자외선

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1. 개요

자외선은 1801년 요한 빌헬름 리터에 의해 발견된 보이지 않는 광선으로, 파장에 따라 UVA, UVB, UVC 등으로 분류된다. 자외선은 인체에 비타민 D 생성 촉진과 같은 긍정적인 영향을 주지만, 피부 손상, 눈 손상, 피부암 유발 등 부정적인 영향도 있다. 자외선은 살균, 소독, 사진 촬영, 재료 과학 등 다양한 분야에 응용되며, 오존층 감소로 인해 자외선 지수가 증가하면서 이에 대한 주의가 필요하다.

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자외선
지도 정보
개요
명칭	자외선
영어 명칭	ultraviolet
약칭	UV
특징
정의	전자기파의 일종으로, 가시광선보다 파장이 짧고 X선보다 파장이 긴 영역의 전자기파
파장 범위	10 nm ~ 400 nm
에너지	가시광선보다 큰 에너지
가시성	눈에 보이지 않음
종류
UVA	315 nm ~ 400 nm
UVB	280 nm ~ 315 nm
UVC	100 nm ~ 280 nm
발생
주요 발생원	태양
인공 발생원	수은등, 자외선 살균 램프, 아크 용접
인체 영향
긍정적 영향	비타민 D 합성 촉진
부정적 영향	피부암 유발 백내장 유발 광각막염 유발 피부 노화 촉진 면역 체계 손상
활용
의료 분야	피부 질환 치료, 살균
산업 분야	살균, 소독, 위조 방지, 반도체 공정, 화학 반응 촉진
환경 분야	수질 정화
보호
보호 방법	자외선 차단제, 선글라스, 보호복
주의 사항	과도한 노출 피하기
추가 정보
천문학	일부 천체 관측에 활용
동물	일부 동물은 자외선 시각을 가지고 있음
이미지 및 파일
휴대용 자외선 램프 (UVA 및 UVB)
자외선은 전기 아크에서도 발생한다. 아크 용접공은 광각막염과 심각한 햇볕 화상을 예방하기 위해 눈 보호 장비를 착용하고 피부를 가려야 한다.

2. 역사

1801년 독일의 물리학자 요한 빌헬름 리터는 염화은을 이용한 실험을 통해 가시광선 스펙트럼의 보라색 바깥쪽에 존재하는 보이지 않는 빛, 즉 자외선을 발견하였다.^[131] 리터는 빛에 반응하는 염화은을 바른 종이를 사용하여 보라색 외부의 눈에 보이지 않는 빛을 발견했다. 처음에는 "화학선"이라고 불렸으며, 이는 자외선의 화학적 작용을 강조한 명칭이었다. 19세기 동안 널리 사용되었으나, 일부에서는 이 방사선이 빛과 다르다고 주장하기도 했다. 리터는 이 발견을 "(독일어) 산화 방지선"(de-oxidierende Strahlen^de)이라고 불렀다.

1893년, 독일의 물리학자 빅토르 슈만은 공기에 강하게 흡수되는 200 나노미터 미만의 자외선을 발견하고, 이를 "진공 자외선"이라 명명하였다.^[145]

19세기에는 자외선의 살균 효과와 DNA에 미치는 영향 등이 밝혀지며, 자외선 연구가 더욱 활발히 진행되었다. 1878년에는 박테리아를 죽이는 단파장 빛의 살균 효과가 발견되었고, 1903년에는 가장 효과적인 파장이 약 250 nm인 것으로 알려졌다. 1960년에는 자외선이 DNA에 미치는 영향이 확립되었다.^[17]

3. 종류

자외선은 파장에 따라 여러 종류로 나뉘며, 각 종류는 서로 다른 특징과 용도를 가진다. 일반적으로 다음과 같이 분류할 수 있다.

이름	축약	파장 (nm)	광자 에너지 (eV, aJ)	참고 / 가명
자외선 A	UVA	320–400	3.10–3.94, 0.497–0.631	장파장, 블랙라이트, 오존층에 흡수 안 됨
자외선 B	UVB	280–320	3.94–4.43, 0.631–0.710	중파장, 대부분 오존층에 흡수됨
자외선 C	UVC	100–280	4.43–12.4, 0.710–1.987	단파장, 살균, 오존층과 대기에 완전히 흡수됨
근자외선	NUV	300–400	3.10–4.13, 0.497–0.662	새, 곤충, 물고기가 볼 수 있음
중자외선	MUV	200–300	4.13–6.20, 0.662–0.993
원자외선	FUV	122–200	6.20–12.4, 0.993–1.987
수소 라이먼 알파선	H Lyman-α	121–122	10.16–10.25, 1.628–1.642	121.6 nm의 스펙트럼선, 10.20 eV
진공 자외선	VUV	10–200	6.20–124, 0.993–19.867	대기 산소에 강력하게 흡수되지만 150–200 nm의 파장은 질소를 통해 전파될 수 있음
극자외선	EUV	10–121	12.4–124, 1.99–19.87	대기에 완전히 흡수됨

일반적으로 근자외선은 UVA, UVB, UVC로 나뉜다.

UVA (315~380 nm): 태양광선 중 일부가 대기를 통과하며, 피부 단백질을 변성시켜 노화를 촉진한다.
UVB (280~315 nm): 태양광선 중 일부가 대기를 통과하며, 표피층에 작용하여 멜라닌 생성을 유도하고, 비타민 D를 생성한다.
UVC (200~280 nm): 오존층에 의해 보호되어 지표면에 도달하지 않으며,^[126] 강한 살균 작용을 가진다.

원자외선(FUV) 또는 진공 자외선(VUV)은 파장이 10~200 nm이며, 산소 분자와 수증기 분자에 흡수되어 지표면에 도달하지 않는다. 극자외선(EUV 또는 XUV)은 파장이 121~10 nm이며, 물질의 전자 상태 전이에 의해 방출된다.

IBM에서 사용된 심자외선(DUV)은 200~300nm 파장 영역을 가지며, 원자외선과 혼동될 수 있지만 파장 영역이 다르다.^[127]

3. 1. UVA (장파장 자외선)

UVA^영어는 320–400 nm의 파장을 가지는 자외선이다. 장파장 자외선이라고도 하며, 피부 깊숙이 침투하여 피부 노화, 색소 침착, 주름 등을 유발한다.^[26] UVA^영어는 오존층에 거의 흡수되지 않고 지표면에 도달하며, 흐린 날이나 실내에서도 영향을 미칠 수 있다.^[28] 일반적인 유리는 350 nm 이상의 빛의 약 90%를 통과시키지만 300 nm 미만의 빛은 90% 이상 차단하므로,^[30]^[31]^[32] 자동차 창문과 같은 유리는 UVA를 부분적으로 투과시킨다고 볼 수 있다.

태양광에는 UVA, UVB, UVC 파장의 자외선이 포함되어 있지만, 이 중 UVA와 UVB는 오존층을 통과하여 지표에 도달한다. UVC는 지구 대기에 의한 흡수가 현저하여 통과할 수 없다. 지구 지표에 도달하는 자외선의 99%가 UVA이다.^[126]

태양광선 중 5.6%가 대기를 통과하는 UVA는 피부의 진피층에 작용하여 단백질을 변성시킨다. 피부의 탄력을 잃게 하여 노화를 촉진하며, 세포의 물질대사 진행과 관련이 있고, 세포의 기능을 활성화시킨다. 또한, UVB에 의해 생성된 멜라닌 색소를 산화시켜 갈색으로 변화시킨다. 일광화상으로는 색소가 침착되어 피부가 검어지는, 소위 선탠(suntan^영어})이라고 불리는 일광화상을 일으킨다. 겨울철 및 아침, 저녁에도 감쇠가 거의 없다.

