1. รังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet Radiation)

2. การค้นพบ หลังจากที่รังสีอินฟราเรดถูกค้นพบ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ (Johann Wilhelm Ritter) ได้ทดลองค้นหารังสีที่อยู่ตรงข้ามกับรังสีอินฟราเรด นั่นคือ รังสีอินฟราเรดมีความยาวคลื่นยาวกว่าแสงสีแดง แต่ริตเตอร์ต้องการจะหารังสีชนิดหนึ่งที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าสีม่วง เขาได้ใช้กระดาษอาบซิลเวอร์คลอไรด์วางไว้กลางแดด พบว่ากระดาษนั้นเปลี่ยนเป็นสีดำ ริตเตอร์เรียกรังสีนี้ว่า deoxidizing rays ต่อมาก็เปลี่ยนชื่อเป็นยูวีดังเช่นในปัจจุบัน

3. รังสีอัลตราไวโอเลต เป็นส่วนหนึ่งของรังสีดวงอาทิตย์ที่ส่องถึงพื้นโลก รังสีดวงอาทิตย์ (Solar Radiation) เป็นพลังงานในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่รังสีออกจากดวงอาทิตย์ ประกอบด้วยสเปคตรัม ซึ่งแบ่งออกเป็น 3 แถบกว้างๆ ตามรูปที่ 1

4. มีการศึกษาเกี่ยวกับรังสีดวงอาทิตย์ในบรรยากาศและพบสัดส่วนของพลังงานรังสีดวงอาทิตย์ที่นอกบรรยากาศ ต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลา และรังสีมีแนวตั้งฉากกับพื้นที่ ที่ระยะทางระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์เฉลี่ยทั้งปี เป็นดังตารางที่ 2 ตารางที่ 2 พลังงานรังสีดวงอาทิตย์ (James H. Gibson, 2002)

5. 2.บทบาทของรังสีอัลตราไวโอเลต รังสีดวงอาทิตย์มีบทบาทสำคัญต่อธรรมชาติเพราะว่าก่อให้เกิดภูมิอากาศของโลกและมี อิทธิพลต่อสิ่งแวดล้อมอย่างยิ่ง สเปคตรัมของดวงอาทิตย์ช่วงอัลตราไวโอเลตมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางชีววิทยา หลายประการแต่ก็มีอันตรายหากได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตในปริมาณที่มากเกินไป เช่นความสามารถในการปรับและป้องกันตัวของสิ่งมีชีวิตบางชนิดรวมทั้งมนุษย์จะ เสื่อมถอยลงและจะเป็นอันตรายขั้นรุนแรงต่อไปโดยเฉพาะผิวหนังและตา ดังนั้นเพื่อหลีกเลี่ยงรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความเข้มสูงจึงควรมีวิธีป้องกันและจำกัดการรับรังสีดวงอาทิตย์

6. 3. ชนิดรังสีอัลตราไวโอเลต ? รังสีดวงอาทิตย์ประกอบด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet) รังสีช่วงแสงสว่าง (Visible) และอินฟราเรด (Infrared) รังสีมีคุณสมบัติตามช่วงคลื่น มักแสดงในหน่วยนาโนเมตร (nanometer, nm = 10-9m) เพื่อที่จะอธิบายผลกระทบทางชีววิทยา สเปคตรัมรังสีอัลตราไวโอเลต(SolarUltravioletSpectra) ประกอบด้วย 3 ส่วนดังรูปที่ 2

7. รูปที่ 2 สเปคตรัมรังสีอัลตราไวโอเลต (James H. Gibson, 2002)

8. -UV-C ช่วงคลื่น 100-280 นาโนเมตร ถูกดูดกลืนเกือบทั้งหมดโดย โอโซน และออกซิเจนในบรรยากาศ -UV-B ช่วงคลื่น 280-315 นาโนเมตร ถูกดูดกลืนเป็นส่วนใหญ่และส่องถึงพื้นโลกประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ -UV-A ช่วงคลื่น 315-400 นาโนเมตร ไม่ดูดกลืนโดยโอโซน แต่ส่วนมากไม่ทำลายสิ่งมีชีวิต *รังสีอัลตราไวโอเลตสามารถวัดได้ในรูปกำลังงานการแผ่รังสีตกกระทบต่อหน่วยพื้นที่ (Irradiance) ที่ใช้หน่วยเป็นวัตต์ต่อตารางเมตร (w/m2) หรือในรูปพลังงานตกกระทบต่อหน่วยพื้นที่ในช่วงเวลาที่กำหนด (Radiant Exposure or dose) ใช้หน่วย จูลต่อตารางเมตร (J/m2)

