Lultraviolat, radiació ultraviolada o llum ultraviolada (UV) és la radiació electromagnètica amb una longitud d'ona menor que la de la llum visible i major que la dels raigs X. La seva longitud d'ona fa aproximadament de 400 a 15 nanòmetres i presenta energies d'entre 3 i 124 eV. Se'n diu ultraviolat, que significa 'més enllà del violeta' (del llatí ultra), perquè el violeta és el color visible amb la longitud d'ona més curta i la de la radiació ultraviolada encara és més curta. miniatura|Rheum nobile és una espècie de ruibarbre, originari de l'Himàlaia, que pot viure a grans altures (entre 4.000 i 4.800 metres) gràcies al fet que ha desenvolupat un sistema que li permet de filtrar la radiació ultraviolada. El seu recobriment el formen bràctees translúcides que deixen passar la llum visible i provoquen, a més a més, un efecte hivernacle que la protegeixen del fred i, alhora, filtren els raigs UV, que la matarien La radiació ultraviolada fa part de les radiacions solars i també n'emeten els arcs elèctrics i alguns tipus de làmpades que produeixen llum negra. Atès que es tracta d'una radiació ionitzant, pot provocar reaccions químiques i la fluorescència de certes substàncies. Aquest tipus de radiació és nociu per a la salut, fan que la pell es colori però també poden causar càncers cutanis com el melanoma, l'envelliment prematur de la pell (arrugues), cremades, cataractes, etc.
Descobriment Es descobrí la radiació ultraviolada en observar l'enfosquiment de les sals d'argent quan són exposades a la llum del sol. El 1801 el físic alemany Johann Wilhelm Ritter va observar que una radiació invisible situada just després de la violeta, el final de l'espectre visible, era especialment efectiva a l'hora d'enfosquir papers impregnats de clorur d'argent. Ritter va anomenar aquesta radiació «raigs desoxidants» per ressaltar-ne la reactivitat química i diferenciar-los dels «raigs calents» (infraroigs) situats més enllà de l'altre extrem de l'espectre visible. La denominació «raigs químics» es va imposar i mantenir tot el . Després, les denominacions «raigs calents» i «químics» van anar sent substituïdes «radiació infraroja» i «ultraviolada».
Origen del terme El terme ultraviolat significa 'més enllà del violat' (del llatí ultra, 'més enllà de'). El violat és el color de les longituds d'ona més curtes de la llum visible. La llum ultraviolada té una longitud d'ona encara més curta que la llum violada.
Subtipus L'espectre electromagnètic de la radiació ultraviolada pot ser subdividit de maneres diferents. La norma ISO per a la radiació solar estableix aquests rangs:
NomAbreviacióLongitud d'ona en nanòmetresEnergia per fotóUltraviolat A, ones llargues, o llum negraUVA400 nm – 315 nm3,10 – 3,94 eVUltraviolat properNUV400 nm – 300 nm3,10 – 4,13 eVUltraviolat B o ones mitjanesUVB315 nm – 280 nm3,94 – 4,43 eVUltraviolat mitjàMUV300 nm – 200 nm4,13 – 6,20 eVUltraviolat C, ones curtes, o radiació ultraviolada germicidaUVC280 nm – 100 nm4,43 – 12,4 eVUltraviolat llunyàFUV200 nm – 122 nm6,20 – 10,2 eVUltraviolat de buitLUB200 nm – 10 nm6,20 – 124 eVUltraviolat extremEUV121 nm – 10 nm10,2 – 124 eV
En alguns camps com la fotolitografia o la tecnologia làser, també s'utilitza el concepte ultraviolat profund o DUV per a fer referència a longituds d'ona inferiors a 300 nm. El nom "ultraviolat de buit" il·lustra el fet que aquesta radiació és absorbida per l'aire i cal utilitzar-la al buit. Com que. dins dels límits de les ones llargues (entre 150 i 200 nm), l'oxigen és el principal absorbidor, per a poder treballar amb radiació de buit s'utilitza una atmosfera sense aquest element. Se sol treballar en ambients amb nitrogen pur per tal d'evitar haver de recórrer a les cambres de buit.
