Том 34, номер 11, статья № 12

Аннотация:

Описан новый метод дозиметрии ультрафиолетового излучения, основанный на регистрации фотостимулированного перехода Мn³⁺ + е^- ® Мn²⁺ в ультрадисперсном оксиде магния с кристаллической структурой периклаза. Показана возможность регистрации фотоэффекта с помощью метода электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Предложено построить пассивный интегрирующий детектор ультрафиолета (УФ-детектора) на основе ампул с ультрадисперсным оксидом магния и регистрации после их экспонирования на свету сигнала ЭПР ионов Mn²⁺. Проведена апробация нового УФ-детектора при сравнительной оценке послойной изменчивости ультрафиолетовой прозрачности снежного покрова. Обсуждается возможность использования порошкового УФ-детектора при пассивном мониторинге поступления УФ-радиации на земную поверхность в рамках исследований устойчивости тундровых экосистем в условиях истощения стратосферного озона в Арктике.

Ключевые слова:

ультрафиолетовая радиация, метод электронного парамагнитного резонанса, оксид магния, детектор ультрафиолетового излучения, мониторинг, Арктика, снежный покров

Список литературы:

1. Juzeniene A., Moan J. Beneficial effects of UV radiation other than via vitamin D production // Dermato-Endocrinology. 2012. N 4. P. 109–117. DOI: 10.4161/derm.20013.
2. Caldwell M.M., Björn L.O., Bornman J.F., Flint S.D., Kulandaivelu G., Teramura A.H., Tevini M. Effects of increased solar ultraviolet radiation on terrestrial ecosystems // J. Photochem. Photobiol. B. 1998. V. 16, N 1–3. P. 40–52. DOI: 10.1016/S1011-1344(98)00184-5.
3. Häder D.P., Kumar H.D., Smith R.C., Worrest R.C. Effects of solar UV radiation on aquatic ecosystems and interactions with climate change // Photochem. Photobiol. Sci. 2007. N 6. P. 267–285. DOI: 10.1039/b700020k.
4. Чубарова Н.Е., Жданова Е.Ю., Хаттатов В.У., Варгин П.Н. Актуальные проблемы изучения ультрафиолетовой радиации и озонового слоя // Вестн. РАН. 2016. Т. 86, № 9. С. 839–846. DOI: 10.7868/S0869587316050030.
5. Зуев В.В., Зуева Н.Е., Короткова Е.М., Павлинский А.В. Влияние истощения озонового слоя на процессы деградации хвойных лесов южных регионов Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 1. С. 27–34; Zuev V.V., Zueva N.E., Korotkova E.M., Pavlinsky A.V. Impact of ozone depletion on degradation processes of coniferous forests in southern regions of Siberia // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 4. P. 342–348. DOI: 10.15372/AOO20170104.
6. Lucas R.M., Yazar S., Young A.R., Norval M., de Gruijl F.R., Takizawa Y., Rhodes L.E., Sinclair C.A., Neale R.E. Human health in relation to exposure to solar ultraviolet radiation under changing stratospheric ozone and climate // Photochem. Photobiol. Sci. 2019. N 18. P. 641–680. DOI: 10.1039/c8pp90060d.
7. Webb A.R. Measuring UV radiation: a discussion of dosimeter properties, uses and limitations // J. Photochem. Photobiol. B. 1995. V. 31, N 1–2. P. 9–13. DOI: 10.1016/1011-1344(95)07162-4.
8. Horkay I., Wikonkál N., Patkó J., Bazsa G., Beck M., Ferenczi A., Nagy Z., Rácz M., Szalay T. SUNTEST: a chemical UVB radiation dosimeter // J. Photochem. Photobiol. B. 1995. V. 31, N 1–2. P. 79–82. DOI: 10.1016/1011-1344(95)07194-6.
9. Mills A., Grosshans P., McFarlane M. UV dosimeters based on neotetrazolium chloride // J. Photochem. Photobiol. A. 2009. V. 201, N 2–3. P. 136–141. DOI: 10.1016/j.jphotochem.2008.10.010.
10. Saad A.F., Sedqy E.M., Ahmed R.M. Effect of UVC radiation on the optical properties of thermally treated CR-39 polymer films: A new approach for the use of CR-39 as an optical dosimeter // Radiat. Phys. Chem. 2021. V. 179. DOI: 10.1016/j.radphyschem.2020.109253.
11. Quintern L.E., Horneck G., Eschweiler U., Buecker H. The DLR-biofilm as personal UV dosimeter // Photochem. Photobiol. 1992. N. 3. P. 389–395. DOI: 10.1111/j.1751-1097.1992.tb04252.x.
12. Rettberg P., Sief R., Horneck G. The DLR-Biofilm as Personal UV Dosimeter / C. Baumstark-Khan, S. Kozubek, G. Horneck (eds.) // Fundamentals for the Assessment of Risks from Environmental Radiation. NATO Science Series (Series 2. Environmental Security), 1999. V. 55. P. 367–370. DOI: 10.1007/978-94-011-4585-5_46.
13. Wang T.C. A simple convenient biological dosimeter for monitoring solar UV-B radiation // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1991. V. 177, N 1. P. 48–53. DOI: 10.1016/0006-291x(91)91946-a.
14. Tyrrell R.M. Biological dosimetry and action spectra // J. Photochem. Photobiol. B. 1995. V. 31, N 1–2. P. 35–41. DOI: 10.1016/1011-1344(95)07166-1.
