ô nhiễm ánh sáng

- Ánh sáng trung tính trắng gây ấn tượng lạnh lùng và trống rỗng nhưng nó làm tăng độ chói và sự tác động của các màu sắc đứng bên cạnh ánh sáng trung tính thường được sử dụng khi cần có

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Lê Văn Nhạn Bùi Thị Mỹ Lê

Lớp: SP Vật Lý – Công Nghệ

Cần Thơ, năm 2015

LỜI CẢM ƠN

 Trong khoảng thời gian thực hiện đề tài tôi gặp không ít khó khăn Tuy nhiên, bên cạnh những khó khăn đó tôi đã nhận được sự chỉ dẫn tận tình của Thầy hướng dẫn, của các Thầy Cô trong Bộ môn Vật Lý và sự giúp đỡ của bạn bè Cuối cùng đề tài của tôi cũng hoàn thành

 Tôi xin chân thành cám ơn Thầy Lê Văn Nhạn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài này

 Tôi xin kính gửi đến các Thầy Cô Bộ môn Vật Lý lòng biết ơn sâu sắc, vì đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cũng như cung cấp tài liệu liên quan trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài

 Sau cùng tôi xin chân thành cám ơn tất cả các Thầy Cô và bạn bè đã góp phần quan trọng để đề tài của tôi được hoàn thiện như ngày hôm nay

Trân trọng !

Ký tên

Bùi Thị Mỹ Lê

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện Các số liệu, kết quả phân tích trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào trước đây

Mọi tham khảo, trích dẫn đều được chỉ rõ nguồn trong danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Cần Thơ, ngày 19 tháng 05 năm 2015

Tác giả

Phần A: Mở đầu 1

Chương I: Cơ sở vật lý 3

1 Các đại lượng trắc quang 3

1.1 Quang thông 3

1.2 Cường độ sáng 4

1.2.1 Góc khối 4

1.2.2 Cường độ sáng 4

1.3 Độ chói 5

1.4 Độ rọi 6

1.5 Màu ánh sáng 6

1.6 Quang hiệu 7

1.7 Nhiệt độ màu 7

2 Tiêu chuẩn cuả các đại lượng trắc quang đối với mắt người 7

2.1 Xác định độ rọi theo tiêu chuẩn (tính bằng lux) phải theo thang độ rọi quy định trong bảng 1 7

2.2 Chiếu sáng các công trình đô thị 8

2.2.1 Chiếu sáng các điểm đỗ giao thông công cộng ngoài trời 8

2.2.2 Chiếu sáng đường, cầu và đường hầm dành cho người đi bộ 8

2.2.3 Chiếu sáng bên ngoài các khu trường học, bệnh viện, trung tâm thương mại, hội chợ triển lãm và các trụ sở 9

Chương II: Ô nhiễm ánh sáng 11

1 Khái niệm ô nhiễm ánh sáng 11

2 Nguồn gốc và tác hại của ô nhiễm ánh sáng 11

3 Ánh sáng khả kiến 12

4 Các nguồn sáng khả kiến 14

4.1 Nguồn nóng sáng 14

4.2 Nguồn sáng huỳnh quang 20

4.3 Nguồn sáng Laser 25

Chương III: Thực trạng, nguyên nhân và ảnh hưởng của ô nhiễm ánh sáng 27

1 Thực trạng ô nhiễm ánh sáng 27

1.1 Thực trạng ô nhiễm ánh sáng trên thế giới 27

1.2 Thực trạng ô nhiễm ánh sáng ở nước ta hiện nay 32

2 Nguyên nhân gây ô nhiễm ánh sáng 38

2.1 Nguyên nhân khách quan 38

2.2 Nguyên nhân chủ quan 38

3 Ảnh hưởng của sự ô nhiễm ánh sáng 38

3.1 Gây lãng phí năng lượng và nóng lên toàn cầu 38

3.3 Gây rối loạn các hệ sinh thái 41

3.4 Gây ảnh hưởng tới việc quan sát thiên văn 42

Chương IV: Định hướng, giải pháp 43

1 Định hướng 43

2 Giải pháp 43

2.1 Giải pháp tổng thể 43

2.2 Giải pháp cụ thể 48

Phần C: Kết luận, kiến nghị 50

1 Kết luận 50

2 Kiến nghị 50

Tài liệu tham khảo 52

Phụ Lục 53

Phần A: MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Chắc hẳn chúng ta đều không xa lạ gì với những vấn đề như “ô nhiễm không khí”,

“ô nhiễm nguồn nước”, “ô nhiễm đất”, … vốn thường được nhắc đến rất nhiều trên các phương tiện thông tin đại chúng Chúng ta đã quen với các vấn đề về ô nhiễm môi trường

và biết rõ các ảnh hưởng của nó đến cuộc sống con người Nhưng thực sự chưa bao giờ, chúng ta ý thức tới một mối nguy hiểm tiềm tàng khác đang "lớn dần", đó là sự ô nhiễm ánh sáng Cụm từ "ô nhiễm ánh sáng" mấy năm gần đây mới được phổ biến rộng rãi

Ô nhiễm ánh sáng đang diễn ra âm thầm do chúng ta chưa nhận thức được tác hại của nó Việc chiếu sáng quá mức có thể gây những tác động đáng sợ đến con người hơn

là việc chúng ta không thể ngắm được bầu trời đêm đầy sao Con người đang phải hứng chịu sự tác động của nó một cách từ từ và "nhẹ nhàng" bởi hậu quả nó để lại không thể nhìn thấy bằng mắt thường hay sờ nắn được Trong tự nhiên, ô nhiễm ánh sáng còn gây xáo trộn mối quan hệ tự nhiên giữa động vật ăn thịt và con mồi cũng như chu kỳ sinh sản của động vật hoang dã

Vậy “ô nhiễm ánh sáng” là gì? Bạn đã bao giờ nghe đến cụm từ này chưa? Bạn

có biết ô nhiễm ánh sáng nó ảnh hưởng tới cuộc sống của chúng ta như thế nào không?

Đây là vấn đề khá mới mẽ, hấp dẫn và cũng là lý do tôi chọn đề tài này Thông qua đề tài tôi muốn bạn nhận ra tác hại của ô nhiễm ánh sáng và có những biện pháp khắc phục ô nhiễm

2 MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU

Mục đích: Định hướng phương pháp khắc phục những ảnh hưởng của ô nhiễm

ánh sáng Đề xuất những giải pháp tổng thể, giải pháp cụ thể cho những thực trạng và nguồn gốc gây ra ô nhiễm ánh sáng

Yêu cầu: Nhận thức được thực trạng, nguyên nhân gây ô nhiễm và ảnh hưởng

của ô nhiễm ánh sáng đến con người, hệ sinh thái và cả Trái Đất Và tìm ra phương pháp khắc phục sự ô nhiễm ánh sáng

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu đối tượng là các nguồn ánh sáng khả kiến nhân tạo

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Dựa trên cơ sở luận, thực trạng và sự ảnh hưởng của ô nhiễm ánh sáng đang diễn

ra hiện nay Tìm hiểu, phân tích, đánh giá và đưa ra phương hướng giải quyết vấn đề

5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đề tài ô nhiễm ánh sáng được nghiên cứu trên mạng internet, sách báo…

6 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Đưa ra được các giải pháp cụ thể khắc phục sự ảnh hưởng cũng như làm giảm nguyên nhân gây ô nhiễm ánh sáng

- Quang thông do một chùm sáng gửi tới diện tích dS là một đại lượng có trị số bằng phần năng lượng gây ra cảm giác sáng gửi tới dS trong một đơn vị thời gian

