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Ultraviolettstrahlung (kurz UV-Strahlung oder Ultraviolett, auch ultraviolettes Licht (kurz UV-Licht), ugs. auch Schwarzlicht oder selten auch Infraviolett-Strahlung Abk. IV-Strahlung genannt) ist für Menschen unsichtbare elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge, die kürzer als die des für Menschen sichtbaren Lichtes, aber länger als die von Röntgenstrahlung ist.

Die Bezeichnung ultraviolett (etwa „jenseits von Violett“) rührt daher, dass das UV-Spektrum mit etwas kürzeren Wellenlängen beginnt als jenen, die Menschen als die Farbe Blauviolett identifizieren.

Entdeckung

Die Entdeckung der UV-Strahlung folgte schnell aus den ersten Experimenten mit der Schwärzung von Silbersalzen im Sonnenlicht. Im Jahr 1801 machte der deutsche Physiker Johann Wilhelm Ritter die Beobachtung, dass Strahlen gerade jenseits des violetten Endes im sichtbaren Spektrum unglaublich effektiv waren im Schwärzen von Silberchloridpapier. Er nannte die Strahlen zunächst „de-oxidierende Strahlen“, um ihre chemische Wirkungskraft zu betonen und sie von den infraroten „Wärmestrahlen“ am anderen Ende des Spektrums zu unterscheiden. Bis ins 19. Jahrhundert wurde UV als „chemische Strahlung“ bezeichnet. Heutzutage werden aber nur noch die Namen „Infrarotstrahlung“ und „Ultraviolettstrahlung“ verwendet, um die beiden unterschiedlichen Strahlungsarten zu charakterisieren.

Anfang des 20. Jahrhunderts entdeckte man die heilende Wirkung des künstlichen UV-Lichtes. So berichtete der österreichische Arzt Gustav Kaiser (1871 – 1954), der sich in Würzburg mit elektrotherapeutischen Studien beschäftigt hatte, in der Vollversammlung der Gesellschaft der Ärzte Wiens im Februar 1902 über den Selbstversuch mit einer UV-Glühlampe, mit deren Hilfe er die Gesundung einer nicht heilen wollenden Wunde erreichte. Eine schwer erkrankte tuberkulöse Patientin soll nach dem vorliegenden Bericht mittels des „blauen Lichtes“ in 4 Wochen geheilt worden sein. Ermutigt durch diese Erfolge dehnte Kaiser seine Versuche mit einer Hohllinse auf Hautkrankheiten aus, wobei er ebenfalls sehr günstige Ergebnisse erzielte. Er zog daraus den Schluss, dass die UV-Strahlung keimtötend wirkt. 

Ultraviolettstrahlungsquellen

Bei Thermischer Strahlung wird der Anteil der UV-Strahlung durch das Plancksche Strahlungsgesetz und das Wiensche Verschiebungsgesetz bestimmt. Durch angeregte Elektronen kann dann UV-Strahlung generiert werden, wenn deren Energie oberhalb 3,3  eV liegt. Das ist auch bei der Temperatur der Glühwendeln von Glühlampen bereits in geringem Maße gegeben, weshalb insbesondere Halogen-Glühlampen auch etwas Ultraviolett aussenden.

Wechselwirkung

Ultraviolettstrahlung wird vom menschlichen Auge nicht mehr wahrgenommen, manche Tiere (Insekten, Vögel) können sie jedoch teilweise sehen. Sie zählt neben dem sichtbaren Licht und der Infrarotstrahlung zur Gruppe der optischen Strahlung, da sie gebrochen, reflektiert, transmittiert, absorbiert und/oder gebeugt werden kann.

Unterhalb einer Wellenlänge von ca. 200 nm ist die Energie eines einzelnen ultravioletten Lichtquants ausreichend, um Elektronen aus Atomen oder Molekülen zu lösen, d. h. diese zu ionisieren. Wie auch bei Gamma- und Röntgenstrahlung bezeichnet man daher kurzwellige Ultraviolettstrahlung unterhalb ca. 200 nm als ionisierende Strahlung.

Physik

Gewöhnliches Fensterglas ist für einen großen Teil der ultravioletten Strahlen undurchlässig. Das gilt besonders für UV-Strahlen mit kurzen Wellenlängen (UV-B und UV-C), für UV-A ist Fensterglas jedoch durchlässig. Es gibt auch ein Spezialglas, das für längere ultraviolette Wellen durchlässig ist. Quarz ist für den gesamten natürlich vorkommenden UV-Bereich transparent. Normales Glas (Natron-Kalk-Glas) ist für Ultraviolettstrahlung unterhalb von 320 nm nicht durchlässig, Borosilikatglas (Jenaer Glas) lässt dagegen UV-Strahlung bis etwa 290 nm passieren. Strahlung unterhalb von 290 nm transmittiert z. B. durch natürliche oder synthetische Quarzkristalle und auch Quarzglas (Kieselglas). Während natürlicher Quarz und auch gewöhnliches Kieselglas durch seinen Titangehalt keine UV-Strahlung unterhalb 200 nm transmittieren lässt, wird synthetisches hochreines Quarzglas verwendet (z. B. für ozongenerierende UV-Lampen (z. B. in der Aufbereitung hochreinen Wassers zur Oxidation der gelösten organischen Kohlenstoffverbindungen oder für die ArF-Excimer-Laser-Wellenlänge 193 nm).
Für noch kürzere Wellenlängen (bis herab zu 45 nm) wird einkristallines Kalziumfluorid verwendet.

