자외선(UV)의 파장별 특성 / 자외선의 활용방법

자외선(UV)의 파장별 특성 / 자외선의 활용방법

 

 

1. 자외선이란

지구생태계에 절대적인 영향을 미치는 태양광은 우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광선을 포함하여 입자의 성질과 파동의 성질을 함께 가지는 광범위한 전자파로 이루어져 있다.

이러한 전자파는 파장의 길이에 따라 표1과 같이 분류한다.

일반적으로 파장이 짧을수록 높은 에너지를 갖는다.

 

표1. 파장에 따른 전자파의 분류

이들 중 흔히 악성 종양의 치료에 쓰이는 감마선과 엑스선은 자외선보다 파장이 짧아 많은 에너지를 갖고있어 조직에 조사(radiation)할 경우 조직의 분자들을 이온화시키므로 이온화방사선 혹은 전리방사선이라고도 부른다.

자외선보다 파장이 긴 적외선, 극초단파(microwave)나 전파(radiowave) 등은 열을 발생시킬 정도의 충분히 큰 양이 아니라면 생물체에 큰 영향을 미치지 않는다.

 

자외선은 이러한 전리방사선과 비전리방사선의 중간 영역에 해당하며 대략 파장이 100㎚에서 400㎚인 전자파를 말한다.

자외선은 또한 파장의 크기에 따라 UVA, UVB, UVC 세 종류로 나누는데, 학자들 중에는 UVA와 UVB의 경계를 320㎚가 아닌 315㎚를 사용하기도 한다.

한편 파장이 200㎚미만인 자외선은 공기를 몇 ㎝만 통과해도 거의 다 흡수되어 버리기 때문에 인체에 직접적인 작용을 미치지는 않는다.

그래서 파장이 200㎚미만인 자외선을 진공 자외선 영역(vacuum UV region)이라 한다.

 

표2. 자외선의 파장별 특성

 

 

2. 자외선의 발생원

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자외선의 가장 큰 발생원은 태양이다.

그 외에도 우리 주위에는 산업, 의료, 미용 등의 용도로 사용하는 다음과 같은 인공 자외선 발생원이 있다.

 

한편 지구 표면에 도달하는 자외선의 양은 다음과 같은 여러 요소에 의해 영향을 받는다. 자외선의 파장, 태양의 천정각, 대기권 상층부에 도달한 태양광선의 초기 스펙트럼, 오존층 두께와 수직 분포, 구름, 에어로졸, 이산화황(sulfur dioxide) 등과 같은 대기 오염인자.에 의한 흡수, 분산, 반사, 지면의 반사 특성, 주변물체의 음영, 해발 고도 등이 이에 해당한다.

 

참고) 태양의 천정각(solar zenith angle , SZA) : 천정에서 천체를 지나는 대원(大圓)을 그렸을 때, 천정(관측자를 지나는 연직선이 위쪽에서 천체와 교차하는 점)에서 천체[태양]까지의 각도 ※ 태양이 낮게 뜨면 즉, 태양의 천정각이 커지면 자외선량은 감소된다.

 

 

3. 자외선에 의한 오존층 파괴

염화불화탄소(Chloro fluoro carbon, CFC) 가스가 대기중에 방출되면 대류권내에서는 거의 분해되지 않고 그대로 성층권에 도달하여 단파장의 UVC에 의하여 분해되어 염소기를 방출한다. 이 염소기는 성층권 중의 오존을 연쇄적으로 파괴하기 때문에 결과적으로 지표에 도달하는 유해한 UV의 양을 증가시킨다.

 

극지역의 성층권에는 겨울에서 봄에 걸쳐 극와(極渦)라 불리우는 극주위를 선회하는 제트기류가 존재한다. 이를 오존홀(ozone hole)이라고 한다.

이 극와의 내측 대기는 외측 대기와 서로 분리되어 있어 와(渦)가 안정되어 있으면 내측 대기와 외측 대기는 서로 잘 섞이지 않는다. 남극의 경우 겨울철에는 태양광선이 조사되지 않기 때문에 극와중에서 오존은 생성되지 않는다. 극와의 외측에 오존량이 많은 곳이 있기 때문에 이 부근의 오존이 극의 내측으로 운반되면 극역전체가 평균화되지만 남극의 겨울에서 봄까지는 극와가 안정되어 있기 때문에 내측 대기와 외측 대기는 서로 잘 섞이지 않는다.

남극에서 이른 봄철, 태양광선이 조사됨에 따라 극와 내측에서 오존농도가 감소한다.

이러한 현상이 나타나는 고도는 12-22㎞이다. 특히 봄철에 오존 감소현상은 1980년대에 부터 매년 증가하고 있다.

 

 

4. 자외선 적용

현대와 같은 고도산업사회와 특히나 well-being이 새로운 관심사로 부각되는 요즈음 자외선의 램프의 활용범위는 매우 다양하고 광범위하다고 할 수 있다. 산업발전에 따른 환경오염과 각종 질병의 원인이 되는 세균의 양산은 자외선 파장을 이용하여 신속하고도 효과적인 살균과 건조능력을 자랑하는 자외선 램프를 요구하고 있으며 실생활에서의 이용 또한 급속히 증가하고 있는 추세이다.

적용 범위는 병원, 하수 종말처리장, 반도체 공장, 화장품 제조공장, 실험실, 음식/음료수 가공, 의약품 제조, 가축 사육장, 응급실 등 매우 다양하다.

 

1) 살균램프

살균 효력이 가장 강한 자외선 253.7nm을 효율적으로 풍부하게 방사하도록 고안된 램프로 우수한 살균력, 경제력, 사용 용이성 등으로 일반적으로 많이 사용된다.

살균 램프 이용은 제약회사, 연구소, 병원 등은 물론 실내 공기 살균, 식품공업에서 식품 부패나 곰팡이 방지, 물 살균, 포장재, 용기 등의 살균에 사용되고 있다.

 

2) 수중용 살균램프

수중 점등용으로 고안된 특수 이중관 구조 살균램프이다. 램프는 소형탱크에 집어 넣어 배관에 간단히 접속 가능한 이중관 구조로 저온에서도 살균선 저하가 적고 냄새가 없고, 경제적으로 보수도 용이하다. 주로 음료용 우물물, 공업용수 살균, 양식용수, 차량용 음료수, 자동판매기의 물살균과 다방면에서 이용되고 있다.

 

3) 고출력 살균램프

자외선 투과율이 극히 좋은 투명 오존 렌즈(석영 유리)를 사용하여 독자 수은 제어방식을 채용한 살균 램프로 종래 살균 램프와 비교하여 살균선 출력 강한 고성능 램프이다.

다류량 물살균, 식품 및 포장 재료 표면 살균에 이용된다.