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Pourquoi notre gamme visible n'inclut-elle pas le rayonnement infrarouge ou UV ?

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Comme le pic de rayonnement du soleil se situe dans la région des UV et qu'à environ la température ambiante, les matériaux émettent des rayonnements dans l'IR, je me demande pourquoi nos yeux ne sont pas capables d'utiliser ces longueurs d'onde. Je suppose qu'il y a une raison pour laquelle nous ne voyons exactement que la région entre ces pics d'intensité?


Habituellement, nous ne demandons pas Pourquoi en biologie parce que l'explication est toujours la même, c'était assez bon pour la survie. Mais voici quelques explications. Le pic de rayonnement du soleil se situe dans le plage visible du spectre, entre 400 nm-700 nm avec le point le plus élevé autour de 550 nm comme on peut le voir ici ou calculé à partir de la loi de Wien et de la température du soleil. C'est pourquoi les pigments photosynthétiques utilisent le spectre visible et en suivant eux le reste du système écologique.

Notre rétine bloque la majeure partie de la lumière UV et l'eau absorbe la partie inférieure de l'IR, très joliment illustrée dans cet article, figure 1.

Il est vrai que les matériaux sur terre émettent plus de rayonnement dans l'IR que dans le spectre UV-visible en raison de leur température mais :

  1. la plupart des objets ont la même température environ
  2. le sol émet beaucoup de rayonnement
  3. le rayonnement du soleil dans l'IR est élevé par rapport au rayonnement de la terre. C'est le meilleur graphique que j'ai trouvé, soulignant la grande différence entre les intensités du soleil et de la terre dans la gamme IR, il n'y a pas beaucoup de variance dans l'intensité de la longueur d'onde et c'est donc moins utile. Remarquez à quel point la réflexion IR est uniforme à partir de cette signature spectrale de feuille

Résumer:

  1. La lumière UV est dangereuse donc nous la filtrons et ne l'utilisons pas
  2. La lumière IR est uniforme et inutile
  3. La lumière visible est le pic d'émission solaire et donc la plage la plus efficace à utiliser

Rayonnement ultraviolet

Le rayonnement ultraviolet (UV) est similaire à la lumière visible sous tous ses aspects physiques, sauf qu'il ne nous permet pas de voir les choses. La lumière qui nous permet de voir les choses est appelée lumière visible et est composée des couleurs que nous voyons dans un arc-en-ciel. La région ultraviolette commence juste après l'extrémité violette de l'arc-en-ciel.

En termes scientifiques, le rayonnement UV est un rayonnement électromagnétique au même titre que la lumière visible, les signaux radar et les signaux de diffusion radio (voir Figure 1). Le rayonnement électromagnétique est transmis sous forme d'ondes. Les ondes peuvent être décrites par leur longueur d'onde ou fréquence et leur amplitude (la force ou l'intensité de l'onde). La longueur d'onde est la longueur d'un cycle d'onde complet. Pour le rayonnement dans la région UV du spectre, les longueurs d'onde sont mesurées en nanomètres (nm), où 1 nm = un millionième de millimètre.

Différentes longueurs d'onde de rayonnement électromagnétique provoquent différents types d'effets sur les personnes. Par exemple, les rayons gamma sont utilisés dans le traitement du cancer pour tuer les cellules cancéreuses et la lumière infrarouge peut être utilisée pour vous garder au chaud.

Le rayonnement UV a des longueurs d'onde plus courtes (fréquences plus élevées) par rapport à la lumière visible, mais a des longueurs d'onde plus longues (fréquences plus basses) par rapport aux rayons X. Le rayonnement UV est divisé en trois gammes de longueurs d'onde :


Pourquoi notre gamme visible n'inclut-elle pas les rayonnements infrarouges ou UV ? - La biologie

La lumière visible ne comprend qu'une infime fraction de l'ensemble du spectre de rayonnement électromagnétique, mais elle contient la seule région de fréquences à laquelle les bâtonnets et les cônes de l'œil humain réagiront. Les longueurs d'onde que les humains sont généralement capables de visualiser se situent dans une plage très étroite entre environ 400 et 700 nanomètres. Les humains peuvent observer et répondre aux stimuli créés par la lumière visible parce que les yeux contiennent des terminaisons nerveuses spécialisées qui sont sensibles à cette gamme de fréquences. Cependant, le reste du spectre électromagnétique est invisible.

Une grande variété de sources sont responsables de l'émission de rayonnement électromagnétique, et sont généralement classées en fonction du spectre spécifique de longueurs d'onde générées par la source. Des ondes radio relativement longues sont produites par le courant électrique circulant à travers d'énormes antennes de diffusion, tandis que des ondes lumineuses visibles beaucoup plus courtes sont produites par les fluctuations d'état d'énergie des électrons chargés négativement dans les atomes. La forme la plus courte de rayonnement électromagnétique, les ondes gamma, résulte de la désintégration des composants nucléaires au centre de l'atome. La lumière visible que les humains sont capables de voir (le spectre est illustré sur la figure 1) est généralement un mélange de longueurs d'onde dont la composition variable est fonction de la source lumineuse.

Dans notre vie de tous les jours, nous sommes bombardés par un énorme spectre de rayonnement électromagnétique, dont nous ne pouvons réellement « voir » qu'une partie sous forme de lumière visible. Lorsque vous vous aventurez à l'extérieur, une grande majorité de la lumière visible par l'homme est émise par le soleil, qui produit également de nombreuses autres fréquences de rayonnement qui ne tombent pas dans la plage visible. À l'intérieur, nous sommes exposés à la lumière visible provenant de sources artificielles, principalement des appareils fluorescents et incandescents au tungstène.

La nuit, la lumière naturelle est produite par les corps célestes, tels que la lune, les planètes et les étoiles, en plus des aurores boréales périodiques (aurores boréales) et occasionnellement de la comète ou du météore (« étoile filante »). Les autres sources de lumière naturelle comprennent les éclairs météorologiques, les volcans, les incendies de forêt, ainsi que certaines sources biochimiques de lumière visible (bioluminescence). Les sources lumineuses biologiques comprennent les éclairs familiers ("lucioles") et les lueurs plus exotiques de la mer, y compris les espèces bioluminescentes de bactéries, d'algues, de dinoflagellés, de méduses, de gelées en peigne (cténophores) et de certaines espèces de poissons.

Longueur d'onde de la lumière visible et couleur perçue

Gamme de longueurs d'onde
(nanomètres)
Couleur perçue
340-400 Proche ultraviolet (UV invisible)
400-430 Violet
430-500 Bleu
500-570 Vert
570-620 Jaune à Orange
620-670 Rouge vif
670-750 Rouge foncé
Plus de 750 Proche infrarouge (IR Invisible)

Le tableau 1 contient une liste de la distribution des couleurs apparentes perçues par les humains pour un certain nombre de bandes de longueur d'onde étroites dans le spectre de la lumière visible. L'association de couleurs spécifiques à une région de longueurs d'onde permet de différencier les différents tons, teintes et nuances. Il est possible que de nombreuses distributions spectrales différentes produisent des sensations de couleur identiques (un phénomène connu sous le nom de métamères). Par exemple, une sensation de couleur jaune peut être causée par une seule longueur d'onde de lumière, par exemple 590 nanomètres, ou elle peut être le résultat de la visualisation de deux quantités égales de lumière ayant des longueurs d'onde individuelles, telles que 580 et 600 nanomètres. Il est également possible de visualiser la couleur jaune comme une distribution étroite englobant toutes les longueurs d'onde comprises entre 580 et 600 nanomètres. En ce qui concerne le système visuel humain, le même argument vaut pour toutes les couleurs du spectre visible. Cependant, des études récentes indiquent que certaines espèces (notamment les oiseaux) peuvent discriminer entre les couleurs perçues comme métamères par les humains.

