자외선
더 많은 작업
자외선(紫外線, Ultraviolet; UV)은 가시광선의 보라색 영역보다 파장이 짧은 전자기 복사로, 일반적으로 약 100~400 nm 파장 범위를 가리킨다.
자외선은 전자기파의 한 종류로, 가시광선보다 파장이 짧고 광자 하나가 갖는 에너지가 크다. 국제조명위원회(CIE)는 자외선을 통상 100~400 nm 범위로 보고 UVA·UVB·UVC의 세 영역으로 구분한다.[1]
파장과 광자 에너지의 관계는 다음과 같다.
- E = hc / λ
- E: 광자 에너지
- h: 플랑크 상수
- c: 빛의 속도
- λ: 파장
따라서 같은 세기의 빛이라 하더라도 일반적으로 파장이 짧아질수록 광자 한 개의 에너지는 커진다.
자외선은 사람의 눈으로 직접 볼 수 없는 영역으로 취급하지만, 가시광선과 자외선의 경계가 정확히 400 nm에서 갑자기 끊어지는 것은 아니다. CIE도 매우 밝은 광원에서는 400 nm보다 약간 짧은 파장에 시각 반응이 나타날 수 있기 때문에 자외선과 가시광선 사이에 절대적인 경계를 정의하기는 어렵다고 설명한다.[1]
CIE와 세계보건기구(WHO)가 사용하는 대표적인 구분은 다음과 같다.[2]
| 구분 | 파장 | 특징 |
|---|---|---|
| UVA | 315~400 nm | 파장이 가장 길다. 지표에 도달하는 태양 자외선의 대부분을 차지한다. |
| UVB | 280~315 nm | 대부분이 대기에서 흡수되지만 일부가 지표까지 도달한다. 일광화상과 피부 손상에 중요한 영향을 미친다. |
| UVC | 100~280 nm | 세 영역 중 파장이 가장 짧고 광자 에너지가 크다. 태양에서 오는 UVC는 대기에서 사실상 전부 흡수된다. 인공 UVC는 살균 등에 사용된다. |
학문 분야에 따라 UVA와 UVB의 경계를 320 nm로 두는 등 다른 구분을 사용하는 경우도 있으나, CIE의 국제 표준 구분은 315 nm이다.[3]
또한 용도에 따라 근자외선(near ultraviolet), 원자외선(far ultraviolet), 진공자외선(vacuum ultraviolet), 극자외선(extreme ultraviolet; EUV) 등의 명칭도 사용한다. 이들 용어의 파장 경계는 분야에 따라 다르므로 UVA·UVB·UVC와 일대일로 대응하지 않는다.[1]
태양에서 방출된 자외선이 모두 지표에 도달하는 것은 아니다.
WHO에 따르면 대기를 통과하는 동안 UVC는 사실상 전부 흡수되고 UVB도 약 90%가 오존, 수증기, 산소, 이산화탄소 등에 의해 흡수된다. 반면 UVA는 대기의 영향을 상대적으로 적게 받으므로 지표에서 관측되는 태양 자외선은 대부분 UVA이고 일부가 UVB이다.[2]
| 종류 | 지표 도달 |
|---|---|
| UVA | 대부분 도달 |
| UVB | 일부 도달 |
| UVC | 자연 상태에서는 사실상 도달하지 않음 |
특히 성층권의 오존층은 UVB와 UVC를 흡수하는 중요한 역할을 한다. 오존층이 감소하면 지표에 도달하는 유해 자외선, 특히 UVB가 증가할 수 있다.[2]
지표의 자외선 세기는 다음과 같은 요인에 영향을 받는다.[5]
- 태양 고도 : 태양이 높이 떠 있을수록 강해지는 경향이 있다.
- 위도 : 일반적으로 적도에 가까울수록 강하다.
- 고도 : 고도가 높아질수록 대기를 통과하는 거리가 짧아져 자외선이 강해진다.
- 구름 : 구름이 자외선을 줄일 수 있으나 흐린 날에도 상당한 양이 지표에 도달할 수 있다.
- 오존량 : 성층권 오존량이 적을수록 특히 UVB가 증가한다.
- 지면 반사 : 눈, 물, 모래 등의 표면에서 반사된 자외선으로 노출량이 증가할 수 있다.
자외선은 파장과 노출량에 따라 피부와 눈에 생물학적 영향을 준다. 태양광과 인공 자외선에 의한 과도한 노출은 피부암의 중요한 원인으로 알려져 있다.[6]
UVA
- UVB보다 피부 깊숙한 층까지 침투한다.
- 결합조직과 혈관 등에 장기간 영향을 주어 피부 탄력 저하와 광노화에 관여한다.
- 기존의 멜라닌을 빠르게 어둡게 하여 비교적 빨리 나타나는 태닝을 일으킬 수 있다.
- UVA 역시 피부암 위험에 관여한다.
UVB
- 대부분 표피에서 흡수된다.
- 일광화상(sunburn)의 주된 원인이다.
- DNA에 손상을 일으켜 피부암 발생과 밀접하게 관련된다.
