単一光子のエネルギーはその波長のみに依存します。波長が短いほど、光子のエネルギーは高くなります。この計算ツールはナノメートル単位の波長を入力すると、光子エネルギーをジュールおよび電子ボルトで返します。
この物理量は、UV放射が可視光と異なる働きをする理由を説明します。254 nmの光子は約4.9 eVを持ち、これは多くの有機結合の結合エネルギーを上回るため、分子を直接切断できます。400 nmの光子はわずか約3.1 eVしか持ちません。まさにこの閾値が、光開始剤が反応するかどうか、半導体の遷移が励起されるかどうか、あるいは光触媒反応が始まるかどうかを決定します。eV単位でバンドギャップが分かっている場合、この計算ツールはそれに使用できる最長波長を教えてくれます。
この計算は真空中または空気中の光子に適用されます。屈折率nの媒質中では波長は変化しますが、光子エネルギーは変化しません。定数はCODATA 2018に準拠しています。
光子エネルギーは、光子束（1秒あたりの光子数）に直接つながります。その計算ツールは、この問題が生じる光化学ページに組み込まれています。すべての放射計測計算ツールは放射計測計算ツールにまとめられています。
基礎知識
光子エネルギーはプランク・アインシュタインの関係式 E = h · c / λ から導かれます。ここでプランク定数は h = 6.62607015 · 10⁻³⁴ J·s、光速は c = 299,792,458 m/s です（いずれもSI改定以降、厳密に定義された値です）。λ をメートル単位で入力するとE はジュール単位で得られます。電子ボルトで表す場合は電気素量で割ればよく、これにより E[eV] = 1239.842 / λ[nm] という簡便な形が得られます。
| 波長 | エネルギー |
|---|---|
| 254 nm(低圧水銀) | 4.88 eV |
| 265 nm(UVC LED) | 4.68 eV |
| 280 nm(UVC LED) | 4.43 eV |
| 365 nm(UVA LED) | 3.40 eV |
| 405 nm | 3.06 eV |
365 nmの場合の計算例:E = 1239.842 / 365 = 3.397 eV、これは5.44・10⁻¹⁹ Jに相当します。
この式は単一波長の単一光子を表します。高圧水銀ランプは多数の輝線を放射し、LEDは半値全幅（FWHM）が通常10〜15 nmの帯域を放射します。この場合、中心波長は近似値にすぎず、精密な作業にはスペクトルの積分が必要です。また、光子エネルギーは放射量については何も示しません。そのためには放射照度または光子束が必要です。
よくあるご質問
E = h・c / λ で計算します。実用上は簡略式 E[eV] = 1239.842 / λ[nm] で十分な場合がほとんどです。例えば、365 nmでは3.40 eV、254 nmでは4.88 eVとなります。
同じ略式で変換できます。両者の関係は反比例であり、線形ではありません。波長が半分になると、エネルギーは2倍になります。
個々の光子のエネルギーがより高いためです。254 nmでは光子エネルギーが多くの有機結合の結合エネルギーを上回りますが、365 nmでは上回りません。そのため、UV-CはDNAに直接作用するのに対し、UV-Aは主に中間段階を経て作用します。波長域の分類についてはスペクトル範囲と規格で説明しています。
λ = 1239.842 / 3.2 ≈ 387 nmです。実際には確実な励起のため、365 nmまたは375 nm付近のやや短い波長が選ばれます。
いいえ。媒質内では波長は屈折率によって短くなりますが、周波数、したがってエネルギーは変化しません。計算式には真空中の波長を使用する必要があります。
光子エネルギーは、光重合開始剤がそもそも励起されるかどうかを決定します。波長が開始剤の吸収範囲と一致しない場合、積算光量を高くしても効果はありません。詳細は光重合開始剤とUV吸収剤をご覧ください。
