Фотоматериалы и их использование для Астрофотографии., Разнообразные эффекты, строение фотоэмульсий и аспекты их практическог Опции

[Aleksiy]

Сначала некоторые мысли о строении современных фотоэмульсий и различных эффектах.

О механизмах светочувствительности и гиперсенсибилизации.
Фотоэмульсия (если совсем упрощённо) состоит из кристаллов галагенида серебра, взвешенных в желатиновом слое. При попадании света на галагенида серебра, происходит разрушение этого соединения; сначала, в частности, под воздействием поглощённого кванта света образуется свободный электрон. Этот электрон может восстановить ион серебра до атома, когда вместе группируются несколько полученных таким образом атомов, образуется устойчивый центр скрытого изображения. Потом, при проявлении этот центр будет катализатором, под действием которого восстанавливающее вещество проявителя (имеющее избирательные свойства) восстановит весь этот кристалл галагенида серебра до металлического серебра. А кристаллы, не имеющие таких центров, восстанавливаться не будут.
При очень длительных выдержках и малых освещённостях, образовавшиеся свободные электроны обратно рекомбинируют с ионами раньше, чем несколько из них успевают сойтись вместе и образовать достаточно крупный устойчивый (долгоживущий) центр скрытого изображения. В результате светочувствительность фотоматериала сильно падает.
Гиперсенсибилизацией называется повышение светочувтвительности фотоматериалов при очень длительных выдержках, осуществляемое каким-либо путём ПЕРЕД экспонированием..
В общем случае, надо химически или физически создать устойчивые предтечи
центров скрытого изображения, этакие "затравки". На них при длительных
экспозициях будут стекать и оставаться (значит, затравки должны ещё иметь и
свойства потенциальных ям!) редкие электроны. Важно, чтобы время удержания
первого электрона было больше времени до подхода второго, тогда центр из
затравки и двух электронов живёт уже достаточно долго, а когда придёт третий
электрон, то центр можно считать почти абсолютно устойчивым. Но сами эти
затравки не должны иметь свойств скрытого изображения, иначе они будут тоже вызывать проявление, и это будет
вуаль. В качестве затравок хорошо могут работать дефекты кристаллической
решетки галагенида серебра. А ведь всю поверхность кристалла можно
представить как дефект, решётка то здесь заканчивается! Поэтому, эмульсии на
"плоских" кристаллах МОГУТ иметь существенно меньшие НВЗ (эффект НеВзаимоЗаменяемости – снижения чувствительности при неоптимальных, в частности длительных, выдержках; также имеет название и эффекта Шварцсшильда), и очень "мягкий"
заход в область НВЗ. Ведь у них отношение площади поверхности (т.е. и
количества затравок) к объему кристалла очень велико. Но само по себе
увеличение этого отношения ещё не гарантирует кардинального улучшения
свойств по НВЗ, ведь надо ещё и связать выделяющийся галоген! (После восстановления нескольких атомов серебра образуется и несколько атомов свободного галогена.) И тут важны уже свойства ЖЕЛАТИНЫ. Она должна эффективно связывать образующийся свободный галоген, не допуская его обратной рекомбинации с полученными атомами серебра скрытого изображения, что будет это скрытое изображение разрушать.
Вообще, действие проявителей часто подразделяют на ГЛУБИННОЕ и ПОВЕРХНОСТНОЕ. Разница в том, что при ПОВЕРХНОСТНОМ действии, достаточно активный и быстрый проявитель взаимодействует только с поверхностью микрокристаллов галагенида серебра, существенно не растворяя их, не проникая вглубину кристалла, и он «пользует» только расположенные на поверхности центры скрытого изображения. А при ГЛУБИННОМ проявлении проявитель подрастворяет микрокристаллы галагенида серебра, и со временем может добраться до центров скрытого изображения, лежащих внутри кристалла, и таким образом в принципе возможно повышение светочувствительности. Впрочем, важно ещё и соотношение скоростей растворения галагенида и восстановления, иначе центр скрытого изображения может просто «оторваться», не успев оказать каталитического воздействия. И тогда кристалл останется непроявленным. Поэтому, на практике малоактивные подрастворяющие галагенид проявители нередко наоборот, СНИЖАЮТ реальную светочувствительность фотоматериалов.
А вот при коротких выдержках у плоских кристаллов НВЗ
тоже меньше, т.к. центры скрытого изображения в таком случае (короткого по времени, но «густого артобстрела») образуются более равномерно по
всему объёму кристалла, но от глубинных областей очень недалеко до
поверхности (форма то плоская!), и проявитель может легче и быстрее до
внутренних центров скрытого изображения добраться. И вызываемый поверхностным характером проявления эффект Кабанна-Гофмана
(более быстрое проявление при длительных экспозициях) практически
отсутствует, чувствительность равномерна до выдержек, на порядок короче, чем обычно.
Есть и ещё путь уменьшения эффектов НВЗ: создание зёрен галагенида со структурой "ядро-оболочка".
Например, Бромид - Иодид. Тогда, на границе раздела внутри кристалла тоже
создаются нужные дефекты, чувствительность к длительным выдержкам растёт, но для реализации этого преимущества требуется ГЛУБИННОЕ проявление. Или ещё путь - добавление Золота. Кристаллическая решётка галагенида серебра при этом почти
не нарушается, но у Золота другой потенциал, чем у серебра, и тоже создаются
условия получения потенциальных ям. Добавляются иногда и другие примеси, которые явным образом нарушают решётку (эффекты практически, как при легировании полупроводников !). И ещё одна возможность – реагирование галагенидов с Серой, входящей в состав белков фотожелатины. При этом тоже образуются дефекты, имеющие свойства «затравок» для будущего скрытого изображения. Обычно, для этого фотоматериал, предназначенный для длительных выдержек, перед использованием подвергают такому варианту гиперсенсибилизации – выдерживанию некоторое время при повышенной температуре.
Вообще, стОит почитать книгу "Химия и физика фотографических
процессов" (лежит у нас на сайте), там про это хорошо рассказано, правда маловато.