نور فرابنفش چیست؟
نور فرابنفش به مانند امواج رادیویی، پرتوهای گاما، پرتوهای ایکس و مادون قرمز نوعی تابش الکترومغناطیسی می باشد.
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
تاریخ : شنبه 1396/09/04
زینب شاه مرادی - مرکز یادگیری تبیان
نور فرابنفش که از خورشید سرچشمه می گیرد، برای انسان ها قابل مشاهده نیست. این نور که باعث درخشش پوسترهای مشکی روشن می شود، در آفتاب سوختگی و برنزه شدن نقش دارد. قرار گرفتن بیش از حد در مقابل تابش فرابنفش برای بافت های زنده مضر است.
تابش الکترومغناطیسی در قالب موج یا ذره با فرکانس ها و طول موج های مختلف انتقال می یابد. این دامنه وسیع از طول موج با عنوان طیف الکترومغناطیسی (EM) شناخته می شود. این طیف بر حسب کاهش طول موج و افزایش انرژی و فرکانس به هفت قسمت تقسیم می شود. از عناوین متداول می توان به امواج رادیویی، ریز موج ها، مادون قرمز، نور مرئی، فرابنفش، پرتوهای ایکس و پرتوهای گاما اشاره کرد.
نور فرابنفش در دامنهٔ طیف الکترومغناطیسی و در بین نور مرئی و پرتوهای ایکس جای می گیرد. این نور دارای فرکانسى در حدود ۳×۱۰۱۶ تا ۸×۱۰۱۴ هرتز و طول موجی معادل ۱۰ تا ۳۸۰ نانومتر می باشد. بر اساس دستورالعمل تابش فرابنفش نیروی دریایی آمریکا، نور فرابنفش به سه بخش فرعی تقسیم می شود: UVA یا نزدیک به فرابنفش ( با طول موج ۳۱۵ تا ۴۰۰ نانومتر )؛ UVB ( با طول موج ۲۸۰ تا ۳۱۵ نانومتر )؛ و UVC ( با طول موج ۱۸۰ تا ۲۸۰ نانومتر). بر طبق این دستورالعمل، گاهی اوقات تابش هایی با طول موج ۱۰ تا ۱۸۰ نانومتر خلا نامگذاری می شوند. هوا مانعی برای این طول موج ها به شمار می آید و فقط توان انتشار در خلا را دارند.
یونیزاسیون
تابش فرابنفش از انرژی کافی برای شکستن پیوندهای شیمیایی برخوردار است. فوتون های فرابنفش به دلیل انرژی بالایی که دارند می توانند فرآیند یونیزاسیون را رقم بزنند. الکترون ها در این فرآیند از اتم ها جدا می شوند. این تُهی شدگی بر ویژگی های شیمیایی اتم ها تأثیر گذاشته و آنها را وادار به شکل گیری یا شکستن پیوند های شیمیایی می کند که قبلا چنین چیزی مقدور نبود. این فرآیند می تواند برای پردازش شیمیایی مفید باشد و هم چنین می تواند آسیب هایی را به مواد و بافت های زنده وارد آورد. برای مثال، این آسیب می تواند برای ضد عفونی کردن سطوح مفید باشد ولی خطراتی را برای پوست و چشم ها به ارمغان آورد. لذا تابش های پر انرژی UVB و UVC تهدیدی برای سلامتی هستند.
اثرات نور فرابنفش
بر اساس برنامه ملی سم شناسی(NTP): بیشتر نور فرابنفش طبیعی که گریبان افراد را می گیرد، از خورشید می آید. با این حال، تنها ده درصد از نور خورشید شامل فرابنفش می باشد و تنها یک سوم این میزان از اتمسفر عبور کرده و به زمین می رسد. از ک که به استوا می رسد، ۹۵ درصد آن را UVA و ۵ درصد آن را UVB تشکیل می دهد. از آنجا که ازون، اکسیژن مولکولی و بخار آب موجود در اتمسفر فوقانی کوتاه ترین طول موج های فرابنفش را جذب می کنند، هیچ نوع تابش UVC قابل اندازه گیری از خورشید به سطح زمین نمی رسد. اما بنا به سیزدهمین گزارش سازمان NTP در خصوص مواد سرطان زا، تابش فرابنفش UVA و UVB قوی ترین و آسیب زا ترین تابش ها برای موجودات زنده هستند.
