यूवी विकिरण मात्रा और विकिरण तीव्रता का सही मापन
विकिरण तीव्रता और यूवी विकिरण मात्रा किसी यूवी प्रक्रिया के भिन्न गुणों को दर्शाती हैं। विकिरण तीव्रता प्रति क्षेत्रफल तात्क्षणिक विकिरण शक्ति है; विकिरण मात्रा – मानकों की शब्दावली में विकिरण उद्भासन – समय के साथ इसका समाकलन है। विश्वसनीय परिणामों के लिए यह आवश्यक है कि वर्णक्रमीय परास, मापन परास, अंशांकन स्रोत, मापन दूरी और मापन ज्यामिति अनुप्रयोग से मेल खाएँ। गतिशील प्रक्रियाओं के लिए विकिरणन की कालिक प्रोफ़ाइल भी जुड़ जाती है।
यह पृष्ठ राशियों को स्पष्ट करता है, मापन परिणाम पर पड़ने वाले प्रभावों को बताता है और दिखाता है कि उपकरणों की कौन-सी श्रेणी किस कार्य के लिए उपयुक्त है। विशिष्ट उपकरणों का चयन यूवी मीटर और रेडियोमीटर श्रेणी में शामिल किया गया है।
विकिरण तीव्रता, विकिरण उद्भासन और विकिरण मात्रा
विकिरण तीव्रता E वह विकिरण शक्ति है जो किसी सतह पर पहुँचती है, इसे W/m² में या - यूवी इंजीनियरिंग में सामान्यतः - mW/cm² में दिया जाता है। विकिरण उद्भासन H समय के साथ इसका समाकलन है, जिसे J/m² या mJ/cm² में दिया जाता है। जहाँ विकिरण तीव्रता समय के साथ स्थिर रहती है, वहाँ H = E · t होता है; जहाँ यह परिवर्तनशील होती है, वहाँ वास्तविक प्रोफ़ाइल का समाकलन करना आवश्यक है।
व्यवहार में, विकिरण उद्भासन को सामान्यतः "विकिरण मात्रा" (dose) कहा जाता है। यह शब्द प्रचलित तो है परंतु अशुद्ध है: जल विसंक्रमण में, फ्लुएंस उस विकिरण का वर्णन करता है जो किसी आयतन अवयव पर सभी दिशाओं से पहुँचता है, जबकि प्रकाश जीव विज्ञान में विकिरण मात्रा को अतिरिक्त रूप से एक क्रिया वर्णक्रम के साथ भारित किया जाता है। इसलिए संयंत्रों, आपूर्तिकर्ताओं या परीक्षण रिपोर्टों के बीच मानों की तुलना करने वाले किसी भी व्यक्ति को हमेशा यह स्पष्ट करना चाहिए कि किस राशि, किस वर्णक्रमीय परास और किस मापन ज्यामिति का आशय है।
राशियाँ, इकाइयाँ और अर्थ
| राशि | इकाई | अर्थ |
|---|---|---|
| विकिरण तीव्रता E | W/m², mW/cm² | मापन बिंदु पर प्रति क्षेत्रफल तात्क्षणिक विकिरण शक्ति |
| विकिरण उद्भासन H ("विकिरण मात्रा") | J/m², mJ/cm² | समय के साथ विकिरण तीव्रता का समाकल |
| वर्णक्रमीय विकिरण तीव्रता E(λ) | W/(m²·nm) | तरंगदैर्घ्य के अनुसार विकिरण तीव्रता का वितरण |
| फ्लुएंस | J/m² | सभी दिशाओं से किसी आयतन अवयव पर पहुँचने वाला विकिरण |
| प्रभावी विकिरण तीव्रता | W/m² | क्रिया वर्णक्रम के साथ वर्णक्रमीय रूप से भारित, उदाहरण के लिए एरिथेमली प्रभावी |
| फोटॉन फ्लक्स घनत्व (PPFD) | µmol/(m²·s) | प्रति क्षेत्रफल और समय फोटॉनों की संख्या, फोटोबायोलॉजी में सामान्य |
मापन परिणाम को क्या निर्धारित करता है
कोई रीडिंग तभी विश्वसनीय होती है जब उसे जिन परिस्थितियों में लिया गया हो वे उपयुक्त हों। पांच प्रभाव निर्णायक होते हैं:
- वर्णक्रमीय अनुक्रियाशीलता। एक ब्रॉडबैंड विकिरणमापी स्रोत का मूल्यांकन अपने सेंसर की अनुक्रियाशीलता वक्र के साथ करता है। यदि स्रोत का स्पेक्ट्रम अंशांकन स्रोत से भिन्न होता है, तो वर्णक्रमीय बेमेल (स्पेक्ट्रल मिसमैच) होता है – बदलते स्रोतों के साथ व्यवस्थित रूप से सबसे बड़ी त्रुटि।
