Химическая энциклопедия

ФОТОГРАФИЯ ЧЁРНО-БЕЛАЯ (серебряная фотография, галогеносеребряная фотография), совокупность способов и процессов получения изображения объектов на галогеносе-ребряных регистрирующих материалах. Используется для получения отдельного кадра неподвижного объекта на фотопленке (фотосъемка) или ряда последоват. кадров с изображением объекта в разл. фазах движения на кинопленке (киносъемка).

Осуществляется воздействием на регистрирующий слой фотографических материалов пучка видимого света, УФ, ИК, рентгеновского или электронного излучения (экспонирование) с получением негативного или позитивного изображения объектов съемки в разл. масштабах.

Различают т. наз. классические и нетрадиционные процессы Ф. ч.-б. (далее Ф.). К первым относят процессы с проявлением и закреплением изображения мокрой обработкой фотоматериалов (см. Химико-фотографическая обработка фотоматериалов), ко вторым - процессы с термич. проявлением изображения (напр., т. наз. процесс dry silver) или диффузионной обработкой фотоматериалов, напр, процесс типа "поляроид" (см. Репрография ). В обоих случаях изображение объектов съемки м. б. негативным или позитивным.

Фотографич. процесс на галогеносеребряных материалах состоит из двух стадий: 1) экспонирование галогеносеребря-ного слоя для получения скрытого изображения из фотоли-тически восстановленных атомов Ag; 2) хим.-фотографич. обработка фотоматериала для визуализации скрытого изображения, включающая проявление изображения и закрепление проявленного изображения; полученное фотографич. изображение обычно считывают невооруженным глазом или с помощью оптич. приборов и электронно-оптич. преобразователей.

По назначению различают любительскую, профессиональную, техн., для научных и спец. целей и объемную Ф.

Любительская и профессиональная Ф. используется для воспроизведения изображения людей, отображения движущихся и неподвижных предметов (в т. ч. натуральных объектов), техническая - для воспроизведения (копирования и размножения) штриховых оригиналов в натуральную и заданную величину или со значит. уменьшением, а также для получения фотоформ в полиграфии. Ф. для научных целей применяют в астрономии (астрофотография, спектрофотография, фотографич. фотометрия), при исследовании строения в-ва (ядерная Ф., электронография, нейтронография, протонография, рентгенография, электронная микроскопия) и астрофиз. исследованиях (космич. Ф.); Ф. для спец. целей- для диагностики (медицинская, судебная), при регистрации быстро и медленно протекающих процессов (замедленная и ускоренная съемка), аэрофотосъемки (аэрофотография). С помощью объемной Ф. воспроизводят трехмерное изображение с использованием обычных фотоматериалов и фотокамер с двумя объективами (стереоскопии. Ф.), растрированных галогеносеребряных материалов (растровая стереоскопии. Ф.) или голографич. светочувствит. материалов при двухлучевом экспонировании (голография). Вид Ф. характеризуется определенным типом применяемого фотографич. материала, аппаратурой и способом съемки, дополнит. обработкой и методом считывания изображения (табл. 1).

T а б л. 1.- ВИДЫ ФОТОГРАФИИ И УСЛОВИЯ ИХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

	Вид фотографии	Тип фотоматериала	Химико-фотогр афич. обработка	Аппаратура	Условия съемки
	Любительская и профессиональная	Негативные и позитивные пленки и фотобумаги	Многорастворная ускоренная, термич., диффузионная	Фото- и кинокамеры общего назначения	При естеств. и искусств. освещении
	Техническая	То же	Многорастворная ускоренная	Фото- и репродукционные аппараты	При искусств. освещении
	Медицинская	Негативные пленки и пластинки	То же	С применением спец. съемочных устройств и светофильтров	При искусств. освещении, в ИК и УФ лучах
	Рентгеновская	Негативные высокочувствит., высокоразрешающие пленки и пластинки	Многорастворная ускоренная	Камера с люминесцентным усиливающим экраном	В рентгеновских лучах со считыванием электронно-оптич. преобразователями
	Судебная	То же	То же	Камеры со спец. объективами и светофильтрами	В видимой, ИК и УФ областях спектра, с изменением угла фотографирования
	Астрофотография	Негативные высокочувствит., сенсибилизир. к УФ и ИК зонам спектра пленки и пластинки	Многорастворная	С применением электронной оптики	С использованием комбинированных светофильтров
	Космическая	Негативные высокочувствит., высокоразрешающне пленки и пластинки	Многорастворная с замкнутым циклом	Камера для синхронного многоканального фотографирования. Для считывания - интеграторы	Спектрозональная съемка
	Микрофотография	Негативные пленки и пластинки с высоким разрешением	Многорастворная или ускоренная	Камеры, агрегатированные с микроскопом	В проходящем и отраженном свете; спектрозональная
	Электронная микрофотография	То же	То же	С применением электронной оптики	С применением реплик
	Фотографирование быстро и медленно протекающих процессов	Негативные фото- и кинопленки	То же	С использованием электрон-но-оптич. преобразователей	При естеств. и искусств. освещении
	Стереоскопическая	Негативные пленки	То же	Двухобъективные фотокамеры. Для считывания - стереоскопы	То же
	Растровая	Негативные (в т.ч. растриро-ванные) пленки и пластинки	Многорастворная	Фотокамеры общего назначе-	Через растр или слой микро-линз
	Голографическая	Толстослойные пластинки с мелкозернистой эмульсией	Многорастворная голографическая	C применением лазеров	Двухлучевая при съемке и считывании изображения
	Ядерная	Пластинки с ядерной эмульсией	Многорастворная	Камеры, агрегатированные с приборами для физ. исследований	Облучение быстрыми частицами

