Ultraviyole

Ultraviyole (UV) radyasyon, elektromanyetik spektrumun yaklaşık 10 ila 400 nanometre arasında değişen dalga boylarına sahip, görünür ışık ile X-ışınları arasında yer alan ve bu nedenle insan gözüyle algılanamayan bir bölümünü oluşturur.^[1] Geleneksel olarak dalga boyuna göre üç banda ayrılır: Malzemelerin derinliklerine nüfuz eden UVA (315–400 nm); Dünya’nın ozon tabakası tarafından kısmen emilen UVB (280–315 nm); ve atmosferik ozon tarafından neredeyse tamamen engellenen ve foton başına en yüksek enerjiyi taşıyan UVC (100–280 nm).^[2] UV radyasyonunun birincil doğal kaynağı Güneş’tir ve toplam güneş çıktısının yaklaşık %10’unu oluşturur; ancak cıva buharlı lambalar ve LED’ler gibi yapay kaynaklar da çeşitli kullanımlar için bu dalga boylarını taklit eder.^[3]

UV radyasyonu, atomlardaki ve moleküllerdeki elektronları uyararak floresans, ayrışma veya iyonlaşmayı tetiklemek suretiyle maddeyle fotokimyasal reaksiyonlar yoluyla etkileşime girer; bu durum hem biyolojik etkilerinin hem de teknolojik uygulamalarının temelini oluşturur.^[4] Biyolojik olarak, orta düzeyde UVB maruziyeti, kalsiyum homeostazı ve bağışıklık fonksiyonu için gerekli olan D vitamini sentezini tetikler; ancak uzun süreli veya yoğun maruziyet (özellikle UVA ve UVB), pirimidin dimeri oluşumu yoluyla DNA’ya zarar vererek eritem (güneş yanığı), erken cilt yaşlanması ve melanom dışı cilt kanserleri ile melanom riskinin artmasına yol açar.^[5] Nükleik asitlerini bozarak mikroorganizmaları etkisiz hale getirme kapasitesi nedeniyle mikrop öldürücü olan UVC, doğal olarak yeryüzüne ulaşmaz ancak dezenfeksiyon için yapay olarak kullanılır.^[6]

Önemli uygulamalar, kimyasal kalıntılar olmadan patojenlerde logaritmik azalmalar sağlayan UVC lambaları aracılığıyla hava, su ve yüzeylerin sterilizasyonu; hızlı polimerizasyon için imalatta mürekkeplerin, yapıştırıcıların ve kaplamaların UV ile kürlenmesi; ve adli tıp, mineraloji ve sahtecilik tespitinde floresans indüksiyonu dahil olmak üzere UV’nin yüksek enerji özelliklerinden yararlanır.^[7] Astronomik olarak, UV gözlemleri, Hubble Uzay Teleskobu’nun Jüpiter’in auroralarına dair görüntüleri ile kanıtlandığı üzere, sıcak yıldız fenomenlerini ve gezegen atmosferlerini ortaya çıkarır.^[3] Faydalarına rağmen, UV bronzlaşma cihazlarına aşırı güven, karsinojenezisi hızlandırdığı için incelemeye alınmış ve birçok yargı alanında yasal sınırlamalara yol açmıştır.^[4]

Fiziksel Özellikler

Dalga Boyu Sınıflandırması ve Alt Türler

Ultraviyole radyasyon, görünür ışıktan (yaklaşık 400–700 nm) daha kısa ancak X-ışınlarından (10 nm’nin altı) daha uzun olan, 10 ila 400 nanometre (nm) dalga boylarına sahip elektromanyetik spektrum bölümünü işgal eder.^[3] Bu aralık, atmosferik emilim, biyolojik etki ve uygulamalardaki farklılıkları ayırt etmek için oluşturulan bir sınıflandırma olan UVA, UVB ve UVC bantlarına bölünmüştür.^[6] Sınırlar, daha kısa dalga boylarının daha güçlü bir şekilde emildiği ozon tabakası zayıflamasına dair ampirik gözlemlerle uyumludur.^[2]

Standart bölümler şöyledir:

Bant	Dalga Boyu Aralığı (nm)	Özellikler
UVA	315–400	En uzun UV dalga boyları; malzemelere ve cilde derinlemesine nüfuz eder; güneş radyasyonundan Yeryüzüne ulaşan UV’nin yaklaşık %95’ini oluşturur.^[4] ^[6]
UVB	280–315	Orta dalga boyları; ozon tarafından kısmen emilir; güneş maruziyetinden kaynaklanan güneş yanığı ve cilt kanseri riskinin çoğundan sorumludur.^[6] ^[2]
UVC	100–280	Birincil sınıflandırmadaki en kısa dalga boyları; atmosferik oksijen ve ozon tarafından neredeyse tamamen emilir; oldukça mikrop öldürücüdür ancak korumasız tehlikelidir.^[6] ^[4]

Dünya Sağlık Örgütü ve ABD Gıda ve İlaç Dairesi dahil olmak üzere kuruluşlarca benimsenen bu aralıklar, fotobiyoloji ve radyasyon güvenliği gibi alanlarda tutarlı ölçüm ve risk değerlendirmesini kolaylaştırır.^[6] ^[4] Karasal güneş bağlamları için 290 nm gibi UVB-UVC kesimlerinde hafif kaymalar gibi tam sınırlardaki varyasyonlar, keskin fiziksel süreksizliklerden ziyade pratik ölçüm eşiklerini yansıtır.^[2]

Bunların ötesinde, daha ince alt türler yayılımı ve özel kullanımları ele alır. Kabaca 10–200 nm arasını kapsayan Vakum Ultraviyole (VUV), ortam havası tarafından emilir ve bu nedenle iletim için vakum koşulları gerektirir; bu da karasal uygulamalarını spektroskopi gibi kontrollü ortamlarla sınırlar.^[8] 10–121 nm (VUV ile örtüşen) arasındaki Ekstrem Ultraviyole (EUV), gazları kolayca iyonize eder ve Dünya atmosferine nüfuz etmediği için yarı iletken litografisinde ve astrofiziksel gözlemlerde kullanılır.^[9] ^[3] Uzak UV (yaklaşık 190–220 nm), derin nüfuz etmeden protein hasarı vermesiyle bilinen ve dezenfeksiyon araştırmalarında ortaya çıkan UVC içindeki dar bir banttır.^[8] Bu genişletilmiş alt türler, daha yüksek enerjinin (daha kısa dalga boyu) artan iyonlaşma potansiyeli ve moleküler bağlar tarafından emilim ile ilişkili olduğu, foton enerjisi ve maddeyle etkileşimdeki nedensel farklılıkları vurgular.^[10]

Türler Arası Görünürlük ve Algı

İnsan gözü, 400 nm’nin altındaki dalga boylarını, öncelikle UV-B’nin (280–315 nm) %90’ından fazlasını ve UV-A’nın (315–400 nm) büyük bir kısmını emen kristalinler aracılığıyla engelleyen kristal lensin emilimi nedeniyle ultraviyole (UV) radyasyonu algılamaz.^[11]^[12] Bu filtrasyon retinayı UV hasarından korur ancak UV’yi insanlar için görünmez kılar; hassasiyet 380–400 nm civarındaki mor ışıkta başlayan görünür spektrumla sınırlıdır.^[13]

UV hassasiyeti, kısa dalga boylarını ileten oküler ortamlar ve UV’ye duyarlı (UVS) türlerde 360–373 nm veya mora duyarlı (VS) türlerde 402–426 nm civarında tepe hassasiyetlerine sahip özelleşmiş fotoreseptörler sayesinde memeli olmayan omurgalılar ve omurgasızlar arasında yaygındır.^[14]^[15] Bal arıları gibi böcekler, 300 ila 650 nm arasında spektral hassasiyete sahip UV’yi içeren trikromatik vizyona sahiptir; bu da çiçekler üzerinde insanlar tarafından görülemeyen ve nektar kılavuzları olarak hizmet eden UV yansıtıcı desenlerin tespit edilmesini sağlar; bu desenler ödüllendirici alanları işaret ederek yiyecek arama verimliliğini artırır.^[16]^[17]

