자외선 [ 紫外線 , ultraviolet rays ]

Presentation on theme: "자외선 [ 紫外線 , ultraviolet rays ]"— Presentation transcript:

1 자외선 [ 紫外線 , ultraviolet rays ]
분류 물리학 요약 태양광의 스펙트럼을 사진으로 찍었을 때, 가시광선의 단파장보다 바깥쪽에 나타나는 눈에 보이지 않는 빛. 본문 1801년 독일의 화학자 J.W.리터가 자외선이 가지는 사진작용[感光作用]에서 처음 발견하였다. 약 397∼10nm에 이르는 파장으로 된 넓은 범위의 전자기파의 총칭으로서, 극단적으로 파장이 짧은 자외선은 X선과 거의 구별되지 않는다. 자외선은 화학작용이 강하므로, 적외선을 열선(熱線)이라 하는 것에 대응하여 화학선이라 하기도 한다. 또 파장에 따라 근자외선(파장 290nm 이상), 수정범위(水晶範圍)의 자외선(수정을 투과하는 290∼190nm), 슈만선(190∼120nm), 라이만선(120∼60nm), 밀리컨선(60nm 이하) 등으로 세분하거나, 190nm 이하의 파장을 가지는 자외선을 원자외선(遠紫外線)이라고도 한다. 1. 자외선과 대기 6,000℃를 넘는 고온체(高溫體)인 태양의 표면에서는 상당히 짧은 파장의 자외선도 방출되고 있는데, 그 중 270nm보다 짧은 파장의 자외선은 지표까지 도달하지 않고 상층 대기 중의 산소나 오존 등에 흡수된다. 또, 그 밖의 자외선도 대부분이 공기 중의 수증기 ·분진 ·매연 등에 흡수되거나 이들에 의해 산란되기 때문에 극히 적은 부분만 지상에 도달하게 된다. 자외선의 양이 저지대보다 고지대 쪽에 많고 도회지보다는 해안지역에 많은 것은 이 때문이며, 즉 지표를 둘러싸고 있는 대기는 지상의 생물을 강렬하고 유해한 자외선의 조사(照射)로부터 보호하는 역할을 하고 있다. 한편, 이러한 대기에 의한 자외선의 흡수는 대기 자체의 형성에 큰 영향을 미친다. 예를 들면 자외선의 흡수에 의해 해리 또는 이온화[電離]된 대기 중의 기체분자는 대기 상층에 이온층 ·오존층을 형성한다. 또 대기 중에 산소가 끊임없이 보급되고 있는 것도, 자외선을 흡수한 수증기가 산소로 해리하고, 가벼운 수소가 지구권 밖으로 달아나 산소만이 지표 부근에 남아 있는 결과라 생각된다. 2. 자외선의 투과 많은 물질은 자외선에 대하여 불투명하지만 그 정도는 물질의 종류나, 자외선의 파장에 따라 여러 가지 값을 가진다. 보통의 유리는 매우 파장이 긴 자외선만을 통과시키지만(크라운유리에서는 350nm), 수정이나 형석(螢石) ·암염 등은 대략 190nm까지의 비교적 단파장의 자외선을 잘 통과시키므로 이들 물질이 자외선분광기 등에 이용된다. 또 액체 속에서는 물이 자외선에 대한 투명도가 높아서 185nm까지의 자외선을 통과시키며, 250nm의 자외선에 대해서는 두께 5cm의 물에서 15%, 20cm의 물에서는 50% 정도밖에 흡수되지 않는다. 한편 사람의 피부에 대해서도 긴 파장의 자외선일수록 투과력이 강하여, 390nm보다 파장이 긴 자외선은 진피(眞皮)까지 도달하지만 300nm 이하인 단파장의 자외선은 표피 내에서 투과가 저지된다.