- Quang thông là đại lượng đặc trưng cho cường độ của cảm giác sáng mà chùm sáng có công suất và bước sóng xác định gây trên mắt ta Quang thông bằng tích giữa dòng quang năng ứng với bước sóng λ và hàm thị kiến ứng với bước sóng đó

Trong đó: dF là quang thông

Φ() là hàm thị kiến ứng với bước sóng 



dE là dòng quang năng ứng với bước sóng 

K là hệ số tỷ lệ tùy thuộc vào đơn vị của F và E

elà mật độ quang năng ứng với bước sóng 

Ngoài quang thông gửi tới diện tích dS, người ta còn định nghĩa quang thông toàn phần của một nguồn sáng đó là phần năng lượng gây ra cảm giác sáng do nguồn phát ra theo mọi phương trong một đơn vị thời gian

có đỉnh tại O và có các đường sinh tựa trên chu vi của dS ( hình 1) Trị số của góc khối được đo bằng phần diện tích của mặt cầu có bán kính bằng đơn vị bị giới hạn trong hình nón Trong hệ SI và bảng đơn vị hợp pháp, đơn vị của góc khối là Stêradian (Sr) Như vậy góc khối toàn phần sẽ là 4 Stêradian [1]

1.2.2 Cường độ sáng

Cường độ sáng là đại lượng đặc trưng cho khả năng phát sáng của nguồn theo một phương đã cho có giá trị bằng quang thông của nguồn gửi đi trong một đơn vị góc khối theo phương đó [1]

Hình 2: Cường độ sáng I theo góc khối Nói chung cường độ sáng I của nguồn đều thay đổi theo phương phát sáng Nếu cường

độ sáng I của nguồn theo mọi phương đều như nhau thì nguồn gọi là nguồn đẳng hướng Với nguồn đẳng hướng quang thông toàn phần có giá trị là:

dF = Id

 F = Id Id

F = 4 I

Trong đó: d  4 chính là góc khối toàn phần (1.9)

Đơn vị của cường độ sáng là candela (Cd) [1]

 dS d

dF B

cos



(1.12) Mối quan hệ giữa độ chói B và cường độ sáng I





d dS

dF

B

.

cos

Ta có: .cos2

r

I dS

dF

(1.14) Đơn vị của độ rọi là Lux [1]

1.5 Màu ánh sáng

Màu ánh sáng của nguồn sáng nhân tạo là cảm nhận về màu sắc khi nhìn trực tiếp vào đèn Màu ánh sáng hay nhiệt độ màu được đo bằng độ Kelvin (K) Các bóng đèn phóng điện có thể chia thành 3 nhóm

- Ánh sáng trung tính (trắng) gây ấn tượng lạnh lùng và trống rỗng nhưng nó làm tăng

độ chói và sự tác động của các màu sắc đứng bên cạnh ánh sáng trung tính thường được

sử dụng khi cần có sự đồng đều, không nhấn mạnh một màu sắc đặc biệt nào Việc chiếu sáng các công trình có kiểu dáng đơn giản với yêu cầu chiếu sáng đồng đều trên các mặt công trình thường sử dụng loại nguồn sáng này Ngược với màu nóng, màu lạnh cho ta

cảm giác nhẹ về khối lượng và xa xôi về khoảng cách: Màu lục, màu lam cho ta cảm giác tươi mát, làm dịu đi sự kích thích, tạo cảm giác bình yên, thư giãn Màu tím ngoài cảm giác lạnh còn gây tâm lý buồn chán, thụ động uể oải

- Ánh sáng lạnh được dùng khi muốn tạo cảm giác thư giãn nghỉ ngơi, để tạo ra khung cảnh phong cách hiện đại, phù hợp với các khu công cộng có không gian rộng, khu vực

có nhiều cây xanh Tuy nhiên cần tránh dùng ánh sáng lạnh để chiếu sáng mặt tiền các ngôi nhà ốp gạch đỏ hoặc sơn màu sẫm đặc biệt là các công trình kiến trúc cổ Tác động của màu sắc lên tâm lý của con người chủ yếu là do sự liên tưởng [13]

2.2 Chiếu sáng các công trình đô thị

2.2.1 Chiếu sáng các điểm đỗ giao thông công cộng ngoài trời

Độ rọi ngang trung bình và độ rọi ngang nhỏ nhất trên mặt nền các điểm đỗ giao

thông công cộng ngoài trời không được nhỏ hơn trị số quy định trong Bảng 2

Bảng 2: Tiêu chuẩn chiếu sáng các điểm đỗ giao thông công cộng ngoài trời [9]

STT Đối tương chiếu sáng En (tb) (lx) En (min) (lx)

2 Bãi đỗ xe ngoài trời khu vực

3 Bãi đỗ xe ngoài trời khu vực

4

Bãi đỗ xe- các điểm trông giữ xe

công cộng nằm trên các tuyến

đường (chiếm 1 phần lòng đường

vỉa hè)

Theo tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng nhân tạo đường, đường phố, quảng trường đô thị TCXDVN 259:2001 quy định cho tuyến đường đó

Chú thích:

• En(tb): Độ rọi ngang trung bình, En(min): Độ rọi ngang nhỏ nhất

• Các chỉ số trên đã tính đến yếu tố suy giảm của hệ thống chiếu sáng

Hệ số đồng đều của độ rọi En(min)/En(tb) phải đảm bảo không nhỏ hơn 0,2

Đèn phải được bố trí thích hợp để đảm bảo không gây chói lóa cho người lái xe [9]

2.2.2 Chiếu sáng đường, cầu và đường hầm dành cho người đi bộ

Độ rọi ngang trung bình và độ rọi ngang nhỏ nhất trên mặt đường và khu vực dành

cho người đi bộ không được nhỏ hơn trị số quy định trong Bảng 3:

Bảng 3: Tiêu chuẩn chiếu sáng các khu vực dành cho người đi bộ [9]

TT Đối tượng chiếu sáng En (tb) (lx) En (min) (lx)

1

Đường và khu đi bộ ở vùng trung

tâm đô thị, gần các câu lạc bộ giải

trung bình

3

Đường và khu đi bộ ở vùng nông

thôn, thị trấn, trong các khu nhà

Bảng 4: Tiêu chuẩn chiếu sáng cầu và đường hầm dành cho người đi bộ [9]

Đối tượng chiếu sáng

En (tb) (lx)

En (min) (lx)

En (tb) (lx)

En (min) (lx) -Đường hầm cho người đi bộ L

• En(tb): Độ rọi ngang trung bình, En(min): Độ rọi ngang nhỏ nhất

• Các chỉ số trên đã tính đến yếu tố suy giảm của hệ thống chiếu sáng

• K/a: không áp dụng

Đối với đường hầm cho người đi bộ, đèn phải được bố trí sao cho tất cả các bề mặt

của hầm, đặc biệt là các mặt đứng được chiếu sáng [9]

2.2.3 Chiếu sáng bên ngoài các khu trường học, bệnh viện, trung tâm thương mại,

hội chợ triển lãm và các trụ sở

Độ rọi ngang trung bình bên ngoài các khu trường học, bệnh viện, trung tâm thương mại - hội chợ triển lãm và các trụ sở không được nhỏ hơn trị số quy định trong Bảng 5:

Bảng 5: Tiêu chuẩn chiếu sáng bên ngoài các khu trường học, bệnh viện, trung tâm

thương mại, hội chợ triển lãm và các trụ sở [9]