Kuşlar, oryantasyon, av tespiti ve tür içi sinyalleşmede rolleri kolaylaştıran şeffaf lensler ve UVS veya VS pigmentleri ile evrensel olarak UV vizyonu sergiler; örneğin sığırcık gibi türlerde tüydeki UV yansıması, dişilerin tercihlerini öngören yapısal renk desenlerini güçlendirir.^[18]^[19] Memeliler arasında UV algısı nadirdir ancak Kuzey Kutbu koşullarına adapte olmuş UV’ye duyarlı koniler içeren retinalara sahip ren geyiklerinde (Rangifer tarandus) belgelenmiştir; kar, UV’nin %90’a kadarını yansıtarak UV emici likenleri (bir kış besin kaynağı), yırtıcıları veya türdeşleri gösteren idrar izlerini ve yansıtıcı arka planlara karşı kurt kürkünü tespit etmek için yüksek kontrast oluşturur.^[20]^[21]^[22] Bu adaptasyon muhtemelen yüksek enlemlere göçten sonra evrimleşerek, UV yansıtıcı karın hakim olduğu düşük görüşlü ortamlarda hayatta kalmayı artırmıştır.^[23]

Tarihsel Gelişim

Erken Gözlemler ve Keşif

18. yüzyılın sonlarında, prizmalar kullanılarak güneş ışığının bileşimi üzerine yapılan araştırmalar, Isaac Newton gibi araştırmacıların kırmızıdan mora renkli bantları tanımlamasıyla görünür spektrumu belirlemişti.^[3] William Herschel’in 1800 yılında kırmızı ucun ötesindeki kızılötesi radyasyonu keşfetmesinin ardından (malzemelerin termometrik ısınmasıyla gösterilmiştir), dikkatler karşıt mor sınırındaki potansiyel görünmez ışınlara çevrildi.^[24] Jena’da çalışan Alman fizikçi Johann Wilhelm Ritter, spektral bölgelerdeki kimyasal reaktivite gözlemlerinden yola çıkarak benzer etkilerin burada da olabileceğini varsaydı.^[25]

22 Şubat 1801’de Ritter, gümüş klorür emdirilmiş kağıdı bir prizma aracılığıyla dağıtılan güneş ışığına maruz bırakarak deneyler yaptı.^[26] Görünür ışık altında fotoredüksiyon yoluyla karardığı bilinen kağıt, mor bantta değil, onun ötesindeki bitişik görünmez bölgede maksimum kararma sergiledi; bu da görünür mor ışıktan daha büyük kimyasal güce sahip enerjik ışınların varlığını gösteriyordu.^[3] Gümüş klorür ayrışması üzerindeki hızlandırıcı etkileri nedeniyle Ritter’in “kimyasal ışınlar” veya “deokside edici ışınlar” olarak adlandırdığı bu ışınlar daha sonra ultraviyole radyasyon olarak tanındı.^[27] Ritter’in Gilbert’in Annalen der Physik dergisinde yayınlanan bulguları, kesin dalga boyu ölçümleri veya elektromanyetik doğasına dair anlayıştan yoksun olmasına rağmen, ultraviyoleyi ayrı bir spektral uzantı olarak belirledi.^[25]

Ritter’den önce, ultraviyole etkilerine dair dolaylı ipuçları, belirli ışıklar altında hızlanmış fotoğrafik kararma veya floresans gibi dağınık gözlemlerde ortaya çıktı, ancak bunlar belirli bir spektral alana sistematik atıftan yoksundu.^[28] Böylece Ritter’in çalışması, tekdüzeliği ve yayılımı konusundaki ilk şüpheciliğe rağmen, ultraviyole radyasyonun kızılötesine benzer görünmez bir süreklilik olarak ilk kasıtlı tanımlanmasını işaret etti ve sonraki fotokimyasal ve spektroskopik çalışmalar için zemin hazırladı.^[29]

Önemli Bilimsel Gelişmeler ve Enstrümantasyon

Johann Wilhelm Ritter, 1801 yılında gümüş klorürün, görünür spektrumun mor ucunun ötesindeki ışığa maruz kaldığında görünür ışıktan daha hızlı karardığını gösteren deneylerle ultraviyole radyasyonu keşfetti ve daha kısa dalga boylu bir bölgenin varlığını kanıtladı.^[3] Bu bulgu, William Herschel’in 1800 yılındaki kızılötesi keşfinin üzerine inşa edilerek elektromanyetik spektrumun sınırlarının sistematik olarak araştırılmasını teşvik etti.^[25]

19. yüzyılın sonlarında tespitteki gelişmeler arasında, 1878’de Samuel Langley tarafından icat edilen ve emici malzemelerdeki sıcaklık değişimlerini tespit ederek ultraviyole dahil radyant ısıyı ölçen ve UV yoğunluğunun nicel değerlendirmesini sağlayan bolometre yer alıyordu.^[28] Camın aksine UV’ye karşı şeffaf olan kuvars prizmalar ve lensler, 1900 civarında erken spektrografik aletleri kolaylaştırarak emisyon ve absorpsiyon spektrumlarında UV dalga boylarının ayrılmasına ve incelenmesine izin verdi.^[28] Bu araçlar, yıldız spektrumlarındaki ve atomik emisyonlardaki UV çizgilerini ortaya çıkardı; örneğin, hidrojenin uzak UV’deki Lyman serisi, 1920’de Robert Millikan tarafından yüksek yoğunluklu nikel kıvılcım kaynakları ile vakum spektrografları kullanılarak ölçüldü.^[28]

Hassas UV enstrümantasyonunun ticarileşmesi, 1941’de Arnold Beckman tarafından DU spektrofotometresinin geliştirilmesiyle 20. yüzyılda hızlandı; bu, ultraviyole ışık emilimini yüksek çözünürlük ve düşük kaçak ışıkla ölçmek için ilk uygulanabilir ticari cihazdı ve kimyasal analiz için nicel UV-Vis spektroskopisinde devrim yarattı.^[30] Bu cihaz, bir kuvars prizma monokromatörü ve fotoçoğaltıcı tüp dedektörü kullanarak 1 nm’ye kadar dalga boyu doğruluğu sağladı ve biyokimya ile malzeme bilimindeki uygulamalara olanak tanıdı. Cary 14 gibi 1950’lerdeki çift ışınlı tasarımlar gibi sonraki yenilikler, kaynak dalgalanmalarını telafi ederek kararlılığı artırdı ve analiz süresini dakikalardan saniyelere indirdi.^[31] Bu gelişmeler, sırasıyla 280 nm ve 260 nm’de UV absorbansı yoluyla protein ve nükleik asit karakterizasyonu dahil olmak üzere moleküler yapıdaki keşifleri destekledi.^[31]

Doğal Kaynaklar

Güneş Emisyonu ve Spektrumu

Güneş’in ultraviyole emisyonu, yaklaşık 200 nm’nin üzerindeki dalga boyları için öncelikle fotosferinden kaynaklanırken, daha kısa dalga boylarında kromosfer ve koronadan gelen katkılar bu katmanlardaki daha yüksek sıcaklıklardan kaynaklanmaktadır. Fotosferin 5770 K’lik efektif sıcaklığı, görünür aralıkta 500 nm civarında tepe yapan ancak azalan yoğunlukla sürekli olarak ultraviyoleye uzanan ve kara cisim radyasyonuna yaklaşan bir spektral parıltı verir.^[32]^[33] Bu durum, termal sürekli emisyondan kaynaklanan UVA (315–400 nm) ve UVB (280–315 nm) bantlarında önemli bir akı ile sonuçlanırken, UVC (100–280 nm) 10.000 K’yi aşan sıcaklıklardaki plazmadan kaynaklanan hem zayıf süreklilik hem de güçlü ayrık atomik ve iyonik çizgiler içerir.^[34]