- मापन ज्यामिति। किसी विस्तारित या क्षेत्र स्रोत से विकिरण तीव्रता के लिए कोसाइन-संशोधित इनपुट ऑप्टिक्स आवश्यक हैं। कोसाइन संशोधन के बिना, तिरछे आपतित विकिरण को कम आंका जाता है।
- मापन दूरी और तल। वहीं मापें जहां प्रक्रिया होती है – घटक या नमूना तल पर, न कि मुक्त किरण पथ में। बिंदु और स्पॉट स्रोतों के लिए, विकिरण तीव्रता दूरी के साथ प्रबल रूप से बदलती है।
- अंशांकन। अंशांकन को वर्णक्रमीय परास, मापन परास और, यथासंभव, उपयोग किए जा रहे स्रोत के प्रकार से मेल खाना चाहिए, तथा इसे अनुरेखणीय रूप से प्रलेखित किया जाना चाहिए।
- मापन परास, रैखिकता और तापमान। बहुत अधिक विकिरण तीव्रता, स्पंदित स्रोत और मापन बिंदु पर बढ़ा हुआ तापमान उपयोग किए जा सकने वाले सेंसरों को सीमित करते हैं।
विकिरणमापियों और यूवी सेंसरों के लिए अंशांकन मान्यता प्राप्त अंशांकन प्रयोगशाला द्वारा किए जाते हैं; प्रक्रिया का विवरण यूवी अंशांकन के अंतर्गत दिया गया है।
स्थिर रूप से या प्रक्रिया में मापन
स्थिर स्रोत और स्थिर भाग के साथ, घटक तल पर विकिरण तीव्रता का स्थैतिक मापन पर्याप्त होता है; विकिरण मात्रा विकिरण तीव्रता और उद्भासन समय से प्राप्त होती है। जैसे ही भाग या स्रोत गति करता है, भाग पर विकिरण तीव्रता समय-निर्भर हो जाती है। शिखर विकिरण तीव्रता, कालिक प्रोफ़ाइल और इससे समाकलित विकिरण मात्रा को तब रिकॉर्ड करना आवश्यक होता है – लैंप के नीचे एक एकल स्थैतिक रीडिंग प्रक्रिया का वर्णन नहीं करती है।
कन्वेयर, प्रिंटिंग और पास-थ्रू लाइनों में इस प्रकार का मापन कैसे स्थापित किया जाता है, यह पृष्ठ पर बताया गया है कन्वेयर सिस्टम के लिए यूवी मापन.
किस कार्य के लिए कौन सा उपकरण उपयुक्त है
- ज्ञात स्पेक्ट्रम वाला स्थिर स्रोत, स्पॉट मापन: RMD Pro या RM-12 जैसा एक अंशांकित ब्रॉडबैंड विकिरणमापी, वर्णक्रमीय परास से मेल खाते सेंसर के साथ।
- बदलते स्रोत, LED तरंगदैर्घ्य, जीर्णन अध्ययन: प्रयोगशाला में UVpad, UVpad E या SR900 जैसा वर्णक्रमीय मापन करने वाला उपकरण।
- चालू प्रक्रिया में विकिरण मात्रा: curelog या tinyTracker जैसे फ्लैट लॉगर, जो कार्यखंड के साथ लाइन में यात्रा करते हैं।
- स्थायी संयंत्र निगरानी: उपयुक्त मूल्यांकन इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ स्थायी रूप से स्थापित यूवी सेंसर।
यही बात इन सभी श्रृंखलाओं में से प्रत्येक पर लागू होती है: सेंसर, मूल्यांकन और अंशांकन को उस प्रक्रिया मान से मेल खाना चाहिए जिसे प्रदर्शित किया जाना है। मापन कार्य के अनुसार एक चयन सहायता यूवी मीटर श्रेणी में दी गई है, और उपकरण वर्गों के बीच का अंतर पृष्ठ स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर या ब्रॉडबैंड रेडियोमीटर पर बताया गया है।
विकिरण तीव्रता और विकिरण मात्रा पर अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
यूवी प्रणाली पर किस राशि की निगरानी की जानी चाहिए?