3. 2. UVB (중파장 자외선)

UVB는 280–320 nm 파장의 자외선으로, 주로 피부 표면에 작용한다. 이 자외선은 대부분 오존층에 흡수되지만, 일부는 지표면에 도달하여 생명체에 영향을 미친다.^[26] UVB는 피부가 붉어지고 아픈, 이른바 선번(sunburn)이라고 불리는 일광화상을 일으킨다. 또한, UVB는 표피층에 작용하여 색소 세포가 멜라닌을 생성하게 하여 피부를 보호하는 반응을 유도하는데, 이것이 소위 말하는 일광화상이다. 이때 비타민 D가 생성된다.^[126]

태양광선 중 약 0.5%가 대기를 통과하여 UVB 형태로 지표면에 도달한다. UVB는 피부암 등을 유발할 수 있지만, 비타민 D 합성에 중요한 역할을 한다. 구름이 낀 날에도 구름의 두께에 따라 UVB 흡수량이 달라지며, 구름 사이로 보이는 푸른 하늘 부분은 레일리 산란에 의해 UVB의 원천이 되기도 한다.^[27]

3. 3. UVC (단파장 자외선)

UVC(단파장 자외선)는 100–280 nm 파장의 자외선이다. UVC는 자외선 중에서 가장 에너지가 높고, 따라서 생명체에 가장 유해하다.^[126] UVC는 오존층과 대기에 완전히 흡수되어 지표면에는 도달하지 않는다.^[126]

이름	축약	파장 (nm)	광자 에너지 (eV, aJ)	참고 / 가명
자외선 C	UVC	100–280	4.43–12.4, 0.710–1.987	단파장, 살균, 오존층과 대기에 완전히 흡수됨

인공적인 UVC 광원은 살균 및 소독에 활용된다. UVC는 강한 살균 작용이 있으며, 생체에 대한 파괴력이 강하다.^[126]

인간이 태양의 자외선에 장시간 노출되면 피부, 눈, 면역계에 급성 또는 만성 질환을 일으킬 가능성이 있다. UVC는 고에너지이기 때문에 UVA나 UVB보다 훨씬 위험하다. UVC는 오존층을 통과하지 않으므로 태양으로부터의 UVC는 지상에 도달하지 않아 과거에는 거의 주의를 기울이지 않았다. 그러나 인공적으로 발생된 경우 200 nm보다 장파장의 UVC는 대기를 통과할 수 있으므로 주의가 필요하다. 예를 들어, 250 nm 정도의 UVC를 사용하는 침지형 자외선 살균장치 등은 장치 외부에서 자외선 광원의 스위치를 켜면 노출의 위험성이 있다.

한편 222nm의 UVC 등 자외선의 파장에 따라서는 각질층이나 각막의 최표층까지밖에 도달하지 않는 것도 있다.^[132]^[133]

3. 4. 기타 자외선

이름	축약	파장 (nm)	광자 에너지 (eV, aJ)	참고 / 가명
근자외선	NUV	300–400	3.10–4.13, 0.497–0.662	새, 곤충, 물고기가 볼 수 있음
중자외선	MUV	200–300	4.13–6.20, 0.662–0.993
원자외선	FUV	122–200	6.20–12.4, 0.993–1.987
수소 라이먼 알파선	H Lyman-α	121–122	10.16–10.25, 1.628–1.642	121.6 nm의 스펙트럼선, 10.20 eV.
진공 자외선	VUV	10–200	6.20–124, 0.993–19.867	대기 산소에 강력하게 흡수되지만 150–200 nm의 파장은 질소를 통해 전파될 수 있음
극자외선	EUV	10–121	12.4–124, 1.99–19.87	대기에 완전히 흡수됨

자외선은 파장에 따라 다음과 같이 분류된다.^[126]

근자외선 (Near UV, NUV, 380~200 nm):
UVA (315–380 nm): 태양광선 중 약 5.6%가 대기를 통과하며, 겨울철, 아침, 저녁에도 거의 줄어들지 않는다. 피부의 진피층에 작용하여 단백질을 변성시키고, 피부 탄력을 잃게 하여 노화를 촉진한다. 세포 기능 활성화와 관련이 있으며, UVB에 의해 생성된 멜라닌 색소를 산화시켜 갈색으로 변화시킨다. 선탠(suntan^영어)이라고 불리는 일광화상을 일으켜 피부를 검게 만든다.
UVB (280–315 nm): 태양광선 중 약 0.5%가 대기를 통과한다. 표피층에 작용하여 멜라닌 생성을 유도하는 방어 반응을 일으키고, 비타민 D를 생성한다. 선번(sunburn^영어)이라고 불리는 붉고 아픈 일광화상을 일으키며, 장기적으로는 색소 침착과 흑화를 유발한다.
UVC (200–280 nm): 오존층에 의해 보호되어 지표면에 도달하지 않는다.^[126] 강한 살균 작용을 가지며 생체에 대한 파괴력이 강하다. 할론계 물질에 의한 오존홀 발생 시 지표면에 도달하여 생물계에 영향을 미칠 수 있다.
원자외선 (Far UV, FUV) 또는 진공 자외선 (Vacuum UV, VUV, 200~10 nm): 산소 분자와 수증기 분자에 흡수되어 지표면에 도달하지 않는다. 진공 상태가 아니면 투과되지 않기 때문에 (질소 분자는 150 nm 이상 파장 투과) "진공 자외선"이라고 불린다.
극자외선 (Extreme UV, EUV 또는 XUV, 121~10 nm): 물질의 전자 상태 전이에 의해 방출된다. X선과의 경계는 모호하다. 30 nm 부근 파장은 원자가전자대 전자가 전도대로 전이할 때 방출되고, 그보다 짧은 파장은 핵전자의 에너지 상태 변화에 의해 방출된다. 장파장 끝은 He에 의한 EUV/XUV 방사 (30.4 nm)이다. 짧은 파장은 사이클로트론 방사에 의해서도 방출된다. 이 영역의 자외선은 X선으로 분류되기도 한다.

IBM의 린 박사가 사용한 심자외선(Deep-UV, DUV, 린 박사 개념에서는 200~300nm 파장 영역)은 원자외선과 혼동될 수 있지만, 파장 영역이 다르다.^[127]

4. 인공 광원

자외선은 태양뿐만 아니라 다양한 인공 광원을 통해서도 생성될 수 있다. 대표적인 인공 자외선 광원은 다음과 같다.

'''블랙라이트''': 장파장 UVA를 방출하고 가시광선은 거의 방출하지 않는 램프이다. 형광 블랙라이트 램프는 형광등과 유사하게 작동하지만, 가시광선 대신 UVA를 방출하는 형광체를 사용한다.
'''단파 자외선 램프''': 인광체 코팅이 없는 형광등 관으로, 융합 석영 또는 비코로 만들어진다. UVC 대역에서 253.7nm와 185nm의 두 개의 피크를 가진 자외선을 방출한다.^[36]
'''가스방전등''': 특정 스펙트럼 선에서 자외선을 방출하는 다양한 기체를 포함하는 특수 램프이다. 아르곤과 중수소 아크 램프는 안정적인 광원으로 자주 사용된다.^[37]
'''자외선 LED''': 자외선 영역의 방사선을 방출하도록 제조될 수 있다. 365nm 이상의 파장을 가진 UVA LED는 1.0와트 출력에서 50%의 효율을 가진다.
'''자외선 레이저''': 기체 레이저, 레이저 다이오드, 고체 레이저는 자외선을 방출하도록 제조될 수 있으며, 전체 UV 영역을 포함하는 레이저도 사용 가능하다.

4. 1. 블랙라이트

블랙라이트 램프는 장파장 UVA 광선을 방출하고 가시광선은 거의 방출하지 않는다.^[35] 형광 블랙라이트 램프는 다른 형광등과 비슷하게 작동하지만, 가시광선 대신 UVA 광선을 방출하는 형광체를 튜브 내부에 사용한다. 일부 램프는 400nm보다 긴 파장의 가시광선을 대부분 차단하는 진한 청자색 우드 유리 광학 필터를 사용한다.^[35] 이 튜브에서 나오는 보라색 빛은 자외선 자체가 아니라, 코팅에 의해 걸러지지 않고 나오는 수은의 404nm 스펙트럼 선에서 나오는 보라색 빛이다. 다른 블랙라이트는 더 비싼 우드 유리 대신 일반 유리를 사용하므로 작동 시 연한 파란색으로 보인다.

