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자외선
자외선(ultraviolet, UV, 紫外線) 혹은 넘보라살은 전자기파 스펙트럼에서 보라색 띠에 인접한 사람의 육안에는 보이지 않는 영역으로 10nm에서 400nm의 파장을 가지며 주파수는 750THz~30PHz이다. 자외선의 파장은 가시광선보다 짧고 X선보다는 길다. 자외선은 햇빛에서 나오며 아크방전, 수은등, 태닝등, 블랙라이트와 같은 장치로 만들어 낼 수 있다.[1][2][3][4]
목차
개요[편집]
자외선은 사람이 볼 수 있는 빛 중 가장 파장이 짧은 보라색(자색)의 바깥에 위치해 있기 때문에 명명되었다. 자외선은 일부 곤충이나 새가 볼 수 있지만 사람은 일반적으로 자외선을 볼 수 없다. 사람의 수정체가 약 300nm~400nm 부분을 보며 각막이 그보다 짧은 영역을 흡수한다. 그래서 각막이 벗겨진 환자 혹은 백내장 수술 등으로 수정체를 적출하거나 해서 수정체가 없는 사람은 그만큼의 자외선을 볼 수 있다. 단색으로 보이는 꽃을 자외선으로 촬영해 보면 꽃의 중앙에 새로운 무늬가 나타나는 종류가 많은데 곤충을 유인해 꿀을 제공하고 수분을 원활하게 하려는 것이다. 배추흰나비 같은 곤충은 사람이 볼 때는 암수가 똑같이 흰색이지만 자외선으로 찍어 보면 수컷은 검게 암컷은 희게 보인다. 또한 조류와 어류 중에도 자외선을 볼 수 있는 것들이 많으며 포유류 중에도 고슴도치 등이 있다.
자외선은 일반적으로 에너지가 높아 화학작용을 할 수 있어 화학선이라고도 부른다. 흔히 자외선램프를 켜면 보이는 보랏빛 조명을 자외선이라고 생각하는 경우가 있는데 앞에도 나와있듯이 자외선은 사람의 눈으로는 볼 수 없다. 자외선램프에서는 자외선만 나오는 것이 아니며 그 중에서 보라색 가시광선이 우리 눈에 보이는 것이다. 마찬가지로 찜질방 등에서 사용하는 적외선등에서 보이는 새빨간 빛은 그냥 붉은색 가시광선이다. 지구의 대기가 태양으로부터 오는 자외선을 막아주지 않는다면 땅 위의 생물들은 자외선에 심각한 피해를 입을 것이다. 파장대가 121nm보다 작아 에너지가 더 높은 파장대의 자외선은 공기 중의 공기를 이온화시켜버려서 땅에 닿기 전에 공기에 흡수된다. 자외선은 인간을 포함한 대부분의 척추동물이 비타민D를 합성할 수 있게 해주는 중요한 요소이다. 자외선에 장시간 노출되면 검버섯, 주근깨, 일광화상 등이 생길 수 있으며 이것이 심해질 경우 피부암의 위험이 있다. 따라서 자외선은 인간에게 이익과 불이익을 동시에 준다고 볼 수 있다. 충분히 에너지가 높은 전자기파는 생체 조직을 파괴시킬 수 있기때문에 작은 미생물들을 파괴시킬 수 있기때문에 자외선은 일상에서 소독기 등으로 이용되며 과학자들은 지구의 초기에 대기가 자외선을 막아주지 못했을 때에 지상에는 생물이 살 수 없어 바다에서 최초의 생물인 원시 어류가 생겨났으리라고 추측한다.
종류[편집]
이름 축약 파장(nm) 광자 에너지 (eV, aJ) 참고/가명 자외선 A UVA 315–400 3.10–3.94, 0.497–0.631 장파장, 블랙라이트, 오존층에 흡수 안 됨 자외선 B UVB 280–315 3.94–4.43, 0.631–0.710 중파장, 대부분 오존층에 흡수됨 자외선 C UVC 100–280 4.43–12.4, 0.710–1.987 단파장, 살균, 오존층과 대기에 완전히 흡수됨 근자외선 NUV 300–400 3.10–4.13, 0.497–0.662 새, 곤충, 물고기가 볼 수 있음 중자외선 MUV 200–300 4.13–6.20, 0.662–0.993 원자외선 FUV 122–200 6.20–12.4, 0.993–1.987 수소 라이먼 알파선 H Lyman-α 121–122 10.16–10.25, 1.628–1.642 121.6 nm의 스펙트럼선, 10.20 eV. 진공 자외선 VUV 10–200 6.20–124, 0.993–19.867 대기 산소에 강력하게 흡수되지만 150–200 nm의 파장은 질소를 통해 전파될 수 있음 극자외선 EUV 10–121 12.4–124, 1.99–19.87 대기에 완전히 흡수됨
파장[편집]
역사[편집]
자외선은 1801년 독일의 물리학자 요한 빌헬름 리터가 가시 스펙트럼의 반대편의 보라색 보다 짧은 스펙트럼 빛을 관찰하면서 발견되었다. 그는 빛에 반응하는 염화은을 바른 종이를 이용하여 보라색의 외부의 눈에 보이지 않은 빛을 발견했다. 200 나노미터 미만의 자외선은 진공 자외선이라고 하는데 그 까닭은 공기에 강력하게 흡수되는 성향 때문으로 독일의 물리학자 빅토르 슈만이 1893년 이 용어를 만들어냈다.
