Tia tử ngoại (UV) là một loại bức xạ điện từ làm cho những tấm poster sơn đen phát sáng, và là nguyên nhân gây ra sự rám nắng mùa hè – và cháy da. Tuy nhiên, phơi quá nhiều bức xạ UV sẽ gây hại cho mô sống.
Bức xạ điện từ đến từ Mặt Trời và truyền đi ở dạng sóng hoặc hạt ở các bước sóng và tần số khác nhau. Dải rộng bước sóng này được gọi là tia hồng ngoại (IR), ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại (UV), tia X và tia gamma.
Tia tử ngoại rơi vào vùng phổ điện từ giữa ánh sáng nhìn thấy và tia X. Nó có tần số từ khoảng 8.1014 Hz đến 3.1016 Hz và bước sóng 380 nm đến khoảng 10 nm. Theo tài liệu chỉ dẫn của Cục Hải quân Mĩ, tia tử ngoại thường được chia làm ba dải con:
- UVA, hay tử ngoại gần (315–400 nm)
- UVB, hay tử ngoại trung (280–315 nm)
- UVC, hay tử ngoại xa (180–280 nm)
Các bức xạ có bước sóng từ 10 nm đến 180 nm thỉnh thoảng được gọi là UV cực mạnh hay UV chân không. Các bước sóng này bị không khí chặn lại, và chúng chỉ truyền được trong chân không.
Ion hóa
Bức xạ UV có đủ năng lượng để phá vỡ các liên kết hóa học. Do năng lượng cao của chúng, các photon UV có thể gây ra sự ion hóa, một quá trình trong đó các electron thoát ra khỏi nguyên tử. Khoảng trống để lại ảnh hưởng đến hóa tính của nguyên tử và làm cho chúng hình thành hoặc phá vỡ các liên kết hóa học mà nếu không sẽ không xảy ra. Điều này có thể hữu ích trong xử lí hóa chất, hoặc nó có thể gây hại cho vật liệu và các mô sống. Sự gây hại này có thể sinh lợi, chẳng hạn, trong việc tẩy trùng các bề mặt, song nó cũng có thể gây nguy hại, nhất là với da và mắt, các cơ quan bị ảnh hưởng bất lợi nhất bởi bức xạ UVB và UVC năng lượng cao.
Các hiệu ứng UV
Đa số ánh sáng UV thiên nhiên mà người ta gặp là đến từ Mặt Trời. Tuy nhiên, chỉ khoảng 10% ánh sáng mặt trời là UV, và chỉ khoảng một phần ba lượng này xuyên thấu khí quyển để đi tới đất. Trong phần năng lượng UV mặt trời đi tới xích đạo, 95% là UVA và 5% là UVB. Không có UVC nào đo được từ bức xạ mặt trời đi tới mặt đất, vì ozone, oxygen phân tử và hơi nước trong thượng tầng khí quyển hấp thụ hoàn toàn những bước sóng UV ngắn nhất. Tuy vậy, bức xạ tử ngoại phổ rộng (UVA và UVB) là mạnh nhất và nguy hại nhất đối với sinh vật sống.
Cháy nắng
Cháy nắng là một phản ứng khi da bạn phơi nhiều tia UVB có hại. Về cơ bản, cháy nắng là một cơ chế phòng vệ tự nhiên của cơ thể. Cơ chế này gồm một sắc tố gọi là melanin, nó được sản sinh bởi các tế bào ở trong da gọi là melanocyte. Melanin hấp thụ ánh sáng UV và tiêu tán nó dưới dạng nhiệt. Khi cơ thể cảm nhận mặt trời gây hại, nó gửi melanin vào các tế bào xung quanh và cố bảo vệ chúng khỏi bị thiệt hại thêm. Sắc tố này làm cho da sậm màu.
