Ánh sáng cực tím là một loại bức xạ điện từ làm cho các tấm áp phích ánh sáng màu đen phát sáng và chịu trách nhiệm về các cơn gió mùa hè - và cháy nắng. Tuy nhiên, tiếp xúc quá nhiều với bức xạ tia cực tím là gây hại cho mô sống. 

Bức xạ điện từ xuất phát từ mặt trời và truyền trong sóng hoặc hạt ở các bước sóng và tần số khác nhau. Dải bước sóng rộng này được gọi là phổ điện từ (EM) . Quang phổ thường được chia thành 7 vùng theo thứ tự giảm bước sóng và tăng năng lượng và tần số. Các chỉ định phổ biến là sóng vô tuyến, vi sóng , hồng ngoại (IR), ánh sáng khả kiến, tia cực tím (UV), tia X và tia gamma .

Tia cực tím (UV) rơi vào phạm vi phổ EM giữa ánh sáng khả kiến ​​và tia X. Nó có tần số khoảng 8 × 10 14 đến 3 × 10 16 chu kỳ mỗi giây, hoặc hertz (Hz) và bước sóng khoảng 380 nanomet (1,5 × 10 −5 inch) đến khoảng 10 nm (4 × 10 −7 inch) . Theo Hướng dẫn bức xạ cực tím của Hải quân Hoa Kỳ , "UV thường được chia thành ba băng con:

• UVA, hoặc gần UV (315–400 nm)
• UVB, hoặc giữa UV (280–315 nm)
• UVC, hoặc tia cực tím (180–280 nm)

Các hướng dẫn đi vào trạng thái, "Bức xạ với bước sóng từ 10 nm đến 180 nm đôi khi được gọi là chân không hoặc cực tím." Những bước sóng này bị chặn bởi không khí, và chúng chỉ lan truyền trong chân không.

Ion hóa

Bức xạ tia cực tím có đủ năng lượng để phá vỡ liên kết hóa học. Do năng lượng cao hơn của chúng, các photon UV có thể gây ra sự ion hóa , một quá trình trong đó các electron tách ra khỏi các nguyên tử. Các vị trí trống kết quả ảnh hưởng đến các tính chất hóa học của các nguyên tử và làm cho chúng hình thành hoặc phá vỡ các liên kết hóa học mà nếu không thì sẽ không. Điều này có thể hữu ích cho việc xử lý hóa chất, hoặc nó có thể gây hại cho các vật liệu và các mô sống. Sự phá hủy này có thể có lợi, ví dụ, trong khử trùng bề mặt, nhưng nó cũng có thể có hại, đặc biệt là da và mắt, bị ảnh hưởng bất lợi nhất bởi bức xạ UVB và UVC năng lượng cao hơn.

Hiệu ứng UV

Hầu hết các tia UV tự nhiên mà mọi người gặp phải đều xuất phát từ mặt trời. Tuy nhiên, chỉ có khoảng 10% ánh sáng mặt trời là tia cực tím, và chỉ có khoảng một phần ba trong số này thâm nhập vào bầu khí quyển để đạt được mặt đất, theo Chương trình độc học quốc gia (NTP). Trong số năng lượng tia cực tím mặt trời đạt tới đường xích đạo, 95% là UVA và 5% là UVB. Không thể đo UVC từ bức xạ mặt trời đến bề mặt Trái đất, bởi vì ozone, oxy phân tử và hơi nước trong bầu khí quyển trên hoàn toàn hấp thụ các bước sóng UV ngắn nhất. Tuy nhiên, "bức xạ cực tím phổ rộng [UVA và UVB] là những thứ mạnh nhất và gây tổn hại nhất cho sinh vật sống", theo Báo cáo thứ 13 về chất gây ung thư của NTP .

Cháy nắng

Một suntan là một phản ứng để tiếp xúc với tia UVB có hại. Về cơ bản, một kết quả suntan từ cơ chế phòng thủ tự nhiên của cơ thể đá vào. Điều này bao gồm một sắc tố gọi là melanin, được sản xuất bởi các tế bào trong da gọi là melanocytes. Melanin hấp thụ ánh sáng tia cực tím và tiêu tan nó dưới dạng nhiệt. Khi cơ thể cảm nhận được sát thương của mặt trời, nó sẽ gửi melanin vào các tế bào xung quanh và cố gắng bảo vệ chúng tránh khỏi bị hư hại nhiều hơn. Sắc tố làm cho da trở nên tối hơn.

