> Техника, страница 88 > Ультрафиолетовые лучи

Ультрафиолетовые лучи

Ультрафиолетовые лучи, область спектра, граничащая с видимой со стороны коротких волн. Длинноволновой границей У. л. принято считать Я =4 000 А, коротковолновая не является точно установленной. Впервые У. л. были открыты в их длинноволновой части, граничащей с видимым спектром, в 1803 г. Риттером и Волластоном по почернению хлористого серебра. Оптич. методами экспериментально изучены до настоящего времени колебания с длиной волн до Я =50 А. Вся эта коротковолновая часть спектра (4 000 -4- 50 А) делится на ряд областей, причем собственно У. л. обычно принято называть область 4 000 -4-1 850 А.

4 000 3 000 А приблиз. близкие У. л.

3 000 -е 1850 А.. дальние У. л.

1850 ч- 1200 А.. область Шумана

1 200 500 А.. » Ляймана

500 ч- 90 А.. » Милликена

Источники У. л. Наиболее простым и удобным источником У. л. (в области 4 000 4-1 850 А) является вольтова дуга (смотрите). В угольные электроды дуги вводят соли некоторых металлов, например Fe, Mg, А1, Се и др. В такой дуге при средних плотностях тока (20 4-50 А/сж²) благодаря испарению паров металла образуется в дуговом промежутке светящееся

облако, на долю которого приходится значительный;^ всего ультрафиолетового потока дуги (до 80%). Такого типа дуги называются пламенными. Иа фигура 1—3 даны кривые распределения энергии по спектру пламенных дуг с различными примесями к электродам: (На фигуре 1 кривая 1—для угольных электродов с примесью Со, 2—с примесью К, 3—с примесью Sr; на фигуре 2 кривые для пламенной дуги с углями типа С для разных сил тока при напряжении в 50 V; на фигуре 3 кривая для углей с примесью Mg; на всех трех фигурах один квадрат представляет энергию в 250 nW/сж² на расстоянии 1 ж). Т. к. пламя такой дуги имеет молекулярный спектр, то в спектре пламенных дуг получаются интенсивные линии и широкие полосы в различных частях ультрафиолета. В тех случаях, когда необходим не полосатый, а непрерывный спектр, но в близком ультрафиолете, пользуются дугой с чрезвычайно большими плотностями тока (до 150 А/еж²), имеющей очень большую t° анодного кратера (такая дуга всегда питается постоянным током) до 4 800—5 000°, так называемым высокоинтенсивной дугой. Благодаря

чрезвычайно сильному электронному потоку внутри такой дуги светящееся облако (пламя) «сбивается», и основное свечение (85—90%) приходится на долю кратера. Излучение кратера при столь высокой Г даже за счет просто теплового возбуждения имеет значительный %

00 4000 60L

0 80

оо юооо т

00 140

00 л

Фигура з.

У. л. Кроме того благодаря введению солей редких элементов (например Се), имеющих более высокую Г сублимации, чем уголь (3 700°), основное свечение дают коллоидальные частицы карбидов редких металлов, имеющих яркость до 80 000—100 000 стильбов при указанной выше i°. Свечение этих частиц селективно и отличается от свечения черного тела при соответствующей t° за счет несколько большего количества У. л. На фигуре 4 приведены кривые рас

пределения энергии по спектру высокоинтенсивной дуги (кривая 1, при 125 А и 80 V) и еолнца (кривая 2) на поверхности земли (приблизительно одинаковые ί⁰); видно, что в ультрафиолетовой части спектра энергии у дуги больше, чем у солнца. Хорошим лабораторным источником непрерывного спектра в близком

Фигура 5.

ультрафиолете является лампаГельгофа(фигура5). Это—лампа накаливания с толстой вольфрамовой нитью, рассчитанной для получения высоких ί°, на работу с большим перекалом и с соответственно небольшим сроком службы (24-10 час.). В колбу такой лампы вмазывается кварцевое окно J (обычно это бывает линза, фокус гх^осу ^К0Т°Р°й совпадает с источ-¹ ником). Из-за необходимо сти частойсмены перегорающих нитей колба такой лампы не спаивается с ножкой, а соединяется шлифом 2, что заставляет при работе с этой лампой держать ее на насосе. Ультрафиолетовый спектр лампы Гельгофа не слишком интенсивен, так как он достаточно близко соответствует спектру черного тела при 3 300°К. Очень хорошим и удобным в эксплуатации источником линейчатого спектра У. л. на участке 4 000-4-2 300 А является ртутная дуга в кварцевой колбе, т. н. кварцевая лампа (смотрите). На фигуре 6 приведено Е% распределение энергии Е в спект-_т ре кварцевой лампы типа Баха при нормальном режиме (320 W,

120 V, 2,6 А; энергия линии ⁸⁰ 3 660А принята за 100). Необ ходимо отметить, что у ртутной

го

ni i .111 111 I I i

2000

2500

3000 3500

Фигура 6.