Sources de lumière incandescente

Les premiers humains étaient sans source de lumière fiable pendant les longues nuits, mais ils pouvaient parfois trouver et collecter du bois brûlant des feux de brousse, puis garder les flammes allumées dans un feu de camp pendant une courte période de temps. Au fur et à mesure que les connaissances progressaient, l'homme a découvert que des étincelles, puis un feu, pouvaient être générées en frappant certaines pierres ensemble (telles que le silex et la pyrite de fer) ou en frottant agressivement le bois contre le bois. Une fois ces techniques maîtrisées, l'homme pouvait produire du feu quand il le désirait.

Lorsqu'un feu brûle, de l'énergie chimique est libérée sous forme de chaleur et de lumière. Le combustible qui brûle, qu'il s'agisse d'herbe, de bois, d'huile ou de tout autre matériau combustible, émet des gaz qui sont chauffés par l'énorme énergie chimique générée lors de la combustion, faisant briller ou incandescence les atomes du gaz. Les électrons dans les atomes de gaz sont promus à des niveaux d'énergie plus élevés par la chaleur, et la lumière est libérée sous forme de photons lorsque les électrons se détendent jusqu'à leur état fondamental. La couleur d'une flamme est une indication de la température et de la quantité d'énergie libérée. Une flamme jaune terne est beaucoup plus froide qu'une flamme bleu vif, mais même la flamme la plus froide est encore très chaude (au moins 350 degrés Celsius).

Bien que du goudron et des chiffons aient été utilisés pour produire les premières torches, la première étape pratique dans le contrôle du feu a eu lieu lorsque la lampe à huile a été inventée. Des lampes anciennes de plus de 15 000 ans (figure 2) ont été découvertes, fabriquées à partir de roches et de coquillages, qui brûlaient des graisses animales et des huiles végétales. Avant l'invention de l'éclairage au gaz, il y avait une énorme demande d'huile animale. La principale source de cette huile était le suif produit en faisant bouillir des tissus adipeux provenant d'animaux marins, tels que les baleines et les phoques. Les lampes à huile ont finalement évolué en bougies formées en coulant du suif durci ou de la cire d'abeille, comme illustré à la figure 2. Les premières bougies généraient pas mal de fumée, mais pas beaucoup de lumière. Finalement, il a été découvert que la cire de paraffine, lorsqu'elle était correctement coulée avec une mèche en tissu imprégnée, produisait une flamme relativement brillante sans une quantité importante de fumée.

Au cours du XIXe siècle, l'éclairage au gaz naturel s'est répandu dans bon nombre des grandes villes d'Europe, d'Asie et des États-Unis. Les premiers feux à gaz fonctionnaient en produisant un jet de gaz brûlant (une situation assez dangereuse), tandis que les modèles ultérieurs étaient équipés d'un manteau, ou d'un fin filet de tissu traité chimiquement, qui disperse la flamme et émet une lumière beaucoup plus brillante.

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La foudre : un condensateur naturel Explorez l'accumulation de charges électriques statiques entre les nuages ​​​​d'orage et le sol humide pendant un orage avec ce didacticiel, qui simule les décharges de foudre de type condensateur, l'une des sources lumineuses de la nature.

Les premiers microscopistes se sont appuyés sur des bougies, des lampes à huile et la lumière naturelle du soleil pour éclairer les systèmes optiques relativement rudimentaires de leurs microscopes. Ces sources lumineuses primitives souffraient de scintillement, d'éclairage inégal, d'éblouissement et représentaient souvent un risque d'incendie potentiel. Aujourd'hui, les lampes à incandescence à haute intensité à base de tungstène sont la principale source de lumière utilisée dans les microscopes modernes et la majorité des systèmes d'éclairage domestique.

La figure 3 présente des courbes de distribution spectrale démontrant les quantités relatives d'énergie en fonction de la longueur d'onde pour plusieurs sources différentes de lumière blanche (constituées d'un mélange contenant toutes ou la plupart des couleurs du spectre visible). La courbe rouge représente l'énergie relative de la lumière tungstène sur l'ensemble du spectre visible. Comme il ressort de l'examen de la figure, l'énergie de la lumière du tungstène augmente à mesure que la longueur d'onde augmente. Cet effet influence considérablement la température de couleur moyenne de la lumière résultante, en particulier lorsqu'elle est comparée à celle de la lumière naturelle du soleil et de la lumière fluorescente (la lampe à vapeur de mercure). Le spectre représenté par une courbe jaune dresse le profil de la distribution de la lumière visible à partir du spectre de la lumière naturelle du soleil échantillonné à midi. Dans des circonstances normales, la lumière du soleil contient la plus grande quantité d'énergie, mais les courbes illustrées sur la figure 3 ont toutes été normalisées au spectre du tungstène afin de faciliter la comparaison. La courbe spectrale bleu foncé est caractéristique d'une lampe à arc au mercure et présente des différences notables par rapport aux spectres du tungstène et de la lumière solaire naturelle. Plusieurs pics d'énergie sont présents dans le spectre de la lampe à arc à décharge et résultent de la superposition de spectres de raies individuelles provenant de la vapeur de mercure.

Le spectre de la lumière visible produit par une diode électroluminescente blanche (DEL) est représenté par la courbe verte de la figure 3. Les diodes électroluminescentes sont par nature des dispositifs monochromatiques, la couleur étant déterminée par la bande interdite entre les divers matériaux semi-conducteurs utilisés dans la construction des diodes. Les diodes rouges, vertes, jaunes et bleues sont courantes et largement utilisées comme voyants lumineux pour les ordinateurs et autres appareils électroniques grand public, tels que les tuners radio, les récepteurs de télévision, les lecteurs de disques compacts, les magnétoscopes et les lecteurs de disques vidéo numériques. Les LED à lumière blanche sont fabriquées à partir de diodes bleues au nitrure de gallium en revêtant la puce semi-conductrice d'un matériau phosphorescent, qui émet une large gamme de longueurs d'onde visibles lorsqu'elles sont excitées par la lumière émise par la diode bleue. Les spectres laser, qu'ils soient dérivés de diodes ou de lasers à gaz, sont typiquement très étroits, ne comprenant souvent qu'une ou quelques longueurs d'onde spécifiques. Un exemple est illustré sur la figure 3 (la courbe cyan) pour une diode laser à semi-conducteur à faible courant qui est utile pour une variété d'applications, y compris la lecture de codes-barres et le suivi des données de disque optique.

Les sources lumineuses au tungstène sont communément appelées incandescentes, car elles émettent de la lumière lorsqu'elles sont chauffées par l'énergie électrique. Les filaments des ampoules (ou lampes) modernes sont généralement composés de tungstène, un métal assez efficace pour émettre de la lumière lorsqu'il est chauffé de manière résistive par un courant électrique. Les lampes à incandescence modernes descendent des lampes à arc de carbone inventées par Sir Humphrey Davy, qui produisent de la lumière par un arc de décharge formé entre deux tiges de carbone (ou électrodes à filament) lorsqu'un potentiel électrique est placé entre les électrodes. Finalement, la lampe à arc au carbone a cédé la place aux premières lampes qui utilisaient des filaments de carbone contenus dans une enveloppe de verre sous vide. Les filaments de tungstène, lancés en 1910 par William David Coolidge, s'évaporent beaucoup plus lentement que les fibres de carbone dérivées du coton lorsqu'ils sont chauffés dans le vide d'une enveloppe de verre. Le filament agit comme une simple résistance et émet une quantité importante de lumière en plus de la chaleur générée par le flux de courant.

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Diodes électroluminescentes Découvrez comment deux semi-conducteurs dopés différents peuvent être assemblés dans une diode et produire de la lumière lorsqu'une tension est appliquée à la zone de jonction entre les matériaux. -->

Les lampes à incandescence au tungstène sont des radiateurs thermiques qui émettent un spectre continu de lumière s'étendant d'environ 300 nanomètres, dans la région ultraviolette, à environ 1400 nanomètres, dans la région proche infrarouge. Leur conception, leur construction et leur fonctionnement sont très simples et une grande variété de ces lampes ont été utilisées comme sources lumineuses à incandescence. Les lampes typiques sont constituées d'une enveloppe de verre scellée (voir la figure 4), évacuée ou remplie d'un gaz inerte, et contenant un filament de fil de tungstène qui est alimenté par un courant continu ou alternatif. Les ampoules produisent une énorme quantité de lumière et de chaleur, mais la lumière ne représente que 5 à 10 % de leur production totale d'énergie.

