Báo cáo bài tập lớn Vật lí 2: Bức xạ UV - Vật liệu chống tia UV

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ
NGÀNH KĨ THUẬT HỆ THỐNG CƠNG NGHIỆP


BÁO CÁO

BÀI TẬP LỚN VẬT LÍ 2

ĐỀ TÀI:
BỨC XẠ UV
VẬT LIỆU CHỐNG TIA UV
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

Nhóm:

Cơ Phan Ngọc Khương Cát

Lớp: L11

Năm học: 2017 - 2018


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

NATIONAL
ĐẠI HỌCUNIVERSITY
QUỐC GIA TP.

HCM
HCM
CITY
HCM CITY
ĐẠI HỌC
UNIVERSITY
BÁCH KHOA
OF TECHNOLOGY
TP. HCM
THE FACULTY OFKHOA
MECHANICAL
CƠ KHÍ ENGINEERING
INDUSTRIAL
SYSTEM
ENGINEERING
NGÀNH
KĨ THUẬT
HỆ THỐNG
CƠNG NGHIỆP
DEPARTMENT


BÁO CÁO

BÀI TẬP LỚN VẬT LÍ 2

ĐỀ TÀI:
BỨC XẠ UV
VẬT LIỆU CHỐNG TIA UV
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

Nhóm:

Cơ Phan Ngọc Khương Cát

Lớp: L11

Năm học: 2017 - 2018
Trang 1


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

DANH SÁCH THÀNH VIÊN
Lớp: L11
Nhóm:

STT

Họ và tên

MSSV

1

Bùi Đức Hưng

1711620

2

Phan Văn Hiền

1711332

3

Nguyễn Viết Triều Cường

1710727

4

Nguyễn Công Viết Thắng

1713233

5

Trần Văn Sơn

1712982

6

Vũ Mạnh Hùng

1711618

7

Nguyễn Thị Quỳnh Như

1712532

8

Nguyễn Đình Huy

1711507

9

Hờ Văn Nhật

1712468

10

Nguyễn Thanh Tuyền

1713825

Trang 2


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

MỤC LỤC

Trang 3


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

DANH MỤC BẢNG

Trang 4


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

DANH MỤC HÌNH

Trang 5


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

Phần mở đầu

Mặt Trời hàng ngày cung cấp cho Trái Đất một nguồn năng lượng khổng lờ.
Nhờ vào đó, vấn đề năng lượng và môi trường đã được giải quyết phần nào khi con
người dùng năng lượng thay thế sạch từ Mặt Trời thay cho ng̀n năng lượng hóa
thạch gây ơ nhiễm và hữu hạn. Mặt Trời chiếu sáng giúp cỏ cây sinh trưởng, con
người khỏe mạnh hơn. Những ánh Mặt Trời đầu tiên chiếu xuống báo hiệu một ngày
mới bắt đầu. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích khổng lờ ấy, đi theo các tia nắng ấm
áp là các tia có ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và tâm lí con người, điển hình và nổi bật
nhất là tia UV hay tia tử ngoại (chiếm 9% năng lượng ánh sáng Mặt Trời). Dù đã bị
giữ lại bớt bởi tầng Ozon nhưng chúng tá không thể phớt lờ những ảnh hưởng tiêu cực
mà chúng gây ra cho con người. Thế tia UV là gì? Ai phát hiện ra? Tác hại thế nào?
Và con người đã ngăn ngừa các tác hại đó bằng cách tạo ra những vật liệu gì? Để trả
lời các câu hỏi đó và cung cấp thêm kiến thức cho bạn đọc, bài báo cáo “Bức xạ UV,
các vật liệu chống bức xạ UV” đã ra đời.

Phần nội dung
1. Bức xạ UV
1.1. Phát hiện
Tia tử ngoại có nghĩa là “phía trên màu tím” (từ
tiếng Latin ultra, “phía trên”), màu tím là màu có tần số cao
nhất trong ánh sáng nhìn thấy. Tia tử ngoại có tần số cao
hơn ánh sáng màu tím.
Bức xạ UV được tìm thấy vào năm 1801 bởi nhà vật
lý người Đức Johann Wilhelm Ritter quan sát thấy một tia
vơ hình phía trên màu tím tận cùng của dãy quang phổ làm
tối giấy tẩm bạc clorua nhanh hơn ánh sáng màu tím. Ơng
gọi đây là tia ơ xi hóa để nhấn mạnh khả năng phản ứng
hóa học để phân biệt với tia nhiệt (hồng ngoại, thứ được
phát hiện năm ngối nằm phía biên bên kia của dãy quang
phổ). Thuật ngữ đơn giản hơn “Tia hóa học” được ra đời
khơng lâu sau đó và trở nên phổ biến suốt thế kỷ 19, mặc