 Cổng vào, khu vực tiếp nhận bệnh nhân

 Đường giữa các khu điều trị

 Khu vực sân nghỉ ngơi

 Đường giữa các khu trưng bầy , bán hàng

 Sân trưng bầy sản phẩm , bán hàng ngoài

Chương II: Ô NHIỄM ÁNH SÁNG

1 KHÁI NIỆM Ô NHIỄM ÁNH SÁNG

Ô nhiễm môi trường là làm thay đổi tính chất của môi trường, thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp các thành phần và đặc tính vật lý, hóa học, nhiệt độ, sinh học, chất hòa tan, chất phóng xạ… ở bất kỳ thành phần nào của môi trường hay toàn bộ môi trường vượt quá mức cho phép đã được xác định

Chất gây ô nhiễm là những nhân tố làm cho môi trường trở thành độc hại, gây tổn hại hoặc có tiềm năng gây tổn hại đến sức khỏe, sự an toàn hay sự phát triển của con người

và sinh vật trong môi trường đó

Suy thoái môi trường là làm thay đổi chất lượng và số lượng của thành phần môi trường, gây ảnh hưởng xấu cho đời sống của con người và thiên nhiên.[6]

Ô nhiễm ánh sáng là một trong những vấn đề đang tác động tiêu cực lên môi trường thiên văn, các loài sinh vật cũng như môi trường sinh thái tự nhiên, đồng thời ảnh hưởng đến việc sử dụng năng lượng của con người Ô nhiễm ánh sáng được định nghĩa là việc lạm dụng ánh sáng nhân tạo quá mức cần thiết so với khả năng chịu đựng ánh sáng của con người và môi trường [5]

Ô nhiễm ánh sáng được phân chia thành 4 loại Bốn loại ánh sáng này không đơn lẻ

mà thường kết hợp hoặc chồng lắp nhau:

- Ánh sáng xâm nhập: việc chiếu sáng quá mức cần thiết vào các khu dân cư về đêm

- Lạm dụng ánh sáng: chiếu sáng ở những nơi không cần ánh sáng, chiếu sáng ngoài

ý muốn gây lãng phí

- Ánh sáng chói lòa: chiếu sáng với cường độ sáng quá mức gây hiệu ứng tiêu cực

về mặt thị giác Mức độ chói lòa quá cao có thể làm giảm thị lực

- Ánh sáng lộn xộn: nhiều nguồn sáng được sử dụng quá mức cùng một lúc Loại ô nhiễm ánh sáng này phổ biến ở các khu đô thị, góp phần gây ra các loại ô nhiễm ánh sáng còn lại [5]

Theo định nghĩa của Hiệp hội bầu trời quốc tế (IDA) xác định, ô nhiễm ánh sáng là bất

kỳ tác động bất lợi nào của ánh sáng nhân tạo bao gồm cả ánh sáng trên bầu trời, ánh sáng chói, xâm nhập ánh sáng, ánh sáng lộn xộn…làm giảm tầm nhìn ban đêm và lãng phí năng lượng [4]

2 NGUỒN GỐC VÀ TÁC HẠI CỦA Ô NHIỄM ÁNH SÁNG

Nguồn gốc gây ô nhiễm ánh sáng là do con người sử dụng quá mức cần thiết, lạm dụng ánh sáng và sử dụng các thiết bị chiếu sáng không phù hợp

Sự ô nhiễm ánh sáng gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và sinh hoạt con người, hệ sinh thái gây ảnh hưởng tới việc quan sát thiên văn, gây lãng phí năng lượng và bầu khí quyển Trái Đất.

3 ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN

Ánh sáng khả kiến bao gồm chỉ một phần rất nhỏ của toàn bộ phổ bức xạ điện từ, nhưng nó chứa vùng tần số duy nhất mà các tế bào hình que và hình nón của mắt người phản ứng được Bước sóng mà con người bình thường có thể nhìn thấy được nằm trong một vùng rất hẹp, trong khoảng 380nm đến 760nm Con người có thể quan sát và phản ứng lại sự kích thích tạo ra bởi ánh sáng khả kiến là do mắt người có những đầu dây thần kinh đặc biệt nhạy với vùng tần số này Tuy nhiên, phần còn lại của phổ điện từ thì không nhìn thấy được [7]

Có rất nhiều nguồn phát ra bức xạ điện từ và người ta thường phân loại theo phổ bước sóng mà các nguồn phát ra Các sóng vô tuyến tương đối dài được tạo ra bởi dòng điện chạy trong các ănten phát thanh truyền hình khổng lồ, còn sóng ánh sáng khả kiến ngắn hơn nhiều được tạo ra bởi những xáo trộn trạng thái năng lượng của các electron mang điện âm bên trong nguyên tử Dạng ngắn nhất của bức xạ điện từ, sóng gamma, là kết quả của sự phân rã các thành phần hạt nhân ở tâm nguyên tử Ánh sáng mà con người có thể nhìn thấy (hình 4) thường là tập hợp nhiều bước sóng có thành phần thay đổi tùy theo nguồn phát

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta bị “oanh tạc” dữ dội bởi phổ bức xạ điện từ, chỉ một phần nhỏ của nó chúng ta mới thực sự “nhìn thấy” dưới dạng ánh sáng khả kiến Khi mạo hiểm bước ra ngoài trời thì một lượng khủng khiếp ánh sáng khả kiến đập vào người chúng ta được phát ra từ Mặt Trời; Mặt Trời cũng tạo ra nhiều bức xạ tần số khác không ở vào vùng khả kiến Còn khi ở trong nhà, chúng ta lại tắm mình trong ánh sáng khả kiến phát ra từ các nguồn sáng nhân tạo, chủ yếu là bóng đèn volfram nóng sáng và đèn huỳnh quang

Ban đêm, ánh sáng tự nhiên được tạo ra bởi các thiên thể, như Mặt Trăng, các hành tinh và các sao, ngoài ra còn có cực quang định kì (ánh sáng phương Bắc), và thỉnh thoảng có sao chổi hoặc sao băng Những nguồn sáng tự nhiên khác gồm có tia chớp, núi lửa, lửa cháy rừng, cộng với một số nguồn phát sáng hóa sinh (phát quang sinh học ví dụ như đom đóm) Các nguồn sáng sinh học gồm có ánh chớp lập lòe của đom đóm quá đỗi quen thuộc, và lung linh huyền ảo trên biển có các loài phát quang sinh học như một số vi khuẩn, tảo, trùng roi, sứa, và một số loài cá [7]

Bảng 6: Thang sóng điện từ theo bước sóng [14]

Bảng 7 liệt kê sự phân bố màu sắc rạch ròi được nhận ra bởi con người đối với một số dải bước sóng hẹp trong phổ ánh sáng khả kiến Việc liên hệ các màu nhất định với vùng bước sóng cho phép phân biệt giữa các sắc thái, màu sắc và bóng tối Có thể nhiều sự phân bố phổ khác nhau cùng tạo ra cảm giác màu giống nhau (một hiện tượng được biết với cái tên đồng phân dị vị) Ví dụ, cảm giác màu vàng có thể gây ra bởi một bước sóng ánh sáng, chẳng hạn 590nm, hoặc có thể là kết quả của việc nhìn hai lượng ánh sáng bằng nhau có bước sóng riêng, ví dụ 580nm và 600nm Cũng có thể xem màu vàng là một phân bố hẹp gồm toàn bộ các bước sóng nằm giữa 580nm và 600nm Đối với hệ thị giác của con người, bước sóng giữ vai trò đó cho mọi màu sắc trong phổ khả kiến Những nghiên cứu gần đây cho thấy một số loài (nhất là chim chóc) có thể phân biệt giữa các màu nhận được giống như con người [7]