“Melanin là một loại kem chống nắng thiên nhiên,” theo lời Gary Chuang, một phó giáo sư da liễu tại Khoa Y Đại học Tufts. Tuy nhiên, việc phơi UV kéo dài có thể áp đảo sự phòng vệ của cơ thể. Khi điều này xảy ra, một phản ứng độc chất xảy ra, gây ra sự cháy nắng. Các tia UV có thể gây hỏng ADN trong các tế bào của cơ thể. Cơ thể cảm nhận được sự phá hoại này và bơm nhiều máu đến khu vực đó để giúp làm lành. Viêm đau da cũng thường xảy ra. Thường thì trong vòng nửa ngày đi dưới ánh mặt trời chói chang, diện mạo đỏ như tôm luộc đặc trưng của sự cháy nắng bắt đầu bộc lộ, và được cảm nhận.
Cháy nắng là một phản ứng phòng vệ của cơ thể trước tác dụng của tia tử ngoại mặt trời.
Thỉnh thoảng các tế bào với ADN bị đột biến bởi các tia nắng mặt trời biến thành các tế bào trục trặc, chúng không chết mà tăng trưởng nhanh thành ung thư. “Tia UV gây ra sự hỏng hóc ngẫu nhiên trong ADN và quá trình sửa lỗi ADN mà các tế bào cần đến để tránh bị tiêu diệt,” Chuang nói.
Kết quả là ung thư da, hình thức ung thu phổ biến nhất ở nước Mĩ. Những người bị cháy nắng thường xuyên sẽ có nguy cơ mắc ung thư da cao hơn nhiều. Nguy cơ mắc loại ung thư da nguy hiểm nhất, gọi là melanoma, tăng gấp đôi đối với những người bị cháy nắng từ năm lần trở lên.
Các nguồn UV khác
Con người đã nghĩ ra một số nguồn nhân tạo để phát ra bức xạ UV. Các nguồn nhân tạo bao gồm buồng tắm nắng, bóng đèn đen, đèn phơi, đèn diệt khuẩn, đàn hơi thủy ngân, đèn halogen, đèn phóng điện cường độ cao, các nguồn huỳnh quang và nóng sáng, và một số loại laser.
Một trong những cách thông dụng nhất để tạo ra ánh sáng UV là cho một dòng điện đi qua thủy ngân bay hơi hay một chất khí nào đó khác. Kiểu đèn này thường được sử dụng trong các buồng tắm nắng và để tẩy trùng các bề mặt. Nó còn được dùng ở bóng đèn đen làm cho nước sơn và chất nhuộm huỳnh quang phát sáng. Diode phát quang (LED), laser và đèn hồ quang cũng là nguồn phát UV với bước sóng đa dạng dùng cho các ứng dụng công nghiệp, y khoa và nghiên cứu.
Huỳnh quang
Nhiều chất – bao gồm các muối khoáng, thực vật, nấm và vi khuẩn, cũng như các hóa chất hữu cơ và vô cơ – có thể hấp thụ bức xạ UV. Sự hấp thụ làm cho các electorn trong chất liệu nhảy lên một mức năng lượng cao hơn. Các electron này sau đó có thể trở lại một mức năng lượng thấp hơn trong một loạt bước nhảy nhỏ, phát ra một phần năng lượng đã hấp thụ của chúng dưới dạng ánh sáng nhìn thấy. Các chất liệu dùng làm chất màu trong nước sơn hay thuốc nhuộm biểu hiện sự huỳnh quang như thế trông có vẻ sáng hơn dưới ánh sáng mặt trời, vì chúng hấp thụ ánh sáng UV không nhìn thấy và phát xạ lại nó ở những bước sóng nhìn thấy. Vì lí do này, chúng thường được dùng làm các biển báo, áo khoác bảo hộ và các ứng dụng khác trong đó khả năng nhìn thấy rõ là quan trọng.
Sự huỳnh quang còn có thể được dùng để định vị và nhận dạng các muối khoáng và vật liệu hữu cơ nhất định. Khảo sát huỳnh quang cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện những thành phần nhất định của những tổ chức sinh học phân tử phức tạp, ví dụ như các tế bào sống, với độ nhạy và độ chọn lọc cực tốt.
