектр зондирующего импульса без мишени с центром в области ~50,3 эВ (обозначен пунктирной вертикальной линией) . b Поглощение спектра зонда [относительная оптическая плотность (отн. ОП), см. «Оценка относительной оптической плотности (отн. ОП)»] в неоне, зарегистрированная с разрешением спектрометра ~30 мэВ и временной задержкой 10 фс приращения. Индуцированное накачкой образование плазмы при положительных задержках (импульс накачки предшествует зондирующему импульсу) приводит к быстрому падению оптической плотности (увеличению пропускания) и служит «временным лезвием ножа». c Синие точки, дисперсионная функция τ _exp ( ω ), полученная с помощью кривой функции ошибок, соответствующей данным. Столбики погрешностей (порядка величины ± 5 fs) определяют ошибки подбора. Красная сплошная кривая, полиномиальная аппроксимация, используемая для определения отдельных коэффициентов дисперсии. d Усредненный смоделированный спектр зондирующего импульса. e Смоделированный спектр поглощения с использованием извлеченных экспериментальных параметров в качестве входных данных. f Красная сплошная линия представляет входную дисперсионную функцию τ _exp ( ω ), которая идеально соответствует соответствующему результату моделирования (синие точки).

Анализ с разрешением по энергии импульса

SASE-FEL производят ансамбли импульсов излучения со статистически изменяющимися свойствами импульса, такими как энергия импульса, т. е. количество фотонов, содержащихся в каждом импульсе. На рис. 4 мы используем эту стохастическую флуктуацию и далее количественно анализируем частотный щебет как функцию энергии импульса ЛСЭ. Мы находим тенденцию увеличения спектрального чирпа (т. е. увеличения коэффициентов дисперсии D ₂ , D ₃ и D ₄ ) при уменьшении энергии импульса.Следует отметить, что в полученном щебете явно преобладает линейный вклад второго порядка, связанный с D ₂ , в то время как более высокие порядки весят меньше примерно на порядок (см. «Дополнительное примечание 2, порядок -оценка величины вкладов нелинейного щебета», для подробностей). Таким образом, наш прямой спектральный метод чувствителен к нелинейному чирпу измеренных импульсов, что свидетельствует о более сильном относительном нелинейном вкладе [т.Рис. 4). Одно из возможных объяснений этого наблюдения может быть связано с систематикой процесса ускорения и сжатия электронного пучка и его генерационных свойств при работе ускорителя не на полном сжатии.

Рис. 4. Частотно-чирповая характеристика, анализ зависимости от энергии импульса ЛСЭ.

Измеренные коэффициенты дисперсии (синие точки: квадратичный порядок, оранжевые точки: кубический порядок, зеленые точки: четвертый порядок) для различных диапазонов энергий импульсов ЛСЭ от 35 до 45 мкДж, 45 и 55 мкДж и 55 и 65 мкДж соответственно.Приведенные значения энергии импульса представляют собой среднее значение по ~5000 импульсов ЛСЭ соответственно, а приведенные ошибки являются стандартными отклонениями. Ошибки коэффициентов дисперсии определяют наилучшие ошибки полиномиальной аппроксимации с учетом ошибок, связанных с подгонкой кривой функции ошибки к измеренным данным временной задержки. Следует отметить, что указанные численные значения для разных порядков чирпа в единицах fs ² , fs ³ и fs ⁴ отображаются в одном масштабе по вертикальной оси, что не отражает их относительный вклад в общий нелинейный щебет (см. «Дополнительное примечание 2, Оценка порядка величины вкладов нелинейного щебета»).

Свет, ультрафиолет и инфракрасное излучение | АМНХ

Общая информация о свете и коллекциях

Свет (также называемый в профессиональной литературе излучением) лучше всего рассматривать как спектр, состоящий из ультрафиолетового света (УФ) на коротком конце, видимого света в центре и инфракрасные (ИК) длины волн на длинном конце.