dù

Trang 6

Hình 1.1. Chân dung
Johann Wilhelm Ritter


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

dù có những người nghĩ rằng có loại bức xạ khác hồn tồn ánh sáng (đặc biệt là John
William Draper, người đặt tên chúng là “tia tạo ra phản ứng hóa học”). Thuật ngữ tia
hóa học và tia nhiệt đã hồn tồn bị thay thế bởi bức xạ cực tím và bức xạ hồng ngoại.
Vào năm 1878, hiệu ứng khử trùng của tia bức sóng ngắn bằng cách giếtvi khuẩn đã
được khám phá. Vào 1903 người ta biết rằng tia khử trùng hiệu quả nhất có bước sóng
vào khoảng 250nm. Vào
năm 1960, ảnh hưởng của bức xạ cực tím lên DNA
được cơng bố.
Sự khám phá ra tia cực tím có bước sóng thâp hơn 200nm gọi là “Cực tím chân
khơng” bởi vì khơng khí hấp thụ nó rất mạnh, được tạo ra bởi nhà vật lý người Đức
Victor Schumann vào năm 1893.
1.2. Khái quát
Tia cực tím hay tia tử ngoại, tia UV (từ tiếng Anh ultraviolet) là sóng điện từ có
bước sóng ngắn hơn ánh sáng nhìn thấy nhưng dài hơn tia X. Phổ tia cực tím có thể
chia ra thành tử ngoại gần (có bước sóng từ 380 đến 200 nm) và tử ngoại xạ hay tử
ngoại chân khơng (có bước sóng từ 200 đến 10 nm).
Trong kỹ thuật quang thạch bản, hay kỹ thuật laser cực tím, thuật ngữ tia cực
tím sâu hay DUV để nói đến bước sóng dưới 300 nm.

Tên

Bước sóng

Tần số (Hz)

Tia gamma

≤ 0,01 nm

≥ 30 EHz

Tia X

0,01 nm - 10 nm

30 EHz - 30 PHz

Tia tử ngoại

10 nm - 380 nm

30 PHz - 790 THz

Ánh sáng nhìn thấy

380 nm-700 nm

790 THz - 430 THz

Trang 7


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Tia hờng ngoại

Nhóm 1

700 nm - 1 mm

430 THz - 300 GHz

Vi ba

1 mm - 1 m

300 GHz - 300 MHz

Radio

1 mm - 100000 km

300 GHz - 3 Hz

Bảng 1.2. Bảng phân chia các bức xạ sóng điện từ/ánh sáng
1.3. Phân loại
Phổ điện từ của tia cực tím có thể được chia theo một số cách. Phổ biến hơn cả
là theo tiêu chuẩn ISO-21348 như sau:

Bước sóng

Ký hiệu

Tên

Năng lượng
photon

(nanơmét)

(eV)

UV

400 – 100 nm

3,10 – 12,4 eV

Tử ngoại A

UVA

400 – 315 nm

3,10 – 3,94 eV

Tử ngoại B

UVB

315 – 280 nm

3,94 – 4,43 leV

Tử ngoại C

UVC

280 – 100 nm

3,94 – 4,43 eV

Tử ngoại gần

NUV

400 – 300 nm

3,10 – 4,13 eV

Tử ngoại trung

MUV

300 – 200 nm

3,10 – 4,13 eV

Tử ngoại xa

FUV

200 – 122 nm

6,20 – 10,16 eV

H Lyman-α 122 – 121 nm

10,16 – 10,25 eV

Tử ngoại

Lyman – apha hydro
Tử ngoại cực xa

EUV

121 – 10 nm

6,20 – 124 eV

Tử ngoại chân không

VUV

200 – 10 nm

6,20 – 124 eV

Bảng 1.3. Phân loại tử ngoại theo ISO-21348
Khi quan tâm đến ảnh hưởng của tia cực tím lên sức khỏe con người và mơi
trường, thì phổ của tia cực tím chia ra làm các phần: UVA (380-315 nm), hay gọi là
Trang 8


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

sóng dài hay "ánh sáng đen"; UVB (315-280 nm) gọi là bước sóng trung bình; và
UVC (ngắn hơn 280 nm) gọi là sóng ngắn hay có tính tiệt trùng.
1.4. Nguồn tia tử ngoại
Nguồn tự nhiên
Những vật có nhiệt độ cao từ 2000°C trở lên đều phát tia tử ngoại. Nhiệt độ của
vật càng cao thì phổ tử ngoại của vật càng kéo dài về phía sóng ngắn. Hờ quang điện
có nhiệt độ trên 3000°C ; bề mặt của Mặt Trời có nhiệt độ chừng 6000K là ng̀n tử
ngoại cịn mạnh hơn.

Hình 1.4.1. Mặt Trời – nguồn cung câp tia tử ngoại lớn đến Trái Đất

Trang 9


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

Nguồn nhân tạo

“Ánh sáng đen” (Blacklights)
Một đèn ánh sáng màu đen phát ra bức xạ
UVA sóng dài và ít ánh sáng khả kiến. Bóng đèn
huỳnh quang “blacklight” hoạt động tương tự như
các loại đèn huỳnh quang khác, nhưng có một ít
phốt photrên trên bề mặt bên trong ống phát ra bức
xạ UVA thay vì ánh sáng khả kiến. Một số loại
đèn sử dụng bộ lọc quang học bằng thủy tinh màu
tím của nó, hầu như tất cả ánh sáng nhìn thấy được
đều có bước sóng dài hơn 400 nanomet.
“Blacklight” được sử dụng trong các ứng dụng mà
trong đó ánh sáng nhìn thấy bên ngồi được giảm

