ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟
الأشعة فوق البنفسجية هي إشعاع كهرومغناطيسي ذو أطوال موجية أقل من أطوال موجات الضوء المرئي. ووفقاً للمفردات الدولية للإضاءة (CIE S 017/E:2020)، تُقسَّم إلى الأشعة فوق البنفسجية-A من 315 إلى 400 nm، والأشعة فوق البنفسجية-B من 280 إلى 315 nm، والأشعة فوق البنفسجية-C من 100 إلى 280 nm. وهي غير مرئية للعين ولا يمكن رصدها إلا باستخدام مقاييس الإشعاع (راديومتر) أو مقاييس الإشعاع الطيفية (سبكتروراديومتر).
يرمز الاختصار "UV" إلى الأشعة فوق البنفسجية. وكثيراً ما يُشار إليها باسم "ضوء الأشعة فوق البنفسجية"، لأن كلمة "ضوء" تبدو عموماً أقل خطورة من كلمة "إشعاع". وبحسب التعريف، فإننا نُطلق اسم "الضوء" على الإشعاع المرئي للعين البشرية. وعليه، فإنه لا يوجد فعلياً، بالمعنى الدقيق للكلمة، ما يُسمّى "ضوء الأشعة فوق البنفسجية". وهذه حقيقة مهمة بالنسبة للمستخدم، إذ لا يمكنه إدراك الخطر الحقيقي. فالضوء الذي قد يكون مرئياً ليس سوى توهّج (لومينيسنس) ناتج عن الأشعة فوق البنفسجية. وغالباً ما يكون هذا التوهّج أضعف بكثير وأقل خطورة من الأشعة فوق البنفسجية المسبِّبة له. لهذا السبب، يُعدّ قياس الأشعة فوق البنفسجية أمراً مهماً. ولذلك يمكن استخدام مقاييس الإشعاع الدقيقة للأشعة فوق البنفسجية الخاصة بنا.
النطاقات الطيفية للأشعة فوق البنفسجية-A وB وC
تُقسَّم الأشعة فوق البنفسجية إلى ثلاثة نطاقات طيفية. ويغطي النطاق UVA النطاق الطيفي من 315 nm إلى 400 nm. وفي المصادر الأمريكية، يُشار أيضاً إلى النطاق الطيفي من 320 إلى 400 nm باسم UVA. ويُستخدم النطاق الطيفي UVA تقنياً في كثير من الأحيان في اللصق بالأشعة فوق البنفسجية وتصليد الورنيش. بالإضافة إلى ذلك، غالباً ما تُجرى اختبارات التوهّج والفلورة باستخدام UVA (حيث يُعرَّف هنا بمصطلح الضوء الأسود).
| الاسم | النطاق الطيفي وفقاً لـ ILV (CIE S 017/E:2020) |
| UV-A | من 315 nm إلى 400 nm |
| UV-B | من 280 nm إلى 315 nm |
| UV-C | من 100 nm إلى 280 nm (عملياً من 200 nm إلى 280 nm) |
| الأشعة فوق البنفسجية الفراغية | من 100 nm إلى 200 nm |
| الإشعاع المرئي | الحد الأدنى: بين 360 nm و400 nm* |
| الحد الأعلى: بين 760 nm و830 nm* | |
| IR-A | من 780 nm إلى 1400 nm |
| IR-B | من 1400 nm إلى 3000 nm |
| IR-C | من 3000 nm إلى 1 mm |
* حدود الإشعاع المرئي غير محددة بدقة لأن حساسية العين تتلاشى تدريجياً عند كلا الطرفين. وفقاً لـ CIE S 017/E:2020، يُؤخذ الحد الأدنى عموماً بين 360 nm و400 nm والحد الأعلى بين 760 nm و830 nm. عملياً، يُستخدم عادةً النطاق من 380 nm إلى 780 nm.
لذلك ينتمي النطاق من 380 إلى 400 nm إلى الأشعة فوق البنفسجية من نوع UV-A وإلى الإشعاع المرئي في آن واحد. وهذا ليس خطأً بل نتيجة لكميتين مرجعيتين مختلفتين: يُحدَّد نطاق الأشعة فوق البنفسجية بالطول الموجي، بينما يُحدَّد الإشعاع المرئي بحساسية العين – وهذه الحساسية لا تتوقف فجأة.
