Mitä UV-säteily on?

UV-säteily on sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituus on näkyvää valoa lyhyempi. Kansainvälisen valaistussanaston (CIE S 017/E:2020) mukaan se jaetaan UV-A-alueeseen 315–400 nm, UV-B-alueeseen 280–315 nm ja UV-C-alueeseen 100–280 nm. Se on silmälle näkymätöntä ja voidaan havaita vain radiometreillä tai spektroradiometreillä.

Lyhenne "UV" tarkoittaa ultraviolettisäteilyä. Sitä kutsutaan usein UV-valoksi, koska "valo" kuulostaa yleensä vähemmän vaaralliselta kuin säteily. Määritelmän mukaan säteilyä, joka on näkyvää ihmissilmälle, kutsutaan valoksi. Tarkkaan ottaen UV-valoa ei siis todellisuudessa ole olemassa.  Tämä on käyttäjälle tärkeä tosiasia, sillä käyttäjät eivät voi havaita todellista vaaraa. Mahdollisesti näkyvä valo on vain luminesenssia, jonka UV-säteily aiheuttaa. Tämä luminesenssi on usein huomattavasti heikompaa ja vähemmän vaarallista kuin sen aiheuttava UV-säteily. Tästä syystä ultraviolettisäteilyn mittaaminen on tärkeää. Tähän voidaan käyttää tarkkoja UV-radiometrejämme.

Spektrialueet UV-A, UV-B ja UV-C

UV-säteily jaetaan kolmeen spektrialueeseen. UVA kattaa spektrialueen 315 nm:stä 400 nm:iin. Yhdysvaltalaisissa lähteissä spektrialuetta 320–400 nm kutsutaan myös UVA:ksi. UVA-spektrialuetta käytetään teknisesti usein UV-liimauksessa ja lakkojen kovetuksessa. Lisäksi luminesenssi- ja fluoresenssitestit tehdään usein UVA:lla (tässä yhteydessä se määritellään termillä mustavalo).

* Näkyvän säteilyn rajoja ei ole määritelty tarkasti, koska silmän herkkyys heikkenee vähitellen molemmissa päissä. CIE S 017/E:2020:n mukaan alaraja on yleensä 360 nm:n ja 400 nm:n välillä ja yläraja 760 nm:n ja 830 nm:n välillä. Käytännössä käytetään tavallisesti aluetta 380 nm–780 nm.

Alue 380–400 nm kuuluu siis samanaikaisesti UV-A-alueeseen ja näkyvään säteilyyn. Tämä ei ole virhe, vaan seuraus kahdesta eri vertailusuureesta: UV-alue määritellään aallonpituuden perusteella, näkyvä säteily silmän herkkyyden perusteella – eikä tämä raja pääty jyrkästi.

Sitten lyhyemmällä aallonpituusalueella on UVB-spektrialue. UVB-säteily on energiarikkaampaa kuin UVA-säteily ja voi pidempien altistusaikojen aikana aiheuttaa ihovaurioita. Teknisesti UVB-säteilyä käytetään harvemmin kuin UVA- tai UVC-säteilyä, mutta sillä on kuitenkin tärkeä rooli fotostabiilisuudessa eli UV-vanhenemisessa tai sään vaikutuksessa, sillä luonnollinen auringonvalo sisältää UVB-säteilyä vähäisessä määrin.

UVC-säteily on säteilyä 100 nm:n ja 280 nm:n välillä. Koska ilma absorboi UVC-säteilyä alle noin 200 nm:n, tätä pidetään usein alarajan aallonpituutena. UVC-säteilyä voidaan tehokkaasti tuottaa elohopean matalapainelampuilla. UV-säteilyn tuotto on jopa noin 40 %, kun sähköteho on useiden satojen wattien alueella. Hallitseva emissio on noin 254 nm. Tärkeitä sovelluksia ovat pintojen desinfiointi sekä elintarvikepakkausten ja juomaveden desinfiointi. UV-polymerointiin käytetään yleisesti Hg-keskipainelamppua, jonka sähköteho on noin 400 W:n ja 24 kW:n välillä. Tässä suuri teho mahdollistaa suuret nopeudet ja prosessiajat sekunnin murto-osissa.

Alla oleva selain sijoittaa minkä tahansa aallonpituuden väliltä 150–800 nm edellä mainittuihin alueisiin ja antaa taajuuden, fotonienergian ja aaltoluvun — sekä tyypillisen lähteen ja siihen sopivan mittalaitteiston.

Seuraava kuva esittää erilaisia sähkömagneettisen säteilyn tyyppejä ja niiden ominaisuuksia:

1. Ultraviolettisäteily (UV)
   • Jaettu tyhjiö-UV:hen (VUV) ja kauko-UV:hen (FUV) – yhdessä UV-C –, keski-UV:hen (UV-B) ja lähi-UV:hen (UV-A)
   • Aallonpituusalue: 100 nm – 400 nm
   • Fotonienergia: 12,4 eV – 3,1 eV
   • Tyypilliset ilmaisimet: CsI, Cs₂Te, SiC
2. Näkyvä säteily (VIS)
   • Aallonpituusalue: 380 nm – 780 nm
   • Fotonienergia: 3,3 eV – 1,6 eV
   • Tyypilliset ilmaisimet: monialkalifotomonistinputki (PMT), Si
3. Infrapunasäteily (IR)
   • Jaettu lähi-IR:ään (IR-A, IR-B), keski-IR:ään ja kauko-IR:ään (yhdessä IR-C)
   • Aallonpituusalue: 780 nm – 1 mm (10⁶ nm)
   • Fotonienergia: 1,6 eV – 0,001 eV
   • Tyypilliset ilmaisimet: Si, Ge, InGaAs, InAs, PbSnTe, PbSnSe

Tyhjiö-UV saa nimensä siitä, että ilma absorboi voimakkaasti säteilyä alle noin 200 nm:n aallonpituudella: happi hajoaa ja muodostuu otsonia. Mittaukset tällä alueella vaativat siksi typpihuuhtelua tai tyhjiötä. Käytännössä hyödynnetty osa on elohopean spektriviiva kohdassa 185 nm – se on perusta UV-otsonin muodostukselle pintojen puhdistuksessa ja AOP:ssa.