Trong các ống huỳnh quang dùng cho thắp sáng, bức xạ tử ngoại với bước sóng 254 nm được tạo ra cùng với ánh sáng màu lam được phát ra khi dòng điện đi qua hơi thủy ngân. Bức xạ tử ngoại này là không nhìn thấy nhưng chứa nhiều năng lượng hơn ánh sáng nhìn thấy được phát ra. Năng lượng từ ánh sáng tử ngoại được hấp thụ bởi lớp bột phủ huỳnh quang bên trong đèn huỳnh quang và phát xạ lại dưới dạng ánh sáng nhìn thấy. Các ống tương tự như vậy nhưng không có lớp bột phủ huỳnh quang phát ra ánh sáng UB có thể dùng để tẩy trùng các bề mặt, do các hiệu ứng ion hóa của bức xạ UV có thể giết chết đa số vi khuẩn.
Các bóng đèn sơn đen thường dùng hơi thủy ngân để tạo ánh sáng UVA bước sóng dài, nó làm cho các chất nhuộm và sắc tố nhất định phát huỳnh quang. Ống thủy tinh tráng một lớp vật liệu lọc đen-tía chặn phần lớn ánh sáng nhìn thấy, làm cho sự phát huỳnh quang trông nổi bật hơn. Việc lọc này là không cần thiết đối với các ứng dụng như diệt khuẩn.
Thiên văn học UV
Ngoài Mặt Trời ra, có vô số nguồn thiên thể phát bức xạ UV. Các sao rất trẻ chiếu ra phần lớn ánh sáng của chúng ở các bước sóng tử ngoại. Do khí quyển Trái Đất chặn phần lớn bức xạ UV nay, nhất là ở các bước sóng ngắn, nên các quan sát phải được tiến hành trên khí cầu hoặc kính thiên văn trên quỹ đạo được trang bị các cảm biến và bộ lọc ghi hình chuyên biệt để quan sát vùng UV của phổ điện từ.
Theo Robert Patterson, một giáo sư thiên văn học Đại học Bang Missouri, đa số quan sát được tiến hành với các dụng cụ tích điện kép (CCD), các detector được thiết kế nhạy với các photon bước sóng ngắn. Các quan sát này có thể xác định nhiệt độ bề mặt của các sao nóng nhất và làm rõ sự có mặt của các đám mây khi xen ngang giữa Trái Đất và các quasar.
Điều trị ung thư
Trong khi sự phơi ánh sáng UV có thể dẫn tới ung thư da, thì một số bệnh về da có thể được điều trị bằng ánh sáng UV, theo Trung tâm Ung thư Anh quốc. Trong một liệu pháp gọi là điều trị tia tử ngoại psoralen (PUVA), người bệnh uống thuốc hoặc bôi kem làm cho da họ nhạy với ánh sáng. Sau đó chiếu ánh sáng UV lên da. PUVA được dùng để điều trị lymphoma, eczema (viêm da dị ứng), bệnh vẩy nến và vitiligo (bạch biến).
Có vẻ như phản trực giác khi mà điều trị ung thư bằng chính thứ đã gây ra nó, song PUVA có thể hữu ích do tác dụng của ánh sáng UV lên sự sản sinh các tế bào da. Nó làm chậm sự tăng trưởng giữ một vai trò quan trọng trong sự phát triển bệnh.
Là chìa khóa cho nguồn gốc của sự sống chăng?
Nghiên cứu mới đây đề xuất rằng ánh sáng UV có thể giữ một vai trò then chốt trong nguồn gốc của sự sống trên, Trái Đất, nhất là nguồn gốc của ARN. Trong một bài báo năm 2017 trên tạp chí Astrophysics Journal, các tác giả của nghiên cứu đó lưu ý rằng các sao lùn đỏ có thể phát ra đủ ánh sáng UV để bắt đầu các quá trình sinh học cần thiết cho sự hình thành acid ribonuleic, chất liệu cần thiết cho mọi dạng sống trên Trái Đất. Nghiên cứu cũng đề xuất rằng kết quả này có thể giúp tìm kiếm sự sống ở nơi khác trong vũ trụ.
Nguồn: LiveScience