백열 블랙라이트도 생산되는데, 가시광선을 흡수하는 코팅을 백열전구 외피에 사용한다. 이는 더 저렴하지만 매우 비효율적이며, 전력의 극히 일부만 UV로 방출한다. 수은 증기 블랙라이트는 UV 방출 형광체와 우드 유리 외피를 사용하여 최대 1kW 등급으로 연극 및 콘서트 디스플레이에 사용된다.

블랙라이트는 외부 가시광선을 최소화해야 하는 곳에서, 주로 많은 물질이 UV 광선에 노출될 때 방출하는 색깔 있는 빛인 형광을 관찰하는 데 사용된다.

지폐나 건강보험증, 운전면허증, 여권 같은 중요 증명서에는 위조 방지를 위해 자외선을 비추면 보이는 마크가 포함되어 있다. 대부분의 국가에서 발행하는 여권에는 자외선에 민감한 형광 물질을 포함한 잉크로 위조 방지용 가는 선이 인쇄되어 있다. 예를 들어 대한민국 여권은 증명사진 옆에 자외선에 민감한 형광 물질을 포함한 잉크로 얼굴 사진과 여권 번호가 인쇄되어 있다. 어두운 곳에서 자외선을 비추면 이러한 마크들이 빛을 내며 떠오르는 것처럼 보인다. 컬러 복사기나 잉크젯 프린터로는 이를 재현할 수 없어 위조품을 식별할 수 있다.

블랙라이트는 일부 국가의 공중화장실과 대중교통 시설에 마약 남용 방지를 위해 설치되기도 한다. 이러한 조명의 푸른 빛은 피부의 형광과 결합하여 마약 사용자가 정맥을 찾기 어렵게 한다고 알려져 있다. 그러나 마약 사용자들이 화장실 밖에서 정맥 위치에 표시를 하고 안에서 그 표시를 확인할 수 있다는 점에서 이 조명의 유용성은 의심받고 있으며, 억제 효과에 대한 증거도 부족하다.

4. 2. 단파 자외선 램프

단파장 UV 램프는 인광체 코팅이 없는 형광등 관으로 만들어지며, 일반 유리는 UVC를 흡수하기 때문에 융합 석영 또는 비코로 구성된다. 이 램프는 램프 내부의 수은으로 인해 UVC 대역에서 253.7nm와 185nm의 두 개의 피크를 가진 자외선을 방출하며, 약간의 가시광선도 방출한다.^[36] 이러한 램프에서 생성되는 UV의 85%~90%는 253.7nm이고, 5~10%만이 185nm이다.^[36] 융합 석영 관은 253.7nm 방사선은 통과시키지만 185nm 파장은 차단한다. 이러한 관은 일반 형광등 관보다 UVC 출력이 두세 배 높다. 이러한 저압 램프의 일반적인 효율은 약 30~40%이며, 램프가 소비하는 전력 100와트당 약 30~40와트의 총 UV 출력을 생성한다. 또한 수은의 다른 스펙트럼 선으로 인해 푸른빛이 도는 흰색 가시광선도 방출한다.

이러한 "살균" 램프는 실험실 및 식품 가공 산업에서 표면 소독과 상수도 소독에 광범위하게 사용된다.

4. 3. 가스방전등

형광등은 저압의 수은 증기를 이온화하여 자외선을 발생시킨다. 형광관 내부의 형광체는 자외선을 흡수하여 가시광선으로 변환한다. 수은 증기가 방출하는 자외선은 UVC 영역이며, 형광체가 도포되지 않은 수은 아크등에서 방출되는 방사선을 방호 장비 없이 피부나 눈에 쬐는 것은 매우 위험하다. 일반적인 형광등의 유리는 UVC 영역의 투과율이 낮은 유리가 사용되므로 형광체가 부분적으로 벗겨져도 위험하지는 않지만, 의도적으로 UVC 영역을 방출하는 것을 목적으로 하는 살균등은 투과율이 매우 뛰어난 석영 유리가 사용되므로 직접 보는 것은 매우 위험하다.

수은등의 빛은 불연속적인 파장으로 구성되어 있다. 더욱 연속 발광 스펙트럼에 가까운 자외선 광원으로는 제논 아크등(태양광 시뮬레이터에 사용됨), 중수소 아크등, 수은 제논 아크등, 금속 할로겐화물 아크등 및 텅스텐 할로겐 백열등 등이 있다. 또한 수은등이나 메탈 할라이드 램프도 발광관에 석영 유리가 사용되고 있으며, 외장 벌브가 파손된 상태로 점등되면 UVC가 강력하게 방출되므로 직접 보는 것은 매우 위험하다.

4. 4. 자외선 레이저

기체 레이저, 레이저 다이오드, 고체 레이저는 자외선을 방출하도록 제조될 수 있으며, 전체 UV 영역을 포함하는 레이저도 사용 가능하다. 질소 기체 레이저는 질소 분자의 전자 여기(excitation)를 이용하여 대부분 UV인 빔을 방출한다. 가장 강력한 자외선 선은 파장이 337.1 nm와 357.6 nm이다. 또 다른 고출력 기체 레이저는 엑시머 레이저이다. 엑시머 레이저는 자외선 및 진공 자외선 파장 범위에서 방출되는 널리 사용되는 레이저이다. 현재, 193 nm에서 작동하는 UV 아르곤-플루오라이드 엑시머 레이저는 포토리소그래피에 의한 집적 회로 생산에 일반적으로 사용된다.

375 nm에서 직접 UV 방출 레이저 다이오드를 사용할 수 있다.^[42] 1990년대 로렌스 리버모어 국립 연구소에서 개발된 공정인 세륨-도핑된 플루오린화 리튬 스트론튬 알루미늄 결정(Ce:LiSAF)을 사용하여 UV 다이오드 펌핑 고체 레이저가 시연되었다.^[43] 325 nm보다 짧은 파장은 다이오드 펌핑 고체 레이저에서 상업적으로 생성된다. 자외선 레이저는 또한 더 낮은 주파수 레이저에 주파수 변환을 적용하여 만들 수 있다.

자외선 레이저는 산업( 레이저 조각), 의학( 피부과학, 각막 절제술), 화학( MALDI), 자유 공간 안전 통신, 컴퓨팅( 광학 저장 장치), 집적 회로 제조 등에 응용된다.

진공 자외선(VUV) 영역(100~200nm)은 기체에서 비선형 4파 혼합을 통해 2개 이상의 더 긴 파장 레이저의 합 또는 차 주파수 혼합으로 생성할 수 있다. 생성은 일반적으로 기체(예: 크립톤, 수소는 193nm 근처에서 2광자 공명을 일으킴)^[44] 또는 금속 증기(예: 마그네슘)에서 이루어진다. 레이저 중 하나를 가변적으로 조정하면 VUV를 조정할 수 있다.

특히, 수소 또는 크립톤에서 가변 가능한 가시광선 또는 근적외선 레이저를 사용하여 아르곤-플루오린(193nm) 엑시머 레이저의 두 광자를 차 주파수 혼합하면 100nm에서 200nm까지의 공명 강화 가변 VUV를 제공한다.^[44]

반도체(IC, LSI)의 노광 공정에서 미세 패턴 형성에는 파장이 짧은 빛을 이용한 노광이 필요하다. 이 포토리소그래피에는 자외선이 사용된다.

포토리소그래피에서는 반도체 표면에 도포된, 포토레지스트라고 불리는 감광성 수지에, 포토마스크라고 불리는 유리판에 그려진 도형을 통해 자외선을 조사하여, 마스크에 쓰여진 구조를 포토레지스트 위에 전사한다. 그 후, 이렇게 형성된 레지스트를 다시 마스크로 하여, 식각, 금속 형성, 산화막 형성 등을 실시하여 목적하는 구조를 제작한다.

