Ultraviolettstrahlung, kurz UV, UV-Strahlung oder UV-Licht, ist elektromagnetische Strahlung im optischen Frequenzbereich (Licht) mit kürzeren Wellenlängen als das für den Menschen sichtbare Licht. Jenseits der UV-Strahlung schließt die Röntgenstrahlung an. Die Farbwahrnehmung violett entsteht durch die kürzesten noch mit dem Auge wahrnehmbaren Wellenlängen. „Ultraviolett“ (lat. ultra jenseits)Navigium Latein-Deutsch Wörterbuch bedeutet „jenseits von Violett“, d. h. vergleichsweise höhere Lichtfrequenzen, die jenseits derjenigen des sichtbaren Spektrums liegen.
Entdeckung Die Entdeckung der UV-Strahlung folgte aus den ersten Experimenten mit der Schwärzung von Silbersalzen im Sonnenlicht. Im Jahr 1801 machte der deutsche Physiker Johann Wilhelm Ritter in Jena die Beobachtung, dass Strahlen gerade jenseits des violetten Endes im sichtbaren Spektrum im Schwärzen von Silberchloridpapier sehr effektiv waren. Er nannte die Strahlen zunächst „de-oxidierende Strahlen“, um ihre chemische Wirkungskraft zu betonen und sie von den infraroten „Wärmestrahlen“ am anderen Ende des Spektrums zu unterscheiden. Nach ihrer Entdeckung wurde die Ultraviolettstrahlung zunächst als „chemische Strahlung“ bezeichnet. Mittlerweile werden die Bezeichnungen „Infrarotstrahlung“ und „Ultraviolettstrahlung“ verwendet, um die beiden Strahlungsarten zu charakterisieren.
Anfang des 20. Jahrhunderts wurde die heilende Wirkung der künstlichen UV-Strahlung entdeckt. So berichtete der österreichische Arzt Gustav Kaiser (1871–1954), der sich in Würzburg mit elektrotherapeutischen Studien beschäftigt hatte, in der Vollversammlung der Gesellschaft der Ärzte in Wien im Februar 1902 über den Selbstversuch mit einer UV-Glühlampe, mit deren Hilfe er die Gesundung einer nicht heilen wollenden Wunde erreichte. Eine an Tuberkulose erkrankte Patientin soll nach dem vorliegenden Bericht mittels des „blauen Lichts“ in vier Wochen geheilt worden sein. Ermutigt durch diese Erfolge dehnte Kaiser seine Versuche mit einer Hohllinse auf Hautkrankheiten aus, wobei er ebenfalls günstige Ergebnisse erzielte. Er zog daraus den Schluss, dass die UV-Strahlung keimtötend wirkt.Innsbrucker Nachrichten, 15. Februar 1902
Spektrum und Bezeichnungen WellenlängenDeutsches Institut für Normung (Hrsg.): Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlängenbereiche. DIN 5031 Teil 7, Januar 1984.UV-AUV-B315–280 nmUV-C280–100 nm
Traditionell reicht der UV-Bereich von 380 bis 100 nm und wird mit Blick auf die Transmission atmosphärischer Gase in die Unterbereiche UV-A, UV-B und UV-C eingeteilt, siehe Tabelle. Die „unrunden“ Grenzen haben folgende Bedeutung: 380 nm ist die Empfindlichkeitsgrenze des menschlichen Auges. Ab etwa 315 nm absorbiert Ozon so stark, dass Strahlung mit dieser oder geringerer Wellenlänge kaum noch durch die Ozonschicht dringt. Ab 280 nm reicht der normale, zweiatomige Sauerstoff für die völlige Absorption innerhalb der Atmosphäre. Ab etwa 200 nm wird die Absorption durch Sauerstoff so stark, dass sie auch auf laborüblichen Distanzen stört; zudem setzt Photolyse und Ozonbildung ein. Dagegen hilft Spülen des Strahlengangs mit Schutzgas oder Evakuieren, worauf der Begriff Vakuum-Ultraviolett (VUV) für diesen Bereich zurückgeht. Der UV-C-Bereich endet traditionell (und gemäß DIN 5031-7, die zurückgezogen wurde) aufgrund experimenteller Probleme (Transmission refraktiver Optiken) etwas willkürlich bei 100 nm. Licht dieser Wellenlänge wird bereits in der Ionosphäre absorbiert.