Hình 1.1.2.1.
Ống đèn huỳnh quang “blacklight”

thiểu; chủ yếu để quan sát huỳnh quang, ánh sáng
màu mà nhiều chất phát ra khi tiếp xúc với ánh
sáng tia cực tím.
Đèn tử ngoại có bước sóng ngắn
Đèn tia cực tím sóng ngắn được chế tạo
bằng cách sử dụng một ống đèn khơng có lớp
phủ phosphor bao gờm thạch anh hợp nhất, vì
thủy tinh thơng thường hấp thụ UVC. Những
loại đèn này phát ra ánh sáng cực tím ở hai đầu
trong dải UVC ở 253,7 nm và 185 nm do thủy
Hình 1.1.2.2.
Đèn tử ngoại có bước sóng ngắn

ngân trong bóng đèn, cũng như một số ánh

sáng khả kiến. Từ 85% đến 90% tia cực tím do
các loại đèn này tạo ra là 253,7 nm, trong khi
chỉ có 5–10% là ở 185 nm.

Trang 10


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

Đèn Halogen
Đèn Halogen với màng bọc thạch
anh nóng chảy được dùng là ng̀n sáng
UV ít tiền ở vùng gần tia UV, từ 400 đến
300 nm, trong các dụng cụ khoa học.

Hình 1.1.2.3. Đèn Halogen
Đèn phóng điện khí
Đèn phóng điện khí chứa các khí khác
nhau sinh ra bức xạ UV ở những đường
quang phổ xác đinh cho các mục đích khoa
học. Đèn hờ quang deuterium được dùng là
một nguồn ổn định. Chúng thường phát ra
các ng̀n trong thiết bị quang phổ UV để
phân tích hóa học.
Những ng̀n UV có quang phổ phát
ra liên tục hơn như đèn hồ quang xenon, đèn
hồ quang deuterium, mercury-xenon và
metal-halide.

Hình 1.1.2.4. Đèn phóng điện khí

Đèn excimer được dùng ngày các
nhiều trong các lĩnh vực khoa học. Lợi thế
cúa chúng là mật độ cao, hiệu suất lớn, hoạt
động ở dải có bước sóng rộng.

Trang 11


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

Đèn LED UV
Đèn đi-ốt phát quang có thể được chế
tạo phát ra bức xạ trong vùng UV. Các dãy
LED này đang dần được dùng để chữa trị và
đã thành công trong ứng dụng in kĩ thuật số
và môi trường.
UVC LED bắt đầu đượcc dùng trong
tẩy khuẩn và sắp thay thế đèn deuterium trong
thiết bị Liquid chromeatography.

Hình 1.1.2.5.
Đèn led UV

Laser cực tím

Hình 1.1.2.6. Laser cực tím
1.5.

Laser khí, laser đi-ốt, laser đặc có
thể phát ra tia tử ngoại và laser bao phủ
toàn bộ vùng tia UV. Laser khí nitơ kích
thích phân tử nitơ phát ra chùm sáng chủ
yếu trong UV. Loại laser khí mạnh khác là
laser excimer. Chúng được dùng rộng rãi
tia tử ngoại và tia tử ngoại chân khơng.
Laser cực tím có ứng dụng trong
cơng nghiệp (khắc laser), dược, hóa, giao
tiếp, điện tốn và sản xuất mạch tích hợp

Tia tử ngoại của Mặt Trời

Những vật thể có nhiệt độ rất cao phát ra bức xạ UV. Mặt Trời phát ra bức xạ
UV ở mọi bước sóng. Các vì sao cực nóng phát ra nhiều bức xạ UV hơn Mặt Trời theo
một tỉ lệ. Ánh sáng Mặt Trời tại đỉnh bầu khí quyển Trái Đất bao gồm 50% ánh sáng
hồng ngoại, 40% ánh sáng khả kiến và 10% ánh sáng tử ngoại với tổng mật độ khoảng
1400W/m2 trong chân không.
Tuy nhiên, ở mặt đất, lượng ánh sáng còn là 44% ánh sáng khả kiến, 3% tử ngoại
và cịn lại là hờng ngoại. Do đó, bầu khí quyển chắn bớt 77% tia UV từ Mặt Trời, gần
như tồn bộ tia UV có bước sóng ngắn, khi Mặt Trời ở thiên đỉnh. Trong các bức xạ tử
ngoại đến bề mặt Trái Đất, sóng dài UVA chiếm 90% và phần nhỏ cịn lại là UVB.
Khơng có sóng UVC. Phần nhỏ UVB còn lại trong bức xạ tử ngoại sau khi qua tầng khí
quyển phụ thuộc phần lớn vào độ che phủ của mây và điều kiện khí quyền. Mây càng
dày thì chắn tia UV càng hiệu quả nhưng chỉ trong một vài ngày nhiều mây, tầng mây
Trang 12

Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

xanh giữa các đám mây là nguồn phân tán UVA và UVB nhờ phân tán Rayleigh theo
cách như sắc xanh của bầu trời được tạo thành. UV-B đóng vai trị quan trọng trong sự
phát triển của thực vật vì gây ảnh ảnh hưởng hormone thực vật
Dãy sóng ngắn hơn của UVC, bức xạ tử ngoại nhiều năng lượng hơn, được hấp
thụ bởi khí oxy và tạo ra ozon trong tầng ozon. Tầng ozon là lá chắn UVB và phần còn
lại của UVC chưa bị hấp quan trọng của Trái Đất.

