УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (от
ультра...
и фиолетовый), ультрафиолетовые лучи, УФ-и з л у-ч е н и е, не видимое
глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между
видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн Л 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 нем. учёным
Н. Риттером и англ. учёным У. Волластоном по фотохим. действию этого излучения
на хлористое серебро. Вакуумное У. и. обнаружено нем. учёным В. Шуманом
при помощи построенного им вакуумного спектрографа с флюори-товой призмой
(1885-1903) и безжелатиновых фотопластинок. Он получил возможность
регистрировать коротковолновое излучение до 130 им. Англ. 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 (напр., Н). 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 оптич.
свойств в видимой области. Характерной чертой является уменьшение прозрачности
(увеличение коэфф. поглощения) большинства тел, прозрачных в видимой
области. Напр., обычное стекло непрозрачно при X << 320 нм;
в более коротковолновой области прозрачны лишь увиолевое стекло, сапфир,
фтористый магний, кварц, флюорит, фтористый литий и нек-рые др. материалы.
Наиболее
далёкую границу прозрачности (105 нм) имеет фтористый литий. Для
Л<105 им прозрачных материалов практически нет. Из газообразных
веществ наибольшую прозрачность имеют инертные газы, граница прозрачности
к-рых определяется величиной их ионизационного потенциала.
Самую
коротковолновую границу прозрачности имеет гелий - 50,4 нм. Воздух
непрозрачен практически при Л< < 185 нм из-за поглощения кислородом.

Коэфф. отражения всех материалов (в
т. ч. металлов) уменьшается с уменьшением длины волны излучения.
Напр., коэфф. отражения свеженапылённого алюминия, одного из лучших материалов
для отражающих покрытий в видимой области спектра, резко уменьшается
при Л<90 нм (рис. 1). Отражение алюминия значительно уменьшается
также вследствие окисления поверхности.

Рис. 1. Зависимость коэффициента отражения
r слоя алюминия от длины волны X, измеренная сразу после напыления
в ультравысоком вакууме (1) и после хранения на открытом воздухе в течение
года (2).

Для защиты поверхности алюминия от
окисления применяются покрытия из фтористого лития или фтористого магния.
В области Л< <80 нм нек-рые материалы имеют коэфф. отражения
10<-30% (золото, платина, радий, вольфрам и др.), однако при
Л<40 нм и их коэфф. отражения снижается до 1% и меньше. Источники
У. и. Излучение накалённых до 3000 К твёрдых тел содержит заметную долю
У. и. непрерывного спектра, интенсивность к-рого растёт с увеличением темп-ры.
Более мощное У. и. испускает плазма газового разряда. При этом в
зависимости от разрядных условий и рабочего вещества может испускаться
как непрерывный, так и линейча-тый спектр. Для различных применений У.
и. пром-сть выпускает ртутные, водородные, ксеноновыс и др. газоразрядные
лампы, окна к-рых (либо целиком колбы) изготовляют из прозрачных
для У. и. материалов (чаще из кварца). Любая высокотемпературная плазма
(плазма электрич. искр и дуг, плазма, образующаяся при фокусировке мощного
лазерного излучения в газах или на поверхности твёрдых тел, и т. д.) является
мощным источником У. и. Интенсивное У. и. непрерывного спектра испускают
электроны, ускоренные в синхротроне (синхротронное излучение). Для
ультрафиолетовой области спектра разработаны также оптич. квантовые генераторы
(лазеры).
Наименьшую длину волны имеет водородный лазер (109,8 нм).

Естеств. источники У. и.- Солнце, звёзды,
туманности и др. космич. объекты. Однако лишь длинноволновая часть У. и.
(Л>290 нм) достигает земной поверхности. Более коротковолновое У. и. поглощается
озоном, кислородом и др. компонентами атмосферы на выс. 30-200 км от
поверхности Земли, что играет большую роль в атм. процессах. У.
и. звёзд и др. космич. тел, кроме поглощения в земной атмосфере, в интервале
91,2-20 км практически полностью поглощается межзвёздным водородом.