лампы распределение энергии по спектру очень чувствительно зависит от электрич. и теплового режима. Для получения дальних У. л. пользуются искрой с алюминиевыми электродами; при достаточной мощности (> 2 k Y) она дает интенсивный линейчатый спектр в области 4 0004-1 850 А. На фигуре 7 приведено примерное распределение энергии Е по спектру такой искры. При тепловом возбуждении неселективно излучающих тел, при практически доступных f° на долю дальних У. л. приходится очень малая энергия, вследствие чего для получения дальних У. л. источники с тепловым возбуждением непригодны. Поэтому число источников, обладающих непрерывным спектром У. л. с длиной волны <2 500 А, весьма ограничено. Для области 4 0004-1 850 А таким источником является водородная трубка (фигура 8); это—разрядная трубка, наполненная водородом, при давлении

1—3 миллиметров Hg. На электроды 7 накладывают напряжение 34-6 kV. Разрядный промежуток заключен в капилляр 2 для повышения плотности тока; сила тока при разряде 504-500 гаА. Для охлаждения трубки (особенно сильно разогревается капилляр) на нее надет водяной холодильник. Окно 3 для наблюдения делается кварцевым или флюоритовым, в зависимости от требований к коротковолновой границе спектра. Наблюдение ведется вдоль капилляра, что увеличивает видимую яркость свечения.

Спектрографы для У. л. С помощью, обычных спектрографов (смотрите) можно изучать

У. л. только до А=3 500 А, т. к. далее флинты, входящие в состав оптики этих спектрографов, имеют слишком большое поглощение. Специальные увиолевые стекла (смотрите) имеют достаточную прозрачность до А=3 200 4- 2 900 А, далее необходимо применять оптику (призмы

и линзы) из кристаллического или плавленого кварца (кварцевого стекла). Собственное, поглощение кварца делается заметным при А==2 100 А и, начиная с 1 850 А, кварц уже применяться не может; для изучения области Шумана берут флюоритовую оптику. Поглощение воздуха (в нижних слоях атмосферы) начинает сказываться ок. Я=1 850 А, а в области Ляймана оно уже столь велико, что приходится применять спектрографы с эвакуированным воздухом—вакуум-спектрографы. Вакуум-спектрографы обычно делаются диффракцион-

—L--°-ι— ные, а не призменные, с вогну-

4000 4 _той диффракционной решеткой, т. к. этим достигается бблыиая светосила. Наличие полосы поглощения у стекла в области коротких У. л. сильно повышает его коэф. отражения в этой области, поэтому для спектра с длиной волны короче 1 200 А употребляются стеклянные отражающие диффрак-ционные решетки.

Поглощение У. л. некоторыми веществами. Большинство веществ, прозрачных для видимого спектра, имеет полосы погло

щения в ультрафиолете; веществ непрозрачных для видимых и прозрачных для У. л. весьма мало, поэтому изготовление фильтров-для У. л. чрезвычайно затруднительно. Поглощение близких У. л. атмосферой происходит в основном за счет полос поглощения озона (0₃). Т. к. в нижних слоях атмосферы содержание озона очень невелико (ок. 2—3 мг на 100 .и³), то в нижних слоях У. л. с длиной волны > 2 000 А не поглощаются, а происходит только Релеевское рассеяние их. Более короткие^

(Я <2 ООО А) У. л. поглощаются в нижних слоях благодаря присутствию паров аммиака, кислорода и других газов. В высоких слоях атмосферы благодаря большому количеству озона (эквивалентный слой 3 миллиметров толщиной) поглощение У. л. начинается ок. 3 200 А. Ниже приведена таблица оптич. плотностей атмосферы в зените (средних по временам года и дня) по Фабри и Бюиссону.

Поглощение ультрафиолетовых лучей атмосферой в зените.