Les lampes au tungstène ont tendance à souffrir de plusieurs inconvénients, tels qu'une diminution de l'intensité avec l'âge et un noircissement de la surface intérieure de l'enveloppe lorsque le tungstène évaporé se dépose lentement sur le verre. La température de couleur et la luminance des lampes au tungstène varient en fonction de la tension appliquée, mais les valeurs moyennes pour la température de couleur vont d'environ 2 200 K à 3 400 K. La température de surface d'un filament de tungstène actif est très élevée, atteignant généralement 2 550 degrés Celsius pour un 100 standard. ampoule commerciale -watt. Dans certains cas, les enveloppes d'ampoules en tungstène sont remplies de gaz nobles krypton ou xénon (gaz de remplissage inerte) comme alternative à la création d'un vide afin de protéger le filament de tungstène chaud. Ces gaz améliorent l'efficacité des lampes à incandescence car ils réduisent la quantité de tungstène évaporé qui se dépose à l'intérieur du récipient en verre environnant.

Les ampoules halogènes, une version haute performance de la lampe au tungstène à incandescence, contiennent généralement des traces d'iode ou de brome dans le gaz de remplissage, qui renvoient le tungstène évaporé au filament beaucoup plus efficacement que les lampes fabriquées avec d'autres gaz. Les lampes tungstène-halogène, développées pour la première fois par General Electric dans les années 1950 pour éclairer les pointes des ailes des jets supersoniques, sont capables de produire une lumière vive très uniforme tout au long de la durée de vie de l'ampoule. De plus, les lampes halogènes sont beaucoup plus petites et plus efficaces que les lampes au tungstène d'intensité comparable. La durée de vie d'une ampoule tungstène-halogène peut atteindre 10 ans dans les conditions les plus idéales.

Les filaments des lampes tungstène-halogène sont souvent des assemblages en spirale très compacts montés dans une enveloppe en verre borosilicaté-halogénure (souvent appelé quartz fondu). Des températures de fonctionnement élevées restreignent l'utilisation d'ampoules tungstène-halogène aux lampes bien ventilées avec des dissipateurs thermiques en forme d'éventail pour éliminer l'énorme quantité de chaleur générée par ces ampoules. De nombreuses lampes domestiques sont équipées pour fonctionner avec des lampes tungstène-halogène de 300 à 500 watts et produisent une quantité importante de lumière qui remplit une pièce bien mieux que leurs homologues au tungstène à émission plus faible. Lorsqu'ils sont couplés à des conduits de lumière à fibres optiques et à des filtres d'absorption ou dichromatiques, les lampadaires tungstène-halogène fournissent un éclairage de haute intensité pour une grande variété d'applications de microscopie optique, mais comme inconvénient majeur, ils produisent des quantités importantes de lumière infrarouge sous forme de chaleur rayonnante qui peut dégrader facilement le spécimen.

Sources de lumière fluorescente

Il existe une grande variété de sources de lumière visible non incandescentes qui sont utilisées pour l'éclairage intérieur et extérieur, en plus d'avoir des applications importantes en microscopie optique. La plupart de ces sources lumineuses sont basées sur une décharge électrique à travers un gaz tel que le mercure, ou les gaz nobles néon, argon et xénon. La génération de lumière visible dans les lampes à décharge de gaz repose sur des collisions entre des atomes et des ions dans le gaz avec un courant électrique qui passe entre une paire d'électrodes placées aux extrémités de l'enveloppe de l'ampoule.

Le tube de verre d'une lampe fluorescente courante est recouvert de phosphore sur la surface intérieure du verre, et le tube est rempli de vapeur de mercure à très basse pression (voir Figure 5). Un courant électrique est appliqué entre les électrodes aux extrémités du tube, produisant un flux d'électrons qui circulent d'une électrode à l'autre. Lorsque les électrons du flux entrent en collision avec des atomes de mercure, ils excitent les électrons dans les atomes à un état d'énergie plus élevé. Cette énergie est libérée sous forme de rayonnement ultraviolet lorsque les électrons des atomes de mercure retournent à l'état fondamental. Le rayonnement ultraviolet énergise ensuite le revêtement interne de phosphore, l'amenant à émettre la lumière blanche brillante que nous observons à partir des lampes fluorescentes. Les lampes fluorescentes sont environ deux à quatre fois plus efficaces pour émettre de la lumière visible, produisent moins de chaleur perdue et durent généralement dix à vingt fois plus longtemps que les lampes à incandescence.

Une caractéristique unique des sources lumineuses fluorescentes est qu'elles génèrent une série de longueurs d'onde qui sont souvent concentrées dans des bandes étroites appelées spectres de raies. En conséquence, ces sources ne produisent pas le spectre continu d'éclairement caractéristique des sources incandescentes. Un bon exemple de source (presque exclusivement) à une seule longueur d'onde de lumière visible non incandescente est constitué par les lampes à vapeur de sodium couramment utilisées dans l'éclairage public. Ces lampes émettent une lumière jaune très intense, plus de 95 % de l'émission étant composée de lumière de 589 nanomètres et pratiquement aucune autre longueur d'onde présente dans la sortie. Il est possible de concevoir des lampes à décharge qui émettront un spectre presque continu en plus des spectres de raie inhérents à la plupart de ces lampes. La technique la plus courante consiste à enduire la surface intérieure du tube de particules de phosphore, qui absorberont le rayonnement émis par le gaz incandescent et le convertiront en un large spectre de lumière visible allant du bleu au rouge.

Dans des circonstances normales, la plupart des individus ne sont pas capables de discerner la différence entre un spectre de raies et un spectre de longueurs d'onde continues. Cependant, certains objets reflètent des couleurs inhabituelles dans la lumière d'une source discontinue, en particulier sous un éclairage fluorescent. C'est pourquoi les vêtements, ou d'autres articles très colorés, achetés dans un magasin éclairé par une lumière fluorescente apparaissent souvent d'une couleur légèrement différente sous la lumière naturelle du soleil ou sous un éclairage continu au tungstène.

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Température de couleur Découvrez la lenteur avec laquelle le chauffage d'un radiateur à corps noir virtuel déplace le spectre de couleur de la lumière émise par le radiateur des longueurs d'onde moyennes les plus longues aux plus courtes lorsque la température augmente.

En stéréomicroscopie à lumière réfléchie, en particulier lors de l'examen d'échantillons sensibles à la chaleur, les lampes fluorescentes sont préférées aux lampes au tungstène en raison de leur rendement élevé et de leur faible puissance calorifique. Les lampes fluorescentes modernes peuvent être configurées pour des tubes linéaires ou des éclairages annulaires afin de fournir au microscopiste une lumière intense et diffuse. Cette source de lumière blanche artificielle rivalise avec la lumière du soleil (sans la chaleur qui l'accompagne) en termes de température de couleur et élimine les caractéristiques de scintillement typiques des tubes fluorescents grand public. Par rapport aux lampes au tungstène, au tungstène-halogène ou à arc, les illuminateurs de microscope à lampe fluorescente peuvent fournir des périodes relativement longues (environ 7 000 heures) de service de haute qualité. En tant que source de lumière diffuse, les lampes fluorescentes produisent un champ de vision uniformément éclairé sans points chauds ni éblouissement gênants. La nouvelle technologie d'éclairage à cathode froide est prometteuse en tant que source de lumière spécialisée en microscopie optique, en particulier pour les événements de courte durée améliorés par l'excitation de fluorescence, et pour les applications où la chaleur perdue ou le temps de préchauffage dans une source lumineuse peuvent interférer avec l'échantillon ou l'événement étant observé.