ثم، في نطاق الموجات القصيرة، يأتي النطاق الطيفي للأشعة فوق البنفسجية UVB. يتميز إشعاع UVB بطاقة أعلى من إشعاع UVA ويمكن أن يؤدي إلى أضرار جلدية عند التعرّض لفترات طويلة. من الناحية التقنية، يُستخدم إشعاع UVB بشكل أقل من إشعاع UVA أو UVC، إلا أنه يؤدي دوراً مهماً في الثبات الضوئي، أي في التقادم بالأشعة فوق البنفسجية أو التجوية، نظراً لأن ضوء الشمس الطبيعي يحتوي على إشعاع UVB بنسبة ضئيلة.
إشعاع UVC هو إشعاع يقع بين 100 nm و280 nm. وبما أن الهواء يمتص إشعاع UVC دون حوالي 200 nm، فإن هذا الطول الموجي غالباً ما يُعتبر الحد الأدنى. يمكن توليد إشعاع UVC بكفاءة بواسطة مصابيح الزئبق منخفضة الضغط. يصل مردود إنتاج الأشعة فوق البنفسجية إلى نحو 40 %، بقدرة كهربائية تتراوح في حدود عدة مئات من الواطات. ويكون الانبعاث السائد عند نحو 254 nm. من التطبيقات المهمة تطهير الأسطح، وكذلك عبوات الأغذية وتطهير مياه الشرب. أما بالنسبة للبلمرة بالأشعة فوق البنفسجية، فيُستخدم على نطاق واسع مصباح الزئبق متوسط الضغط بقدرة كهربائية تتراوح من نحو 400 W إلى 24 kW. وهنا، تتيح القدرة العالية تحقيق سرعات عالية وأزمنة معالجة تُقاس بأجزاء من الثانية.
يوضّح الشكل التالي الأنواع المختلفة من الإشعاع الكهرومغناطيسي وخصائصها:
- الأشعة فوق البنفسجية (UV)
- تُقسَم إلى الأشعة فوق البنفسجية الفراغية (VUV) والأشعة فوق البنفسجية البعيدة (FUV) – وتُعرفان معاً بـ UV-C –، والأشعة فوق البنفسجية المتوسطة (UV-B) والأشعة فوق البنفسجية القريبة (UV-A)
- نطاق الطول الموجي: من 100 nm إلى 400 nm
- طاقة الفوتون: من 12.4 eV إلى 3.1 eV
- الكواشف النموذجية: CsI، Cs2Te، SiC
- الإشعاع المرئي (VIS)
- نطاق الطول الموجي: من 380 nm إلى 780 nm
- طاقة الفوتون: من 3.3 eV إلى 1.6 eV
- الكواشف النموذجية: مضاعِف ضوئي متعدد القلويات (PMT)، Si
- الأشعة تحت الحمراء (IR)
- تُقسَم إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة (IR-A، IR-B)، والمتوسطة، والبعيدة (وتُعرف معاً بـ IR-C)
- نطاق الطول الموجي: من 780 nm إلى 1 mm (106 nm)
- طاقة الفوتون: من 1.6 eV إلى 0.001 eV
- الكواشف النموذجية: Si، Ge، InGaAs، InAs، PbSnTe، PbSnSe
الأشعة فوق البنفسجية الفراغية سُمّيت بهذا الاسم لأن الهواء يمتص الإشعاع بشدة تحت حوالي 200 nm: يتحلل الأكسجين ويتشكّل الأوزون. لذلك تتطلّب القياسات في هذا المدى تنقية بالنيتروجين أو استخدام تفريغ (فراغ). الجزء المستخدَم عملياً منه هو خط الزئبق عند 185 nm – وهو الأساس الذي يقوم عليه توليد الأوزون بالأشعة فوق البنفسجية لتنظيف الأسطح وعمليات الأكسدة المتقدمة (AOP).
Downloads
أوراق البيانات متاحة بالألمانية والإنجليزية، والنسخة الإنجليزية هي المعتمدة.
المؤلف: د. مارك بارافيا
د. المهندس مارك بارافيا هو المدير الإداري لشركة Opsytec Dr. Gröbel GmbH في مدينة إتلينغن ويرأس مختبر المعايرة المعتمَد. وبعد أبحاثه حول تفريغات الزينون الوميضية الإكسيمرية في معهد تقنيات الإضاءة بجامعة KIT، يتركّز اهتمامه الحالي على تقنية قياس الإشعاع البصري. وهو نائب رئيس لجنة المعايير الألمانية DIN المعنية FNL 7 «الإشعاع البصري»، وعضو في مجموعة المشروع التابعة لجمعية DVGW والمعنية بالتطهير بالأشعة فوق البنفسجية.