Hình 1.5. Các bức xạ UVA, UVB, UVC mà Mặt Trời đem đến Trái Đất
1.6. Tính chất
 Tia tử ngoại tác dụng lên phim ảnh. Do đó, để nghiên cứu tia tử ngoại, người ta
thường dùng phim ảnh.
 Tia tử ngoại kích thích sự phát quang của nhiều chất, ví dụ kẽm sunfua, cađimi
sunfua. Tính chất này được áp dụng trong đèn huỳnh quang.
 Tia tử ngoại kích thích nhiều phản ứng hóa học; ví dụ phản ứng tổng hợp hiđrơ
và clo, phản ứng biến đổi ôxi O2 thành ôzôn O3, phản ứng tổng hợp vitamin D.
 Tia tử ngoại làm ion hóa khơng khí và nhiều chất khí khác. Cho một chum tia tử
ngoại qua lớp khơng khí giữa hai bản cực một tụ điện, thì tụ mất điện tích rất
nhanh.Chiếu vào kim loại, tia tử ngoại còn gây tác dụng quang điện.
 Tia tử ngoại có tác dụng sinh học: hủy diệt tế bào da (do đó, làm cháy nắng), tế
bào võng mạc, diệt khuẩn, nấm mốc…

Trang 13


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

 Tia tử ngoại bị nước, thủy tinh…hấp thụ rất mạnh nhưng lại có thể truyền qua
được thạch anh.
1.7. Chất hấp thụ tia UV
Các bước tác động của tia cực tím đến nhựa
1. Hấp thu năng lượng sóng (trong đó sóng tia cực tím có mức kích ứng cao
nhất).
2. Q trình hấp thu sẽ tiến đến việc tích lũy nhiệt.
3. Ở nhiệt độ cao, quá trình chuyển động phân tử và chuyển động mạch (Brown)
sẽ đạt đến điểm cực đại tại các vùng biên (bề mặt) và hình thành các quá trình gãy các
liên kết, hình thành các gốc tự do (free radical).
4. Các gốc tự do (ở điều kiện bị kích tích bởi nhiệt và các rung động) sẽ tham gia
vào tiến trình phản ứng dây chuyền, gây ra phân hủy cấu trúc polymer. Trong quá trình
phản ứng ở bước này chúng cịn lơi kéo các phân tử oxy vào và làm gia tăng mức độ
hoạt động phân hủy.
Theo đó chất kháng tia cực tím được phân thành một số nhóm: Hấp thụ tia UV
(UV absorbers), khóa gốc tự do (Free radical scarvengers), quenchers, và
hydroperoxide decomposers.
UV Absorbers (Chất hấp thu năng lượng sóng UV)
Đây là nhóm mà phân tử của chúng có tính nhạy
cảm với các bước sóng trong vùng cực tím (UV-A và
UV-B), chúng sẽ hấp thu các năng lượng nhận được từ
sóng của tia UV, và chuyển các năng lượng trên thành
dạng nhiệt vô hại cho polymer. Chúng hoạt động nhằm
vơ hiệu hóa tác động ở bước 1 trong các bước q trình
đã nêu ở trên. Hình mình họa mơ tả: (1) Khi ánh sáng
mặt trời chiếu làm tăng nhiệt vật liệu nhựa (2) Khi sử
dụng chất hấp thụ UV thì giảm hiện tượng tích nhiệt, do

chất UV kịp thời phân tỏa nhiệt.
Sử dụng cho nhựa: Sử dụng nhiều cho nhựa PE,
PVC, ABS và cũng dùng được cho hầu hết các nhựa và
cao su khác.
Sử dụng cho các công nghệ: Thổi màng, cán
màng, tạo hạt,…
Tỉ lệ sử dụng: 0.1 đến 0.6% (tùy theo yêu cầu của
từng ứng dụng cụ thể
Hình 1.7.1
Trang 14


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

Quenchers

Hình 1.7.2. Quenchers

Là nhóm hoạt chất có tính hấp thu các
năng lượng nhiệt, giúp polymer phân tỏa nhiệt
hạn chế q trình tích tụ nhiệt, nhờ đó polymer
khơng bị rung động đến mức tới hạn, nên cũng
giãm quá trình mỏi và gãy mạch xảy ra. Chúng
hoạt động nhằm vơ hiệu hóa bước 2 trong các
bước quá trình đã nêu trên. Hình trên cho thấy
một số hợp chất có tính hấp thu sóng năng
lượng ở mức cao (đường màu đỏ) và chuyển
thành mức năng lượng ở mức thấp (đường màu

đen) không ảnh hưởng đến nhựa.