Une méthode spécialisée pour photographier des spécimens en mouvement, particulièrement utile dans l'éclairage de microscopie à fond noir, a été conçue en utilisant des systèmes de flash de photographie électronique. Les flashes électroniques fonctionnent par ionisation dans une enveloppe de verre remplie de gaz xénon entraînée par la décharge d'un gros condensateur. L'impulsion haute tension de courte durée d'un transformateur induit l'ionisation du gaz xénon, permettant au condensateur de se décharger à travers le gaz désormais conducteur. Une explosion soudaine de lumière vive est émise, après quoi le gaz xénon revient rapidement à un état non conducteur et le condensateur se recharge. Les tubes flash fournissent un éclairage de 5 500 K en une rafale instantanée qui peut capturer une quantité importante de détails d'objets pour des résultats spectaculaires en photographie, imagerie numérique et photomicrographie.

Les lampes à décharge à arc, remplies de gaz tels que la vapeur de mercure et le xénon, sont des sources d'éclairage privilégiées pour certaines formes spécialisées de microscopie à fluorescence. Une lampe à arc typique est 10 à 100 fois plus lumineuse que ses homologues à base de tungstène et peut fournir un éclairage monochromatique brillant lorsqu'elle est combinée avec des filtres interférentiels dichromatiques spécialement revêtus. Contrairement aux lampes au tungstène et au tungstène-halogène, les lampes à arc ne contiennent pas de filament, mais dépendent plutôt de l'ionisation de la vapeur gazeuse via une décharge d'arc à haute énergie entre deux électrodes pour produire leur lumière intense. En général, les lampes à arc ont une durée de vie moyenne d'environ 100 à 200 heures, et la plupart des alimentations externes sont équipées d'une minuterie qui permet au microscopiste de surveiller le temps écoulé. Les lampes à arc au mercure (souvent appelées brûleurs, voir les lampes au mercure et au xénon illustrées à la figure 6) ont une puissance de 50 à 200 watts et se composent généralement de deux électrodes scellées sous haute pression de vapeur de mercure dans une enveloppe en verre de quartz.

Les lampes à arc au mercure et au xénon ne fournissent pas une intensité d'éclairage uniforme sur tout le spectre de longueur d'onde, du proche ultraviolet à l'infrarouge. Une grande partie de l'intensité de la lampe à arc au mercure est dépensée dans le spectre proche de l'ultraviolet et du bleu, la plupart des pics de haute intensité se produisant dans la plage de 300 à 450 nanomètres, à l'exception de quelques pics de longueur d'onde plus élevée dans la région spectrale verte. . En revanche, les lampes à arc au xénon ont une sortie d'intensité plus large et plus uniforme dans tout le spectre visible et ne présentent pas les pics d'intensité spectrale très élevés qui sont caractéristiques des lampes au mercure. Les lampes au xénon sont cependant déficientes dans l'ultraviolet et dépensent une grande partie de leur intensité dans l'infrarouge, ce qui nécessite des précautions dans le contrôle et l'élimination de l'excès de chaleur lorsque ces lampes sont utilisées.

L'ère de l'utilisation des diodes électroluminescentes comme source d'éclairage pratique est arrivée avec le XXIe siècle, et la diode est un complément idéal à l'union de la technologie des semi-conducteurs et de la microscopie optique. La consommation d'énergie relativement faible (1 à 3 volts à 10 à 100 milliampères) et la longue durée de vie des diodes électroluminescentes, font de ces appareils des sources lumineuses parfaites lorsque des niveaux d'intensité faible à moyenne de lumière blanche sont requis. Les microscopes connectés à des ordinateurs interfacés via un port de bus série universel ( USB ), ou alimentés par des piles, peuvent utiliser la LED comme une petite source de lumière interne à faible chaleur, faible puissance et faible coût pour l'observation visuelle et la capture d'images numériques . Plusieurs microscopes d'enseignement et de recherche d'entrée de gamme utilisent actuellement une diode électroluminescente blanche interne à haute intensité qui sert de source de lumière principale.

Bien que les caractéristiques de projection lumineuse de l'enveloppe époxy soient encore à l'étude, les diodes électroluminescentes sont actuellement testées et commercialisées dans une grande variété d'applications, telles que les feux de circulation, les panneaux, les lampes de poche et les illuminateurs externes de type anneau pour la microscopie. La lumière produite par les LED blanches a un spectre de température de couleur similaire à celui d'une lampe à vapeur de mercure, qui appartient à la catégorie d'éclairage à la lumière du jour. En examinant le spectre d'émission des LED blanches présenté à la figure 3, le pic de transmission à 460 nanomètres est dû à la lumière bleue émise par la diode semi-conductrice au nitrure de gallium, tandis que la large plage de transmission élevée située entre 550 et 650 nanomètres résulte de la lumière secondaire émise par un revêtement de phosphore à l'intérieur de la gaine en polymère. La combinaison de longueurs d'onde produit une lumière "blanche" ayant une température de couleur relativement élevée, qui est une plage de longueurs d'onde appropriée pour l'imagerie et l'observation en microscopie optique.

Une autre source de lumière visible qui devient de plus en plus importante dans notre vie quotidienne est l'éclairage laser. L'acronyme LASER est l'abréviation de Light A mplification by the S timulated E mission of R adiation. L'une des caractéristiques uniques des lasers est qu'ils émettent un faisceau de lumière continu composé d'une seule longueur d'onde discrète (ou parfois de plusieurs longueurs d'onde) qui sort de l'appareil en une seule phase alignée, communément appelée lumière cohérente. La longueur d'onde de la lumière émise par un laser dépend du matériau à partir duquel le cristal laser, la diode ou le gaz est composé. Les lasers sont produits dans une variété de formes et de tailles, allant de minuscules diodes laser assez petites pour passer à travers le chas d'une aiguille, à d'énormes instruments militaires et de recherche qui remplissent un bâtiment entier.

Les lasers sont utilisés comme sources lumineuses dans un certain nombre d'applications allant des lecteurs de disques compacts aux outils de mesure et aux instruments chirurgicaux. La lumière rouge familière du laser hélium-néon (souvent abrégé He-Ne ) scanne les achats des consommateurs en éclairant les codes-barres optiques, mais joue également un rôle essentiel dans de nombreux systèmes de microscopie confocale à balayage laser. L'application des lasers en microscopie optique prend également de plus en plus d'importance, à la fois comme source lumineuse unique, et en combinaison avec des sources lumineuses fluorescentes et/ou incandescentes. Malgré le coût relativement élevé, les lasers trouvent une application particulièrement large dans la fluorescence, le fond clair monochromatique et dans les domaines en croissance rapide du confocal à balayage laser, de la réflexion interne totale, du transfert d'énergie par résonance de fluorescence et de la microscopie multiphotonique.

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Lasers à gaz argon-ionique Découvrez comment le tube à décharge laser à argon-ion fonctionne avec un gaz ionisé pour produire une onde continue d'énergie lumineuse à travers le miroir de sortie. Le didacticiel montre la lente accumulation d'énergie lumineuse dans le tube avant d'établir un état stable de décharge laser.

Les lasers argon-ion (figure 8) produisent de puissantes émissions spectrales à 488 et 514 nanomètres, tandis que les lasers à gaz krypton présentent des pics importants aux longueurs d'onde de 647,1 et 752,5 nanomètres. Ces deux lasers sont souvent utilisés comme sources d'excitation en microscopie confocale à balayage laser. Les lasers pulsés à verrouillage de mode à cristal de saphir dopé au titane sont utilisés comme sources d'excitation multiphotonique en raison de leur intensité de crête élevée, mais ils présentent également une faible puissance moyenne et des cycles d'utilisation courts. En tant que sources lumineuses préférées pour la microscopie multiphotonique, les lasers pulsés sont considérablement plus coûteux et difficiles à utiliser que les petits lasers refroidis à l'air utilisés en microscopie confocale.