1 astronomik birimde, toplam güneş ışınımı yaklaşık 1366 W/m²’ye entegre olurken, ultraviyole bileşeni (100–400 nm) yüksek çözünürlüklü spektral ölçümlere göre kabaca %8’ini veya yaklaşık 110 W/m²’sini oluşturur.^[35]^[36] Bunun içinde UVA 70–85 W/m² ile hakimdir, UVB 10–15 W/m² katkıda bulunur ve UVC, Planck fonksiyonunun fotosferik sıcaklıklar için 300 nm’nin altında üstel olarak düşmesi nedeniyle geniş bant sürekliliğinden ziyade öncelikle emisyon çizgileri yoluyla sadece birkaç W/m² ekler.^[37] Spektral veriler, 300 nm civarında birkaç mW/m²/nm’lik tepe ışınımını gösterir ve termal spektrumun kuyruğunu yansıtacak şekilde 200 nm’de m² ve nm başına mikrowatt seviyesine düşer.^[36]

Ultraviyole emisyonu, özellikle 200 nm’nin altında, 11 yıllık güneş döngüsüne bağlı değişkenlik gösterir; artan kromosferik ve koronal aktivite nedeniyle güneş maksimumu sırasında EUV akısında %100’e varan artışlar olurken, daha uzun dalga boylu UV sadece birkaç yüzde oranında değişir.^[34]^[38] SORCE ve TIMED gibi uydulardan yapılan gözlemler, termal olmayan süreçlerden kaynaklanan uzak UV’deki aşırı emisyon gibi ideal kara cisim davranışından sapmaları doğrulayarak bu profilleri iyileştirmiştir.^[39]^[40]

Atmosferik Emilim ve İletim

Dünya atmosferi, gelen güneş ultraviyole (UV) radyasyonunu moleküler türler tarafından emilim yoluyla önemli ölçüde zayıflatarak, kısa dalga boylu UV’nin çoğunun yüzeye ulaşmasını engeller. Üst atmosferdeki moleküler oksijen (O₂), Schumann-Runge bantları (175–205 nm) ve Herzberg sürekliliği (200–240 nm) yoluyla UVC dalga boylarını (100–280 nm) emerken, stratosferik ozon (O₃), 255 nm civarında tepe yapan ve yaklaşık 320 nm’ye uzanan Hartley bandı aracılığıyla UVB (280–315 nm) için birincil emilimi sağlar.^[41] ^[42] UVC, 100 km irtifanın üzerinde etkili bir şekilde tamamen emilir ve UVB’nin neredeyse tamamı filtrelenir; su buharı, karbondioksit ve azot küçük ek emilim katkıları sağlar.^[6]

Yüzeye iletim UV alt türüne göre değişir: pratik olarak hiç UVC nüfuz etmez, UVB’nin yaklaşık %5’i tipik toplam ozon sütunu 300 Dobson birimi (DU) olan başucu güneşi koşullarında deniz seviyesine ulaşır ve gelen UV’nin %95’inden fazlası, 340 nm’nin üzerindeki zayıf O₃ kuyruk etkileri dışında düşük emilim yaşayan UVA’dır (315–400 nm).^[3] ^[2] ^[6] 15–35 km irtifa arasında yoğunlaşan ozon tabakası, atmosferden geçen yol uzunluğu ile emilim verimliliğinin artmasıyla UVB korumasının büyük kısmını oluşturur; daha yüksek güneş zenit açılarında, daha uzun optik yollar nedeniyle iletim azalır.^[43]

Atmosferik iletim, özellikle UVA aralığında (320–400 nm) emilimin minimum olduğu “pencereler” sergiler ve fotokimyasal ve biyolojik süreçler için nüfuza izin verir, ancak aerosoller ve bulutlar optik derinliğe ve türe bağlı olarak %10–40 oranında daha fazla zayıflatabilir.^[44] ^[45] Kutuplarda 220 DU ile tropiklerde 300+ DU arasında değişen toplam ozon sütunundaki varyasyonlar, UVB iletimini ters orantılı olarak etkiler; %1’lik tükenmeler orta enlemlerde yüzey UVB’sini yaklaşık %1,3–2 artırır.^[41] Mezosferdeki oksijen ve ozon ayrışma ürünleri de uzak UV emilimine katkıda bulunarak, UV enerjisini ısıya dönüştürmek suretiyle gezegenin ışınım dengesini korur.^[42]

Yapay Üretim

Geleneksel Lambalar ve Deşarjlar

Düşük basınçlı cıva buharlı deşarj lambaları, UVC aralığında 253,7 nm ve 185,0 nm’de belirgin emisyon çizgileri üretmek için cıva buharını yaklaşık 1 Pa (0,01 mbar) basınçta iyonize ederek çalışan birincil bir geleneksel ultraviyole radyasyon kaynağını temsil eder.^[46] Kısa dalga boylarını iletmek için kuvars veya erimiş silika zarflar içine yerleştirilen bu lambalar, elektron çarpışmalarının cıva atomlarını uyarması ve ardından uyarılmanın sonlanması yoluyla UV üretir.^[47] Ticari mikrop öldürücü varyantlar, kimyasal katkı maddeleri olmadan mikrobiyal inaktivasyonu hedefleyerek 1930’larda Westinghouse aracılığıyla ortaya çıktı.^[48]

Buna karşılık, yüksek basınçlı cıva ark lambaları, 10–100 atm’de deşarjları sürdürerek, görünür çıktının yanı sıra UVA (315–400 nm), UVB (280–315 nm) ve UVC boyunca atomik çizgilerle kaplanmış bir süreklilik spektrumu verir.^[47] Emisyon verimliliği 365 nm ve 405 nm gibi UV bantlarında zirve yapar ve toplam radyant akı yüzlerce watt’a ulaşır; bunlar 1000 K’yi aşan termal yükler nedeniyle güçlü soğutma gerektirir.^[49] Uygulamalar arasında, daha geniş bandın dar hatlı kaynakların ötesinde malzeme uyarılmasını sağladığı fotolitografi ve kürleme yer alır.^[50]

Döteryum (D₂) ark lambaları, kuvars bir ampulde döteryum gazı içinden sürekli bir elektriksel deşarj yoluyla elde edilen, ihmal edilebilir görünür ve kızılötesi çıktı ile yaklaşık 160 nm’den 400 nm’ye kadar sürekli bir UV spektrumu sağlar.^[51] 5–30 A akımlarında çalışan bu lambalar, spektroskopi için kararlı akı sunar ve moleküler emisyon üzerindeki izotopik etkiler nedeniyle derin UV yoğunluğunda hidrojen varyantlarından daha iyi performans gösterir.^[52] Ömürleri, önemli bir bozulma olmadan önce tipik olarak 1000–2000 saate ulaşır.^[53]

Ksenon kısa ark lambaları, 10–50 atm’de ksenon gazındaki yüksek akımlı (20–500 A) arklar aracılığıyla 200 nm’den yukarı doğru geniş bantlı UV üretir ve 400 nm’nin altında güçlü çizgilerle güneş spektrumlarını taklit eder.^[54] Bu ozonsuz tasarımlar (hava yollarında O₃ oluşturmak için yetersiz <242 nm yayar), mikroskopi ve güneş simülasyonuna uygundur, ancak UV çıktısı toplam gücün %10-20’sini oluşturur.^[55] Elektrot erozyonu, tam yoğunlukta çalışma ömrünü 1000 saatle sınırlar.^[56]

Genellikle fosforlu cıva bazlı olan floresan deşarj tüpleri, siyah ışık uygulamaları için 254 nm uyarılmasını UVA’ya (örneğin 365 nm tepe noktası) dönüştürür, zararlı kısa dalga boylarını filtrelerken etkili emisyonu genişletir.^[50]

LED’ler ve Lazerler Dahil Modern Teknolojiler

Ultraviyole ışık yayan diyotlar (UV LED’ler), UVA (315–400 nm), UVB (280–315 nm) ve UVC (100–280 nm) bantlarında emisyon için alüminyum galyum nitrür (AlGaN) gibi yarı iletken malzemelerden yararlanan, geleneksel UV lambalarına kompakt, cıvasız alternatifler olarak ortaya çıktı. UV LED’leri geliştirme çabaları 1980’lerde Japonya’da yoğunlaştı ve 1992’de ilk UV yayan LED ile sonuçlandı.^[57] Ticari UVC LED’ler 2002’de izledi, başlangıçta düşük verimlilik ve çıkış gücü ile sınırlıydı ancak kürleme ve algılamada ilk uygulamalara olanak tanıdı.^[57] Mikrop öldürücü amaçlar için 280 nm’nin altındaki dalga boylarını hedefleyen derin UV LED’ler, 2001 civarında erken prototiplere ulaştı ve 2005 yılına kadar biyokimyasal tespit için yeterli kararlılığa kavuştu.^[58]

