Tia cực tím (tia UV) là một dạng tia điện từ, có tác dụng giúp da tổng hợp vitamin D, kích thích hoạt động chính của cơ thể. Ngoài ra tia UV còn có khả năng diệt khuẩn, tiệt trùng, chữa bệnh vẩy nến.
Tuy nhiên, việc tiếp xúc quá nhiều với tia cực tím có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe, và thậm chí là nguy hiểm đến sự sống. Dưới đây là một vài điều về tia UV do trang LiveScience tổng hợp:
Một số khái niệm & phân loại tia cực tím
Bức xạ điện từ xuất phát từ mặt trời và truyền qua sóng hoặc các hạt ở các bước sóng và tần số khác nhau. Dải các bước sóng này được gọi là phổ điện từ (EM). Phổ điện từ được chia thành bảy vùng theo thứ tự bước sóng giảm dần, năng lượng và tần số tăng dần. Một số bước sóng phổ biến là sóng vô tuyến, sóng viba, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X và tia Gamma.
Tia cực tím (tia UV) là sóng điện từ nằm trong phổ điện từ giữa ánh sáng nhìn thấy và tia X.
Tia cực tím (tia UV) là sóng điện từ nằm trong phổ điện từ giữa ánh sáng nhìn thấy và tia X. Tia cực tím có bước sóng nằm trong dải từ (10 nm÷380 nm) tương ứng với dãy tần số 8E14 Hz÷3E16 Hz. Theo Hướng dẫn bức xạ tia cực tím của Hải quân Hoa Kỳ, dựa vào tác dụng sinh lý, tia cực tím được chia thành ba loại như sau:
Tia UVA (400 nm÷315 nm; 3.1÷3.94eV) hay còn gọi là tia UV gần.Tia UVB (280 nm÷315 nm; 3.94÷4.43eV) hay gọi là tia UV trung bình.Tia UVC (180 nm÷280nm; 4.43÷12.4eV) hay gọi là tia UV xa.
Bản hướng dẫn này cũng cho biết: “các bức xạ có bước sóng từ 10nm đến 180nm đôi khi được coi là UV chân không hoặc tia UV đặc biệt”. Những bước sóng này bị chặn lại bởi bầu khí quyển, và chúng chỉ hoạt động & lan truyền trong chân không.
Ứng dụng của tia UV trong quá trình Ion hóa
Năng lượng của tia UV có khả năng phá vỡ các liên kết hóa học. Các photon UV, do có nhiều năng lượng hơn, nên có thể gây ra hiện tượng Ion hóa – quá trình tách electron ra khỏi các nguyên tử và tạo ra một khoảng trống. Khoảng trống này gây ảnh hưởng đến các thành phần sinh học của nguyên tử và khiến chúng tạo nên hoặc phá vỡ các liên kết hóa học mà thông thường chúng không thực hiện được. Điều này có thể sẽ hữu ích cho quá trình sinh học, hoặc cũng có thể gây hại đến các mô sống. Những tác động này có thể hữu ích, ví dụ như trong việc khử trùng, nhưng chúng cũng có thể gây hại, đặc biệt đối với da và mắt của con người – những vùng bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi tia UVB và UVC.
Tác động của tia UVA, UVB và UVC
Theo Chương trình Độc học Quốc gia (National Toxicology Program (NTP)NTP), hầu hết các tia UV con người tiếp xúc đều bắt nguồn từ mặt trời. Tuy nhiên, chỉ có khoảng 10% ánh sáng mặt trời là tia UV, và chỉ 1/3 trong số này là có khả năng thâm nhập vào bầu khí quyển của trải đất. Trong số những tia UV có thể đến được Trái đất, thì có 95% là tia UVA và 5% là tia UVB. Chưa có nghiên cứu hay đo lường nào cho thấy sự xuất hiện của tia UVC trong khí quyển của trái đất, vì tầng ozon, phân tử oxy và hơi nước ở tầng khí quyển trên đã hấp thụ toàn bộ các tia UV với bước sóng ngắn nhất này. Tuy nhiên, theo Báo cáo lần thứ 13 về chất gây ung thư của NTP: “Các tia bức xạ cực tím phổ rộng – bao gồm tia UVA và UVB – là những chất gây hại mạnh nhất và gây tổn hại nhiều nhất cho sinh vật trên Trái Đất”.
Cháy nắng – một minh chứng rõ ràng cho tác động của tia UV lên con người
Cháy nắng là một phản ứng tự nhiên của việc tiếp xúc với tia UVB độc hại. Về cơ bản, cháy nắng là phản ứng tự vệ tự nhiên của cơ thể. Da bao gồm tế bào sắc tố là melanin, được tạo da từ các tế bào da có tên là melanocytes. Melanin hấp thụ tia cực tím và biến nó thành nhiệt. Khi cơ thể cảm nhận được nhiệt nóng từ ánh sáng mặt trời, nó truyển melanin đến các tế bào xung quanh và cố gắng bảo vệ chúng khỏi những tổn thương có thể gây ra. Điều này khiến cho da trở nên tối màu hơn.