La nouvelle technologie laser comprend des diodes laser à semi-conducteurs et des lasers sur puce uniques qui réduisent la taille et les besoins en énergie des sources lumineuses. Les diodes laser, telles que le fluorure de lithium néodyme:yttrium (Nd:YLF) et le vanadate de néodyme:yttrium (Nd:YVO(4)), ont généralement une réponse beaucoup plus rapide que les LED, mais sont également relativement petites et nécessitent peu d'énergie. Les inconvénients de l'utilisation de lasers en microscopie comprennent les coûts supplémentaires pour la source lumineuse, le risque de dommages coûteux à l'optique, les coûts accrus associés aux revêtements de lentilles et de miroirs, la destruction des échantillons et les dommages potentiels à la rétine du microscopiste si les techniques de manipulation et d'exploitation sûres sont ignorées. .

D'après cette discussion, il est évident que bien qu'il existe une grande variété de sources d'éclairage disponibles, nous ne comptons généralement que sur quelques-unes tout au long de notre vie quotidienne. Pendant les heures de clarté, le soleil est notre principale source d'éclairage à l'extérieur, tandis que nous comptons généralement sur un éclairage fluorescent et au tungstène à l'intérieur et pendant les heures du soir. Comme discuté ci-dessus, ces trois sources d'éclairage principales ont toutes des propriétés et des caractéristiques spectrales différentes, mais leurs intensités maximales se situent toutes dans la plage de lumière visible. Le cerveau humain s'adapte automatiquement aux différentes sources lumineuses, et nous interprétons les couleurs de la plupart des objets qui nous entourent comme changeant à peine lorsqu'ils sont vus dans des conditions d'éclairage différentes.

Kenneth R. Spring - Consultant scientifique, Lusby, Maryland, 20657.

Michael W. Davidson - Laboratoire national de champ magnétique élevé, 1800 East Paul Dirac Dr., The Florida State University, Tallahassee, Floride, 32310.


1. INTRODUCTION

Les effets néfastes d'un rayonnement ultraviolet (UV) excessif sur la peau à la suite d'une surexposition au soleil sont bien caractérisés par une rougeur de la peau, des cloques et des brûlures, entraînant un vieillissement accéléré et une susceptibilité accrue au cancer de la peau. 1, 2 Jusqu'à récemment, on pensait que cela était causé uniquement par la lumière UV, qui représente environ 6,8 % du rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre. Bien que l'UV soit la longueur d'onde d'énergie la plus élevée, les 93,2% restants sont constitués des bandes de rayonnement infrarouge (IR) et de lumière visible (Vis) à plus longue longueur d'onde, qui jusqu'à récemment étaient moins bien étudiées. 3-5 IR exhibits a number of biological effects, most notably the increase in matrix metalloproteinase (MMP) mRNA and protein expression levels, contributing to the aging phenotype observed in skin. 6, 7 The reported effects of IR can be variable depending on the dose and pattern of IR application. 8 Similarly, the skin's response to Vis is less well documented although Vis-induced reactive oxygen species (ROS) generation and skin tanning have been reported. 9-11 As solar radiation is polychromatic, 4, 12 the interaction of all three individual components (UV, IR, and Vis) as well as the effects of combinations of the components warrants further investigation.

In addition, the effects of these wavelength components on the predominant skin cell types, namely keratinocytes and fibroblasts, should be also be considered. The skin consists of layers, which contain different cell types. 13 The outermost is the stratum corneum, which provides a barrier against external insults (eg, mechanical damage, bacteria, heat etc). The layer below is the epidermis where keratinocyte cells proliferate to constitute the stratum corneum. Fibroblasts are the primary cell type in the dermis, which lies underneath the epidermis, and their primary role is to maintain the extracellular matrix (ECM), which contains collagen and elastin and provides skin structure. When stressed by factors such as UV light, they can dysregulate the ECM, breaking down collagen and elastin, leading to wrinkling and premature skin aging. 13

Cellular ROS have important roles in cell signaling and homeostasis. They are formed as a natural by-product of the normal metabolism of oxygen, predominantly (90%) in the mitochondria. 14, 15 Following exposure to environmental stress (eg, UV and environmental pollution), increased ROS levels lead to cell structure damage due to oxidative stress. 16 Hydrogen peroxide (H2O2) is one of many types of ROS produced under normal circumstances and is increased as a result of external stressors such as sunlight. Its formation is linked to other forms of ROS in cells, and has been associated with cellular senescence. 17 There are multiple copies of mitochondrial DNA (mtDNA) within each organelle and the genome is found in close proximity to the site of ROS production, therefore making mtDNA vulnerable to damage by ROS. 18 Mitochondrial DNA damage leads to further mitochondrial dysfunction and ROS production (increasing oxidative stress within the cell) leading to a putative cycle of ROS production and associated mitochondrial damage. 14, 18 mtDNA damage has been implicated in the aging process in several organs, especially the skin, and mtDNA as a biomarker of damage has been previously demonstrated to reliably and sensitively detect UV-induced cellular damage. 1 Furthermore, nuclear DNA (nDNA) acts as a chromophore primarily for ultraviolet B (UVB, 290-320 nm) leading to increased photoproducts 19-23 and nDNA (as well as mtDNA) is damaged indirectly by longer wavelength ultraviolet A (UVA, 320-400 nm) induced ROS.

This study aims to compare the effects of complete and IR/Vis filtered solar-simulated light on human primary dermal skin fibroblasts and matched epidermal keratinocytes from different donors on the three biomarkers of cellular damage described above, namely ROS generation, mtDNA and nDNA damage. Skin cells were exposed to physiologically relevant doses of complete solar light comprising of UV, IR, and Vis and specific filters were used to investigate exposure to those specific components of solar light either alone or in combination. nDNA damage was measured by comet assay mtDNA damage was measured by real time quantitative PCR (qPCR) and H2O2 generation was measured by a luminescence based assay as an indicator of ROS production Established cell lines, human neonatal dermal fibroblast (HDFn) and the immortalized human skin keratinocyte (HaCaT) cells were used to confirm findings where appropriate.


Why does our visible range not include infrared or UV radiation? - Biology

11,000 °F) , and the much cooler Earth, with a surface temperature of 15 °C (

60 °F). Wavelength along the horizontal axis (measured in microns where 1000 microns = 1mm) plotted against the amount of radiation emitted on the vertical axis. Note how the Sun emits the most radiation in the visible range (with some overlap in the UV and IR) while the Earth emits mostly infrared radiation.

The incoming energy from the Sun to Earth is mainly visible sunlight, called the visible portion of the spectrum of electromagnetic radiation. We perceive visible sunlight as colors from violet (short-wave radiation) to red (long-wave radiation). The sequence of colors seen in the rainbow represents the spectrum of this light, ordered according to wavelength. A relatively minor amount of energy leaves the sun as radiation with shorter wavelength ( ultraviolet ) and as radiation with longer wavelength ( infrared or heat radiation ). Visible light (the colors of the rainbow) occupies the narrow part of the spectrum between the dashed lines in the first figure. The (invisible) light with wavelengths just shorter than violet is called ultraviolet, meaning beyond violet. It is largely absorbed in the atmosphere and only a modest amount of this light arrives at the surface of Earth. This is fortunate, because ultraviolet light, abbreviated UV, can cause damage to skin and to vertebrate retinas and interferes with photosynthesis in algae and plants. Protection from UV light is provided (among other things) through the ozone layer in the lower stratosphere (The ozone layer will be discussed in more detail later Section 2.6). The (invisible) light with wavelengths just longer than red is called infrared, meaning below red and often simply referred to as IR. IR is heat radiation coming from the Sun. Interestingly, some organisms, especially some insects, can see UV and navigate by it, while some snakes have adapted to see in IR. (See the Glossary for more reading on electromagnetic radiation under Spectrum.)

All objects (unless they have a temperature of zero degrees Kelvin) radiate energy. The temperature of an object determines the type of radiation it emits. Hence, every star radiates energy with wavelengths corresponding to its surface temperature: a cooler star would radiate a more reddish light, a hotter one a more bluish one. Reddish and bluish stars can be seen readily in the night sky. Most of the light emitted by our star, the Sun, is yellowish. By measuring the light received from the Sun we know that its radiation corresponds to a surface temperature of about 6000°C (or 6300 K where K is the symbol for units of Kelvin see the Units Glossary for more about the Kelvin scale). The organisms on Earth have long adapted to the nature of this sunlight. Blue-green light penetrates most deeply into the sea, so visual acuity of deep-living fishes is greatest in the blue-green part of the spectrum. Our own eyes are specialized for yellow, green and red (the colors of traffic lights). Plants use mostly red light to grow and reflect the rest, making them appear green.