Für die Anwendung oberhalb der Ozonschicht, also für die Aeronomie und die Astronomie hat die Einteilung in UV-A, -B und -C keine Relevanz. Hier unterscheidet man nahes (NUV), mittleres (MUV), fernes (FUV) und extremes UV (EUV) zwischen den Grenzen 400, 300, 200, 100 und 10 nm.Stanford Solar Center: UV Light.ISO 21348 1. Mai 2007. Space environment (natural and artificial) – Process for determining solar irradiances. Auch die Weltgesundheitsorganisation (WHO) lässt den UV-Bereich schon bei 400 nm beginnen.Weltgesundheitsorganisation (Hrsg.): Global Solar UV Index: A Practical Guide. 2002 (PDF; 620 kB).
Schwarzlicht mini|Schwarzlichtleuchtstofflampen Schwarzlicht ist die umgangssprachliche Bezeichnung für UV-A-Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 315 nm bis 400 nm. Als Quelle für Schwarzlicht dienen unter anderem Leuchtstofflampen, die mit speziellen Leuchtstoffen ausgerüstet sind, um Ultraviolettstrahlung bei 350 nm oder 370 nm mit nur geringem Anteil an sichtbarem Licht abzugeben und kurzwellige UV-B und UV-C Strahlung unterdrücken. Mit der Verfügbarkeit von blauen Leuchtdioden kamen auch UV-Leuchtdioden (LED) auf, basierend auf Verbindungshalbleitern wie Aluminiumnitrid oder Aluminiumgalliumnitrid. Übliche Wellenlängen für handelsübliche Schwarzlicht-LEDs sind 365 nm und 395 nm. Letztere Wellenlänge ist spektral schon nahe am sichtbaren Spektrum und zeigt daher nur geringe fluoreszierende Effekte. Aluminiumgalliumnitrid stellt eine Legierung von Aluminiumnitrid mit Galliumnitrid dar und erlaubt es, über das Mischungsverhältnis dieser beiden Substanzen die konkrete Wellenlänge im Ultraviolettbereich im Rahmen des Herstellungsprozesses der UV-LED auf weiteren Wellenlängen einzustellen. Bei UV-LEDs werden keine speziellen Leuchtstoffe oder Farbfilter eingesetzt. Schwarzlicht kann außerdem, mit schlechtem Wirkungsgrad, auch durch Glühlampen mit einem das sichtbare Licht absorbierenden Glaskolben mit Nickeloxidschicht erzeugt werden.
„Schwarzlicht“ wird oft für Showeffekte in abgedunkelten Räumen eingesetzt, wie Diskotheken, bei Zauberveranstaltungen oder auch für Schwarzlichttheater. Die Strahlung regt fluoreszierende Stoffe wie z. B. Chinin im Tonic Water zum Leuchten an, und da helles Licht vermieden wird, wirken sich diese Leuchteffekte bei Papieren, Textilien, künstlichen Zähnen und anderen Materialien mit optischen Aufhellern besonders aus.
Anwendungen sind ebenfalls das Sichtbarmachen von Sicherheitsmerkmalen auf Dokumenten, wie Ausweispapieren oder Fahrscheinen, die Echtheitsprüfung von Zahlungsmitteln und die „Neon-Stempel“ am Handrücken als „Eintrittskarte“ in ein Konzert oder als Eigentümermarkierung auf einem Kunstobjekt (gegen Diebstahl). Des Weiteren kann Schwarzlicht zur Sichtbarmachung von Urinflecken eingesetzt werden und zur Visualisierung von mit Fluoreszenzfarbstoffen markierten Substanzen zur Kontrolle von Händehygienemaßnahmen.
Beim Umgang mit Schwarzlichtlampen sind die Sicherheitshinweise zu beachten. Generell werden die Risiken für Augen und Haut dann als gering eingeschätzt, wenn man die Produkte wie vorgesehen benutzt und sich an die Bestimmungen zum Gebrauch der Lichtquelle hält. Dennoch sollten längere direkte Blicke aus kurzer Distanz in die UV-A-Quelle vermieden werden.Bundesamt für Strahlenschutz - Schwarzlicht Beim häufigen Umgang mit Schwarzlichtquellen, z. B. in der Materialprüfung, sind Expositionsgrenzwerte für UV-Strahlung gemäß der Verordnung zum Schutz der Beschäftigten vor Gefährdungen durch künstliche optische Strahlung (OStrV) zu beachten. Gegebenenfalls sind geeignete optische Schutzbrillen oder Schutzhandschuhe zu tragen.