Hình 4: Phổ ánh sáng khả kiến [7]

Bảng 7: Bước sóng khả kiến và màu sắc nhận được [14]

4 CÁC NGUỒN ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN

4.1 Nguồn nóng sáng

Loài người buổi đầu đã không có các nguồn sáng bền vững suốt những đêm trường, nhưng họ thỉnh thoảng có thể tìm thấy và thu thập những thanh gỗ đang cháy từ những đống lửa trong bụi rậm và rồi giữ lửa cháy rực trong một trại lửa trong một thời gian ngắn Theo tri thức tiến bộ thì loài người đã phát hiện thấy tia lửa điện do sét đánh, và sau

đó là lửa có thể phát ra bằng cách cọ xát những loại đá nhất định lên nhau (ví dụ như đá lửa và sắt pirit) hoặc bằng cách chà xát linh hoạt gỗ với gỗ Một khi đã làm chủ được các

kĩ thuật làm ra lửa, người ta có thể tạo ra lửa bất cứ khi nào người ta muốn [7]

Khi lửa cháy, năng lượng hóa học được giải phóng dưới dạng nhiệt và ánh sáng Nhiên liệu cháy, hoặc là cỏ, gỗ, dầu, hoặc là một số chất dễ bắt lửa khác, phát ra chất khí

bị đun nóng bởi năng lượng hóa học khổng lồ phát sinh trong quá trình cháy, làm cho các nguyên tử trong chất khí rực lên hoặc nóng sáng Các electron trong nguyên tử chất khí nhảy lên mức năng lượng cao bởi kích thích nhiệt, và ánh sáng được giải phóng dưới

dạng photon khi các electron rơi xuống trạng thái cơ bản của chúng Màu của ngọn lửa là một dấu hiệu của nhiệt độ và lượng năng lượng được giải phóng Ngọn lửa màu vàng đục thì lạnh hơn nhiều so với ngọn lửa màu xanh chói, nhưng thậm chí ngọn lửa lạnh nhất thì vẫn còn rất nóng (chừng 3500C)

Mặc dù nhựa thuốc lá và giẻ rách được dùng để tạo ra những bó đuốc sơ khai, nhưng bước tiến thiết thực đầu tiên trong việc điều khiển lửa chỉ xuất hiện khi đèn dầu được phát minh Những ngọn đèn sơ khai đã hơn 15.000 năm tuổi (hình 5) được phát hiện, làm từ đá và mai động vật, chúng đốt cháy mỡ động vật và dầu thực vật Trước khi đèn khí được phát minh, có một nhu cầu rất lớn về dầu động vật Nguồn cấp chủ yếu loại dầu này là mỡ động vật khai thác từ việc nấu sôi các mô chất béo lấy từ động vật biển, ví

dụ như cá voi và hải cẩu Ngoài ra còn có dầu thực vật Đèn dầu sau cùng tiến hóa thành những ngọn nến, chế tạo bằng cách đúc mỡ động vật hoặc sáp ong đông cứng, như minh họa trong hình 5 Những ngọn nến buổi đầu phát ra một chút khói, nhưng không sáng lắm Cuối cùng, người ta phát hiện thấy sáp parafin, khi đổ khuôn thích hợp với một bấc vải dễ thấm, sinh ra ngọn lửa tương đối sáng mà không có lượng khói đáng kể

Trong thế kỉ 19, việc thắp đèn khí thiên nhiên trở nên phổ biến ở nhiều đô thị chính tại châu Âu, châu Á và Mĩ Những ngọn đèn khí buổi đầu hoạt động bằng cách tạo ra một dòng khí cháy (một việc làm khá nguy hiểm), còn các mẫu đèn sau này được lắp thêm

Hình 5: Các nguồn sáng sơ khai [7]

măng sông (phiên âm từ tiếng Pháp Manchon), là một mạng vải mịn đã qua xử lí hóa học, chúng làm phân tán ngọn lửa và phát ra ánh sáng sáng hơn nhiều

Các kính hiển vi buổi đầu sử dụng nến, đèn dầu, và ánh sáng Mặt Trời tự nhiên để cung cấp sự chiếu sáng cho các hệ quang cụ trong kính hiển vi Các nguồn sáng ban sơ này chiếu sáng không đều, khi lập lòe, khi bùng phát rực rỡ, và thường tiềm ẩn mối nguy hiểm về lửa Ngày nay, các bóng đèn nóng sáng cường độ cao dây tóc bằng volfram là nguồn sáng chủ yếu dùng trong kính hiển vi hiện đại và chiếm đa số trong các hệ thống chiếu sáng gia đình

Hình 6: Đèn măng sông Hình 7 biểu diễn các đường cong phân bố phổ biểu thị năng lượng tương đối theo bước sóng đối với một vài nguồn khác nhau phát ra ánh sáng trắng (là sự pha trộn của tất

cả hay đa số màu trong phổ khả kiến) Đường cong màu đỏ biểu diễn năng lượng tương đối của ánh sáng đèn volfram trên toàn bộ phổ khả kiến Như đã được chỉ rõ trong hình, năng lượng ánh sáng đèn volfram tăng khi bước sóng tăng Kết quả này ảnh hưởng đến nhiệt độ màu trung bình của ánh sáng thu được, đặc biệt khi so sánh với nhiệt độ màu trung bình của ánh sáng Mặt Trời và ánh sáng huỳnh quang (đèn hơi thủy ngân) Đường cong phổ màu vàng mô tả sự phân bố ánh sáng khả kiến từ phổ ánh sáng Mặt Trời tự nhiên phản xạ bởi Mặt Trăng

Dưới những điều kiện bình thường, ánh sáng Mặt Trời chứa nhiều năng lượng nhất, nhưng đường cong minh họa trong hình 7 đã được chuẩn hóa phổ đèn volfram để so sánh

Đường cong màu xanh đậm đặc trưng cho đèn hơi thủy ngân, và biểu hiện một vài chênh lệch đáng kể với phổ ánh sáng Mặt Trời tự nhiên và đèn volfram Một số cực đại năng lượng có mặt trong phổ đèn hơi phóng điện xuất hiện là kết quả của từng đường phổ chồng lên nhau phát sinh từ hơi thủy ngân

Phổ ánh sáng khả kiến tạo ra bởi một diode phát quang (LED) phát ra ánh sáng trắng được biểu diễn bằng đường cong màu xanh lá trong hình 7 Diode phát quang là linh kiện vốn dĩ đơn sắc, với màu sắc được xác định bởi dải năng lượng giữa các chất liệu bán dẫn khác nhau dùng chế tạo nên diode Diode phát sáng đỏ, xanh lá, vàng và xanh dương là phổ biến, và được sử dụng rộng rãi làm ánh sáng chỉ thị cho máy tính và các thiết bị điện tử dân dụng khác, như máy thu radio, máy thu truyền hình, máy hát đĩa compact, máy ghi đĩa, và máy hát đĩa kĩ thuật số LED phát ánh sáng trắng được chế tạo

từ diode xanh gallium nitride bằng cách phủ ngoài chất bán dẫn lớp chất phôtpho, chất này phát ra một phạm vi rộng bước sóng khả kiến khi bị kích thích bởi ánh sáng phát ta

từ diode xanh Phổ laser, thu được từ laser bán dẫn hoặc laser khí, rất hẹp, thường bao gồm chỉ một hoặc vài ba bước sóng nhất định Ví dụ minh họa trong hình 7 (đường cong màu xanh lá mạ) là cho laser bán dẫn bán dẫn dòng điện tiêu thụ thấp ứng dụng đa dạng, như đọc mã vạch và kiểm tra dữ liệu đĩa quang