The nuclear fusion generator that powers the Sun is deep in the Sun s center (called the core of the Sun), hidden by a thick layer of hot hydrogen and helium. This is fortunate for us, because no one could look at the Sun's power plant and survive the experience: the temperature is near 15 million degrees of Kelvin. The reason the power plant does not blow the sun apart is that the enormous pressure of the solar matter surrounding it prevents it from doing so. Conversely, the Sun does not collapse because of the counter-pressure generated in the core because in the Sun the gravitational and radiative pressures are in balance. It takes about a million years for the energy to made in the core to reach the surface of the Sun. From there it takes less than 10 minutes at the speed of light to reach Earth.

The energy the core generates comes from the fusion of hydrogen nuclei to make helium nuclei. Through this process some of the mass is lost and reappears as energy (according to the famous equation of Albert Einstein E=mc 2 ), resulting in the loss of 4.5 million tons of mass from the Sun each second. Not to worry however: there is still plenty of hydrogen to burn about two-thirds of the mass of the sun consists of hydrogen and the process has been going on for some 5 billion years and will do so in the future for about as long (Also see the Glossary entry on Solar constant.).

Just as the temperature of the Sun's surface determines the kind of electromagnetic radiation it delivers, so the temperature of the Earth determines what kind of radiation it puts out to space, which turns out to be infrared, or heat radiation. As mentioned, the amount of heat Earth has to get rid of is entirely determined by the amount it receives from the Sun in the first place minus the portion it immediately reflects back into space. (The reflected portion cannot be included in the portion that is re-radiated because it does not actually heat the Earth. However, this reflected portion is visible from a spacecraft or when standing on the Moon: the Earth is reasonably bright as planets go, mainly because of its clouds and its ice caps and reflects 30% of the light it receives back to space. This proportion, called the albedo of Earth, is less than that reflected by Venus, but more than that of Mars - see the Glossary for more on albedo.).

The kind of infrared radiation given off by the various areas of Earth's surface depends on their temperature, which in turn depends on a number of factors such as the amount of sunlight absorbed and the heat spent in evaporating water. In the desert, after sundown, one can readily sense the high-energy infrared given off by rocks recently warmed by the Sun's rays, but all surfaces radiate heat, whether recently warmed by the Sun or not. Typically, temperatures on the surface of Earth vary somewhere between freezing and 90°F, which roughly defines the broad "spectrum" of infrared radiation emitted upward into the atmosphere.

Now that we have explained the relationship between the radiation emitted by an object and its temperature, we can explain how greenhouse gases warm the Earth. Certain lines within the electromagnetic spectrum, specifically certain wavelengths of infrared radiation, have precisely the right energy to interact with certain molecules present within Earth s atmosphere. When such a special packet of light (called a photon ) interacts with the appropriate molecule, the molecule absorbs the energy, and increases its temperature accordingly. It then re-radiates heat to its surroundings. When measured with an instrument, this absorbed heat forms absorption lines or even absorption bands that are broader than lines and may include several lines. The absorption bands of different greenhouse gases may or may not overlap with each other. When a greenhouse gas is very abundant the absorption lines for which it is active are said to become saturated, that is, most of the available IR will have been absorbed by the molecules of that gas. Adding more of that gas will not absorb more IR in the proportion of the addition. For example, many of carbon dioxide s absorption lines are fairly well saturated. This is the fundamental reason that the 30 percent increase in carbon dioxide since the industrial revolution has not increased the background greenhouse effect by 30 percent. Only a doubling of CO 2 will have a substantial effect, through the amplification caused by water vapor (resulting in a 4 to 6°F increase, according to the best estimates). Another doubling on top of this presumably will have a similar effect, in part through a broadening of the absorption lines affected.


Ultraviolet Radiation and SARS-CoV-2 Coronavirus

Q: Can UVC lamps inactivate the SARS-CoV-2 coronavirus?

A: UVC radiation is a known disinfectant for air, water, and nonporous surfaces. UVC radiation has effectively been used for decades to reduce the spread of bacteria, such as tuberculosis. For this reason, UVC lamps are often called "germicidal" lamps.

UVC radiation has been shown to destroy the outer protein coating of the SARS-Coronavirus, which is a different virus from the current SARS-CoV-2 virus. The destruction ultimately leads to inactivation of the virus. (see Far-UVC light (222 nm) efficiently and safely inactivates airborne human coronaviruses). UVC radiation may also be effective in inactivating the SARS-CoV-2 virus, which is the virus that causes the Coronavirus Disease 2019 (COVID-19). For more information see "Q: Where can I read more about UV radiation and disinfection?". However, currently there is limited published data about the wavelength, dose, and duration of UVC radiation required to inactivate the SARS-CoV-2 virus.

In addition to understanding whether UVC radiation is effective at inactivating a particular virus, there are also limitations to how effective UVC radiation can be at inactivating viruses, generally.

  • Direct exposure: UVC radiation can only inactivate a virus if the virus is directly exposed to the radiation. Therefore, the inactivation of viruses on surfaces may not be effective due to blocking of the UV radiation by soil, such as dust, or other contaminants such as bodily fluids.
  • Dose and duration: Many of the UVC lamps sold for home use are of low dose, so it may take longer exposure to a given surface area to potentially provide effective inactivation of a bacteria or virus.

UVC radiation is commonly used inside air ducts to disinfect the air. This is the safest way to employ UVC radiation because direct UVC exposure to human skin or eyes may cause injuries, and installation of UVC within an air duct is less likely to cause exposure to skin and eyes.

There have been reports of skin and eye burns resulting from improper installation of UVC lamps in rooms that humans can occupy.

Q: Can UVB or UVA radiation inactivate the SARS-CoV-2 coronavirus?

A: UVB and UVA radiation is expected to be less effective than UVC radiation at inactivating the SARS-CoV-2 coronavirus.

  • UVB: There is some evidence that UVB radiation is effective at inactivating other SARS viruses (not SARS-CoV-2). However, it is less effective than UVC at doing so and is more hazardous to humans than UVC radiation because UVB radiation can penetrate deeper into the skin and eye. UVB is known to cause DNA damage and is a risk factor in developing skin cancer and cataracts.
  • UVA: UVA radiation is less hazardous than UVB radiation but is also significantly (approximately 1000 times) less effective than either UVB or UVC radiation at inactivating other SARS viruses. UVA is also implicated in skin aging and risk of skin cancer.

Q: Is it safe to use a UVC lamp for disinfection purposes at home?

A: Consider both the risks of UVC lamps to people and objects and the risk of incomplete inactivation of virus.

Risks: UVC lamps used for disinfection purposes may pose potential health and safety risks depending on the UVC wavelength, dose, and duration of radiation exposure. The risk may increase if the unit is not installed properly or used by untrained individuals.

  • Direct exposure of skin and eyes to UVC radiation from some UVC lamps may cause painful eye injury and burn-like skin reactions. Never look directly at a UVC lamp source, even briefly. If you have experienced an injury associated with using a UVC lamp, we encourage you to report it to the FDA.
  • Some UVC lamps generate ozone. Ozone inhalation can be irritating to the airway.
  • UVC can degrade certain materials, such as plastic, polymers, and dyed textile.
  • Some UVC lamps contain mercury. Because mercury is toxic even in small amounts, extreme caution is needed in cleaning a lamp that has broken and in disposing of the lamp.

Effectiveness: The effectiveness of UVC lamps in inactivating the SARS-CoV-2 virus is unknown because there is limited published data about the wavelength, dose, and duration of UVC radiation required to inactivate the SARS-CoV-2 virus. It is important to recognize that, generally, UVC cannot inactivate a virus or bacterium if it is not directly exposed to UVC. In other words, the virus or bacterium will not be inactivated if it is covered by dust or soil, embedded in porous surface or on the underside of a surface.