Ultraviolettstrahlungsquellen mini|lang=de|hochkant=1.5|Veränderung der Intensitätsverteilung der Sonnenstrahlung durch die Erdatmosphäre, insbesondere die UV-Strahlung mini|Polarlicht über Jupiters Nordpol, vom Hubble Space Telescope im UV-Spektrum fotografiert Bei thermischer Strahlung wird der Anteil der UV-Strahlung durch das Plancksche Strahlungsgesetz und das Wiensche Verschiebungsgesetz bestimmt. Durch angeregte Elektronen kann UV-Strahlung generiert werden, wenn deren Energie oberhalb 3,3 eV liegt. Gleiches ist bei der Temperatur der Glühwendeln von Glühlampen in geringem Maße gegeben, weshalb insbesondere Halogen-Glühlampen auch etwas Ultraviolettstrahlung aussenden.
Natürliche Quellen Ultraviolettstrahlung ist im kurzwelligen Anteil der Sonnenstrahlung enthalten. Wegen der Absorption in der Erdatmosphäre (besonders in der Ozonschicht) dringt UV-A- und wenig UV-B-Strahlung mit einer Wellenlänge oberhalb 300 nm bis zur Erdoberfläche vor und ist dort messbar (siehe Solares UV-Messnetz). Bestimmte Gase, insbesondere FCKW, wirken durch das Sonnen-UV auf die Ozonbindung und verschieben das Gleichgewicht in der Ozonschicht, das Ergebnis ist das Ozonloch, wobei die UV-B-Exposition der Erdoberfläche zunimmt.
Auch andere kosmische Objekte wie Pulsare, hochangeregte Gasmassen sowie die meisten Fixsterne senden UV-Strahlung aus. Weiterhin enthält Polarlicht eine Ultraviolettstrahlung. Natürliche irdische Ultraviolettquellen sind Gewitterblitze und Elmsfeuer.
Künstliche Quellen mini|Taschenlampe mit UV-Leuchtdioden Ultraviolettstrahlung entsteht in folgenden künstlichen Quellen: Quecksilberdampflampen: Mittel-, Hoch- und -Höchstdrucklampen zum Aushärten von Harzen, Klebern und Lacken, Tauchstrahler mit UV-C zur Desinfektion von Trink- und Badewasser in der Höhensonne, eine Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, die früher häufig zur Therapie von Akne und Rachitis sowie zur Gesichtsbräunung verwendet wurde Quarzlampen (Quecksilberdampf-Niederdruck-Lampen) in Solarien (UV-A, Bräunung, gesundheitlich jedoch umstritten aufgrund möglicher Hautschädigung), früher zur EPROM-Löschung zur Desinfektion in Krankenhäusern Leuchtstofflampen für UV-A für Deko-Zwecke, Disco, mineralogische Untersuchungen, Geldscheinkontrolle mit einem UV-Prüfgerät. Hierbei wird der sichtbare Anteil der Strahlung ausgefiltert, so dass nur die durch UV hervorgerufenen Fluoreszenz-Effekte sichtbar sind Excimerlaser zur Fotolithografie zur photorefraktiven Keratektomie (und sonstiger Materialbearbeitung) UV-Leuchtdioden und UV-Diodenlaser UV-Kaltkathodenröhren (UV-CCL)
Es gibt weitere künstliche Quellen, bei denen die Ultraviolett-Emission jedoch zweitrangig ist: Gasentladungslampen (auch Tageslichtlampen und Vollspektrumröhren; hierbei ist die UV-Emission von Tageslichtlampen gesundheitlich unbedenklich und erwünscht) Lichtbogenschweißen Koronaentladung, Koronabehandlung (siehe auch Ionisator) alle Prozesse, bei denen ionisierte Gase oder sehr hohe Temperaturen auftreten (beispielsweise Laser-Materialbearbeitung, Ionenquellen, Funkenstrecken) in geringem Maße Halogen-Glühlampen ohne Schutzglas
Intensive UV-Quellen Das Lichtbogenschweißen ist eine intensive Ultraviolettquelle, so dass Schweißer und umstehende Personen Augen und Haut schützen müssen. Raumfahrt: Intensives UV-B und UV-C erfordern besondere Materialien, besonders für die Raumanzüge und deren Visiere zum Außeneinsatz. Außerhalb des „UV-Filters“ der Erdatmosphäre befindliche Solarzellen werden geschädigt und haben eine geringere Lebensdauer als auf der Erde. Bei der Laser- und Elektronenstrahl-Bearbeitung muss hinsichtlich des Arbeitsschutzes die UV-Emission beachtet werden.
Wechselwirkung