초기 포토리소그래피에서는 광원으로 g선 (436 nm)이 사용되었지만, 그 후 가공 구조의 미세화에 따라 i선 (365 nm), KrF엑시머 레이저 (248 nm), ArF 엑시머 레이저 (193 nm), F₂ 엑시머 레이저 (157 nm) 와 같이 단파장화가 진행되었고, 더욱 단파장화를 진행하기 위해 이러한 액침 엑시머 레이저도 개발되고 있다.

이러한 포토리소그래피는 반도체나 IC뿐만 아니라, 인쇄 회로 기판 제작에도 사용되고 있으며, 자외선은 전자 산업에서 널리 사용되고 있다.

4. 5. 자외선 LED

자외선 레이저는 극자외선 노광을 위해 13.5nm의 비간섭성 극자외선(E-UV) 방사선을 간접적으로 생성하는 데 사용되어 왔다. E-UV는 레이저에서 방출되는 것이 아니라, 엑시머 레이저에 의해 여기된 매우 고온의 주석 또는 크세논 플라즈마 내 전자 전이에 의해 방출된다.^[46] 이 기술은 싱크로트론이 필요하지 않으면서도 X-선 스펙트럼의 경계에 있는 UV를 생성할 수 있다.

5. 건강 영향

자외선은 인체 건강에 긍정적, 부정적 영향을 모두 미칠 수 있다. 과도한 노출은 해롭지만, 적당한 노출은 유익하다.^[47]

섬프로 효과(자외선 지수로 측정됨)는 자외선 파장 범위에 걸쳐 태양광 스펙트럼(방사 강도)과 홍반 작용 스펙트럼(피부 민감도)의 산물이다. 밀리와트당 일사량당 햇볕에 타는 정도는 315~295nm의 근자외선B 파장 사이에서 거의 100배 증가한다.

과도한 자외선 노출은 눈의 굴절계와 망막에 급성 및 만성적인 유해한 영향을 미칠 수 있다. 특히 고도가 높은 지역이나 눈이 이른 여름까지 지면을 덮고 천정에서도 태양 고도가 낮은 고위도 지역에 사는 사람들은 위험이 더 높다.^[57] 인체 각막과 피부에 대한 다양한 파장의 빛의 차별적 효과는 "홍반 작용 스펙트럼"이라고 불린다.^[59] UVA는 즉각적인 반응을 일으키지 않지만, UV는 315nm 부근 UVB 영역부터 광각막염과 피부 홍반(피부가 밝은 사람일수록 더 민감함)을 일으키기 시작하며, 300nm에서 급격히 증가한다. WHO 표준 자외선 지수는 특정 시간과 장소에서 작용 스펙트럼 효과에 대한 자외선 노출 가중치를 부여하여 인간 피부가 햇볕에 타는 원인이 되는 자외선 파장의 총 강도를 나타낸다.

자외선은 전신성 홍반 루푸스, 쇼그렌 증후군, 시너어-우셔 증후군, 주사(rosacea), 피부근염, 다리어병, 킨들러-위어리 증후군, 포로케라토시스 등 여러 피부 질환을 악화시킬 수 있다.^[81] ^[82]

5. 1. 긍정적 영향

자외선(특히 UVB)은 체내에서 비타민 D 생성을 촉진하는데, 이는 생명 유지에 필수적이다.^[48] 사람은 적절한 비타민 D 수치를 유지하기 위해 어느 정도의 자외선이 필요하다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 여름철에 손, 얼굴, 팔 등을 2~3회, 5~15분 정도 편하게 햇볕에 쬐는 것만으로도 비타민 D 수치를 높게 유지하기에 충분하다.^[50] 비타민 D는 음식이나 보충제를 통해서도 섭취할 수 있지만,^[49] 적당한 햇빛 노출은 비타민 D 생성에 큰 도움을 준다.

비타민 D는 세로토닌 생성을 촉진한다. 세로토닌 생성은 신체가 받는 밝은 햇빛의 정도에 정비례하며,^[51] 세로토닌은 인간에게 행복감, 안녕감, 평온함을 제공하는 것으로 알려져 있다.^[52]

자외선은 건선, 백반증과 같은 피부 질환 치료에도 도움이 된다. 피부가 과민성일 때 소랄렌을 복용하면서 UVA에 노출시키는 PUVA 요법은 건선 치료에 효과적이다. UVB 광선요법은 추가적인 약물이나 국소 도포제 없이, 노출만으로도 효과를 볼 수 있다.^[120]

자외선은 화학적인 작용이 현저하여 '''화학선'''이라고도 불린다. 자외선의 유용한 작용으로는 살균 소독, 비타민 D 합성, 생체에 대한 혈행 및 신진대사 촉진, 피부 저항력 증진 등이 있다.

피부에서 비타민 D를 생성하는 것은 자외선의 이점 중 하나이다. 그랜트(2002)는 UVB 조사 시간이 짧으면 비타민 D 결핍을 일으켜 미국에서 수만 명의 사망자가 발생했다고 주장한다.^[136] 비타민 D 결핍은 구루병(골연화증)을 일으켜 뼈의 통증이나 체중 증가 시 골절 등의 증상을 유발할 수 있다.

5. 2. 부정적 영향

과도한 자외선 노출은 피부, 면역 체계, 생체리듬에 급성 및 만성적인 악영향을 미칠 수 있다.^[58] UVB는 햇볕에 탐을 유발하고, 모든 파장의 자외선은 콜라겐 섬유를 손상시켜 피부 노화를 가속화한다.^[61] 또한, 일부 피부암의 원인이 되기도 한다.^[60]

자외선 광자는 DNA 분자에 손상을 입혀 "티민 이량체"를 만들 수 있다.

자외선은 표면의 유기물 침착물 감지에 활용될 수 있으며, 호텔, 제조업 등 청결 검사가 필요한 업계에서 사용된다.^[94]^[95]^[96]^[97] 한편, 222nm 파장의 UVC와 같이 각질층 최표층까지만 도달하는 자외선은 사람이나 동물이 있는 공간, 욕창 상처 등에 직접 조사하여 활용할 수 있다.^[132]^[133]^[134]

의료기관에서는 자외선으로부터 피부를 보호하기 위해 자외선 차단제 사용을 권장하지만, 일부 자외선 차단제 화학 물질이 살아있는 세포와 접촉한 상태에서 빛을 받으면 유해 물질을 생성할 수 있다는 연구 결과도 있다.^[69]^[70]

5. 2. 1. 피부 손상

자외선은 콜라겐 섬유를 손상시키고 피부 노화를 가속화하며, 피부암 발생 위험을 높인다.^[61]^[62] UVB는 주로 일광 화상을 일으키고, UVA는 피부 깊숙이 침투하여 장기적인 손상을 유발한다.^[67]^[68] UVC는 가장 위험하지만, 오존층에 흡수되어 지표면에는 도달하지 않는다.^[65]

UVB 방사선은 직접적인 DNA 손상을 유발할 수 있다.^[62] UVB 방사선은 피부 세포의 DNA 분자를 여기시켜 인접한 피리미딘 염기 사이에 비정상적인 공유 결합이 형성되어 이량체를 생성한다. DNA에서 UV에 의해 유도된 대부분의 피리미딘 이량체는 약 30가지의 서로 다른 단백질을 사용하는 뉴클레오티드 절단 복구라고 알려진 과정에 의해 제거된다.^[62]

모든 파장의 UV 방사선은 콜라겐 섬유를 손상시키고 피부 노화를 가속화한다. UVA와 UVB 모두 피부의 비타민 A를 파괴하여 추가적인 손상을 야기할 수 있다.^[61] 과거에는 UVA가 UVB보다 덜 해로운 것으로 간주되었지만, 오늘날에는 간접적인 DNA 손상(활성산소종과 같은 활성산소)을 통해 피부암에 기여하는 것으로 알려져 있다.^[66] UVA는 수산화기와 산소 라디칼과 같은 매우 반응성이 높은 화학적 중간체를 생성할 수 있으며, 이는 차례로 DNA를 손상시킬 수 있다. UVA에 의해 피부에 간접적으로 발생하는 DNA 손상은 대부분 DNA의 단일 가닥 절단인 반면, UVB에 의해 발생하는 손상에는 티민 이량체 또는 시토신 이량체의 직접적인 형성 및 이중 가닥 DNA 파손이 포함된다.^[67]