"Melanin là một loại kem chống nắng tự nhiên ", Gary Chuang, một trợ lý giáo sư da liễu tại Trường Y khoa Đại học Tufts, nói với Live Science trong một cuộc phỏng vấn năm 2013. Tuy nhiên, tiếp xúc với bức xạ tia cực tím có thể áp đảo phòng thủ của cơ thể. Khi điều này xảy ra, một phản ứng độc xảy ra, dẫn đến cháy nắng . Tia UV có thể làm hỏng DNA trong các tế bào của cơ thể. Cơ thể cảm nhận được sự hủy diệt này và làm ngập khu vực bằng máu để giúp quá trình chữa lành. Viêm đau cũng xảy ra. Thông thường trong vòng nửa ngày tràn ngập ánh nắng mặt trời, cái nhìn tôm hùm đỏ đặc trưng của một vết bỏng nắng bắt đầu tự mình biết và cảm nhận.

Đôi khi các tế bào với DNA bị đột biến bởi các tia mặt trời biến thành các tế bào vấn đề không chết nhưng vẫn tiếp tục phát triển nhanh như ung thư. "Ánh sáng tia cực tím gây ra thiệt hại ngẫu nhiên trong quá trình sửa chữa DNA và DNA sao cho các tế bào có được khả năng tránh chết", Chuang nói.

Kết quả là ung thư da, dạng ung thư phổ biến nhất ở Hoa Kỳ. Những người bị cháy nắng nhiều lần có nguy cơ cao hơn nhiều. Nguy cơ ung thư da chết người , được gọi là khối u ác tính , tăng gấp đôi cho người đã bị bỏng nắng trở lên, theo Tổ chức Ung thư Da.

Các nguồn UV khác

Một số nguồn nhân tạo đã được tạo ra để sản xuất bức xạ tia cực tím. Theo Hiệp hội Vật lý Y tế , "Nguồn nhân tạo bao gồm các buồng tắm nắng, đèn đen, đèn bảo dưỡng, đèn diệt khuẩn, đèn hơi thủy ngân, đèn halogen, đèn phóng điện cường độ cao, nguồn huỳnh quang và đèn sợi đốt, và một số loại laser."

Một trong những cách phổ biến nhất để tạo ra ánh sáng tia cực tím là truyền dòng điện qua thủy ngân bốc hơi hoặc một số khí khác. Đây là loại đèn thường được sử dụng trong các gian hàng thuộc da và cho các bề mặt khử trùng. Các loại đèn cũng được sử dụng trong các đèn đen làm cho sơn huỳnh quang và thuốc nhuộm phát sáng. Đi-ốt phát quang (đèn LED), laser và đèn hồ quang cũng có sẵn dưới dạng nguồn UV với các bước sóng khác nhau cho các ứng dụng công nghiệp, y tế và nghiên cứu.

Huỳnh quang

Nhiều chất - bao gồm khoáng chất, thực vật, nấm và vi khuẩn, cũng như hóa chất hữu cơ và vô cơ - có thể hấp thụ bức xạ UV. Sự hấp thụ làm cho các electron trong vật chất chuyển sang mức năng lượng cao hơn. Các electron này sau đó có thể trở lại mức năng lượng thấp hơn trong một loạt các bước nhỏ hơn, phát ra một phần năng lượng hấp thụ của chúng dưới dạng ánh sáng khả kiến. Vật liệu được sử dụng làm chất màu trong sơn hoặc thuốc nhuộm có màu huỳnh quang xuất hiện sáng hơn dưới ánh sáng mặt trời vì chúng hấp thụ ánh sáng UV vô hình và phát lại nó ở bước sóng nhìn thấy được. Vì lý do này họ thường được sử dụng cho các dấu hiệu, áo an toàn và các ứng dụng khác, trong đó tầm nhìn cao là quan trọng.

Huỳnh quang cũng có thể được sử dụng để định vị và xác định một số khoáng chất và vật liệu hữu cơ. Theo Thermo Fisher Scientific, Life Technologies , "Đầu dò huỳnh quang cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện các thành phần cụ thể của các cụm phân tử sinh học phức tạp, chẳng hạn như các tế bào sống, với độ nhạy và độ chọn lọc tinh tế".

