Кіріспе

Жарыққа сезімтал материалдың әсерінен пайда болатын көрінбейтін бейне. Жасырын бейне – фотопленка сияқты жарыққа сезімтал материалды жарыққа түсіруден пайда болатын көрінбейтін бейне. Фотопленка дамытылғанда, жарыққа түскен бөлігі қараңғыланып, көрінетін бейне пайда болады. Фотографияның алғашқы жылдарында пленканың эмульсиялық қаптамасындағы күміс галоид кристалдарындағы көрінбейтін өзгерістердің мәні белгісіз болды, сондықтан бейне, фотохимиялық дамытқышпен өңделгенге дейін "жасырын" деп есептелді. Физикалық тұрғыдан алғанда, жасырын бейне – фотоэлектронның (фотолиздік күміс кластері) әсерінен күміс галоид кристалдарында немесе оның бетінде пайда болатын металл күміс атомдарының кішкентай кластері. Егер жарыққа түсіру жалға берілсе, мұндай фотолиздік күміс кластерлері көрінетін өлшемге дейін өседі. Бұл бейнені басып шығару деп аталады. Ал фотохимиялық дамытқыш әрекеті арқылы көрінетін бейне пайда болуы – бейнені дамыту деп аталады. Жасырын бейнедегі күміс кластерінің мөлшері бірнеше күміс атомындай кішкентай болуы мүмкін. Дегенмен, тиімді жасырын бейне орталығы ретінде әрекет ету үшін кем дегенде төрт күміс атом қажет. Ал дамытылған күміс түйіршігі миллиардтаған күміс атомдарынан тұруы мүмкін. Сондықтан жасырын бейнеге әсер ететін фотохимиялық дамытқыш – бірнеше миллиардқа дейін күшейту коэффициенті бар химиялық күшейткіш. Дамыту жүйесі – фотосурет тарихында фотосезімталдықты арттырған ең маңызды технология болды.

Құрылу механизмі

Эмульсиядағы күміс галоид түйіршіктеріне жарықтың әсері түйіршіктерде металл күмісінің пайда болу орындарын құрайды. Бұл процестің негізгі механизмін алғаш рет 1938 жылы Р.В. Гурни және Н.Ф. Мотт ұсынған. Келіп түскен фотон күміс галоид кристаллынан фотоэлектронды босатады. Фотоэлектрондар беткей электрон тұзағына (сезімталдық орны) жылжып, онда электрондар күміс иондарын металл күміс бөлшегін қалыптастыру үшін тотықтырады. Оң тесік де пайда болуы керек, бірақ ол көбінесе назардан тыс қалады. Кейінгі зерттеулер бұл тұжырымды сәл өзгертті, сондықтан «тесік» тұтқындалуы да қарастырылады (Митчелл, 1957). Содан бері сезімталдық және жасырын бейне қалыптасу механизмі түсіну деңгейі арта түсті. Жасырын бейне молекуладағы зарядталған атомдардың жарық әсерінен өзгеруі нәтижесінде пайда болады. Мысал ретінде бромды галоид ретінде қарастыратын болсақ, жарық күміс галоид молекуласына тигенде, галоид теріс зарядтан бейтарап күйге өтеді, ал содан кейін күмістің зарядын оңнан бейтарапқа өзгертетін электронды босатады.