가장 치명적인 형태의 피부암인 악성 흑색종은 대부분 UVA 방사선과 무관한 DNA 손상에 의해 발생한다. 이는 모든 흑색종의 92%에서 직접적인 UV 특징 돌연변이가 없다는 사실에서 알 수 있다.^[63]

5. 2. 2. 눈 손상

자외선, 특히 UVC는 눈에 매우 유해하다. 강한 UVB에 노출되면 눈병(설맹), 자외선 각결막염(전기성 각결막염), 백내장, 익상편, 안검열반 등이 발생할 수 있다.^[83] 265~275nm의 하부 UVC 영역의 자외선은 눈 손상에 가장 민감하다.^[83] 이 파장의 방사선은 지구 표면의 태양광에는 거의 없지만, 아크 용접에 사용되는 전기 아크와 같은 인공 광원에서 방출된다.^[83] 이러한 광원에 보호 없이 노출되면 "용접공의 플래시" 또는 "아크 눈" (광각막염)이 발생할 수 있다.^[83] 310~280nm의 태양광 UVB도 광각막염("설맹")을 유발하며, 각막, 수정체, 망막이 손상될 수 있다.^[83]

보호 안경은 자외선에 노출되는 환경에서 작업하거나(전기 용접 작업) 그러한 환경(설산, 스키장 슬로프 등)에 있을 때 효과적이다.^[84]^[85] 옆에서 눈에 들어오는 자외선을 방지하기 위해 고고도 등산가가 사용하는 고글 형태의 완전히 덮인 보호 안경을 사용하는 것이 더 효과적이다.^[84]^[85] 등산가들은 대기의 감쇠가 적고 눈이나 얼음에 의한 반사가 있기 때문에 일반적인 수준보다 높은 자외선에 노출된다.^[84]^[85]

일반 안경은 약간의 보호 효과가 있다. 유리는 UVA에 대해 투명하지만, 플라스틱은 투과율이 낮으므로 플라스틱 렌즈가 유리 렌즈보다 보호 효과가 있다.^[86] 폴리카보네이트 등 일부 플라스틱 렌즈 재료는 대부분의 자외선을 차단한다.^[86] 그러나 렌즈 이외의 경로로 들어오는 자외선으로부터 눈을 완벽하게 보호할 수는 없다.

안경으로 충분한 자외선 차단 효과를 얻으려면 테의 형태도 고려해야 한다. 챙이 있는 모자를 함께 사용하면 위쪽에서 들어오는 자외선을 줄일 수 있다. 대부분의 콘택트렌즈는 자외선을 흡수하여 망막을 보호한다.

하지만, 자외선 차단 안경이나 콘택트렌즈의 일상적인 사용은 근시 진행을 유발할 수 있다는 연구 결과가 있다.^[135] 이는 자외선 차단 안경이나 콘택트렌즈가 근시 억제 효과가 있는 바이올렛 광까지 차단하기 때문으로 추정된다.^[135]

5. 2. 3. 자외선 차단제 관련 논란

의료기관에서는 자외선으로부터 피부를 보호하기 위해 자외선 차단제 사용을 권장한다. 그러나 일부 자외선 차단제 화학 물질은 살아있는 세포와 접촉한 상태에서 빛을 받으면 잠재적으로 유해한 물질을 생성할 수 있다는 연구 결과가 있다.^[69]^[70] 자외선 차단제가 피부 깊숙이 침투하면 손상을 일으킬 수 있다는 것이다.^[71]

자외선 차단제는 UVB를 차단하여 햇볕에 탐으로 인한 직접적인 DNA 손상을 줄인다. 일반적인 SPF 지수는 이러한 UVB 차단 효과를 나타낸다.^[72] 그러나 SPF 지수는 햇볕에 타는 것을 주로 일으키지는 않지만 여전히 유해한 UVA에 대한 보호 효과는 반영하지 않는다. UVA는 간접적인 DNA 손상을 일으키고 발암성으로도 간주되기 때문이다.^[73] 여러 연구에 따르면 UVA 차단제가 없는 경우 자외선 차단제 사용자가 비사용자에 비해 흑색종 발생률이 높을 수 있다고 한다.^[74]^[75]^[76]^[77]^[78] 따라서 이산화티타늄, 산화아연, 및 아보벤존과 같이 UVA 광선으로부터 보호하는 성분이 포함된 자외선 차단제를 사용하는 것이 중요하다.

멜라닌은 광화학적 특성 덕분에 훌륭한 광보호제 역할을 한다. 하지만 자외선 차단제 화학 물질은 멜라닌만큼 효율적으로 에너지를 소산시킬 수 없다. 따라서 자외선 차단제 성분이 피부 깊숙이 침투하면 활성산소종의 양이 증가할 수 있다.^[79]^[69]^[70]^[80]

2006년 연구에 따르면, 처음 20분 동안은 자외선 차단제가 보호 효과를 나타내 활성산소종의 수가 적었다. 그러나 60분 후에는 흡수된 자외선 차단제의 양이 많아져 자외선 차단제를 바른 피부의 활성산소종 양이 오히려 더 많아졌다.^[79] 따라서 자외선 차단제가 스며든 살아있는 피부 세포에 자외선이 침투하는 것을 막으려면 2시간마다 자외선 차단제를 다시 발라야 한다.

6. 응용 분야

자외선은 화학 반응을 일으키고 물질에서 형광을 유발하는 능력 덕분에 여러 분야에서 활용되고 있다.

파장 범위	응용 분야
13.5 nm	극자외선 노광
30–200 nm	광이온화, 자외선 광전자 분광법, 포토리소그래피를 이용한 표준 집적 회로 제조
230–365 nm	UV-ID, 라벨 추적, 바코드
230–400 nm	광학 센서, 다양한 계측 장비
240–280 nm	소독, 표면 및 물의 오염 제거 (DNA 흡수는 260 nm에서 최고점), 살균 램프^[40]
200–400 nm	법의학 분석, 약물 검출
270–360 nm	단백질 분석, DNA 시퀀싱, 신약 개발
280–400 nm	세포의 의료 영상
300–320 nm	의학에서의 광선 요법
300–365 nm	중합체와 프린터 잉크의 경화
350–370 nm	전기 파리채 (파리는 365 nm의 빛에 가장 많이 끌림)^[88]

자외선은 반도체, 집적 회로 부품,^[105] 인쇄 회로 기판 제조에 사용되는 매우 미세한 해상도의 포토리소그래피에 사용된다. 현재 전자 집적 회로 제작에는 193nm 자외선이, 실험적으로는 극자외선 리소그래피를 위해 13.5nm 자외선이 사용되고 있다.

적외선이 열적인 작용을 많이 일으키는 데 비해, 자외선은 화학적인 작용이 현저하여 '''화학선'''이라고도 불린다. 자외선의 유용한 작용으로는 살균 소독, 비타민 D 합성, 생체에 대한 혈행 및 신진대사 촉진, 피부 저항력 증진 등이 있다.^[126]

태양광에는 UVA, UVB, UVC 파장의 자외선이 포함되어 있지만, 이 중 UVA와 UVB는 오존층을 통과하여 지표에 도달한다. UVC는 지구 대기에 의한 흡수가 현저하여 통과할 수 없다. 지구 지표에 도달하는 자외선의 99%가 UVA이다.

물질의 굴절률은 입사한 빛의 파장에 의존하는데, 유리는 자외선 파장 영역에서 흡광 계수가 현저하게 증가하고 투과율이 급격히 감소한다. 따라서 자외선을 다루기 위해서는 석영 유리나 플루오르화칼슘(CaF₂), 플루오르화마그네슘(MgF₂)과 같은 특수 재료를 사용한 전용 광학 부품이 사용된다.