Приёмники У. и. Для регистрации
У. и. при Л>230 нм используются обычные фотоматериалы. В более коротковолновой
области к нему чувствительны спец. маложелатиновые фотослои. Применяются
фо-тоэлектрич. приёмники, использующие способность У. и. вызывать ионизацию
и фотоэффект: фотодиоды, ионизационные камеры, 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 фотоэлект-рич.
изображения в У. и. и объединяют преимущества фотографич. и фото-электрич.
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 физич. процессах, происходящих в горячих
областях этих космич. объектов (см. Ультрафиолетовая спектроскопия,
Вакуумная спектроскопия). На фотоэффекте, вызываемом У. и., основана
фотоэлектронная
спектроскопия. У. и. может нарушать хим. связи в молекулах, в результате
чего могут происходить различные хим. реакции (окисление, восстановление,
разложение, полимеризация и т. д., см. Фотохимия). Люминесценция
под действием У. и. используется при создании люминесцентных ламп, светящихся
красок, в люминесцентном анализе и люминесцентной дефектоскопии.
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 мн.
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; S а т s о n I. A. R., Techniques of
vacuum ultraviolet spectroscopy, N. Y. - L. -Sydney, [1967]; 3 а й д е
л ь А. Н., Ш р ей д е р 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 биол. действия У. и. лежат химич.
изменения молекул биополимеров. 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 специфич. покраснение
- эритема (макс. эритемным действием обладает У. и. с Л = 296,7
нм и Л = 253,7 нм), к-рая 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 нек-рых случаях могут оказывать
канцерогенное действие на кожу.

В растениях У. и. изменяет активность
ферментов и гормонов, влияет на синтез пигментов, интенсивность фотосинтеза
и фотопериодич. 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
(напр., 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 X в пределах 280-240 нм).

Рис. 3. Спектры действия ультрафиолетового
излучения на некоторые биологические объекты: А - возникновение
мутаций в пыльцевых зёрнах кукурузы (кружки) и спектр поглощения нуклеиновых
кислот (сплошная кривая); Б - иммобилизация (прекращение движения) парамеций
(кружки) и спектр поглощения альбумина (сплошная кривая).

Обычно спектр летального и мутагенного
действия У. и. примерно совпадает со спектром поглощения нуклеиновых
кислот - ДНК и РНК (рис. 3,А), в нек-рых случаях спектр биол.
действия близок к спектру поглощения белков (рис. 3,Б). Осн. роль
в действии У. и. на клетки принадлежит, по-видимому, химич. изменениям
ДНК: входящие в её состав пири-мидиновые основания (гл. обр. тимин)
при
поглощении квантов У. и. образуют димеры, к-рые препятствуют нормальному
удвоению (репликации) ДНК при подготовке клетки к делению. Это может
приводить к гибели клеток или изменению их наследств. свойств (мутациям).
Определённое
значение в летальном действии У. и. на клетки имеют также повреждение биол.
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. биол. объекты
различаются очень сильно. Напр., 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).

Рис. 4. Зависимость выживаемости разных
бактерий от дозы ультрафиолетового излучения: А - кишечная палочка,
длина волны 253,7 нм; 1,2 - мутантные штаммы; 3 - дикий тип;
Б
- М. гадио-durans, длина волны 265,2 нм.

Чувствительность клеток к У. и. в большой
степени зависит также от их физиол. состояния и условий культивирования
до и после облучения (темп-pa, состав питательной среды и др.).
Сильно влияют на чувствительность клеток к У. и. мутации нек-рых генов.
У
бактерий и дрожжей известно ок. 20 генов, мутации к-рых 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 т. ч. у человека. Так, наследств. заболевание
- пигментная ксе-родерма обусловлено мутациями генов, контролирующих
темновую репарацию. Генетич. последствия облучения У. и. пыльцы высших
растений, клеток растений и животных, а также микроорганизмов выражаются
в повышении частот мутирования генов, хромосом и плазмид. Частота
мутирования отд. генов, при действии высоких доз У. и., может повышаться
в тысячи раз по сравнению с естеств. уровнем и достигает неск. процентов.

В отличие от генетич. действия ионизирующих
излучений, мутации генов под влиянием У. и. возникают относительно чаще,
чем мутации хромосом. Благодаря сильному мутагенному эффекту У.
и. широко используют как в генетич. исследованиях, так и в селекции растений
и пром. микроорганизмов, являющихся продуцентами антибиотиков, аминокислот,
витаминов и белковой биомассы, Генетич. действие У. и. могло играть существ.
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; Гаданий 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 радиочувствигельности бактерий, М., 1974. В.
И. Корогодин.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я