Epitaksiyel büyüme ve kusur azaltmadaki ilerlemeler performansı iyileştirmiştir, ancak yüksek alüminyum içeriğinin dislokasyon yoğunluklarını artırması ve kuantum verimliliğini düşürmesi nedeniyle daha kısa dalga boylarında zorluklar devam etmektedir.^[59] 2020 yılına kadar, 395 nm’deki UVA LED’leri, gelişmiş kuantum kuyularını içeren optimize edilmiş tasarımlarda %60’lık duvar prizi verimliliğine ulaştı.^[60] Daha kısa dalga boylu UVC LED’ler, 265 nm emisyonu için genellikle %10’un altında olan daha düşük verimlilikler sergiler ve güç çıkışları dalga boyuyla ters orantılı olarak ölçeklenir; tipik olarak UVA için watt’a karşılık derin UVC için miliwatt.^[61] Bu cihazlar, taşınabilir dezenfeksiyon ve su arıtma sistemleri için güvenilirlikte gaz deşarjlı lambaları geride bırakarak anlık tepki, yönlü emisyon ve 10.000 saati aşan ömür sunar.^[62]

Ultraviyole lazerler, uyarılmış emisyon yoluyla tutarlı UV radyasyonu üretir ve tutarsız kaynaklara kıyasla mikro işleme, spektroskopi ve fotolitografi için üstün ışın kalitesi ve yoğunluğu sağlar. Frekansı üç katına çıkarılmış neodimyum katkılı itriyum alüminyum garnet (Nd:YAG) sistemleri gibi katı hal UV lazerleri, beta baryum borat gibi doğrusal olmayan kristaller aracılığıyla 1064 nm kızılötesini dönüştürerek 355 nm çıktı üretir ve Q-anahtarlı konfigürasyonlarda darbe enerjileri joule seviyelerine ulaşır.^[63] Elektrikle uyarılmış nadir gaz halojenür karışımlarını (örneğin 248 nm’de KrF veya 193 nm’de ArF) kullanan excimer lazerler, 1970’lerin sonlarındaki ticarileşmelerinden bu yana yarı iletken desenleme için gerekli olan darbe başına kilovat aralığında yüksek tepe güçleri sağlar.^[64]

Son gelişmeler, bakımı en aza indirerek ve 200–400 nm aralığında yüzlerce miliwatta kadar güçlerde sürekli dalga çalışmasına izin vererek, gaz bazlı excimerlere göre tamamen katı hal mimarilerini tercih etmektedir.^[65] Doğrudan diyot pompalı UV lazerler ve fiber tabanlı sistemler verimliliği daha da artırarak derin UV harmonikleri için %20’nin üzerinde dönüşüm verimliliği sağlar, ancak vakum-ultraviyole (200 nm’nin altı) malzeme emilim sınırları nedeniyle excimer türlerinin hakimiyetinde kalmaktadır.^[66] Bu teknolojiler, LED’lere kıyasla maliyet ve karmaşıklıkla sınırlı uygulamalarla, geniş alan aydınlatması yerine hassasiyete öncelik verir.^[67]

Malzemelerle Etkileşimler

Emilim Mekanizmaları ve Koruyucu Malzemeler

Ultraviyole radyasyon, malzemeler tarafından öncelikle moleküllerdeki elektronik geçişler yoluyla emilir; burada fotonlar değerlik elektronlarını temel durumlardan, konjuge sistemlerdeki π→π* geçişleri veya bağ yapmayan elektronları içeren n→π* geçişleri gibi daha yüksek enerjili orbitallere uyarır.^[68] Bu süreç, Beer-Lambert yasasını izler; burada absorbans:

$$A = \epsilon c l$$

($\epsilon$ molar absorptivite, $c$ konsantrasyon ve $l$ yol uzunluğu olmak üzere) tipik olarak 200–400 nm arasındaki belirli dalga boylarında zayıflama derecesini belirler.^[69] Aromatik halkalar veya karbonil grupları gibi kromoforlar emilim spektrumlarını belirler; örneğin, ahşaptaki lignin fenolik yapıları aracılığıyla UVB’yi (280–315 nm) emer ve radikal oluşumu yoluyla fotodegradasyonu başlatır.^[70]

Polimerlerde ve organik malzemelerde UV emilimi genellikle bağ kopmasına veya enerji transferine yol açarak zincir kesilmesine veya çapraz bağlanmaya neden olur; örneğin polietilen, karbonil safsızlıkları nedeniyle 300 nm’nin altında emilim yaparak oksidasyonu hızlandırır.^[71] Metal oksitler (örneğin TiO₂) gibi inorganik malzemeler bant aralığı uyarılmaları yoluyla emer; TiO₂’nin ~3,2 eV’lik aralığı ~387 nm’ye karşılık gelir, bu da fotokatalizi mümkün kılar ancak mühendislik uygulandığında koruma da sağlar.^[72]

Koruyucu malzemeler UV hasarını emilim, yansıma veya saçılma yoluyla azaltır. 2-hidroksibenzofenonlar veya benzotriazoller gibi organik UV emiciler, polimerlere %0,1–2 konsantrasyonlarda dahil edilir; UV fotonlarını (290–400 nm) toplar, keto-enol tautomerizmi veya molekül içi proton transferine uğrar ve zararlı radyasyon yaymadan enerjiyi ısı olarak dağıtır.^[73] Çinko oksit veya titanyum dioksit nanopartikülleri (20–100 nm) gibi inorganik engelleyiciler, Mie saçılması yoluyla UVA/UVB’yi yansıtır ve saçar; ZnO, 3,37 eV bant aralığı nedeniyle 380 nm’ye kadar etkilidir ve genellikle geniş spektrumlu kapsama için güneş kremlerinde %5–25 oranlarında kullanılır.^[74]

Hibrit sistemler bunları birleştirir; kaplamalar ve plastikler için, emicilerin engellenmiş amin ışık stabilizörleri (HALS) ile karışımları, emilim sonrası radikalleri temizleyerek dayanıklılığı uzatır. Bu durum, UV stabilizörlerinin 2000 saatin üzerinde hızlandırılmış hava koşullarında parlaklık korumasını sürdürdüğü otomotiv şeffaf kaplamalarında görülür.^[75] UV emici boyalar veya metal nanopartiküllerle işlenmiş kumaşlar, 50’nin üzerinde UPF derecelerine ulaşarak iletimi %98’den fazla engeller, ancak yıkama, süzülme nedeniyle 20 döngüde etkinliği %20–30 azaltır.^[76] Bu mekanizmalar, ISO 4892-2 standartlarına göre spektrofotometri ve hızlandırılmış yaşlandırma testleri ile doğrulanan etkinlikle, fotodegradasyonun nedensel önlenmesine öncelik verir.^[77]

Polimerler, Pigmentler ve Organikler Üzerindeki Bozunma Etkileri

Ultraviyole radyasyon, UV fotonlarının kromoforik gruplar tarafından emildiği, oksijenle reaksiyona girerek serbest radikaller oluşturan uyarılmış durumlar ürettiği ve zincir kesilmesine, çapraz bağlanmaya ve molekül ağırlığının azalmasına yol açan fotooksidatif süreçler yoluyla polimerlerde fotodegradasyona neden olur.^[78] Bu durum, çekme mukavemeti, uzama ve darbe direncinde azalma gibi mekanik özellik kayıplarının yanı sıra polietilen ve polipropilen gibi malzemelerde yüzey tebeşirlenmesi ve çatlamasıyla sonuçlanır.^[79] Örneğin, UV-B’ye (280-315 nm) maruz kalma, yüksek yoğunluklu polietilende (HDPE) gevrekleşmeyi hızlandırır; çalışmalar, uzun süreli ışınlamadan sonra önemli sararma ve yapısal zayıflama olduğunu göstermektedir.^[80] Polipropilen, güneş ışığı altında özellikle hızlı bozunma sergiler ve oksidasyonun göstergesi olan karbonil grupları oluşturur.^[81]