Nguồn sáng volfram thường được gọi là nóng sáng, vì chúng phát ra ánh sáng khi

Hình 7: Phổ thu được từ một số nguồn sáng phổ biến [7]

bị đun nóng bởi năng lượng điện Dây tóc của các bóng đèn hiện đại thường làm bằng volfram, một kim loại có hiệu suất phát sáng tương đối hiệu quả khi bị đun nóng điện trở bằng dòng điện Các đèn nóng sáng hiện đại có nguồn gốc từ đèn hồ quang carbon do Humphry Davy phát minh, chúng tạo ra ánh sáng bằng sự phóng điện hồ quang giữa hai que than (hoặc các điện cực kim loại) khi thiết đặt một hiệu điện thế giữa các điện cực Những chiếc đèn đầu tiên sử dụng dây tóc carbon chứa trong một vỏ bao thủy tinh hàn kín Sau đó, dây tóc volfram được sử dụng trước tiên vào năm 1910 bởi William David Coolidge, bốc hơi chậm hơn nhiều so với sợi carbon có nguồn gốc cotton khi bị nung nóng trong chân không của vỏ thủy tinh Dây tóc hoạt động như một điện trở đơn giản,

và phát ra một lượng đáng kể ánh sáng, ngoài năng lượng nhiệt phát sinh bởi dòng điện Đèn volfram nóng sáng là vật bức xạ nhiệt phát ra phổ ánh sáng liên tục trải rộng từ khoảng 300nm, trong vùng tử ngoại, tới gần 1400nm, trong vùng hồng ngoại Cấu trúc, việc chế tạo và hoạt động của chúng rất đơn giản, và có rất nhiều chủng loại đèn này được dùng làm nguồn nóng sáng Loại đèn tiêu biểu gồm một bóng thủy tinh hàn kín (xem hình 10), bên trong chứa đầy một chất khí trơ, và một sợi dây tóc bằng volfram phát sáng khi có dòng điện đi qua Bóng đèn tạo ra một lượng rất lớn ánh sáng và nhiệt, nhưng ánh sáng chỉ chiếm có 5 đến 10% tổng năng lượng mà chúng phát ra

Đèn volfram có xu hướng kém tiện lợi, ví dụ như cường độ của nó giảm theo tuổi thọ và nó làm đen vỏ đựng bên trong do volfram bốc hơi lắng trên thủy tinh Nhiệt độ màu và độ chói của đèn volfram biến thiên theo hiệu điện thế áp dụng, nhưng giá trị trung bình cho ánh sáng khả kiến biến thiên trong khoảng từ 2200K đến 3400K Nhiệt độ bề mặt của dây tóc volfram lúc hoạt động rất cao, thường trung bình khoảng 2550 độ C đối với một bóng đèn thương mại chuẩn 100 watt Đôi khi bên trong bóng đèn volfram chứa các chất khí hiếm như krypton hoặc xenon (chất khí trơ), chúng được bơm vào nhằm bảo

vệ dây tóc volfram Các chất khí này làm tăng hiệu suất của đèn nóng sáng vì chúng làm giảm lượng volfram bốc hơi

Các đèn halogen, phiên bản hiệu suất cao của đèn volfram nóng sáng, thường chứa một ít iode hoặc brom trong chất khí bên trong để mang volfram bốc hơi quay trở lại dây tóc hiệu quả hơn nhiều so với những chiếc đèn sử dụng chất khí khác Đèn volfram-halogen, được sản xuất đầu tiên bởi công ty General Electronic vào những năm 1950 dành cho việc thắp sáng các đầu mút cánh máy bay phản lực siêu âm, có khả năng tạo ra ánh sáng rất đều trong suốt tuổi thọ của đèn Ngoài ra, đèn halogen nhỏ hơn và hiệu suất cao hơn so với đèn volfram có cường độ tương ứng Tuổi thọ của một bóng đèn volfram-halogen có thể lên tới 10 năm, dưới những điều kiện lí tưởng nhất

Dây tóc của đèn volfram-halogen thường là những sợi xoắn rất chặt gắn trong một

vỏ bao thủy tinh borosilicate-halide (thường gọi là thạch anh nấu chảy) Nhiệt độ cao lúc hoạt động đã giới hạn việc sử dụng bóng đèn volfram-halogen cho đèn chiếu sáng trong nhà, phải giải được nhiệt tốt để loại bớt lượng nhiệt khổng lồ phát sinh bởi những bóng đèn này Nhiều đèn thắp sáng trong nhà được trang bị là đèn volfram-halogen 30 – 50 watt, và tạo ra một lượng lớn ánh sáng tốt hơn nhiều so với các đèn volfram dạng khác của chúng phát sáng yếu hơn Ngoài ra, khi ghép với ống dẫn sáng với bộ lọc hấp thụ hoặc bộ lọc lưỡng sắc, các đèn volfram-halogen có độ rọi cao được ứng dụng trong hiển

vi quang học, nhưng khuyết điểm chủ yếu là chúng tạo ra một lượng lớn ánh sáng hồng ngoại dưới dạng bức xạ nhiệt có thể dễ dàng làm suy thoái mẫu vật nghiên cứu [7]

Hình 10: Một số kiểu đèn volfram và halogen [7]

4.2 Nguồn sáng huỳnh quang

Có nhiều nguồn phát sáng khả kiến không nóng sáng dùng cho việc thắp sáng trong nhà

và ngoài đường, cũng như có những ứng dụng quan trọng trong kính hiển vi quang học

Đa số các nguồn sáng này hoạt động trên cơ sở phóng điện qua chất khí như thủy ngân, hoặc các khí trơ neon, argon và xenon Sự phát sinh ánh sáng khả kiến trong đèn phóng điện khí dựa trên sự va chạm giữa các nguyên tử và ion trong chất khí với dòng electron truyền qua giữa một cặp điện cực đặt ở hai đầu bóng đèn

Ống thủy tinh của đèn huỳnh quang thông thường được phủ một lớp phosphor ở mặt bên trong và ống chứa đầy hơi thủy ngân ở áp suất rất thấp (xem hình 11) Dòng điện được thiết lập giữa các điện cực đặt ở hai đầu ống, tạo ra dòng electron chạy từ điện cực này tới điện cực kia Khi các electron trong dòng va chạm với các nguyên tử hơi thủy ngân, chúng kích thích electron trong các nguyên tử này lên trạng thái năng lượng cao Năng lượng này được giải phóng dưới dạng bức xạ tử ngoại khi các electron trong nguyên tử thủy ngân trở lại trạng thái cơ bản Bức xạ tử ngoại sau đó chiếu đến lớp phosphor phủ bên trong, làm cho nó phát ra ánh sáng trắng rạng rỡ được gọi là ánh sáng huỳnh quang Đèn huỳnh quang có hiệu suất phát ánh sáng khả kiến gấp khoảng 2 đến 4

lần, tạo ra ít hao phí nhiệt hơn, và có tuổi thọ gấp 10 đến 20 lần so với các đèn nóng sáng

Một đặc trưng ưu việt của nguồn sáng huỳnh quang là chúng phát ra một loạt bước sóng thường tập trung trong những dải hẹp gọi là phổ vạch Kết quả là các nguồn sáng này không tạo ra phổ chiếu sáng liên tục đặc trưng của các nguồn nóng sáng Một ví dụ tiêu biểu cho nguồn phát ánh sáng khả kiến không nóng sáng đơn sắc là đèn hơi natri thường dùng để chiếu sáng đường phố Những bóng đèn loại này phát ra ánh sáng màu vàng rất mạnh, với hơn 95% ánh sáng phát xạ gồm ánh sáng 589nm và hầu như không có bước sóng nào khác nữa trong vùng khả kiến Ngoài ra, có thể chế tạo các đèn phóng điện khí phát ra phổ gần như liên tục Kĩ thuật phổ biến nhất là phủ lên bề mặt bên trong ống lớp bột phosphor, chúng sẽ hấp thụ bức xạ do dòng khí phát ra và biến đổi nó thành