- 피부에서 비타민 D 합성을 유도한다.[6]
WHO와 국제암연구소(IARC)는 태양 자외선을 사람에게 암을 일으키는 것으로 확인된 발암 요인으로 평가하고 있다.[7]
자외선은 눈에도 영향을 미친다.
- UVB는 대부분 각막과 수정체에서 흡수된다.
- UVA 일부는 각막과 수정체를 통과할 수 있다.
- 장기간의 과도한 자외선 노출은 백내장 등 눈 질환의 위험과 관련된다.[6]
눈에 들어오는 자외선은 직사광선뿐 아니라 눈, 모래, 물 등에서 반사된 빛도 포함되므로 주변 환경에 따라 실제 노출량이 증가할 수 있다.
UVB는 피부에서 비타민 D가 생성되는 과정에 관여한다. 따라서 자외선은 무조건 해로운 것이 아니라 적정 수준의 노출에는 생리적 이점도 있다.[4]
다만 비타민 D 생성을 이유로 피부 손상을 일으킬 정도의 자외선 노출을 권장할 수는 없으며, 필요한 노출량은 위도, 계절, 피부색, 연령, 의복 등 여러 요인에 따라 달라진다.
자외선 지수(Ultraviolet Index; UVI)는 지표에서 사람에게 영향을 주는 태양 자외선의 강도를 나타내는 지수이다. 숫자가 높을수록 피부와 눈이 손상될 가능성이 커지고 손상이 발생하는 데 필요한 시간도 짧아진다.[8]
| 자외선 지수 | 단계 |
|---|---|
| 0~2 | 낮음 |
| 3~5 | 보통 |
| 6~7 | 높음 |
| 8~10 | 매우 높음 |
| 11 이상 | 위험 또는 극심 |
WHO는 UVI가 3 이상일 때 자외선 차단 조치를 취할 것을 권고한다.[5]
자외선 지수는 단순한 태양광의 밝기나 기온을 나타내는 수치가 아니다. 따라서 날씨가 선선하거나 눈부심이 약해도 자외선 지수가 높을 수 있다.
자외선으로부터 피부와 눈을 보호하는 방법에는 그늘 이용, 의복, 모자, 선글라스와 자외선 차단제 등이 있다.[9]
선글라스의 렌즈가 어둡다고 해서 자외선 차단 능력이 높은 것은 아니다. 렌즈의 가시광선 투과율과 자외선 투과율은 서로 다른 특성이다.
WHO는 충분한 눈 보호를 위해 UVA와 UVB를 400 nm까지 흡수하는 렌즈를 권장하며, 이러한 제품에 UV400이라는 표시가 사용된다.[9]
미국 FDA 역시 UV400 또는 '100% UV protection' 표시가 있는 선글라스는 UVA와 UVB를 99% 이상 차단하도록 설계된 제품이라고 설명한다.[11]
따라서 선글라스의 색이 진한지보다는 실제 자외선 차단 성능을 확인하는 것이 중요하다.
시판 자외선 LED와 휴대용 UV 라이트에서 365 nm와 395 nm가 흔히 사용된다.
두 파장 모두 CIE 기준으로는 UVA에 속한다.[1]
- 365 nm : 가시광선 영역에서 비교적 멀리 떨어져 있어 형광 물질을 여기시키면서 눈에 직접 보이는 보라색 빛은 상대적으로 적다. 형광 검사, 화폐·보안표시 확인, UV 경화 등에 널리 사용된다.
- 395 nm : 자외선과 가시광선의 경계에 매우 가까우므로 광원에서 직접 보이는 보라색 성분이 훨씬 두드러지기 쉽다. 저가 UV LED 제품에 많이 사용된다.
따라서 자외선 차단 렌즈를 간이 비교할 때 365 nm 광원은 렌즈를 통과한 뒤 발생하는 형광의 변화를 관찰하는 용도로 유용할 수 있다. 다만 이런 방법은 정량적인 분광 투과율 측정을 대신할 수 없으며, 렌즈가 365 nm를 잘 막는다는 사실만으로 380~400 nm 영역까지 충분히 차단한다고 단정할 수 없다.
반대로 395 nm 광원에서 눈에 보이는 보라색 빛이 남아 있다고 해서 곧바로 렌즈의 자외선 차단 성능이 낮다고 판단하기도 어렵다. 광원 자체가 400 nm 이상의 가시광선을 함께 방출할 수 있고, 400 nm 부근은 사람의 시각 반응과 자외선의 통상적 경계가 겹치는 영역이기 때문이다.[1]
자외선은 높은 광자 에너지와 광화학 반응을 이용해 여러 분야에 사용된다.
일부 물질은 자외선을 흡수한 뒤 더 긴 파장의 가시광선을 방출하는 형광 현상을 보인다.
이를 이용해 다음과 같은 검사를 할 수 있다.
- 지폐·여권·신분증 등의 보안 표시 확인
- 광물 관찰
- 형광 염료 검사
- 누유 탐지
- 오염물질 검사
- 법과학 감식
자외선에 반응하는 광개시제(photoinitiator)를 이용하면 액상의 수지, 잉크, 접착제 등을 빠르게 중합·경화할 수 있다.