Pigmentlerde ve boyalarda, UV ışığı moleküler bağları kıran, kromoforları değiştirerek ve pigmentin belirli dalga boylarını emme veya yansıtma yeteneğini azaltarak solmaya neden olan fotokimyasal reaksiyonları tetikler.^[82] Daha geniş spektral kapsama nedeniyle daha fazla UV emen daha koyu pigmentler, dış cephe boyalarında UV maruziyetinin aylar ila yıllar içinde canlılık kaybına yol açtığı durumlarda görüldüğü gibi, daha açık olanlardan daha hızlı solar.^[83] Antrakinon türevleri gibi organik pigmentler, plastiklere dahil edildiğinde gelişmiş polimer bozunması göstererek UV altında kırılgan parçalanmayı teşvik ederken, yüksek ışık haslığına sahip boyalar parçalanmak için görünür ışık eşiklerinin üzerinde UV enerjisi gerektirir.^[84]^[85]

Ahşaptaki selüloz gibi doğal polimerler ve sentetik organikler dahil olmak üzere organik malzemeler benzer fotolitik bölünmeye uğrar, organik asitler gibi daha düşük molekül ağırlıklı fragmanlar üretir ve uçucu bileşikler salar.^[86] İşlenmiş ahşap yüzeylerde UV maruziyeti lignin bozulmasına neden olur; 290-400 nm aralığı fenolik yapılara nüfuz edip oksitlediğinden, açık havada maruz kalmanın haftalar içinde grileşmeye, yüzey erozyonuna ve parlaklık kaybına yol açar.^[87] Tekstillerdeki veya kaplamalardaki boyalar için, UV kaynaklı radikal oluşumu renk gidermeye yol açar; kararsız varyantlar kombine UV ve görünür ışık altında solarak oksijenin bu reaksiyonları hızlandırmadaki rolünü vurgular.^[88] Bu etkiler, C-H, C-C ve C=O bağlarındaki ayrışma eşiklerini aşan enerji transferiyle yönlendirilen malzeme yaşlanmasında UV’nin nedensel rolünün altını çizer.^[89]

Biyolojik Etkileşimler

Fotobiyoloji Temelleri

Ultraviyole radyasyon, temel biyomoleküller tarafından emilim yoluyla biyolojik sistemlerle etkileşime girer ve moleküler yapıyı ve işlevi değiştirebilen fotokimyasal reaksiyonları başlatır. Fotobiyolojide, UV dalga boyları, özellikle UVB (280–315 nm), kromoforik grupları nedeniyle öncelikle nükleik asitler ve proteinler tarafından emilir. Timin ve sitozin gibi DNA bazları, özellikle pirimidinler, 260 nm civarında güçlü emilim maksimumları sergileyerek UV maruziyeti üzerine doğrudan uyarılmayı mümkün kılar.^[90] Bu emilim, elektronları daha yüksek enerji durumlarına yükseltir, genellikle ultra hızlı radyasyonsuz bozunmaya veya kritik olarak siklobutan pirimidin dimerleri (CPD’ler) gibi kovalent lezyonların oluşumuna neden olur.^[91]

UVB ışınlamasından kaynaklanan baskın doğrudan fotoraün, DNA’daki bitişik timin bazları arasında femtosaniye zaman ölçeklerinde gerçekleşen bir [2+2] siklo-katılma reaksiyonu yoluyla oluşan cis-syn siklobutan timin dimeridir (T<>T).^[91] Sitozin veya karışık pirimidin çiftlerini içeren benzer dimerler ve ayrıca 6-4 fotoraünler, DNA sarmalını bozarak replikasyonu ve transkripsiyonu engeller; bu, onarılmazsa mutasyonlara yol açabilir.^[92] Yerel DNA tarafından zayıf bir şekilde emilen UVA radyasyonu (315–400 nm), endojen kromoforların fotosensitizasyonu yoluyla dolaylı hasara neden olur; singlet oksijen ve süperoksit gibi reaktif oksijen türleri (ROS) üreterek DNA bazlarını okside eder, zincir kırılmaları veya 8-oksoguanin gibi oksitlenmiş lezyonlar oluşturur.^[90]

Proteinler, aromatik amino asitler—triptofan (tepe ~280 nm), tirozin (~275 nm) ve fenilalanin (~260 nm)—yoluyla UV’yi emerek, protein çapraz bağlanmasına, parçalanmasına veya açılmasına neden olabilen ve böylece enzimatik işlevi ve hücresel sinyalleşmeyi bozan uyarılmış durum reaksiyonlarına yol açar.^[93] Bu emilim olayları, UV’nin fotobiyolojideki ikili rolünü destekler: akut dozlardan kaynaklanan mutajenez ve hücre ölümü potansiyeli ile nükleotid eksizyon onarım yolları yoluyla DNA onarımı aktivasyonu gibi düzenlenmiş düşük doz yanıtları arasındaki zıtlık.^[94] Genel olarak, UV fotobiyolojisi, dalga boyuna özgü emilim verimliliklerine ve hasar indüksiyonu ile biyolojik onarım kapasiteleri arasındaki dengeye dayanır.^[95]

Evrimsel Adaptasyonlar ve Ekolojik Roller

Taksonlar genelindeki organizmalar, ultraviyole (UV) radyasyonun DNA lezyonları ve oksidatif stres gibi zararlı etkilerine karşı koymak ve aynı zamanda UV’yi duyusal ve sinyal işlevleri için kullanmak üzere fizyolojik, davranışsal ve biyokimyasal adaptasyonlar geliştirmiştir. Bitkilerde, UV DİRENCİ LOKUSU 8 (UVR8) proteini, epidermal hücrelerde flavonoidler gibi UV emici bileşiklerin birikimini tetikleyen bir sinyal yolunu başlatarak alttaki dokuları UV-B nüfuzundan korur; bu mekanizma, tam ozon tabakası gelişiminden önce karasal ortamların yüksek UV akısı altında kolonizasyonunu sağlayan erken kara bitkilerine kadar uzanır.^[96]^[97] Hayvanlar, ortam UV yoğunluğu ile ilişkili melanin bazlı pigmentasyon gradyanları dahil olmak üzere yakınsak adaptasyonlar sergiler; ekvatoral insan popülasyonlarındaki daha koyu yapısal pigmentasyon, kronik maruziyetten kaynaklanan folat tükenmesini ve cilt kanseri riskini azaltırken, daha yüksek enlemlerdeki daha açık cilt, düşük UV koşullarında D vitamini sentezini kolaylaştırır.^[98]^[99]

Sucul ekosistemlerde, zooplanktonlar UV toleransı için yerel genetik adaptasyonlar gösterir; bunlar arasında daha derin, UV ile zayıflatılmış sulara yönelik gelişmiş davranışsal günlük dikey göç ve mikosporin benzeri amino asitler (MAA’lar) gibi fotokoruyucu pigmentlerin yukarı regülasyonu yer alır. Omurgalılar, özellikle kuşlar, sürüngenler ve balıklar, atasal mor/UV görme sistemlerinden türetilen UV’ye duyarlı opsinleri korurlar; primatlar gibi soylarda opsin amino asitlerindeki ikameler hassasiyeti UV’den daha uzun dalga boylarına kaydırır; bu koruma, korumanın ötesindeki işlevleri destekler. Böcekler ve amfibiler genellikle UV reseptörlerini içeren tetrakromatik vizyona sahiptir ve bu da insanlar tarafından görülemeyen UV yansıtıcı desenlerin tespitini kolaylaştırır.^[100]^[101]^[102]

