자외선

자외선은 파장 범위 10~400 nm(에너지 범위 3 eV ~ 124 eV)인 빛으로서, 파장이 가시광보다 더 짧고 엑스선보다는 더 긴 전자기파의 총칭이다.

1801년에 리터(J. W. Ritter, 1776-1810)가 염화은(AgCl)이 가시광 스펙트럼의 보랏빛 바깥쪽에서 감광이 더 잘되는 것을 보고 그 쪽에 눈에 보이지 않는 빛이 있음을 발견하였다. 자외선(ultraviolet)이라는 이름 자체가 가시광에서 파장이 가장 짧은 빛인 보라색(자색, violet) 빛을 넘어서는 빛이라는 뜻이다. 햇빛에도 자외선이 있지만, 대기, 특히 오존층에서 대부분 흡수되어 지면에 오는 양은 아주 적다. 자외선을 다시 세분하면 아래 표 1과 같다.

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자외선은 빛알 에너지가 커서 물질에 흡수되면 분자 결합을 깨기 때문에 피부에서는 몸을 보호하려고 멜라닌 색소를 퍼뜨린다. 센 햇빛을 많이 받으면 피부가 까맣게 그을리는 것은 바로 멜라닌 색소가 피부 아래층에 퍼지기 때문이다. 파장이 121 nm 이하인 극자외선은 빛알 에너지가 훨씬 커서 공기 분자를 이온화시킨다. 지구 대기의 상층부에 형성된 오존층은 이러한 자외선을 대부분 흡수하여 지구 생물을 보호해주는 효과가 있다.

그림 1. 지구 대기층의 오존 농도와 햇빛 속의 자외선의 세기의 고도에 대한 변화. 자외선C(파장 100-200nm)는 대기 중의 산소에 완전히 흡수되고, 자외선B(200-280 nm)는 오존층에서 대부분 흡수된다. 자외선A(315-400 nm)는 대부분 지면에 도달한다. ()

위에서 설명한 화학적 효과 때문에 강한 자외선을 받으면 세포 속의 여러 분자가 파괴된다. 특히 파장 250 nm 근처의 자외선은 살균 효과가 크므로 식기나 식품의 살균에 쓰기도 한다. 또한 맑은 날 강한 햇빛을 너무 오래 받으면 피부가 그을릴 뿐 아니라 일부 세포가 변성되어 피부암이 생길 수도 있다. 하지만 적당한 양의 자외선은 칼슘 대사를 촉진하는 비타민 디의 합성을 촉진하여 골격을 튼튼하게 만들어준다.

반도체 소자 제조 공정에서 선폭 수십 nm인 아주 미세한 회로를 만들려면 분해능이 그 정도에 이르는 광학결상계를 써야 한다. 광학계의 분해능은 기본적으로 빛의 파장에 비례하므로, 선폭을 더 좁게 줄이려면 파장이 더 짧은 빛을 써야 한다. 현재는 불화아르곤(ArF) 엑싸이머 레이저에서 나오는 파장 193 nm인 자외선을 써서 반도체 소자를 만들고 있다. 현재 개발 중인 파장 13.6 nm인 극자외선 광원이 개발되면 초미세 반도체소자의 선폭이 10 nm 이하로 줄어들 것이다.

자외선 흡수제는 자외선의 파괴적 효과로부터 물체를 보호하기 위해 표면에 덧바르는 물질로서 이산화티타늄(TiO)과 산화아연(ZnO)와 같은 무기 재료와 아보벤젠, 옥시벤젠, 옥틸 메톡시싸이나메이트와 같은 유기 재료가 있다.