1 в А	Оптич. плотность	Пропускание Т в %
4 000	0,15	70
3 500	0,26 1,77	55
3 022	0,26 1,77	1,7
2 936	4,12	0,008 0,00005
2 898	6,36	0,008 0,00005

На фигуре 9 приведено пропускание Т У. л. некоторыми минералами (кривая 1 для флюорита, 2—для кварца, 3—для каменной соли, 4—для

плавленого кварца), обладающими высокой прозрачностью в ультрафиолетовой области (подробно см. Спр. ТЭ, т. IX, стр. 153—156). Пропускание Т У. л. некоторыми типами уви-олевых стекол иностранных фирм изображено на фигуре 10, где 1—синее медицинское стекло,

2—белое Vitalux, 3 и 4—черное Шотта; пропускание увиолевых стекол советского произ

водства (Института стекла) в настоящее время, как показывают наши измерения, весьма близко приближается к приведенным данным на фигуре 10 (пропускание стеклами У. л. подробно см. Спр. ТЭ, т. III, стр. 176). На фигуре 11 приведены для примера данные о прозрачности нек-рых типов фотообъективов для У. л.:

7—Тессар Цайсса 1:3,5; 2—Ортопротар Цейс-са 1 : 8; 3—Ортогоз, ГОЗ, 1 : 4,5; 4 и 5—Тай-лор Кука 1 : 10 и 1 : 2. Как видно из кривых, некоторые объективы имеют достаточную про зрачность (40%) до Я =3 600 А. О фильтрах для У. л. см. Светофильтры.

Зеркала для У. л. Большинство металлов, обладающих высоким коэф-том отражения в видимом спектре, в области У. л. имеет· весьма невысокий коэф. отражения. Поэтому для зеркал в области 2 000—3 000 А приходится применять специальные зеркальные сплавы, наир. Маха, Росса. В области с длиной волны короче 2 000 А все металлы и сплавы имеют весьма низкий коэф. отражения, поэтому для этой области, как указано выше, употребляют стекло. На фигуре 12 приведены коэф-ты отражения У. л. нек-рыми металлами: 1—магналия, 2—цинка, 3 — серебра, 4—стали, 5—никеля, 6—меди, 7—золота (подробно см. Спр. ТЭ, т. VIII, стр. 26—30).

Наблюдение У. л. и измерение их энергии. Обычно применяемые в видимой: и инфракрасной областях спектра термоэлек-трич. и болометрич. методы наблюдения и измерения лучистой энергии, основанные на тепловом ее действии, м. б. применимы также и для У. л. Но благодаря тому, что У. л. почти юо

I 60

Ч 50 о

8 го ю

2500 3000 3500 4000 Л

Фигура 12.

Т%

Фигура 11.

от всех источников несут в себе очень небольшую энергию, их тепловое действие очень невелико, и производство измерений указанными способами требует применения высокочувствительных термоэлементов и гальванометров (КГ¹⁴—10^-15 А). В виду трудности работы с такими высокочувствительными гальванометрами пользуются методом усиления термотоков с последующим их измерением менее чувствительными приборами. Способы усиления могут быть, самые различные, начиная с простых резонансных раскачиваний гальванометра и кон

чая применением электронных ламп. Одной из наиболее удоб-nN

Фигура 13.

ных является схема с фотоэлектронным реле¹(предложена NuII’om), когда термотоки преобразуются в фототоки, для измерения которых не нужно столь высокочувствительных гальванометров. Схема изображена на фигуре 13. Световой пучок, идущий от осветителя О,

. падает на зеркало гальванометра С?,; линза. L дает изображение δχ в щели S осветителяг

Ό. Щель имеет форму прямоугольника или решетки. В том месте, где получается изображение, помещается нож N или вторая решетка. Тогда при перемещении изображения, происходящем вследствие поворота зеркальца гальванометра G_lt который включен в цепь термоэлемента Т, изменяется количество света, проходящее за нож. Позади ножа помещен фотоэлемент Ph. Если в нулевом положении изображения нож полностью закрывал его, то при возрастающем смещении будет возрастать фототок, причем весьма малым смещениям будут соответствовать довольно значительные изменения фототока. При силе термотоков в 1СГ¹¹ А в этой схеме обходятся гальванометрами G_x и G₂ чувствительностью 1(Г^в А. Схема эта в широких пределах линейна, удобна в работе и проста в обращении. Она была проверена и широко употребляется в оптич. лабо-,. ратории Всесоюзного электро- У технич. ин-та (ВЭИ). Наиболее удобным и чувствительным ме-

/wnHimnr4

А_ ^{* 1}

Фигура 14.