9. รังสี UV-B กับอินทรีย์ของสิ่งมีชีวิต มักจะเป็นปรากฏการณ์การดูดกลืน โดยที่ดวงอาทิตย์เป็นวัตถุที่มีพลังงานสูงมากและปล่อยโฟตอนออกมาหลายช่วงความถี่ รวมทั้งช่วง UV ซึ่งมีการดูดกลืนโดยอินทรีย์ และเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต ต่างกับการดูดกลืนโฟตอนของพืชในช่วงสีน้ำเงินและแดง (400-500 และ 650-780 นาโนเมตร) เพื่อเป็นพลังงานใช้ในการสังเคราะห์แสง แต่การดูดกลืนรังสี UV ของอินทรีย์ของสิ่งมีชีวิตถือเป็นการทำลายเซลล์แบบถาวร

10. รังสี UV-Cมีความเข้มสูงที่สุดของช่วง UV แต่ถูกดูดกลืนไว้เกือบหมด นับเป็นโชคดีของสิ่งมีชีวิต หาไม่แล้วอาจไม่มีสิ่งมีชีวิตเช่นเราๆ บนโลก ตัวอย่างเช่น ใช้รังสี UV-C ที่ปล่อยจากหลอดซึ่งใช้สำหรับฆ่าเชื้อโรค (germicidal lamp) รังสี UV-B ถูกดูดกลืนโดยโอโซนส่วนใหญ่และส่องถึงพื้นโลกบางส่วนเท่านั้น มีผลในการสร้างวิตามินดีในเวลาสั้นๆแต่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตมากที่สุด ทำให้ผิวหนังแดง ไหม้เกรียม มีการสะสมทำให้เกิดมะเร็งผิวหนัง โรคเกี่ยวกับตา และยับยั้งระบบภูมิคุ้มกันร่างกายในระยะยาว

11. รังสี UV-Aถูกดูดกลืนโดยโอโซนเป็นส่วนน้อย ส่วนใหญ่ส่องถึงพื้นโลกได้ แต่มีอันตรายไม่มาก มีความจำเป็นต่อร่างกายในการสังเคราะห์วิตามินดี แต่หากมากเกินไปจะทำให้ผิวหนังหยาบกร้าน ยับยั้งภูมิคุ้มกันร่างกาย ทำให้ผิวหนังแดงและโรคเกี่ยวกับตาน้อยกว่า UV-B

12. ผลกระทบจากรังสีอัลตราไวโอเลต สามารถแบ่งประเภทผลกระทบได้ 3 ประเภท คือ ผลกระทบต่อมนุษย์ รังสีอัลตราไวโอเลต มีทั้งคุณและโทษต่อสุขภาพมนุษย์ คุณประโยชน์ของรังสีอัลตราไวโอเลตคือ ช่วยสังเคราะห์วิตามิน D ที่ผิวหนังมนุษย์และสัตว์และมีส่วนสำคัญในการสร้างเสริมเนื้อเยื่อกระดูก ส่วนผลกระทบที่เป็นโทษของรังสีอัลตราไวโอเลต คือ ผิวหนังเกรียม กระจกตาอักเสบ (snow blindness) ต้อกระจก ผิวหนังเหี่ยวย่น และมะเร็งผิวหนัง

13. ผลกระทบต่อดวงตา ตาของมนุษย์ไม่เพียงแต่ได้รับแสงที่ส่งมาจากดวงอาทิตย์โดยตรงเท่านั้น แต่ยังได้รับแสงจากการตก กระทบภายใต้มุมที่เฉียงมากๆอีกด้วย ดังนั้นหากตาได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตโดยที่ไม่มีอุปกรณ์ป้องกัน ก็จะเป็นอันตรายต่อดวงตา โดยผลกระทบระยะสั้นที่เกิดขึ้นคือ กระจกตาอักเสบ และผลกระทบระยะยาวเช่น ต้อเนื้อ ต้อลมหรือ ต้อกระจก

14. การยับยั้งภูมิคุ้มกันร่างกาย ระบบภูมิคุ้มกัน ทำหน้าที่ป้องกันร่างกายไม่ให้เกิดโรคติดต่อ และมะเร็งบางชนิด โดยมีกลไกสำคัญ 2 ข้อ คือ - Antibody สามารถแก้พิษ ทำลายจุลินทรีย์ ป้องกันการติดเชื้อ และกำจัดสิ่งแปลกปลอมที่เข้ามาสู่ร่างกาย - Lymphocyte เป็นสื่อที่นำไปสู่การผลิต cytokines ซึ่งกระตุ้นเซลล์อื่นๆของระบบเม็ดเลือดขาวเพื่อทำลายเชื้อโรค ไวรัส และเซลล์มะเร็งบางชนิด รังสีอัลตราไวโอเลตสามารถเปลี่ยนแปลงระบบภูมิคุ้มกันบริเวณตำแหน่งที่ได้รับรังสี โดยยับยั้งภูมิคุ้มกันและมีบทบาทในการก่อให้เกิดโรคมะเร็งทั้งชนิด Melanoma และ non-melanoma โรคติดเชื้อ autoimmunity และภูมิแพ้

15. ผลกระทบต่อพืช รังสีอัลตราไวโอเลตที่เพิ่มขึ้นมีผลกระทบทั้งทางตรงและทางอ้อมต่อพืช เช่น ยับยั้งกระบวนการสังเคราะห์แสง ทำลาย DNA และเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบในพืช ทำให้ลักษณะทางกายภาพ และขบวนการเจริญเติบโตของพืช เปลี่ยนแปลงไป นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงมวลชีวภาพและผลิตผลลดลง ถึงแม้ว่าจะมีกลไกที่ลดหรือซ่อมแซมและความสามารถในการปรับตัวต่อการเพิ่มระดับของ UV ที่จำกัดทำให้การเจริญเติบโตของพืชได้รับผลกระทบโดยตรงจากรังสี UV-B การเปลี่ยนแปลงทางอ้อมที่เกิดจาก UVB (เช่น การเปลี่ยนรูปร่างของพืช) อาจสำคัญเท่าๆกันหรือบางครั้งก็มากกว่าผลกระทบในการทำลายของ UVB การเปลี่ยนแปลงนี้มีความสำคัญต่อพืชที่มีการแข่งขันกันอย่างสมดุล สัตว์ที่กินพืช โรคพืช และวัฏจักร biogeochemical

16. 3. ผลกระทบต่อวัสดุสิ่งก่อสร้าง Polymer สังเคราะห์, biopolymer และวัตถุบางอย่างที่มีประโยชน์ทางพาณิชย์ถูกกระทบโดยรังสีอัลตราไวโอเลตที่มาจากแสงอาทิตย์ รังสีอัลตราไวโอเลตทำให้วัสดุต่างๆมีสีซีดลง เนื่องจากปฏิกิริยาแสงทำให้วัสดุเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีไป ไม้ และกระดาษจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองซีดเมื่อได้รับรังสีอัลตราไวโอเลต ปัจจุบันนี้ วัสดุค่อนข้างจะถูกออกแบบให้ป้องกันรังสี UV ได้โดยการเพิ่มคุณสมบัติพิเศษ ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของระดับ UV จะทำให้เกิดการเปราะพังของวัสดุเร็วขึ้น

17. ปริมาณรังสีต่ำสุดที่ทำให้ผิวหนังแดง (Minimal Erythemal Dose, MED) ผิวเกรียมหรือ Sunburn เป็นผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อผิวหนังที่พบมาก นิยมใช้แอกชันสเปคตรัม CIE Erythemalในการประเมินผลกระทบของผิวหนังที่ถูกทำลายโดยรังสีอัลตราไวโอเลต โดยที่ 1 MED คือปริมาณรังสีอัลตราไวโอเลต ที่เป็นผลให้ผิวหนังแดงอย่างเห็นได้ชัดโดยที่ยังไม่ได้รับรังสีมาก่อนอย่าง ไรก็ตามเพราะผิวหนังแต่ละคนแตกต่างกันและมีความไวต่อแสงไม่เท่ากัน เนื่องจากความสามารถในการต่อต้านรังสีของเม็ดสีผิวต่างกัน เพราะฉะนั้น 1 MED ของคนยุโรปจะอยู่ระหว่าง 200-500 จูลต่อตารางเมตรและของคนเอเชียอยู่ประมาณ 350-450-จูลต่อตารางเมตร จากการศึกษาความไวของผิวหนังชนิดต่างๆกับค่า MED มีแสดงดังตารางที่ 3

