Ультрафиолетовое излучение

(от Ультра. И фиолетовый) ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение, не видимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн λ 400—10 нм. Вся область У. И. Условно делится на ближнюю (400—200 нм) и далёкую, или вакуумную (200—10 нм). Последнее название обусловлено тем, что У. И. Этого участка сильно поглощается воздухом и его исследование производят с помощью вакуумных спектральных приборов. Ближнее У. И. Открыто в 1801 немецким учёным Н. Риттером и английским учёным У. Волластоном по фотохимическому действию этого излучения на хлористое серебро. Вакуумное У. И. Обнаружено немецким учёным В. Шуманом при помощи построенного им вакуумного спектрографа с флюоритовой призмой (1885—1903) и безжелатиновых фотопластинок.

Он получил возможность регистрировать коротковолновое излучение до 130 нм. Английский учёный Т. Лайман, впервые построив вакуумный спектрограф с вогнутой дифракционной решёткой, регистрировал У. И. С длиной волны до 25 нм (1924). К 1927 был изучен весь промежуток между вакуумным У. И. И рентгеновским излучением. Спектр У. И. Может быть линейчатым, непрерывным или состоять из полос в зависимости от природы источника У. И. (см. Спектры оптические). Линейчатым спектром обладает УФ-излучение атомов, ионов или лёгких молекул (например, H2). Для спектров тяжёлых молекул характерны полосы, обусловленные электронно-колебательно-вращательными переходами молекул (см. Молекулярные спектры). Непрерывный спектр возникает при торможении и рекомбинации электронов (см.

Тормозное излучение). Оптические свойства веществ в ультрафиолетовой области спектра значительно отличаются от их оптических свойств в видимой области. Характерной чертой является уменьшение прозрачности (увеличение коэффициента поглощения) большинства тел, прозрачных в видимой области. Например, обычное стекло непрозрачно при λ < 320 нм. В более коротковолновой области прозрачны лишь увиолевое стекло, сапфир, фтористый магний, кварц, флюорит, фтористый литий и некоторые др. Материалы. Наиболее далёкую границу прозрачности (105 нм) имеет фтористый литий. Для λ 290 нм) достигает земной поверхности. Более коротковолновое У. И. Поглощается озоном, кислородом и др. Компонентами атмосферы на высоте 30—200 км от поверхности Земли, что играет большую роль в атмосферных процессах.

У. И. Звёзд и др. Космических тел, кроме поглощения в земной атмосфере, в интервале 91,2—20 нм практически полностью поглощается межзвёздным водородом. Приёмники У. И. Для регистрации У. И. При λ>230 нм используются обычные фотоматериалы. В более коротковолновой области к нему чувствительны специальные маложелатиновые фотослои. Применяются фотоэлектрические приёмники, использующие способность У. И. Вызывать ионизацию и фотоэффект. Фотодиоды, ионизационные камеры (См. Ионизационная камера), счётчики фотонов, фотоумножители и др. Разработан также особый вид фотоумножителей — каналовые электронные умножители, позволяющие создавать микроканаловые пластины. В таких пластинах каждая ячейка является каналовым электронным умножителем размером до 10 мкм.

Микроканаловые пластины позволяют получать фотоэлектрические изображения в У. И. И объединяют преимущества фотографических и фотоэлектрических методов регистрации излучения. При исследовании У. И. Также используют различные люминесцирующие вещества, преобразующие У. И. В видимое. На этой основе созданы приборы для визуализации изображений в У. И. Применение У. И. Изучение спектров испускания, поглощения и отражения в УФ-области позволяет определять электронную структуру атомов, ионов, молекул, а также твёрдых тел. УФ-спектры Солнца, звёзд и др. Несут информацию о физических процессах, происходящих в горячих областях этих космических объектов (см. Ультрафиолетовая спектроскопия, Вакуумная спектроскопия). На фотоэффекте, вызываемом У.

