Автор: Шапиро Б. И.

стр. 24

Доктор химических наук Б.И. ШАПИРО, президент Российского союза научной и прикладной фотографии

При всей сложности и совершенстве человеческого организма, его естественные возможности весьма ограничены. Это в первую очередь касается одного из основных каналов получения информации - зрения. К сожалению, глаза людей воспринимают очень узкий спектральный диапазон длин волн - всего 400-720 нм (видимый свет).

На самом же деле информация передается в более широком интервале как в коротком ультрафиолетовом (400 ^-10 нм) и рентгеновском (10 ^{- 5} -10 ² нм), так и в длинноволновом инфракрасном (от 1-2 мм до 0,74 мкм).

Мой учитель А.С. Хейнман говорил: "Обычный человек видит глазами, а умный - головой", подразумевая под этим различные вспомогательные средства, в том числе и фотоматериалы. В настоящее время наиболее совершенный представитель последних - классический галогенид серебра (AgHal) ^* . Под действием света на его микрокристаллах микронных размеров образуются атомы серебра, которые концентрируются в одном или нескольких примесных центрах.

Механизм этого явления, протекающий в две стадии, в 1938 г. открыли английские физики Р. Герни и Н. Мотт. Сначала под действием света в кристалле AgHal выбивается фотоэлектрон, который захватывает "ловушка" (как правило, какая-нибудь примесь, скажем, 3-4 молекулы сульфида серебра). Затем к нему электростатически притягивается ион серебра, в результате образуется атом этого элемента. Такой процесс, повторяясь многократно, приводит к образованию скрытого изображения и, в конечном счете, к высокой эффективности фотохимической стадии.

Другая уникальность галогенидов серебра заключается в их способности к последующему химическому усилению (в 10 ⁹ -10 ¹⁰ раз) первичного действия света в процессе проявления, что позволило создать высокочувствительные фотоматериалы. Серебряные час-

^* См.: Б.И. Шапиро. Фотография в XXI веке. - Наука в России, 2000, N 1 (прим. ред.).

стр. 25

тицы скрытого (непроявленного) изображения являются каталитическими центрами, стимулирующими восстановление ионов серебра из микрокристаллов AgHal до металла, и картинка становится видимой. Выходит, один квант света "образует" приблизительно 9-10 млрд. атомов серебра.

Но галогенид данного металла "от природы" воспринимает свет в синей и в более короткой областях спектра (длина волны менее 500 нм). Для того чтобы AgHal был более чувствителен в видимой и инфракрасной области, прибегают к спектральной сенсибилизации органическими красителями, адсорбированными на поверхности микрокристаллов. Данные вещества поглощают свет в соответствующей области спектра и передают энергию фотовозбуждения галогениду серебра. Более 125 лет прошло с момента открытия этого явления Г. Фогелем (Германия). За истекшие годы развитие спектральной сенсибилизации достигло очень высокого уровня. Что же касается понимания сущности происходящего, то даже сегодня нельзя с уверенностью утверждать, что его механизм ясен.

Первые сенсибилизованные эозином ^* бромсеребряные желатиновые пластинки - изохроматические - применили в 1883 г. во Франции. Они были чувствительны к желтому цвету, а затем появились материалы, воспринимающие и желто-зеленую область спектра. Принятое сегодня название "ортохроматические" вве-

* Эозин - ярко-красный триарилметановый краситель (прим. ред.).

стр. 26

дено еще в 1884 г. И. Эдером (Австрия) и происходит от греческих слов "ортос" - точный и "хромос" - цвет. В последующем область чувствительности была расширена в оранжевую и красную зону спектра в панхроматических слоях ("пан" с греч. - всеобщий).

После синтеза в 1919 г. в Англии инфрахроматических красителей начался этап разработки соответствующих материалов. Сначала зона сенсибилизации составляла 800- 900 нм, потом была расширена до 1100 нм. Однако здесь создатели фотоматериалов столкнулись с трудной и долгое время казавшейся нерешимой задачей.

Дело в том, что из всех известных красителей и поныне применяют лишь один класс - полиметиновые или цианиновые. И чем длиннее их молекула (вернее, полиметиновая цепь), тем они поглощают свет в более длинноволновой области спектра, а следовательно, увеличивают чувствительность галогенида серебра (сейчас она уже достигла 1500 нм).

Впрочем, практика показала: расширение спектральной сенсибилизации в инфракрасную зону излучения приводит к уменьшению ее эффективности - примерно в 10 раз на каждые 100 нм. Особенно заметное падение происходит при длине волны более 1000 нм: фотоматериалы в данной области приблизительно в тысячу раз менее чувствительны, чем в видимой части спектра.

Выходит, энергии фотоэлектрона, образующегося при поглощении красителем инфракрасного

стр. 27

излучения длинноволнового диапазона, не хватает для восстановления ионов серебра. Неужели сама природа наложила энергетический запрет на появление высокочувствительных инфракрасных материалов?

К счастью, реальная ситуация оказалась не столь безнадежной. Проведенные под руководством автора изыскания показали: дело не в дефиците энергии, а во вторичных химических реакциях, происходящих в фотоматериалах после воздействия на них света.