Da chính là tấm lá chắn tự nhiên của cơ thể trước tia UV. (Nguồn ảnh: Stock.Xchng).
“Melanin là một chất chống nắng tự nhiên”, Gary Chuang, trợ lý giáo sư da liễu thuộc Trường Y khoa Đại học Tufts cho biết trong cuộc phỏng vấn năm 2013. Tuy nhiên, nếu cơ thể phải tiếp tục tiếp xúc với tia UV, hệ thống phòng thủ tự nhiên của cơ thể sẽ có thể bị áp đảo. Khi đó sẽ xảy ra phản ứng với chất độc hại, dẫn đến hiện tượng cháy nắng. Tia UV có thể gây hại cho các tế bào DNA của cơ thể. Cơ thể nhận biết được điều này và “điều” máu đến khu vực đó để giúp cho quá trình phục hồi. Thông thường, chỉ cần bạn phơi nắng nửa ngày, bạn sẽ cảm thấy da bạn tấy đỏ và có cảm giác rát – nhiều hay ít còn phụ thuộc vào độ nhạy cảm của da từng người.
Đôi khi, các tế bào DNA bị đột biến bởi các tia UV, trở thành các tế bào có vấn đề – những tế nào này không chết và thậm chí còn sinh sôi, nảy nở giống các tế nào ung thư. Chuang cho biết “tia UV có thể gây hại đến các tế bào DNA cũng như quá trình DNA khiến cho các tế bào có được khả năng không – thể – chết”.
Kết quả nhận được chính là bệnh ung thư da phát triển – dạng thức thường gặp nhất của bệnh ung thư tại Mỹ nói riêng và trên toàn thế giới nói chung. Những người bị cháy nắng thường xuyên là những người có nguy cơ mắc bệnh ung thư da cao nhất. Theo Skin Cancer Foundation, dạng thức ung thư da nguy hiểm nhất là ung thư ác tính. Dạng thức này có nguy cơ xảy ra cao gấp đôi đối với nững người đã từng cháy nắng 5 lần hoặc hơn so với người bình thường.
Một số nguồn UV nhân tạo
Một số nguồn nhân tạo đã được phát triển & sử dụng để tạo ra tia UV. Theo Hiệp hội Vật lý Sức khỏe, thì “các nguồn nhân tạo bao gồm công cụ làm da rám nắng, ánh sáng đen, đèn tiệt trùng, đèn hơi thủy ngân, đèn halogen, đèn phóng điện cường độ cao, đèn huỳnh quang & nóng sáng, và một số loại tia laser khác”.
Một trong những cách thông dụng nhất để tạo ra tia UV là truyền dòng điện đi qua thủy ngân đang bốc hơi hoặc một số hơi ga khác. Cách này thường được sử dụng trong các dụng cụ làm rám nắng và dùng cho khử trùng bề mặt. Chúng cũng được sử dụng trong ánh sáng đen để làm cho sơn huỳnh quang và thuốc nhuộm phát sáng. Đèn LEDs, laser và đèn hồ quang cũng được coi là những nguồn của UV với nhiều bước sóng khác nhau nhằm ứng dụng vào lĩnh vực công nghiệp, hóa học, y tế và ứng dụng cho mục đích nghiên cứu.
Huỳnh quang – một ứng dụng của tia UV
Rất nhiều chất – bao gồm khoáng chất, thực vật, nấm và vi khuẩn, cũng như các chất hữu cơ và vô cơ – có thể hấp thụ tia UV. Sự hấp thụ này khiến cho các electron đạt tới vùng năng lượng cao hơn. Những electron này sau đó sẽ trở lại mức năng lượng thấp hơn ở các bước nhỏ hơn, và phát ra một phần nhỏ năng lượng từ khối năng lượng chúng hấp thụ được thành ánh sáng nhìn thấy được. Các vật liệu được sử dụng làm thuốc nhộm hoặc sơn có huỳnh quang trong nguyên liệu tạo thành sẽ có khả năng phát sáng dưới ánh sáng mặt trời vì chúng hấp thụ tia UV vô hình và phát lại nó ở những bước sóng con người nhìn thấy được. Vì lý do này, chúng trở nên đặc biệt có ích trong việc làm ra các biển báo, cảnh báo an toàn và các ứng dụng khác để báo hiệu/ làm nổi bật những thông báo quan trọng.
Flo cũng có có thể được sử dụng để định vị và nhận diện một số khoảng sản hoặc vật liệu hữu cơ nhất định. Theo Thermo Fisher Scientific, Life Technologies, “Huỳnh quang phát sáng cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện các thành phần đặc biệt của một bộ phận các phân tử sinh học phức tạp, ví dụ như các tế bào sống, với độ nhạy cảm và mức độ chọn lọc cao”.