Ekolojik olarak, UV radyasyonu yiyecek arama, avlanma ve üremeyi etkileyerek trofik dinamikleri ve biyolojik çeşitlilik modellerini modüle eder. Birçok kapalı tohumlu bitkinin çiçekleri, UV’yi bol olduğu ortamlarda tozlaşma verimliliğini ve bitki uygunluğunu artıran, zıt “hedef tahtası” nektar kılavuzları olarak algılayan arılar gibi tozlaştırıcıları yönlendiren UV desenlerini yansıtır. Kuş türlerinde, UV yansıtıcı tüyler eş kalitesini işaret eder; dişiler bu ipuçlarını genetik canlılık açısından değerlendirdiğinden, daha yüksek UV yansımasına sahip erkekler daha büyük üreme başarısı elde eder. Yırtıcı etkileşimler UV görüşünden yararlanır; örneğin yılanlar, av tespitini bozan veya aposematik sinyalleşme yoluyla yırtıcıları caydıran UV yanardöner pullar sergiler ve filogenetik analizler cinsel gösteriden ziyade savunma için daha güçlü seçici baskı olduğunu gösterir. UV ayrıca, yüzey sularındaki çözünmüş organik maddeyi (DOM) fotoliz ederek, mikrobiyal alım için biyoyararlanımı artırarak ve karbonu CO2 olarak serbest bırakarak besin döngüsünü yönlendirir, böylece hem tatlı su hem de deniz sistemlerinde birincil üretimi ve besin ağı verimliliğini değiştirir.^[103]^[104]^[105]^[106]

İnsan Sağlığına Etkileri

Yararlı Fizyolojik Etkiler

Ultraviyole B (UVB) radyasyonu, özellikle 290 ve 320 nm arasındaki dalga boyları, epidermisteki 7-dehidrokolesterolü termal olarak D3 vitaminine (kolekalsiferol) izomerleşen previtamin D3’e dönüştürerek kutanöz D3 vitamini sentezini indükler.^[107] Bu süreç, çoğu insan için D vitamininin birincil doğal kaynağıdır ve kalsiyum ile fosfor emilimini, kemik mineralizasyonunu ve iskelet sağlığını destekler; yetersiz UVB maruziyetinden kaynaklanan eksiklik, raşitizm ve osteomalazi gibi durumlara katkıda bulunur.^[108] Dünya Sağlık Örgütü, açık tenli bireylerin aşırı maruz kalma riski olmadan yeterli D vitamini seviyelerine ulaşması için haftada birkaç kez 5 ila 15 dakika gün ortası güneşe maruz kalmayı önermektedir.^[109] Son denemeler, kontrollü UVB maruziyetinin sağlıklı yetişkinlerde önemli bir iltihaplanma ortaya çıkarmadan D vitamini üretimini artırdığını doğrulamaktadır.^[110]

D vitamininin ötesinde, ultraviyole radyasyon, ciltteki nitratların ve nitrozotiyollerin fotolizi yoluyla nitrik oksit (NO) vererek vazodilatasyonu teşvik eder ve kan basıncını düşürür; bu durum gözlemsel verilerde daha düşük kardiyovasküler hastalık ölüm oranı ile ilişkilidir.^[111] Daha yüksek yaşam boyu UV maruziyeti, bazı analizlerde D vitamini durumundan bağımsız olarak, kardiyovasküler ölüm riskinde %50’ye varan azalma ve kanser dışı, kardiyovasküler dışı ölüm oranında %65 azalma ile ilişkilendirilmiştir.^[112] UVB ayrıca bağışıklık tepkilerini modüle ederek, T-hücresi düzenlemesi ve sitokin değişimleri dahil olmak üzere D vitamininden ayrı mekanizmalar yoluyla multipl skleroz semptomlarını baskılar.^[111]

Dar bant UVB fototerapisi (yaklaşık 311 nm), bu fizyolojik yollardan terapötik olarak yararlanarak, hiperproliferatif keratinositlerde apoptozu indükler ve sedef hastalığı (psoriasis) gibi durumlarda iltihabı azaltır; tutarlı seanslardan sonra hastaların %25-33’ünde temiz veya neredeyse temiz bir cilt elde edilir.^[113]^[114] Benzer faydalar, melanosit stimülasyonu ve repigmentasyon yoluyla vitiligoda ve Th2 baskın yanıtların bastırılması yoluyla atopik dermatitte görülür; meta-analizler, tek başına topikal ajanlardan daha üstün sürekli remisyon oranları göstermektedir.^[113] Bu etkiler, uzun vadeli faydaların kümülatif risklere karşı dengelenmesi gerekmesine rağmen, UV’nin eritem altı dozlarda epidermal ve dermal homeostazı yeniden kalibre etme kapasitesini göstermektedir.^[115]

Olumsuz Etkiler ve Doz-Tepki İlişkileri

Ultraviyole radyasyon (UVR), öncelikle UVB dalga boyları (280–315 nm) yoluyla akut cilt eritemine (yaygın olarak güneş yanığı olarak bilinir) neden olur; minimal eritem dozu (MED) adı verilen bir eşik doz, fototipe bağlı olarak açık tenli bireylerde tipik olarak 20–80 mJ/cm² arasında değişir.^[116] Eritem, MED’in altındaki dozların görünür bir yanıt ortaya çıkarmadığı, ancak aşılması durumunda sitokin salınımı ve vazodilatasyon yoluyla maruziyetten 12-24 saat sonra zirve yapan iltihaplanmaya yol açtığı sigmodial bir doz-tepki eğrisi sergiler.^[117] UVA (315–400 nm), daha yüksek dozlarda sinerjik olarak katkıda bulunur ve birleşik maruziyetlerde etkili UVB eşiğini %50’ye kadar düşürür, ancak eritem aksiyon spektrumu daha uzun dalga boylarında daha düşük verimlilikle zirve yapar.^[116]

Kronik UVR maruziyeti, doza bağlı cilt karsinojenezisini tetikler; melanom dışı cilt kanserleri (bazal hücreli ve skuamöz hücreli karsinomlar), kümülatif yaşam boyu dozla orantılı olarak insidansda neredeyse doğrusal bir artış gösterir; örneğin, yetişkinlikte kümülatif UV akısını ikiye katlamak, skuamöz hücreli karsinom riskini iki kattan fazla artırır.^[118] ^[119] Melanom riski benzer bir doz-tepki izler ancak aralıklılık etkilerine dair kanıtlar vardır; yüksek yoğunluklu epizodik maruziyetler, özellikle daha açık cilt tiplerinde tehlikeyi toplam dozun ötesinde artırır.^[94] UVB doğrudan DNA siklobutan pirimidin dimerlerini indüklerken, UVA oksidatif lezyonlar üretir; her ikisi de net bir onarım eşiği olmadan mutasyonları biriktirir ve epidemiyolojik verilerde radyasyon kaynaklı cilt kanserleri için Sv başına 52 aşırı göreceli risk verir.^[120] Kırışıklıklar ve elastoz olarak kendini gösteren fotoyaşlanma, matris metaloproteinaz yukarı regülasyonu aracılığıyla toplam dozla doğrusal olmayan bir ilişki kurar.^[94]

Oküler yan etkiler arasında, 300 nm’de 0,1–1 mJ/cm²’nin üzerindeki kornea dozlarında ortaya çıkan ağrı ve fotofobi gibi semptomlarla UVB aşırı maruziyetinden kaynaklanan akut fotokeratit yer alır ve epitel dökülmesi yoluyla 24-48 saat içinde düzelir.^[121] Katarakt oluşumu, öncelikle kortikal ve nükleer alt tipler, protein denatürasyonu ve oksidatif stresi içeren 350 nm’de 60 mJ/cm²’ye eşdeğer kronik eşiklerin üzerinde doğrusal olarak artan risklerle kümülatif bir doz-tepki sergiler.^[122] UVA, daha derin penetrasyon yoluyla lens hasarını şiddetlendirir, ancak daha yüksek ortam maruziyeti enlemlerine epidemiyolojik bağlantılarda UVB baskındır.^[123]

UVR, kutanöz ve sistemik bağışıklığı doza bağlı bir şekilde baskılar; eritem altı UVB dozları (örneğin 50–200 J/m²), Langerhans hücresi tükenmesi ve düzenleyici T hücresi indüksiyonu yoluyla temas aşırı duyarlılığını %40–70 oranında azaltarak karsinojenezisi kolaylaştırır.^[124] ^[125] Daha yüksek dozlar iltihaplanma yoluyla yerel baskılamayı tersine çevirebilir, ancak kronik düşük seviyeli maruziyet toleransı teşvik ederek enfeksiyon duyarlılığını ve malignite kaçışını artırır; bu durum insan gönüllü çalışmalarında kanıtlanmıştır.^[94] ^[126] Genel olarak, olumsuz sonuçlar, onarım kapasitesindeki bireysel değişkenliğin yanıtları modüle etmesiyle UVR’nin çift eşikli (akut) ve eşiksiz (kronik mutajenik) profillerini vurgular.^[127]