آفتاب سوختگی
برنزه شدن واکنشى برای قرار گرفتن در معرض پرتوهای مضر UVB است. برنزه شدن نوعی مکانیسم دفاعی طبیعی بدن به شمار می رود که از رنگدانه هایی موسوم به ملانین تشکیل می یابد. ملانین توسط سلول های موجود در پوست به نام ملانوسیت ها ایجاد می شود. ملانین به جذب نور فرابنفش پرداخته و آن را بصورت گرما منتشر می سازد. زمانی که بدن متوجه آسیب ناشی از خورشید شود، ملانین را به سلول های اطراف ارسال کرده و تلاش می کند آنها را از آسیب های بیشتر محافظت کند. رنگدانه باعث تیره شدن پوست می گردد.
گری چوآنگ، استادیار پوست پزشکی در دانشکده پزشکی دانشگاه تافتس گفت: ملانین نقش کرم ضد آفتاب طبیعی را بازی می کند. اما قرار گرفتن مداوم در معرض تابش فرابنفش می تواند سیستم دفاعی بدن را تحت تاثیر قرار بدهد. در چنین شرایطی، یک واکنش سمی رخ داده و به آفتاب سوختگی منجر می شود. پرتوهای فرابنفش می توانند به DNA موجود در سلول های بدن آسیب بزنند. بدن متوجه این آسیب شده و ناحیه مورد نظر را پُر از خون می کند تا فرآیند درمان را کلید بزند. التهاب همراه با درد نیز رخ می دهد. معمولا در ظرف نیم روز قرارگیری بیش از حد در برابر آفتاب، اثرات آفتاب سوختگی کم کم خود را آشکار می کند.
برخی مواقع، سلول ها همراه با DNA جهش یافته در اثر پرتو های خورشید به سلول های مشکل زایى تبدیل می شوند که نمی میرند اما در قالب سلول های سرطانی گسترش می یابند. چوآنگ گفت: نور فرابنفش باعث وارد آمدن آسیب های تصادفی در DNA و فرآیند تعمیر DNA می شود، طوریکه سلول ها توانایی اجتناب از مرگ را کسب می کنند که نتیجه آن، سرطان پوست است. سرطان پوست شایع ترین نوع سرطان در ایالات متحده می باشد. افرادی که به دفعات دچار آفتاب سوختگی می شوند، خطر بالایی تهدید شان می کند. بنا به اعلام بنیاد سرطان پوست، خطر ابتلا به مرگبارترین نوع سرطان پوست ( موسوم به ملانوما ) در افرادی که پنج بار یا بیشتر دچار آفتاب سوختگی شده اند، دو برابر است.
سایر منابع فرابنفش (UV)
چندین منشأ مصنوعی برای تولید تابش فرابنفش ابداع گردیده است. بر اساس گزارش انجمن فیزیک بدن و سلامتی، منشأهای مصنوعی به شرح ذیل می باشند: دستگاه های مخصوص برنزه کردن پوست، نورهای نامرئی، لامپ های درمانی، لامپ های مخصوص میکروب کشی، چراغ های هالوژن، لامپ های بخار جیوه، لامپ های تخلیه پر شدت، لامپ های فلوئورسنت و لامپ های نئون و برخی نورهای لیزری.
یکی از متداول ترین راه های تولید نور فرابنفش، عبور دادن جریان الکتریکی از بخار جیوه یا گازهای دیگر می باشد. این نوع لامپ در دستگاه های مخصوص برنزه کردن پوست و ضد عفونی کردن سطوح کاربرد بسیاری دارد. لامپ ها در چراغ های سیاه هم به کار می روند زیرا باعث درخشش رنگ های فلوئورسنت می شود. دیود های ساطع کننده نور یا همان ال ای دی ها، لیزرها و لامپ های قوسی جرقه ای با طول موج های مختلف در حوزه های صنعتی، پزشکی و پژوهشی کاربرد دارند.
