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ultraviolétto

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Lessico

agg. e sm. [ultra-+violetto]. Radiazioneelettromagnetica di lunghezza d'onda compresa fra 400 e 4 nm.

Fisica

Non percepibili dall'occhio umano, i raggiultravioletti furono scoperti nella porzione al di là dello spettro visibile nella zona delle lunghezze d'onda più corte, cioè oltre il violetto. Furono osservati per la prima volta da J.W. Ritter e da W.H. Wollaston tra il 1901 e il 1902, ma la loro azione sull'emulsione fotografica fu verificata solo 40 anni dopo da H. Becquerel. Il limite inferiore delle lunghezze d'onda, posto inizialmente a 200 nm, fu poi abbassato prima a 120 nm da Schumann, poi a 60 da T. Lyman e a 13, 6 da R.A. Millikan. Successivamente furono osservate righe di emissione nell'ultravioletto anche a 2,8 e 2,1 nm, ma in realtà si passa senza soluzione di continuità dalla banda dei raggi ultravioletti più energetici a quella dei raggi X di maggiore lunghezza d'onda. Poiché le due radiazioni possono distinguersi per il modo di produzione, risulta anche che le due bande di lunghezza d'onda si sovrappongono parzialmente. In base alla lunghezza d'onda, le radiazioni ultraviolette si possono classificare in vicino (tra 380 e 200 nm), lontano (tra 200 e 10 nm) e estremo (meno di 10 nm). Le sorgenti principali di radiazioni ultraviolette sono il Sole, le lampade a vapori di mercurio e in generale i tubi a scarica nei gas. Inoltre possono essere emesse radiazioni ultraviolette per luminescenza (fluorescenza e fosforescenza) eccitando determinate sostanze con radiazioni di minore lunghezza d'onda, come raggi X. Le radiazioni ultraviolette sono fortemente assorbite dall'atmosfera, in misura crescente con il diminuire della lunghezza d'onda. Lo spettro ultravioletto è dovuto per la massima parte a transizioni elettroniche; lo spettro di emissione viene ottenuto introducendo, per esempio, un metallo nella fiamma di un becco a gas, o in un arco voltaico; nel primo caso lo spettro è relativamente semplice, nel secondo caso assai più complesso. Lo spettro di assorbimento, ottenibile facendo attraversare una soluzione della sostanza in esame da radiazioni di adatta lunghezza d'onda, è molto importante per le analisi chimiche, perché, per le molecole dei composti organici, si ha assorbimento solo per gli elettroni di legami doppi o tripli, la cui presenza viene così messa in luce. L'occhio umano non è sensibile alle radiazioni ultraviolette, ma la loro osservazione può essere effettuata con uno schermo di materiale luminescente, la cui luminescenza è eccitata dalle radiazioni ultraviolette. La rivelazione degli ultravioletti si basa sul fatto che, fino a lunghezza d'onda di 230 nm, le radiazioni impressionano la lastra fotografica. Per lunghezze d'onda superiori si può ricorrere a speciali emulsioni, oppure interporre, come s'è detto, uno schermo fluorescente.

Applicazioni scientifiche ed effetti biologici

Le applicazioni scientifiche dell'ultravioletto comprendono l'analisi dei minerali per fluorescenza, la microfotografia per uso metallografico, l'analisi chimica. Le applicazioni industriali comprendono la localizzazione di difetti superficiali di metalli, mediante inchiostri fluorescenti, la sterilizzazione dell'aria, l'uso delle radiazioni in fotochimica per la loro azione catalizzante, l'analisi chimica qualitativa e quantitativa. Le applicazioni mediche sfruttano l'azione stimolante delle radiazioni sul metabolismo, sull'attività dell'ipofisi, del surrene, della tiroide, del midollo e sulla secrezione gastrica. Gli effetti biologici della radiazione ultravioletta, non considerando le fotoreazioni fisiologiche delle piante (come la fotosintesi clorofilliana), possono suddividersi in fisiologici e patologici. Gli effetti fisiologici consistono in fototattismo e fotoperiodismo. Gli effetti patologici consistono soprattutto in azione mutogena di tipo genetico, il cui massimo corrisponde al picco di assorbimento dell'acido desossiribonucleico, con conseguente effetto sulla struttura cromosomica. Si hanno anche azioni distruttive dirette sulle cellule e azione carcinogena. Le radiazioni ultraviolette possono, infine, essere causa di eritemi e di iperpigmentazione della cute umana, di congiuntivite e di ipercongiuntivite dell'occhio.

