자외선(UV) 복사란 무엇인가

자외선(UV) 복사는 가시광선보다 짧은 파장을 가진 전자기 복사입니다. 국제 조명 용어집(CIE S 017/E:2020)에 따르면 UV-A는 315~400 nm, UV-B는 280~315 nm, UV-C는 100~280 nm로 구분됩니다. 이는 눈에 보이지 않으며 복사계 또는 분광복사계로만 측정할 수 있습니다.

약어 "UV"는 자외선(ultraviolet) 복사를 의미합니다. "광선(light)"이라는 표현이 일반적으로 "복사(radiation)"보다 덜 위험하게 들리기 때문에 이는 흔히 UV 광선(UV light)이라고 불립니다. 정의상 우리는 인간의 눈에 보이는 복사만을 광선(light)이라고 부릅니다. 따라서 엄밀히 말하면 UV 광선은 실제로 존재하지 않습니다.  이는 사용자가 실제 위험성을 인지할 수 없다는 점에서 중요한 사실입니다. 눈에 보일 수 있는 빛은 UV에 의해 유도된 발광(luminescence)에 불과합니다. 이 발광은 이를 유도하는 UV 복사보다 훨씬 약하고 덜 위험한 경우가 많습니다. 이러한 이유로 자외선 복사의 측정이 중요합니다. 이를 위해 당사의 정밀 UV 복사계 를 사용할 수 있습니다.

UV-A, UV-B, UV-C 분광 영역

UV 복사는 세 가지 분광 영역으로 구분됩니다. UVA는 315 nm에서 400 nm까지의 분광 영역을 포함합니다. 미국 자료에서는 320–400 nm의 분광 영역 또한 UVA로 지칭됩니다. UVA 분광 영역은 기술적으로 UV 접착 및 바니시 경화에 자주 사용됩니다. 또한 발광 및 형광 시험도 흔히 UVA로 수행됩니다(여기서는 블랙라이트라는 용어로 정의됩니다).

* 가시광선의 한계는 눈의 감도가 양쪽 끝에서 서서히 사라지기 때문에 명확하게 정의되어 있지 않습니다. CIE S 017/E:2020에 따르면 하한은 일반적으로 360~400 nm, 상한은 760~830 nm 사이로 간주됩니다. 실무에서는 보통 380~780 nm가 사용됩니다.

380~400 nm 범위는 따라서 UV-A와 가시광선에 동시에 속합니다. 이는 오류가 아니라 서로 다른 두 가지 기준값의 결과입니다. UV 영역은 파장으로 정의되고, 가시광선은 눈의 감도로 정의되는데, 이 감도는 갑자기 끊기지 않기 때문입니다.

그 다음, 단파장 영역에는 UVB 분광 영역이 있습니다. UVB 방사선은 UVA 방사선보다 에너지가 높으며, 장시간 조사(照射) 시 피부 손상을 유발할 수 있습니다. 기술적으로 UVB 방사선은 UVA나 UVC 방사선보다 적게 사용되지만, 자연 태양광에 UVB 방사선이 소량 포함되어 있기 때문에 광안정성, 즉 자외선 노화 또는 내후성에서 중요한 역할을 합니다.

UVC 방사선은 100 nm에서 280 nm 사이의 방사선입니다. 공기가 약 200 nm 이하의 UVC 방사선을 흡수하기 때문에, 이 값이 하한 파장으로 간주되는 경우가 많습니다. UVC 방사선은 수은 저압 램프를 통해 효율적으로 생성할 수 있습니다. 자외선(UV) 방사 수율은 최대 약 40 %이며, 전기 출력은 수백 W 범위입니다. 주된 방출 파장은 약 254 nm입니다. 주요 응용 분야는 표면 소독, 식품 포장 소독, 그리고 음용수 소독입니다. 자외선(UV) 중합의 경우, 전기 출력이 약 400 W에서 24 kW 사이인 수은 중압 램프가 널리 사용됩니다. 여기서는 높은 출력 덕분에 빠른 속도와 순간적인 공정 시간이 가능합니다.

아래 탐색기는 150~800 nm 사이의 임의의 파장을 위에서 언급한 범위 안에 배치하고 주파수, 광자 에너지 및 파수를 제공하며, 이와 함께 전형적인 광원 및 이에 적합한 측정 장비도 보여줍니다.

다음 그림은 전자기 복사선의 다양한 유형과 그 특성을 보여줍니다:

1. 자외선(UV)
   • 진공 자외선(VUV)과 원자외선(FUV) – 합쳐서 UV-C –, 중자외선(UV-B), 근자외선(UV-A)으로 세분됩니다
   • 파장 범위: 100 nm~400 nm
   • 광자 에너지: 12.4 eV~3.1 eV
   • 대표적인 검출기: CsI, Cs₂Te, SiC
2. 가시광선(VIS)
   • 파장 범위: 380 nm~780 nm
   • 광자 에너지: 3.3 eV~1.6 eV
   • 대표적인 검출기: 멀티알칼리 광전자증배관(PMT), Si
3. 적외선(IR)
   • 근적외선(IR-A, IR-B), 중적외선, 원적외선(합쳐서 IR-C)으로 세분됩니다
   • 파장 범위: 780 nm~1 mm (10⁶ nm)
   • 광자 에너지: 1.6 eV~0.001 eV
   • 대표적인 검출기: Si, Ge, InGaAs, InAs, PbSnTe, PbSnSe

진공 자외선(Vacuum UV)은 약 200 nm 이하의 복사선을 공기가 강하게 흡수하여 산소가 분해되고 오존이 생성되기 때문에 이러한 이름이 붙여졌습니다. 따라서 이 영역의 측정에는 질소 퍼징 또는 진공이 필요합니다. 실제로 사용되는 부분은 185 nm의 수은 라인으로, 표면 세정 및 AOP를 위한 자외선(UV) 오존 발생의 기초가 됩니다.