El sol emet radiació UV en les formes UVA, UVB i UVC però a causa de l'absorció per part de l'atmosfera terrestre, el 99% dels raigs ultraviolats que arriben a la superfície de la Terra són del tipus UVA. La radiació UVC no arriba a la Terra perquè és absorbida per l'oxigen i l'ozó de l'atmosfera; i de la radiació UVB, que és absorbida parcialment per l'ozó, n'arriba poca a la superfície de la Terra.
Fonts de radiació ultraviolada Fonts naturals miniatura|Imatge de la Terra en llum ultraviolada presa des de la superfície de la Lluna. La part diürna reflecteix molta llum UV del Sol, mentre que la part nocturna presenta bandes d'emissió d'UV de l'aurora generada per partícules amb càrregaNASA - Ultraviolet Waves El Sol emet radiació ultraviolada dels tipus UVA, UVB i UVC, però la capa d'ozó en bloqueja el 98,7% de la que arriba a la Terra. El 98,7% de la radiació que aconsegueix arribar a la superfície de la Terra és de tipus UVA. Una part de la radiació UVB i UVC que arriba del Sol és la responsable de la creació de la capa d'ozó en trencar les molècules d'O₂ que es recombinen després en O₃.
El vidre ordinari és parcialment transparent per a la radiació UVA, però és opac per a les longituds d'ona més curtes. En canvi, el vidre de quars, en funció de la seva qualitat, pot arribar a ser-hi totalment transparent. Una finestra normal de vidre deixa passar al voltant de 90% de la llum amb una longitud d'ona per sobre de 350 nm, però al mateix temps bloqueja 90% de la llum per sota dels 300 nm.
L'absència de radiació ultraviolada de 200 nm s'explica perquè l'aire és opac per a les longituds d'ona més curtes: l'oxigen de l'aire absorbeix una gran part d'aquestes longituds d'ona. El nitrogen pur (amb menys de 10 ppm d'oxigen), en canvi, és transparent per a les longituds d'ona compreses entre 150 i 200 nm. Això té una gran importància en els processos de fabricació dels semiconductors, en què s'utilitzen longituds d'ona per sota dels 200 nm, de manera que hom pot treballar en un ambient lliure d'oxigen però sense haver de fer-ho en el buit. Alguns instruments científics, com els espectròmetres de dicroisme circular, habitualment treballen en un ambient de nitrogen (purga de nitrogen) i operen en aquesta regió espectral.
La radiació ultraviolada extrema (EUV o XUV) es caracteritza per interaccionar amb la matèria d'una manera diferent en funció de la seva longitud d'ona. Les longituds d'ona més llargues, d'aproximadament 30 nm, interaccionen principalment amb els electrons de valència dels àtoms, mentre que les longituds d'ona més curtes interaccionen principalment amb electrons de la capa interior i els nuclis. L'extrem de l'espectre EUV s'estableix per una prominent línia espectral d'He+ als 30,4 nm. La radiació EUV és fortament absorbida pels materials més coneguts, però és possible sintetitzar un recobriment òptic de capes múltiples que reflecteixi fins a 50% de la radiació EUV en una incidència normal. Aquesta tecnologia ha estat utilitzada en la fabricació de telescopis per obtenir imatges del Sol. Els primers en van ser el NIXT (Normal Incidence X-ray Telescope) i el MSSTA (Multi-spectral solar telescope array), que van ser llançats a l'espai la dècada del 1990; exemples més actuals podrien ser el Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), on hi ha el EIT (Extreme UV Imaging Telescope) i el TRACE (Transition Region and Coronal Explorer). En el camp de la fabricació de circuits integrats, s'utilitza en la nanolitografia.
Làmpada de Wood miniatura|Una làmpada de llum negra. Els nostres ulls veuen una llum violeta que és una petita fracció visible de la radiació produïda miniatura|Un díode LED de llum ultraviolada La làmpada de Wood és una làmpada que emet llum negra (o llum de Wood), una composició de radiació ultraviolada UVA i una mica de llum visible, i habitualment és coneguda com a làmpada UV. Els fluorescents de llum negra es fan de la mateixa manera que un fluorescent normal però sols s'utilitza fòsfor i el vidre transparent se substitueix per un altre de color morat fosc anomenat vidre de Wood, un vidre amb òxid de níquel que bloqueja gairebé tota la llum visible per sobre de 400 nm. Per a obtenir un pic d'emissió entre els 368 i 371 nm s'utilitza una substància que pot ser tant una barreja de fluoroborat d'estronci i europi (SrB₄O₇F:Eu2+) com de borat d'estronci i europi (SrB₄O₇:Eu2+); en canvi, per a produir un pic d'emissió entre els 350 i 353 nm s'utilitza una barreja de silicat de bari i plom (BaSi₂O₅:Pb+).