2 3. 작용과 이용 자외선은 화학작용 ·생리작용이 크며, 사진건판을 강하게 감광시킨다. 표백작용이 강하므로 안료 ·염료 등은 햇빛에 포함되어 있는 자외선에 의해 색이 바랜다. 또, 피부가 햇볕에 그을리게 되는 것도 자외선의 화학작용에 의한 것으로서, 파장 325∼290nm의 범위에 있는 자외선은 이 작용[紅斑作用]을 뚜렷하게 나타낸다. 더욱이 자외선에는 살균작용이 있으며, 특히 250nm 부근의 파장을 가진 것은 큰 살균력을 가지고 있어서 1cm2 당 100μW의 강도를 가진 자외선을 1분간 쪼이면 대장균, 디프테리아균, 이질균 등은 99%가 죽는다. 그런데 물은 비교적 자외선을 잘 투과시키므로, 예를 들면 우물물의 살균, 소독에는 자외선 조사가 효과가 있지만, 자외선에 불투명한 식기 ·의류 등에서는 표면살균만 된다. 화학 ·생리작용으로서는 그 밖에 구루병(비타민 D2결핍증)을 방지하는 작용이 알려져 있는데, 그것은 체내에서 에르고스테롤(프로비타민 D2)이 자외선에 의해 비타민 D2로 변하기 때문이다. 자외선은 가시광선보다도 파장이 짧으므로 형광작용 ·광전작용도 강하다. 그 중 형광작용은 형광등에 널리 이용되고 있으며, 곰팡이의 검출, 보석류의 감정, 선광(選鑛) 등에 응용된다. 또 물질의 자외선에 대한 반사율은 가시광선에 대한 반사율과는 다르므로, 물질에 자외선을 비추어 사진을 찍으면 가시광선에 의한 것과는 다른 모양이 나타난다. 이 현상은 자외선사진법으로서, 고문서(古文書)의 감정이나 범죄수사 등에 이용되고 있다. 또한 자외선의 응용으로는 자외선현미경 등이 있다. 4. 광원과 측정기 자외선의 인공광원으로서는 보통 방전관 내에서 수은을 들뜨게 하여, 그 때 발생하는 빛의 자외선 부분을 이용하는 수은등(저압 또는 고압)이 쓰이고 있다. 일반적으로 태양등이라고 불리는 것도 수은등을 말하는 경우가 많다. 자외선 광원으로서는 그 밖에 수은아크등 ·탄소아크등 ·수소방전관 ·헬륨방전관 ·라이만방전관 등이 자외선 흡수스펙트럼 연구 등에 쓰인다. 한편 자외선의 검출측정기로서는 형광체 ·사진건판 ·광전관 ·광전지 등이 쓰인다. 이 중에서 사진건판은 자외선을 발견하는 단서가 된 것으로, 감광막의 젤라틴이 230nm 부근에서 자외선을 흡수하고, 특히 185nm 이하에서는 매우 강하게 흡수하므로, 이보다도 파장이 짧은 원자외선을 검출하는 데는 젤라틴의 양을 극단적으로 감소시킨 슈만건판을 사용해야 한다. 또 자외선의 강도를 측정하는 광전관은 대체로 320nm를 한계로 하며, 그보다도 파장이 긴 자외선에는 감지되지 않으므로, 그 이하의 파장을 가진 자외선의 측정에만 사용되고 있다.

