1.Описание галогенидосеребряной фотографии [1,2]

Предистория исследований фоточувствительных свойств тонкопленочной композитной системы AgCl-Ag уходит в весьма отдаленные времена. Дело в том, что галогениды серебра (AgBr, AgCl, AgI - AgHal) очень давно, примерно с середины 19 века, используются в галогенидосеребряной фотографии. Бурное развитие фотографии произошло в прошлом веке – она явилась главным способом регистрации изображений и, в частности, определила развитие кинематографии. В начале 20 века преобладала черно-белая фотография, но развивалась и цветная фотография за счет использования в фотослоях органических красителей, выполняющих роль светофильтров. Особенно широкое распространение цветная фотография имела в 90-е годы и в начале нынешнего века. В настоящее время практически уже произошло вытеснение традиционной фотографии за счет развития методов электронной цифровой фотографии, однако галогенидосеребряная фотография все таки сохраняет свое значение в ряде важных практических применений.

Галогенидосеребряные фотографические материалы по сравнению с фоточувствительными матрицами цифровой фотографии пока что имеют более высокую разрешающую способность и чувствительность, могут иметь большую площадь, обладают свойством накапливать световое воздействие и получать изображения от очень слабых источников за счет большого времени экспозиции, которое может составлять десятки часов. Фотоматериалы реагируют на экспозицию , которая равна :

(1.1)

здесь - световой поток (энергия проходящая через площадкув единицу времени, другими словами – мощность (Вт) через эту площадку) ;- интенсивность (). Экспозицияимеет размерность []. Из (1.1) видно, что при малой интенсивности можно зарегистрировать эту интенсивность, используя большие времена экспозиции.

Отмеченные свойства фотографических материалов особенно важны в голографии и в астрономических наблюдениях. Например, голограмма какого либо объекта представляет собой зарегистрированную на фотопластинке интерференционную картину, которая содержит информацию о фазе и амплитуде световых волн рассеянных этим объектом. Голограмму можно сохранять в нормальных условиях сколь угодно долго. Воспроизведение изображения объекта получают за счет дифракции считывающей световой волны на голограмме. Часто это делают в проходящем свете и в этом случае важна прозрачность голограммы. При дифракции света на голограмме дифрагированные волны создают в том месте пространства, где находился объект, его изображение.

В астрономии часто приходится регистрировать объекты, интенсивность света от которых очень мала и в этом случае используют большие времена экспозиции (часы, десятки часов). Еще один пример важности традиционной фотографии относится к области исскуства – до сих пор сохраняет значение художественная фотография не только в цветном, но и в черно-белом варианте. Причем считается, что черно-белая фотография обладает рядом особых художественных достоинств.

Мы остановимся на рассмотрении черно-белого фотографического процесса. Галогенидосеребряный фотографический процесс состоит из трех стадий : 1. –стадия приготовления галогенидосеребряной эмульсии. Основой (матрицей) фотографической эмульсии является желатин, в котором распределены кристаллики галогенида серебра – чаще всего для приготовления фотоэмульсии используют AgBr. В чистом виде кристаллы AgHal не чувствительны к действию излучения видимого диапазона спектра, особенно к действию красного света. Процесс приготовления чувствительной фотоэмульсии довольно сложный – она подвергается обработке, которая включает в себя стадии, называемые химическим и физическим созреванием. На этих стадиях, в частности, в эмульсию вводятся различные примеси-сенсибилизаторы, которые и обеспечивают ее чувствительность к действию излучения всего видимого диапазона спектра. Физическое созревание определяет размер кристалликов бромистого серебра, от которого зависит разрешающая способность фотослоя. Эмульсия готовится в виде водной суспензии и затем поливается на твердую основу – полимерную пленку, стекло или бумагу и после высыхания получаются фотопленки, фотопластинки, фотобумага. Эти фотоматериалы приготавливаются в темноте или, если они не чувствительны к красному свету, то возможно в процессе приготовления использовать красный свет.

Вторая стадия фотографического процесса – это облучение готовой фотоэмульсии светом. Свет взаимодействует с кристалликами AgBr и это взаимодействие приводит к фотохимическому разложению молекулы AgBr по такой реакции :

AgBr + hAg⁺ + e^- + Br(1.2)

В этой элементарной реакции молекула AgBr поглощает квант света частоты (h - энергия кванта, h – постоянная Планка). В результате молекула разлагается, при этом выделяется ион серебра, электрон и атом брома, который уходит в газовую фазу, что показано стрелочкой. Электрон захватывается какой-либо ловушкой – наиболее эффективной ловушкой является поверхность кристаллика AgBr. Затем в это место приходит положительный ион серебра и соединяясь с электроном образует нейтральный атом. В результате действия нескольких квантов света этот элементарный процесс создает серебряный кластер, состоящий из нескольких атомов серебра. Такие кластеры еще не являются металлическими частичками. Они не приводят к заметному изменению оптических свойств фотоэмульсии и поэтому их практически невозможно обнаружить с помощью обычных методов исследований. Поэтому такие кластеры называют скрытым (латентным) изображением. Для получения скрытого изображения в ряде случаев достаточно подействовать светом на фотослой в течении времени порядка 10^-4 с. Описанная стадия получения скрытого изображения реализуется при фотографировании различных объектов с помощью фотоаппарата, в котором находится фотопленка. Скрытое изображение сохраняется сколь угодно долго при хранении облученной пленки в темноте и в нормальных атмосферных условиях.

Третья стадия галогенидосеребряного фотографического процесса состоит в химическом проявлении и фиксировании изображения. Фотопленку, содержащую скрытое изображение, в темноте подвергают действию специального водного химического раствора (гидрохинон или др.), называемого проявителем. Проявитель вызывает быстрое разложение кристалликов бромистого серебра, на которых есть скрытое изображение. В то же время, кристаллики, на которые при экспонировании свет не действовал, проявителем практически не разлагаются. В результате разложения кристаллов в местах скрытого изображения выделяется металлическое серебро, которое превращает изображение в видимое – там где действовал свет выделяющееся серебро приводит к почернению фотослоя, а не освещенные места остаются светлыми. После проявления фотослой фиксируется – он помещается в раствор гипосульфита, который растворяет остатки бромистого серебра. В результате в фотослое остается изображение, сформированное металлическим серебром.

Описанный фотографический процесс дает негативное изображение – освещенные места являются черными, неосвещенные – светлыми. Позитивное изображение, которое обычно и называют фотографией, получают на фотобумаге. На фотобумагу проектируют с помощью света негативное изображение и после ее обработки, такой же как и для негатива, получают фотографию. Несмотря на кажущуюся сложность, процедура галогенидосеребряной фотографии была разработана настолько хорошо, что оказалась доступной для широкого использования людьми с минимальным уровнем необходимых для этого знаний.