УФ-излучение

УФ-излучение измеряется в микроваттах ультрафиолетового излучения на люмен видимого света (мкВт/л). Высокая энергия УФ-излучения особенно вредна для артефактов. Ультрафиолетовый свет не виден человеческому глазу, поэтому удаление его из музейного освещения не приводит к изменению внешнего вида. Дневной свет обычно является самым сильным источником УФ-излучения; люминесцентные, металлогалогенные и ртутные лампы также излучают УФ-излучение. Ультрафиолетовый свет можно измерить с помощью УФ-метра. В идеале УФ-излучение должно быть как можно ближе к нулю мкВт/л, а источники света с уровнем УФ-излучения выше 75 мкВт/л должны быть уменьшены.

Видимый свет

Видимый свет, безусловно, необходим в музейной среде. Стандарты, разработанные в сообществе специалистов по сохранению, признают, что уровни освещенности должны быть достаточно высокими, чтобы обеспечить соответствующую рабочую среду в хранилище и адекватно просматривать экспонаты на дисплее, но все, что выходит за рамки этого, вызывает ненужный ущерб и должно быть ограничено. Уровни видимого света измеряются в люксах (люменах на квадратный метр) или фут-канделях (fc). Одна фут-канделя – это чуть больше 10 люкс.Уровни видимого света можно измерить с помощью люксметра.

Обычно рекомендуемые приемлемые уровни освещенности, необходимые для просмотра музейных экспонатов на выставке, основанные на опыте и ряде исследований, приведены ниже. Лежащая в основе этих цифр логика заключается в том, что любой уровень освещенности, превышающий минимальное количество, необходимое для адекватного просмотра объекта на выставке, наносит неоправданный ущерб.

Инфракрасный свет

При поглощении инфракрасное (ИК) излучение вызывает повышение температуры. ИК-свет также находится за пределами обнаружения человеческого глаза. Воздействие тепла на коллекции более подробно рассматривается в разделе о температуре, но важно понимать, что световое излучение действует как катализатор окисления материалов, особенно органических артефактов.

Световое повреждение

Световое повреждение, которое является кумулятивным и необратимым, зависит от интенсивности света (в люксах или фут-канделябрах) и продолжительности воздействия. Освещение, которое может быть установлено на низкий уровень, но включено 24 часа в сутки, нанесет такой же ущерб, как и более высокий уровень освещения за более короткий период времени.

Например, артефакты, выставленные при освещении 50 люкс и поддерживаемые в течение 24 часов, получат такое же количество световых повреждений (50 x 24 = 1200), что и артефакты, выставленные при освещении 200 люкс, где свет включен только в течение 6 часов, когда выставка открыта для публики (200 х 6 = 1200).Уменьшить эффект повреждения светом можно за счет снижения общего уровня освещения, а также за счет сокращения времени освещения экспонатов.

Наиболее часто наблюдаемым типом светового повреждения является обесцвечивание пигментов или красителей, но световое повреждение также проявляется в других видимых формах, таких как изменение цвета и, в некоторых случаях, потемнение. Кроме того, происходят невидимые химические изменения, такие как сшивание покрытий и физическое разрушение или охрупчивание органических материалов.

Этот черноногий хорек значительно потускнел после того, как более 70 лет демонстрировался в диораме. Он был перекрашен во время ремонта Семейного зала Бернардов североамериканских млекопитающих.

Контроль света и УФ-облучения

Различные типы, источники и уровни света потребуются в разных частях музейной среды. Например, в складских помещениях требуется достаточно высокий уровень освещенности для проведения кураторской работы, но нет необходимости в дневном свете, и свет должен быть выключен, когда он не используется.В некоторых зонах музея дневной свет может использоваться для создания желаемого эффекта, и в результате необходимо принять меры для сведения к минимуму потенциального ущерба. Для этих пространств следует выбирать для выставки объекты, менее восприимчивые к световым повреждениям.

Освещение музейных выставочных пространств можно разделить на две основные категории: окружающее освещение всего пространства и рабочее освещение экспонатов. Опять же, можно комбинировать различные типы светильников или, если это абсолютно необходимо, смесь дневного и искусственного света.