В Ф. при экспонировании на светочувствит. слой материала проецируют электромагн. (напр., световое) излучение, отраженное от непрозрачного объекта съемки (собственно Ф.) или прошедшее сквозь прозрачный объект (фотопечать). Свет, попадая на микрокристаллы AgHal, взаимод. с ионами Hal^-, в результате чего образуются своб. электрон и нейтральный атом галогена. Своб. электроны перемещаются в пределах микрокристалла до тех пор, пока не захватываются "ловушками" - дефектами кристаллич. решетки или посторонними включениями (ионами, атомами, молекулами), находящимися внутри или на пов-сти микрокристалла и наз. центрами светочувствительности. Обычный (нормальный) центр способен захватывать электроны только из микрокристаллов AgHal, крупный, кроме того,- из проявителя или др. обрабатывающих р-ров без предварит. экспонирования, т.е. он является потенциальным центром образования вуали.

Ионы Ag⁺, расположенные вблизи центров светочувствительности, притягиваются к ним и восстанавливаются до нейтральных атомов. В результате вокруг ловушки образуется группа атомов Ag, формирующая элемент скрытого изображения. Процесс формирования центров скрытого изображения представляет собой многократное повторение описанных выше элементарных актов образования электрона из иона Hal и захвата его Ag⁺. Для образования центра скрытого изображения микрокристалл AgHal должен поглотить минимум 4 кванта света, в среднем - 10-20 и более квантов.

В зависимости от числа атомов Ag, находящихся в центрах скрытого изображения, последние подразделяются на неустойчивые (самораспадающиеся), устойчивые (субцентры) и центры, способные в дальнейшем проявляться (центры проявления).

При фотографич. проявлении происходит перенос электронов от восстановителя, входящего в состав проявляющего р-ра, к центрам проявления. Последние обычно содержат такое кол-во атомов Ag, к-рое достаточно для каталитич. ускорения р-ции восстановления AgHal до Ag⁰ (см. Проявление фотографического изображения ). Из-за каталитич. действия Ag⁰ участки фотографич. слоя, получившие большую экспозицию, проявляются быстрее, чем менее экспонированные участки.

О закреплении визуализированного проявлением скрытого изображения см. Фиксирование фотографического изображения .

Фотографич. процессы оценивают, используя сенситомет-рич. (светочувствительность, спектральная чувствительность, оптич. плотность, контрастность, фотографич. широта) и структурнорезкостным (разрешающая способность, резкость, гранулярность, частотно-контрастная характеристика) параметры фотоматериалов (см. Фотографические материалы и табл. 2). Кроме св-в фотоматериала и условий их обработки необходимо учитывать также и нек-рые т. наз. фотографич. и температурные эффекты. К первым относят соляризацию, явление невзаимозаместимости экспозиции и выдержки и влияние выдержки на скорость проявления, ко вторым -разрушение скрытого изображения при воздействии теплового излучения или длит. хранении экспонир. материала.

Табл. 2. - ТРЕБОВАНИЯ К ХАРАКТЕРИСТИКАМ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СЛОЕВ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ФОТОГРАФИИ

	Вид фотографии	Светочувствительность, см2/Дж	Разрешающая способность, мм-1	Зона спектральной чувствительности, нм
	Любительская и профессиональная	107-108	80-250	300-700
	Астрофотография, спектрофотогра-фия	107-108	100-200	200-1100
	Аэрофотография , космич. фотогра-фия	108-109	80-600	400-900
	Техн. фотография	104-106	50-200	300-700
	Голография	103-106	до 5000	300-1100

Соляризация - снижение оптич. плотности изображения при экспозиции (плотности энергии оптич. излучении), превышающей нек-рое критич. значение. При чрезмерно больших экспозициях фотолиз AgHal продолжается и после образования центров скрытого изображения с выделением избыточного кол-ва Ag и газообразного галогена. Желатин, примыкающий в слое фотографич. эмульсии к пов-сти микрокристалла, не поглощает всего кол-ва галогена; его избыток взаимод. с Ag, вновь образуя галогенид, к-рый препятствует контакту проявителя с центрами скрытого изображения. В результате этого плотность оптич. изображения и, следовательно, светочувствительность снижаются.