Maruziyet Kılavuzları ve Müdahalelerdeki Tartışmalar

Dünya Sağlık Örgütü (WHO) gibi halk sağlığı kuruluşları, cilt kanseri, fotoyaşlanma ve immünosüpresyon risklerini azaltmak için ultraviyole (UV) radyasyona korumasız maruziyetin en aza indirilmesini önermekte, güneş kremi kullanımı, koruyucu giysiler ve yoğun saatlerde gölge gibi müdahaleleri vurgulamaktadır.^[109] Bu kılavuzlar, melanom dışı cilt kanserlerinin ve melanomların önemli bir kısmını kümülatif veya aralıklı UV maruziyetine bağlamakta ve Birleşik Krallık tahminleri melanomların %86’sına kadarının güneşten kaçınma yoluyla önlenebileceğini öne sürmektedir.^[128] Ancak eleştirmenler, bu tür önerilerin fayda sağlayabilecek kronik düşük seviyeli maruziyeti, kanser riskini artıran akut yüksek yoğunluklu yanıklarla bir tuttuğunu ve potansiyel olarak D vitamini eksikliğini teşvik eden aşırı temkinli politikalara yol açtığını iddia etmektedir.^[129]

Epidemiyolojik kanıtlar, orta düzeyde güneş UV maruziyetinin daha yüksek serum 25-hidroksivitamin D seviyeleri ve kolorektal ve meme dahil olmak üzere belirli kanserlerin insidansının düşmesiyle ve ayrıca azalmış kardiyovasküler ölüm oranıyla ilişkili olduğunu göstermekte ve UV radyasyonunun net zarar anlatısına meydan okumaktadır.^[130]^[131] İsveç ve Birleşik Krallık gibi bölgelerden yapılan çalışmalar, daha fazla yaşam boyu güneş maruziyetini azalmış tüm nedenlere bağlı ölüm oranıyla ilişkilendirmekte, cilt kanserleri için yerleşik UV karsinojenitesine rağmen genel güneş maruziyetini artan ölüm oranına bağlayan doğrudan bir kanıt bulunmamaktadır.^[132] Amerikan Kanser Derneği gibi kuruluşlar, kanser riski artışı olmadan gereksinimleri karşılamak için yetersiz güvenli güneş dozlarını gerekçe göstererek D vitamininin güneş maruziyetinden ziyade öncelikle diyet veya takviyeler yoluyla alınmasını savunmaktadır.^[133] Buna karşılık, Avustralya Kanser Konseyi kılavuzları, kısa süreler için (örneğin UV indeksi ≥3 olduğunda açık cilt tipleri için 6-8 dakika) tesadüfi gün ortası güneş maruziyetinin, önemli yanık riski olmadan D vitamini ihtiyaçları için yeterli olduğunu öne sürmektedir.^[134]

Birçok maruziyet kılavuzunun merkezinde yer alan güneş kremi müdahaleleri, oksibenzon (benzofenon-3) gibi kimyasal emiciler üzerinden incelemeye tabi tutulmaktadır; laboratuvar ve hayvan çalışmaları, bunların östrojeni taklit ederek veya tiroid fonksiyonunu değiştirerek endokrin bozucular olarak hareket edebileceğini öne sürmüş, bu da çevresel ve potansiyel insan sağlığı endişeleri nedeniyle 2021’den bu yana Hawaii ve Key West’te yasaklamalara yol açmıştır.^[135]^[136] İnsan epidemiyolojik verileri, tipik dozlarda sistemik emilimin zarara neden olduğuna dair sınırlı kanıt gösterse de, son uyarılar yüksek konsantrasyonlu ürünlerden kaynaklanan riskleri vurgulamakta ve UV’yi nüfuz etmeden yansıtan çinko oksit gibi mineral bazlı alternatifler için çağrıda bulunmaktadır.^[137] Paradoksal olarak, güneş kremi kullanımı, algılanan yanık riskini azaltarak UV maruziyet süresini istemeden artırabilir ve potansiyel olarak fotokoruma faydalarını dengeleyebilir.^[138]

Uluslararası İyonlaştırıcı Olmayan Radyasyondan Korunma Komisyonu’ndan (ICNIRP) olanlar gibi mesleki maruziyet kılavuzları, eritem gibi akut etkileri önlemek için sınırlar belirler (örneğin 8 saat boyunca 270 nm’de UVB için 30 J/m² etkili doz), ancak bunların açık havada çalışanlar için D vitamini faydalarına karşı dengelenmesi konusunda tartışmalar devam etmektedir; bu çalışanların kronik maruziyeti melanom dışı cilt kanseri oranlarını artırırken diğer hastalık insidanslarını düşürebilir.^[139]^[140] UV engelleyici filmler veya zamanlı vardiyalar gibi müdahaleler tartışmalı olmaya devam etmektedir, çünkü zorunlu kaçınma kapalı mekan popülasyonlarında gözlemlenen yaygın D vitamini yetersizliğini şiddetlendirebilir.^[141] Gelişen araştırmalar, cilt tipini, enlemi ve UV hassasiyetini ve D vitamini sentez verimliliğini etkileyen genetik faktörleri hesaba katan kişiselleştirilmiş kılavuzlara duyulan ihtiyacın altını çizmektedir.^[142]

Uygulamalar

Analitik ve Adli Teknikler

Ultraviyole-görünür (UV-Vis) spektroskopisi, ultraviyole (tipik olarak 200-400 nm) ve görünür (400-800 nm) ışığın emilimini ölçerek maddelerin konsantrasyonunu ve kimliğini belirlemek için temel bir analitik teknik olarak hizmet eder.^[69] Yöntem, elektronların temelden daha yüksek enerji durumlarına uyarılmasına dayanır ve konjuge sistemlerdeki π→π* gibi moleküler elektronik geçişleri yansıtan karakteristik spektrumlar üretir.^[143] Nicel analiz, $A = \epsilon l c$ olarak ifade edilen Beer-Lambert yasasını izler; burada $A$ absorbans, $\epsilon$ molar yok olma katsayısı, $l$ yol uzunluğu ve $c$ konsantrasyondur; bu da çözeltilerde veya katılarda hassas ölçümler sağlar.^[144] Uygulamalar, saflık testleri için ilaçları, nitratlar gibi kirleticiler için çevresel izlemeyi ve 280 nm’de aromatik amino asit emilimi yoluyla protein miktar tayini için biyokimyayı kapsar.^[145]

Çok yönlülüğüne rağmen, UV-Vis spektroskopisi, safsızlıklara karşı hassasiyetin taban çizgisi kaymalarına neden olması ve benzer bileşikler için spektrumlar genellikle örtüştüğünden NMR gibi tamamlayıcı yöntemler olmadan ince yapısal ayrıntıları çözememe gibi sınırlamalarla karşı karşıyadır.^[69] Numune hazırlama, karıştırıcı emilimden kaçınmak için su veya etanol gibi UV aralığında şeffaf çözücüler gerektirir.^[143] Enstrümantal kurulumlar tipik olarak UV emisyonu için bir döteryum veya ksenon lambası, dalga boyu seçimi için bir monokromatör ve bir fotoçoğaltıcı tüp gibi bir dedektör içerir; modern diyot dizisi dedektörleri hızlı tam spektrum edinimini mümkün kılar.^[146]

Adli soruşturmalarda, ultraviyole aydınlatma, beyaz ışık altında görünmeyen gizli kanıtları ortaya çıkarmak için floresans ve emilim özelliklerinden yararlanır.^[147] Meni, tükürük ve idrar gibi vücut sıvıları, triptofan veya flavinler gibi organik bileşikler nedeniyle 365 nm UV ışığı altında floresans verir, arka planlara karşı kontrast oluşturan görünür dalga boyları yayar ve Ulusal Adalet Enstitüsü kılavuzlarına göre tespit oranlarını %30-45 artırır.^[147]^[148] Gözenekli yüzeylerdeki gizli parmak izleri, artık yağlardan parlayabilir veya floresan boyalarla işlenebilirken, kan lekeleri genellikle UV’yi güçlü bir şekilde emerek karanlık boşluklar olarak görünür veya arka plan floresansının sönümlenmesini sergiler.^[149]^[150]

