על-סגול

קרינת על-סגול, או קרינה אוּלְטְרָה סגולה (ידועה גם כקרינת UV; ראשי תיבות של "Ultra-violet"), היא קרינה אלקטרומגנטית בעלת אורך גל קצר מזה של אור נראה, אולם ארוך מזה של קרינת רנטגן רכה. פירוש השם "אולטרה סגול" הוא "מעבר לסגול" (ultra בלטינית - "מעבר"); סגול הוא הצבע בעל אורך הגל הקצר ביותר בטווח אורכי הגל של האור הנראה. חלק מאורכי הגל העל-סגולים נקראו בעבר "אור שחור", משום שאינם נראים לעין האנושית.

סוגי קרינת על-סגול

קרינת על-סגול נחלקת לעל-סגול קרוב (אורך גל של 380 עד 200 נאנומטר) ולעל-סגול קיצוני (200 עד 10 נאנומטר). כשדנים בהשפעת הקרינה העל-סגולה על בריאות האדם ועל הסביבה, טווח אורכי הגל בעל-סגול מחולקים לעיתים קרובות ל-UV-A (אורך גל של 380 עד 315 נאנומטר; נקרא גם "אור שחור" או UV גל ארוך), UV-B (אורך גל של 315 עד 280 נאנומטר; נקרא גם UV גל בינוני), ו-UV-C (מ-280 עד 10 נאנומטר; נקרא גם UV גל קצר או "קוטל חיידקים").
זכוכית רגילה היא שקופה לקרינת UV-A אולם אטומה לאורכי גל קצרים יותר. זכוכית קוורץ, בתלות באיכותה, עשויה להיות שקופה אפילו לאולטרה סגול קיצוני.
השמש פולטת קרינה בתחומי UV-A, UV-B ו-UV-C, אולם בשל הספיגה בשכבת האוזון באטמוספירה, 99% מהקרינה העל-סגולה המגיעה לפני-השטח של כדור-הארץ היא UV-A.

השפעות מזיקות

כשהעור מראה סימני אדמומיות ("הישרפות") זוהי תוצאה של כווייה, הנוצרת בעקבות כמות מסוימת של קרינה המגיעה לעור.
כמות הקרינה המגיעה לעור היא מכפלה של עוצמת הקרינה במשך הזמן של הקרינה. היחידה נקראת ג'אול.
כמות הקרינה הגורמת לאדמומיות בעור היא שונה עבור אורכי גל שונים. עבור קרינה באורך 350 ננומטר (UVA) יש צורך ברמה של 100 ג'אול. 3 ג'אול של קרינה באורך גל של 310 ננומטר גורמת לאדמומיות ואילו עבור 300 ננומטר מספיק לקבל 0.5 ג'אול כדי שהעור יאדים.
האטמוספירה ושיכבת האוזון מסננות קרינת UV אך לא לגמרי.
מבין קרני ה-UV השונות, חודרות מבין לשכבות אלה כמות רבה של UVA, כמות קטנה פי 100 של UVB וכמות אפסית של UVC.
כאמור, העור רגיש פחות לקרינת UVA לכן היא נחשבת לפחות מזיקה מהשלוש, אולם כיון ששכבת האוזון אינה בולמת אותה כל כך, היא קיימת בכמויות גדולות (בדומה למיטות שיזוף). היא עשויה לתרום להזדקנות העור, נזק ל-DNA, ואף לסרטן העור.
קרינת UVA חודרת מעבר לשכבות העור ומגיעה לאזורים רגישים. התגלה כי קרינה זאת מעלה את מקרי סרטן העור במיטות שיזוף ואצל מקבלי טיפולי UVA במרפאות. סוברים שהיא הגורם העיקרי לקמטים בעור. קרינות UVB ו- UVC מסוכנות לעיניים, וחשיפה לה עשויה לגרום לפוטוקרטיטיס (דלקת עיניים שטחית אך כואבת). קרינת UVC מסוכנת הרבה יותר מאשר קרינת UVB וחשיפת העיניים לקרינת UVC, אפילו במשך כמה שניות יכול לגרום לכוויות חמורות בעור ובעיניים. מנורות UVC נמצאות בשימוש במתקני טיהור מים, טיהור חדרי ניתוחים, טיהור אריזות מזון ועוד. כמות קטנה מאוד של קרינת UVC הורגת כל תא חי כולל חיידקים או וירוסים תוך שניות.
קרינות UV-A, UV-B ו-UV-C עשויות כולן לפגוע בחלבוני קולגן ובכך להאיץ את הזדקנות העור, אך קרינת UVC היא ההרסנית ביותר.
קרינת UV בעוצמה חזקה גורמת לסוגים מסוימים של סרטן עור. קרינה זו מייננת מולקולות DNA בתאי עור, וגורמת ליצירת קשרים קוולנטיים בין בסיסי תימין סמוכים, מה שמוביל בסופו של דבר לעוותים במבנה הסליל של ה-DNA, עיכוב בשכפול, פערים ב-DNA, ועוד. בעיות אלו עשויות לגרום למוטציות, שעלולות להוביל לגידול סרטני. ניתן לראות בקלות את ההשפעה המוטגנית של קרינת אולטרה סגול על תרביות חיידקים.
קשר סרטני זה הוא הגורם לדאגה בקשר לחור באוזון.
קרינת UV-C היא המסוכנת שבשלושה. בעבר לא ניתנה תשומת-לב רבה לקרינת UV-C, משום שהיא מסוננת בדרך-כלל בשכבת האוזון ולא מגיעה לפני כדור-הארץ. כיום, דילול שכבת האוזון והחורים בה גורמים לדאגה גוברת באשר לחשיפה אפשרית לקרינת UV-C.
כהגנה מפני אור על-סגול, הגוף (בהתאם לסוג העור) משתזף כשהוא נחשף לכמויות קטנות של קרינה, על ידי שחרור של הפיגמנט החום מלנין. השיזוף עוזר לחסום חדירת קרני על-סגול ולמנוע נזק לרקמות עור רגישות ועמוקות יותר. קיימים תכשירי הגנה רבים החוסמים קרינה על-סגולה באופן חלקי. רוב המוצרים הללו כוללים "דירוג SPF", המציין את רמת ההגנה שהתכשיר מעניק. דירוג זה תקף רק להגנה מפני אור UV-B. בכל מקרה, מרבית רופאי העור ממליצים להימנע מחשיפה ארוכה לשמש.
קרינה זו יכולה להוות סיכון להתפתחות קטרקט

