Ультрафиолетовое излучение
Ультрафиоле́товое излуче́ние (УФ-излучение, УФ-лучи), электромагнитные волны с длиной волны λ = 10–400 нм (энергия кванта 2,5–100 эВ). Длинноволновая граница диапазона определяется коротковолновым (фиолетовым) пределом чувствительности глаза человека. Коротковолновая граница условна, переход ультрафиолетового излучения в мягкое рентгеновское излучение связан с появлением у квантов излучения способности создавать вакансии во внутренних электронных оболочках атомов. Так как излучение с λ <200 нм сильно поглощается воздухом, ультрафиолетовое излучение делят на ближнее (λ = 200–400 нм) и дальнее (вакуумное, λ = 10–200 нм).
Ультрафиолетовое излучение открыто в 1801 г., когда И. Риттер и У. Волластон независимо друг от друга обнаружили почернение фотопластинки при её облучении невидимым излучением с λ < 400 нм. В 1893 г. немецкий физик В. Шуман освоил изготовление безжелатиновых фотоэмульсий, положив начало исследованиям в диапазоне вакуумного ультрафиолетового излучения. В начале 20 в. первые спектроскопические работы в УФ-области спектра выполнил американский физик Т. Лайман.
Естественными источниками ультрафиолетового излучения являются Солнце и другие астрономические объекты. Искусственными источниками ультрафиолетового излучения служат газоразрядные лампы низкого давления. Дальнее ультрафиолетовое излучение генерируется в плазме сильноточных разрядов (искра, Z-пинч, плазменный фокус) и в лазерной плазме. Разработан ряд лазерных систем и систем умножения частоты лазерного излучения, дающих когерентное ультрафиолетовое излучение. Спектр синхротронного излучения также включает УФ-излучение.
Для регистрации ультрафиолетового излучения используются фотоматериалы, термоэлектрические приёмники, фотодиоды, ФЭУ, ПЗС-матрицы, микроканальные пластины; применяются также методы детектирования, основанные на использовании люминесценции. Для работы с ближним ультрафиолетовым излучением применяют рефракционную оптику на основе прозрачных в этой области материалов (сапфир, фторид магния, кварц, флюорит, фторид лития и др.). Дальнее ультрафиолетовое излучение распространяется только в вакууме (все материалы для него непрозрачны), так что работать с ним можно лишь с помощью отражательной оптики. Для ультрафиолетового излучения с λ < 50 нм коэффициент отражения при нормальном падении быстро уменьшается с уменьшением длины волны, поэтому в оптических системах используют скользящее падение ультрафиолетового излучения на оптические элементы (например, для l ≈ 10 нм угол между падающим лучом и поверхностью золота должен быть меньше 10°). Современные зеркала с многослойным отражающим покрытием позволяют создавать новые оптические схемы для дальнего УФ-излучения.
В области ультрафиолетового излучения лежит бóльшая часть резонансных переходов в атомах, ионах и молекулах. Ультрафиолетовое излучение астрономических объектов позволяет получать информацию о химическом составе межзвёздной среды, процессах звездообразования, протопланетных дисках и др. (ультрафиолетовая астрономия).
Способность ультрафиолетового излучения ионизировать вещества лежит в основе его применения в фотоэлектронной спектроскопии. Энергетический спектр электронов, возникающих при взаимодействии монохроматического ультрафиолетового излучения с атомами или молекулами, отражает структуру их уровней энергии. Электроны, возникающие при облучении кристаллических структур, несут информацию о верхних энергетических зонах.
Ультрафиолетовое излучение не проникает в живые ткани на большую глубину, но в ряде случаев оказывает влияние на органические структуры. По своему биологическому воздействию ближнее ультрафиолетовое излучение разделяют на 3 области: А (длинноволновое, λ = 400–320 нм), В (загарное, λ = 320–280 нм) и С (бактерицидное, λ = 280–180 нм). Первое не оказывает существенного влияния на живые организмы, второе и третье могут вызывать ожоги кожи и роговицы глаз. Бактерицидное ультрафиолетовое излучение способно уничтожать бактерии.
Использование ультрафиолетового излучения для работы с оптическими микроскопами позволяет существенно улучшить их разрешение, т. к. дифракционный предел определяется длиной волны используемого излучения. Ультрафиолетовое излучение применяют в нанолитографических технологиях: источники ультрафиолетового излучения (например, плазменные источники с λ = 13,5 нм) используют для проекции изображения маски на слой фоторезистора, что позволяет создавать электронные микросхемы с рекордной плотностью элементов. Ультрафиолетовое излучение применяют также для контроля подлинности документов, при реставрации картин, для обеззараживания воды, стерилизации помещений и др.