Фотологиялық сезімталдығы

Фотографиялық сезімталдықты арттырудың маңызды жолы – әрбір кристалдағы электрон тұзақтарын өзгерту. Таза, ақаусыз кристалл нашар фотографиялық сезімталдыққа ие, себебі оның жасырын бейне қалыптасуына көмектесетін беткей электрон тұзағы жоқ. Мұндай жағдайда көптеген фотоэлектрондар күміс галоид кристаллымен қайта бірігіп, пайдасыз болады. Беткей электрон тұзақтары күкіртпен сезімталдыру, кристалл ақауын енгізу (шешінді дислокациясы) және допант ретінде күміс емес тұздың аздаған мөлшерін қосу арқылы жасалады. Беткей тұзақтардың орналасуы, түрі және саны фотоэлектронның жасырын бейне орталықтарын құру тиімділігіне және, демек, фотографиялық сезімталдыққа зор әсер етеді. Фотографиялық сезімталдықты арттырудың тағы бір маңызды жолы – дамытылатын жасырын бейнелердің ең төменгі мөлшерін азайту. Козловскийдің алтынмен сезімталдыруы кристалл бетінде металл алтын ұсақтарын жасайды, бұл өздігінен кристалды дамытуға мүмкіндік бермейді. Алтын ұсағының айналасында жасырын бейне қалыптасқанда, алтынның болуы кристалды дамыту үшін қажетті металл күміс атомдарының санын азайтатыны белгілі. Фотосезімталдықты арттырудың тағы бір маңызды ұғымы – фотодыраларды фотоэлектроннан және сезімталдық орындарынан бөлектеу. Бұл қайта бірігу ықтималдығын азайтуға көмектеседі. Төмендету сезімталдыруы осы ұғымды іске асырудың бір жолы. Жақындағы 2 электронды сезімталдыру техникасы осы ұғымға негізделген. Дегенмен, фотодыралардың мінез-құлқы туралы ғылыми түсінік фотоэлектронға қарағанда шектеулі. Екінші жағынан, терең электрон тұзағы немесе қайта бірігуді жеңілдететін орын фотоэлектрон үшін бәсекелесіп, осылайша сезімталдықты төмендетеді. Алайда, бұл манипуляциялар, мысалы, эмульсияның контрастын арттыру үшін қолданылады.

Өзара тиімділік заңының бұзылуы

Өзара тиімділік заңының бұзылуы – бірдей сәулелену мөлшері (сәулелену қарқындығы мен әсер ету ұзақтығының көбейтіндісі) сәулелену қарқындығы (және осыған байланысты әсер ету ұзақтығы) өзгерген кезде әртүрлі бейне тығыздығын тудыратын құбылыс. Өзара тиімділік заңының бұзылуының екі түрі бар. Екеуі де жасырын бейне орталықтарын жасау үшін фотоэлектронды тиімді пайдаланудың нашар болуымен байланысты.

Жоғары интенсивтілік өзара әрекетсіздік (HIRF)

Кристаллға флеш-түтік сияқты күшті, бірақ қысқа мерзімге жарық түскенде жоғары интенсивті өзара әрекетсіздік (HIRF) жиі кездеседі. Бұл фотосуреттің жылдамдығы мен контрастын төмендетеді. Бұл, әсіресе, ескі эмульсия технологиясын қолдана отырып, ұзақ экспозиция кезінде ең жоғары сезімталдыққа бейімделген эмульсиялар үшін тән. HIRF көптеген дамытылмайтын, өте кішкентай жасырын кескіндердің пайда болуына байланысты. Қысқа және күшті әсердің нәтижесінде көптеген фотоэлектрон бір мезгілде пайда болады. Олар бір немесе бірнеше дамытыла алатын жасырын кескіндердің орнына, дамытуға жарамсыз көптеген жасырын кескіндер жасайды. HIRF-ті уақытша терең электрон тұзақтарын құрайтын қоспаларды енгізу арқылы, күкірт сезімталдығының деңгейін оңтайландыру, кристалдық ақауларды (шекаралық дислокациялар) қосу арқылы жақсартуға болады. Соңғы жылдары көптеген фотосуреттер лазерлік сканерлеу арқылы жасалады. Фотоқағаздың әрбір нүктесі өте қысқа, бірақ күшті лазер сәулесімен әсер етеді. HIRF-ке байланысты мәселелер мұндай өнімдерді әзірлеудегі негізгі техникалық қиындықтардың бірі болды. Түсті фотоқағаздар әдетте күміс хлоридінен (шамамен 99%) жасалады, ал қалғаны бромид және/немесе йодтан тұрады. Хлорлы эмульсиялар HIRF-ке өте сезімтал және көбінесе LIRF-тен зардап шегеді. Қағаз өндірушілер осы жаңа қолдану үшін HIRF-ті жақсарту (немесе толығымен жою) үшін қоспаларды және дислокация орындарын қатаң бақылауды пайдаланады.