To learn more about a specific UVC lamp, you may want to:

  • Ask the manufacturer about the product’s health and safety risks and about the availability of instructions for use/training information.
  • Ask whether the product generates ozone.
  • Ask what kind of material is compatible with UVC disinfection.
  • Ask whether the lamp contains mercury. This information may be helpful if the lamp is damaged and you need to know how to clean up and/or dispose of the lamp.

Q: Are all lamps that produce UVC radiation the same?

Not all UVC lamps are the same. Lamps may emit very specific UVC wavelengths (like 254 nm or 222 nm), or they may emit a broad range of UV wavelengths. Some lamps also emit visible and infrared radiation. The wavelengths emitted by the lamp may affect the lamp’s effectiveness at inactivating a virus and may impact the health and safety risks associated with the lamp. Some lamps emit multiple types of wavelengths. Testing of the lamp can determine whether, and how much, other wavelengths the lamp puts out.

There is some evidence that excimer lamps, with peak wavelength of 222-nm may cause less damage to the skin, eyes, and DNA than the 254 nm wavelength, but long-term safety data is lacking. For more information see "Q: Where can I read more about UV radiation and disinfection?".

Q: What are the different types of lamps that can produce UVC radiation?

Low-pressure mercury lamp: Historically, the most common type of lamp used to produce UVC radiation was the low-pressure mercury lamp, which has its main (>90%) emission at 254 nm. Other wavelengths are also produced by this type of lamp. There are other lamps available that emit a broad range of UV wavelengths, but also emit visible and infrared radiation.

Excimer lamp or Far-UVC lamp: Type of lamp, called an “excimer lamp”, with a peak emission of around 222 nm.

Pulsed xenon lamps: These lamps, which emit a short pulse of broad spectrum (including UV, visible and infrared) light have been filtered to emit mainly UVC radiation and are sometimes employed in hospital settings to treat environmental surfaces in operating rooms or other spaces. These are normally employed when no humans are occupying the space.

Light-emitting diodes (LEDs): Light-emitting diodes (LEDs) that produce UV radiation are also becoming more commonly available. Typically, LEDs emit a very narrow wavelength band of radiation. Currently available UV LEDs have peak wavelengths at 265 nm, 273 nm, and 280 nm, among others. One advantage of LEDs over low-pressure mercury lamps is that they contain no mercury. However, the small surface area and higher directionality of LEDs may make them less effective for germicidal applications.

Q: Where can I read more about UV radiation and disinfection?

A: For general information about UV radiation, see Ultraviolet (UV) Radiation.

For more technical details, see these reports and publications:

    (International Commission on Illumination: CIE 155:2003) (Illuminating Engineering Society Committee Report: IES CR-2-20-V1) (Radiation Research: 187(4) 483–491) (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection: ICNIRP) (Photodermatology Photoimmunology Photomedicine: 31 159–166) (Scientific Reports: 10 10285)

For questions about this page, contact 1-888-INFO-FDA or the Office of Health Technology 7: Office of In Vitro Diagnostics and Radiological Health (OIR)/Division of Radiological Health (DRH) at [email protected]


Radiation: Ultraviolet (UV) radiation

Everyone is exposed to UV radiation from the sun and an increasing number of people are exposed to artificial sources used in industry, commerce and recreation. The sun is by far the strongest source of ultraviolet radiation in our environment. Solar emissions include visible light, heat and ultraviolet (UV) radiation. Just as visible light consists of different colours that become apparent in a rainbow, the UV radiation spectrum is divided into three regions called UVA, UVB and UVC. As sunlight passes through the atmosphere, all UVC and most UVB is absorbed by ozone, water vapour, oxygen and carbon dioxide. UVA is not filtered as significantly by the atmosphere.

Ozone is a particularly effective absorber of UV radiation. As the ozone layer gets thinner, the protective filter activity of the atmosphere is progressively reduced. Consequently, the people and the environment are exposed to higher levels of UV radiation, especially UVB.

Ozone depletion is caused by human-made chemicals released into the atmosphere and will continue until the use of chlorine and bromine compounds is drastically reduced. International agreements, in particular the Montreal Protocol, are gradually succeeding in phasing out the production of ozone-depleting substances. However, the long life span of the chemicals already released will cause ozone depletion problems to persist for many years to come. A full recovery of the ozone level is not expected until 2050.

The incidence of different types of skin cancer has been growing dramatically over the past decades. Some people claim that this is due to ozone depletion and enhanced levels of UV. However, most evidence now suggests that the major cause for the increased cancer rates is altered behaviour rather than ozone depletion. More outdoor activities and altered sunbathing habits often result in excessive UV exposure. Raised awareness and changes in life-style are urgently needed to alter ongoing trends.

The three types of UV radiation are classified according to their wavelength. They differ in their biological activity and the extent to which they can penetrate the skin. The shorter the wavelength, the more harmful the UV radiation. However, shorter wavelength UV radiation is less able to penetrate the skin.

The UV region covers the wavelength range 100-400 nm and is divided into three bands:

Short-wavelength UVC is the most damaging type of UV radiation. However, it is completely filtered by the atmosphere and does not reach the earth's surface.

Medium-wavelength UVB is very biologically active but cannot penetrate beyond the superficial skin layers. It is responsible for delayed tanning and burning in addition to these short-term effects it enhances skin ageing and significantly promotes the development of skin cancer. Most solar UVB is filtered by the atmosphere.

The relatively long-wavelength UVA accounts for approximately 95 per cent of the UV radiation reaching the Earth's surface. It can penetrate into the deeper layers of the skin and is responsible for the immediate tanning effect. Furthermore, it also contributes to skin ageing and wrinkling. For a long time it was thought that UVA could not cause any lasting damage. Recent studies strongly suggest that it may also enhance the development of skin cancers.

UV levels vary mainly with the height of the sun in the sky and in mid-latitudes are highest during the summer months during the 4-hour period around solar noon. During these times the sun's rays take the most direct path to earth. In contrast, during early morning or late afternoon hours the sun's rays pass at a greater angle through the atmosphere. Much more UV radiation is absorbed and less reaches the Earth.

UV levels are higher closer to the equator. Closer to the equator the sun's rays have a shorter distance to travel through the atmosphere and therefore less of the harmful UV radiation can be absorbed.

With increasing altitude less atmosphere is available to absorb UV radiation. With every 1000 m in altitude, UV levels increase by approximately 10 per cent.

Be careful not to underestimate the amount of UV radiation passing through clouds.

Many surfaces reflect UV radiation and add to the overall UV levels you experience. While grass, soil or water reflect less than 10 per cent of incident UV radiation, sand reflects about 15 per cent, and sea foam about 25 per cent. Fresh snow is a particularly good reflector and almost doubles a person's UV exposure. Recurring incidences of snow blindness or photokeratitis in skiers emphasize that UV protective measures must take ground reflection into account.

UV levels are highest under cloudless skies, and cloud cover generally reduces a person's exposure. However, light or thin clouds have little effect and may even enhance UV levels because of scattering. Don't be fooled by an overcast day or a cool breeze! Even a long stay in open shade, for example between buildings, may give a sensitive person a sunburn on a day with high UV levels.

Ozone absorbs some of the UV radiation that would otherwise reach the Earth&rsquos surface. Ozone levels vary over the year and even across the day.


Why does our visible range not include infrared or UV radiation? - Biology

Wavelength Regions of Electromagnetic Spectrum used in Remote Sensing

Electromagnetic radiation reveals its presence by the observable effects it produces when it interacts with matter. The sun radiates electro-magnetic energy with a peak wavelength of 0.5 μm. Remote sensing data obtained in the visible and reflective infrared regions mainly depends on the reflectance of objects on the ground surface. Therefore, information about objects can be obtained from the spectral reflectance. Optical remote sensing devices operate in the visible, near infrared, middle infrared and short wave infrared portion of the electromagnetic spectrum. These devices are sensitive to the wavelengths ranging from 300 nm to 3000 nm. Most sensors record the EMR in this range, e.g., bands of IRS P6 LISS IV sensor are in optical range of EMR.