И., основана Фотоэлектронная спектроскопия. У. И. Может нарушать химические связи в молекулах, в результате чего могут происходить различные химические реакции (окисление, восстановление, разложение, полимеризация и т.д., см. Фотохимия). Люминесценция под действием У. И. Используется при создании люминесцентных ламп (См. Люминесцентная лампа), светящихся красок, в люминесцентном анализе (См. Люминесцентный анализ) и люминесцентной дефектоскопии (См. Люминесцентная дефектоскопия). У. И. Применяется в криминалистике для установления идентичности красителей, подлинности документов и т.п. В искусствоведении У. И. Позволяет обнаружить на картинах не видимые глазом следы реставраций (рис. 2). Способность многих веществ к избирательному поглощению У.

И. Используется для обнаружения в атмосфере вредных примесей, а также в ультрафиолетовой микроскопии. Лит. Мейер А., Зейтц Э., Ультрафиолетовое излучение, пер. С нем., М., 1952. Лазарев Д. Н., Ультрафиолетовая радиация и ее применение, Л. — М., 1950. Samson I. A. R., Techniques of vacuum ultraviolet spectroscopy, N. Y. — L. — Sydney, [1967]. Зайдель А. Н., Шрейдер Е. Я., Спектроскопия вакуумного ультрафиолета, М., 1967. Столяров К. П., Химический анализ в ультрафиолетовых лучах, М. — Л., 1965. Бейкер А., Беттеридж Д., Фотоэлектронная спектроскопия, пер. С англ., М., 1975. А. Н. Рябцев. Биологическое действие У. И. При действии на живые организмы У. И. Поглощается верхними слоями тканей растений или кожи человека и животных. В основе биологического действия У.

И. Лежат химические изменения молекул биополимеров (См. Биополимеры). Эти изменения вызываются как непосредственным поглощением ими квантов излучения, так и (в меньшей степени) образующимися при облучении радикалами воды и др. Низкомолекулярных соединений. На человека и животных малые дозы У. И. Оказывают благотворное действие — способствуют образованию витаминов группы D (см. Кальциферолы), улучшают иммунобиологические свойства организма. Характерной реакцией кожи на У. И. Является специфическое покраснение — Эритема (максимальным эритемным действием обладает У. И. С λ = 296,7 нм и λ = 253,7 нм), которая обычно переходит в защитную пигментацию (Загар). Большие дозы У. И. Могут вызывать повреждения глаз (фотоофтальмию) и ожог кожи.

Частые и чрезмерные дозы У. И. В некоторых случаях могут оказывать канцерогенное действие на кожу. В растениях У. И. Изменяет активность ферментов и гормонов, влияет на синтез пигментов, интенсивность фотосинтеза и фотопериодической реакции. Не установлено, полезны ли и тем более необходимы ли для прорастания семян, развития проростков и нормальной жизнедеятельности высших растений малые дозы У. И. Большие дозы У. И., несомненно, неблагоприятны для растений, о чём свидетельствуют и существующие у них защитные приспособления (например, накопление определённых пигментов, клеточные механизмы восстановления от повреждений). На микроорганизмы и культивируемые клетки высших животных и растений У. И. Оказывает губительное и мутагенное действие (наиболее эффективно У.

И. С λ в пределах 280—240 нм). Обычно спектр летального и мутагенного действия У. И. Примерно совпадает со спектром поглощения нуклеиновых кислот (См. Нуклеиновые кислоты) — ДНК и РНК (рис. 3, А), в некоторых случаях спектр биологического действия близок к спектру поглощения белков (рис. 3, Б). Основная роль в действии У. И. На клетки принадлежит, по-видимому, химическим изменениям ДНК. Входящие в её состав пиримидиновые основания (главным образом Тимин) при поглощении квантов У. И. Образуют димеры, которые препятствуют нормальному удвоению (репликации (См. Репликация)) ДНК при подготовке клетки к делению. Это может приводить к гибели клеток или изменению их наследственных свойств (мутациям (См. Мутации)). Определённое значение в летальном действии У.