فلوئورسانس
بسیاری از مواد از قبیل گیاهان، مواد معدنی، قارچ ها، میکروب ها و مواد شیمیایی ارگانیک و غیر ارگانیک می توانند تابش فرابنفش را جذب کنند. عمل جذب باعث افزایش سطح انرژی الکترون های موجود در ماده می شود. این الکترون ها می توانند با بازگشت به سطح انرژی پایین تر در یک سری مراحل جزئی، قسمتی از انرژی جذبی شان را به صورت نور مرئی ساطع کنند. مواد استفاده شده به عنوان رنگدانه در رنگ هایی که چنین فلوئورسانس هایی نشر می کنند، در زیر نور آفتاب روشن تر بنظر می رسند زیرا نور فرابنفش نامرئی را جذب کرده و مجددا آن را بصورت طول موج های مرئی انتشار می دهند. به همین منظور، از مواد فوق معمولا در جلیقه های نجات، تابلوها و در سایر جاهایی که مسئلهٔ دیده شدن حائز اهمیت است، استفاده می شود.
فلوئورسانس در شناسایی مواد آلی و مواد معدنی مشخصی نیز کاربرد دارد. بنا به گزارش “ترمو فیشر ساینتیفیک، فناوری حیات”، ابزارهای فلوئورسنت این امکان را به محققان میدهند تا به شناسایی اجزای ویژه ای از ترکیب های زیست مولکولی پیچیده مثل سلول های زنده بپردازند. این کار از حساسیت و گزینش پذیری بالایی بهره می برد.
بر اساس گزارشی از دانشگاه نبراسکا، در لوله های فلوئورسنت، تابش فرابنفش با طول موج ۲۵۴ نانومتر همراه با نور آبی تولید می شود و با عبور یک جریان الکتریکی از بخار جیوه نشر می یابد. این تابش فرابنفش نامرئی است ولی انرژی بیشتری در قیاس با نور مرئی ساطع شده دارد. انرژی حاصل از نور فرابنفش توسط روکش فلوئورسنت درون لامپ فلوئورسنت جذب شده و مجددا در قالب نور مرئی ساطع می گردد. لوله های مشابه بدون روکش فلوئورسنت یکسان به نشر نور فرابنفشى میپردازند که می تواند نقش موثری در ضد عفونی کردن سطوح ایفا کند. زیرا اثر یونیزه کنندهٔ تابش فرابنفش می تواند بسیاری از باکتری ها را از بین ببرد.
در لوله های نور سیاه از بخار جیوه برای تولید نور UVA با موج بلند استفاده می شود زیرا فلور سان شدن برخی رنگ ها و رنگدانه ها را در پی دارد. لوله شیشه ای دارای یک روکش فیلتر بنفش تیره می باشد که از نور مرئی جلوگیری می کند و باعث درخشان تر دیده شدن فلوئورسنت می شود. این فیلترینگ در جاهایی مثل ضد عفونی کردن سطوح کاربردی ندارد.
اخترشناسی فرابنفش (UV)
علاوه بر خورشید، منابع متعدد دیگری هم برای تابش فرابنفش وجود دارد. به گفته ناسا، ستاره های جوان بسیار بزرگ در کهکشان ها غالبا بصورت طول موج های فرابنفش می درخشند. از آنجا که اتمسفر زمین مانع نفوذ قسمت اعظمی از این تابش فرابنفش به ویژه در طول موج های کوتاه تر می شود، مشاهدات با کمک بالون های خاص و تلسکوپ های مجهز به حسگر های تصویربرداری ویژه انجام می گیرد.
بنا به گفته رابرت پترسون، استاد نجوم در دانشگاه ایالت میسوری، اکثر مشاهدات با بهره گیری از دستگاه های CCD صورت می پذیرد. این آشکارسازها برای تشخیص فوتون هایی با طول موج کوتاه طراحی شده اند. امکان تعیین دماهای سطحی داغ ترین ستاره ها و آگاهی از وجود ابرهای گازی میان زمین و دور اخترها با این مشاهدات وجود دارد.
منبع: bigbangpage.com
تابش الکترومغناطیسی در قالب موج یا ذره با فرکانس ها و طول موج های مختلف انتقال می یابد. این دامنه وسیع از طول موج با عنوان طیف الکترومغناطیسی (EM) شناخته می شود. این طیف بر حسب کاهش طول موج و افزایش انرژی و فرکانس به هفت قسمت تقسیم می شود. از عناوین متداول می توان به امواج رادیویی، ریز موج ها، مادون قرمز، نور مرئی، فرابنفش، پرتوهای ایکس و پرتوهای گاما اشاره کرد.
