Принцип и оптичка метрологија ширења зрачења УВ сијалице од 222 нм
Особине и електромагнетни спектар електромагнетних таласа
Светлост је електромагнетни талас. Према Максвеловој електромагнетној теорији, временско{1}}променљиво електрично пољеE(или магнетно пољеH) у области свемира индуковаће променљиво магнетно пољеH(или електрично пољеE) у суседним регионима. Ова наизменична променљива електрична и магнетна поља непрекидно генеришу једно друго и шире се кроз простор коначном брзином, формирајући електромагнетне таласе. Електромагнетни таласи показују следеће особине:
(1) Оба електрично пољеEи магнетно пољеHелектромагнетног таласа су окомити на правац простирања, а три вектора (Е, Х и правац простирања) су међусобно окомити. Дакле, електромагнетни таласи су попречни таласи. Вектори Е, Х и правац простирања формирају систем десно{2}}вијача.
(2) За електромагнетни талас који се шири у датом правцу,EиHосцилирају у својим равнима-карактеристика позната као поларизација.
(3) У свакој тачки у простору,EиHпролазе кроз периодичне варијације и налазе се у фази, истовремено достижући максимуме и минимуме.
(4) У било ком тренутку иу било ком тренутку, однос величине измеђуEиHје εЕ=μХ.
(5) Брзина простирања електромагнетних таласа у вакууму је ц=1/√(ε₀μ₀), ау средини је в=1/√(εμ).
Електромагнетни таласи обухватају изузетно широк опсег, од радио таласа и оптичких таласа до Кс-зрака и -зрака-који припадају истој категорији, а разликују се само по таласној дужини. Тренутно откривени и широко коришћени електромагнетни таласи се крећу од таласних дужина дужих од 10⁴ м до краћих од 10⁻⁵ нм. Када су распоређени по фреквенцији или таласној дужини, они формирају електромагнетни спектар. Оптичко зрачење заузима само мали сегмент овог спектра, при чему је ултраљубичасто зрачење примарни фокус нашег истраживања.
Оптицал Радиатион
Енергија која се шири у облику електромагнетних таласа или честица (фотона), која је способна да се рефлектује, слика или распршује помоћу оптичких елемената, заједно са процесом њеног ширења, заједнички се назива оптичко зрачење. Генерално се сматра да покрива таласне дужине од 10 нм до 1 мм (фреквенције ~3×10¹¹ до 3×10¹⁶ Хз). Оптичко зрачење се обично дели на три дела на основу таласне дужине и људског визуелног одговора: ултраљубичасто зрачење, видљиво светло и инфрацрвено зрачење. Таласне дужине се обично изражавају у нм за опсег од видљивог-до-ултраљубичастог зрачења, у μм за инфрацрвени, а таласни бројеви су уобичајено дати у цм⁻¹.
Ултраљубичасто зрачење има краће таласне дужине од љубичасте светлости и невидљиво је људском оку, у распону од 1–390 нм. Подељен је на блиски{3}}УВ, удаљени-УВ и екстремни-УВ. Екстремно-УВ се скоро потпуно апсорбује ваздухом и може да се шири само у вакууму, па се стога назива и вакуум ултраљубичастим (ВУВ). У соларним УВ студијама, ултраљубичасто зрачење се често класификује у УВА, УВБ и УВЦ опсеге.
Конкретно, далеко{0}}ултраљубичасто светло које производи а222 нм УВ сијалица(КрЦл* ексцимер лампа) привукла је значајну пажњу последњих година за апликације за дезинфекцију{0}}простора у ненасељеном простору у јавним просторима. Његова висока енергија фотона, снажна апсорпција кисеоника у ваздуху и изузетно плитка дубина продирања у људску кожу (ограничена на стратум цорнеум) чине га јединствено сигурним и ефикасним.
За квантитативно описивање оптичког зрачења потребне су специфичне физичке величине. Детекција и мерење оптичког зрачења користе два различита система: радиометријске јединице и фотометријске јединице.
Радиометријски систем користи флукс зрачења (или снагу зрачења) и енергију зрачења као основне величине, у зависности искључиво од објекта који зрачи. Основне јединице су ват (В) и џул (Ј). Радиометрија се примењује у целом електромагнетном спектру.
Фотометријски систем одражава визуелну перцепцију осветљености. Његова основна величина је интензитет светлости, са основном јединицом кандела (цд). Фотометрија је применљива само на видљиви опсег.