Astronomia dell’ultravioletto

Poiché l'atmosfera assorbe la maggior parte della radiazione ultravioletta proveniente dallo spazio esterno, l'osservazione del cielo nell'ultravioletto divenne possibile solo con l'avvento dei razzi. I primi tentativi di fotografare lo spettro ultravioletto del Sole con attrezzature a bordo di palloni aerostatici, effettuati negli anni Venti del Novecento non ebbero successo. Risultati positivi si ebbero solo nel 1946 con una macchina fotografica a bordo di un razzo. L'importanza dell'astronomia dell'ultravioletto è legata in primo luogo al fatto che le stelle più calde e massicce emettono di preferenza la propria energia in questa banda di lunghezze d'onda, eccitando la materia interstellare circostante, il cui studio è, a sua volta, indispensabile per conoscere le condizioni in cui le stelle si sviluppano. Inoltre, numerose righe spettrali relative a elementi chimici di estrema diffusione nell'Universo (idrogeno, elio, ossigeno, carbonio, azoto ecc.) vengono emesse nell'ultravioletto, cosicché l'esame delle loro caratteristiche e proprietà – imprescindibile per la costruzione di un modello della struttura chimica della nostra Galassia e delle altre – non può che venire eseguito in quelle particolari frequenze elettromagnetiche. In generale, le sorgenti emissive nell'ultravioletto risultano situate in intervalli termici che vanno da 104 a 106 K. Come si è detto, la prima osservazione astronomica spaziale in ultravioletto (con obiettivo il Sole) risale al 1946 con il lancio di un razzo a 80 km di quota, al di sopra degli strati assorbenti dell'atmosfera; nel 1955 fu osservata la prima sorgente ultravioletta extrasolare nella costellazione Vela. La spettroscopia in ultravioletto non cominciò che nel 1960. Si sviluppò però velocemente negli anni seguenti grazie all'impiego di adeguati materiali ottici (quarzo, fluoruri di calcio, di litio), al trattamento delle ottiche (alluminatura delle superfici) e all'introduzione di emulsioni fotografiche sensibilizzate. L'adozione della lastra a microcanali consentì poi un vero salto di qualità nell'indagine astronomica in ultravioletto. L'apparato consiste in un mosaico di tubicini di vetro (pochi decimillimetri di sezione) strettamente affiancati e contenuti in una camera a vuoto la cui parete anteriore – quella sulla quale viene fatta cadere l'immagine telescopica – è mantenuta a una differenza di potenziale di alcune migliaia di volt rispetto alla parete posteriore resa fotosensibile con uno strato di fosfori. Ogni fotone incidente sulla faccia anteriore della lastra genera, entro i tubicini, una cascata di elettroni, a sua volta moltiplicata e collimata, dal campo elettrico, in una macchina luminosa sulla faccia trattata al fosforo. Una camera fotografica direttamente affacciata registra l'immagine fosforica; ma tale compito viene egualmente espletato da ricettori CCD a matrice di immagine. In ogni caso, l'ultravioletto celeste al di sotto dei 91 nm è precluso, in quanto assorbito dall'idrogeno interstellare. Nel 1968 venne lanciato dalla NASA l'osservatorio orbitante OAO-2, cui seguì (1973) l'OAO-3 Copernicus. All'ESA, l'Agenzia Spaziale Europea, spetta la posa in orbita del TD-1 (1972), del DB-2 (1975) e dell'IUE(International Ultraviolet Explorer, 1978). Quest'ultimo satellite si è rivelato particolarmente pregevole per continuità di funzionamento e mole di dati raccolti. A esso, nel giugno 1992, è subentrato il satellite EUVE (Extreme UltraViolet Explorer) programmato per l'indagine sulle proprietà emissive da parte delle corone elettroniche delle stelle giganti, delle stelle a brillamenti, delle atmosfere delle nane bianche e di stelle ad attività di tipo solare.Nel 1999 è stato messo in orbita dalla NASA il satellite FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer), specializzato nella spettroscopia ad alta risoluzione per l'ultravioletto lontano.