3 적외선 [ 赤外線 ,  infrared ray ]       분류 과학 > 순수과학 > 물리학 > 광학 및 진동 > 광학 과학 > 기술과학 > 전기공학 > 조명 및 전열       요약 가시광선(可視光線)보다 파장이 길며, 0.75μm에서 1mm 범위에 속하는 전자기파.        본문 햇빛이나 백열된 물체로부터 방출되는 빛을 스펙트럼으로 분산시켜 보면 적색스펙트럼의 끝보다 더 바깥쪽에 있으므로 적외선이라 한다. 파장 0.75∼3μm의 적외선을 근적외선, 3∼25μm의 것을 단순히 적외선이라 하며, 25μm 이상의 것을 원적외선이라 한다. 가시광선이나 자외선에 비해 강한 열작용을 가지고 있는 것이 특징이며, 이 때문에 열선(熱線)이라고도 한다. 태양이나 발열체로부터 공간으로 전달되는 복사열은 주로 적외선에 의한 것이다. 공업용이나 의료용으로 사용하기 위한 것으로, 강한 적외선을 방출하는 적외선전구가 있다. 보통의 텅스텐백열전구로부터의 빛도 대부분 적외선이며, 가시광선은 발광에너지 총량의 2∼3%에 불과하다. 텅스텐필라멘트전구는 약 3.5μm까지의 근적외선원일 뿐이며, 보다 넓은 파장영역의 적외선원으로는 가열된 흑체(黑體:0∼3,300℃)와 네른스트전구가 있다. 네른스트전구는 30μm까지의 적외선을 방출하며, 실험실의 기준적외선원으로 많이 쓰인다. 또 매우 높은 단색성(單色性)과 강도를 가진 적외선레이저가 연구용·공업용·의료용의 적외선원으로 활용단계에 있다 μm(GaAs반도체레이저), 1.3μm, 1.06μm(Nd-YAG 또는 Ndglass 레이저), 2.8μm(HF 레이저), 5μm(CO 레이저), 10.6μm(CO 2레이저), 16μm(SF6 레이저)을 방출하는 적외선레이저를 비롯하여, 수십에서 수백 μm 원적외선영역에 발진파장을 가지는 H2O, D2O, HCN, 에탄올레이저 등이 대표적인 적외선레이저이다. 적외선이 강한 열효과를 가지고 있는 것은 적외선의 주파수가 물질을 구성하고 있는 분자의 고유진동수와 거의 같은 정도의 범위에 있기 때문이다. 이는 물질에 적외선이 부딪히면 전자기적 공진현상(共振現象)을 일으켜 적외광파의 에너지가 효과적으로 물질에 흡수되는 것에 기인한다. 특히 액체나 기체상태의 물질은 각각의 물질에 특유한 파장의 적외선을 강하게 흡수한다. 이 흡수스펙트럼을 조사하여 물질의 화학적 조성·반응과정·분자구조를 정밀히 추정하는 수단으로 쓰는데, 이것을 적외선분광분석이라 한다. 또, 적외선은 파장이 길기 때문에 자외선이나 가시광선에 비하여 미립자에 의한 산란효과가 적어서 공기 중을 비교적 잘 투과한다. 이 특징을 이용한 것으로 적외선사진이 있다.

4 1. 검출 적외선 검출에는 사진건판·광전지·광전관 및 광전도검출기 등이 쓰이나, 광전도검출기를 제외하고는 대부분 근적외선의 검출 한계를 가진다. 즉 건판과 광전관은 약 1.2μm, 광전지는 5μm 이하의 적외선만을 검출할 수 있다. 이에 대해 보다 넓은 영역의 적외선을 검출할 수 있는 검출기로는 열전기쌍·볼로미터·뉴매틱검출기(pneumatic detector:Golay cell 등) 등이 있으며, 이들을 열적 검출기라 한다. 열전기쌍은 적외선에 의해 생기는 열을 기전력으로 변환시켜 적외선을 검출하는 방법이며, 볼로미터는 열에 의한 전기저항의 변화를 이용한 것이다. 뉴매틱검출기는 열에 의한 기체팽창에 따른 기체의 압력변화를 이용한 것이다. 2. 이용 대기 중에서의 투과성을 이용한 것으로는 항공사진측량(0.8μm)·원거리사진·야간촬영·거리측정·적외선감시장치 등이 있다. 적외선이 가시광선과 다른 반사율을 가지고 있다는 광학적 특성을 이용하여 화폐·증권·문서 등의 위조검사나 감정에 적외선사진을 활용한다. 또 열효과 특성을 이용한 각종 재료·공산품·농수산품의 적외선 건조와 가열은 산업과 실생활에서 널리 쓰인다. 의료면에서는 소독·멸균과 관절 및 근육의 치료로서 근적외선이 많이 쓰이고, 10 μm의 적외선레이저빔으로서는 외과수술, 종양의 제거, 신경의 연결 등에 실용화되고 있다. 그 밖에 자동경보기, 문의 자동개폐기 등에 적외선과 검출기를 조합하여 쓰기도 한다. 또 학술적 단계에서 우라늄동위원소의 분리와 핵융합반응 실현을 위한 연구에 1.06μm, 10μm, 16μm의 적외선레이저빔이 유효하게 사용된다

5

6