18. ตารางที่ 3 ชนิดผิวหนังกับ MED (COST-713 Action, 2000)

19. การป้องกันดวงตา ทำได้โดยการใช้แว่นกันแดดที่ประกอบฟิล์มกรอง UV-A และ UV-B ผู้ผลิตควรระบุประเภทเลนส์ที่ต้านทานรังสีอัลตราไวโอเลตและแสงแดด นอก จากนี้ควรสวมแว่นกันแดดแบบกรอบกว้างโดยเฉพาะในเด็กเพราะการส่งผ่านรังสี อัลตราไวโอเลตผ่านตาในเด็กมีมากกว่าผู้ใหญ่เนื่องจากเรตินาของเด็กป้องกัน ได้น้อยกว่าจึงแนะนำให้สวมแว่นกันแดดที่มีฟิล์มกรองรังสีอัลตราไวโอเลตด้วย มีข้อแนะนำอย่างง่ายสำหรับ เครื่องป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตที่ค่าดัชนีและชนิดผิวหนังที่มีความไวต่อแสงมากที่สุดคือผิวชนิดที่ 1 และผิวทารก สำหรับผิวชนิดที่ 3 มีความไวปานกลาง

21. ประโยชน์ของรังสีอัลตราไวโอเลตนั้นมีมาก ดังจะได้กล่าวคร่าว ๆ ต่อไปนี้ แบล็กไลต์ แบล็กไลต์ (black light) เป็นหลอดที่เปล่งรังสียูวีคลื่นยาว มีสีม่วงดำ ใช้ตรวจเอกสารสำคัญ เช่น ธนบัตร, หนังสือเดินทาง, บัตรเครดิต ฯลฯ ว่าเป็นของจริงหรือปลอม หลายประเทศได้ผลิตลายน้ำที่สามารถมองเห็นได้ในรังสีชนิดนี้ นอกจากนี้ แบล็กไลต์ยังสามารถใช้ล่อแมลงให้มาติดกับ เพื่อที่จะกำจัดภายหลังได้

22. หลอดฟลูออเรสเซนต์ หรือหลอดเรืองแสง ใช้หลักการผลิตรังสีอัลตราไวโอเลต โดยการทำให้ไอปรอทแตกตัว รังสีที่ได้จะไปกระทบสารเรืองแสงให้เปล่งแสงออกมา ดาราศาสตร์ ในทางดาราศาสตร์ โดยปกติแล้ววัตถุที่ร้อนมากจะเปล่งยูวีออกมา เราจึงสามารถศึกษาวัตถุท้องฟ้าได้โดยผ่านทางยูวี ทว่าต้องไปปฏิบัติในอวกาศ เพราะยูวีส่วนมากถูกโอโซนดูดซับไว้หมด

23. การวิเคราะห์แร่ รังสีอัลตราไวโอเลตสามารถใช้ตรวจวิเคราะห์แร่ได้ แม้ว่าจะดูเหมือนกันภายใต้แสงที่มองเห็น แต่เมื่อผ่านยูวีแล้วก็จะเห็นความแตกต่างได้ การฆ่าเชื้อโรค รังสีอัลตราไวโอเลตสามารถใช้ฆ่าเชื้อโรคได้ โดยเฉพาะในน้ำดื่ม แต่ยังสามารถนำไปฆ่าเชื้อในเครื่องมือ หรืออาหารได้ด้วย

24. จัดทำโดย นายธีรวัฒน์ บุญปก นายชัยชนะ ราชลี นางาสาวฐิติมา มูลสาร นางสาวจินตหรา ขจรสมบัติ นางสาวทิพวรรณ ปาละวงษ์ นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปปีที่ 6/1 รายงานนี้เป็นส่วนหนึ่งของรายวิชา ฟิสิกส์ เสนอ คุณครู ธิดารัตน์ สร้อยจักร