نور فرابنفش در دامنهٔ طیف الکترومغناطیسی و در بین نور مرئی و پرتوهای ایکس جای می گیرد. این نور دارای فرکانسى در حدود ۳×۱۰۱۶ تا ۸×۱۰۱۴ هرتز و طول موجی معادل ۱۰ تا ۳۸۰ نانومتر می باشد. بر اساس دستورالعمل تابش فرابنفش نیروی دریایی آمریکا، نور فرابنفش به سه بخش فرعی تقسیم می شود: UVA یا نزدیک به فرابنفش ( با طول موج ۳۱۵ تا ۴۰۰ نانومتر )؛ UVB ( با طول موج ۲۸۰ تا ۳۱۵ نانومتر )؛ و UVC ( با طول موج ۱۸۰ تا ۲۸۰ نانومتر). بر طبق این دستورالعمل، گاهی اوقات تابش هایی با طول موج ۱۰ تا ۱۸۰ نانومتر خلا نامگذاری می شوند. هوا مانعی برای این طول موج ها به شمار می آید و فقط توان انتشار در خلا را دارند.
یونیزاسیون
تابش فرابنفش از انرژی کافی برای شکستن پیوندهای شیمیایی برخوردار است. فوتون های فرابنفش به دلیل انرژی بالایی که دارند می توانند فرآیند یونیزاسیون را رقم بزنند. الکترون ها در این فرآیند از اتم ها جدا می شوند. این تُهی شدگی بر ویژگی های شیمیایی اتم ها تأثیر گذاشته و آنها را وادار به شکل گیری یا شکستن پیوند های شیمیایی می کند که قبلا چنین چیزی مقدور نبود. این فرآیند می تواند برای پردازش شیمیایی مفید باشد و هم چنین می تواند آسیب هایی را به مواد و بافت های زنده وارد آورد. برای مثال، این آسیب می تواند برای ضد عفونی کردن سطوح مفید باشد ولی خطراتی را برای پوست و چشم ها به ارمغان آورد. لذا تابش های پر انرژی UVB و UVC تهدیدی برای سلامتی هستند.
اثرات نور فرابنفش
بر اساس برنامه ملی سم شناسی(NTP): بیشتر نور فرابنفش طبیعی که گریبان افراد را می گیرد، از خورشید می آید. با این حال، تنها ده درصد از نور خورشید شامل فرابنفش می باشد و تنها یک سوم این میزان از اتمسفر عبور کرده و به زمین می رسد. از ک که به استوا می رسد، ۹۵ درصد آن را UVA و ۵ درصد آن را UVB تشکیل می دهد. از آنجا که ازون، اکسیژن مولکولی و بخار آب موجود در اتمسفر فوقانی کوتاه ترین طول موج های فرابنفش را جذب می کنند، هیچ نوع تابش UVC قابل اندازه گیری از خورشید به سطح زمین نمی رسد. اما بنا به سیزدهمین گزارش سازمان NTP در خصوص مواد سرطان زا، تابش فرابنفش UVA و UVB قوی ترین و آسیب زا ترین تابش ها برای موجودات زنده هستند.
آفتاب سوختگی
برنزه شدن واکنشى برای قرار گرفتن در معرض پرتوهای مضر UVB است. برنزه شدن نوعی مکانیسم دفاعی طبیعی بدن به شمار می رود که از رنگدانه هایی موسوم به ملانین تشکیل می یابد. ملانین توسط سلول های موجود در پوست به نام ملانوسیت ها ایجاد می شود. ملانین به جذب نور فرابنفش پرداخته و آن را بصورت گرما منتشر می سازد. زمانی که بدن متوجه آسیب ناشی از خورشید شود، ملانین را به سلول های اطراف ارسال کرده و تلاش می کند آنها را از آسیب های بیشتر محافظت کند. رنگدانه باعث تیره شدن پوست می گردد.