И. На клетки имеют также повреждение биолеских мембран и нарушение синтеза различных компонентов мембран и клеточной оболочки. Большинство живых клеток может восстанавливаться от вызываемых У. И. Повреждений благодаря наличию у них систем Репарации. Способность восстанавливаться от повреждений, вызываемых У. И., возникла, вероятно, на ранних этапах эволюции и играла важную роль в выживании первичных организмов, подвергавшихся интенсивному солнечному ультрафиолетовому облучению. По чувствительности к У. И. Биологические объекты различаются очень сильно. Например, доза У. И., вызывающая гибель 90% клеток, для разных штаммов кишечной палочки равна 10, 100 и 800 эрг/мм2, а для бактерий Micrococcus radiodurans — 7000 эрг/мм2 (рис.

4, А и Б). Чувствительность клеток к У. И. В большой степени зависит также от их физиологического состояния и условий культивирования до и после облучения (температура, состав питательной среды и др.). Сильно влияют на чувствительность клеток к У. И. Мутации некоторых Генов. У бактерий и дрожжей известно около 20 генов, мутации которых повышают чувствительность к У. И. В ряде случаев такие гены ответственны за восстановление клеток от лучевых повреждений. Мутации других генов нарушают синтез белка и строение клеточных мембран, тем самым повышая радиочувствительность негенетических компонентов клетки. Мутации, повышающие чувствительность к У. И., известны и у высших организмов, в том числе у человека. Так, наследственное заболевание — пигментная Ксеродерма обусловлено мутациями генов, контролирующих темновую репарацию.

Генетические последствия облучения У. И. Пыльцы высших растений, клеток растений и животных, а также микроорганизмов выражаются в повышении частот мутирования генов, хромосом и плазмид (См. Плазмиды). Частота мутирования отдельных генов, при действии высоких доз У. И., может повышаться в тысячи раз по сравнению с естественным уровнем и достигает нескольких процентов. В отличие от генетического действия ионизирующих излучений, мутации генов под влиянием У. И. Возникают относительно чаще, чем мутации хромосом (См. Хромосомы). Благодаря сильному мутагенному эффекту У. И. Широко используют как в генетических исследованиях, так и в селекции растений и промышленных микроорганизмов, являющихся продуцентами антибиотиков, аминокислот, витаминов и белковой биомассы.

Генетическое действие У. И. Могло играть существенную роль в эволюции живых организмов. О применении У. И. В медицине см. Светолечение. Лит. Самойлова К. А., Действие ультрафиолетовой радиации на клетку, Л., 1967. Дубров А. П,, Генетические и физиологические эффекты действия ультрафиолетовой радиации на высшие растения, М., 1968. Галанин Н. Ф., Лучистая энергия и ее гигиеническое значение, Л., 1969. Смит К., Хэнеуолт Ф., Молекулярная фотобиология, пер. С англ., М., 1972. Шульгин И. А., Растение и солнце, Л., 1973. Мясник М. Н., Генетический контроль радиочувствительности бактерий, М., 1974. В. И. Корогодин. Рис. 1. Зависимость коэффициента отражения r слоя алюминия от длины волны λ, измеренная сразу после напыления в ультравысоком вакууме (1) и после хранения на открытом воздухе в течение года (2).

Рис. 2. Спектры действия ультрафиолетового излучения на некоторые биологические объекты. А — возникновение мутаций в пыльцевых зернах кукурузы (кружки) и спектр поглощения нуклеиновых кислот (сплошная кривая). Б — иммобилизация (прекращение движения) парамеций (кружки) и спектр поглощения альбумина (сплошная кривая). Рис. 3. Зависимость выживаемости разных бактерий от дозы ультрафиолетового излучения. А — кишечная палочка, длина волны 253,7 нм. 1, 2 — мутантные штаммы. 3 — дикий тип. Б — M. Radiodurans , длина волны 265,2 нм..