The electromagnetic spectrum ranges from the very short wavelengths of the gamma-ray region (measured in fractions of nanometers) to the long wavelengths of the radio region (measured in hundreds of meters). This is divided on the basis of wavelength into regions that are described in Table 1. Fig 1 shows the various regions. It may be noticed that the visible region (0.4 to 0.7 m wavelengths) occupies only a small portion of the spectrum. Energy reflected from the earth during daytime may be recorded as a function of wavelength. The maximum amount of energy is reflected at 0.5 m wavelength, which corresponds to the green band of the visible region, and is called the reflected energy peak. The earth also radiates energy both day and night, with the maximum energy radiating at 9.7 m wavelength. Cette radiant energy peak occurs in the thermal band of the IR region.

Fig 1. Wavelength regions of the electromagnetic spectrum.

The earth's atmosphere absorbs energy at less than 0.3 m, which includes the entire γ -ray and X-ray regions and part of the UV region . These regions of the electromagnetic spectrum are therefore not used for remote sensing. However, some earth surface materials fluoresce or emit visible light when illuminated by longer wave UV radiation. Wavelength regions used for remote sensing therefore include the visible & near infrared, reflected infrared, thermal infrared and microwave regions.

The Ultraviolet Spectrum:

Ultraviolet radiation can be split into the shorter wavelength far ultraviolet and the longer wavelength near ultraviolet (the boundary between the two being at approximately 200nm). The extreme ultraviolet range overlaps with the far ultraviolet at wavelengths of between 1 and 100 nm). Ultraviolet radiation is absorbed by Ozone at an altitude of between 20 and 40 km.

Part of the electromagnetic spectrum that our eyes can detect is the visible spectrum . Notice how small the visible portion is relative to the rest of the spectrum. There is a lot of radiation around us which is "invisible" to our eyes, but can be detected and measured by sensors and used to our advantage. The visible wavelengths cover a range from approximately 0.4 to 0.7 m. The longest visible wavelength is red and the shortest is violet. Common wavelengths of what we perceive as particular colours from the visible portion of the spectrum are listed below. The visible spectrum includes the reflected energy peak of the earth at 0.5 m, and can be used for imaging with film and photodetectors.

Bleu , vert , et rouge sont les primaire couleurs or wavelengths of the visible spectrum. They are defined as such because no single primary colour can be created from the other two, but all other colours can be formed by combining blue, green, and red in various proportions.

Another portion of the electromagnetic spectrum which is of interest in remote sensing is the infrared (IR) region. It covers the wavelength range from approximately 0.7 m to 100 m - more than 100 times as wide as the visible portion! I nteraction with matter varies with wavelength. Atmospheric transmission windows are separated by absorption bands. The infrared region can be divided into two categories based on their radiation properties - the reflected IR , and the emitted or thermal IR . Radiation in the reflected IR region covers wavelengths from approximately 0.7 m to 3.0 m, and is used for remote sensing purposes in ways very similar to radiation in the visible portion. (The region from 0.7 to 0.9 m is detectable with film and is called the photographic IR band) . The thermal IR region, covring a range of 3.0 m to 100 m is quite different than the visible and reflected IR portions, as this energy is essentially the radiation that is emitted from the Earth's surface in the form of heat. Principal atmospheric windows occur in the thermal region. Images at these wavelengths are acquired by optical-mechanical scanners and special vidicon systems but not by film.

The portion of the spectrum of more recent interest to remote sensing is the microwave region from about 1 mm to 1 m. This covers the longest wavelengths used for remote sensing. The shorter wavelengths have properties similar to the thermal infrared region while the longer wavelengths approach the wavelengths used for radio broadcasts. This portion of the electromagnetic spectrum is used for active remote sensing. Radar images are acquired at various wavelength bands. Longer wavelengths can penetrate clouds, fog, and rain. Images may be acquired in the active or passive mode.

Longest wavelength portion of electromagnetic spectrum - the radio waves - having wavelengths from 1 m to 100 km are mot used for remote sensing, except for some classified radars with very long wavelength which operate in this region.


Emplacement

Having equipment located in a separate room, alcove, or low-traffic area of a lab is ideal. To help prevent exposure to other employees, avoid placing equipment in the direct vicinity of desk areas or other equipment.

Enclosure

The use of light-tight cabinets and enclosures is the preferred means of preventing exposure. Where it is not practicable to fully enclose the UV source, use screens, shields, and barriers. Covers or partial enclosures must not be removed when the equipment is in use. If they are discolored, degraded, or damaged in any way, they should be replaced.

Interlocks

Some equipment comes with interlock devices. Interlocks must not be tampered with. They should be replaced or repaired when defective.


Scientists Say: Infrared

This is an image of a person taken with an infrared camera. It indicates where the person’s skin is warmer (red and orange) and cooler (green and blue).

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Infrarouge (noun, “IN-frah-red”)

This is a category of light ranging in longer wavelengths from about 800 nanometers to one millimeter (that’s 0.00003 to 0.04 inch). Radiation, including visible light, comes in waves of different lengths. Some of those lengths — including infrared — are too long for our eyes to perceive them. Infrared light gets its name from the fact that these wavelengths are a bit longer than what we see as the color red. Though people cannot see infrared light, some snakes, mosquitoes and other animals can.

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Everything emits a tiny bit of light. It’s not visible to the human eye because it is in the infrared spectrum. But the type and amount of light emitted changes with temperature. So animals or technologies that can perceive infrared can also see how hot or cold something is. Scientists can learn a lot about objects by sensing their temperature. For example, infrared cameras can help scientists understand what faraway planets are made of.

In a sentence

An infrared camera could help detect hidden weapons.

Check out the full list of Scientists Say ici.

Editor’s note: This post was updated on September 11, 2018 at 9:35 AM EST to correct the conversion from nanometers and millimeters to inches.

Mots de pouvoir

infrarouge A type of electromagnetic radiation invisible to the human eye. The name incorporates a Latin term and means &ldquobelow red.&rdquo Infrared light has wavelengths longer than those visible to humans. Other invisible wavelengths include X-rays, radio waves and microwaves. Infrared light tends to record the heat signature of an object or environment.

planète A celestial object that orbits a star, is big enough for gravity to have squashed it into a roundish ball and has cleared other objects out of the way in its orbital neighborhood. To accomplish the third feat, the object must be big enough to have pulled neighboring objects into the planet itself or to have slung them around the planet and off into outer space. Astronomers of the International Astronomical Union (IAU) created this three-part scientific definition of a planet in August 2006 to determine Pluto&rsquos status. Based on that definition, IAU ruled that Pluto did not qualify. The solar system now includes eight planets: Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune.

radiation (in physics) One of the three major ways that energy is transferred. (The other two are conduction and convection.) In radiation, electromagnetic waves carry energy from one place to another. Unlike conduction and convection, which need material to help transfer the energy, radiation can transfer energy across empty space.

gamme L'étendue ou la distribution complète de quelque chose. For instance, a plant or animal&rsquos range is the area over which it naturally exists. (in math or for measurements) The extent to which variation in values is possible. Aussi, la distance à laquelle quelque chose peut être atteint ou perçu.

vague A disturbance or variation that travels through space and matter in a regular, oscillating fashion.

wavelength The distance between one peak and the next in a series of waves, or the distance between one trough and the next. Visible light &mdash which, like all electromagnetic radiation, travels in waves &mdash includes wavelengths between about 380 nanometers (violet) and about 740 nanometers (red). Radiation with wavelengths shorter than visible light includes gamma rays, X-rays and ultraviolet light. Longer-wavelength radiation includes infrared light, microwaves and radio waves.

À propos de Bethany Brookshire

Bethany Brookshire était une rédactrice de longue date à Actualités scientifiques pour les étudiants. Elle a un doctorat. en physiologie et pharmacologie et aime écrire sur les neurosciences, la biologie, le climat et plus encore. Elle pense que les Porgs sont une espèce envahissante.

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