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紫外線(しがいせん)は波長が10 - 400 nm、すなわち可視光線より短く軟X線より長い不可視光線の電磁波である。光のスペクトルで紫よりも外側になるのでこの名がある。英語のUltravioletも「紫を超えた」という語(ラテン語のUltraは、英語のbeyondに相当)から来ている。日本語では、紫外線と呼ぶのが一般的であるが、violetをスミレ色とも訳すことから、文学作品などでは、菫外線(きんがいせん)と呼ばれることもある。また、英語のUltravioletからUVと略される。

赤外線が熱的な作用を及ぼすことが多いのに対し、紫外線は化学的な作用が著しい。このことから化学線とも呼ばれる。紫外線の有用な作用として殺菌消毒、ビタミンDの合成、生体に対しての血行や新陳代謝の促進、あるいは皮膚抵抗力の昂進(こうしん)などがある。

波長による分類法として、波長380-200nmの近紫外線(near UV)、波長200-10nmの遠紫外線もしくは真空紫外線(far UV (FUV)もしくはvacuum UV (VUV))、波長1-10nmの極紫外線もしくは極端紫外線(extreme UV,EUV or XUV)に分けられる。また、人間の健康や環境への影響の観点から、UVA(400〜315nm)、UVB(315〜280nm)、UVC(280nm未満)に分けられることもある。フォトリソグラフィやレーザー技術において、遠紫外線(deep UV(DUV))は前記のFUVと異なり波長300nm以下の紫外線を示す。

太陽光の中には、UVA、UVB、UVCの波長の紫外線が含まれているが、そのうちUVA、UVBはオゾン層を通過、地表に到達する。UVCは、物質による吸収が著しく、通常は大気を通過することができない。地表に到達する紫外線の99%がUVAである。(UVCは、オゾン層の反応で生成されるものもある)

物質の屈折率は入射した光の波長に依存する。光学部品(光学窓やレンズなど)の素材としてよく用いられるガラスは、紫外線の波長域では吸光係数が著しく増大し、透過率が急激に減少する。このため、ガラスを使った光学部品で紫外線光を取り扱う事は困難である。そのため特殊な材料(例えば、石英ガラス(波長200nm以上で使用可)やフッ化カルシウム、フッ化マグネシウム(150nm以上で使用可))を使用した専用の光学部品が使用される。

◆ 紫外線の波長ごとの特徴

; 近紫外線 (波長 380-200nm)

:; UV-A (波長315nm-380nm)

:: 太陽光線の内5.6%通過。皮膚の真皮層に作用し蛋白質を変性させる。細胞の物質交代の進行に関係しており、細胞の機能を活性化させる。また、UV-Bによって生成されたメラニン色素を酸化させて褐色に変化させる。サンタン(suntan)。

:; UV-B (波長280nm-315nm)

:: 太陽光線の内0.5%通過。表皮層に作用するが、色素細胞がメラニンを生成し防御反応を取る。これがいわゆる日焼けである。また UV-B には発癌性が指摘されるが発癌するのは高齢者、しかも肌の露出した部分のみというケースが多い。サンバーン(sunburn)。

:; UV-C (波長200nm-280nm)

:: オゾン層で守られている地表には今のところ到達しない。強い殺菌作用があり、生体に対する破壊性が最も強い。

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; 遠紫外線、真空紫外線 (VUV) (波長 200nm-10nm)

: 酸素分子や窒素分子によって吸収されるため、通常は地表には到達しない。真空中でないと進行しないため「真空紫外線」 (Vacuum Ultra Violet)と呼ばれる。

; 極端紫外線 (波長10nm以下)

: 極端紫外線は、物質の電子状態の遷移により放出される。X線との境界はあいまいである。30nm近辺の波長は、価電子帯の電子が伝導帯に遷移する際に放出されるのに対し、それより短い波長のものは、内側の核電子のエネルギー状態の変化により放出される。この長波長側の端は、He+によるEUV/XUV放射が30.4nmである。波長の短いものはサイクロトロン放射によっても放出される。この領域の紫外線は、X線と分類されることもある。

◆ 発見

赤外線が発見されてすぐ、ドイツの物理学者ヨハン・ウィルヘルム・リッターが、スペクトルの反対側である、紫より短いスペクトルを探し始めた。1801年に、光に反応する銀の塩化物を使用して、紫の外側の目に見えない光を発見した。これは、化学光(chemical light)と呼ばれた。その頃、リッターを含めた科学者は、光は、「酸化発熱要素」(赤外線)、「照明要素」(可視光)、「水素化還元要素」(紫外線)の3つから構成されていると結論づけていた。スペクトルの他の領域との統合は1842年、マケドニオ・メローニ、アレクサンドレ・エドモンド、ベックーレルらの研究まで分からなかった。その間、紫外線は、「科学線放射(arctinic radiation)」とも呼ばれていた。

◆ 健康への影響

人間が、太陽の紫外線に長時間さらされると、皮膚、目、免疫系へ急性もしくは慢性の疾患を引き起こす可能性がある。大気で除去されるUVCは、過去ほとんど注意が払われていなかったが、高エネルギーであるため、UVAやUVBよりはるかに危険である。例えば、UVCを使用する、池型滅菌装置などは、光源を池型滅菌装置の外でスイッチを入れると被曝の危険性が存在する。

◇ 皮膚

UVA,UVB,UVCは皮膚を形成するコラーゲンの繊維にダメージを与え、皮膚の加齢を加速する。一般に、UVAは危険性が一番小さいが、皮膚の加齢、DNAへのダメージ、皮膚がんの可能性等に影響を及ぼす。UVAは、日焼けを引き起こすことはないが、UVBより深く皮膚の中に浸透し、SPFテストで測定することができない。

UVBは、皮膚がんを引き起こす。生物のDNAは吸収スペクトルが250nm近辺に存在しており、紫外線が照射されると、皮膚等の細胞中のDNAを構成する分子は励起される。このDNA分子の励起は、DNA螺旋を構成する「はしご」を切り離し、隣接する塩基で、チミン-チミン、シトシン-シトシン、ウラシル-ウラシル等の二量体を形成する。これの二量体は、通常生成することはなく、DNA配列の混乱、複製の中断、ギャップの生成、複製のミスを発生させる。これは、がん等の突然変異を引き起こす。

紫外線による突然変異は、バクテリアにおいて簡単に観察されることができる。これは、地球環境問題でオゾンホールやオゾン層の破壊が懸念される理由の1つである。

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