Скрытое фотографическое изображение

Физико-химические основы фотографии

4.2. Прямое образование скрытого изображения
Основы современного учения о скрытом изображении были заложены Уэббом в 1936 г. и позднее развиты рядом исследователей. Существенный вклад в теорию вопроса сделан Герни и Моттом (1938), а также Митчеллом (1957).

Согласно представлениям Герни и Мотта, образование скрытого изображения идет в две стадии. Первая из них называется электронной, вторая - ионной. Электронная стадия протекает следующим образом. Квант света, поглощенный микрокристаллом, возбуждает ион брома: вызывает переход его электрона из валентной зоны Вr- в зону проводимости серебра. Перемещаясь по ней, электрон встречает центр светочувствительности. Верхний энергетический уровень центра лежит ниже полосы проводимости, принадлежащей ионам серебра. Это значит, что центр светочувствительности представляет собой потенциальную яму. Электрон, дошедший до него, теряет часть энергии и оказывается локализованным. Захватив электрон, центр светочувствительности заряжается отрицательно. На этом электронная стадия заканчивается.

Атом брома, образовавшийся в результате возбуждения иона, диффундирует из кристалла по эстафетному механизму, как "положительная дырка" .(не уравновешены заряды ионов серебра, окружающих атом брома). Процесс идет так. Атом получает электрон от соседнего иона, который, в свою очередь, восстанавливается от находящегося рядом, и так пока атом брома не выйдет наружу. Здесь он поглощается желатиной, что делает окисление им поверхностных центров маловероятным.

Ионная стадия состоит в следующем. Центр светочувствительности, отрицательно зарядившийся на электронной стадии, притягивает странствующий ион серебра и нейтрализует его. В результате этого центр вырастает на один атом.

Описанные процессы составляют элементарный акт образования скрытого изображения. После того как центр увеличился на один атом серебра, элементарный акт повторяется снова, пока идет экспонирование. Возникает коллектив атомов серебра, называемый центром скрытого изображения. Скрытое изображение представляет собой совокупность таких центров. В этом заключается сущность теории Герни и Мотта.

Не имея возможности подробно остановиться на теории Митчелла, укажем только, что она не вносит принципиальных изменений в только что рассмотренную схему. По Митчеллу последовательность стадий образования скрытого изображения обратна предложенной Герни и Моттом. Сначала центр светочувствительности поглощает междуузельный ион серебра, а затем происходит его нейтрализация фотоэлектроном.

Механизм Герни и Мотта осложняется тем, что обе стадии процесса образования скрытого изображения обратимы. Существует вероятность встречи электрона, оторванного на электронной стадии от иона Вr-, с атомом брома и, следовательно, обратного восстановления этого атома в ион. Вероятность этого возрастает с увеличением освещенности микрокристалла. Не исключена и потеря электрона атомом серебра, образованным на ионной стадии процесса. Указанная потеря происходит особенно легко при малых освещенностях кристалла.

Значение таких обратных процессов, идущих особенно интенсивно при отклонениях освещенности от среднего значения, состоит в том, что они уменьшают эффект действия света, и тем самым снижают чувствительность фотографического материала. Поэтому следует разобраться в них подробнее.

С учетом обратимости электронная стадия процесса выражается уравнением

    (6. VII)

Если электрон é захватывается центром светочувствительности, то равновесие смещено в правую сторону, если нет - влево.

При больших освещенностях микрокристалла одновременно освобождается множество электронов. Однако центр может принять только один из них, потому что, зарядившись отрицательно, он отталкивает остальные. Их судьба может быть различной: некоторые временно закрепляются на неглубоких потенциальных ямах, другие вновь соединяются с атомами Br0, неуспевшими выйти на поверхность микрокристалла. Таким образом, при больших освещенностях процесс (6VII) идет справа налево. Электроны, локализовавшиеся на временных ловушках, освобождаются вследствие теплового возбуждения последних и в зависимости от сложившейся к этому времени ситуации либо заряжают центр светочувствительности (если он успел нейтрализоваться), либо закрепляются на других временных ловушках, либо, наконец, возвращаются к атому брома, не успевшему мигрировать на поверхность.

Остановимся теперь на причинах обращения процесса, протекающего в ионной стадии:

    (6.VIII)
Назад Физико-химические основы фотографии Продолжение