Trong các ống huỳnh quang được sử dụng để thắp sáng, "bức xạ cực tím với bước sóng 254 nm được tạo ra cùng với ánh sáng xanh phát ra khi dòng điện chạy qua hơi thủy ngân", theo Đại học Nebraska . "Bức xạ cực tím này vô hình nhưng chứa nhiều năng lượng hơn ánh sáng khả kiến ​​phát ra. Năng lượng từ ánh sáng tử ngoại được hấp thụ bởi lớp phủ huỳnh quang bên trong đèn huỳnh quang và phát ra như ánh sáng khả kiến." Các ống tương tự không có lớp phủ huỳnh quang tương tự phát ra ánh sáng UV có thể được sử dụng để khử trùng bề mặt, vì các hiệu ứng ion hóa của bức xạ tia cực tím có thể tiêu diệt hầu hết vi khuẩn.

Các ống ánh sáng màu đen thường sử dụng hơi thủy ngân để tạo ra ánh sáng UVA sóng dài, làm cho một số loại thuốc nhuộm và sắc tố nhất định phát huỳnh quang. Ống thủy tinh được phủ một vật liệu lọc màu tím đậm để chặn hầu hết ánh sáng khả kiến, làm cho ánh sáng huỳnh quang xuất hiện rõ rệt hơn. Lọc này không cần thiết cho các ứng dụng như khử trùng.

UV thiên văn học

Bên cạnh mặt trời, có rất nhiều nguồn thiên thể của bức xạ tia cực tím. Các sao trẻ rất lớn tỏa sáng hầu hết ánh sáng của chúng trong các bước sóng cực tím , theo NASA. Bởi vì bầu khí quyển của trái đất chặn nhiều bức xạ UV này, đặc biệt ở các bước sóng ngắn hơn, các quan sát được tiến hành bằng các bóng bay độ cao và các kính thiên văn quay quanh được trang bị các bộ cảm biến hình ảnh chuyên dụng và các bộ lọc để quan sát trong vùng UV của phổ EM.

Theo Robert Patterson, một giáo sư thiên văn học tại Đại học bang Missouri, hầu hết các quan sát được tiến hành bằng cách sử dụng các thiết bị ghép đôi (CCD), thiết bị dò được thiết kế nhạy cảm với các photon bước sóng ngắn. Những quan sát này có thể xác định nhiệt độ bề mặt của các ngôi sao nóng nhất và cho thấy sự hiện diện của các đám mây khí xen giữa Trái Đất và các quasar.

Điều trị ung thư

Trong khi tiếp xúc với ánh sáng tia cực tím có thể dẫn đến ung thư da, một số điều kiện da có thể được điều trị bằng ánh sáng tia cực tím , theo Cancer Research UK. Trong một thủ thuật gọi là điều trị ánh sáng tia cực tím psoralen (PUVA), bệnh nhân uống thuốc hoặc thoa kem dưỡng da để làm cho da nhạy cảm với ánh sáng. Sau đó, ánh sáng tia cực tím chiếu lên da. PUVA được sử dụng để điều trị ung thư hạch, eczema, bệnh vẩy nến và bạch biến.

Nó có vẻ phản trực giác để điều trị ung thư da với cùng một thứ gây ra nó, nhưng PUVA có thể hữu ích do tác động của ánh sáng tia cực tím lên sự sản sinh tế bào da. Nó làm chậm sự tăng trưởng đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của bệnh.

Chìa khóa cho nguồn gốc của cuộc sống?

Nghiên cứu gần đây cho thấy ánh sáng tia cực tím có thể đóng một vai trò quan trọng trong nguồn gốc của sự sống trên Trái đất, đặc biệt là nguồn gốc của RNA. Trong một bài báo trong Tạp chí Astrophysics Journal năm 2017, các tác giả của nghiên cứu lưu ý rằng sao lùn đỏ có thể không phát ra đủ ánh sáng tia cực tím để bắt đầu các quá trình sinh học cần thiết cho sự hình thành axit ribonucleic, cần thiết cho tất cả các dạng sống trên Trái đất. Nghiên cứu cũng cho thấy phát hiện này có thể giúp tìm kiếm sự sống ở nơi khác trong vũ trụ.