Методы снижения общего воздействия света включают:

• Шторы, пленки и фильтры
• Уменьшение количества светильников
• Уменьшение мощности лампочек
• Использование регуляторов освещенности, переключателей, активируемых зрителем, или датчиков движения
• Вращение артефактов на выставке и вне ее

Методы устранения УФ-излучения включают:

• Устранение дневного света
• Использование пластика, поглощающего УФ-излучение, на окнах. Этот тип пластика можно приобрести в виде тонких пленок (ацетат), которые можно обрезать по форме и приклеить к стеклу, или в виде толстых листов (например, плексигласа), которые можно использовать в качестве вторичного остекления на окнах (или иногда вместо существующего стекла). ). Большой лист, полностью закрывающий все стекло, можно повесить и прикрепить к внутренней стороне оконной рамы.
• Нанесение УФ-абсорбирующих лаков на оконное стекло. Это должен делать только опытный подрядчик, так как лаки при некачественном нанесении неэффективны и эстетически нежелательны.
• Использование светильников с низким УФ-излучением
• Использование экранов и рукавов, фильтрующих УФ-излучение (доступны в виде тонких пластиковых рукавов или жестких пластиковых трубок) для люминесцентных светильников. Оба должны быть надлежащего размера, чтобы покрыть весь светильник, и должны быть повторно закреплены при замене лампочек.
• Белая краска, содержащая диоксид титана, может наноситься на оконные поверхности. Этот метод не так эффективен, как другие, но может быть экономичным и простым в таких областях, как хранение, где эстетика не так важна.

Недостаточно исследований того, как долго большинство пластиков, пленок и лаков, фильтрующих УФ-излучение, будут сохранять свою эффективность, но информация от поставщиков предполагает от 5 до 15 лет. Исследования, проведенные Канадским институтом охраны природы (CCI), показывают, что 10 лет следует считать общим сроком службы пластиков и пленок, фильтрующих УФ-излучение. Уровни УФ-излучения следует периодически проверять, чтобы оценить эффективность этих материалов.

Особые материалы

Свет и коллекции зоологических беспозвоночных

Пигментация, блеск и переливчатость энтомологических образцов чрезвычайно чувствительны к свету.Это также относится к образцам, консервированным в жидкости, где свет, особенно в ультрафиолетовом диапазоне, усиливает деградацию и обесцвечивание жидкости и образца за счет ускорения процессов окисления. Образцы никогда не должны находиться под прямыми солнечными лучами, и следует признать, что стекло (либо банок для образцов, либо контейнеров для образцов) не фильтрует ультрафиолетовый свет в диапазоне 300–400 нм, который является наиболее опасным для образцов. Кроме того, солнечный свет может привести к повышению температуры (подробнее см. раздел «Температура и относительная влажность»)

В качестве примера светового повреждения сухих коллекций беспозвоночных рассмотрим, как ультрафиолетовое излучение в сочетании с другими факторами окружающей среды играет значительную роль в порче янтаря.Чрезмерное воздействие света может привести к потемнению, образованию трещин (сеть мелких трещин на поверхности) и растрескиванию, что может поставить под угрозу или даже помешать исследованию включений.

Образцы янтаря, которые потемнели или потрескались в результате воздействия света и других повреждений окружающей среды.

Чтобы узнать больше о сохранении зоологических коллекций беспозвоночных, щелкните здесь.

Коллекции зоологии светлых и позвоночных

Коллекции зоологии позвоночных очень чувствительны к повреждению светом. Выцветание, обесцвечивание, потеря пигмента, охрупчивание и химическое разрушение представляют реальную опасность для этих коллекций на органической основе.Контроль уровня освещенности должен быть приоритетом для коллекций зоологии позвоночных, хранящихся и выставленных на обозрение. В идеале кожа, мех и перья не должны подвергаться воздействию света выше 50 люкс (5 фут-свечей) в течение длительного периода времени.

Аляскинский бурый медведь из Семейного зала млекопитающих Северной Америки Бернардов до и после перекраски.

Более подробную информацию о сохранении коллекций зоологии позвоночных можно найти здесь.

Коллекции света и палеонтологии

Большинство ископаемых образцов не подвержены прямому воздействию видимого или ультрафиолетового света, но другие минеральные компоненты коллекции могут тускнеть, менять цвет, разлагаться или изменять фазу в ответ на высокий уровень освещенности.Более серьезной проблемой для палеонтологических коллекций является способность света воздействовать на клеи и закрепители, используемые при подготовке или сохранении образца, а также его влияние на другие материалы для хранения коллекции. «Подископаемый материал, такой как роговые ножны или полные мумифицированные туши, особенно чувствителен к свету» (Коллинз, 1995, стр. 119).