Theo trường đại học Nebraska, trong các ống huỳnh quang dùng để chiếu sáng, “bức xạ cực tím với bước sóng 254nm được tạo ra cùng ánh sáng màu xanh phát ra khi dòng điện được truyền qua hơi thủy ngân. Bức xạ cực tím này không thế nhìn thấy bằng mắt thường nhưng chúng mang nhiều năng lượng hơn năng lượng phát ra từ ánh sáng nhìn thấy được. Năng lượng từ ánh sáng cực tím được hấp thụ với lớp Flo phía trong đèn huỳnh quang và phát lại chúng dưới dạng ánh sáng nhìn thấy được”. Các ống tương tự không có lớp phủ Flo phát ra tia UV có thể sử dụng để khử trùng bề mặt, vì các hiệu ứng Ion hóa của tia UV có thể giết chết hầu hết các vi khuẩn.
Ngoài mặt trời, có rất nhiều nguồn khác của tia UV.
Các ống ánh sáng đen thường sử dụng hơi thủy ngân để tạo ra ánh sáng UVA bước sóng dài, khiến cho một số chất nhất định phát sáng. Ống thủy tinh được phủ bằng vật liệu lọc tối màu tím để chặn tối đa nguồn ánh sáng khả kiến, làm cho ánh sáng huỳnh quang xuất hiện rõ hơn. Việc lọc này không cần thiết cho các ứng dụng như khử trùng.
Ứng dụng tia UV trong thiên văn học
Ngoài mặt trời, có rất nhiều nguồn khác của tia UV. Theo NASA, những ngôi sao có kích thước lớn sẽ “phát sáng” trong phạm vi bước sóng của tia cực tím. Do bầu khí quyển của Trái Đất đã chặn hầu hết loại bức xạ này, đặc biệt ở các bước sóng ngắn, nên việc quan sát các ngôi sao được thực hiện bằng cách sử dụng khí cầu cao độ và kính thiên văn được trang bị cảm biến hình ảnh chuyên dụng cùng bộ lọc để có thể quan sát trong vùng tia UV của phổ EM.
Theo Robert Patterson – giáo sư thiên văn học của đại học Missouri State – thì hầu hết các quan sát được thực hiện bằng các thiết bị ghép điện tích (CCD) – là các thiết bị dò được thiết kế để có thể phát hiện được các photon bước sóng ngắn. Những quan sát này có thể xác định nhiệt độ bề mặt của các ngôi sao nóng nhất trong vũ trụ và cho khám phá được sự hiện diện của các đám mây khí đốt giữa Trái đất và các thiên thể chuẩn sao (quasars).
Ứng dụng tia UV trong điều trị bệnh ung thư
Theo Hiệp hội nghiên cứu ung thư tại Anh, mặc dù việc tiếp xúc với tia UV có thể gây ra ung thư da, tuy vậy, một số bệnh về da lại có thể được điều trị bằng tia cực tím. Trong một quy trình điều trị có tên “điều trị bằng tia cực tím” (PUVA – psoralen ultraviolet light treatment), các bệnh nhân được dùng thuốc hoặc bôi một loại kem ngoài da để khiến da họ nhạy cảm với ánh sáng. Sau đó, tia UV sẽ được chiếu lên da họ. Quy trình PUVA được sử dụng để điều trị ung thư hạch bạch huyết (lymphoma), eczema, bệnh vẩy nến và bạch biến.
Có vẻ như đây là cách làm phản khoa học khi lấy nguyên nhân của bệnh ung thư da để điều trị bệnh ung thư da, nhưng trên thực tế, phương pháp PUVA có thể làm được điều này với hiệu ứng tia UV lên trên sự sản sinh các tế bào da. Nó làm chậm lại sự phát triển của các tế bào ung thư da, ngăn chặn sự phát triển của bệnh ung thư này.
Chìa khóa cho cội nguồn của sự sống?
Các nghiên cứu gần đây cho thấy tia cực tím có thể đóng một vai trò quan trọng trong nguồn gốc của sự sống trên trái đất, đặc biệt là nguồn gốc của RNA. Trong một bài báo trên Tạp chí Vật lý thiên văn vào năm 2017, các tác giả của nghiên cứu này lưu ý rằng các ngôi sao lùn đỏ (red dwarf stars) có thể không phát ra đủ các tia UV để “kích hoạt” các quá trình sinh học cần thiết cho sự hình thành của axit ribonucleic – điều kiện tiên quyết để hình thành tất cả các dạng sống trên trái đất. Các nghiên cứu cũng gợi ý rằng phát hiện này có thể giúp ích trong việc tìm kiếm sự sống ở những nơi khác trong vũ trụ.