Иако се физичке величине у ова два система концептуално разликују, њихови симболи одговарају један-према-један. Радиометријске величине су означене индексом "е", фотометријске величине индексом "в".
Главни закључак Максвелове теорије је постојање електромагнетних таласа, а светлост је електромагнетни талас. Светлост се у суштини не разликује од радио таласа, микроталаса, Кс-зрака или -зрака осим у опсегу таласних дужина. На основу ове теорије може се израчунати слабљење интензитета светлости у атмосфери. У овој књизи ултраљубичасте мерне удаљености су релативно кратке (само десетине метара), тако да се медијум ширења може сматрати униформним, а ефекти индекса преламања и атмосферске турбуленције су занемарени. Наредна мерења третирају медијум као вакуум.
Основни закони мерења оптичког зрачења
Извор зрачења се може окарактерисати интензитетом зрачења, ексистенцијом зрачења (густином флукса зрачења) и флуксом зрачења да би се описао његова снага и просторна расподела енергије.
Интензитет зрачења је снага зрачења коју емитује извор по јединици чврстог угла, што одражава угаону дистрибуцију енергије зрачења.
Излазност зрачења (густина флукса зрачења) је укупна енергија зрачења која се емитује по јединици површине, која одражава површинску густину емисије.
Флукс зрачења је укупна снага коју цео извор емитује у простор (временска брзина енергије зрачења).
Сјајност се дефинише као снага зрачења која се емитује по јединици пројектоване површине у праволинијском-смеру-видности по јединици чврстог угла. Односи између интензитета зрачења, егзистенције зрачења, флукса зрачења и зрачења изражени су као:
Интегрисањем зрачења преко подручја извора добија се интензитет зрачења: Ј=∫ₐ Н цосθ дА (3-1)
Интегрисање зрачења преко чврстог угла даје егзистенцију зрачења: М=∫ₒ Н цосθ дΩ (3-2)
Двострука интеграција по површини и чврстом углу даје флукс зрачења: Φ=∫ₐ ∫ₒ Н цосθ дА дΩ (3-3)
Где: Н - сјај извора; дА - елемент изворне области; θ - угао између правца емисије и нормале површине; дΩ - елемент пуног угла; цосθ дА - пројектована површина у правцу емисије.
Озраченост има исте димензије као и излазност зрачења (В/цм²), али се односи на снагу примљену по јединици површине на детектору. Када инструмент прими зрачење, зрачење на улазној зеници је: Е=∫ₒ Н цосθ дΩ (3-4)
Једначина (3-4) је формално идентична (3-2), али користи зрачење на пријемнику и интегрише се преко чврстог угла прихватања инструмента. Ако се занемаре губици у преносу, зрачење извора је једнако примљено зрачење; са губицима, прорачун остаје једноставан. Стога је одређивање зрачења извора кључно у инжењерским апликацијама.
Генерално, зрачење или рефлексија од објеката је усмерено, јавља се само унутар ограничених чврстих углова, што значи да зрачење зависи од правца. Идеалан дифузни емитер (Ламбертов радијатор) емитује равномерно у хемисферични простор са константним сјајем. Интензитет зрачења из Ламбертовог површинског елемента прати Ламбертов косинусни закон: дЈ=Н цосθ дА ∝ цосθ (3-5)
Када се посматра распршени светлећи објекат (нпр. Сунце) из различитих углова, пројектована површина коју види свака ћелија мрежњаче остаје константна, као и чврсти угао нагнут код зенице. Пошто је Ламбертов сјај независан од правца гледања, примљена енергија је константна, стварајући равномерно светао диск.
За идеалан Ламбертов емитер који зрачи у хемисферу, однос између екситенције и зрачења је: дΩ=синθ дθ дφ М=∫ Н цосθ дΩ=Н ∫₀²π дφ ∫₀²π дφ ∫₀²π дφ ∫₀}π/₂ (3-6)
Приметно је да је екситенција зрачења једнака π пута зрачењу, а не 2π (пун угао хемисфере).
Савршен Ламбертов радијатор је идеалан модел. У пракси, многи извори апроксимирају Ламбертово понашање само унутар ограничених углова. За већину електричних изолатора, зрачење се може сматрати приближно константним за углове мање од или једнаке 60 степени од нормале; за проводнике, мањи или једнак 50 степени. Одређени извори, нпр222 нм УВ сијалицаексцимерне цеви за пражњење, такође показују близу-Ламбертову дистрибуцију под малим угловима, што их чини погодним као стандардни извори за ултраљубичасту радиометријску калибрацију.