Төмен интенсивтілік өзара әрекетсіздік (LIRF)

Төмен интенсивті өзара әрекетсіздік (LIRF) кристалл әлсіз жарықпен ұзақ уақытқа дейін әсер еткен кезде пайда болады, мысалы, астрономиялық фотографияда. LIRF жасырын кескінді қалыптастырудың тиімсіздігінен туындайды, бұл фотографиялық жылдамдықты төмендетеді, бірақ контрастты арттырады. Төмен сәулелену интенсивтілігінің деңгейіне байланысты, бір кристалл жеткілікті мөлшерде фотондарды сіңіру үшін маңызды уақыт күтуі мүмкін. Тұрақты жасырын кескіннің орталығын жасау процесінде кішкентай және тұрақсыз күміс бөлшегі пайда болады. Бұл бөлшекті үлкен, тұрақты жасырын кескінге дейін өсіру үшін қосымша фотоэлектронды генерациялау қажет. Бұл аралық тұрақсыз бөлшек келесі фотоэлектрон оны тұрақтандыруға үлкен мүмкіндік алмайынша ыдырайтын шектеулі ықтималдық бар. Бұл ықтималдық сәулелену деңгейі төмендеген сайын артады. LIRF жасырын кескіннің тұрақтылығын оңтайландыру, күкірт сезімталдығын жақсарту және кристаллдық ақауларды енгізу (шекаралық дислокациялар) арқылы жақсартылуы мүмкін.

Жасырын кескіннің орналасуы

Күміс галоид кристаллына байланысты, жасырын кескін кристаллдың ішінде немесе сыртында қалыптасуы мүмкін. Жасырын кескіннің (ЛИ) қай жерде қалыптасқанына байланысты, фотосуреттік қасиеттері мен проявкаға (әзірлеуге) жауабы өзгереді. Қазіргі эмульсия технологиясы осы факторды бірнеше тәсілмен өте дәл реттеуге мүмкіндік береді. Әр эмульсияда ЛИ-лер қалыптасатын арнайы орын болады, олар "сезімталдық орталықтары" деп аталады. Ішкі жағында ЛИ қалыптастыратын эмульсиялар ішкі сезімтал эмульсиялар деп, ал бетінде ЛИ қалыптастыратын эмульсиялар беткі сезімтал эмульсиялар деп аталады. Сезімталдық типі жасырын кескіндерді тиімді қалыптастыратын өте шалқая электрон тұзақтарының орналасуын көрсетеді. Көбінесе, ескі технологиялы негативтік пленка эмульсияларында көптеген қасақана жасалмаған жиек дислокациялары (және басқа кристалдық ақаулар) болған, ал күкірт сезімталдандыруы кристалл бетінде жүргізілген. Бірнеше сезімталдық орталықтары болғандықтан, эмульсияның ішкі және сыртқы сезімталдығы болған. Яғни, фотоэлектрондар көптеген сезімталдық орталықтарының біріне миграциялай алады. Мұндай эмульсиялардың максималды сезімталдығын пайдалану үшін, проявканың ішкі жасырын кескін орындарына қол жеткізу үшін күміс галоидты ерітетін қасиеті болуы керек деп саналады. Көптеген қазіргі заманғы негативтік эмульсиялар кристалл бетінің астына қабат енгізеді, онда кристаллдың ішкі бөлігінде ақаулар болмай, жеткілікті мөлшерде жиек дислокациялары қасақана жасалады. Химиялық сезімталдандыру (мысалы, күкірт және алтын сезімталдандыруы) бетке қолданылады. Нәтижесінде, фотоэлектрондар кристалл бетіндегі немесе оған өте жақын бірнеше сезімталдық орталықтарына шоғырланады, осылайша жасырын кескіннің пайда болу тиімділігі артады. Басқа да қолданулар үшін, мысалы, тікелей оң эмульсиялар үшін әртүрлі құрылымды эмульсиялар жасалды. Тікелей оң эмульсияның құрамында эмульсияның өзегіне тұман орталықтары енгізілген, олар экспозиция кезінде пайда болатын фото-тесіктермен ағарады. Эмульсияның бұл түрі, кері өңдеусіз, дәстүрлі проявкада оң кескінді шығарады.