השפעות מועילות

השפעה חיובית של אור על-סגול היא ייצור של ויטמין D בגוף. מחקר שנערך ב-2002 בידי ויליאם ב. גרנט  מעלה את הטענה כי מקרי מוות מסרטן רבים נגרמים בשל מחסור בוויטמין D הנובע מחשיפה לא מספיקה לקרינת UV-B. כאשר קרינת UV-B פוגעת בעור היא הופכת את הכולסטרול שבעור לוויטמין D₃.
קרינת UV-B מהשמש או על ידי מנורות מיוחדות משפיעה לטובה על חולים במחלות עור רבות ומידי זמן נוספות מחלות לרשימה. כיום הטיפול בקרינה זאת מאושר על ידי משרדי הבריאות בעולם עבור מחלות עור פסוריאזיס, ויטיליגו, דלקת עור אטופית, ליכנפלנוס (סוג של סרטן) ועוד מחלות. קיימות בעולם עשרות אלפי מרפאות UV-B ובארץ הטיפול בהן מאושר על ידי משרד הבריאות ונמצא בסל הבריאות.
בארצות בהן אין שמש חזקה, כמו רוסיה, נורווגיה ועוד, ניתנות באופן סדיר הקרנות UV-B לנשים בתקופת ההריון, על מנת להיטיב עם בריאות האשה והעובר.
בשנת 2000 התחילו להשתמש במנורות UV-B מסוג חדש אשר נותנות קרינה בתחום צר בלבד של 311-313 ננומטר בלבד, זאת בעוד שלפני כן היה שימוש רק במנורות UV-B של 290-320 ננומטר. היתרון של מנורות אלה בכך שהן לא נותנות קרינה מתחת ל 300 ננומטר שהיא קרינה מזיקה שאינה תורמת לייצור ויטמין D₃ ומצד שני היא גורמת להרס ה DNA. מנורות אלה נקראות נרובנד.
בעוד שהשימוש במנורות נרובנד 311-313 ננומטר נעשה על כל הגוף או על שטחים נרחבים במרפאות, טיפול על שטחים קטנים באמצעות לייזר אקסימר הפולט קרינת UV-B בתחום 308 ננומטר נמצא כיעיל אף הוא. כיון שהלייזר ניתן בעוצמה חזקה ובאורך גל שקרוב יותר ל 300 ננומטר, מספיקה הקרנה באמצעות הלייזר של שנייה-שתיים כדי לגרום לתגובה בעור.
שימוש נוסף בקרינה זו הוא כטיפול בקרטוקונוס. טיפול זה מוכר בשם Corneal Collagen Crosslinking.
בטיפול זה מוחדר אל תוך העין ריבופלבין אשר תחת השפעת קרני UV-A, גורם לחיבור מחדש של רקמות הקרנית ובכך אמור לפעול כמנע עבור מנגנון התפשטות המחלה.
רוב בני האדם לא מסוגלים לראות אור על סגול היות שעדשת העין לא קולטת את רוב האור באורכי גל מתחת ל-380 ננומטר. ידוע על מקרים רבים בהם אנשים לאחר ניתוח קטרקט, הצליחו לראות אור על סגולי באורכי גל עד 300 ננומטר.