Еще в 20-х годах XX в. американец С. Шеппард высказал гипотезу, по которой первичный акт спектральной сенсибилизации представляет собой химическую реакцию восстановления красителем ионов серебра на поверхности, а не внутри микрокристаллов AgHal.

Эта идея, забытая учеными на долгие годы, и была положена автором в основу исследований. Оказалось: под воздействием красителя на поверхности микрокристаллов действительно образуются атомы серебра, но они крайне нестабильны, ибо мгновенно окисляются кислородом воздуха и молекулами находящейся в нем воды, а инфракрасный краситель при этом выступает как катализатор. Его молекулы в невозбужденном состоянии выполняют роль переносчиков электронов от атомов серебра к кислороду и воде. Причем, чем больше длина поглощаемого инфракрасного излучения, тем интенсивнее "разрушающий" процесс.

На основе информации о роли красителя и среды мы разработали своеобразную тактику защиты образующихся атомов серебра. Первым шагом стало создание "прокладки" между красителем и AgHal, предохраняющей образовавшиеся частицы восстановленного металла от разрушения. Она не препятствует переходу фотовозбужденного электрона красителя к иону серебра, но служит барьером для обратного движения.

Следующий шаг предполагал защиту серебра от воды. Прежде всего микрокристаллы AgHal мы как бы укутали в гидрофобную "шубу" из веществ, ее отталкивающих. И наконец, в фотослое создали восстановительную среду, препятствующую окислению

стр. 28

серебра. Так удалось полностью затормозить "разрушающую" реакцию.

Применение новых методов суперсенсибилизации позволило значительно увеличить чувствительность инфракрасных пленок, особенно для волн больше 1000 нм. Они стали сопоставимы с аналогичной характеристикой фотоматериалов для видимого света. В итоге появились уникальные длинноволновые инфракрасные пленки, не имеющие аналогов в мире. Скажем, одна из них - И-1060В-2 с максимумом сенсибилизации 1060 нм - в десять раз чувствительнее лучшей на сегодняшний день зарубежной - IZ, выпускаемой американской фирмой "Истмен Кодак".

Итак, впервые в мировой химико-технологической практике разработаны и внедрены в производство самые длинноволновые инфракрасные пленки. Например, чувствительность пленки И-3 позволяет регистрировать световые волны до 1300 нм. Уже изготовлены образцы И-1200 и И-1370 с максимумами сенсибилизации 1200 и 1370 нм соответственно. На последней впервые зарегистрирована спектральная линия ртути 1529,5 нм.

Теперь коротко о том, ради чего мы старались.

Инфрахроматические пленки ныне незаменимы при исследованиях Солнца и ярких звезд. С их помощью в Крымской астрофизической обсерватории сфотографированы спектры звезд в области 1200 нм. На пленке И-1060В-2 зафиксирована и детально изучена уникальная линия гелия (10830 А), разъясняющая характер термоядерных реакций на Солнце и горячих звездах ^* . Высокочувствительные инфракрасные пленки представляют большой интерес для прямых съемок протяженных объектов, таких, как газовые туманности, мазерный эффект ^** , внегалактические скопления и т.д.

Новые фотоматериалы стали подспорьем при исследовании лазерного термоядерного синтеза,

^* См.: А.А. Маракушев. Солнечная система и ее звездные аналоги. - Наука в России, 2001, N 5 (прим. ред.).

^** Мазерный эффект - вынужденное излучение молекул межзвездной среды, сконцентрированных в газово- пылевых облаках и получающих энергию возбуждения от близко расположенных звезд (прим. ред.).

стр. 29

проводимого в ряде физических институтов страны.

Благодаря большой проникающей способности длинноволнового инфракрасного излучения в условиях атмосферной дымки пленка И-1060В-2 очень перспективна для фотографирования объектов при плохой видимости. Она и ей подобные нашли применение при реставрации произведений искусства, представляющих национальную и мировую ценность. Дело в том, что инфракрасный свет способен проникать сквозь непрозрачные лаки и тонкие слои красок, не разрушая их. Это позволяет быстро получать информацию об авторе произведения, первоначальном рисунке, необходимости реставрации и т. д., и при этом облучение минимально по времени. Так, пленка И-1060В-2 успешно была использована при реставрации иконостаса в Кирилло-Белозерском монастыре ^* , фресок Дионисия в Ферапонтовом монастыре (оба - Вологодская область) ^** , для исследования алтарей в соборах Таллина (Эстония).

Наконец, инфракрасные материалы незаменимы в художественной пейзажной фотографии. Скажем, вследствие сильного отражения инфракрасных лучей зелеными растениями на снимках они выглядят светлыми, а голубое небо и вода, которые практически их поглощают, - абсолютно черными.

Словом, свершилось предсказание Г. Фогеля о том, что настанет время, когда ультракрасный свет мы сможем фотографировать точно так же, как видимый и ультрафиолетовый. В реализацию мечты большой вклад внесли отечественные ученые, за свои разработки получившие шесть авторских свидетельств и патентов РФ.

^* См.: В.П. Даркевич. В "северной Фиваиде". - Наука в России, 2000, N 3 (прим. ред.).

** См.: В.П. Даркевич. Фрески Дионисия.- Наука в России. 2000, N 4 (прим. ред.}.

Постоянный адрес данной публикации: