UVC-C波段紫外線－說明
低壓紫外線UVC燈的演進
許多紫外線範圍的輻射能量的原子, 其最佳的例子就是太陽。在此, 較短波長的紫外線能量, 如UVC, 絕大部份都被如大氣中的臭氧之類的氣體所吸收, 而後只有很少的量抵達地球表面。雖然如此, 仍舊是很難直接在陽光底下發現可見的微生物。由於有這些觀念, 研究者更加了解, 而進一步去生產人造的UVC能量。
Johann Ritter Wilhelm(1776-1810), 一位德國物理學家其致力於電子學的研究工作, 另一位William Hyde Wollaston其獨立研究在氯化銀上光線的影響。他們兩位都發現當氯化銀被放置於紫光中, 它變暗了, 而當此化學物質被放置在超過紫光線的光譜下, 它會更快變暗。因此得到一個結論, 在紫光線之後的不可見的輻射波增強了化學的反應力, 他們兩個人都推論發現了紫外線的能量。
在1870年, 蘇格蘭的物理學家James Clerk Maxwell發展出一套關於電磁輻射的理論, 有一群能量的波長, 其包括輻射波, 微波, 可見光, 紫外線, X射線及伽傌射線。Maxwell建議這些電磁能量全部以光的速度, 波的型式經過太空運行。有些波長比可見光長, 有些波長比可見光短, 如紫外線就是。有色光譜的順序是由紫, 靛, 藍, 綠, 黃, 橙到紅。紫光的波長是最短, 範圍約從3800到4500埃。(一個埃約等於四十億分之一英吋長)波長最長的是紅色光, 範圍從6300到7600埃。波長比紫光短的稱之為紫外線, 波長比紅光長的稱為紅外線。這些對人體不產生感覺, 因此相對於顏色, 我們可參考稱作黑色。
一位丹麥的物理學家Niels Ryberg Finsen(1860-1904), 他首先應用太陽光來處治疾病。他發現特定的皮膚細菌感染源, 當其曝露在陽光底下, 很快地會治癒。他終其一生去實現這個可能性, 他發明了稍後所稱的Finsen治療燈。因為這個燈成功的使用, 而使至今的二十世紀, 全世界的學校, 仍然廣為討論中。
我們可將所有的波長相較於可見光的能量, 就如同一個物體可以被看見是根據有多少的光線(能量)落在它的上面, 或是它本身發出多少光。物體本身釋出多少光源(強度)是決定一個物表面亮度的因素。其他的因素包括發光體表面的傾斜度及表面和光源之間的距離。除了幾個例外, 如光運行在外部, 它的光束散佈含蓋了較大的面積。距離表面非常遠, 或是很大的面積。總之一定的面積上, 距離越遠, 亮度(能量)則大量減低, 完全依據平方反比定律。例如, 距離光源的距離變兩倍, 則亮度變為四分之一, 隨平方成反比。假如距離變三倍, 則表面上亮度減為原來的九分之一, 為三的平方反比。要在較遠距離增加亮度(能量), 要增加光源的強度。光強度是以燭光來計算, 蠟燭釋出的光線。
在一個一呎的距離, 供應一個100蠋光的光源稱之為100呎蠋光。藉著下列的平方反比定律, 相同的光源在兩呎的距離, 亮度只有四分之一, 也就是25呎蠋光。
以這相同的基礎應用在UVC上, 其他有些科學家認為有用處的量測值就是一個光源在一段時間釋出的能量總量。這個總能量被稱做”光流量”, 其單位為”流明”(LUMEN)。理論上一蠋光釋出4流明, 其可被換算成焦耳(仟瓦小時)或是, 一呎蠋光等於每平方呎一流明。用於現今UVC的放射分析光學能量, 光流量的基本單位, 通常較常用瓦特或微瓦特。光學能量基本上是兩個因素的涵數, 一為光子, 另一為波長。輻射量測計(不可見光)及光度計(可見光)這兩種設備被使用來測量光源的強度。因為光的測量包含了很多的變因, 所以是非常困難在一絕對的基礎下精確的定義光量。
在1930年早期, GE及西屋兩間公司非常致力於增加燈源的照度, 而不是去增加其耗電量。其中一種裝置就是現在的日光燈(螢光燈)。在實驗的過程中一直試著將水銀蒸汽的不可見光能量轉換成可見光, 很多的研究員感覺到很不平常, 但出現了非傷害性的輻射型式, 燒傷了他們的皮膚和眼睛。FINSIN在工作中偶然發現在UV光線特定光譜下, 只需要一點點的時間照射到表面, 對微生物產生致命的作用。在隔了十八個月之後, 第一個商業化的UVC燈由西屋公司生產問世了, 並持續成長, 直到1950年, 二次世界大戰更加速其發展到某一程度。
但是直到最近才有科學家開始完整地去了解UV對生命型式的影響以及UVC對微生物的影響。這個離子化的輻射可以造成DNA去氧核醣核酸及細胞質的嚴重破壞, 而使很多的微生物病菌死亡。依據理論, 越小的生命型式, 此輻射的致命效果就越佳。因為其具有殺傷力, 研究者開始發展這種方法將UVC用於食品及其製程上。產生非常好的效果, 而有別於一般食品所用的方法—裝罐。在裝罐的製程中, 紅外線輻射(熱源)被用來殺死有害的微小有機物質—這些會影響食品的保存及造成人體嚴重疾病的。因為UVC輻射的能量對微生物的殺傷力比紅外線輻射更好, UVC的應用可縮短時效性。因此可以不必藉著煮熟食品來達到殺死有害的有機物。水果和蔬菜工廠是首先用這種方法的而目前很多其他種類的食品工廠也陸續使用這種處理程序。
水銀蒸汽燈是一個紫外線”C”波段輻射的良好來源, 利用低壓燈將得到最佳的效益, 在電力的輸入及輸出。而不像其他的燈, 它們一定要用熔融的石英材料製成, 如同一般玻璃能吸附短波紫外線。這些低壓的水銀蒸汽UVC燈是目前被使用在較嚴苛及特定的應用場所, 在此有絕對的必要以確保能連續的殺菌。舉例來說, UVC可以殺死或抑制很多有害有機物質的生命, 有如E. Coli, 肺結核, 及退伍軍人症。當沒有直接接觸時, 波型是無害於人體的, 而相對於製造費用, 它的費用也是很便宜的。現今及舊型紫外線裝置, 是在25-26.7℃之間的溫度時產生最大的輸出, 而使得它們在很多種應用中表現得效果不彰。因為它們在低溫或移動的空氣環境下缺乏基本的熱穩定性以輸出有效的殺菌力。這類的環境就像是HVAC及冷凍儲藏系統, 在一般的操作下, 會大量地降低輸出的能量, 它們巳被使用, 但被消耗掉。因此需要增加很大的數量才能達到效果, 而我們所知的微生物(細菌)污染, 有目前則有另外的殺菌方法被試用, 而我們因費用昂貴,或因傷害人體, 設備及環境而無法有效地加以運用。結果在微生物的繁殖及良好的控制微生物有機體間, 產生了一個很大的差距。
雖然近年來, 針對燈所產生的能量, 包含UVC能量, 巳有新的方法可明顯地改善。目前存在的具大資料庫和最新的知識可成為其橋樑。這將允許一個實際的, 永久的方法來控制HVAC系統的黴菌, 細菌及其副產物和病毒的嚴重問題。它需要集合工程及微生物學的科學。然後需要一個全新的看法去深入許多可能有危害的微生物的應用中。實際上, 在任何停置人, 食物和生化材料的地方, 其經過大部份的系統的循環空氣, 安裝此設備將顯著地減低或消除存在的有機物。這個包含了一般家庭及任何型式的工作場所。或更可推展到汽車, 商業客機, 辦公大樓, 食物及糕餅製程, 水處理, 農田, 畜牧場, 污水處理, 廢棄物及垃圾處理, 感染性廢棄物處理, 以及燒傷病患的高壓氣室。其應用的項目與日俱增。
在辦公大樓, 學校, 醫院中, 循環的室內空氣堆積了大量的微生物, 對人體的健康有極大的危害。曝露在此間的人通常會反應產生很多種不同症狀, 造成很多不同程度的不適應症, 病假缺席, 嚴重的甚至也會造成死亡。而在食品及製藥過程中, 其優點也是非常大的。使用較新的UVC裝置的結果會減少病假缺席, 而可以提高生產力, 提高產品品質。再則可減低生產成本及醫療保險費用。
UVC的使用價值和其對人類的貢獻是可想而知的。早期因缺乏可採信的資訊 , 但經數百年 的研究和應用及己存在幾百萬年的情況下 , UVC的價值已經證實並且是合法的。
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