Hình 11: Đèn huỳnh quang hơi thủy ngân [7]

phổ ánh sáng khả kiến rộng, trải từ lam tới đỏ [7]

Dưới những điều kiện bình thường, đa số cá nhân không thể nào phân biệt được sự khác biệt giữa phổ vạch và phổ liên tục của ánh sáng Tuy nhiên, một số vật thể lại phản

xạ màu sắc đặc biệt trong ánh sáng phát ra từ một nguồn không liên tục, nhất là dưới sự chiếu sáng huỳnh quang Đây là lí do vì sao mà vải vóc, cùng một số hàng hóa dễ bắt màu khác, treo trong cửa hàng thắp sáng bằng đèn huỳnh quang lại trông có màu hơi khác chút xíu so với khi nhìn dưới ánh sáng Mặt Trời hoặc rọi sáng bằng đèn volfram phổ liên tục

Trong kĩ thuật hiển vi dùng ánh sáng phản xạ, đặc biệt khi khảo sát các mẫu nghiệm nhạy nhiệt, thường dùng đèn huỳnh quang hơn là bóng đèn volfram, do hiệu suất cao và công suất nhiệt thấp của chúng

Đèn huỳnh quang hiện đại có thể cấu hình cho ống thẳng hoặc đèn chiếu sáng vòng cho ánh sáng cường độ mạnh và khuếch tán dùng cho kính hiển vi Nguồn ánh sáng trắng nhân tạo này cạnh tranh được với ánh sáng Mặt Trời (không có nhiệt đi kèm) ở nhiệt độ màu, và loại bỏ đặc tính chớp sáng của các đèn ống huỳnh quang thương mại So với đèn volfram, volfram-halogen, hoặc đèn hồ quang, thì đèn huỳnh quang chiếu sáng kính hiển

vi có thể cho khoảng thời gian hoạt động tương đối lâu (khoảng 7000 giờ) Là nguồn ánh sáng khuếch tán, đèn huỳnh quang tạo ra trường sáng đồng đều mà không có các điểm nóng khó chịu, hoặc ánh chói

Kĩ thuật rọi sáng với đèn catôt lạnh mới hứa hẹn sẽ là một nguồn sáng chuyên dụng dùng trong kĩ thuật hiển vi quang học, nhất là cho những sự kiện có thời gian sống ngắn được làm tăng thêm bằng sự kích thích huỳnh quang, giảm nhiệt hao phí hoặc thời gian sưởi ấm trong nguồn sáng có thể làm hư mẫu vật

Một phương pháp thích hợp để chụp ảnh các mẫu vật đang chuyển động, đặc biệt có ích trong hiển vi chụp ảnh, là sử dụng các hệ thống flash chụp ảnh điện tử Các đơn vị flash điện tử hoạt động nhờ sự ion hóa trong ống thủy tinh chứa khí xenon được điều khiển bởi sự phóng điện của tụ điện có điện dung lớn Xung điện thế cao, thời gian sống ngắn phát ra từ máy biến thế làm cho khí xenon ion hóa, cho phép tụ phóng điện qua chất khí lúc này đã dẫn điện Một sự bùng phát ánh sáng rực rỡ đột ngột xuất hiện, sau khi khí xenon nhanh chóng rơi trở lại trạng thái không dẫn điện, và tụ điện nạp điện Ống đèn flash cho độ rọi 5500K trong sự bùng lên tức thời có thể ghi nhận một lượng đáng kể chi tiết vật thể, thích hợp dùng trong kĩ thuật chụp ảnh, ghi hình kĩ thuật số, và chụp ảnh hiển

vi

Đèn phóng điện hồ quang, bên trong chứa các chất khí như hơi thủy ngân và xenon, thường được dùng làm nguồn rọi sáng cho một số đèn chuyên dụng của kính hiển vi huỳnh quang Một đèn hồ quang tiêu biểu sáng gấp 10 đến 100 đèn volfram, và có thể mang lại sự rọi sáng đơn sắc rực rỡ khi kết hợp với các bộ lọc giao thoa lưỡng sắc đặc

biệt phủ bên ngoài Không giống như đèn volfram, đèn volfram-halogen, đèn hồ quang không có dây tóc, nhưng lại phụ thuộc vào sự ion hóa chất hơi, mặc dù sự phóng điện hồ quang năng lượng cao giữa hai điện cực sinh ra ánh sáng cường độ mạnh của chúng Nói chung, đèn hồ quang có thời gian sống trung bình 100-200 giờ, và đa số các nguồn cung cấp ngoài được trang bị một máy bấm giờ cho phép người sử dụng theo dõi thời gian trôi qua Đèn hồ quang thủy ngân (xem đèn thủy ngân và xenon minh họa trong hình 12) có công suất từ 50 đến 200 watt và thường gồm hai điện cực hàn kín dưới áp suất hơi thủy ngân cao bên trong ống thủy tinh thạch anh

Đèn hồ quang thủy ngân và xenon không cho cường độ rọi đồng đều trong toàn bộ phổ bước sóng từ tử ngoại tới hồng ngoại Phần lớn năng lượng bức xạ của đèn hồ quang thủy ngân trong phổ tử ngoại gần và xanh lam, với đa số vạch có cực đại cường độ cao xuất hiện trong ngưỡng 300-450nm, trừ một vài vạch có bước sóng cao hơn nằm trong vùng phổ xanh lục Trái lại, đèn hồ quang xenon có năng lượng bức xạ rộng hơn và đồng đều hơn trong phổ khả kiến, và không có các vạch có cực đại cường độ cao đặc trưng như đèn hồ quang thủy ngân Tuy nhiên, đèn xenon lại kém hiệu quả trong vùng tử ngoại, và năng lượng bức xạ của chúng trong vùng hồng ngoại lớn nên đòi hỏi phải điều chỉnh cẩn thận và phải loại trừ tình trạng quá nhiệt nếu sử dụng các đèn này

Hình 12: Đèn phóng điện hồ quang [7]

Hình 13: Cấu tạo của diode phát ánh sáng trắng

Hình 14: Đèn Néon sign dùng trong quảng cáo Thời kì sử dụng diode phát quang làm nguồn chiếu sáng kĩ thuật bắt đầu vào thế kỉ

21, và diode là phần bù lí tưởng cho sự hợp nhất giữa công nghệ bán dẫn và hiển vi quang học Sự tiêu thụ năng lượng tương đối thấp (1 đến 3 volt, 10 đến 100 miliampe) và thời gian hoạt động lâu dài của diode phát quang khiến cho những dụng cụ này trở thành nguồn sáng hoàn hảo khi yêu cầu cường độ chiếu ánh sáng trắng ở mức trung bình Các kính hiển vi nối với máy tính giao tiếp qua cổng USB, hoặc được cấp nguồn bằng pin, có thể sử dụng LED làm nguồn sáng bên trong nhỏ gọn, ít tổn hao nhiệt, công suất thấp và giá thành rẻ, dùng cho việc quan sát bằng mắt hoặc ghi ảnh kĩ thuật số Một số kính hiển

vi dùng trong học tập và nghiên cứu hiện đang dùng diode phát ánh sáng trắng bên trong, cường độ cao làm nguồn sáng sơ cấp [15]

