ULTRAVIOLETTI, RAGGI
ULTRAVIOLETTI, RAGGI
. Se facciamo cadere un pennello di luce solare sopra la faccia di un prisma di cristallo e osserviamo la luce rifratta su uno schermo, vedremo una banda luminosa, di varî colori, i quali si susseguono nell'ordine: rosso, arancione, giallo, verde, azzurro, indaco e violetto,. Tale successione di colori costituisce quello che si chiama lo spettro solare.
Al dilà del violetto e prima del rosso esistono però altre radiazioni, che il nostro occhio non è capace di osservare, queste radiazioni sono chiamate rispettivamente raggi ultravioletti e raggi infrarossi; l'esistenza dei raggi ultravioletti fu mostrata nel 1801 da J.W. Ritter, mentre già un anno prima W. Herschel aveva mostrato l'esistenza dei raggi infrarossi.
La natura delle radiazioni di vario colore, dei raggi ultravioletti e di quelli infrarossi è sempre la medesima; si tratta sempre infatti di onde elettromagnetiche, quali le onde hertziane, i raggi X e le radiazioni gamma. Ciò che varia passando dalle onde hertziane ai raggi infrarossi, alle radiazioni di vario colore (dal rosso al violetto), ai raggi ultravioletti, ai raggi X e alle radiazioni gamma, è soltanto la lunghezza d'onda. Attualmente si riescono a produrre radiazioni elettromagnetiche di tutte le lunghezze d'onda comprese fra alcuni chilometri (onde hertziane dette onde lunghe) e alcune unità X (un'unità X è eguale a 10-11 cm., ossia un centesimo di miliardesimo di cm.).
S'intendono quindi per raggi ultravioletti radiazioni non di una sola lunghezza d'onda, ma radiazioni la cui lunghezza d'onda è compresa tra due limiti estremi. Il limite superiore, che divide i raggi ultravioletti dai violetti, viene automaticamente stabilito dal nostro occhio, il quale è insensibile alle radiazioni di lunghezza d'onda inferiore a 4000 Å (1Å - 1 Ångström = 10-8 cm. = 1 centesimo di milionesimo di centimetro). Naturalmente tale distinzione tra luce violetta e ultravioletta è soggettiva e non corrisponde ad alcuna discontinuità nelle proprietà delle radiazioni elettromagnetiche. Il limite inferiore del campo delle radiazioni ultraviolette divide queste dai raggi X; questo limite non è ben netto e si aggira attorno a qualche centinaio di Ångström. Tutto il campo poi delle radiazioni ultraviolette si suole dividere convenzionalmente in ultravioletto vicino, per radiazioni comprese tra 4000 e 3000 Å, ultravioletto medio, tra 3000 e 2000 Å, e ultravioletto lontano, al disotto dei 2000 Å.
La principale sorgente di luce ultravioletta è il sole; infatti, oltre alle radiazioni visibili, esso emette radiazioni infrarosse e ultraviolette. In generale un corpo solido, portato a un'elevata temperatura, emette uno spettro continuo, ossia radiazioni di tutte le lunghezze d'onda; la distribuzione d'intensità di tali radiazioni dipende dalla temperatura a cui è portato il corpo; in particolare un corpo emette le radiazioni violette e ultraviolette con tanto maggiore intensità quanto più elevata è la sua temperatura. Dato che la temperatura superficiale del sole è di 6000-7000° assoluti, si capisce come delle radiazioni da esso emesse una frazione relativamente grande sia costituita da raggi ultravioletti. Questi però, nel passare attraverso all'atmosfera terrestre, vengono in parte assorbiti, per modo che giungono sulla superficie della terra con intensità ridotta. Così, per esempio, in una giornata perfettamente limpida con il sole allo zenit, le radiazioni ultraviolette di 3800 Å giungono al livello del mare ridotte a meno del 40% dell'intensità che hanno fuori dell'atmosfera, mentre le radiazioni gialle vi giungono ridotte solo al 78%. Infatti l'assorbimento dell'atmosfera terrestre non è uguale per tutte le radiazioni, ma varia al variare della lunghezza d'onda. In montagna le radiazioni utraviolette sono naturalmente più intense che non a livello del mare, poiché l'assorbimento dell'atmosfera è minore, essendo minore lo strato attraversato dalle radiazioni incidenti; così, per esempio, a 2000 m. sul livello del mare l'intensità delle radiazioni di 3800 Å è ridotta a circa il 70%, mentre le radiazioni gialle vengono ridotte a circa il 90%. Tali dati si riferiscono al caso in cui il sole sia allo zenit. Quando il sole non si trovi in tali condizioni, i raggi attraverseranno un maggiore spessore di atmosfera e l'assorbimento sarà di conseguenza maggiore.
Non tutto il campo delle radiazioni ultraviolette è presente nello spettro solare quale si osserva sulla superficie della terra; esso cessa bruscamente a circa 3000 Å; questo fatto sembra dovuto alla presenza dell'ozono negli strati più alti dell'atmosfera terrestre (si ritiene che la formazione di questo ozono sia dovuta all'azione di radiazioni ultraviolette di lunghezza d'onda inferiore ai 2000 Å). L'ozono così formatosi ha una banda di assorbimento poco al di sotto di 3000 Å, esso cioè assorbe le radiazioni la cui lunghezza d'onda sia inferiore ai 3000 Å; questo fatto permetterebbe di spiegare l'improvviso cessare dello spettro solare.