자외선은 감마선과 같은 강투과성 방사선과 달리 투과력이 없고, 표면의 아주 가까운 곳에서 흡수되기 때문에, 자외선의 조사량은 흡수 선량이 아니라 조도(mW/cm²)와 적산 광량(mJ/cm²)의 곱으로 표현된다.^[127]

지폐나 건강보험증, 운전면허증, 여권과 같은 중요한 증명서에는 위조 방지를 위해 자외선 조사 시에 볼 수 있는 마크가 포함되어 있다. 대한민국 여권에서도 증명사진 옆에 자외선 감도가 높은 형광 물질을 포함한 잉크로 얼굴 사진과 여권 번호가 인쇄되어 있다.

6. 1. 사진

사진 필름은 자외선에 반응하지만, 카메라의 유리 렌즈는 일반적으로 350nm보다 짧은 파장의 자외선을 차단한다. 야외 사진 촬영 시에는 자외선에 의한 원치 않는 청색화 및 과다 노출을 방지하기 위해 약간 노란색을 띠는 자외선 차단 필터를 사용하기도 한다. 근자외선 사진 촬영에는 특수 필터를 사용할 수 있다. 350nm보다 짧은 파장으로 사진을 찍으려면 자외선을 흡수하지 않는 특수 석영 렌즈가 필요하다.

디지털 카메라 센서에는 색 재현 정확도를 높이기 위해 자외선을 차단하는 내부 필터가 있을 수 있다. 때로는 이러한 내부 필터를 제거하거나 외부 가시광선 필터를 사용하여 카메라를 근자외선 사진 촬영에 적합하게 준비하기도 한다. 일부 카메라는 자외선 사용을 위해 설계되기도 한다.

반사된 자외선을 이용한 사진 촬영은 피부의 멍, 문서의 변조 또는 그림 복원 작업과 같이 광범위한 응용 분야에서 의학, 과학 및 법의학 조사에 유용하다. 자외선 조명에 의해 생성된 형광 사진은 가시광선 파장을 사용한다.

6. 2. 전기 및 전자 산업

전기 기기에 발생하는 코로나 방전은 자외선 방출을 통해 감지할 수 있다. 코로나 방전은 전기 절연의 열화와 오존 및 질소 산화물 방출을 유발한다.^[90]

EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory, 지우개 가능한 프로그래밍 가능한 읽기 전용 메모리)은 자외선에 노출시켜 지운다. 이러한 모듈은 자외선이 통과할 수 있도록 칩 상단에 투명한 (석영) 창을 가지고 있다.

자외선은 전기 시료의 코로나 방전(간단히 "코로나 방전"이라고 함)을 관찰하는 데에도 활용된다. 시료의 절연 열화나 오염은 코로나 방전을 일으키는데, 이때 고전계가 공기를 이온화하여 질소 분자를 여기시켜 자외선을 방출한다. 코로나 방전은 시료의 절연성을 저하시키며, 오존과 약간의 산화질소를 생성한다. 이 산화질소는 주위 공기 중의 수분과 반응하여 아질산 또는 질산 증기를 생성한다.

6. 3. 형광 염료

위조 방지를 위해, 운전면허증 및 여권과 같은 중요한 문서에는 자외선 아래에서 보이는 자외선 워터마크 또는 형광 다색 섬유가 포함될 수 있다.^[87] 우표는 자외선 아래에서 빛나는 형광체로 표시되어 우표의 자동 감지 및 편지의 향방을 허용한다.

자외선 형광 염료는 생화학 및 법의학 등 다양한 분야에서 사용된다.^[87] 일부 최루 스프레이 브랜드는 최루 스프레이를 사용한 공격자에게 쉽게 씻겨지지 않는 보이지 않는 화학 물질(자외선 염료)을 남겨, 나중에 경찰이 공격자를 식별하는 데 도움을 준다.

일부 유형의 비파괴 검사에서 자외선은 광범위한 재료의 결함을 강조하기 위해 형광 염료를 자극한다.^[87] 이러한 염료는 모세관 작용에 의해 표면 파괴 결함으로 운반될 수 있고(침투 탐상 검사) 또는 강자성 재료의 자기 누설장에 포착된 페라이트 입자에 결합될 수 있다(자분탐상검사).

주요 색상으로 빛나는 자외선 형광 염료는 페인트, 종이 및 섬유에 사용되어 일광 조명하에서 색상을 향상시키거나 자외선 램프로 비출 때 특수 효과를 제공한다. 자외선 아래에서 빛나는 염료를 포함하는 블랙라이트 페인트는 다양한 예술 및 미적 응용 분야에 사용된다.

지폐나 건강보험증, 운전면허증, 여권 같은 중요한 증명서에는 위조 방지를 위해 자외선 조사 시에 볼 수 있는 마크가 포함된 것이 있다.^[87] 대부분의 국가가 발행하는 여권에는 자외선 감도가 높은 형광 물질을 포함한 잉크로 위조 방지용 가는 선이 쓰여 있다.

예를 들어, 우크라이나의 비자 스탬프와 스티커는 일반 가시광선 아래에서는 보이지 않지만, 자외선 조사 시에 볼 수 있는 크고 상세한 문장이 쓰여 있다. 또한, 미국에서 발행하는 여권에는 마지막 페이지의 바코드를 따라 자외선 감도가 높은 위조 방지용 가는 선이 존재한다. 어두운 곳에서 자외선을 조사하면, 이러한 마크가 빛을 발하여 떠오르는 듯이 보인다. 컬러 복사기나 잉크젯 프린터로는 이것들을 재현할 수 없으므로, 위조품을 식별할 수 있다. 대한민국 여권에서도 증명사진 옆에 자외선 감도가 높은 형광 물질을 포함한 잉크로 얼굴 사진과 여권 번호가 인쇄되어 있다.

6. 4. 분석

자외선 가시광선 분광법은 화학에서 화학 구조를 분석하는 기술, 특히 공액계 분석에 널리 사용된다. 생물학적 연구에서는 자외선을 사용하여 핵산 정량 또는 단백질을 분석한다. 환경 화학에서는 물 시료에서 새롭게 등장하는 오염물질을 검출하거나, 폐수 내 오염 물질을 정량화하는 데 사용된다.^[102] 오염 관리 분야에서는 질소 산화물, 황 화합물, 수은, 암모니아와 같은 배출물을 검출하는 데 자외선 분석기가 사용된다.^[100]

자외선 램프는 일부 광물과 보석의 분석에도 사용된다.

지폐, 건강보험증, 운전면허증, 여권과 같은 중요한 증명서에는 위조 방지를 위해 자외선 조사 시에만 보이는 마크가 포함되어 있다. 예를 들어, 우크라이나의 비자 스탬프와 스티커, 미국 여권, 대한민국 여권 등에는 자외선 감도가 높은 형광 물질을 포함한 잉크로 위조 방지용 마크가 인쇄되어 있다. 이러한 마크는 컬러 복사기나 잉크젯 프린터로는 재현할 수 없어 위조품 식별에 사용된다.

화학 분석에는 자외선-가시광선-근적외선 분광법이 널리 사용되며, 자외선 조사는 시료에 형광 물질이 존재하는지 확인하는 데 사용된다. 또한, 자외선 램프는 광물이나 보석을 조사하거나 다양한 함유물을 검증할 때 사용되며, 이러한 함유물은 자외선의 파장에 따라 다른 형광을 나타낸다.

자외선 형광 색소는 생화학적 용도나 범죄 수사 용도 등 다양한 분야에서 활용된다. 형광 단백질(GFP)은 유전학에서 마커로 사용되며, 단백질과 같은 많은 물질은 자외선에 대한 흡수 대역을 가지고 있어 생화학 분야에서 연구에 활용된다. 자외선 흡수 분광 광도계는 이러한 연구에 사용되는 장비 중 하나이다.

UV-EPROM과 같은 EPROM은 자외선을 조사하여 메모리 내용을 지울 수 있는 ROM의 일종이다.