मुख्य रूप से प्रक्रिया के सबसे निकट सुलभ बिंदु पर W/m² में विकिरण तीव्रता, और इससे प्राप्त काल-समाकल के रूप में J/m² में विकिरण मात्रा। रूपांतरण के लिए: 10 W/m², 1 mW/cm² के बराबर होता है। सेंसर और स्रोत का तापमान भी इनके साथ महत्वपूर्ण है। एक प्रोसेस विंडो को दो आयामों में निर्दिष्ट करना होता है, जिसमें दोनों राशियों के लिए एक निचली और एक ऊपरी सीमा हो। लैंप की विद्युत शक्ति प्रक्रिया की मापी गई राशि नहीं है।
प्रक्रिया में माप कहाँ लिया जाता है?
भाग या नमूने के स्तर पर, जहाँ प्रक्रिया वास्तव में होती है - न कि मुक्त किरण पुंज में और न ही लैंप हाउसिंग पर। विस्तारित और क्षेत्रीय स्रोतों के लिए कोसाइन-संशोधित इनपुट प्रकाशिकी आवश्यक होती है, अन्यथा तिरछी आपतित विकिरण को कम आँका जाता है। बिंदु और स्पॉट स्रोतों के साथ विकिरण तीव्रता दूरी के साथ प्रबल रूप से बदलती है; एक अंगूठे के नियम के रूप में माप दूरी उत्सर्जक क्षेत्र के सबसे बड़े आयाम से कम से कम 10 गुना होनी चाहिए।
सूर्य की तुलना में यूवी प्रणाली की विकिरण तीव्रता कितनी अधिक होती है?
संदर्भ भूतल पर सूर्य है: इष्टतम परिस्थितियों में लगभग 1,000 W/m² वैश्विक विकिरण, जिसमें से लगभग 62 W/m² यूवीए और 5.6 W/m² यूवीबी होता है। इसलिए 80 W/m² वाला एक यूवीए परीक्षण कक्ष इस मान का 1.3 गुना है, जबकि 50 W/m² वाला एक यूवीबी कक्ष नौ गुना है। यूवी-एलईडी प्रणालियाँ 8,000 W/m² और उससे अधिक तक पहुँचती हैं, जो सौर यूवीए का लगभग 130 गुना है। यूवीसी में कोई तुलना संभव नहीं है, क्योंकि 280 nm से नीचे की विकिरण पृथ्वी की सतह तक नहीं पहुँचती। ऐसे प्रत्येक कारक के साथ दो और कथन जुड़े होते हैं: वह वर्णक्रमीय परास जिससे यह संबंधित है, और वह मापन तल जिसमें इसे मापा गया था - इन दोनों के बिना, संख्या को सत्यापित नहीं किया जा सकता।
लेखक: डॉ. मार्क पारावीया
डॉ.-इंग. मार्क पारावीया एटलिंगन स्थित Opsytec Dr. Gröbel GmbH के प्रबंध निदेशक हैं और मान्यता प्राप्त अंशांकन प्रयोगशाला का नेतृत्व करते हैं। KIT के इंस्टीट्यूट ऑफ लाइटिंग टेक्नोलॉजी में स्पंदित क्सेनॉन एक्साइमर डिस्चार्ज पर अपने शोध के बाद, आज उनका मुख्य कार्यक्षेत्र प्रकाशिक विकिरण मापन है। वे DIN मानक समिति FNL 7 "ऑप्टिकल रेडिएशन" के उप-अध्यक्ष और यूवी विसंक्रमण पर DVGW परियोजना समूह के सदस्य हैं।