15. Bérces A., Fekete A., Gáspár S., Gróf P., Rettberg P., Horneck G., Rontó G. Biological UV dosimeters in the assessment of the biological hazard from environmental radiation // J. Photochem. Photobiol. B. 1999. V. 53, N 1–3. P. 36–43. DOI: 10.1016/S1011-1344(99)00123-2.
16. Davis A., Deane G.H.W., Diffey B.L. Possible dosimeter for ultraviolet radiation // Nature. 1976. V. 261. P. 169–170. DOI: 10.1038/261169a0.
17. Parisi A.V., Kimlin M.G., Turnbull D.J., Macaranas J. Potential of phenothiazine as a thin film dosimeter for UVA exposures // Photochem. Photobiol. Sci. 2005. V. 4, N 11. P. 907–910. DOI: 10.1039/b508553e.
18. Turner J., Parisi A.V., Turnbull D.J. Dosimeter for the measurement of plant damaging solar UV exposures // Agric. For. Meteor. 2009. V. 149, N 8. P. 1301–1306. DOI: 10.1016/j.agrformet.2009.03.002.
19. Parisi A.V., Amar A., Igoe D.P. Long-term UV dosimeter based on polyvinyl chloride for plant damage effective UV exposure measurements // Agric. For. Meteorol. 2017. V. 243, N 15. P. 68–73. DOI: 10.1016/j.agrformet.2017.05.012.
20. Тентюков М.П., Лютоев В.П. ЭПР-спектроскопия сухих аэрозолей // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 9. С. 789–792.
21. Альтшуллер С.А., Козырев Б.М. Электронный парамагнитных резонанс соединений элементов промежуточных групп. М.: Наука, 1972. 672 с.
22. Аэрозоли Сибири / И.С. Андреева и др.; отв. ред. К.П. Куценогий. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. 548 с.
23. Hollingbery L.A., Hull Т.Z.R. The thermal decomposition of huntite and hydromagnesite – a review // Thermochim. Acta. 2010. V. 509. P. 1–11.
24. Ikeya M. New Application of Electron Spin Resonance. Singapore: World Scientific Publishing, 1993. 500 p.
25. Chiesa M., Paganini M.C., Giamello E. EPR of charge carries stabilized at the surface of metal oxides // Appl. Magn. Reson. 2010. V. 37. P. 605–618.
26. Davies J.J., Smith S.R.P. Wertz J.E. Electron paramagnetic resonance of tetravalent Manganese ions at tetragonal and octahedral sites in MgO // Phys. Rev. 1969. V. 178. P. 608–612.
27. Wu X.-X., Fang W., Feng W.-L., Zheng W.-C. Study of EPR parameters and defect structure for two tetragonal impurity centers in MgOrCr³⁺ and MgO : Mn⁴⁺ crystals // Appl. Magn. Reson. 2009. V. 35. P. 503–510.
28. Valia A.-E., Roomy J.J. A novel ESR method based on dilute solid solution of Mn³⁺/Mn²⁺ ions in MgO for detecting spillover of hydrogen from noble metals // J. Mol. Catal. A: Chemical. 2000. V. 159. P. 429–432.
29. Galustashvili M., Kalabegishvili Т., Kurasbediani A., Kvachadze V., Sobolevskaya S. EPR Investigation of the accumulation of F⁺ centers in irradiated MgO : Mn crystals // Appl. Magn. Reson. 2005. V. 28. P. 393–399.
30. Белан Б.Д. Озон в тропосфере. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2010. 488 с.
31. Neale R.E., Barnes P.W., Robson T.M., Neale P.J., Williamson C.E., Zepp R.G., Wilson S.R., Madronich S., Andrady A.L., Heikkilä A.M., Bernhard G.N., Bais A.F., Aucamp P.J., Banaszak A.T., Bornman J.F., Bruckman L.S., Byrne S.N., Foereid B., Häder D.-P., Hollestein L.M., Hou W.-C., Hylander S., Jansen M.A.K., Klekociuk A.R., Liley J.B., Longstreth J., Lucas R.M., Martinez-Abaigar J., McNeikk K., Olsen C.M., Pandey K.K., Rhodes L.E., Robinson S.A., Rose K.C., Schikowski T., Solomon K.R., Sulzberger B., Ukebor J.E., Wang Q.-W., Wängberg S.-Å., White C.C., Yazar S., Young P.J., Zhu L., Zhu M. Environmental effects of stratospheric ozone depletion, UV radiation, and interactions with climate change: UNEP Environmental Effects Assessment Panel, Update 2020 // Photochem. Photobiol. Sci. 2021. V. 20. P. 1–67. DOI: 10.1007/s43630-020-00001-x.
32. Зуев В.В., Савельева Е.С., Павлинский А.В. Беспрецедентная озоновая аномалия в арктической стратосфере в зимне-весенний период 2020 г. // Докл. РАН. Науки о Земле. 2020. Т. 495, № 2. С. 36–40.
33. Lawrence Z.D., Perlwitz J., Butler A.H., Manney G.L., Newman P.A., Lee S.H., Nash E.R. The remarkably strong Arctic stratospheric polar vortex of winter 2020: Links to record-breaking Arctic oscillation and ozone loss // J. Geophys. Res.: Atmos. 2020. V. 125, N 22. DOI:10.1029/2020JD033271.
34. Bernhard G., Manney G.L., Lakkala K.A., Johnsen B., Grooß J.-U., Ialongo I., Johnsen B., Lakkala K., Manney G.L., Müller R., Svendby T. Record-breaking increases in Arctic solar ultraviolet radiation caused by exceptionally large ozone depletion in 2020 // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47, N 24. P. e2020GL090844. DOI: 10.1029/2020GL090844.