１. 紫外線-英語のultravioletも「紫を超えた」という語から来ている（ラテン語のultraは、英語のbey...

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紫外線


「UVB」はこの項目へ転送されています。ブザー音を流しているロシアの短波ラジオ局については「UVB-76」をご覧ください。

紫外線（しがいせん）は波長が10 - 400 nm、即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」という語から来ている（ラテン語のultraは、英語のbeyondに相当）。

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 380200 nm の近紫外線(near UV)、波長 20010 nm 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 110 nm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、近紫外線をさらに UVA (400315 nm)、UVB(315～280nm)、UVC (280 nm 未満) に分けることもある。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 300 nm 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を使用した専用の光学部品が使用される（例えば、石英ガラス［波長 200 nm 以上で使用可］やフッ化カルシウム、フッ化マグネシウム［150 nm 以上で使用可］）。


紫外線の波長ごとの特徴

近紫外線 （波長 380200 nm）

UV-A （波長 315380 nm）

太陽光線由来のもののうち、5.6%が大気を通過する。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 280315 nm）

太陽光線の由来のもののうち、0.5%が大気を通過する。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。サンバーン (sunburn)。

UV-C （波長 200280 nm）

オゾン層で守られている地表には通常は到達しない。強い殺菌作用があり、生体に対する破壊性が最も強い。

地球温暖化やハロン系物質によりオゾン層が破壊されると、地表に到達してあらゆる生物相に著しい影響が出ることが懸念されている。

遠紫外線、真空紫外線 (VUV, Vacuum UV) （波長 10200 nm）

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 ultraviolet)と呼ばれる。

極端紫外線 （波長 10 nm 以下）

極紫外線とも呼ばれる。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。30 nm 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 30.4 nm 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。


[編集]発見

赤外線が発見されてすぐ、ドイツの物理学者ヨハン・ヴィルヘルム・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、リッターは光に反応する塩化銀を塗った紙を使用して、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マセドニオ・メローニ、アレクサンドル・エドモン・ベク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。その後、1893年にドイツのヴィクトール・シューマンによって真空紫外線が発見された。


[編集]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。大気を透過しない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を使用する浸漬型紫外線減菌装置などは装置の外で紫外線光源のスイッチを入れれば被曝の危険性がある。


チミン二量体の生成によるDNA損傷

チミンの光二量体。左:胞子の光生成物。右:シクロブタンピリミジン二量体


[編集]皮膚

紫外線はたんぱく質を変性させるため、皮膚に紫外線が照射されるとコラーゲン繊維にダメージを与えて皮膚を加齢させる。一般に、波長の長いUVAは危険性が最も小さいが、皮膚の加齢、DNAへのダメージ、皮膚がんへのリスクはゼロではない。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、UVCは、皮膚がん発現のリスクを伴う。生物のDNAは吸収スペクトルが 250nm 近辺に存在している。DNAに紫外線が照射されるとDNAを構成する原子が励起される。この励起はDNA分子を不安定にして螺旋構造を構成する「はしご」を切り離して隣接する塩基同士でチミン-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。この二量体が遺伝子中のコドンを乱れさせ、DNA配列の不正配列、複製の中断、ギャップの生成、複製や転写のミスを発生させる。このことにより正常に遺伝子が機能しなくなった場合に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。

紫外線照射に対する生体の防御反応として、人間の体では茶色の色素のメラニンを分泌して皮膚表面に沈着させる（これを「日焼け」という）ことにより、それ以上の紫外線の皮膚組織への侵入を防ぎ、より深い皮膚組織へのダメージを軽減させようとする。この分泌度は人種によって異なっているため、このことが皮膚の色の違いによる人種の区別をもたらしている。

市販の日焼け止めローション・クリームも紫外線の進入を防ぐ効果を利用している。これらの製品では、「SPF値」「PA」と呼ばれる紫外線防御効果が記載されている。SPF値はSun Protection Factorの略で主に日焼けの原因であるUVBの遮断率を表している。SPF25の場合は、無対策の場合と比較して紫外線が1/25になり、SPF100は1/100になる。PAは protection of UVA の略で、UVAの遮断に対する効果を表している。PAは+（効果がある）、++（かなり効果がある）、+++（非常に効果がある）の3段階で表記される。PAがSPFと異なり、数値で表記されないのは、UVAのブロック率を評価する良い分析法が存在しないためである。