حساب الجرعة الإشعاعية فوق البنفسجية – حاسبة الجرعة الإشعاعية فوق البنفسجية

التعرّض الإشعاعي — الذي يُعرف عادةً بجرعة الأشعة فوق البنفسجية — هو التكامل الزمني لشدة الإشعاع الساقط. عند ثبات شدة الإشعاع الساقط، تُبسَّط هذه العلاقة إلى H = E · t، حيث E هي شدة الإشعاع الساقط، وt هو الزمن، وH هي الجرعة الإشعاعية. بإدخال قيمة E بوحدة mW/cm² وقيمة t بالثواني، تُحسَب H بوحدة mJ/cm². ووفقاً لوحدات النظام الدولي (SI)، فإن 1 mW/cm² يساوي تماماً 10 W/m²، و1 mJ/cm² يساوي تماماً 10 J/m². وتعمل الآلة الحاسبة داخلياً بوحدات النظام الدولي، ولا يتم تقريب سوى النتيجة النهائية.

يتعرّض وصل لاصق لشدة إشعاع قدرها 50 mW/cm² لمدة عشر ثوانٍ. H = 50 mW/cm² · 10 s = 500 mJ/cm² = 0.5 J/cm² = 5000 J/m². وعلى العكس من ذلك، فإن الوصول إلى جرعة مستهدفة قدرها 500 mJ/cm² عند شدة إشعاع 50 mW/cm² يتطلّب 10 s.

إذا تغيّرت شدة الإشعاع الساقط أثناء العملية — بسبب مرور قطعة العمل أمام المصدر، أو تسخّن المصباح، أو تقادمه — فإن حاصل الضرب E · t يكون مجرد تقريب؛ والمهمّ هو التكامل عبر الزمن، الذي يقيسه مقياس الجرعة مباشرةً. كما أنّ الجرعة الإشعاعية كمية طاقية بحتة: فهي لا تخبرنا شيئاً عمّا إذا كان الطول الموجي مطابقاً للمُحفِّز الضوئي أو للكائن الحي أو لمعيار الاختبار. فعمليتان لهما نفس الجرعة الإشعاعية لكن بأطياف مختلفة يمكن أن تعطيا نتائج مختلفة تماماً.

الجرعة الإشعاعية للأشعة فوق البنفسجية هي الطاقة الإشعاعية المستقبَلة لكل وحدة مساحة. وعملياً، تُعطى عادةً بوحدة mJ/cm²، وبوحدات النظام الدولي بوحدة J/m². يعادل 1 mJ/cm² قيمة 10 J/m². المصطلح الصحيح هو التعرّض الإشعاعي؛ أما "الجرعة" فهي التسمية المختصرة المتعارف عليها.

بمعامل 10: 1 mJ/cm² = 10 J/m². إذن 500 mJ/cm² تساوي 5000 J/m² أو 0.5 J/cm².

من الناحية الحسابية، تُعطي نفس الجرعة الإشعاعية. أما إذا كانت تُعطي أيضاً نفس التأثير فهذا أمر آخر — إذ يتطلّب ذلك تحقّق قانون التبادلية. وفي التصليد بالأشعة فوق البنفسجية قد يفشل هذا القانون عند شدة الإشعاع الساقط العالية جداً لأن المُبادِر الضوئي يُستهلَك موضعياً أو لأن تثبيط الأكسجين يسلك سلوكاً مختلفاً. وعند الشك، يُنصح باختبار متغيّر العملية نفسه، وليس الجرعة الإشعاعية فقط.

الأسباب المعتادة: قياس شدة الإشعاع الساقط عند مسافة أو موضع مختلف عن موضع قطعة العمل؛ أو تسخين المصباح أثناء القياس دون تسخينه أثناء العملية؛ أو تقييم المستشعر لمجال طيفي مختلف عن المجال الذي يصدره المصدر.

من أجل تصميم آمن، تُستخدم أدنى قيمة ضمن منطقة العمل — فهي التي تحدّد أين تتحقّق الجرعة المطلوبة أخيرًا. أما مدى تفاوت شدة الإشعاع الساقط عبر المساحة فيُبيَّن من خلال محاكاة LED للأشعة فوق البنفسجية أو من خلال سلسلة من قياسات مقياس الإشعاع.

نعم. الجرعة الإشعاعية دون تحديد النطاق الطيفي الذي قِيست ضمنه غير قابلة للمقارنة. تكون الصيغ النموذجية على شكل "1000 mJ/cm² UV-A (من 315 إلى 400 nm)". ويتوقّف النطاق المقاس على نوع المستشعر — انظر أداة اختيار مستشعر الأشعة فوق البنفسجية.

باستخدام مقياس جرعات متنقل يقوم بالتكامل عبر المرور، أو باستخدام مستشعر مُركَّب بشكل دائم يراقب شدة الإشعاع الساقط باستمرار. يوضَّح كلا الأسلوبين في قياس الجرعة الإشعاعية وشدة الإشعاع فوق البنفسجي بشكل صحيح.