Free radical scavengers (Nhóm khóa hoạt tính của các gốc tự do).
Polymer bị tác động bởi các yếu tố năng
lượng như: cơ học, nhiệt, sóng năng lượng (trong
đó có sóng UV, hờng ngoại,…) và các chất có tính
oxy hóa (oxy, peroxy,…) đều xảy ra quá trình gãy
mạch, và hình thành các gốc tư do khơng mong
đợi. Hình trên cho thấy các hợp chất khóa gốc tự do
(sóng màu trắng) sẽ kịp thời chuyển sang dạng kích
hoạt bao quanh thành phần bị tăng nhiệt, và kịp
thời dập tắt các gốc tự do ngay vừa khi hình thành.
Vì thế nhóm phụ gia có tính khóa hoạt tính của các
gốc tự do khơng chỉ giúp polymer bền vững hơn
khi tiếp xúc với tia cực tím mà cịn hữu ích trong
q trình chống thối hóa cho polymer ở q trình
bị lão hóa, bị các tác động cơ học q mức.
Những chất có tính năng trên và hoạt động hiệu quả
trong điều kiện nhiệt độ thấp (như khi polymer tiếp
xúc ánh sáng) sẽ được dùng như chất kháng tia cực
tím.
Nhóm chất kháng tia cực tím loại này có
một số phân nhóm rất phổ biến và quan trọng, như:
HALS (Hindered Amines Light Stabilizers),
Hình 1.7.3.
Hinered Phonols, Thiosynergist,…
Quá trình khóa hoạt tính các gốc tự do
Hoạt động của nhóm khóa hoạt tính của gốc
tự do (Free radical scavengers)này nhằm kiềm hãm
và vơ hiệu hóa các q trình xảy ra ở bước (1) và

(2).
1.8. Ảnh hưởng liên quan đến sức khỏe con người
Lợi ích
 Tia cực tím giúp tổng hợp vitamin D trong cơ thể
Trang 15


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

 ở liều lượng vừa phải tia cực tím cịn kích thích mọi q trình hoạt động
chính của cơ thể.
 Thúc đẩy q trình tổng hợp sắc tố melanin dưới da làm cho da rám nắng.
(Melanin giúp hấp thụ tia UVA và UVB tránh gây tổn hại DNA theo 2
con đường trực tiếp và gián tiếp)

Hình 1.8.2.
Sắc tố melanin hình thành dưới da
Hình 1.8.1.
Thời gian tắm nắng thích hợp cho mỗi người
Tác hại
 Gây tai biến về mắt khi khơng đeo kính bảo hộ (suy hoại võng mạc và cườm
mắt - làm lòa hay mù mắt.)
 Với chuyên khoa da liễu: tia cực tím có thể gây ra ung thư da, u hắc tố
(Melanome)…
Trong các nghiên cứu ảnh hưởng của tia cực tím có trong ánh sáng mặt trời lên sức
khỏe con người và mơi trường, thì phổ của tia cực tím chia ra làm các phần:
 * Tia UVC: Có bước sóng trong khoảng từ 100 đến 280 nm (nanometer). Đây
là vùng tia UV có năng lượng cao nhất.

o Do là vùng bức xạ có năng lượng cao nhất nên tia UVC có khả năng gây
tổn hại nhất cho đơi mắt và làn da bạn ( nhưng đã bị tần ozone chặn lại
gần như toàn bộ )

Trang 16


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

 * Tia UVB: Vùng bức xạ này có bước sóng dài hơn một chút (khoảng 280 đến
315 nm) và năng lượng thấp hơn vùng tia UVC.
o Nếu với cường độ cao, tia UVB sẽ gây nên hiện tượng cháy nắng, làm
tăng các nguy cơ bị ung thư da.
o Tia UVB cũng gây nên các hiện tượng bị bạc màu da, các nếp nhăn và
các dấu hiệu khác sớm trước tuổi.
o chủ yếu gây nên các bệnh giác mạc như viêm giác mạc, hạt kết giác
mạc, mộng
 * Tia UVA: Vùng tia này gần với vùng ánh sáng nhìn thấy, có năng lượng thấp
hơn vùng tia UVB và UVC (có bước sóng nằm trong khoảng 315 đến 380 nm).
o Tia UVA có thể xuyên qua giác mạc, đi vào thủy tinh thể hay võng mạc
ở bên trong mắt. Nếu phơi dưới bức xạ UVA quá lâu sẽ dẫn đến hiện
tượng bị đục nhân mắt hay thối hóa hồng điểm.
 Trẻ em đặc biệt cần được bảo vệ khỏi tia UV, thậm chí cần thiết hơn so với
người trưởng thành. Bởi các nguy cơ ảnh hưởng do tia UV từ mặt trời tới mắt
và da được tích lũy dần, có nghĩa là những nguy hiểm sẽ tiếp tục gia tăng trong
suốt cuộc đời chúng ta. ( phịng tránh bằng cách đeo kính râm và đội mũ )
Một điều quan trọng nữa là bóng râm của các đám mây hầu như không hề làm
ảnh hưởng đến mức độ UV: Các nguy cơ phơi nhiễm UV giảm không đáng kể kể cả

trong những ngày sương mù hay râm mát. Điều này là bởi vì UV là các bức xạ khơng
nhìn thấy, chứ khơng phải ánh sáng thơng thường và chúng có thể xun qua các đám
mây.