자외선 지수[편집]
단계 지수 대책 낮음 ~2 안전. 따로 대비하지않아도 무방 보통 3~5 모자, 선글라스 사용 권장 높음 6~7 1-2시간에 피부화상. 긴소매옷과 양산, 자외선 차단제 권장 매우 높음 8~10 1시간 내로 피부화상. 한낮에는 외출자제 권장 위험 11+ 수십 분 정도로 피부화상. 가능한 한 실내활동.
자외선의 이점[편집]
자외선은 인간을 포함한 대부분의 척추동물이 비타민D를 합성할 수 있게 해주는 중요한 요소이다. 식품에 있는 비타민D는 주로 대부분 생선들에 몰려있고 나머지 식품군에서는 극히 소량만 함유되어 있어 식품의 섭취만으로는 인체의 비타민D의 합성과 흡수를 도와주기는 부족하고 충분한 영양섭취가 있다고 하더라도 자외선에 노출되는 빈도가 적은 사무직 근로자나 광부 등 직종 군에서 비타민D 결핍증이 꽤 많이 발견되어 관련 질병에 시달리는 경우가 많다. 단순히 비타민D 하나의 흡수에만 영향력을 끼치는 것이 아니라 비타민D 하나에 여러 질병의 예방이나 발병이 관련되어 있다. 예를 들면 비타민D가 칼슘 흡수를 돕기 때문에 이로 인한 골다공증 예방할 수 있고 이외에도 심장병, 다발성경화증, 파킨슨병 등의 예방, 그 외에도 감기, 독감, 천식, 만성폐쇄성 폐질환 등의 발병을 줄일 수 있다. 때문에 비타민D의 흡수와 합성에 관련해서는 자외선은 꽤 긍정적인 기능을 수행하고 있다. 그런데 이것만으로 건강상의 유해 유무를 판별하며 구분하기가 매우 애매한 것이 장시간 햇볕에 노출되는 것은 피부암의 원인이기 때문이다. 적정한 양의 자외선을 접하는 것이 어느 정도인지 정확하게 가늠하기가 매우 어렵고 반드시 유해하다고 하기도 힘들고 반대로 건강에 반드시 유익하다고만 하기도 애매한 점이 있다. 차라리 비타민제 한 알이면 쉽고 안전하게 비타민을 해결할 수 있다. 자외선에 노출될 경우 갈색 지방이 활성화되어 지방을 태워 체중조절에 도움을 준다는 소문이 있으나 근거가 있는 것은 아니다. 생체 시계의 리듬이 올바로 맞춰져 불면증을 예방한다거나 뇌에서 세로토닌 호르몬의 분비를 촉진시켜 우울증을 예방하는 효과가 있다는 것은 햇빛의 장점이지 자외선이 아니다.