Дополнительную информацию о хранении палеонтологических коллекций можно найти здесь.

Коллекции световых и физических наук

Как и в случае с палеонтологическими коллекциями, вы можете подумать, что образцы минералов невосприимчивы к повреждению светом. Хотя это может быть верно для большинства из тысяч видов минералов, у некоторых могут быть интересные и сложные реакции на видимый, ультрафиолетовый и инфракрасный свет. В приведенном ниже примере образец реальгара на расширенной экспозиции превратился в парареалгар в результате воздействия света и других неидеальных условий окружающей среды.

Реалгар (красный), трансформирующийся в парареалгар (оранжево-желтый порошок).

Дополнительную информацию о сохранении физических наук можно найти здесь [ссылка на раздел, посвященный конкретным проблемам коллекции]

Дополнительные ресурсы

Заметки Канадского института консервации содержат практические советы по вопросам и вопросам, связанным с уходом, обращением и хранением культурные объекты. Соответствующие примечания включают:

Inside Science Research — Обновление новостей физики — Гребень ультрафиолетовой частоты | JILA

Номер 735 № 2, 29 июня 2005 г., Фил Шев и Бен Штайн

Ультрафиолетовый частотный гребень

Физики из JILA, объединенного института NIST и Университета Колорадо, создали новый оптический процесс для расширения производства когерентного излучения до крайней ультрафиолетовой области электромагнитного спектра.В этом процессе используется тот факт, что сверхбыстрые лазерные импульсы фемтосекундной ширины, разделенные наносекундами, проявляют себя как суперпозиция света на разных частотах в широком спектральном диапазоне.

Преобразование Фурье этих коротких импульсов представляет собой длинную серию равномерно расположенных всплесков; которые выглядят как зубцы гребня (для получения дополнительной информации см. «Physics Today», июнь 2000 г.). Что нового, так это то, что исследователи из JILA увеличили охват частотной гребенки до крайнего ультрафиолета, генерируя ряд высоких гармоник оригинальной лазерной гребенки ближнего инфракрасного диапазона. (Сопоставимый результат также был достигнут группой Теда Ханша в Мюнхене, результат будет опубликован в другом месте.)

В эксперименте JILA импульсы длительностью 50 фемтосекунд, разделенные интервалом в 10 наносекунд, отправляются в когерентное запоминающее устройство — оптический резонатор. Длина резонатора определяется таким образом, чтобы каждый зубец входящей гребенки частот согласовывался с соответствующей модой резонанса резонатора. Другими словами, последовательность импульсов точно соответствует резонатору, так что импульс, проходящий внутри резонатора, усиливается постоянным потоком входящих импульсов.

После тысячи обходов полости инфракрасный лазерный луч становится достаточно активным, чтобы напрямую ионизировать атомы ксенона внутри полости. Быстрая репатриация электронов ксенона к своим родным атомам — это то, что производит световые импульсы высокочастотных гармоник. Когерентная генерация высоких гармоник была достигнута с помощью других методов, обычно использующих одиночные активно усиливаемые ультракороткие лазерные импульсы.

Новый подход, продемонстрированный в работе JILA, радикально улучшил спектральное разрешение этих источников света, генерируемых высокими гармониками, на много порядков, а также позволит значительно повысить эффективность процесса генерации гармоник.Более того, наращивание интенсивного УФ происходило без необходимости в дорогостоящем или громоздком усилительном оборудовании.

Оптические частотные гребенки привели к демонстрации оптических атомных часов и способствуют исследованиям в области экстремальной нелинейной оптики, точной спектроскопии, манипулирования лазерными импульсами и управления ими. Джун Йе ([email protected], 303-735-3171) и его коллеги считают, что новая гребенка для измерения ультрафиолетовых частот обещает стать важным инструментом для спектроскопии сверхвысокого разрешения и прецизионных измерений в этой области спектра.

Он откроет дверь к беспрецедентному спектральному разрешению, что позволит ученым изучать тонкую структуру атомов и молекул с помощью когерентного XUV-излучения.