برخی مواقع، سلول ها همراه با DNA جهش یافته در اثر پرتو های خورشید به سلول های مشکل زایى تبدیل می شوند که نمی میرند اما در قالب سلول های سرطانی گسترش می یابند. چوآنگ گفت: نور فرابنفش باعث وارد آمدن آسیب های تصادفی در DNA و فرآیند تعمیر DNA می شود، طوریکه سلول ها توانایی اجتناب از مرگ را کسب می کنند که نتیجه آن، سرطان پوست است. سرطان پوست شایع ترین نوع سرطان در ایالات متحده می باشد. افرادی که به دفعات دچار آفتاب سوختگی می شوند، خطر بالایی تهدید شان می کند. بنا به اعلام بنیاد سرطان پوست، خطر ابتلا به مرگبارترین نوع سرطان پوست ( موسوم به ملانوما ) در افرادی که پنج بار یا بیشتر دچار آفتاب سوختگی شده اند، دو برابر است.
سایر منابع فرابنفش (UV)
چندین منشأ مصنوعی برای تولید تابش فرابنفش ابداع گردیده است. بر اساس گزارش انجمن فیزیک بدن و سلامتی، منشأهای مصنوعی به شرح ذیل می باشند: دستگاه های مخصوص برنزه کردن پوست، نورهای نامرئی، لامپ های درمانی، لامپ های مخصوص میکروب کشی، چراغ های هالوژن، لامپ های بخار جیوه، لامپ های تخلیه پر شدت، لامپ های فلوئورسنت و لامپ های نئون و برخی نورهای لیزری.
فلوئورسانس
بسیاری از مواد از قبیل گیاهان، مواد معدنی، قارچ ها، میکروب ها و مواد شیمیایی ارگانیک و غیر ارگانیک می توانند تابش فرابنفش را جذب کنند. عمل جذب باعث افزایش سطح انرژی الکترون های موجود در ماده می شود. این الکترون ها می توانند با بازگشت به سطح انرژی پایین تر در یک سری مراحل جزئی، قسمتی از انرژی جذبی شان را به صورت نور مرئی ساطع کنند. مواد استفاده شده به عنوان رنگدانه در رنگ هایی که چنین فلوئورسانس هایی نشر می کنند، در زیر نور آفتاب روشن تر بنظر می رسند زیرا نور فرابنفش نامرئی را جذب کرده و مجددا آن را بصورت طول موج های مرئی انتشار می دهند. به همین منظور، از مواد فوق معمولا در جلیقه های نجات، تابلوها و در سایر جاهایی که مسئلهٔ دیده شدن حائز اهمیت است، استفاده می شود.
بر اساس گزارشی از دانشگاه نبراسکا، در لوله های فلوئورسنت، تابش فرابنفش با طول موج ۲۵۴ نانومتر همراه با نور آبی تولید می شود و با عبور یک جریان الکتریکی از بخار جیوه نشر می یابد. این تابش فرابنفش نامرئی است ولی انرژی بیشتری در قیاس با نور مرئی ساطع شده دارد. انرژی حاصل از نور فرابنفش توسط روکش فلوئورسنت درون لامپ فلوئورسنت جذب شده و مجددا در قالب نور مرئی ساطع می گردد. لوله های مشابه بدون روکش فلوئورسنت یکسان به نشر نور فرابنفشى میپردازند که می تواند نقش موثری در ضد عفونی کردن سطوح ایفا کند. زیرا اثر یونیزه کنندهٔ تابش فرابنفش می تواند بسیاری از باکتری ها را از بین ببرد.
در لوله های نور سیاه از بخار جیوه برای تولید نور UVA با موج بلند استفاده می شود زیرا فلور سان شدن برخی رنگ ها و رنگدانه ها را در پی دارد. لوله شیشه ای دارای یک روکش فیلتر بنفش تیره می باشد که از نور مرئی جلوگیری می کند و باعث درخشان تر دیده شدن فلوئورسنت می شود. این فیلترینگ در جاهایی مثل ضد عفونی کردن سطوح کاربردی ندارد.
اخترشناسی فرابنفش (UV)
علاوه بر خورشید، منابع متعدد دیگری هم برای تابش فرابنفش وجود دارد. به گفته ناسا، ستاره های جوان بسیار بزرگ در کهکشان ها غالبا بصورت طول موج های فرابنفش می درخشند. از آنجا که اتمسفر زمین مانع نفوذ قسمت اعظمی از این تابش فرابنفش به ویژه در طول موج های کوتاه تر می شود، مشاهدات با کمک بالون های خاص و تلسکوپ های مجهز به حسگر های تصویربرداری ویژه انجام می گیرد.
منبع: bigbangpage.com