UV 경화는 인쇄, 코팅, 접착제, 전자부품, 3D 프린팅 등에 활용된다. 산업용 UV 경화 시스템에서는 365 nm 부근을 포함한 여러 파장대가 사용된다.[13]
자외선은 미생물의 불활성화뿐 아니라 광분해와 고도산화공정(Advanced Oxidation Process; AOP)에도 사용된다. 자외선과 과산화수소 등의 산화제를 함께 사용하면 하이드록실 라디칼 등을 생성해 일부 유기 오염물질을 분해할 수 있다.[15]
자외선은 눈에 보이지 않는다고 해서 에너지가 없는 것이 아니다. 특히 강한 인공 UV 광원은 짧은 시간에도 피부와 눈을 손상시킬 수 있다.
- UV 램프를 직접 바라보지 않는다.
- 강한 UV 광원을 피부에 장시간 직접 조사하지 않는다.
- 필요한 경우 파장에 적합한 차광 안경과 보호구를 사용한다.
- UVC 살균기는 사람이나 동물이 있는 공간에서 노출되지 않도록 설계해야 한다.
- 자외선 출력은 눈으로 보이는 밝기와 반드시 비례하지 않는다.
특히 365 nm 자외선 램프는 눈에 보이는 출력이 약해 보여도 상당한 UVA를 방출할 수 있으므로 '어둡게 보인다'는 이유로 안전하다고 판단해서는 안 된다.
- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 International Commission on Illumination, ultraviolet radiation (CIE e-ILV 17-21-008), https://cie.co.at/eilvterm/17-21-008 , 확인일: 2026-10-05
- ↑ 2.0 2.1 2.2 World Health Organization, Ultraviolet radiation, https://www.who.int/health-topics/ultraviolet-radiation , 확인일: 2026-10-05
- ↑ International Commission on Illumination, CIE Collection in Photobiology & Photochemistry 1999, https://cie.co.at/publications/cie-collection-photobiology-photochemistry-1999 , 확인일: 2026-10-05
- ↑ 4.0 4.1 Centers for Disease Control and Prevention, Ultraviolet Radiation, https://www.cdc.gov/radiation-health/features/uv-radiation.html , 확인일: 2026-10-05
- ↑ 5.0 5.1 World Health Organization, Ultraviolet radiation - Fact sheet, https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ultraviolet-radiation , 확인일: 2026-10-05
- ↑ 6.0 6.1 6.2 World Health Organization, Radiation: The known health effects of ultraviolet radiation, https://www.who.int/news-room/questions-and-answers/item/radiation-the-known-health-effects-of-ultraviolet-radiation , 확인일: 2026-10-05
- ↑ World Health Organization, Global, regional and national burdens of non-melanoma skin cancer attributable to occupational exposure to solar ultraviolet radiation, https://www.who.int/news-room/questions-and-answers/item/global--regional-and-national-burdens-of-non-melanoma-skin-cancer-attributable-to-occupational-exposure-to-solar-ultraviolet-radiation-for-183-countries--2000-2019/ , 확인일: 2026-10-05
- ↑ World Health Organization, Radiation: The ultraviolet (UV) index, https://www.who.int/news-room/questions-and-answers/item/radiation-the-ultraviolet-%28uv%29-index , 확인일: 2026-10-05
- ↑ 9.0 9.1 World Health Organization, Radiation: Protecting against skin cancer, https://www.who.int/news-room/questions-and-answers/item/radiation-protecting-against-skin-cancer , 확인일: 2026-10-05
- ↑ 10.0 10.1 U.S. Food and Drug Administration, The Sun and Your Medicine, https://www.fda.gov/drugs/special-features/sun-and-your-medicine , 확인일: 2026-10-05
- ↑ U.S. Food and Drug Administration, Tips to Stay Safe in the Sun: From Sunscreen to Sunglasses, https://www.fda.gov/consumers/consumer-updates/tips-stay-safe-sun-sunscreen-sunglasses , 확인일: 2026-10-05
- ↑ 12.0 12.1 International Commission on Illumination, Position Statement on the Use of Ultraviolet (UV) Radiation to Manage the Risk of COVID-19 Transmission, https://www.cie.co.at/publications/position-statement-use-ultraviolet-uv-radiation-manage-risk-covid-19-transmission , 확인일: 2026-10-05
- ↑ U.S. Department of Energy, Improving Process Heating System Performance: A Sourcebook for Industry - Ultraviolet Processing, https://www.energy.gov/sites/prod/files/2016/04/f30/Improving%20Process%20Heating%20System%20Performance%20A%20Sourcebook%20for%20Industry%20Third%20Edition_0.pdf , 확인일: 2026-10-05
- ↑ National Institute of Standards and Technology, Metrology for extreme ultraviolet lithography, https://www.nist.gov/programs-projects/metrology-extreme-ultraviolet-lithography , 확인일: 2026-10-05
- ↑ U.S. Environmental Protection Agency, Overview of Drinking Water Treatment Technologies, https://www.epa.gov/sdwa/overview-drinking-water-treatment-technologies , 확인일: 2026-10-05