La llum ultraviolada produïda per les làmpades de Wood només abasta longituds d'ona que corresponen a la regió dels UVA. A diferència de la radiació UVB i UVC, que són responsables de lesions directes de l'ADN que porten al càncer de pell, la llum negra és de baixa energia, ones més llargues que no poden causar cremades. No obstant això, els raigs UVA poden causar danys a les fibres de col·lagen i la destrucció de la vitamina A a la pell.
Una làmpada de llum de negra també pot ser construïda utilitzant un vidre de Wood i una bombeta incandescent normal. De fet, aquest va ser el mètode utilitzat per a crear les primeres fonts emissores de llum negra. Tot i ser una alternativa més barata que el mètode dels fluorescents, té inconvenients importants: és extraordinàriament ineficient pel que fa a la producció de llum ultraviolada (menys de 0,1% de la potència d'entrada) a causa del comportament de cos negre de la font de llum incandescent i, a més, les bombetes incandescents de raigs UV també poden tornar-se perillosament calentes durant el seu ús. Un altre tipus, tot i que encara no gaire corrent, serien les làmpades de vapor de mercuri d'alta potència (d'uns centenars de watts), amb una substància que emet radiació UV i amb un recobriment de vidre de Wood. Aquestes làmpades s'utilitzen principalment al teatre i als concerts i també s'escalfen molt durant l'ús normal.
Hi ha làmpades UV fabricades específicament per a atreure insectes a les trampes d'insectes. Aquestes làmpades utilitzen pràcticament les mateixes substàncies que les làmpades de Wood normals, però utilitzen vidre pla, que és més barat, en comptes de vidre de Wood. El vidre pla bloqueja una proporció menor de la llum visible que produeix el mercuri i per aquesta raó veiem una emissió de llum blava.
Llums fluorescents ultraviolades Les llums fluorescents sense un recobriment fosforescent per a convertir l'ultraviolat en llum visible emeten llum ultraviolada amb dos pics a 253,7 nm i 185 nm a causa de l'emissió de mercuri dins del tub. De vuitanta-cinc a noranta per cent de l'ultraviolat produït per aquestes làmpades es troba a 253.7 nm, mentre que només de cinc a deu per cent es troba a 185 nm. Les làmpades germicides usen quars (vidre) junt amb un additiu per a bloquejar la longitud d'ona de 185 nm. Amb l'addició d'un fòsfor adequat, es poden modificar perquè produeixin UVA, UVB o espectre de llum visible.
Aquestes làmpades de mercuri de baixa pressió són molt utilitzades per a desinfectar, i en la seva forma normal tenen una temperatura d'operació òptima d'uns 30 °C. Ara bé, si s'utilitza una amalgama de mercuri la temperatura d'operació pot pujar fins als 100 graus Celsius, la qual cosa permet que l'emissió d'ultraviolat es dobli o tripliqui per unitat de longitud d'arc-llum. A més a més, tenen una eficiència típica de trenta a trenta-cinc per cent, és a dir, que per cada 100 watts d'electricitat consumits per la làmpada, aquesta produirà uns 30-35 watts de sortida total d'UV. També es venen tubs emissors d'UVA/UVB per a altres propòsits especials, com ara per al manteniment de rèptils.
Díodes LED ultraviolats Si bé són molt poc eficients per a les longituds d'ona situades per sota dels 365 nm, l'eficiència d'un LED a 365nm és aproximadament entre 5 i 8%, mentre que a 395 nm se situa prop de 20%. A més, la potència de sortida en aquestes longituds d'ona més llargues també és millor. Aquest tipus de LED comença a ser utilitzat en aplicacions mèdiques i és utilitzat amb èxit en aplicacions d'impressió digital. Densitats de potència properes als 3.000 mW/cm² són ara possibles, la qual cosa, juntament amb el recent desenvolupament de fotoiniciadors, fa possible l'expansió de les possibilitats d'aplicacions mèdiques.