Kurzwelliges Ultraviolett hoher Intensität trübt Gläser und optische Komponenten; an Optiken (z. B. für Excimerlaser) werden daher hohe Reinheitsanforderungen gestellt.

Ultraviolett regt viele Stoffe zur Fluoreszenz an.

Der Äußere Fotoeffekt tritt bei Ultraviolett an allen Metalloberflächen auf; er wird in Photomultipliers u. a. an Szintillationsdetektoren zur Registrierung ultravioletter Strahlungsimpulse genutzt (Neutrinodetektor, Nachweis und Klassifizierung ionisierender Strahlung).

Chemie

UV-Strahlung vermag organische Bindungen zu spalten, aber auch zu schaffen. Es kann die Vernetzung von Monomeren initiieren oder organische Bindungen zerstören. Viele Kunststoffe werden durch Ultraviolettstrahlung geschädigt (Trübung, Versprödung, Zerfall).

Sauerstoff wird durch kurzwellige UV-Strahlung unterhalb 200 nm in atomaren Sauerstoff gespalten, es kommt zur Bildung von Ozon und einer Vielzahl anderer Folgereaktionen (siehe Ozonschicht).

Biologie

Obwohl die Ultraviolettstrahlung die niederenergetischste der ionisierenden Strahlungen ist, kann sie für den Menschen und andere Organismen gefährlich werden. Auch UV-Strahlung mit größerer Wellenlänge vermag bereits chemische Bindungen organischer Moleküle zu zerstören. Daher ist ein verantwortungsvoller Umgang mit Sonnenlicht (Sonnenschutz) oder mit technischen UV-Quellen angebracht. Auch der übermäßige Besuch von Solarien ist aus diesem Grund umstritten.

Anwendungen

Lichtquellen

Ultraviolett ist die primäre Emission in Leuchtstofflampen, effizienten weißen Lichtquellen, in denen die Ultraviolett-Emission einer Gasentladung von Quecksilberdampf zur Anregung von im sichtbaren Spektralbereich fluoreszierenden Leuchtstoffen genutzt wird.

Auch andere Gasentladungslampen enthalten manchmal Leuchtstoffe, um die Farbwiedergabe zu verbessern, indem diese mit dem Ultraviolett-Strahlungsanteil der Entladung angeregt werden. Weiße Leuchtdioden benutzen dafür jedoch einen blau strahlenden Chip und durch Blau anregbare Leuchtstoffe.

Von sog. Tageslichtlampen und Vollspektrumröhren (u. ä. Bezeichnungen, herstellerabhängig) wird ein dem Sonnenlicht möglichst ähnliches Lichtspektrum inkl. UV und Infrarot abgegeben, um eine natürliche Beleuchtung (insb. in Innenräumen, siehe auch Ergonomie) zu ermöglichen; hierbei ist die Menge der UV-Emission gesundheitlich unbedenklich.

Biologische Analysen

Einige Farbstoffe, wie z. B. das in den Biowissenschaften verwendete DAPI, werden von UV-Strahlung angeregt und emittieren dann ein längerwelliges, also meist sichtbares Licht. Fluoreszierende Stoffe werden als Marker eingesetzt, um biologische Stoffwechselvorgänge oder Genvariationen zu beobachten.

Forensik: Sichtbarmachen von Blut und Sperma. Das wird z. B. bei der Aufklärung von Kriminalfällen eingesetzt, wenn biologische Spuren (Blut, Sperma, Speichel) an Wänden, in Textilien usw. nachgewiesen werden sollen.

Schwarzlicht

„Schwarzlicht“, auch unter der englischen Bezeichnung „Blacklight“ ist eine umgangssprachliche Bezeichnung für UV-A-Strahlung, erzeugt durch:

• Niederdruck-Gasentladungslampen ähnlich Leuchtstofflampen, jedoch mit Leuchtstoffen, die Ultraviolett bei 350 nm oder 370 nm abgeben.

• Glühlampen mit einem das sichtbare Licht absorbierenden Glaskolben (Nickeloxid-dotiert).

• Ultraviolett-Leuchtdioden