Il sole però non è l'unica sorgente nota di radiazioni ultraviolette; qualunque corpo incandescente, infatti, come si è già accennato, emette anche radiazioni ultraviolette. Così, per esempio, un arco voltaico può servire come sorgente di uno spettro continuo di luce ultravioletta. Un altro modo per procurarsi un tale spettro consiste nel produrre una scarica nell'idrogeno a una pressione dell'ordine di qualche millimetro; in tali condizioni viene emesso un intenso spettro continuo che si estende fino al di sotto di 1900 Å.
Uno spettro continuo nell'ultravioletto è però molto più difficile a procurarsi che non uno spettro di righe. Un arco voltaico tra elettrodi di ferro, anziché di carbone, costituisce un tipico modo per procurarsi uno spettro, quello del ferro, ricchissimo di righe fino all'estremo ultravioletto. Un'altra sorgente di luce ultravioletta particolarmente importante è la lampada a mercurio; questa consiste in un tubo di quarzo evacuato nel quale scocca un arco fra due pozzetti contenenti mercurio. La luce emessa da tale lampada è costituita in gran parte di luce ultravioletta; lampade di questo tipo sono spesso usate per scopi fotografici e per scopi terapeutici.
Per lo studio delle radiazioni ultraviolette è necessario usare dispositivi ottici di quarzo, poiché il vetro assorbe completamente tali radiazioni. Il quarzo invece è trasparente sia all'ultravioletto vicino sia a quello medio; esso comincia ad assorbire a 1850 Å. Quindi le lenti e i prismi della maggior parte degli strumenti usati per lo studio dell'ultravioletto, e in particolare degli spettrografi per tale regione dello spettro, sono di quarzo.
Se si sostituisce il quarzo con la fluorite si ha un ulteriore vantaggio, poiché questa sostanza è trasparente fino a circa 1200 Å. Sennonché a queste lunghezze d'onda interviene l'assorbimento dell'ossigeno dell'aria, il quale presenta un forte assorbimento per radiazioni di 1860 Å; e poiché tanto l'azoto quanto l'anidride carbonica sono praticamente trasparenti all'ultravioletto medio, bisogna in questo caso sostituire l'aria con anidride carbonica oppure con azoto.
Per lo studio dell'ultravioletto spinto sono stati creati gli spettrografi cosiddetti a vuoto, con i quali è stato possibile negli ultimi anni fotografare fino a qualche Ångstrom (raggi X). In essi, invece di un prisma, si usano reticoli a riflessione tracciati su superficie metalliche. La sorgente e tutto il percorso dei raggi si trovano nell'alto vuoto. La focalizzazione e la dispersione dei raggi ultravioletti di diversa lunghezza d'onda viene realizzata solo a mezzo di riflessione, senza cioè che i raggi debbano passare attraverso ad alcun mezzo materiale.
Abbiamo già notato da principio che la sensibilità dell'occhio umano cessa attorno ai 4000 Å e che, per definizione, si chiamano raggi ultravioletti quelli che l'occhio è incapace di percepire al disotto di questo limite. Le lastre fotografiche ordinarie sono invece assai sensibili all'ultravioletto vicino e anche medio. Naturalmente la massima sensibilità di una lastra fotografica si trova in posizioni diverse dello spettro a seconda del tipo di gelatina. In genere si può dire che le radiazioni ultraviolette sono particolarmente adatte a produrre processi fotochimici; l'espressione "luce attinica", che viene spesso usata in fotografia, significa infatti semplicemente luce ricca di radiazioni violette e ultraviolette.
La sensibilità delle lastre cessa però attorno ai 2000 Å; sono quindi necessarî degli artifici per riuscire a osservare radiazioni al disotto di questo limite. Attorno al 1900 Viktor Schumann inventò un tipo di lastra che permette di fare osservazioni fino all'ultravioletto estremo. Lo Schumann osservò che l'insensibilità delle lastre fotografiche ordinarie per le radiazioni ultraviolette spinte è dovuta al fatto che il sale sensibile è mescolato e fissato sulla lastra di vetro a mezzo di una gelatina, avente funzione di connettivo, opaca all'ultravioletto spinto. Le lastre Schumann sono preparate sostanzialmente riducendo al minimo la quantità di gelatina che serve a mantenere fissi sulla lastra di vetro i sali sensibili alla luce.
Per lo studio dell'ultravioletto medio si usano assai spesso delle lastre sensibilizzate; il principio di tale sensibilizzazione consiste nel deporre sopra la gelatina della lastra un sottile strato di qualche sostanza, la quale sotto l'azione dei raggi ultravioletti fluoresce, ossia assorbe raggi ultravioletti ed emette radiazioni di minore frequenza ossia maggiore lunghezza d'onda; in generale si usano a tale scopo degli olî i quali fluorescono sotto l'azione dei raggi ultravioletti, emettendo radiazioni verdi e azzurre, corrispondenti alla massima sensibilità delle lastre fotografiche.
Anche per fare osservazioni visuali si sfrutta assai spesso la proprietà dei raggi ultravioletti di far fluorescere varie sostanze; si usano a tale scopo degli schermi al platinocianuro di bario, i quali, colpiti da raggi ultravioletti, emettono luce verde che l'occhio può osservare. Per rilevare i raggi ultravioletti si possono utilizzare anche le celle fotoelettriche; queste sono in generale assai sensibili a tali radiazioni, purché naturalmente siano costruite in quarzo o in altro materiale trasparente alle radiazioni ultraviolette.
Per le applicazioni mediche, v. fototerapia.