Trang 17


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

Hình 1.8.3.
Da người có (bên trái) và khơng có kem chống nắng

Hình 1.8.4.
Ảnh hưởng của tia UV lên ADN

1.9. Ứng dụng
Nhờ vào khả năng gây ra các phản ứng hóa học và kích thích huỳnh quang
trong các chất, bức xạ tia tử ngoại được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau tùy
vào dải bước sóng:
Dải bước sóng
13.5 nm

Ứng dụng
Kĩ thuật in Lito dùng tia UV cực mạnh

30 – 200 nm

Sự quang ino hóa, phổ học quang electron tử ngoại, mạch tích hợp chuẩn

230 – 365 nm

UV-ID, nhãn theo dõi, mã vạch

230 – 400 nm

Cảm biến quang học, máy móc đo kiểm

240 – 280 nm

Khử khuẩn, khử nhiễm xạ bề mặt và nước

200 – 400 nm

Nghiên cứu pháp y, phát hiện chất cấm

270 – 360 nm

Phân tích protein, chuỗi AND, phát hiện thuốc cấm

280 – 400 nm

Tạo hình tế bào

300 – 320 nm

Chữa trị bằng ánh sáng trong y học

300 – 365 nm

Xử lí polime và mực in

350 – 370 nm

Hộp cơn trùng (Bug zapper)

Trong các ứng dụng trên thì tia tử ngoại có các ứng dụng quan trọng sau:
Trang 18


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

Nhiếp ảnh
Phim máy ảnh phản ứng tốt với bức
xạ UV nhưng ống kính lại chặn bức xa
ngắn hơn 350 nm. Bộ lọc chống tia UV
(hơi vàng) được dùng cho chụp ảnh ngoài
trời để giảm bớt việc bị xanh quá và tiếp
xúc nhiều bởi tia UV. Chụp ảnh với bước

sóng ngắn hơn 350 nm cần có ống kính
thạch anh khơng hấp thụ bức xạ. Cảm biến
máy ảnh kĩ thuật có bộ lọc trong giúp chặn
tia UV và nâng cao sự chính xác ở màu sắc
bức ảnh.
Chụp ảnh phản xạ bởi tia UV có ích
cho nghiên cứu y học, khoa học, pháp y,

phát hiện da thâm, thay đổi tài liệu, phục

Hình 1.9.1.
Vật liệu huỳnh quanh được gây ra bởi tia
UV
Không dùng bộ lọc để hấp thụ
ánh sáng nhìn thấy

hời tranh vẽ
Trong thiên văn học tử ngoại, đo
lường được dùng để nhìn rõ thành phần hóa
học mơi trường giữa các vì sao.
Cơng nghiệp điện điện tử
Sự phóng điện hoa (corona discharge) trên thiết bị điện có thể phát hiện ra nhờ
sự phát ra tia tử ngoại. Điện hoa gây xuống cấp vật liệu cách li và rị rỉ khí ozon và các
oxit của nitơ.
EPROMs (bộ nhớ lập trình chỉ đọc, xóa được) có thể xóa bởi sự tiếp xúc với
bức xạ UV. Những mơ-đun này có một cửa sổ trong suốt trên đầu chíp cho phép tia
UV đi qua.
Thuốc nhuộm huỳnh quang
Thuốc nhuộm huỳnh quang không màu tỏa ra ánh sáng xanh dưới tia UV được
dùng như chất làm sáng quang học trên giấy và vải. Ánh xanh được phát ra kết hợp
với sắc vàng khiến các màu và màu trắng trông trắng hơn hoặc sáng đậm hơn.
Trang 19


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

Thuốc nhuộm huỳnh quang UV được dùng trong sơn, giấy, vải giúp cải thiện
màu sắc dưới ánh sáng và đem lại một hiệu ứng đặt biệt khi có ánh đèn UV. Sơn
Blacklight chưa màu nhuộm rực sáng dưới tia UV được dùng trong nghệ thuật.
Nhằm chống giả mạo tiền tệ, tài liệu
quan trọng, các giấy tờ thường có các
dấu in bóng (watermark) hoặc sợi
huỳnh quanh nhìn thấy được dưới ánh

sáng cực tím. Tem bưu điện được
thêm vào phốt-pho ánh lên dưới tia
UV giúp phát hiện tem và bọc thư
Hình 1.9.2.
Một chú chim xuất hiện trên thẻ tín dụng Visa dưới
nguồn tia cực tím

Thuốc nhm huỳnh quang UV có
nhiều ứng dụng. Một vài hãng sản
xuất chai xịt cay để lại chất hóa học

khơng thấy được giúp cảnh sát xác định được tung tích của kẻ tấn công.
Một vài mẫu thử cho thấy tia UV kích thích màu huỳnh quanh phát sáng ở các
điểm lỗi trên nhiều vật liệu. Chúng đường dùng để phát hiện lỗi bề mặt hoặc các hạt
ferrite trong trường từ rò rỉ trong các vật liệu chứa sắt.