Явление невзаимозаместимости- отклонение от закона взаимозаместимости Бунзена - Роско, согласно к-рому общая экспозиция H=Et = const, где E - освещенность, t - выдержка. В Ф. этот закон соблюдается только при малых выдержках (до 50-100 мкс) и комнатной т-ре. При увеличении выдержки до неск. секунд светочувствительность растет, при дальнейшем увеличении - убывает. Причины отклонения от закона связаны с особенностями механизма образования скрытого изображения: время рекомбинации электрона с подвижными ионами Ag⁺ составляет при комнатной т-ре ок. 10 ^-5 с, и образование атомов или групп атомов Ag происходит уже после прекращения экспонирования; поэтому при более коротких выдержках рекомбинации не происходит и, следовательно, чувствительность не зависит от выдержки, меньшей 10^-5 с.

При увеличении выдержки рекомбинация частично происходит до окончания экспонирования, в результате чего рост центров скрытого изображения происходит преим. на пов-сти микрокристаллов и в относительно небольшом числе мест, т. е. образуются крупные центры, обладающие значит. каталитич. действием по отношению к восстановлению серебра проявителем, что приводит к увеличению светочувствительности.

При дальнейшем увеличении вьщержки скорость образования своб. электронов за счет фотоэффекта уменьшается, отдельные акты поглощения квантов (при той же экспозиции) становятся более редкими, хотя общее число квантов не изменяется. При этом одиночные атомы Ag превращаются в ион Ag⁺ и своб. электрон еще до того, как образуется след. электрон и возникнет возможность роста центра светочувствительности. В результате образование крупных центров замедляется и светочувствительность уменьшается.

Влияние выдержки при равных экспозициях на скорость проявления определяется т. наз. эффектом Кабанна - Гофмана: чем больше выдержка t (т. е. чем ниже освещенность Е), тем выше скорость проявления скрытого изображения. Если при слабой освещенности атомы фотоли-тич. серебра сосредоточены гл. обр. на крупных центрах скрытого изображения, то при сильной образуются преим. малые центры, возникающие как на пов-сти, так и внутри микрокристалла, т.е. при проявлении работает только часть каждого центра и скорость проявления замедляется.

Под действием длинноволнового (в т. ч. теплового) излучения очень часто происходит фотоэлектрич. разрушение центров скрытого изображения (эффект Гершеля)с уменьшением оптич. плотности проэкспонированного этим излучением участка. Эффект объясняется разрушением поверхностных центров в результате вырывания из них электронов при поглощении квантов ИК излучения и, как следствие, отделения от этих центров ионов серебра (т. е. уменьшение размеров центров скрытого изображения). Фотоэлектрич. разрушение скрытого изображения происходит по р-ции, обратной его образованию.

Регрессия скрытого изображения-частичное или полное разрушение изображения, происходящее при длит. хранении экспонированного непроявленного фотоматериала под действием влаги, т-ры, химически агрессивных примесей воздуха (следы H₂S, NH₃, SO₂, щелочей). Механизм регрессии аналогичен механизму эффекта Гершеля, но более интенсивен вследствие хим. взаимодействия; результат - существенное снижение оптич. плотности.

Развитие Ф. на галогеносеребряных материалах определяется гл. обр. переходом к контролируемым способам получения эмульсий и фотоматериалов. К наиб. перспективным разработкам относятся способы контролируемой эмульсифи-кации (см. Фотографические эмульсии ). Эти способы позволяют получать, напр., плоские микрокристаллы галогенида Ag, микрокристаллы сложного строения заданной формы, огранки, галогенного состава и размера, а также микрокристаллы типа ядро - оболочка с регулируемым составом по толщине оболочки или от оболочки к оболочке. Св-ва таких микрокристаллов обычно эффективно задают и регулируют в зависимости от области применения фотографич. эмульсии.

Другое важное направление развития Ф.- разработка эффективных способов хим. и спектральной сенсибилизации фотоматериалов (см. Сенсибилизация оптическая , Сенсибилизация фотографических материалов ).

Первый фотографич. процесс на галогеносеребряных слоях (дагерротипия) был изобретен Л. Дагерром в 1835. Разработке Ф. в ее совр. виде в значит. степени способствовали В. Фокс-Талбот, изобретатель негативно-позитивного процесса (1834), Ф. Скот-Арчер, создатель мокрого фотографич. процесса на светочувствит. слоях из коллодия (1851), и А. Рассел, разработавший процесс на сухих желатиновых слоях (1864). Важный вклад в развитие классич. фотографии внесло открытие Г. Фогелем в 1837 спектральной сенсибилизации.

Лит.: Чибисов К.В., Общая фотография, M., 1984; Чибисов К.В., Шеберстов В .И., Слуцкий А.А., Фотография в прошлом, настоящем и будущем, M., 1988. А.А. Слуикин.