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紫外辐射紫外线的来源

2022/07/16609 作者:佚名
导读:紫外辐射天然来源的紫外线 太阳辐射出的紫外线包括UVA、UVB、和UVC频带。地球的臭氧层阻绝了97-99%穿透大气层的紫外线辐射。 到达地球表面的紫外线98.7%是UVA(UVC和更高能的辐射会促成臭氧的生成,并且形成臭氧层)。更热的恒星会辐射出比太阳多的紫外线;恒星R136a1的热能是4.57 eV,落在近紫外线的范围。 一般玻璃对紫外线的透光率主要取决于硅的品质,普通的窗玻璃对340奈米以上

紫外辐射天然来源的紫外线

太阳辐射出的紫外线包括UVA、UVB、和UVC频带。地球的臭氧层阻绝了97-99%穿透大气层的紫外线辐射。 到达地球表面的紫外线98.7%是UVA(UVC和更高能的辐射会促成臭氧的生成,并且形成臭氧层)。更热的恒星会辐射出比太阳多的紫外线;恒星R136a1的热能是4.57 eV,落在近紫外线的范围。

一般玻璃对紫外线的透光率主要取决于硅的品质,普通的窗玻璃对340奈米以上波长(UVA)的透光率大约是90%,但对低于340奈米的波长(UVB),则有90%会被阻挡掉。

真空紫外线的波长始于200奈米,在真空中当然可以传递通过-因此得到这样的名称-但在空气中会被氧分子吸收,因而是无法穿透的。纯氮(比氧低约10ppm)在150-200奈米的波段上是可以穿透的,这对半导体的制程是非常有意义的,因为在过程中一直使用短于200奈米的波长。在无氧的环境下工作的人员与设备都无须承受在真空中工作所产生的压力差。其他在这个光谱范围工作的科学仪器,像是圆偏光二色性光谱仪,通常也用氮来清洁。

极紫外线的特性被用于物理学上转换物质的相互作用:比30奈米长的波长主要在化学上与物质的价电子相互作用,更短的波长与内壳层的电子和原子核进行相互作用。EUV/XUV光谱长波末端被设定为30.4奈米的显著He谱线。绝大部分已知的物质对XUV都会强烈的吸收,但它也可以制成多层光学,对垂直入射的XUV辐射可以反射约50%。这种技术最早是在1990年代运用在NIXT和MSSTA探空火箭,被用来制作产生太阳影像的望远镜(目前的例子有SOHO/EIT和TRACE),及奈米微影技术的设备(印制在非常小尺度的微芯片上的痕迹和装置)。

紫外辐射黑光

一盏黑光灯、木材灯、或紫外灯是发射出长波的紫外线而很少可见光的灯。黑色萤光灯通常也是相同的形式,普通的黑光灯只使用一种萤光,并且原本透明玻璃的封套会以称为木材玻璃的深蓝色或紫色玻璃取代,这种有镍-氧填充料的玻璃几乎会阻挡所有波长在400奈米以上的可见光。有这种颜色的灯管业界通常称之为“黑光蓝”(BLB),以与其它没有蓝色木材玻璃的“捕蚊”黑光灯泡(BL)有所区别。通常排放波长峰值接近在368至371奈米的萤光有铕-锶掺杂的氟硼酸盐(SrB4O7F:Eu)或铕-锶掺杂的硼酸盐(SrB4O7:Eu),当萤光的峰值在350至350奈米,则是掺有含铅的硅酸钡(BaSi2O5:Pb)。黑光蓝灯的峰值在365奈米。

可是“黑光”只产生范围在UVA的长波紫外线。不像UVB和UVC,他们会直接对DNA造成伤害,导致皮肤癌;黑光局限于低能量,较长的波长不会造成晒斑,但是还是会破坏胶原纤维和皮肤中的维生素A和D。

黑光也可能是无效的,非常不称职,只是简单的将白炽灯透明的的灯罩换成木材玻璃。这是制造第一个黑光光源的方法,虽然比萤光的光源便宜,但只有0.1%的输入功率转换成有用的辐射,这是因为白炽灯的黑体只排放出很少的紫外线辐射。用白炽灯来产生足量的紫外线,会因为其低下的效率,而引发高热的危险。更少有的是,使用木材玻璃的大功率(数百瓦特)水银蒸气黑光灯被用来产生紫外线辐射的萤光,主要是使用在剧院及音乐厅。它们在正常的使用过程中也会变得很热。