אסטרונומיה

ידוע כי עצמים חמים מאוד מפיקים קרינה על-סגולה רבה (למשל האזור סביב לחור שחור). 
אותה שכבת אוזון המגנה עלינו, מקשה על האסטרונומים לראות קרינה זו מעל פני כדור-הארץ. לפיכך מרבית התצפיות העל-סגולות נערכות מהחלל.

עולם החי

חיות רבות ושונות ניחנות ביכולת ראיית על-סגול, ביניהם חרקים רבים. הדבורים, למשל, רואות בתחום העל-סגול הקרוב. פרחים רבים התלויים בחרקים להאבקה מנצלים עובדה זו, וצבועים בצבעי על-סגול עזים, המושכים את הדבורה אל אבקני הפרח.
ישנם בעלי חיים המסוגלים לעקוב אחרי סימני על סגול שמותירים בעלי חיים אחרים ובאופן זה לצודם.
עקרבים זוהרים בעל סגול (מיחסים את התופעה למינרלים או לחלבונים שנמצאים בעורם), דבר המנוצל על ידי לוכדי עקרבים.

שימושים

לאור על-סגול שימושים רבים ושונים:

טיהור מי שתיה

אור על-סגול באורך גל של 254 ננומטר, שנפלט על ידי אדי כספית בנורת התפרקות גז, משמש לעיתים קרובות לטיהור מי שתייה ובמתקני טיהור מי שפכים.

בדיקת מחצבים

מנורות על-סגולות משמשות גם לבדיקת מחצבים, אבני חן, ועבודות "בילוש" אחרות כגון אימות פרטי אספנות שונים. חומרים שנראים דומה באור רגיל זוהרים לעיתים באופן שונה תחת אור על-סגול, כך שאור על-סגול יכול לשמש להבחנה בין חומרים שונים ולזיהוי זיופים. בתכונה זו נעשה שימוש גם בביוכימיה ובזיהוי פלילי.

פוטותרפיה

(ביוונית: טיפול באור), הוא שם לטיפול רפואי באמצעות חשיפת העור לקרני אור.
מחלות מסוימות ניתנות להקלה או לריפוי באמצעות פוטותרפיה. המחלות פסוריאזיס, ויטיליגו, דלקת עור אטופית ונוספות אחרות מטופלות באמצעות חשיפה לאור בתחום העל סגול UVB באורך גל של 280-320 ננומטר. אקנה מטופלת באור נראה באורך גל של 415 ננומטר ההורג את חיידק האקנה. קרינת אור בשילוב עם חומרים פעילים מביאה לריפוי סרטן העור.
כן נמצאות בשימוש מנורות UVB אשר פותחו על ידי חברת פיליפס בהולנד. המנורות פולטות קרינת UVB בתחום צר (Narrow Band) של 311-313 ננומטר, בעוד שמנורות UVB רגילות פולטות קרינה בכל תחום UVB שבין 280-320 ננומטר. קיימות בעולם עשרות אלפי מרפאות פוטותרפיה ומקבלים בהן מיליוני מטופלים. הטיפול מאושר על ידי משרד הבריאות ואין לו תופעות לוואי כפי שיש לטיפול באמצעות תרופות וחומרים כימיים.

סטריליזציה

אור על-סגול משמש לסטריליזציה של סביבות עבודה וכלים במעבדות ביולוגיה ובמתקנים רפואיים. עם זאת, שיטה זו משמשת רק כנדבך נוסף לשיטות סטריליזציה אחרות, שכן מיקרואורגניזמים שונים עשויים למצוא מפלט מפני האור על-סגול בסדקים קטנים או באזורים מוצלים.

פוטוליתוגרפיה

עקב אורך הגל הקצר שלו, נעשה שימוש באור על-סגול בפוטוליתוגרפיה באיכות גבוהה בתהליך הייצור של מוליכים למחצה. פוטוליתוגרפיה זו משמשת לייצור מעגלים משולבים ומעגלים מודפסים.

ספקטרוסקופיה

אור על-סגול משמש גם בספקטרוסקופיה.

ביוטכנולוגיה

החלבון GFP ונגזרותיו הם כלי שימושי מאוד בעולם הביוטכנולוגיה. ה-GFP מאיר פלואורסצנטית בתחום הספקטרום הנראה תחת הארה באור על סגול. בעזרתו ניתן לסמן, לראות ולחקור חלבונים ומבנים שהם יוצרים, שמצד עצמם אינם מאירים.

היסטוריה

זמן קצר לאחר שהתגלה האור התת-אדום, הפיזיקאי הגרמני יוהאן וילהלם ריטר החל לחפש קרינה בקצה השני של הקשת, באורכי הגל הקצרים שמעבר לסגול. ב-1801 הוא השתמש בכלוריד כסף, חומר הרגיש לאור, כדי להראות שישנו אור בלתי-נראה מעבר לסגול. הוא קרא לאור זה "קרניים כימיות".