6. 5. 재료 과학

자외선은 포토리소그래피에 사용되어 매우 미세한 해상도를 구현한다. 포토리소그래피는 포토레지스트라는 화학 물질을 마스크를 통과한 자외선에 노출시키는 과정이다.^[105] 노출은 포토레지스트에서 화학 반응을 일으키고, 원치 않는 포토레지스트를 제거하면 마스크에 의해 결정된 패턴이 샘플에 남는다. 이 기술은 반도체, 집적 회로 부품,^[105] 및 인쇄 회로 기판 제조에 사용된다. 현재 전자 집적 회로 제작에는 193nm 자외선이 사용되며, 실험적으로는 극자외선 리소그래피를 위해 13.5nm 자외선이 사용되고 있다.

반도체의 노광 공정에서 미세 패턴 형성을 위해 파장이 짧은 빛을 이용한 노광이 필요하며, 이 포토리소그래피에 자외선이 사용된다. 포토리소그래피에서는 반도체 표면에 도포된 포토레지스트에 포토마스크를 통해 자외선을 조사하여 마스크에 쓰여진 구조를 포토레지스트 위에 전사한다. 초기 포토리소그래피에서는 g선 (436 nm)이 사용되었지만, 가공 구조의 미세화에 따라 i선 (365 nm), KrF엑시머 레이저 (248 nm), ArF 엑시머 레이저 (193 nm), F₂ 엑시머 레이저 (157 nm) 와 같이 단파장화가 진행되었다. 더 나아가 EUV 리소그래피와 X선을 이용한 노광 장치도 연구 단계에 있다.

화재감지기에는 자외선 검출기가 사용된다. 대부분의 물질은 연소할 때 자외선 영역과 적외선 영역 모두에 발광 스펙트럼을 가진다. 예를 들어, 수소가 타는 불꽃은 185~260 nm 범위에서 강하게, 적외선 영역에서는 약하게 발광한다. 반면, 석탄의 불꽃은 매우 약한 자외선과 매우 강한 적외선 파장의 빛을 방출한다. 따라서 자외선과 적외선 검출기를 모두 갖춘 화재 감지기가 자외선 검출기만 있는 것보다 신뢰성이 높다. 모든 불꽃은 UVB 대역의 방사가 존재하지만, 태양의 빛에서 이 대역의 자외선은 지구 대기에서 흡수된다. 그 결과, 자외선 검출기는 태양 빛에 반응하지 않아 실내외 어디에서나 사용이 가능하다. 자외선 검출기는 탄화규소(SiC)와 질화알루미늄(AlN)을 사용한 고체 소자나 광전관의 원리를 이용한 가스관을 사용한다.

자외선 분해는 햇빛에 노출된 플라스틱에 영향을 미치는 고분자 분해의 한 형태이다. 이는 변색, 균열, 강도 저하 등을 유발한다. 자외선 흡수제를 첨가하면 이러한 효과를 억제할 수 있다. 민감한 고분자에는 열가소성 플라스틱과 아라미드 등이 포함된다.

자외선 분해로 인한 폴리에틸렌의 카르보닐 흡수를 보여주는 적외선 스펙트럼

특정 잉크, 코팅제 및 접착제는 광개시제와 수지로 제형화된다. 자외선에 노출되면 중합이 일어나 접착제가 수 초 이내에 경화된다. 이러한 자외선 경화 수지는 유리 및 플라스틱 접합, 광섬유 코팅, UV 코팅, 치과 충전재 등에 사용된다. UV 경화 응용 분야에 사용되는 UV 광원에는 자외선 램프, UV LED 및 엑시머 플래시 램프가 있다.

자외선은 낮은 표면 에너지를 가진 폴리머를 접착할 때의 전처리에 이용된다. 자외선을 쬔 폴리머는 산화하여 폴리머의 표면 에너지가 상승하고, 이에 따라 접착제와 폴리머 사이의 결합이 강해진다.

6. 6. 생물학 관련

자외선은 공기 정화, 살균 및 소독, 생물학적 연구, 해충 방제, 치료 등 다양한 생물학적 분야에서 활용된다.

자외선 형광 염료는 생화학 및 법의학 등 여러 분야에서 활용된다. 일부 최루 스프레이는 공격자에게 쉽게 씻겨지지 않는 보이지 않는 화학 물질(자외선 염료)을 남겨, 경찰이 공격자를 식별하는 데 도움을 준다.^[46]

위조 방지를 위해 운전면허증 및 여권과 같은 중요한 문서에는 자외선 아래에서 보이는 자외선 워터마크 또는 형광 다색 섬유가 포함될 수 있다.

일부 유형의 비파괴 검사에서 자외선은 형광 염료를 자극하여 다양한 재료의 결함을 강조한다. 이러한 염료는 모세관 작용에 의해 표면 파괴 결함으로 운반되거나(침투 탐상 검사), 강자성 재료의 자기 누설장에 포착된 페라이트 입자에 결합될 수 있다(자분탐상검사).

적외선이 열적인 작용을 많이 일으키는 데 비해, 자외선은 화학적인 작용이 현저하여 '''화학선'''이라고도 불린다. 자외선의 유용한 작용으로는 살균 소독, 비타민 D 합성, 생체에 대한 혈행 및 신진대사 촉진, 피부 저항력 증진 등이 있다.^[126]

6. 6. 1. 공기 정화

촉매 화학 반응을 통해 유기물이 산화되어 병원균, 꽃가루, 곰팡이 포자 등이 무해한 부산물로 전환된다. 이산화티타늄과 UVC(자외선 C)를 이용하는데, 이 반응은 여러 단계를 거치며 포름알데히드, 알데하이드, 휘발성 유기 화합물(VOC)을 생성하기도 한다. 따라서 성공적인 결과를 위해서는 특정한 조건이 필요하다.^[107] UV 정화는 광화학적 과정으로, 240~280nm의 고강도 UV에 노출되면 유기 탄소 기반 화합물이 분해된다. 단파장 자외선은 미생물의 DNA를 파괴할 수 있으며, UVC의 효과는 강도와 노출 시간에 비례한다.^[107]

UV는 일산화탄소 및 휘발성 유기 화합물(VOCs)과 같은 기체 오염 물질을 줄이는 데에도 효과가 있다.^[108]^[109]^[110] 184nm와 254nm에서 방사하는 UV 램프는 탄화수소와 일산화탄소를 제거할 수 있으며, 오존 유입을 방지하는 장치를 설치할 수 있다. 184nm UV 광원을 산화철(V)과 함께 사용하면 오존을 제거할 수 있다.

6. 6. 2. 살균 및 소독

발광 다이오드(LED)는 자외선 영역의 방사선을 방출하도록 제조될 수 있으며, UVC LED는 빠르게 발전하고 있다. UVC LED는 소독에 필요한 특정 파장을 목표로 할 수 있다는 장점이 있다.^[113]

자외선 램프는 생물학 실험실과 의료 시설에서 사용되는 작업 공간과 도구를 살균하는 데 사용된다. 시판되는 저압 수은 증기 램프는 방사선의 약 86%를 254나노미터(nm)에서 방출하며, 이는 살균 효과가 매우 높은 파장이다. 이러한 살균 파장의 UV는 미생물의 DNA/RNA를 손상시켜 번식할 수 없게 만든다.^[111] 다만, 미생물이 작은 균열이나 그늘진 영역에서 자외선으로부터 보호받을 수 있으므로, 다른 살균 기술의 보조 수단으로만 사용된다.

저압 수은 증기 방전관이 후드 내부에 단파장 UV 광을 쬐어 조사된 표면의 미생물 오염 물질을 살균한다.

UV 방사선을 이용한 소독은 폐수 처리와 더불어, 지방 자치 단체의 식수 정수에서도 사용이 증가하고 있다. 많은 생수 병입업체는 UV 소독 장비를 사용하여 물을 살균한다.

자외선은 원치 않는 미생물을 죽이기 위해 여러 식품 공정에 사용된다. 예를 들어, 과즙을 고강도 자외선 광원 위로 흘려보내 과즙을 저온살균하는 데 UV를 사용할 수 있다.