자외선의 유해성[편집]
자외선은 주로 피부와 눈에 해로운 영향을 미친다. 햇빛에 포함된 자외선을 비롯한 모든 자외선은 발암 유발원이다. 국제 암 연구기관인 IARC는 모든 종류의 자외선의 발암 등급을 1등급, 즉 암 유발이 확인된 등급으로 분류하고 있다. DNA의 염기들은 원래 아데닌과 티민, 시토신과 구아닌끼리 수소결합하여 이중나선을 만든다. 자외선은 적외선과 가시광선에 비해 매우 강한 에너지를 가지고 있어서 세포의 DNA 사슬을 끊기에 충분하기 때문에 세포의 DNA 염기 사슬을 끊고 인접한 티민 혹은 시토신끼리 결합하게 만든다. 이런 식으로 끊어지거나 이상하게 결합한 DNA 사슬들은 대부분 신체의 여러 교정 기작에 의해 복구가 되지만 자외선에 지속적으로 노출이 되어 인체의 복구 한도를 넘어설 정도로 변형이 누적되면 돌이킬 수 없는 돌연변이를 일으켜 암세포가 발생할 수 있다. 발암성 외에도 자외선은 피부와 눈, 면역체계에 손상을 입히며 피부 노화를 일으킨다. 시중에는 피부의 노화를 막는다고 선전하는 각종 기능성 화장품들이 나와있지만 피부과 의사들과 학계가 일반적으로 인정하는 피부 노화를 방지하는 화장품은 선크림 종류뿐이다. 그리고 햇빛에 많이 포함된 UV-B는 특히 화상을 일으킨다. 자외선 살균에 쓰이는 UV-C는 에너지가 커서 UV-A나 UV-B보다 더 해롭다. 그리고 과거에는 별로 해롭지 않다고 알려진 UV-A 또한 높은 에너지를 가지고 있어서 활성 산소를 통한 DNA 손상이 가능한 것으로 밝혀졌다. 햇빛을 받았을 때 피부가 타는 것은 유해 물질로부터 피부를 보호하기 위해 일어나는 현상이라고 보면 된다. 피부 노화, 피부 손상 같은 건강상의 피해 외에도 주근깨나 점을 만드는 등 미용적으로도 자외선은 해를 끼친다.
강한 자외선은 눈에도 치명적이다. 이는 전기 용접이 일으키는 눈의 증상을 통해 잘 알려진 사실이다. 자외선은 각막, 수정체, 망막 모두에 손상을 입힐 수 있고, 백내장, 황반변성, 익상편 등 각종 위험한 안구 질환을 유발할 수 있다. 따라서 자외선이 강한 환경에서는 적절한 보호 고글을 써서 눈을 보호해야 한다. 전기 용접을 할 때는 말할 것도 없고 자외선을 많이 쬐게 되는 고산지대를 등반할 때도 보호 고글을 써야 한다. 그 외의 각종 야외활동은 물론이고 장거리 운전 시에도 쓰는 것이 좋다. 운전기사나 사막 지역의 군인들이 멋으로 선글라스를 쓰는 것이 절대 아니다. 예전에는 자외선은 비타민D의 합성을 돕기 때문에 햇빛을 충분히 쬐는 것이 권장된다는 말이 돌기도 했으나 사실은 건강에 해로운 일이다. 비타민은 건강한 식생활로 충분히 해결할 수 있다. 특히 고등어, 꽁치 등 등푸른 생선에 비타민D가 많이 함유되어 있다. 간유 한 숟가락에는 미국 1일 권장량의 2배가 들어있는 등 비타민D의 흡수는 건전한 식단의 음식물 섭취로 해결할 수 있는 것이기도 하다. 그 밖에도 자외선은 염료나 잉크를 파괴해서 인쇄물의 색이 바래지게 한다. 길을 걷다 보면 건물 외벽에 붙은 포스터가 햇빛을 받아 색이 바래진 것을 볼 수 있는데 이것이 자외선 때문이다. 특히 빨간색이 더 잘 바래지는데 강조한다고 빨간색으로 써놓으면 나중에는 그것만 안 보인다. 햇빛보다는 약하지만 형광등에서도 자외선이 방출되므로 실내에서도 색이 바랠 수 있다. 편의점에 있는 음료 진열용 냉장고를 보면 문짝마다 좌우로 형광등이 설치되어 있는데 형광등에 가까이 놓인 가격표일수록 유독 색이 바래지는 경우가 많다. 그리고 많은 종류의 폴리머들을 약하게 만드는데 특히 폴리에틸렌이나 아라미드(케블라의 소재) 등이 자외선에 의해 쉽게 상한다. 플라스틱으로 만든 싸구려 형광등을 오래 사용하다가 형광등을 갈려고 보면 플라스틱이 가루처럼 부스러져 있는 경우가 있다.