Hình 1.9.4.
Đờng Euro dưới tia UV

Hình 1.9.3.
Đờng đơ-la Mĩ dưới tia UV
Sử dụng để phân tích

Trong pháp y

UV là một cơng cụ điều tra tại hiện trường phạm tội hữu ích trong việc định vị và xác
định các chất dịch cơ thể như tinh dịch, máu và nước bọt. Ví dụ, dịch lỏng hoặc nước
Trang 20


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

bọt có thể được phát hiện bởi các nguồn UV công suất lớn, bất kể cấu trúc hoặc màu
của bề mặt chất lỏng được lắng xuống. UV-Vis microspectroscopy cũng được sử dụng
để phân tích dấu vết bằng chứng, chẳng hạn như sợi dệt và vụn sơn, cũng như các tài
liệu chất vấn.
Các ứng dụng khác bao gồm xác thực các đồ sưu tầm và đồ nghệ thuật khác nhau và
phát hiện tiền giả. Ngay cả những vật liệu không được đánh dấu đặc biệt với thuốc
nhuộm nhạy cảm với tia cực tím có thể có huỳnh quang đặc biệt dưới sự tiếp xúc với
tia cực tím hoặc có thể phát huỳnh quang khác nhau dưới tia cực tím sóng ngắn và sóng
dài.
Tăng độ tương phản của mực
Sử dụng hình ảnh đa quang phổ có thể
đọc giấy cói khơng đọc được, chẳng hạn
như giấy cói đốt của Villa of the Papyri
hoặc của Oxyrhynchus, hoặc
Archimedes palimpsest. Kỹ thuật này
liên quan đến việc chụp ảnh tài liệu
không đọc được bằng cách sử dụng các
bộ lọc khác nhau trong dải hờng ngoại
Hình 1.9.5.

hoặc tia cực tím, được tinh chỉnh để thu

Chữ viết trên giấy cói

được các bước sóng ánh sáng nhất định.

Dophân
đó, phần
quang
ưubề
có thể
Do đó, phần quang phổ tối ưu có thể được tìm thấy để
biệt mực
từphổ
giấytối
trên
được tìm thấy để phân biệt mực từ giấy

mặt giấy cói.

trênnổi
bềbật
mặtmực
giấyincói.
Các ng̀n NUV đơn giản có thể được sử dụng để làm
trên nền đã bị
Các ng̀n NUV đơn giản có thể được

mờ trên vellum.

sử dụng để làm nổi bật mực in trên nền
Tuân thủ vệ sinh
Hỗ trợ tia cực tím trong việc phát hiện tiền gửi vật chất
vẫnvellum.
còn trên các bề
đã bịhữu
mờcơtrên
mặt mà làm sạch định kỳ và vệ sinh có thể khơng được thực hiện đúng cách. Nó được
sử dụng trong ngành công nghiệp khách sạn, sản xuất và các ngành công nghiệp khác,
nơi mức độ sạch sẽ hoặc ô nhiễm được kiểm tra.

Trang 21


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

Tính năng tin tức lâu năm cho nhiều tổ chức tin tức truyền hình liên quan đến một
phóng viên điều tra bằng cách sử dụng một thiết bị tương tự để lộ ra điều kiện mất vệ
sinh tại các khách sạn, nhà vệ sinh cơng cộng, tay vịn, và tương tự.

Hình 1.9.6.
Sau một bài tập huấn luyện liên quan đến chất dịch cơ thể giả, thiết bị bảo hộ cá nhân
của nhân viên y tế được kiểm tra bằng ánh sáng cực tím để tìm các giọt chất lỏng vơ
hình. Những chất lỏng này có thể chứa vi-rút chết người hoặc nhiễm bẩn khác.
Hỗ trợ tia cực tím trong việc phát hiện tiền gửi vật chất hữu cơ vẫn còn trên các
bề mặt mà làm sạch định kỳ và vệ sinh có thể khơng được thực hiện đúng cách. Nó
được sử dụng trong ngành công nghiệp khách sạn, sản xuất và các ngành công nghiệp

khác, nơi mức độ sạch sẽ hoặc ô nhiễm được kiểm tra.
Tính năng tin tức lâu năm cho nhiều tổ chức tin tức truyền hình liên quan đến
một phóng viên điều tra bằng cách sử dụng một thiết bị tương tự để lộ ra điều kiện
mất vệ sinh tại các khách sạn, nhà vệ sinh công cộng, tay vịn, và tương tự.
Trong hóa học
Quang phổ UV / VIS được sử dụng rộng rãi
như một kỹ thuật hóa học để phân tích cấu
trúc hóa học, một trong những hệ thống liên
quan đáng chú ý nhất. Bức xạ tia cực tím
thường được sử dụng để kích thích một mẫu
nhất định trong đó phát xạ huỳnh quang được
đo bằng máy quang phổ kế. Trong nghiên
cứu sinh học, bức xạ UV được sử dụng
để 22
Trang
định lượng axit nucleic hoặc protein.

Hình 1.9.7.
Một tập hợp các mẫu khoáng khi được
chiếu xạ bằng ánh sáng tia cực tím.


Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

cứu sinh học, bức xạ UV được sử dụng để định lượng axit nucleic hoặc protein.
Đèn cực tím cũng được sử dụng trong phân tích khống chất và đá q.
Trong các ứng dụng kiểm sốt ơ nhiễm, các máy phân tích tia cực tím được sử dụng
để phát hiện khí thải nitơ oxit, hợp chất lưu huỳnh, thủy ngân và amoniac, ví dụ trong

khí thải của các nhà máy điện hóa thạch. Bức xạ tia cực tím có thể phát hiện các hạt
mỏng tràn dầu trên nước, hoặc do độ phản xạ cao của màng dầu ở bước sóng UV,
huỳnh quang của các hợp chất trong dầu hoặc hấp thụ tia cực tím do tán xạ Raman tạo
ra trong nước.
Sử dụng trong khoa học vật liệu
Phát hiện cháy
Đầu dò UV rất nhạy với hầu hết các đám cháy, bao gồm hydrocacbon, kim
loại, lưu huỳnh, hydro, hydrazin và amoniac. Arc hàn, điện arc, sét, X-quang được sử
dụng trong thiết bị kiểm tra kim loại khơng phá hủy (mặc dù điều này là rất khó), và
các vật liệu phóng xạ có thể tạo ra các cấp độ mà sẽ kích hoạt một hệ thống phát hiện
tia cực tím. Sự hiện diện của khí và hơi hấp thụ tia cực tím sẽ làm giảm bớt bức xạ tia
cực tím từ đám cháy, gây ảnh hưởng xấu đến khả năng phát hiện ngọn lửa. Tương tự
như vậy, sự hiện diện của sương dầu trong khơng khí hoặc màng dầu trên cửa sổ
detector sẽ có tác dụng tương tự.
Trong nhiếp ảnh
Bức xạ cực tím được sử dụng cho quang phổ độ phân giải rất tốt, một quy trình
trong đó một hóa chất gọi là photoresist được tiếp xúc với bức xạ UV đã đi qua mặt
nạ. Phơi nhiễm gây ra phản ứng hóa học xảy ra trong photoresist. Sau khi loại bỏ
photoresist không mong muốn, một mẫu được xác định bởi mặt nạ vẫn còn trên mẫu.
Các bước sau đó có thể được đưa đến "etch", gửi tiền hoặc sửa đổi các khu vực của
mẫu mà khơng có cảm biến ảnh còn lại.
Vật liệu polyme
Các linh kiện điện tử đòi hỏi độ trong suốt cho ánh sáng để thốt ra hoặc vào (tấm
quang điện và cảm biến) có thể được sử dụng nhựa acrylic được chữa khỏi bằng cách
sử dụng năng lượng tia cực tím. Ưu điểm là lượng phát thải VOC thấp và khả năng
bảo dưỡng nhanh.
Một số loại mực, chất phủ và chất kết dính được pha chế với chất tạo
photoinitiators và nhựa. Khi tiếp xúc với ánh sáng tia cực tím, sự trùng hợp xảy ra, và
Trang 23

Báo cáo Bài tập lớnVật lí 2

Nhóm 1

nhựa. Khi tiếp xúc với ánh sáng tia cực tím, sự trùng hợp xảy ra, và do đó các chất kết
dính cứng lại hoặc chữa trị, thường trong vòng vài giây. Các ứng dụng bao gồm liên
kết bằng thủy tinh và nhựa, lớp phủ sợi quang, lớp phủ sàn, lớp phủ UV và giấy hồn
thiện, trám răng và móng tay trang trí "gel".
Ảnh hưởng của UV lên polyme được sử
dụng để sửa đổi độ nhám (độ nhám và độ
kỵ nước) của bề mặt polymer. Ví dụ, một

bề mặt poly (methyl methacrylate) có thể
Hình 1.9.7.
Ảnh hưởng của tia UV lên bề mặt hoàn thành

được làm phẳng bằng tia cực tím chân
khơng.

trong 0, 20 và 43 giờ.
Bức xạ UV rất hữu ích trong việc chuẩn bị các polyme năng lượng bề mặt thấp cho
các chất kết dính. Polyme tiếp xúc với tia cực tím sẽ oxy hóa, do đó nâng cao năng
lượng bề mặt của polymer. Một khi năng lượng bề mặt của polyme đã được nâng lên,
mối liên hệ giữa chất kết dính và polyme mạnh hơn.
Trong lĩnh vực sinh học
Thanh lọc khơng khí
Cơ chế làm sạch của tia cực tím là một quá trình quang hóa. Các chất gây ơ
nhiễm trong mơi trường trong nhà hầu hết là các hợp chất gốc carbon hữu cơ, bị phá
vỡ khi tiếp xúc với tia UV cường độ cao ở 240 đến 280 nm. Bức xạ tia cực tím sóng

ngắn có thể phá hủy DNA trong các vi sinh vật sống. Hiệu quả của UVC liên quan
trực tiếp đến cường độ và thời gian phơi sáng.
UV cũng đã được chứng minh là làm giảm các chất gây ơ nhiễm khí như
carbon monoxide và VOC. Đèn UV phát ra ở 184 và 254 nm có thể loại bỏ nờng độ
thấp hydrocacbon và carbon monoxide nếu khơng khí được tái chế giữa phịng và
b̀ng đèn. Sự sắp xếp này ngăn cản việc đưa ozone vào khơng khí được xử lý. Tương
tự như vậy, khơng khí có thể được xử lý bằng cách đi qua một nguồn tia cực tím hoạt
động ở 184 nm và truyền qua pentaoxit sắt để loại bỏ ozon do đèn UV tạo ra.
Khử trùng
Đèn cực tím được sử dụng để khử trùng khơng gian làm việc và các công cụ được sử
dụng trong các phịng thí nghiệm sinh học và các cơ sở y tế. Các đèn hơi thủy ngân áp
suất thấp có bán trên thị trường phát ra khoảng 86% bức xạ của chúng ở 254 nm (nm),
Trang 24