Diode phát quang hiện nay đã được kiểm tra và thương mại hóa trong nhiều ứng dụng đa dạng, như làm tín hiệu giao thông, mật hiệu, đèn flash, và đèn chiếu sáng kiểu vòng gắn ngoài cho kính hiển vi Ánh sáng do đèn LED trắng phát ra có phổ nhiệt độ màu tương tự với đèn hơi thủy ngân, loại đèn thuộc danh mục chiếu sáng ban ngày Phổ phát xạ của đèn LED trắng được biểu diễn trong hình 13, cực đại phát tại 460nm là do ánh sáng xanh lam phát ra bởi diode bán dẫn gallium nitride, còn vùng phát sáng rộng cường độ cao nằm giữa 550 và 650nm là do ánh sáng thứ cấp phát ra bởi phosphor phủ bên trong lớp vỏ polymer Sự tổng hợp các bước sóng tạo ra ánh sáng “trắng” có nhiệt độ màu tương đối cao, là vùng phổ có bước sóng thích hợp cho việc chụp ảnh và quan sát ở kính hiển vi quang học [15]

Laser được sử dụng làm nguồn sáng trong nhiều ứng dụng, từ các đầu đọc đĩa compact cho tới các thiết bị đo đạc và dụng cụ phẫu thuật Ánh sáng đỏ quen thuộc của laser helium-neon (thường viết tắt là He-Ne) được dùng để quét mã vạch hàng hóa, nhưng cũng đóng vai trò quan trọng trong nhiều hệ thống hiển vi quét laser đồng tiêu Ứng dụng laser trong kính hiển vi quang học cũng ngày càng trở nên quan trọng, vừa là nguồn sáng duy nhất, vừa là nguồn sáng kết hợp với các nguồn sáng huỳnh quang và hoặc nguồn nóng sáng Mặc dù giá thành tương đối cao, nhưng laser cũng được ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật huỳnh quang, chiếu sáng đơn sắc, và trong các lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng như kĩ thuật quét laser đồng tiêu, phản xạ nội toàn phần [2, 15]

Laser argon-ion (hình 15) tạo ra phổ phát xạ ở 488 và 514nm, còn laser khí krypton

có phổ phát xạ tại bước sóng 647,1 và 752,5nm Cả hai loại laser này thường được dùng

Hình 15: Cấu trúc laser khí Argon-Ion [7]

làm nguồn kích thích trong kính hiển vi laser quét đồng tiêu Laser xung đơn mode tinh thể sapphire pha tạp chất titan được dùng làm nguồn kích thích nhân quang do cường độ cực đại cao của chúng, nhưng chúng cũng có khuyết điểm công suất trung bình thấp, chu

kì công suất ngắn Laser xung là nguồn sáng được ưa chuộng hơn dùng cho kính hiển vi điện tử, laser xung đắt hơn nhiều và khó hoạt động hơn so với các laser nhỏ

Công nghệ laser mới gồm các diode laser bán dẫn và laser gắn trên chip, làm giảm kích thước và yêu cầu công suất đối với nguồn sáng Diode laser, ví dụ như neodymium:yttrium lithium fluoride (Nd:YLF) và neodymium:yttrium vanadate (Nd:YVO(4)), thường đáp ứng nhanh hơn nhiều so với LED, nhưng cũng tương đối nhỏ

và yêu cầu công suất thấp Bất lợi của việc sử dụng laser trong kính hiển vi gồm giá thành cao thêm vào sự rủi ro làm hư gương phủ ngoài, phá hủy mẫu vật, và có thể làm hỏng võng mạc của nhà hiển vi học nếu như quy trình bào vệ và kĩ thuật điều khiển bị xem nhẹ [7]

Tóm lại, mặc dù có nhiều nguồn chiếu sáng đa dạng hiện có sẵn, nhưng chúng ta thường chỉ sử dụng vài nguồn sáng trong cuộc sống hàng ngày Vào ban ngày, Mặt Trời đóng vai trò là nguồn chiếu sáng chủ yếu của chúng ta ở ngoài trời, còn thường thì chúng

ta sử dụng đèn huỳnh quang và đèn volfram để thắp sáng trong nhà và vào ban đêm Như

đã nói ở phần trên, ba nguồn sáng cơ bản này có tính chất và đặc trưng phổ khác nhau, nhưng cường độ cực đại của chúng đều rơi vào vùng ánh sáng khả kiến Não người tự động điều chỉnh trước các nguồn sáng khác nhau, và chúng ta cảm nhận được màu sắc của đa số các vật xung quanh mình khi chúng được nhìn dưới những điều kiện chiếu sáng khác nhau

CHƯƠNG III: THỰC TRẠNG, NGUYÊN NHÂN VÀ ẢNH

HƯỞNG CỦA Ô NHIỄM ÁNH SÁNG 1.THỰC TRẠNG Ô NHIỄM ÁNH SÁNG

1.1 Thực trạng ô nhiễm ánh sáng trên thế giới

Chuyên viên không gian Heather Couper nói: “Chúng ta không thể xem nhẹ việc không nhìn thấy được những vì sao, không nhìn thấy cảnh quan trên bầu trời do trận tập kích của ánh sáng nhân tạo” Điều đáng nói là có nhiều ánh sáng phát lên từ mặt đất không hề tạo ra lợi ích nào cả, mà chỉ là sự phung phí năng lượng Hiệu năng của việc tiêu thụ năng lượng cũng là vấn đề phải bàn Những loại đèn có dây tóc bên trong chiếm khoảng phân nửa số bóng đèn nhà đang sử dụng trên khắp thế giới Nhưng chỉ có khoảng 5% năng lượng chúng tiêu thụ là biến thành ánh sáng có lợi, 95% là phí phạm Paul Wade thuộc Cơ quan năng lượng Quốc tế (IEA) cảnh báo là đang có sự xem nhẹ ô nhiễm ánh sáng “Chúng ta ước tính có khoảng 19% tổng năng lượng được sử dụng để thắp sáng dưới dạng này hay dạng khác – ông nói – Con số này tương đương với tổng năng lượng

do các nhà máy điện hạt nhân và thủy điện sản xuất, cộng thêm 15% nữa chỉ để thắp sáng” IEA dự trù năng lượng dùng vào việc thắp sáng sẽ tăng khoảng 80% từ bây giờ đến năm 2030, trừ khi có những nỗ lực cải thiện hữu hiệu [11]

Hình 16: Ảnh chụp từ vệ tinh hai nước Anh và Pháp về đêm

Các nhà khoa học Đại học Hong Kong ngày 20/03/2013 đã công bố nghiên cứu cho thấy đặc khu hành chính này là một trong những thành phố có mức độ “ô nhiễm ánh sáng” tồi tệ nhất trên thế giới, vượt quá 1.000 lần mức độ cho phép vào buổi tối Ô nhiễm ánh sáng là khái niệm để chỉ việc ánh sáng phi tự nhiên từ bóng đèn điện có thể gây hại đối với thị giác của con người, đồng thời tiêu tốn một lượng điện năng lớn Nghiên cứu trên cho thấy mức độ ô nhiễm ánh sáng ở khu mua sắm nổi tiếng trên đường Tsim Sha Tsui gấp 1.200 lần với tiêu chuẩn của bầu trời khi về tối Hong Kong hiện có 7 triệu người sinh sống, với rất nhiều chung cư và các khu văn phòng gắn biển quảng cáo sáng rực Thành phố này hiện không có luật về kiểm soát mức độ ánh sáng vào buổi tối và theo các nhà nghiên cứu, mức độ ô nhiễm ánh sáng ở Hong Kong nghiêm trọng hơn cả những thành phố lớn khác như London, Tokyo hay Thượng Hải [16]

