2011年11月22日

螢光燈管中的紫外線

人類最常製造紫外線的方式是使用電極製造電弧,以電極產生高能電弧的情況下,會有一部份的紫外線產生,如果在電弧的路徑上放入汞元素,因為汞的電子能階是位在紫外線能量的區段,所以會吸收大量的電能轉換成紫外線放射出來

我們拿一個汞燈發光的頻譜圖來看,可以很明顯地看到主要除了一部份的綠光(二個高峰位於波長範圍520~570奈米間)外,在紫光與紫外線區有很明顯的兩個高峰值(波長範圍380~450奈米間),這就是為什麼大部份的汞燈都是紫色原因


在這邊很值得注意的,就是其中一個紫光高峰分佈在380~410奈米間,這個高峰就明顯地跨進紫外線的長波區域,也就是我們熟知的UVA範圍,而且幾乎一半的強度都落在這個範圍內。另外在UVA範圍很接近350奈米處,也會產生一定強度的紫外線高峰,這個高峰雖然沒有紫光區域的電磁波強度強,但在這邊的紫外線能量卻更高,很接近UVB的電磁波能量,反而比之前380~410奈米的紫外線更容易傷害到生物本體。

UVA這個區域是我們人眼看不到的,同時這個波段就是造成我們皮膚老化與黑色素容易沈澱的主要來源,也容易造成水晶體內的蛋白纖維更加容易生成造成視力障礙。當然我們不可能拿這樣的紫外線燈管來作一般的照明,但是高能的電磁波卻能被一些螢光物質所吸收,再利用紫外線中的能量重新發出不同光色的光(也就是能量較低、波長較短的電磁波),所以在燈管上塗上這些螢光物質的粉末(也就是我們一般所說的螢光粉),以特定的比例混合可發出三原色中的紅、綠、藍三種光色,就可以產生我們所要的白光,這就是螢光燈管的基本原理。

從螢光燈管的頻譜圖中就可以看到,原來在紫光區的兩個高峰,其中一個接近紫外線區的強度與汞燈比起來就顯得很小,因為在UVA與UVB這塊的強度都被螢光粉吸收後,再發光轉成圖中位於藍色、綠色、以及橙色區域的可見光。

這整個過程就是把人體略有危害的電磁波,利用它的能量透過螢光粉的架構轉換成我們可以用以照亮環境的光線,如果拿水來比喻的話,就是利用骯髒的河水它流動的力量去推動淨水機器來將河水轉換出我們可以使用的乾淨水源。

不過任何利用能量或轉換能量的機器都會慢慢發生耗損,螢光粉在吸收較高的能量電磁波發出可見光時,螢光粉一樣也會慢慢老化,當螢光粉慢慢老化時,轉換的效率就會變低,發出的可見光也就少了,這就是為什麼燈管在使用一段時間後,會愈來愈暗原因,這並不是燈管不太發光了,而是發出來的光你沒有辦法看到,而且就像骯髒的水一樣對人體有害。

所以當你在用一支燈管、或是所謂的節能燈泡(也是螢光燈管的一種),一家好的廠牌應該要保證螢光粉的轉換效率高之外,這個效能衰減速度不能太快,必須維持一段夠長的時間。使用者若發現燈管變暗了,就應該要換掉變暗的燈管。不過一般人在家裡常常因為堪用或懶惰已經很難辦到這點,對於錙銖必較的公司機關就更是一件不可能的任務,但往往人們一天中使用燈管最久的時間卻是在我們的工作場合。

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