Dar UV bantları (örneğin 350-450 nm) yayan taşınabilir cihazlar olan adli ışık kaynakları, liflerin, ateşli silah kalıntılarının ve UV kaynaklı floresansın para birimlerindeki veya mürekkeplerdeki güvenlik özelliklerini ayırt ettiği şüpheli belgelerin yerinde incelenmesini kolaylaştırır.^[151] Yansıyan ultraviyole fotoğrafçılığı, görünür ışığı dışlamak için kameralarda UV geçiren filtreler kullanarak, değiştirilmiş çürükler veya kumaş dokumaları gibi UV yansıtıcı malzemelerden gelen desenleri yakalar.^[152] Uzun süreli UV maruziyeti kanıtların fotodegradasyonu riskini taşır, bu da kontrollü uygulama ve araştırmacıların ortaya çıkan potansiyel biyolojik tehlikelere maruz kalmasını azaltmak için koruyucu donanım gerektirir.^[150]^[153]

Endüstriyel ve İmalat Süreçleri

Ultraviyole radyasyon, yüksek yoğunluklu UV ışığının fotobaşlatıcı içeren formülasyonlarda fotokimyasal reaksiyonları tetiklediği, sıvı monomerleri ve oligomerleri hızla katı, çapraz bağlı ağlara polimerize ettiği UV kürleme süreçlerinde merkezi bir rol oynar. Bu yöntem, termal kürleme için gereken saatlere kıyasla saniyeler içinde kürleme sürelerine ulaşarak yüksek verimli üretime olanak tanırken, çözücüleri ortadan kaldırarak enerji kullanımını ve uçucu organik bileşik emisyonlarını en aza indirir.^[154]^[155] Baskı gibi endüstrilerde, UV ile kürlenen mürekkepler kağıt veya plastik gibi yüzeylerde anında katılaşarak fleksografik preslerde dakikada 1.000 metreyi aşan hızları destekler ve mürekkep migrasyonundan kaynaklanan kusurları azaltır.^[156]

Elektronik ve otomotiv montajında, UV kürleme yapıştırıcıları ve koruyucu kaplamaları devre kartlarına ve bileşenlere bağlayarak titreşime ve termal döngüye karşı dayanıklılığı artırır; örneğin, telekomünikasyon üretiminde optik fiberleri 20 MPa’ya kadar bağ mukavemetleriyle sabitler.^[157]^[158] Polimer işleme, akrilikler ve epoksiler gibi malzemeleri tıbbi cihazlar ve ambalaj uygulamaları için güçlendiren UV kaynaklı çapraz bağlanmadan yararlanır; burada kür derinlikleri 365 nm civarındaki optimize edilmiş dalga boyları altında birkaç milimetreye ulaşır.^[159] Sistemler tipik olarak UVA (315–400 nm) ve UVB (280–315 nm) aralıklarında yayan cıva ark lambaları veya UV LED’leri kullanır; LED’ler daha uzun ömürler (10.000 saatin üzerinde) ve ısıya duyarlı yüzeyler için daha düşük ısı çıkışı sunar.

Yarı iletken üretiminde fotolitografi, fotorezist kaplı plakaları desenli maskeler aracılığıyla pozlamak için ultraviyole ışığa dayanır ve derin UV (örneğin 193 nm argon florür lazerleri) veya ekstrem UV (13,5 nm) kaynakları kullanarak 10 nm’ye kadar özellik boyutlarına sahip devreleri seçici olarak aşındırır. Plaka başına düzinelerce kez tekrarlanan bu adım, entegre devrelerdeki transistörleri ve ara bağlantıları tanımlar; EUV, 2030’a kadar Moore Yasası projeksiyonlarıyla uyumlu daha yoğun yongalara olanak tanır.^[160]^[161] Pozlama dozları, çözünürlüğü düşürebilecek aşırı pozlamayı önlemek için 20–50 mJ/cm²’de hassas bir şekilde kontrol edilir ve süreç, kirlenmeyi önlemek için vakum ortamlarını entegre eder.^[162]

UV ayrıca imalatta tahribatsız muayeneyi kolaylaştırır; örneğin kaynaklar ve dökümler için floresan penetrant muayenesinde, 365 nm’de UV aydınlatması boya floresansı yoluyla yüzey çatlaklarını ortaya çıkararak havacılık bileşenlerinde kusur tespit oranlarını %95’in üzerine çıkarır.^[163] Polimer bozunma simülasyonunda, hızlandırılmış UV yaşlandırma odaları malzemeleri güneş seviyelerinin 5–10 katı yoğunluklara maruz bırakarak, ASTM G154 gibi standartlar aracılığıyla ömrü nicelleştirir ve plastik ve kaplama üretiminde kalite kontrolüne yardımcı olur.^[164]

Tıbbi ve Dezenfeksiyon Teknolojileri

UVB (280–315 nm) ve UVA (315–400 nm) aralıklarındaki ultraviyole radyasyon, bağışıklık tepkilerini modüle ederek ve hiperproliferatif cilt hücrelerinde apoptozu indükleyerek sedef hastalığı, egzama ve vitiligo gibi dermatolojik durumları tedavi etmek için fototerapide kullanılır.^[115] 311–313 nm’deki dar bant UVB (NB-UVB), plak sedef hastalığı için yüksek etkinlik göstermiş, çoklu seansları içeren klinik çalışmalarda %80 tam yanıt oranlarına ulaşmıştır.^[165] Randomize denemeler, ev tabanlı NB-UVB fototerapisinin guttat ve plak sedef hastalığı için ofis tabanlı tedavilere eşdeğer etkinlikte olduğunu ve standartlaştırılmış dozlama protokollerinden sonra benzer temizlenme oranları sağladığını doğrulamaktadır.^[166] Psoralen duyarlılaştırmasını UVA maruziyetiyle birleştiren PUVA tedavisi, yüz, gövde ve uzuvlardaki vitiligo vakalarının %50–75’inde repigmentasyon sağlasa da, uzun süreli kullanımda fototoksisite ve potansiyel karsinojenez riskleri taşır.^[167]

Dezenfeksiyon için, öncelikle düşük basınçlı cıva lambalarından 254 nm’de gelen UV-C radyasyonu (200–280 nm), pirimidin dimeri oluşumu yoluyla DNA’ya zarar vererek mikroorganizmaları etkisiz hale getirir; SARS-CoV-2 gibi virüsler için 5 mJ/cm² kadar düşük dozlar gerekir.^[168] UV mikrop öldürücü ışınlama (UVGI), doğrudan maruziyet sağlandığında yüzeylerde ve havada SARS-CoV-2’nin %99,9’a kadar inaktivasyonunu sağlar, ancak gölgeleme, organik kirlenme veya dolaylı yollarla etkinlik azalır.^[169] Su arıtımında, EPA kılavuzları yüzey suyunda mikrobiyal azalma için en az 40 mJ/cm² sağlayan UV sistemlerini önermekte, akış dinamikleri ve lamba bozulmasını hesaba katmak için biyodozimetri yoluyla doğrulanmaktadır.^[170] HVAC sistemlerindeki hava kaynaklı UVGI, yüksek hava akış hızlarında bakterilere karşı %76 dezenfeksiyon etkinliği sağlarken, 222 nm’deki uzak-UVC, azaltılmış insan dokusu penetrasyonu ile sürekli işgal edilen alan dekontaminasyonuna olanak tanır.^[171]^[172]

Gelişen UV-LED teknolojileri, taşınabilir yüzey dezenfeksiyonu için cıvasız alternatifler sunsa da, ticari cihazlar genellikle uzun maruziyet süreleri olmadan sağlam patojen öldürme için gerekli dozları sağlamada başarısız olmaktadır.^[173] NWRI gibi kuruluşlardan gelen standartlar, gerçek dünya uygulamalarında yetersiz dozlamayı önlemek için UV doz teslimatının doğrulanmasını vurgulamaktadır.^[174]