Hình 17: Hong Kong - "thành phố không ngủ"

Hình 18: Đại lộ Hòa Bình ngày giáp tết

Hình 19: Những cửa hàng, ngân hàng, công ty… rực rỡ vào ban đêm

Người đứng đầu nhóm nghiên cứu, ông Jason Pun cho hay: "Ở Hong Kong, bạn không thể ra đường vào buổi tối với đôi mắt cảm thấy thoái mái khi ánh sáng chói rọi liên tục ngoài phố Sự thực là việc sử dụng quá nhiều bóng đèn vào buổi tối đồng nghĩa với

việc chúng ta đang làm hao phí khá nhiều năng lượng Chúng ta cần giảm số điện năng đang sử dụng và thay đổi để bảo vệ môi trường" Các nhà nghiên cứu cho rằng ô nhiễm ánh sáng có thể gây ra những ảnh hưởng tới sức khỏe con người như đau đầu, ảo giác cũng như có thể ảnh hưởng tới nhịp sinh hoạt của cơ thể và hoócmôn Nghiên cứu của đại học Hong Kong được công bố trước khi diễn ra sự kiện thường niên Giờ Trái Đất do Quỹ Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế tổ chức [16]

1.2 Thực trạng ô nhiễm ánh sáng ở nước ta hiện nay

Hiện nay, Việt Nam có tỉ lệ điện dùng cho ánh sáng sinh hoạt chiếm tỉ lệ 41,7% Trong khi đó tỉ lệ này ở các nước chiếm 15-23% Vân Nam - Trung Quốc: 12-13%, Hàn Quốc: 14,4%, Đài Loan: 21,7%, Thái Lan: 22%, Ba Lan: 22,5%.[12] Tỷ lệ điện dùng cho ánh sáng sinh hoạt cao là một yếu tố chính gây mất cân đối của hệ thống điện trong giờ cao điểm, ảnh hưởng xấu đến hiệu quả đầu tư hệ thống điện Điện sử dụng cho chiếu sáng chiếm một tỷ trọng lớn và ngày càng gia tăng là do khả năng tiếp cận với nguồn điện quốc gia ngày càng mở rộng trong cả nước, do đời sống dân cư ngày càng được nâng cao

và quá trình đô thị hóa ngày càng mạnh mẽ

Thực tế cho thấy, con người đang quá lạm dụng vào nguồn ánh sáng từ bóng đèn điện Ở những thành phố lớn, những chiếc đèn đường sáng rực, đèn cao áp chiếu sáng công trường, những biển hiệu quảng cáo đã tạo ra một nguồn ô nhiễm vô hình, một sát thủ trực tiếp ảnh hưởng tới sức khỏe của con người Những đô thị đang bị ô nhiễm ánh sáng

là thành phố Đà Nẵng, thành phố Hồ Chí Minh……

Ở TP.Đà Nẵng: Với những con đường Đà Nẵng cách đây 7 năm, khi các kỹ sư Công ty Điện chiếu sáng đặt ra vấn đề tiết kiệm điện năng trên đường phố Đà Nẵng, nhiều người cho rằng không cần thiết Lý do là người ta “muốn” Thành phố nhiều ánh sáng hơn vào đêm, rực rỡ với ánh đèn Không ai nghĩ rằng quan niệm này đã nảy sinh một nguy cơ cho đô thị Đà Nẵng: ô nhiễm ánh sáng Với những con đường Đà Nẵng, tiêu chí tiết giảm nguồn điện dư thừa, tổ chức luồng sáng công cộng có định hướng là rất cần thiết Ngay khi vừa tiếp xúc để cung cấp các sản phẩm chiếu sáng cho đô thị Đà Nẵng gần 4 năm trước, những chuyên gia tư vấn của Tập đoàn Schréder (Bỉ) đã đưa ra cảnh báo “ô nhiễm ánh sáng” cho đô thị trẻ này Và mới đây, tại hội thảo chuyên đề về chiếu sáng đô thị, Schréder lại tiếp tục bày tỏ nỗi lo của mình về hiện trạng Đà Nẵng mất cân đối ánh sáng và khả năng ô nhiễm ánh sáng cục bộ Theo diện tích bình quân và mật độ xây dựng hiện có, Đà Nẵng đang đối diện hiện trạng mất cân đối phân bổ nguồn sáng ban đêm, nơi quá thiếu ánh sáng và nơi quá dư thừa Cộng hưởng cả 2 điểm này, là nạn ô nhiễm ánh sáng gia tăng Theo phân tích của các nhà chuyên môn, khi di chuyển trên đường phố Đà Nẵng về đêm, hầu hết người tham gia giao thông đều gặp phải 2 trở ngại Thứ nhất là bị chói mắt do phương tiện ngược chiều rọi vào mặt mà nguồn sáng xung

quanh không xóa được, chủ yếu vì đèn chiếu sáng công cộng không đủ mạnh Thứ hai là

bị lẫn tầm nhìn do nguồn sáng cấp không đủ, không đều giữa các luồng chiếu sáng khác nhau: đèn của các tòa nhà, đèn đường, đèn xe Cả 2 đều gây ra hiện tượng “quáng gà” cho người tham gia giao thông, khiến tai nạn dễ xảy ra Đó là chưa kể đến nạn lãng phí điện năng và lạm dụng ánh sáng nhân tạo làm ô nhiễm không gian Cũng như nhiều đô thị lớn khác, mấy năm qua Đà Nẵng đã sử dụng các loại đèn chiếu sáng cường độ mạnh, thiếu tập trung, nhất là đèn chiếu sáng công cộng có mức độ quang học phát tán lớn Dễ thấy hơn cả là các loại đèn trang trí, quảng cáo hiện nay vừa manh mún cục bộ, vừa dùng nhiều loại đèn chiếu hắt lên trời, kể cả đèn pha dùng trong chiếu sáng thể thao Các tòa nhà cao tầng, nhà ở liền kề mặt phố cũng sử dụng rất nhiều nguồn sáng thiếu chủ đề, phát sáng ngoài phạm vi cần thiết, sử dụng quá nhiều bóng điện ở một phạm vi nhỏ Các loại đèn hình ống với độ phát quang thiếu tập trung vẫn được sử dụng nhiều Tất cả đã cộng hưởng, tạo một quầng sáng mạnh trên bầu trời Đà Nẵng hằng đêm, làm ô nhiễm không gian và tầm nhìn thành phố - hiện tượng mà các nhà khoa học thuộc Hiệp hội Bảo vệ bầu trời đêm thế giới (IDA) kịch liệt phê phán [8]

Còn ở TP.Hồ Chí Minh,trên nhiều tuyến đường của trung tâm thành phố ánh sáng giữa hệ thống đèn chiếu sáng xung đột với đèn trang trí, quảng cáo, gây nên sự hỗn độn

và ô nhiễm ánh sáng nghiêm trọng Nguyên nhân là do các hộ kinh doanh trên các mặt

tiền đường muốn cơ sở của mình thật bắt mắt, nổi trội đã sử dụng đèn chiếu sáng quá

mức Sự chạy đua giữa các hộ kinh doanh, khiến những bảng quảng cáo được trương lên ngày càng lớn và chiếm nhiều diện tích lề đường

Hình 20: Thành phố Đà Nẵng về đêm [8]

Hình 21: Đèn thắp sáng từ trong đến ngoài

Hình 22: Một trung tâm thương mại trên đường Nguyễn Huệ được bao phủ bởi vô số

bóng đèn màu tím