자외선 차단제[편집]
최근에는 각종 노화와 주름의 주범으로 여겨져 남녀노소 자외선 차단제가 권장되고 있다. 오존층이 얇고 햇빛이 강렬한 호주는 피부암 발병률이 세계에서 가장 높은데 주요 원인으로 자외선이 꼽힌다. 햇빛이 가장 강한 시간에 유아들의 야외 수업이 금지되고 모자와 선크림이 등교 준비물이 되었을 정도다. 갈색으로 태닝된 피부를 건강함의 상징으로 선호하는 외국인들이 바닷가나 휴양지에서 하루 종일 선탠을 하곤 하는데 이들의 자외선 사진을 찍어보면 심각할 정도로 피부 손상이 진행된 것을 알 수 있다. 이는 일부 백인들이 빠르게 노화되는 이유 중 하나이다. 멜라닌 정도에 따라서 자외선 저항력이 다르다곤 하지만 어떤 인종이라도 자외선을 너무 많이 쬐면 안 좋기는 마찬가지다. 주름 등 피부 손상은 한번 입으면 다시 원상태로 복원하기 매우 어렵기 때문에 자외선이 강한 날이나 휴양지(바닷가, 스키장)에서는 꼬박꼬박 차단제를 챙겨 바르자. 특히 설원 등에 반사된 강한 자외선은 시력에도 영향을 주기 때문에(설맹 등) 선글라스나 고글도 꼭 써주자 제대로 UV 코팅이 된 선글라스는 훌륭한 패션 아이템일 뿐만 아니라 당신의 눈을 지켜줄 것이다. 자외선 차단제가 함유된 립밤 역시 얼굴에서 가장 부드러운 조직인 입술을 지켜줄 것이다.
활용[편집]
- 자외선의 용도는 매우 다양하다. 벌레를 유인하는 등에 쓰이고 식기나 기타 살균이 필요한 기구를 살균하는 데 사용되기도 한다. 식수 소독에도 자외선이 사용될 수 있다. 자외선을 비출 때만 보이는 특수 염료로 비밀 표식을 만들고 자외선으로 그것을 확인하는 보안 용도로 쓰이기도 한다. 주민등록증, 운전면허증, 여권 등 정부에서 발행하는 신분증에는 자외선을 비추면 무늬가 나타나는 특수 코팅이 되어 있다. 고액권 지폐나 우표, 상품권에도 UV 섬유가 들어있기도 하다. 범죄 현장에서 체액을 찾아내는데도 사용되기도 한다. 전자 분야에서 EPROM이라는 지울 수 있는 ROM의 내용물을 지울 때도 자외선이 사용된다. 미용을 위한 선탠에 사용되며 파충류를 키울 때 비춰주기 위해 따로 자외선 형광등을 달아주기도 한다. 또한 젤네일의 경화에도 사용된다.
- 과학적으로는 자외선-가시광선 분광계(UV-Vis)에서 광원으로 쓰인다. 분자에 자외선이나 가시광선 영역의 빛을 쪼이면 분자 내의 전자가 들떴다가 바닥상태로 돌아오면서 에너지 차이만큼 빛을 내어놓는다. 이 빛이 자외선과 가시광선 영역에 걸쳐 있는 경우가 매우 많기 때문에 자외선과 가시광선을 쪼여서 어떤 종류의 물질이 얼마나 많이 들어있는지를 알 수 있다. 보통 UV-Vis에서는 자외선을 얻기 위해 중수소 아크 램프나 제논 아크 램프를 쓴다.
- UV Glue라는 것도 있는데 투명한 본드 같아서 원하는 곳에 바르고 레진같이 자외선(보통 365nm)을 쬐어주면 굳는다. 얇게 나오는 최신 휴대폰의 유리만 갈 때 접착제로 쓰이며, 최근에는 다용도 접착제로 간간이 홈쇼핑 광고에도 올라온다. UV 잉크 인쇄에도 쓰인다.
의료용 자외선[편집]
건선, 백반증, 아토피 등을 치료할 때 쓰인다. 피부과에 가면 앉아서 쬐는 기계와 옷 벗고 들어가 전신에 쬐는 기계가 있고 필립스사의 narrow band - UVB 램프가 장착되어 있다. 고출력이기 때문에 보통 얼굴과 성기는 가리고 치료하며 전문의가 지시한 대로의 치료시간을 지켜야 한다. 물론 이것도 의사마다 기준이 다르기에 환자 본인이 의사와 잘 상의해야 한다. 너무 적게 쬐면 치료 효과가 없고 너무 오래 쬐면 화상을 입는다. 1주일에 1~2회 정도 치료받는데 피부가 화상을 입지 않고 자외선에 적응하도록 하기 위해 점점 시간을 늘려가며 쬔다. 보통은 그냥 쬐지만 환부에 오일을 바르기도 하는 듯하다. 처음부터 장시간 쬐면 마치 해변가에서 종일 일광욕한 듯한 화상을 입게 되는데, 이것이 치료기 안에서는 단 몇십 초의 차이이므로 자연광에 비하면 상당한 고출력임을 알 수 있다.
각주[편집]
참고자료[편집]
- 〈자외선〉, 《위키백과》
- 〈자외선〉, 《나무위키》
- 〈자외선〉, 《네이버 지식백과》
- "Ultraviolet", Wikipedia
같이 보기[편집]