有些专门用来吸引昆虫的特殊紫外线萤光管也使用如同一般的黑光相同的近紫外线萤光,但是使用普通的玻璃而不是更昂贵的木材玻璃。普通玻璃只会阻挡少量的水银频谱中可见光,因此以肉眼看起来是淡蓝色的。这种灯在大多数的灯具型录中被称为“黑光灯”(BL)。

紫外线也可以由发光二极管和激光二极管产生。290nm的紫外线在到达地面之前就会被大气中的臭氧吸收。

紫外辐射紫外线萤光灯

没有磷光涂料的萤光灯不能将紫外线转换成可见光,灯泡内的汞发射出的紫外线有253.7奈米和185奈米两个峰值。这种灯泡发射的紫外线有85到90%在253.7奈米,虽然只有5到10%是在185奈米,杀菌灯仍然使用添加石英的玻璃来阻隔185奈米波长的紫外线。加上适当的磷光涂料,可以修改产生UVA、UVB、或可见光谱(所有的住宅和商业照明用的萤光管都是以汞为核心发射紫外线)。

这种低压汞灯广泛的用于消毒,并且标准的型式在摄氏30度左右是最佳的工作温度。使用汞合金(混合物)可以让工作温度上升至100℃,并且每单位光弧长的UVC发射可以加倍或3倍。这种低压灯的有小功率大约为30至35%,意味着每100瓦的灯泡电力消耗中,它会产生总产量大约30-35瓦的紫外线的典型效率。

紫外辐射发光二极管紫外线灯

虽然许多实用的发光二极管阵列波长限制在365奈米,但发光二极管仍然可以用来制造发射紫外线。发光二极管在365奈米的效率大约只有5-8%,在395奈米接近20%,而在较长波长的紫外线上有较好的效率。这些发光二极管阵列开始被应用在医疗上,并且已经成功的应用在数位打印上和无害的融入紫外线医疗环境。功率密度接近3,000mW/cm(30kW/m)的紫外发光二极管在现在是可能的,加上最近光敏引发剂(photoinitiator)和树脂的发展,使得发光二极管医疗紫外线材料的扩展成为可能。

紫外辐射紫外线激光

紫外线激光二极管和紫外线固态激光也可以制造产生紫外线的辐射,波长可以包括262、266、349、351、355、和375奈米。紫外线激光已经应用在工业(激光雕刻)、医学(皮肤病和角膜切除术)、秘密通讯、和电脑(光学储存)。它们可以通过应用频率转换至较低频率的激光,或是从Ce:LiSAF晶体(铈掺杂氟化锂锶铝),劳伦斯利弗莫尔国家实验室在90年代开发的制程。

紫外辐射气体放电灯泡

无论有无窗口或使用不同窗口的镁氟,氩和氘灯经常被作为稳定的来源。

紫外辐射检定和测量紫外线辐射

紫外线的检测与测量技术随着部分光谱的多样性而改变。一些硅探测器在光谱中被广泛的应用,事实上美国NIST的一些特性是简单的硅二极管,他们也可以在可见光工作,许多不同的应用程序可以使用在不同的专业。许多寻求趋近适应可见光的技术,但这些可能会受到可见光的影响,从可见光遭受到不需要的感应和多变的不稳定性。一种可变的固态和真空设备已经使用在不同范围的紫外线频谱中进行研究。紫外线可以使用适合的光电二极管和光电阴极检测,而可以对不同部分的紫外线敏感与简洁的测定。敏感的紫外线光电倍增管是有用的。

近紫外线:

在200-400奈米之间,存在着各种不同的探测器选择。

真空紫外线:

几十年来在太阳物理和近年来光刻在半导体上的应用,使真空紫外线仪器的技术有很大幅度的进展。虽然光学技术可以删除多余可见光对真空紫外线的污染,一般情况下,探测器可以限制对非紫外线辐射的感应,并且“太阳盲”设备的发展一直是研究的重要领域。相较之下,宽间隙固态设备或具有高防渗光电阴极真空设备比硅二极管更引人注目。最近,以钻石为基础的设备发展出了LYRA(参阅Marchywka Effect)。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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