тодом наблюдения У. л. является фотографии. метод, дающий возможность без специального очувствления фото пластинок регистрировать излучение до 2 000—

1 850 А. Способ сенсибилизации фотопластинок для более коротких У. л.: эмульсия покрывается слоем флуоресцирующего вещества, флуоресценция которого при возбуждении дальними У. л. имеет спектр в близких ультрафиолетовых или фиолетовых лучах, которые регистрируются эмульсией. Примером такого вещества может служить эскулин или машинное масло. Фотографии, метод является наилучшим как метод наблюдения, однако как измерительный он далеко не совершенен, т. к. до настоящего времени, даже при принятии шсех необходимых предосторожностей (учет поправки Шварцшильда и т. д.) и работе с наи-.лучшими фотоматериалами ошибки при нем <в области У. л.) не м. б. сделаны менее 20— :30%. Одним из наиболее удобных методов измерения энергии У. л. является фотометрии, гметод (предложен акад. С. И. Вавиловым в 1924 г.), заключающийся в визуальном фото-метрировании флуоресценции, вызванной излучением У. л. Количественная зависимость .яркости флуоресценции от качественного и количественного состава возбуждающего излучения была изучена в 1931 г. Фабрикантом, установившим пропорциональность выхода •флуоресценции при длине волны возбуждающего излучения в интервале 3 665-1-2 537 А г(смотрите Сир. ТЭ, т. IX, стр. 268). На принципе из-гмерения яркости флуоресценции в Оптич. лаборатории световакуумтехнич. отдела ВЭИ •был сконструирован прибор (фигура 14)—«флуо-•ресценц-фотометр» (Гинзбургом, Пульвером и -Фабрикантом;—для измерения интегральной ультрафиолетовой «освещенности», распределения энергии по спектру в У. л. (на фигура 14: 1 — флуоресцирующий экран — урановое • стекло; 2—черное стекло; 3—фотометрии, ромб; -4—цилиндрич. фотометрии, клин; 5—молочное -стекло; 6—лампа сравнения; 7—окуляр). Этот же прибор при соответствующей градуировке лампы. сравнения может быть проградуирован на абсолютные единицы, тогда он будет «кван-тометром».

Биологическое действие У. л. Еще в 19 в было замечено, что в высокогорных местностях солнечное излучение значительно активнее действует на человеческий организм, чем на уровне моря. Т. о. было установлено, что близкие У. л., количество которых в спектре солнца с высотой растет, полезны для человеческого организма. Практич. применение облучения людей и животных У. л. показывает, что в этом направлении можно достигнуть весьма больших успехов в смысле лечебного действия У. л. Но все же большое количество работ, сделанных по изучению действия У. л. в широкой спектральной области на организм, не привело к какой-либо цельной теории. Эмпирически замечено, что различные части ультрафиолетового спектра действуют по-разному. Поэтому в настоящее время принято делить ультрафиолетовый спектр на три части: А—4 000-У 3 100 А—часть, безразличная по отношению к организму; В—3 100 Ч- 2 800 А— т. наз. область Дорно, полезно действующая, и С — < 2 800 А,— вредно действующая. Несмотря на многочисленные работы благодаря отсутствию общей теории применявшиеся до сих пор методы лечения У. л. не имеют под собой твердой научной базы и не всегда м. б. достаточно обоснованы. Лишь теперь, с открытием Гурвичем митогенетич. излучения и благодаря широко ведущимся работам по изучению фотохимии, реакций витаминов, можно ожидать, что будет построена полная теория взаимодействия сложных биологич. процессов (например организма) и излучения.

Лит.: Хвольсон О., Курс физики, т. 3, Берлин, 1923; Данкворт П., Люминисцентный анализ в фильтрованном ультрафиолетовом свете, пер. с нем., М., 1931; (Treider G. a. Downes A., The Carbon Arc as a Source of Artitical Sunshine, Ultraviolet a. other Radiation, «Transactions of the Illuminating Engineering Society», Easton, Pa, 1932, v. 27, ?; Bleibaum J., Quantitative Strahlungsmessungen an kunstl. u. natiirl. Strahlungsquellen, Jena, 1931; W a w i 1 о w S., Die Fiuo-reszenzausbeute von Farbstofflosungen als Eunktion der Wellenlange des anregenden Liehtes, «Ztschr. f. Phv-sik», Lpz., 1927; Bay Z.u.Steiner W., Das kontinu-ierliche Wasserstoffspektrum als Lichtqueile fur Absorb-tionsversuche im Ultraviolette. ibid., 1927. В. Гинзбург.