§8.4 Ультрафіолетове випромінювання

При опромінюванні видимими променями багато речовин випроміню­ють холодне світло. А яким буде холодне свічення речовин, якщо їх опромінюва­ти кольоровими променями спектра? Щоб дістати відповідь на це запитання, німецький фізик Йоганн Ріттер (1776—1810) поміщав шматочок картону, вкрито­го сульфідом цинку, в різні ділянки сонячного спектра. З'ясувалося, що холодне свічення сульфіду цинку зростає в міру наближення до фіолетової ділянки спек­тра. Помістивши люмінесцентний екран над фіолетовими променями, Й. Ріттер, на своє здивування, виявив, що холодне свічення екрана не зникло, а навпаки, стало ще інтенсивнішим. Сумнівів не було: над фіолетовими променями спектра теж знаходяться невидимі промені, які дістали назву ультрафіолетових (від лат. иltrа — над, зверху).

Ультрафіолетові промені являють собою електромагнітні хвилі довжиною 380— 10 нм. Зорового відчуття такі хвилі не спричинюють, але вони мають специфічні властивості, важливі для біології й медицини.

Ультрафіолетові промені спричинюють йонізацію молекул повітря, інтенсив­не холодне свічення багатьох речовин. Розчин хлористого срібла і всі сорти фото­емульсії під дією ультрафіолетових променів чорніють: у них відбуваються фо­тохімічні реакції. Фотохімічними процесами зумовлюється й специфічна дія уль­трафіолетових променів на живі тканини.

Ультрафіолетове випромінювання не проходить крізь звичайне скло, а також сильно поглинається озоном і водяною парою. Проте кварц, кухонна сіль, плави­ковий шпат, флюорит (мінерал без металічного блиску) вільно пропускають уль­трафіолетове випромінювання з довжиною хвилі, що не перевищує 200 нм. І тому щоб звичайне скло пропускало ультрафіолетові промені, в нього добавляють кварц; таке скло називають кварцовим, або увіолевим.

Ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі менше ніж 200 нм силь­но поглинається всіма тілами, й навіть тонкий шар повітря їх поглинає майже повністю, тому практичного значення для медицини воно не має.

Залежно від біологічної дії ультрафіолетові промені поділяють на три зони:

1. зона А — антирахітна — з довжиною хвилі 380—320 нм;

2. зона В — еритемна — з довжиною хвилі 320—280 нм;

3. зона С — бактерицидна — з довжиною хвилі 280—200 нм.

Промені зони А справляють на організм гартувальну дію, під їх впливом вітамін А перетворюється на вітамін О. Брак цього вітаміну в організмі призводить до порушення фосфорно-кальцієвого обміну: фосфор і кальцій вимиваються з кістко­вої речовини. У похилому віці кістки стають крихкими й легко ламаються навіть за незначних навантажень, а в дитячому — виникає рахіт. З цієї причини ультра­фіолетове випромінювання цієї зони називають антирахітним.

Промені зони В зумовлюють складну фотохімічну реакцію в організмі, яка називається еритемою. При опроміненні променями цієї зони через 6—12 год спостерігається почервоніння шкіри, яке утримується протягом кількох днів і потім зникає. Але не безслідно: шкіра набуває світло-коричневої пігментації, яку називають загаром. При надлишковому опромінюванні промені цієї зони можуть призвести до опіку й зумовити виникнення онкологічних захворювань.

Промені зони С згубно діють на живі клітини, насамперед на клітини багатьох видів бактерій, що мають здатність до швидкого розмноження, й тому ця зона називається бактерицидною (та, що вбиває бактерії). Промені цієї зони, потрап­ляючи на зовнішню оболонку очного яблука, спричинюють її запалення, що су­проводжується різким болем і призводить до виникнення кон'юктивітів. Тому не слід без захисних окулярів дивитися на джерело ультрафіолетових променів.

Природними джерелами ультрафіолетового випромінювання є Сонце, зорі, туманності та інші космічні об'єкти. Ультрафіолетові промені інтенсивно випромінює будь-яке тіло, температура якого перевищує 2500 °С. Потужними джерелами ультрафіолетових променів є дуговий розряд і високотемпературна плазма. В техніці й медицині ультрафіолетові промені одержують за допомогою ртутних ламп.

Ртутна лампа складається з короткої прямої трубки / (рис.3.21, а), виготов­леної із кварцового скла. З трубки відкачують повітря й заповнюють її аргоном. Усередину трубки вводять кілька крапель ртуті 2 і впаюють два металеві елек­троди 3, що мають вигляд спіралей. Зовнішній вигляд ртутної лампи показано на рис.3.21, б.

Лампа вмикається в мережу змінного струму, і в аргоні, що заповнює балон трубки, виникає тліючий розряд. Газ у трубці нагрівається, й крапельки ртуті випаровуються. Тліючий розряд переходить у дуговий, який стає потужним джерелом ультрафіолетового випро­мінювання.

а

б

Рисунок 3.21

Крім ультрафіолетевих, лампа випромінює також сині й фіолетові промені, які спостерігаються органами зору під час роботи лампи. Лампу вміщують у рефлектор, який може мати різну форму залежно від призначення лампи.

Лампа випромінює ультра­фіолетові промені тієї чи іншої зони залежно від тиску аргону, який міститься в її балоні. У зв'язку з цим виготовляють ртутні лампи трьох типів: 1) лам­пи низького тиску (0,5 кПа) бактерицидні, які випромінюють промені зони С; 2) лампи високого тиску, які випромінюють промені зони В; 3) лампи надвисокого тиску (вищого від атмос­ферного), які випромінюють промені зони А.

Лампи високого й надвисокого тиску застосовують для лікування хворих і як засіб загартовування організму. Бактерицидні лампи використовують для дез­інфекції повітря в операційних, перев'язочних та інфекційних відділеннях ліка­рень. Під час епідемій грипу бактерицидними лампами опромінюють повітря в місцях скупчення людей — у навчальних закладах, театрах, кінозалах, супермар­кетах

Розділ 9 Основи квантової біофізики