펄스광(PL)은 200~280 nm 사이의 UVC가 풍부한 고강도 광범위 스펙트럼 펄스를 사용하여 표면의 미생물을 죽이는 기술이다. 소독 로봇은 펄스 UV를 사용한다.^[115]

최근에는 200nm~230nm의 파장 영역을 Far-UVC(원자외선)으로 정의하고, 특히 222nm를 사용한 유인 환경 하에서의 살균 가능성 연구가 활발하며 주목을 받고 있다. 이 파장 영역은 바이러스 등의 미생물에 대해 DNA 등의 핵산과 엔벨로프 등의 단백질에 대한 흡수성을 모두 가지고 있어 254nm에 가까운 살균 효과를 발휘한다. 한편, 인체 세포에 대해서는 투과력이 부족하여 최상피의 각질층까지밖에 도달하지 못하기 때문에 유인 환경 하에서의 이용이 가능하다.

자외선은 효과적인 살바이러스 및 살균 효과를 가지고 있어 하수처리 시설뿐만 아니라 상수도의 살균 처리에도 사용된다. 태양수살균(SODIS)이라 불리는 공정은, 오염된 물을 투명한 플라스틱 병에 넣어 6시간 동안 강렬한 햇빛을 쬐이는 방식으로, 소량의 물 처리에 이용 가능하다.

일본에서는 차아염소산나트륨에 의한 염소살균을 하고 있지만, 1970년대 후반부터 트리할로메탄으로 인한 발암물질 생성이 문제가 되면서 자외선에 의한 소독이 주목받고 있다. 하지만, 일본의 상수도 기준은 WHO 기준보다 엄격하며, 발암성이 문제 될 정도로 염화물은 함유되어 있지 않다. 자외선 살균은 순간적이므로 시간이 지남에 따라 세균이 증식할 수 있다.

6. 6. 3. 생물학적 연구

일부 동물, 조류, 파충류, 꿀벌과 같은 곤충은 근자외선 파장을 볼 수 있다. 많은 과일, 꽃, 씨앗은 인간의 색각과 비교하여 자외선 파장에서 배경과 더욱 두드러진다.^[138] 전갈은 자외선 조명 아래에서 밝게 빛나거나 노란색에서 녹색을 띠어 이러한 거미류의 방제에 도움이 된다. 많은 조류는 일반적인 파장에서는 보이지 않지만 자외선에서는 관찰 가능한 깃털 무늬를 가지고 있으며, 개, 고양이, 인간을 포함한 일부 동물의 소변 및 기타 분비물은 자외선으로 훨씬 더 쉽게 발견할 수 있다. 설치류의 소변 자국은 해충 방제 기술자가 감염된 주택을 적절하게 처리하기 위해 감지할 수 있다.

나비는 자외선을 의사소통 시스템으로 사용하여 성 인식과 짝짓기 행동을 한다. 예를 들어, ''콜리아스 유리테메'' 나비에서 수컷은 암컷을 찾고 식별하기 위해 시각적 신호에 의존한다. 짝을 찾기 위해 화학적 자극을 사용하는 대신, 수컷은 암컷 뒷날개의 자외선 반사 색깔에 끌린다.^[118] ''피에리스 나피'' 나비에서는 환경에 자외선이 적게 존재하는 핀란드 북부의 암컷이 남쪽에 서식하는 암컷보다 수컷을 유인하는 자외선 신호가 더 강하다는 것이 밝혀졌다. 이는 수컷의 눈의 자외선 감도를 높이는 것보다 암컷이 방출하는 자외선 신호를 증가시키는 것이 진화적으로 더 어려웠음을 시사한다.^[119]

많은 곤충은 천체의 자외선 파장 방출을 비행 항법의 기준으로 사용한다. 국지적인 자외선 방출기는 일반적으로 항법 과정을 방해하고 결국 날아다니는 곤충을 유인한다.

녹색 형광 단백질(GFP)은 종종 유전학에서 표지자로 사용된다. 단백질과 같은 많은 물질은 생화학 및 관련 분야에서 관심 있는 자외선에 상당한 흡광대를 가지고 있다. 자외선 가능 분광 광도계는 이러한 실험실에서 일반적이다.

전기 파리채라고 하는 자외선 트랩은 다양한 작은 날아다니는 곤충을 제거하는 데 사용된다. 이들은 자외선에 끌리고 전기 충격을 사용하여 죽거나 장치와 접촉하면 포획된다. 자외선 방사선 트랩의 다양한 설계는 곤충학자가 동물상 조사 연구 중 야행성 곤충을 채집하는 데에도 사용된다.

6. 6. 4. 치료

현대 광선 요법은 건선, 습진, 황달, 백반증, 아토피 피부염 치료에 사용되어 왔다.^[53]^[54] 자외선, 특히 UVB는 각질형성세포에서 세포 주기 정지를 유도한다.^[55] 따라서 햇빛 요법은 건선, 박탈성 구순염과 같이 피부 세포가 빠르게 분열하는 질환 치료에 사용될 수 있다.^[56]

자외선 아래서 빛나는 완전한 보호 장비를 착용한 사람 — 가짜 체액을 다룬 훈련 후, 의료 종사자의 개인 보호 장비를 자외선으로 검사하여 보이지 않는 체액 방울을 찾는다.

피부 질환 치료에 자외선이 도움이 될 수 있다. 예를 들어 건선과 백반증 등의 치료에 효과적이다. 피부가 과민성일 때 소랄렌을 복용하면서 UVA에 노출시키는 것은 건선 치료에 효과적인 방법이다. 소랄렌은 간에 손상을 줄 수 있기 때문에 PUVA 요법은 제한적으로 사용된다.

UVB 광선요법은 추가적인 약물이나 국소 도포제가 필요 없다. 광선요법은 안트랄린, 콜타르, 비타민 A 및 D 유도체와 같은 특정 국소 치료제 또는 메토트렉세이트와 소리아탄과 같은 전신 치료제와 함께 사용될 때 효과적일 수 있다.^[120]

파충류는 비타민 D 생합성 및 기타 대사 과정에 UVB를 필요로 한다.^[121] 특히 콜레칼시페롤(비타민 D3)은 칼슘을 뼈와 알 생산에 이용하는 데 필요한 기본적인 세포/신경 기능에 중요하다. 적절한 수준의 자연 햇빛이 인공 광원보다 항상 우수하지만, 세계 각지의 사육자에게는 불가능할 수 있다.

311nm 파장의 자외선은 피부 질환(예: 건선과 백반증) 치료에 효과적이다. 또한 정신 질환 치료에 정신 흥분제(PUVA 요법)와 함께 UVA, UVB 자외선이 사용되는 경우가 있다.

7. 지구 환경과 자외선 증가

1970년대 이후, 극지방 상공의 오존층이 감소하면서 특히 남극 상공에 오존홀이 발생했다. 이로 인해 남반구 남부, 특히 오스트레일리아와 뉴질랜드 등에서 자외선량이 급증했다.^[139] 오존홀은 1985년경에 발견되었고, 1990년대 중반까지는 급속히 확대되었다. 그러나 1987년 몬트리올 의정서에 따른 프레온 가스의 국제적인 생산·사용 규제 등으로 오존층 파괴 속도가 느려지면서 규모 확대는 거의 멈추었다.^[139]

하지만 이미 확대된 오존홀의 규모는 축소되지 않고 2010년대에도 대규모로 유지되고 있으며,^[140] 자외선량도 해당 지역에서 증가한 채로 남아 있다. 또한, 일본 등 중위도 지대에서도 쓰쿠바시와 삿포로시 부근의 자료에 따르면, 1990년대 이후 자외선은 완만하게나마 증가 추세를 보이고 있다.^[141]

이러한 자외선 증가와 그로 인한 피해 증가에 따라, 세계보건기구(WHO) 등은 자외선의 세기를 여러 단계로 나타낸 "자외선지수"를 개발했다.^[142] 이를 바탕으로 일본 기상청은 재해정보의 하나로 자외선 정보를 발표하여 시민들에게 주의를 환기하고 있다.^[143]

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_[144] 간행물 표준국어대사전 국립국어원
_[145] 저널 Victor Schumann

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