Күміс галоид кристалдарының дамуы

Ашытқыш ерітінді күміс галоид кристалдарын металл күміс түйіршіктеріне айналдырады, бірақ ол тек жасырын бейне орталықтары бар кристалдарға ғана әсер етеді. (Барлық күміс галоид кристалдарын металл күміс дәндеріне айналдыратын ерітінді «тұманды ашытқыш» деп аталады және мұндай ерітінді кері өңдеудің екінші ашытқышы ретінде қолданылады.) Бұл түрлену электрохимиялық тотығу-тоғыту процесіне байланысты, онда жасырын бейне орталықтары катализатор рөлін атқарады.

Құрылыс салушының құн түсіру мүмкіндігі

Дамушы ерітіндісінің латентті бейне орталығы бар жеткілікті ашылған күміс галоид кристалдарын дамыту үшін жеткілікті күшті тотығу-тоғыту потенциалы болуы тиіс. Сонымен қатар, дамытушыда күміс галоид кристалдарының әлі толық ашылмағандарын тотығу-тоғытуға жеткілікті төмен тотығу-тоғыту потенциалы болуы керек. Дұрыс құрастырылған дамытушыда электрондар күміс галоид кристалдарына тек күміс түйіршігі (латентті бейне) арқылы енеді. Сондықтан, дамытушы ерітіндісінің химиялық тотығу-тоғыту потенциалы (дамытушы агенттің стандартты тотығу-тоғыту потенциалы емес) кішкентай металл күміс кластерлерінің Ферми энергия деңгейінен (яғни латентті бейне) жоғары, бірақ әлі толық ашылмаған күміс галоид кристалдарының өткізгіштік қабатынан төмен болуы өте маңызды. Әдетте, нашар әсер еткен кристалдарда күміс кластерлері кішірек болады. Кішкентай күміс кластерлерінің Ферми деңгейі жоғарырақ болғандықтан, дамытушының тотығу-тоғыту потенциалы артқан сайын көбірек кристалдар дамиды. Дегенмен, дамытушының потенциалы күміс галоид кристалдарының өткізгіштік қабатынан төмен болуы керек. Осылайша, жүйенің фотосезімталдығын арттырудың шегі бар; егер ерітіндідегі тотығу-тоғыту потенциалы кішкентай күміс кластерлерін пайдалану үшін жеткілікті жоғары болса, бір кезде ерітінді экспозицияға қарамастан күміс галоид кристалдарын тотығу-тоғытуды бастайды. Бұл түтін деп аталады, ол күміс галоид кристалдарының бейнелік емес (экспозицияға тәуелсіз) тотығу-тоғытуынан пайда болатын металл күміс. Сондай-ақ, дамытушы ерітіндісі оңтайлы құрастырылғанда, фотосезімталдықтың максималды деңгейі дамытушы агенттің таңдауына онша сезімтал емес екендігі анықталды (Джеймс 1945), және дами алатын күміс кластерінің мөлшеріне шектеу бар. Бұл мәселені шешудің бір жолы – Козловскийдің алтынмен сезімталдыру техникасын қолдану. Кристаллдың дамуына кедерілес ететін, жеткілікті жоғары Ферми деңгейіне ие кішкентай металл алтын кластері, кристалды дамытуға қабілетті ететін металл күміс кластерінің минималды мөлшерін азайту үшін қолданылады. Толық ақпарат алу үшін Тони 1995 және Гамильтон 1988 еңбектерін қараңыз.

Сүренің тұрақтылығы

Қалыпты жағдайда әрбір галоид түйіршігінде металл күмістің бірнеше атомынан ғана тұратын жасырын бейне көптеген айлар бойы тұрақты болады. Кейіннен жүргізілетін дамыту осы бейнені көрінетін металл сурет ретінде ашып көрсетеді. Жасырын бейне тұрақтылығының танымал мысалы – 1897 жылы С.А. Андренің талқыға түскен арктикалық шар экспедициясының фотографы Нильс Стриндберг түсірген суреттер. Экспедицияның және мұзда қалып қойған шардың суреттері шамамен 33 жылдан кейін ғана табылып, дамытылды.